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1、,长沙国家高新区,生物机电,湖南省省级精品课程开发教材 高等职业教育规划教材 电气控制与PLC应用 主 编 王少华 湖南生物机电职院 2008年05月,长沙国家高新区,生物机电,备注1：本电子教案未考虑实训课时，按少课时制作 备注2：同时提供本教材的电子文档，各任课教师可根据实际情况对本电子教案进行增减修改 备注3：电子文档如与教材内容有出入的地方，以教材内容为准 备注4：因涉及有关问题，本电子教案暂不提供动作仿真，敬请谅解 备注4：如有其他问题或事项请与本人联系（0731-4615612） 主 编 王少华 湖南生物机电职院 2008年05月,生物机电,生物机电,第4模块 可编程序控制器工作原
2、理及结构 任务一 PLC的发展、分类及应用 4.1.1可编程控制器的产生 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的，是一种以CPU为核心的计算机工业控制装置。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC，用它来代替继电器实现逻辑控制。随着微电子技术、计算技术、通信技术等的飞速发展，可编程控制器的功能已大超过了逻辑控制的范围，所以，目前人们都把这种装置称作可编程控制器，简称PC。为了避免与目前应用十分广泛的个人计算机（Personal Computer简称PC）
3、相混淆，本书仍将可编程控制器简称PLC。 1初创阶段 2功能扩展阶 3联机通信阶段 4网络化阶段,生物机电,生物机电,4.1.2可编程控制器的发展 现代PLC的发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。 1小型、廉价、高性能 2大型、多功能、网络化 3与智能控制系统相互渗透和结合 4高可靠性,生物机电,生物机电,2按硬件结构分 按结构分可将PLC分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC三类。 （1）整体式PLC,图4 -1 FX1S系列PLC外形图,生物机电,生物机电,（2）模块式PLC,图
4、4 -2 MELSEC-Q系列PLC的外形图,生物机电,生物机电,（3）叠装式PLC,图4-3 带扩展单元的FX2N系列PLC的外形图,生物机电,生物机电,4.1.5可编程控制器的应用 PLC作为自动化领域重要的控制设备，应用非常广泛。其用途大致可以归纳为以下几个方面。 1开关量的逻辑控制 2模拟量控制 3运动控制 4过程控制 5数据处理 6通讯联网,生物机电,生物机电,任务二 PLC的结构和工作原理 4.2.1可编程控制器的结构,PLC实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，虽然各国生产的PLC外型各异，但其硬件结构基本相同。主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出接
5、口电路（I/O接口）、电源及编程设备几大部分组成。,生物机电,生物机电,1中央处理器（CPU） 2存储器 3输入输出接口电路 4电源 5编程器,生物机电,生物机电,4.2.2可编程控制器的工作原理 1扫描的概念 2可编程控制器的工作过程 （1）自诊断 （2）与外设通信 （3）输入采样 （4）程序执行 （5）输出刷新,生物机电,生物机电,4.2.3可编程控制器的主要技术性能指标 PLC的种类很多，用户可以根据控制系统的具体要求选择不同技术性能指标的PLC。PLC的技术性能指标主要有以下几个方面。 1输入/输出点数 2存储容量 3扫描速度 4指令条数 5内部继电器和寄存器 6编程语言及编程手段 7
6、可扩展性,生物机电,生物机电,4.2.4可编程控制器的编程语言 1梯形图编程语言,梯形图的格式要求如下： （1）梯形图按行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。 （2）图左、右两边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于继电器线圈或终止母线（有些PLC终止母线可以省略）。 （3）梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。,生物机电,生物机电,生物机电,生物机电,2助记符语言 LD X0 逻辑行开始，输入X0常开接点 OR Y0 并联Y0的自保接点 ANI X1 串联X1的常闭接点 OUT
7、 Y0 输出Y0逻辑行结束 LD Y0 输入Y0常开接点逻辑行开始 OUT Y1 输出Y1逻辑行结束,生物机电,生物机电,3顺序功能图语言,顺序功能图常用来编制顺序控制程序，它包括步、动作、转换三个要素。,生物机电,生物机电,4功能块图编程语言 功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方块左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆点表示“非”运算，信号自左向右流动。,生物机电,生物机电,任务三 三菱FX2N可编程控制器 4.3.1 三菱PLC系列 三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。先后生产的产品有F、F1、F2、FX2C、
8、FX2N、FX2NC等系列，其中F系列已经停产，而FX2N型PLC是三菱公司的典型产品，属于高性能小型机，系统最大I/O点数为128点，配置扩展单元后可以达到256点。FX2系列PLC在我国应用比较广泛。另外，三菱公司还生产A系列PLC，它属于中大型PLC。,生物机电,生物机电,4.3.2 三菱 FX 系列PLC 1FX系列PLC型号名称的含义,生物机电,生物机电,序列号：0、0S、0N、2、2C、1S、2N、2NC。 I/O总点数：10256。 单元类型：M基本单元； E输入输出混合扩展单元及扩展模块; EX输入专用扩展模块； EY输出专用扩展模块。 输出形式：R继电器输出； T晶体管输出；
9、 S晶闸管输出。 特殊品种区别：DC电源，DC输入； A1AC电源，AC输入； 大电流输出扩展模块（1A/1点）； 立式端子排的扩展模块； 接插口输入输出方式； 输入滤波器1ms的扩展模块； TTL输入扩展模块； 独立端子（无公共端）扩展模块。,2FX2N系列可编程控制器的基本构成 表4-1 FX2N系列扩展单元,生物机电,生物机电,生物机电,生物机电,表4-2 FX2N系列基本单元,表4-3 FX2N系列扩展模块,生物机电,生物机电,生物机电,生物机电,3FX2N系列可编程控制器的外部结构,生物机电,生物机电,生物机电,生物机电,4.3.3 FX2N 编程器件介绍,1输入继电器X 输入继电器
10、与PLC的输入端相连，是PLC接受外部开关信号的接口。与输入端子连接的输入继电器是光电隔离的电子继电器，其线圈、常开接点、常闭接点与传统硬继电器表示方法一样。这里可提供无数个常开接点、常闭接点供编程时使用。FX2N系列的输入继电器采用八进制地址编号，其编号为X0X7、X10X17X260X267。 编程时应注意，输入继电器只能由外部信号驱动，而不能在程序内部用指令驱动，其接点也不能直接输出带动负载。,生物机电,生物机电,2输出继电器Y 输出继电器是PLC中专门用来将运算结果经输出接口电路及输出端子送达并控制外部负载的虚拟继电器。它在PLC内部直接与输出接口电路相连，它有无数个动合触点与动断触点
11、，这些动合与动断触点可在PLC编程时随意使用。外部信号无法直接驱动输出继电器，它只能在程序内部由指令驱动。FX系列PLC的输出继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时，输出继电器最多可达184点，其编号为Y0Y267。图4-11中Y0即是输出继电器应用的例子，X1是输出继电器Y0的工作条件。,生物机电,生物机电,生物机电,生物机电,3辅助继电器M,PLC内有很多辅助继电器，和输出继电器一样，只能由程序驱动。每个辅助继电器也有无数对动合和动断触点供编程使用，其作用相当于继电器控制线路中的中间继电器。辅助继电器的接点在PLC内部编程时可以任意使用，次数不限。但是，这些触点不能直接驱动外部负
12、载，外部负载的驱动必须由输出继电器执行。,（1）通用辅助继电器M0M499（500点）,生物机电,生物机电,（2）断电保持辅助继电器M500M1023（524点） PLC在运行中发生停电，输出继电器和通用辅助继电器全部成断开状态。再运行时，除去PLC运行时被外部输入信号接通的以外，其它都断开。但是，根据不同控制对象要求，有些控制对象需要保持停电前的状态，并能在再运行时再现停电前的状态情形，断电保持辅助继电器就是用于此种场合，停电保持由PLC内装的后备电池支持。FX2N系列PLC除了524个断电保持辅助继电器外，还有M1024M3071共2048个断电保持专用辅助继电器，它与断电保持用辅助继电器
13、的区别在于，断电保持用辅助继电器可用参数设定，是可变更非断电保持区域，而断电保持专用辅助继电器关于断电保持的特性无法用参数来改变。,生物机电,生物机电,（3）特殊辅助继电器M8000M8255（256点） 这些特殊辅助继电器各自具有特殊的功能，通常分成两大类。一类是用户只能利用其触点，其线圈由PLC自动驱动。例如：M8000（运行监视）、M8002（初始脉冲）、M8012（100ms 时钟脉冲）、M8013（1s 时钟脉冲）。另一类是可驱动线圈型的特殊辅助继电器，用户驱动其线圈后，PLC做特定的动作。例如，M8030为锂电池电压指示灯特殊辅助继电器，当锂电池电压跌落时，M8030动作，指示灯亮
14、，提醒PLC维修人员赶快调换锂电池。M8033指PLC停止时输出保持，M8034是指禁止全部输出，M8039是指定时扫描。,生物机电,生物机电,4内部状态继电器S 状态继电器是PLC在顺序控制系统中实现控制的重要内部元件。它与后面介绍的步进顺序控制指令STL配合使用，运用顺序功能图编制高效易懂的程序。状态继电器与辅助继电器一样，有无数个动合触点和动断触点，在顺序控制程序内可任意使用。 （1）初始状态继电器：S0S9（10点）； （2）回零状态继电器：S10S19（10点）； （3）通用状态继电器：S20S499（480点）； （4）保持状态继电器：S500S899（400点）； （5）报警状态
15、继电器：S900S999（100点）。 不用步进梯形指令时，状态继电器S可作为辅助继电器M在程序中使用。,生物机电,生物机电,5内部定时器T 定时器在PLC中相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器（一个字长）、一个当前值寄存器（一个字长）以及无数个触点（一个位）。 （1）定时器的类型 FX2N系列可编程控制器定时器具有以下四种类型。 100ms定时器：T0T199（200点），计时范围：0.13276.7s 10ms定时器：T200T245（46点），计时范围：0.01327.67s 1ms积算定时器：T246T249（4点：中断动作），计时范围：0.00132.767s 100ms积算定
16、时器：T250T255（6点），计时范围：0.13276.7s,生物机电,生物机电,（2）定时器的工作原理 可编程控制器中的定时器是对机内1ms、10ms、100ms等不同规格时钟脉冲累加计时的。,（3）普通定时器与积算定时器的使用 图4-13为定时器在梯形图中使用的情况。图4-13（a）为普通定时器。图4-13（b）为积算定时器。图4-13（a）中X1为计时条件，当X1接通时定时器T10计时开始。K20为设定值。十进制数“20”为该定时器计时单位值的倍数。T10为100ms定时器，当设定值为“K20”时，其计时时间为2s。图中Y10为定时器的工作对象。当计时时间到，定时器T10的动合触点接通，Y10置1。在计时中，计时条件X1断开或
