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1、,任课教师：朱晓瑜,课程目标,具有可编程控制器的设备选型和功能掌控 具有使用基本指令和功能指令的能力 具有梯形图程序设计的初步能力 具有初步设计可编程控制应用系统的能力,本节目标：,PLC的定义和应用领域 PLC与继电器控制的区别,任务一 可编程控制器基础,一、PLC的产生及定义 二、PLC的特点和分类 三、PLC的应用和发展 四、PLC的基本组成 五、PLC的工作原理 六、三菱FX2N系列PLC的特点,引言,从小型三相异步电动机启停控制实例中看出，继电器接触器电器控制的特点有：,1、一旦控制要求改变，电器控制系统必须重新配线安装。 2、大型的继电器控制电路接线更加复杂，体积庞大。 3、机械触
2、点易损坏，因而系统的可靠性较差，检修工作相当困难。,引言,采用可编程控制器对三相电机进行直接启动和延时启动，工作将变得轻松愉快。,采用可编程控制器进行控制，硬件接线更加简单清晰。用户只需要将输入设备如启动按钮SB1、停止按钮SB2、热继电器FR接到PLC的输入端口，输出设备如接触器线圈KM接到PLC的输出端口，再接上电源就可以了。 两种方式启停电机的硬件接线图完全相同。,一、 PLC 的产生、发展和定义,PLC在早期是一种开关逻辑控制装置，被称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。 PLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于
3、逻辑控制的范畴。因此，1980年美国电气制造协会(NEMA)将其命名为Programmable Controller(PC)，但为避免与个人计算机(Personal Computer)的简称PC混淆，习惯上仍将其称为PLC。,对新型控制器的主要技术要求,美国通用汽车公司(GE公司) 1968年提出了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容如下： 编程简单，可在现场修改和调试程序； 价格便宜，性价比高于继电器控制系统； 可靠性高于继电器控制系统； 体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少； 能与计算机系统数据通信； 输入量是交流115 V电压信号（美国电网电压是110V） 输出量是交流115 V电压信
4、号、输出电流在2 A以上，能 直接驱动电磁阀等 具有灵活的扩展能力； 硬件维护方便，采用插入式模块结构； 用户存储器容量至少在4 KB以上,1.1 PLC的产生及发展,可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller) (PLC),可编程序控制器（Programmable Controller) (PC),继电器控制电路,具有逻辑运算 定时计数 等简单功能,速度提高 功能增强 可控制模拟量,以16位32位 微处理器为核 心功能更强,第一代,第三代,第二代,PLC的诞生和发展,可编程序控制器(Programmable Logic Controller）简称PLC，是
5、：以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。,1.2 PLC的定义,国际电工委员会（ IEC）对可编程序控制器的定义：“可编程序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、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。,PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制装置。,2.1 可编程序
6、控制器（PLC）的特点 （1） 使用灵活，通用性强； （2） 可靠性高；抗干扰能力强。 （3） 编程简单、易于掌握； （4） 接口简单，维护方便。,二、PLC的特点和分类,1、按I/O点数 小型PLC：入出总点子数256 中型PLC：入出总点子数2562048 大型PLC：入出总点子数2048 2、按结构类型分 整体式（单元式）：基本单元、扩展单元、特殊功能单元 模块式（积木式）：CPU模块、I/O模块、电源模块、存储器模块等。 叠装式：基本单元、扩展单元、特殊功能单元、扩展模块、特殊功能模块等。,2.2 PLC的分类,1. 单元式结构（整体式）,体积小、速度快 内置RS-232C接口 具有软
7、PID功能,2. 模块式结构,3.叠装式,3、按功能分 低档机 中档机 高档机 4、按生产厂家分 日本立石（OMRON）公司的SPC系列可编程序控制器； 日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2N系列可编程序控制器； 日本松下（PANASONIC）电工公司的FP1系列可编程序控制器； 美国通用电气（GE）公司的GE系列可编程序控制器； 美国艾论布拉德利（A-B）公司的PLC-5系列可编程序控制器； 德国西门子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可编程序控制器,Power in a Small Package!,电源模块,CPU模块,IO模块,底 板,中、大型机：模块式。可
8、根据需要在主板上随意组合。,三、PLC的应用,开关量逻辑控制：取代传统的继电器接触器控制。 这是PLC最广泛的应用.,过程控制：对生产过程中连续变化的模拟量进行检测和 控制,数据处理：数据运算、数据传递、数据转换，排序 查表、位操作等,通信联网与显示打印：可组成多级、分布式控制系 统。实现控制与管理的结合。,传送带生产线控制,灌装及包装机械,木材加工,电梯控制,空调控制,纺织机械,印刷机械,可编程序控制器的发展趋势,四、 PLC的基本结构,PLC的硬件,CPU的具体作用： （1）接收，存储用户程序； （2）以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相 应的数据存储区； （3）执行监控程
9、序和用户程序； （4）响应外部设备（如编程器，打印机）的请求。,4.1 中央处理单元（CPU） CPU是PLC的控制中枢，它是由控制器和运算器组成。,PLC中所采用的CPU通常有三种 ： （1）通用处理器：8086、80286、80386； （2）单片机芯片：8031、8096 （3）位片式微处理器：AMD-2900 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU； 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU； 大型PLC多采用高速位片式微处理器,4.2 存储器 主要用于存放系统程序，用户程序和工作状态数据。,（1）系统存储器：存放系统管理程序。 （2）用户存储器：存放用户编制的控制 （
10、3）工作数据存储器： 存储工作数据,RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。 ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。,用户程序存储器的容量一般以字为单位 三菱FX系列的用户程序存储器以程序步为单位。,4.3 输入接口电路,PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。 接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。 各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。,输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。,4
11、.4 输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与 外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,输出三种形式：继电器 - 低速大功率 晶闸管（可控硅） - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率,4.5 电源单元,把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。,PLC的外部设备主要有： 编程设备 触摸屏 操作面板 文本显示器 打印机 等,4.6 外部设备,4.7 编程设备,
12、PC FP PROGRAMMER,(HELP) CLR,WRT,FN/P FL,STK IX/IY,NOT DT/Ld,READ ,OT LWL,OR RWR,AN YWY,ST XWX,SRC ,(-) OP,(BIN) K/H,SC,CT CEV,TM TSV,ACLR,ENT,B,A,F,E,D,C,9,8,3,2,1,0,7,6,5,4,(DELT) CLR,利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器一般分简易型 和智能型。,专 用 编 程 器,在装有专用编程软件的计算机上编程,简易编程器,直插式、便携式,计
13、算机辅助编程,图形编程器,编程工具,4.8 PLC的软件,1.软件组成,PLC的软件包括系统监控程序和用户程序两大部分。,系统监控程序是由PLC的生产厂家编制的，用于控制PLC的运行，包括管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用三个部分。,用户程序又称用户软件、应用软件等，是PLC的使用者编制的针对控制问题的程序，,2.应用软件常用的编程语言,目前，PLC常用的编程语言包括梯形图、指令语句表、功能图、功能块图、高级编程语言等。,1)、梯形图是用图形符号在图中的互相关系来表示控制逻辑的编程语言,梯形图中用,表示 PLC 编程元件的动合触点,动断触点,线圈,编程元件的种类用图形符号及字母
14、或数字加以区别。,(END),X2,X1,Y1,Y1,连 动 线 路,梯 形 图,PLC 输入继电器 动断触点,动合触点,动合触点,( ),( ),输出继电器线圈,(1) 梯形图中的继电器不是“硬”继电器，是 PLC 存储器的一个存储单元。当写入该单元的 逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。,几点说明,(2) 梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线，然后是触点的串、并联连接，最后是线圈与右母线相联。,(3) 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地
15、描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。,五、PLC的工作原理,5.1 PLC的工作原理：,采用循环扫描方式,在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、 程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。,注意,由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。,5.2 PLC的运行方式：,（1）运行工作模式(RUN) 当处于运行工作模式时，PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。 在运行模式下，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使P
16、LC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。 注：PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。,（2）停止模式（STOP） 当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。,方式开关置STOP: 只执行前2个阶段，即只作内部处理与自诊断与外设进行通信处理； 方式开关置RUN: 将执行所有阶段。,每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期，在一个扫描周期内可编程控制器工作过程分为三个阶段：,1输入采样 可编程控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。,2程序执行 在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。并根据指令的要求执行相应的逻辑运算
