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1、三菱PLC触摸屏和变频器应用技术,主编 曹菁,1)了解PLC的产生、特点、应用和发展状况等。2)掌握PLC的基本结构和工作原理。3)熟悉FX2N系列PLC的软元件，掌握主要软元件的功能和应用注意事项。4)了解PLC的各种编程语言的特点。5)掌握SWOPC-FXGP/WIN-C和GX Developer编程软件的基本操作，熟悉软件的主要功能。1)能熟练操作SWOPC-FXGP/WIN-C和GX Developer编程软件，完成程序的编写、下载、监测等操作。2)能根据控制系统输入信号与输出信号的要求，熟练完成PLC的外部接线操作。,一、项目任务二、相关知识点三、思考与练习一、项目任务二、相关知识点
2、三、项目实施四、知识进阶五、思考与练习一、项目任务二、相关知识点三、项目实施,四、思考与练习一、项目任务二、项目分析三、相关知识点四、项目实施五、知识进阶六、思考与练习,一、项目任务,1)了解PLC的产生、特点、应用和发展状况等基本知识。2)掌握PLC的基本结构和工作原理。3)了解FX2N系列PLC的软元件，掌握主要软元件的功能和应用注意事项。4)了解PLC的各种编程语言的特点。,二、相关知识点,1.PLC的产生2.PLC的特点3.PLC的应用4.PLC的分类5.PLC的发展6.PLC的基本结构7.PLC的工作原理8.PLC的编程语言9.PLC的技术指标10.FX2N系列PLC的软元件11.三
3、菱FX系列PLC型号说明,1.PLC的产生,1)编程方便，可在现场修改程序。2)维护方便，最好是插件式结构。3)可靠性高于继电器控制柜。4)体积小于继电器控制柜。5)成本可与继电器控制柜竞争。6)数据可以直接输入管理计算机。7)可以直接用交流115V输入。8)通用性强，系统扩展方便，更动最少。9)用户存储器容量大于4KB。10)输出为交流115V，负载电流要求在2A以上，可直接驱动电磁阀和交流接触器等。,2.PLC的特点,PLC自问世以来不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的，1987年2月，国际电工委员会（IEC）颁布的草案中将PLC定义为：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工
4、业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等操作的指令并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”由此可见，PLC实质上是一种面向用户的工业控制专用计算机，它的主要特点是： 1）可靠性高，抗干扰能力强。 2）适应性好，具有柔性。 3）功能完善，接口多样。 4）易于操作，维护方便。 5）编程简单易学。 6）体积小、重量轻、功耗低。,3.PLC的应用,(1)开关量逻辑控制这是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系统
5、，实现逻辑控制和顺序控制。(2)模拟量过程控制除了数字量之外，PLC还能控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等模拟量。(3)运动控制大多数PLC都有拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。(4)现场数据采集处理目前PLC都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指令和循环移位与移位指令，所以由PLC构成的监控系统，可以方便地对生产现场数据进行采集、分析和加工处理。,3.PLC的应用,(5)通信联网、多级控制PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用专用通信模块，并利用RS232C或RS422A接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将它们连成网络
6、。,(1)开关量逻辑控制,这是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。如机床电气控制、电动机控制、注塑机控制、电镀流水线、电梯控制等。总之，PLC既可用于单机控制，也可用于多机群和生产线的控制。,(2)模拟量过程控制,除了数字量之外，PLC还能控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过A/D模块将它们转换为数字量送到PLC的CPU处理，处理后的数字量再经过D/A转换为模拟量进行输出控制，若使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。,(3)运动控制,大多数PL
7、C都有拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。,(4)现场数据采集处理,目前PLC都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指令和循环移位与移位指令，所以由PLC构成的监控系统，可以方便地对生产现场数据进行采集、分析和加工处理。数据处理通常用于如柔性制造系统、机器人和机械手的控制系统等大、中型控制系统中。,(5)通信联网、多级控制,PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用专用通信模块，并利用RS232C或RS422A接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将它们连成网络。由一台计算机与多台PLC组
8、成分布式控制系统，进行“集中管理，分散控制”，建立工厂的自动化网络。PLC还可以连接CRT（阴极射线管）显示器或打印机，实现显示和打印,4.PLC的分类,(1)按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类，如图2-1所示。(2)按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档3类。(3)按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型3类。,(1)按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类，如图2-1所示。,图2-1整体式PLC和模块式PLC,(2)按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC
9、分为低档、中档、高档3类。,根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档3类。 1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 2）中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。 3）高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功
10、能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。,(3)按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型3类。,1）小型PLCI/O点数小于256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量在4KB以下。其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网及各种应用指令。例如，美国通用电气（GE）公司的GEI型；美国德州仪器公司的TI100；日本三菱电
11、气公司的FX系列；日本立石公司（欧姆龙）的C20、C40，日本东芝公司的EX20、EX40，德国西门子公司的S7200，中外合资无锡华光电子工业有限公司的SR20/21。 2）中型PLCI/O点数为2562048点；双CPU，用户存储器容量为416KB。这种类型PLC一般采用模块化结构，I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式。它能联接各种特殊功能模块，通信联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。例如，德国西门子公司的JP3S7300、SU5、SU6，中外合资无锡华光电子工业有限公司的SR400，日本立石公司的C500，GE公司的GE。JP
12、 3）大型PLCI/O点数大于2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量为16KB以上，具有极强的自诊断功能。通信联网功能强，有各种通信联网的模块，可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。例如，德国西门子公司的S7400，GE公司的GE，立石公司的C2000，三菱公司的K3等,5.PLC的发展,(1)国内外PLC发展应用概况PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。(2)PLC技术发展趋势PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由1位机发展为8位机，随着微处
13、理器和微型计算机技术在PLC中的应用，现在的PLC产品已使用16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多信道处理，通信技术使PLC的应用得到进一步的发展，未来PLC将朝两极化、多功能、智能化和网络化的模式方向发展。,6.PLC的基本结构,(1)中央处理器(CPU)同一般的微型计算机一样，CPU是PLC的核心。(2)存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。(3)I/O单元I/O(输入/输出)单元，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。(4)电源PLC配有开关电源，以供内部电路使用。(5)编程装置编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进
14、行人机对话。,6.PLC的基本结构,图2-2整体式PLC组成框图,6.PLC的基本结构,图2-3模块式PLC组成框图,(1)中央处理器(CPU)同一般的微型计算机一样，CPU是PLC的核心。,同一般的微型计算机一样，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用的有3类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如AMD29W等)。小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用高速位片式微处理器。 目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大
15、型PLC则大多为双CPU系统，甚至有些PLC中多达8个CPU。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，通常采用8位或16位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等；位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控制要求。 在PLC中，CPU按系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面： 1)接收从编程器输入的用户程序和数据。 2)诊断电源
16、、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。 3)通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。 4)从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。 5)根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。,(2)存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。,存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序是由PLC的制造厂家编写的，和PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。用户程序是由用户根据对生产工艺的控制要求而编制的应用程序，为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。 PLC使用以下几种物理存储器： 1)随机存取存储器（RAM）。 2)只读存储器（ROM）。 3)可擦除只读存储器
