第5章可编程序控制器(扼要)

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1、 5 1PLC概述PLC概念特点发展历程基本组成 5 2三菱PLC功能模块输入输出模块A D模块D A模块PID模块高数计数模块通信模块 5 3PLC在机床加工业应用在焊接工业中应用在过程控制工业中应用 5可编程序控制器 一 定义国际电工委员会IEC定义 可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统 它采用可编程序的存储器 用来在内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式 模拟式的输入和输出 控制各种生产机械或过程 以微处理器为基础 综合计算机技术 自动控制技术和通信技术 3C 的一种新型工业自动控制装置 5 1可编程序控制器概述 二

2、 发展概况1968年美国通用汽车公司为适应生产工艺不断更新的需要 急需改造汽车的生产设备的传统控制方式 提出十项技术指标在社会上招标 1 编程简单 可在现场修改程序 2 硬件维护方便 采用插件式结构 3 可靠性远远超过继电器系统 4 体积小于继电器控制系统 5 可将数据直接送入管理计算机 6 成本上可与继电器系统竞争 5 1可编程序控制器 概述 7 输入可以是AC115V 8 输出为AC115V 2A以上 能直接驱动电磁阀 9 扩展时 原有系统只做很小改动 10 用户程序存储器容量至少可以扩展到4K 美国数字设备公司DEC1969年研制可编程序控制器PDP 14 PLC发展经历五代 1969

3、1972年 CPU由中小规模集成电路组成 存储器为磁芯存储器 逻辑 定时 计数 5 1可编程序控制器 概述 1988年至今 主机与功能模块根据需要拼接 PC机编程 编程语言丰富 可接于DCS FCS的现场I O站作为网络节点 实现局域过程控制 西门子 欧姆龙 三菱 AB等PLC 1973 1975年 CPU用微处理器 半导体存储器 能实现数字运算 传送 比较等功能 1976 1983年 8 16位微处理器 大规模集成电路应用 运算功能增强 自诊断 通信功能 1984 1988年 16位 32位微处理器 超大规模集成电路应用 编程语言除梯形图 还有高级语言 手持编程器 可作为网络接点挂接到网络上

4、 5 1可编程序控制器 概述 三 可编程序控制器的特点 1 适用各种复杂工业控制领域既有过程控制又有运动控制领域 根据需要选用PLC主机及功能模块 积木式拼接组成控制装置 3 安全可靠 环境适应性好硬件电子器件采用工业 军用级器件 冗余配置 软件有自诊断 自恢复功能 平均无故障时间2万小时以上 5 1可编程序控制器 概述 2 使用方便 维护简单工程师用梯形图编程 自诊断 监控功能 迅速找到故障点 予以排除 5 1可编程序控制器 概述 4 通信与联网能力强接入DCS FCS PLC与计算机等远程装置通信 实现远程监控 四 硬件组成 5 1硬件组成框图 5 1可编程序控制器 概述 作用 接收现场的

5、输入信号 将输入的电平转换为PLC内部的0 1信号 输入结构形式 汇点式和分隔式 输入模块类型 直流开关输入模块 交流开关输入模块 输入器件 按钮 开关 传感器等主令控制信号 5 2三菱可编程序控制器功能模块 1 开关量输入模块 供电方式 内部供电 不用外部电源 图5 2直流开关量输入模块原理图 1 直流开关输入模块 图5 3交流开关量输入模块原理图 2 交流开关输入模块 2 输出模块作用 输出PLC的控制信号 控制外部负载的通断 输出线圈得失电 控制输出触点通断 控制输出负载通断 5 2三菱可编程序控制器功能模块 输出结构形式 汇点式和分隔式 分汇点式和分隔式 按负载输出电流大小选择 输出模

6、块类型 继电器输出模块 晶体管输出模块 可控硅输出模块 输出器件 接触器 电机 水泵 加热器等 供电方式 外部交直流供电 图5 4直流开关量输出模块原理图 1 晶体管输出模块 图5 5继电器输出模块原理图 2 继电器输出模块 图5 6交流 双向可控硅 输出模块原理图 3 可控硅输出模块 4 开关量输入输出模块等效电路输入器件通断信号对应PLC输入继电器的通断 如X000 输出点 负载 对应PLC某一个输出继电器 用输出继电器编号表示 如Y030 图5 7开关量输入输出模块等效电路 5 2三菱可编程序控制器功能模块 1 模拟量输入模块 FX2N 4AD 1 功能 将模拟信号转换为数字量 将数字量

7、读入到PLC内存 图5 8A D转换曲线 5 2三菱可编程序控制器功能模块 图5 9模拟量输入模块接线原理图 电压输入模块 5 2三菱可编程序控制器功能模块 2 接线图 5 2三菱可编程序控制器功能模块 3 FX2N 4AD模块寄存器设置AD模块与主机通信的数据中介单元 主机通过TO指令对单元数据写 通道选择 采样次数设置 零点 增益设置等 主机通过FORM指令对单元进行读 读转换结果 读识别码 读出错信息等 5 2三菱可编程序控制器功能模块 A D模块缓冲寄存器BFM 16位 带 可读 FROM 可写 TO 5 2三菱可编程序控制器功能模块 BFM 0HXXXX需要设置X 0 输入 10V

8、10VX 1 输入4mA 20mAX 2 输入 20mA 20mAX 3 关闭该通道 15 0 转换速度为15mS 通道 1 转换速度为6mS 通道 20 1 所有设定值恢复到出厂值 一般 0 21 10 禁止改动零点与增益 01 允许改动零点与增益 22调整零点 增益通道 1允许 0禁止 G4O4G3O3G2O2G1O1 5 2三菱可编程序控制器功能模块 5 2三菱可编程序控制器功能模块 23零点值 数字输出为0时输入值 一般 0 24增益值 数字输出为1000H时输入值 10V 10V数字输出 2000H 2000H 1000H对应5V 设置值5000 29出错状态信息 监控 读出 b13

9、 b15b12b11b10b4 b9b3b2b1b0未定义零点增益平均值数值未定义AD电源零点故障允许 禁止次数故障增益 30识别码K2010 读出 读指令 A D模块编号0 7 n 存放地址 单元数 缓冲寄存器编号0 31 含义 0号A D模块 第2通道A D转换平均值读到D0开始的一个字的数据寄存器 AD模块BFM6 PLCD0 写指令 PLC4 AD模块BFM1 2 平均取样4 5 2三菱可编程序控制器功能模块 5 2三菱可编程序控制器功能模块 应用举例FX2N 4AD模拟量输入模块 接在主机0号通道 CH1 CH2通道电压输入 3 4通道不用 计算6次取样平均值 结果存在PLC数据存储

10、器D0 D1中 图5 10D A转换曲线 2 模拟量输出模块 D A模块FX2N 4DA 1 功能 将PC机内部的数字量转换为标准模拟量信号 输出到PC机外部 作为控制信号送执行器 5 2三菱可编程序控制器功能模块 控制电 气转换器 电动执行器等 2 D A输出模块接线 图5 11D A转换输出的电流输出 5 2三菱可编程序控制器功能模块 3 FX2N 4DA模块寄存器BFM设置DA模块与主机通信的数据中介单元 主机通过TO指令对单元数据写 输出模式选择 输出数据 零点 增益设置等 主机通过FORM指令对单元进行读 读识别码 读出错信息等 DA模块的初始化 数据输出等 5 2三菱可编程序控制器

11、功能模块 5 2三菱可编程序控制器功能模块 D A模块缓冲寄存器BFM 16位 带 可写入 带E掉电保持 BFM 0HXXXX输出模式设置X 0 电压输出 10V 10VX 1 电流输出4mA 20mAX 2 电流输出0mA 20mA 1 4CH1 CH4输出数据 5输出回零 保持从RUN STOP 0 输出保持 1 输出回零 8 零点 增益调整 1允许 0禁止 G2O2G1O1 5 2三菱可编程序控制器功能模块 G4O4G3O3 9CH3 CH4 CH1 CH2 10 17 零点 增益数据 20 1 恢复出厂值 21 0 I O禁止调整 写保护 1 允许I O调整 29出错状态信息 监控 读

12、出 30识别码K3020 读出 5 2三菱可编程序控制器功能模块 应用举例FX2N 4DA模拟量输出模块 接在主机1号通道 CH1 CH2通道电压输出 CH3 CH4通道电流输出 5 2三菱可编程序控制器功能模块 3 热电阻 热电偶模块功能 可接J K E N S T R七种热电偶 可接三线 四线制铂电阻 图5 12 B 热电偶测温接线 图5 12 A 热电阻测温接线 放大隔离 5 2三菱可编程序控制器功能模块 5 3可编程序控制器应用 一 PLC控制系统设计的一般步骤1 熟悉控制对象 根据控制要求 选取输入 输出器件 机械手控制 电机控制 炉温控制 电梯控制 物料混合控制等 2 根据输入输出

13、I O点数量 程序容量情况 具有的特殊功能要求等 选择PLC及其扩展模块 开关量控制 带输入输出I O点PLC 模拟量控制 A D D A模块 PLC主机 PID控制模块 高速计数 高速计数模块 PLC伺服电机定位 定位模块 PLC炉温控制 温度模块 PLC 3 进行I O分配 设计PLC外部接线图 输入点数 输出点数 端子号外界的设备 是否需要电源及接触器 4 程序设计及模拟调试 设计PLC控制程序 进行模拟调试 检查软硬件是否满足工艺要求 软件仿真 硬件模拟 5 设计控制面板或控制柜 注意强弱电隔离和屏蔽 人机接口设计6 现场调试 编制技术文件 包括电气原理图 软件清单 使用说明书 元件明

14、细表等 7 交付使用 5 3可编程序控制器应用 编程设备 PC机通过RS232等串行口与PLC通信 通过系统软件实现在线编程 远程编程 5 3可编程序控制器应用 PLC的软件系统1 系统程序监控程序 解释程序 模块化子程序 2 用户程序 输入 运算 输出 图5 13PLC控制方式 输入继电器常开触点状态取决于输入点的 通断 5 3可编程序控制器应用 电动正反转控制 逻辑量控制 占空比可调的多谐振荡器 PWM 逻辑量控制 复杂抢答器 逻辑量控制 大型公用水塔水位高度监控 模拟量控制 水管流量精确计算 数据处理 水温PID控制 模拟量控制 污水净化控制系统 案例 波节管成型控制 案例 连续灌瓶控制

15、 案例 5 3可编程序控制器应用 5 3可编程序控制器应用 图5 14延时灯控制 两个定时器的作用 5 3可编程序控制器应用 图5 15电机正反转控制 电动正反转控制接线图 5 3可编程序控制器应用 图5 15电机正反转控制接线图 0LDX11ANIT22OUTT13K304LDT15OUTT26K107OUTY2 产生周期与脉宽均可调的矩形脉冲 5 3可编程序控制器应用 图5 16多谐振荡器 控制要求 小学生组其桌上的X0和X1任何一个抢答按钮按下 Y0灯都亮 大学生组 其桌上的X3和X4抢答按钮必须同时按下时 Y2灯才亮 中学生组按下X2按钮 Y1灯亮 主持人按下X5复位按钮时 Y0 Y1

16、 Y2灯都熄灭 4 复杂抢答器控制 逻辑控制 5 3可编程序控制器应用 5 3可编程序控制器应用 图5 17抢答器控制梯形图 5 大型公用水塔水位高度监控 模拟量控制 水位测量 液位传感器将0 Hmax转换为0 10V电压输出 水位监控 水位处于正常高度时 水位正常指示灯亮 水塔剩1 4水量时进行给水动作 水位到达上限时 报警并停止给水 水位采集 通过12位A D转换器将0 10V电压转换为0 4000数字量输出 功能 5 3可编程序控制器应用 图5 18大型公用水塔水位高度监控系统组成框图 正常 报警 上水电磁阀 5 3可编程序控制器应用 5 3可编程序控制器应用 图5 20大型公用水塔水位高度监控梯形图 5 3可编程序控制器应用 6 水管流量精确计算 数据传送与参数计算指令 计算要求 假设水流速与水管直径已知 通过公式水流量 水管横截面积 流速计算水流量 要求水流量的计算结果单位为mm3 s及cm3 s 5 3可编程序控制器应用 水管直径与流速初始化 水管截面积计算 水流量 cm3 s mm3 s 5 3可编程序控制器应用 图5 21水管流量计算梯形图 7 水温PID控制温度测量值