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1、目 录第一章 概 述2一、PLC的分类及特点2二、PLC的结构与工作原理4三、CPM2AH PLC的硬件组成及指令系统5四、PLC控制系统的设计与故障诊断6五、PLC的应用及展望7第二章 实训工程8PLC根本技能实操8实训一 PLC认知实训8实训二 典型电动机控制实操11实训三 数码显示控制14实训四 抢答器控制16实训五 音乐喷泉控制18实训六 装配流水线控制20实训七 十字路口交通灯控制22实训八 水塔水位控制24实训九 天塔之光控制27实训十 自动配料装车系统控制29实训十一 四节传送带控制32实训十二 多种液体混合装置控制34实训十三 自动售货机控制37实训十四 自控轧钢机控制40实训
2、十五 邮件分拣机控制43实训十六 自控成型机控制45实训十七 机械手控制47实训十八 加工中心控制50实训十九 三层电梯控制53PLC实物控制实训56实训二十 直线运动位置检测、定位控制56实训二十一 步进电机控制58附录一 CX-Programmer软件的使用说明60附录二 PLC仿真实训软件使用帮助63附录三 THPFSL-2型 可编程控制器实训装置使用说明书65第一章 概 述一、 PLC的分类及特点可编程控制器简称PLCProgrammable Logic Controller，在1987年国际电工委员会International Electrical Committee公布的PLC标准
3、草案中对PLC做了如下定义：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那么而设计。(一) PLC的分类按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等。其中日系具有代表性的为三菱、欧姆龙、松下、光洋等；欧美系列具有代表性的为西门子、A-B、通用电气、德州仪表等；韩台系列具有代表性的为LG、台达等；大陆系列具有代表性的为合利时、浙江中
4、控等；按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等。大型机一般I/O点数2048点；具有多CPU，16位/32位处理器，用户存储器容量816K，具有代表性的为西门子S7400系列、通用公司的GE系列等；中型机一般I/O点数为2562048点；单/双CPU，用户存储器容量28K，具有代表性的为西门子S7300系列、三菱Q系列等；小型机一般I/O点数256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量4K字以下，具有代表性的为西门子S7-200系列、三菱FX系列等；按结构分，可分为整体式和模块式。整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点；
5、小型PLC一般采用这种整体式结构。模块式PLC由不同I/O点数的根本单元又称主机和扩展单元组成。根本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等；扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU；根本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接；整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。按功能分，可分为低档、中档、高档
6、三类。低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等根本功能；还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比拟、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。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、数据传送和比拟、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。高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、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
7、式网络控制系统，实现工厂自动化。(二) PLC的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。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。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间那么更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。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报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保
8、护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2. 配套齐全，功能完善，适用性强PLC开展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的开展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3. 易学易用，深受工程技术人员欢送PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方
9、式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制翻开了方便之门。4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5. 体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的
10、理想控制设备。(三) PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1. 开关量的逻辑控制这是PLC最根本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2. 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量Analog和数字量Digital之
11、间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3. 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4. 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型
12、PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5. 数据处理现代PLC具有数学运算含矩阵运算、函数运算、逻辑运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比拟，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6. 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其
13、它智能设备间的通信。随着计算机控制的开展，工厂自动化网络开展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。二、 PLC的结构与工作原理PLC的结构PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理那么大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要局部组成。7. 主机主机局部包括中央处理器CPU、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送
14、到输出端，并响应外部设备如编程器、电脑、打印机等的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。8. 输入/输出I/O接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备如按钮、传感器、触点、行程开关等的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备如接触器、电磁阀、指示灯等。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输
15、入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。9. 电源图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。10. 编程器编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。11. 输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与根本单元即主机。12. 外部设备接口此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号或地址号作周期性循环扫描，如无跳转指令，那么从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PL
