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1、 PLC基础及应用课程教案电气与信息工程系 目 录项目一 三菱FX2N系列硬件系统1项目二 GX Developer软件10项目三 三人抢答器21项目四 人行道按钮控制交通灯28项目五 双液混合39项目六 运料小车55项目七 数码管显示66项目八 天塔之光82项目九 轧钢机88项目十 输煤机皮带传送95 项目一 三菱FX2N系列硬件系统通过一个人打开门让车通过的实例来介绍PLC(1)人工手动如图:(2)尝试使用PLC打开和关闭在上一个画面中手动操作的装载门。PLC根据它的传感器打开或关闭指令传送给门。(3)用PLC来控制门的开，关，当入口传感器检测到车辆经过，将传感器检测到的信号传送到PLC的
2、输入端，由输出端输出控制信号，将门打开。同理，由出口传感器检测到车辆经过时，门关闭。PLC代替了传统的手动控制，实现了自动控制。1.1 PLC定义：国际电工委员会对PLC做了如下定义：可编程序控制器，英文称Programmable Logical Controller，简称PLC。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC的特点： PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克
3、服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。1.2 PLC的应用领域 FX系列PLC不仅仅在工厂自动化领域 (FA)，而且其他工业领域也被广泛使用。机器的所有部件可以被划分为两部分：输入和输出。输入：例
4、如开关和按钮，感应器输出：例如指示灯和报警器，马达螺线管阀门如下图：1.3 PLC的组成：可编程控制器主要是由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成,如下图:CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。 1CPU芯片 CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。PLC使用以下几类CPU芯片： (1)通用微处理器，如Intel公司的8086，80186到Pentium系列芯片； (2)单片微处理器(单片机)，如Intel公司的MCS5196系列单片机； (3)位片式微处理器，如AMD 2900系列位片式微处理器。 2存储器PLC的
5、存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM内，用户不能直接读取。PLC的用户程序由用户设计，它决定了PLC的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字(每个字由16位二进制数组成)为单位，三菱的FX系列PLC将用户程序存储器的单位称为步(Step，即字)。小型PLC的用户程序存储器容量在lK字左右，大型PLC的用户程序存储器容量可达数M(兆)字。 PLC常用以下几种存储器：(1)随机存取存储器：(RAM) 用户可以用编程器读出RAM中的
6、内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读写存储器。它是易失性的存储器，将它的电源断开后，储存的信息将会丢失。RAM的工作速度高，价格低，改写方便。为了在关断PLC外部电源后，保存RAM中的用户程序和某些数据(如计数器的计数值)，为RAM配备了一个锂电池。现在有的PLC仍用RAM来储存用户程序。锂电池可用25年，需要更换锂电池时，PLC面板上的“电池电压过低”发光二极管亮，同时有一个内部标志位变为l状态，可以用它的常开触点来接通控制屏面板上的指示灯或声光报警器，通知用户及时更换锂电池。(2)只读存储器(ROM) ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存
7、的内容。ROM般用来存放PLC的系统程序。 (3)可电擦除的EPROM(EEPROM或E2PROM) 它是非易失性的，但是可以用编程器对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点。但是写入信息所需的时间比RAM长得多，EEPROM用来存放用户程序。有的PLC将EEPROM作为基本配置，有的PLC将EEPROM作为可选件。1.4 输人模块 下图是FXlN系列的直流输入电路和内部电路的示意图。PLC外部的虚线框内是NPN管集电极开路输出的电子传感器(如接近开关)的示意图。图2-4是扩展模块FX2N48ERUAlUL的交流输入电路的示意图。 当左图中的外接触点接通或图中的NPN型晶体管饱和导
8、通时，电流经24V电源的正极(24V端子)、SS端子、内部电路、X0等输入端子和外部的触点或晶体管，从0V端子流回24V电源的负极，使光耦合器中两个反芳联的发光二极管中的一个亮，光敏三极管饱和导通，CPU在输入阶段读入的是数字1；外接触点断开或NPN晶体管处于截止状态时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU在输入阶段读入的是数字0。当右图中的外接触点接通，或图中的PNP型晶体管饱和导通时，电流经24V电源的正极(24V端子)、外部的触点或晶体管、X0等输入端子、内部电路和S/S端子，从0V端子流回24V电源的负极，使光耦合器中的发光二极管亮，光敏三极管饱和导通。输入电路中设有RC
9、滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为1020ms(信号上升沿)和2050ms(信号下降沿)，输入电流约510mA.1.5 输出模块 输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应管、驱动交流负载的双向晶闸管，以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。输出电流的典型值为0.32A，负载电源由外部现场提供。 下图左图是继电器输出电路。内部电路使继电器的线圈通电，它的常开触点闭合，使外部负载得电工作。继电器同时起隔离和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常开触点,与触点并联的RC电路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的屯弧
10、，以减轻它对CPU的干扰。 右图是晶体管集电极输出电路。输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经光耦合器送给输出晶体管，后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。图中的稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护晶体管，晶体管输出电路的延迟时间1ms。场效应管输出电路的结构与晶体管输出电路基本上相同。除了上述几种输出电路外，还有双向晶闸管输出电路，它用光电晶闸管实现隔离。双向晶闸管由关断变为导通的延迟时间小于1ms，由导通变为关断的延迟时间小于10ms。晶闸管在负载电流过小时不能导通，遇到这种情况时可以在负载两端并联电阻。 除了输入模块和输出模块，还有一种既有输入电路又有输出电路
11、的模块，输入、输出的点数一般相同，这种模块使用户确定PLC的硬件配置更为方便。 输出电流的额定值与负载的性质有关，例如FX的继电器输出模块可以驱动2A/220V AC的电阻性负载，但是只能驱动80VA220V AC的电感性负载和100W的白炽灯。额定输出电流还与温度有关，温度升高时额定输出电流减小，有的PLC提供了有关的曲线。由于散热的原因，有的输出模块需要考虑属于同一公共点(COM)的几个输出点的总电流，例如FX的晶体管输出模块的额定输出电流是0.5A/点，0.8A/COM。继电器输出模块的使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢，寿命(动作次数)有一定
12、的限制。如果负载的通断变化不是很频繁，建议优先选用继电器型的。 晶体管型与双向晶闸管型模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差 1.6 PLC与计算机的链接方式计算机的 串行接口与PLC的连接，通过RS-232C与PLC的编程设备、数据存储单元接线插座连接。FX2N-48MR型PLC的面板如图：24个输入端口，24个输出端口，5个COM端口。COM1对应Y0-Y3COM2对应Y4-Y7COM3对应Y10-Y13COM4对应Y14-Y17COM5对应Y20-Y27+24V电源内置运行/停止开关（也具有外部运行/停止功能）1）计算机从可编程控制器读取数据
13、。2）计算机向可编程控制器发送数据下述图样为可编程控制器的读、写及状态控制的数据流图。3）可编程控制器向计算机发送数据站号站号即可编程控制器提供的数字，用来确定计算机在访问哪一个可编程控制器。在FX系列可编程控制器中，站号是通过特殊数据寄存器D8121来设定的。设定范围是从00H到0FH。最多可以实现16台通信。框图如下：项目二 GX Developer软件三菱公司开发的 GX Developer编程软件，对编辑和控制自己的应用程序提供了良好的编程环境。为了能快捷高效地开发你的应用程序，GX Developer软件提供了三种程序编辑器，GX Developer软件还提供了在线帮助系统，以便获取
14、所需要的信息。2.1 GX Developer的安装1、未安装过本软件的系统中安装时请先安装SETUP.EXE。双击SETUP.EXE按照页面提示单击:下一步-安装即可。2、按照页面提示完成安装，重新启动计算机即可使用。GX Developer的基本使用方法与一般基于Windows操作系统的软件类似，在这里只介绍一些用户常用的几点对PLC操作的用法.软件的使用:双击桌面的快捷键 或者从开始里面进入 * 首先创建新工程如图所示：* 选择PLC类型，出现如图所示：* 点击确定，出现如图所示，点击“是” * 保存工程，填写工程名，如123进入编程界面如图所示，即可编程注意：在使用定时器、计数器时T0 K10之间要用空格隔开编程过程中要将梯形图转换，或按快捷键F4键,如图:转换完毕，打开PLC的电源，将程序写入PLC过程中出现如图所示的情况。单击在线，改变传输设置中的参数如图所示：双击串行，改变COM端口和波特率的参数
