《煤矿设备电气控制与PLC应用技术 三菱FX系列、西门子S7-200系列 教学课件 ppt 作者 王栋 项目2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矿设备电气控制与PLC应用技术 三菱FX系列、西门子S7-200系列 教学课件 ppt 作者 王栋 项目2（109页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目二 FX2N系列PLC基础,煤矿设备电气控制与PLC应用技术,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,【能力目标】 1能熟练运用FX2N系列PLC的基本逻辑指令编写简单的PLC程序。 2能根据控制系统输入信号和输出信号的要求，设计出PLC的硬件接线图，熟练完成PLC的外部接线操作。 3熟练操作GX Developer编程软件，完成程序的编写、下载、监测等操作，并对PLC程序进行调试、运行。 【知识目标】 1掌握PLC的基本结构和工作原理。 2熟悉FX系列PLC的编程元件，掌握主要编程元件的功能和应用 注意事项。 3掌握GX Developer编程软件的基本操作，熟悉软件的主要功能 4掌握FX2
2、N系列PLC的基本逻辑指令系统。 5掌握梯形图和指令表程序设计的基本方法。 6掌握梯形图编程规则和编程技巧。,煤矿设备电气控制与PLC应用技术,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,1,2,3,4,PLC原理,基本编程元件,编程软件应用介绍,梯形图绘制规则与技巧,煤矿设备电气控制与PLC应用技术,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,任务一 认识PLC 任务二 三相异步电动机正反转控制程序设计 任务三 多地控制电动机起动控制程序设计,任务四 三台电动机顺序起动控制程序设计 任务五 仓库产品数量监控程序设计 任务六 电动机单按钮起停控制程序设计,煤矿设备电气控制与PLC应用技术,太原理工大学阳泉学院
3、机械电子工程系,任务七 三相异步电动机降压起动控 制程序设计 任务八 自动运料小车控制程序设计 任务九 自动门控制程序设计 任务十 交通灯控制程序设计,煤矿设备电气控制与PLC应用技术,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,任务一 认识PLC,一、任务导入 利用接触器可以实现三相异步电动机的起动和停止。,工作过程：合上开关QK，按下起动按钮SB2，接触器线圈KM得电并自锁，接触器的主触点和辅助触点闭合，三相异步电动机起动，按下停止按钮SB1，接触器线圈KM线圈失电，三相异步电动机停止，若改变电动机的控制要求，如按下起动按钮5s后，再让电动机起动，就需要增加一个通电延时型时间继电器，并且需要修改控
4、制电路的接线方式才能实现。,从上面的例子可以看出继电接触控制系统采用硬件接线安装而成，一旦控制要求改变，控制系统就必须重新配线安装，对于复杂的控制系统，这种变动的工作量大，周期长，再加上机械触点容易坏，导致系统的可靠性差，检修工作困难。,如果采用PLC对电动机进行直接起动控制或延时起动控制，工作将变得简单可靠。采用PLC控制，主电路仍然不变，用户只需要将输入设备（如起动按钮SB2、停止按钮SB1、热继电器触点FR）接入PLC的输入端口，输出设备（如接触器线圈KM）接入PLC的输出端口，再接上电源、输入程序就可以了。起动和停止按钮分别接入PLC的输入端X0、X1,交流接触器的线圈接PLC的输出端
5、Y0。PLC程序对起动停止按钮状态进行逻辑运算，运算的结果决定了输出端Y0是否接通或断开接触器线圈的电源，从而控制电动机的工作状态。,两者的控制方式不同。继电控制系统属于硬件连接控制方式，如图2-3所示，按钮下达指令后，通过继电器连线控制逻辑决定接触器线圈是否得电，从而控制电动机的工作状态。PLC属于程序控制方式，按钮指令下达后，通过PLC程序控制逻辑决定接触器线圈是否得电，从而控制电动机的工作方式。PLC利用程序中的“软继电器”取代传统的继电器，使控制系统的硬件结构大大简化，具有体积小价格便宜维护方便编程简单控制功能强可靠性高控制灵活等优点。因此，目前PLC控制系统在各个行业机械设备的电气控
6、制中得到广泛的应用。,那么，PLC是个什么样的控制装置，又是如何实现对机械设备的控制呢？,二、相关知识,继电器控制占主导地位，若要改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。 20世纪的六十年代，计算机技术开始应用于工业控制领域。 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。 十大条件的主要内容是：编程方便，可现场修改程序；维修方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控
7、制盘；数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制盘竞争；输入可为市电；输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等；扩展时原系统改变最少；用户存储器大于4KB。这些条件实际上提出将继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬接线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。1969 年，美国数字设备公司（DEC公司）研制出了第一台可编程控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。,（一）PLC的产生和定义 1.可编程控制器的发展史,可编程控制器自问世以来，发展极为迅
8、速。1971年，日本开始生产可编程控制器。1973年，欧洲开始生产可编程控制器。到现在，世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器装置。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。 可编程控制器从诞生到现在，经历了四次换代。,2.可编程控制器的名称演变 早期产品名称为“Programmable Logic Controller”（可编程逻辑控制器），简称PLC，主要替代传统的继电接触控制系统。随着微处理器技术的发展，可编程控制器的功能也不断地增加，因而可编程逻辑控制器（PLC）不能描述其多功能的特点。 1980年，美国电气制造商协会（NEMA）给他一个新
9、的名称“Programmable Controller ”，简称 PC。1982年，国际电工委员会（IEC）专门为可编程控制器下了严格定义。然而PC这一简写名称在国内早已成为个人计算机（Personal Computer）的代名词，为了避免造成名词术语混乱，因此国内仍沿用早期的简写名称PLC表示可编程控制器，但此PLC并不意味只具有逻辑功能。 3.可编程控制器的定义 1980年美国电气制造商协会 NEMA（National Electrical Manufacturers Association）定义：“可编程控制器是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺
10、序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。一部数字电子计算机若是用来执行PLC之功能者 , 亦被视同为PLC，但不包括鼓式或机械式顺序控制器。” 1987年2月国际电工委员会（IEC）定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工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，计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”,（二）PLC的应用范围与特点 1. P
11、LC的应用范围 随着PLC功能的不断完善，性能价格比的不断提高，PLC的应用面也越来越广。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。PLC的应用范围通常可分为如下五种类型： 1）顺序控制 2）运动控制 3）过程控制 4）数据处理 5）通信和联网,2.PLC的技术特点 1）可靠性高，抗干扰能力强。 2）控制系统结构简单、适应性强、应用灵活。 3）编程方便，易于使用。 4）控制系统设计、安装、调试方便。 5）维修方便，维修工作量小。 6）功能完善，扩展能力强。 7）结构紧凑，体积小、重量轻，易于实现机电一体化。
12、,PLC外形,可编程序控制器当代工业自动化支柱之一,可编程序控制器当代工业自动化支柱之一,继电器控制系统,综合自动化系统组成,功能：监控（ 工艺流程显示、表格显示、趋势显示、历史数据查询、报警信息的记录、手自动切换/手动操作、参数设置、其它功能） 操作员站：一般操作功能（往往不包括系统中重要参数的设置） 工程师站：全部功能 可以通过硬件区分（设置不同的计算机系统、设置不同的键盘等等） 通过操作人员所拥有 的密码区分，硬件系统完全相同,功能：信号的采集、运算（决策）、控制信号的输出、报警处理、网络通信（与其它控制站或者与操作站）,系统的设计 硬件设计和实现 软件设计和实现,1.CPU的构成 PL
13、C中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。 内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器。,（三）PLC的基本结构与组成,2.输入/
14、输出（I/O）模块 3.电源模块 4.底板或机架 5.PLC 的外部设备 外部设备是PLC系统不可分割的一部分，分为四类： 1）编程设备 2）监控设备 3）存储设备 4）输入输出设备 6.PLC的通信联网,（四）PLC的工作原理,1.PLC的等效电路 由PLC基本结构其等效电路主要由输入部分、输出部分和内部控制电路组成。,输入部分的作用是收集被控设备的信息或操作指令 输出部分的作用是驱动外部负载。,2.PLC的工作方式和运行框图,继电器控制系统是一种“硬件逻辑系统”，如图2-7所示，三条支路并行工作，当按下按钮SB2，接触器KM1得电，KM1的一个触点闭合并自锁，接触器KM2，时间继电器KT的
15、线圈同时得电动作。所以继电器控制系统采用的是并行工作方式。,可编程控制器是一种工业控制计算机，其工作原理建立在计算机工作原理上，即是通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。但是CPU以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行。由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入/输出的响应是有滞后的。如图2-8所示。,图2-7 继电器控制系统简图,图2-8 PLC实现控制功能的接线示意图,PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 执行用户程序时，
16、需要各种现场信息，这些现场信息已接到PLC的输入端口。PLC采集现场信息即采集输入信号有两种方式： 第一种，采样输入方式。 第二种，立即输入方式。 同样， PLC 对外部的输出控制也有集中输出和立即输出两种方式。 集中输出方式在执行用户程序时不是得到一个输出结果就向外输出一个，而是把执行用户程序所得的所有输出结果，先后全部存放在输出映像寄存器（PIQ）中，执行完用户程序后所有输出结果一次性向输出端口或输出模块输出，使输出设备部件动作。立即输出方式是在执行用户程序时将该输出结果立即向输出端口或输出模块输出，如“立即输出指令”就是这样，此时输出映像寄存器的内容也更新。 PLC 对输入输出信号的传送还有其他方式。如有的PLC采用输入，输出刷新指令。在需要的地方设置这类指令，可对此电源ON的全部或部分输入点信号读入上电一次，以刷新输入映像寄存器内容；或将此时的输出结果立即向输出端口或输出模块输出。又如有的 PLC上有输入、输出的禁止功能，实际上是关闭了输入、输出传送服务，这意味着此时的输入信号不读入、输出信号也不输出。,可
