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1、三菱PLC基础与应用,PLC基础及应用教程(三菱FX2N系列) 丛书名：普通高等教育电气信息类规划教材 出版日期：2010-12 版次：1-1 开本：16 字数：339 千字 定价：￥27.00,三菱PLC基础与应用,第1章 PLC基础知识,1.5 PLC的发展趋势,1.4 常用的PLC简介,1.3 PLC的系统结构和工作原理,1.2 PLC的定义、特点及应用,1.1 传统的工业控制方法,1.6 习题,三菱PLC基础与应用,1.1 传统的工业控制方法,1.1.1 点动、长动控制线路 1.线路构成,图1-1 点动、长动控制线路,三菱PLC基础与应用,2.工作原理,SB1为停止按钮，SB3为点动按
2、钮，SB2为长动按钮。合上QS，接通三相电源，启动准备就绪。当需要进行点动控制时，按下SB3，线圈KM通电，其主触点闭合，动合（常开）辅助触点也闭合，但由于复合按钮SB3动断（常闭）触点的断开，使得无法实现自锁。因此，松开SB3时，线圈KM失电，从而实现点动控制。这可以用于机床上的对刀等。,三菱PLC基础与应用,当需要进行长动控制时，按下SB2，线圈KM通电，其主触点和动合辅助触点闭合，实现自锁，松开SB2，电动机还是能够正常转动，从而实现长动控制。 当按下SB1时，切断控制电路，导致线圈KM失电，其主触点和辅助触点复位，从而切断三相电源，电动机停止转动。,三菱PLC基础与应用,3.保护环节,
3、在生产运行中会有很多干扰和故障出现，为了工业生产顺利地进行、减少生产事故，有必要在电路中设置一定的保护环节。在图1-1中使用的保护环节有：短路保护主要通过熔断器FU来实现；过载保护主要通过热继电器FR来实现，在长时间过载运行时，FR的动断触点断开，切断控制电路，KM主触点复位，切断三相电源，停止运行；而在欠压或失压情况下，主要是依靠接触器KM本身的电磁机构来实现。,三菱PLC基础与应用,1.1.2 正反转控制线路,图1-2 正、反转运行控制线路,三菱PLC基础与应用,1.1.3 顺序控制线路,图1-3 顺序控制线路,三菱PLC基础与应用,1.2 PLC的定义、特点及应用,1.2.1 PLC的定
4、义 1987年国际电工委员会(International Electrical Committee，IEC)颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”,三菱PLC基础与应用,1.2.2 PLC的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 可靠性高，抗干扰能力强是PLC最突出的特
5、点之一， 主要表现在如下几个方面： 1) 在传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。而PLC用软元件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。,三菱PLC基础与应用,2）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间在电气上隔离。 3）PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 4）此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警
6、报信息。在应用软件中，还可以嵌入外围器件的故障自诊断程序，使系统除PLC装置外的电路及设备也获得故障自诊断保护。,三菱PLC基础与应用,2.硬件配套齐全，功能完善，适用性强 3.编程语言易学易用 4.系统操作简单，维护方便，容易改造 5.系统操作简单，维护方便，容易改造,三菱PLC基础与应用,1.2.3 PLC的发展阶段 1.早期的PLC(60年代末70年代中期) 2.中期的PLC(70年代中期80年代中、后期) 3.近期的PLC(80年代中、后期至今),三菱PLC基础与应用,1.2.4 PLC的应用 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.通信及联
7、网,三菱PLC基础与应用,1.3 PLC的系统结构和工作原理,1.3.1 PLC的硬件组成,图1-4 PLC硬件结构图,三菱PLC基础与应用,1中央处理单元 1) 接收、存储从编程器输入的用户程序和数据。 2) 诊断电源、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，并存入输入映象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象寄存器的内容，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。,三菱PLC基础与应用,PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，主要
8、有 三类： 通用微处理器（如Z80、8086、80286等） 单片微处理器（如8031、8096等） 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。,三菱PLC基础与应用,2.存储器 PLC的存储器主要是用于存放系统程序、用户程序和工 作数据等信息。存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随 机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、 EPROM和EEPROM。 3.输入/输出单元 输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工 业生产现场之间的
9、连接部件。PLC通过输入单元把工业设备 或生产过程的状态、信息读入，通过用户程序的运算和操 作，再把结果通过输出单元输出给执行机构，以实现控制目 的。,三菱PLC基础与应用,（1）数字量输入单元 直流输入,由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信息只能是标准电平，所以I/O单元要实现这种转换。I/O单元一般都具有光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力。,图1-5 直流输入,三菱PLC基础与应用,交流输入,图1-6 交流输入,三菱PLC基础与应用,交直流输入,数字量输入单元中都有滤波电路和耦合隔离电路。滤波电路主要起抗干扰作用，耦合隔离电路主要起抗
10、干扰和产生标准信号的作用。通常情况下，输入接口单元都使用PLC机内的直流电源供电，而不需再外接电源。,图1-7 交/直流输入,三菱PLC基础与应用,（2）数字量输出单元 继电器输出型,图1-8 继电器输出型,三菱PLC基础与应用,晶体管输出型,图1-9 晶体管输出型,三菱PLC基础与应用,双向晶闸管输出型,继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于交流负载。,图1-10 晶闸管输出型,三菱PLC基础与应用,4.电源,PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC
11、电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。,三菱PLC基础与应用,5.编程装置,编程装置的作用是用于编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。编程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由PLC厂家生产，专供该厂家生产的某些PLC产品使用，它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编程器两类。,三菱PLC基础与应用,
12、6.通信接口,PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其它PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。而远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。,三菱PLC基础与应用,7.智能接口模块,智能接口模块是一独立的计算机系统，它具有独立的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC
13、相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块和中断控制模块等。,三菱PLC基础与应用,8.其它外部设备,除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。,三菱PLC基础与应用,1.3.2 PLC的软件及编程语言 1.PLC的软件,PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言、诊断机器故障。系统程序由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。用户程序是用户
14、为达到某种控制要求，采用PLC的程序语言编制的程序，是一定控制功能的表述。同一台PLC用于不同的控制目的时应编写不同的用户程序。,三菱PLC基础与应用,2.PLC的编程语言,由于PLC的发展时间不长，其硬件、软件还没有统一标准，不同PLC厂商都针对自己的产品开发不同编程语言，并且大多数是不兼容。但国际电工委员会于1994年规定了五种编程语言作为PLC标准编程语言，分别为梯形图编程语言、指令表编程语言、顺序功能图编程语言、功能模块图编程语言和结构化语句编程语言。,三菱PLC基础与应用,（1）梯形图(Ladder Diagram)编程语言,图1-11 梯形图编程语言,三菱PLC基础与应用,（2）指
15、令表(Instraction List)编程语言,LD Y0 ANI T0 OR X0 OUT T0 K20 OUT Y0 LD T0 OR Y1 ANI X1 OUT Y1,图1-12 指令表编程语言,三菱PLC基础与应用,（3）顺序功能图(Sepuential Function Chart)编程语言,图1-13 顺序功能图编程语言,三菱PLC基础与应用,（5）功能模块图(Function Block)编程语言,图1-14 功能模块图编程语言,三菱PLC基础与应用,（6）结构化语句(Structured Text)编程语言,结构化语句编程语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种编程语言。它是
16、一种类似于高级语言的编程语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句编程语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。,三菱PLC基础与应用,1.3.3 PLC的工作原理 1.PLC的扫描工作原理,当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。,三菱PLC基础与应用,2.PLC的扫描过程,图1-15 PLC的CPU工作流程,三菱PLC基础与应用,3.PLC执行程序的过程及特点,图1-16 PLC执行程序过程,三菱PLC基础与应用,（1）输入采样阶段,在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映
