1、,学习领域5技术系统维护管理,第二部分PLC编程基础及应用,参考书：电气控制与PLC应用 巫莉 主编,学习领域5：技术系统维护管理,可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，它把自动控制技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。,第一章 PLC的基础知识,第一节 概述,可编程控制器在近40年来得到了迅猛发展，至今己成为工业自动化领域申最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱(可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造)的首位。,随着工业生产的迅速发展，继电器控制系统的缺点变得日益突出。由于其电路复杂、可靠性下降、检修困难、更新难(对生产线) 。 19
2、68年美国通用汽车(GM)为适应汽车工业的激烈竟争，满足汽车型号不断更新的要求，通用对新型控制器提出了十大要求，这就是目前广泛使用的可编程控制器。(Programmable Logic Controller ， PLC) 。,一、可编程控制器由来,20世纪80年代后，随着微电子技术、特别是微处理器的发展，使PLC功能增强，不仅能实现开关量的逻辑控制，而且具有数字运算、数据处理、运动控制、模拟量控制、远程I/O、网络通信等功能。,在全球有上百家PLC制造厂商, 其中著名的厂商有美国Rockwell自动化公司所属的A-B(Allen&Bradly)公司、GE-Fanuc、SIEMENS、法国施耐德
3、(SCHNEIDER)、日本欧姆龙(OMRON)、三菱公司等。,一、可编程控制器由来,1、可靠性*线路简单、维修方便。*PLC采用一系列可靠性设计.如:冗余设计、故障诊断及报警、信息保护及恢复等。*在硬件上采用可靠性高的工业级元件、对干扰采用屏蔽、隔离、滤波等。,二、可编程控制器特点,2、易操作性*操作方便:现在PLC的编程可用电脑，可以在线或离线更改。*编程方便:采用梯形图与电气原理图很相似。*维修方便:PLC的自诊断功能，根据故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息。3、灵活性*编程灵活性:用相同的硬件完成不同工艺流程要求。*扩展的灵活性:容量、功能、控制范围等扩展。4、机电一体化它是专门为
4、工业过程而设计的控制设备，它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流等领域主要控制设备。,二、可编程控制器特点,三、可编程控制器编程基础,首先向同学们介绍一些与程序设计有关的名词术语和基本知识，这些知识在以后的学习中将要使用，请同学们必须听懂，我这里上的课一般来说同学们不用死记硬背，但要求同学们一定要理解，不懂之处一定要及时搞明白，因为有些内容前后相关。,周期T 脉宽T1 上升沿 下降沿 频率(每秒变化次数) 占空比T1/T 用%表示 高电平 低电平 正逻辑 负逻辑,1、脉冲信号,2、时序图,三、可编程控制器编程基础,按时间顺序画出的各输入/输出脉冲信号的波形对应图形，反应某一时刻各
5、信号的取值情况。,三、可编程控制器编程基础,位：一个开关量或二进制数的一位 bit字节：八位二进制组成的数据量 byte字：十六位二进制组成的数据量 word双字:由二个相邻的十六位存储单元所组成的数据量,3、位与字,高位 低位,高四位 低四位,三、可编程控制器编程基础,堆栈：在PLC中一个特定的存储区，用来存放中间运箅和处理结果，先进后出。,4、堆栈与嵌套,压栈 出栈 读栈,三、可编程控制器编程基础,寻找操作数地址的方式1)、直接寻址：操作就是存放数据的地址。 例：LD X0 X0ACC2)、立即寻址：操作数为常数。十进制 K 十六进制 H例：MOV K300 D0 300D03)、变址寻址
6、:操作数偏移地址为存放数据的地址。例：MOV D5Z0 D20 D(Z0)+5)D20(Z0)=K5 (D10)=K100 结果(D20)=K100在编程时可使程序简单,5、寻址方式,三、可编程控制器编程基础,数据寄存器D用来存贮需处理的数据。处理数据中间结果和处理结果。分通用数据寄存器、断电保持数据寄存器、特殊用途数据寄存器。,6、数据寄存器D变址寄存器V和Z(十六位),变址寄存器V和Z是特殊用途数据寄存器，作为改变操作地址指针用。V、Z各8个。,三、可编程控制器编程基础,组合位元件是由多组位元件(每组4个)组成的字元件 。,7、组合位元件,例： K1X0-X3X0 K4M20-M35M20
7、 K3M20-M31M20,三、可编程控制器编程基础,8、指针P/I,指针是程序运行过程中程序发生转移时，要转移去的入口地址。指针有二种:一为跳转指针P，为跳转和调用子程序转移去的入口地址，一为中断指针I，为中断服务程序入口地址。,三、可编程控制器编程基础,8、指针P/I,三、可编程控制器编程基础,9、逻辑运算,PLC实质上是一台用于工业控制的专用计算机，但其结构及组成不与一般计算机有所区别。,第二节 PLC 的构成,一、 PLC 的硬件,一、 PLC 的硬件,2、应用软件:又称用户程序，是由用户根据控制要求，采用PLC专门的程序语言编写的应用程序。常用的编程语言有:梯形图、指令表、顺序功能图
8、、功能图。我们这里主要给同学讲梯形图的应用。,第二节 PLC 的构成,二、 PLC 的软件,1、系统软件:是指系统管理程序，在出厂时已固化在EPROM中，并永久保存，不能更改。,继电器控制电路与PLC梯形图比较,第三节 PLC 的工作原理,一、 可编程控制器的等效电路,输入回路：外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器。供PLC内部控制电路编程使用。输入回路的电源可用PLC电源模块提供的直流电压24V 。,内部控制电路：内部控制电路是由用户程序形成。它的作用是按照程序规定的逻辑，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理、判断,然后得到相应的输出。,输出回路：输出回路是由内部电路隔离的输出
9、继电器的外部动合触点Y0、输出端子、公共端COM、外部电路组成。用来驱动、控制外部负载KM 。在PLC内部控制电路中输出继电器可多次使用，而对外每一输出只提供一个动合触点与输出接线端连接。,一、 可编程控制器的等效电路,二、电动机单向运行PLC控制,三、PLC循环扫描工作方式,上电初始化:PLC上电后首先进行系统初始化，清内部继电器区、复位定时器等。,CPU自诊断:在每个扫描周期都要对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查，以确保系统可靠运行。,与外设通信:若有通信需求，则在每个通信扫描阶段，进行PLC之间、PLC与计算机之间等信息交换。,执行用户程序:PLC在运行状态下，每一扫描周期都
10、要进行输入、输出信息处理。以扫描方式先把外部输入信号存入输入映像区，执行用户程序，将运算处理后的结果存入榆出映像区，最后传送到外部被控设备。,三、PLC循环扫描工作方式,集中采样与集中输出的工作方式是PLC的一个特点，在整个程序处理过程中， PLC系统与外界隔开，这样提高了系统的抗干扰能力。,三、PLC循环扫描工作方式,四、扫描周期和输入/输出滞后时间,四、扫描周期和输入/输出滞后时间,第二章 三菱FX2N系列PLC,本章以日本三菱FX2N系列PLC为例，从实际应角度介绍PLC的外观、接线，并应用图解法形象地介绍PLC的编程文件及其基本指令。,第一节 FX2N系列PLC的系统配置,一、 FX2
11、N系列PLC外观及其特证,1、外部端子:PLC电源(L、N、24V)、输入X、输入Y2、指示:I/O点状态指示、PLC电源、运行等指示3、接口:编程器、扩展单元、扩展模块、通迅等接口,L、N接交流100250V,FX2N-32MR外型图,二、PLC输入接口器件接入,输入器件主要有按钮开关、接近开关、光电开关等。都是触点类型的器件，是无源器件。,COM为公共端，在FX2N系列中输入COM端是连通的。 PLC内部电源能为每个输入点提供7mA工作电流。,PLC输入接口接线图说明,输入继电器X1)、PLC接受外部信号的等效电路。2)、线圈受外部信号控制，线圈不出现在梯形图中。.3)、触点可无限制多次取
12、用。,三、PLC输出接口器件接入,输出口上接的器件主要有继电器、接触器、电磁阀的线圈。这些器件均采用外部专用电源供电， PLC内部只提供一开关接点。,输出口连接线圈种类多，所需电源种类及电压不同，故输出口公共端分为许多组，一般4个一组。各COM是内部是隔离的。可根据需要把它连接。,PLC继电器形输出口的电流定额一般为2A ，若要驱动大电流器件，则须配装中间继电器过渡。,PLC输出接口接线图说明,输出继电器Y1)、PLC控制外部负载的等效电路。2)、线圈由程序控制，线圈出现在梯形图中。3)、触点可无限制多次取用。,一、输入继电器X,第二节 FX2N系列PLC编程元件,二、输出继电器,三、辅助继电
13、器M,PLC中配有大量辅助继电器，与中间继电器类似，常用于中间状态存储及信号类型变换，辅助继电器不能直接驱动外部负载。,辅助继电器分三种类型(FX2N)1、普通用途辅助继电器M0M499(共500点) 2、有断电保护功能M500M1023(524点)3、特殊功能辅助继电器M8000M8255(256点),M8000(运行监视):可作为正常运行标志传给其它系统。M8002(初始化脉冲):可以用它给某些元件置初始值。M8011M8014分别是10ms、100ms、1s、1min时钟脉冲。,四、掉电保持辅助继电器应用,定时器相当干继电控制系统中的时间继电器，分为通用定时器和积算定时器，共256个，每
14、个定时器都有一个常升触点和一个常闭触点。可任意取用。分通电延时和断电延时。,五、普通定时器应用,同学们要能画出对应时序图，对Y1来说是上电延迟通。,五、普通定时器应用,六、积算式定时器(断电保持)应用,七、16位计数器应用,计数器类似继电控制系统中的计数器，其功能是对指定输入端口上输入脉冲或逻辑组合脉冲的上升沿进行计数，分为增量通用计数器、断电保持通用计数器、通用双向计数器、断电保持通用双向计数器、高速计数器，共256个。 每个计数器都有一个常升触点和一个常闭触点。可任意取用。,七、16位计数器应用,七、16位计数器应用,八、边沿触发脉冲应用,MC:主控触点指令开始，该指令操作元件为Y、M,M
15、CR:主指复位指令，表示主控区结束，该指令操作元件为主控指令的使用次数N(N0N7) 。,MC、MCR指令必须成对使用。使用不同的Y、M元件号，可多次使用MC指令。在MC指令内再使用MC指令时嵌套级N的编号就顺次增大，返回时用MCR指令，从大的嵌套级开始解除。,九、主控触点指令MC/MCR,九、主控触点指令MC/MCR,PLS上升沿作用PLF下降沿作用,十、脉冲输出指令,1、应避免同一输出在一个程序中出现二次,十一、编程注意事项及编程技巧,2、线圈不能直接与左母线相连,3、不能编程的电路应进行等效变换后再编程,第三章 FX2N系列PLC基本指令编程应用,本章在常用基本环节编程基础上，以实例说明
16、FX2N系列PLC基本指令的编程应用，并用图解方法进行讲解，通俗易懂。,第一节 常用基本环节的编程,一、电动机单向运转控制,一、电动机单向运转控制,二、电动机正反转控制,三、多地控制电路,四、顺序启动控制电路,五、定时电路,六、利用计数器配合定时器扩展定时范围,七、闪烁电路,一、电动机的Y-降压启动控制,启动过程:按一下SB1Y1得电Y0得电并自锁T0定肘6s后Y1失电Y0失电，同时Y2得电(电机全压启动) 。 另外要求Y1、Y2互锁。请同学按要求试编一下PLC程序,第二节 编程实例及经验设计法,一、电动机的Y-降压启动控制,二、电动机串电阻降压启动控制,启动过程:按一下SB1Y1得电并自锁T
17、0定肘5s后Y2得电(电机全压启动) 。 请同学按要求试编一下PLC程序,二、电动机串电阻降压启动控制,三、电动机串电阻降压启动和反接制动控制,三、电动机串电阻降压启动和反接制动控制,降压启动过程:Y1启动当电机转速100r/min速度继电器KS闭合Y3闭合(电机全压启动) 。反接制动过程:按下SB2Y1失电Y3失电，同时Y2得电当电机转速下降至100r/min速度继电器KS断开Y2失电(反接制动结束) 。请同学按要求试编一下PLC程序,四、自动往返控制,过程描叙:当按一下按钮SB1Y1得电并自锁当台车前进碰到限位开关SQ1时Y1失电，台车停,同时Y2得电台车后退当台车前进碰到限位开关SQ2时
18、Y2失电，台车停,同时Y1又得电，台车又前进这样往返循环直到按下停止按钮SB3 。另外当SQ1或SQ2失效时，台车碰撞到SQ3或SQ4时台车停止,达到终端保护作用。 请同学按要求试编一下PLC程序,四、自动往返控制,四、自动往返控制,五、自动台车控制,过程描叙:当按一下按钮SB台平电机M正转，得电并自锁当台车前进碰到限位开关SQ1时台车反走当台车碰到限位开关SQ2时台车停车，停6s ，第二次前进，碰到限位开关SQ3后再次后退当台车再次碰到限位开关SQ2时台车停止。 请同学按要求试编一下PLC程序,六、顺序控制设计法与顺序功能图,用经验设计出的梯形图往往很难阅读,给系统的维和改进带来很大困难.而
19、顺序控制设计法却解决了上述问题. 所谓顺序控制,就是按照生产工艺预先规定皈顺序,在各个输入信号作用下,根据内部状态和时间的顺序,在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作. 顺序控制的关键是根据工艺过程画出顺序功能图.它是一种先进设计方法,易被初学者接受.具有设计效率高、程序调试、修改、阅读方便等优点.一个有经验的电气工程师用经验设计法设计某控制系统梯形图,花两周时间,用顺序控制只用了半天时间 顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件、动作(或命令)组成.,六、顺序控制设计法与顺序功能图,1、步与动作 顺序控制设计法是将系统一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段,这个阶段即为步(Ste
20、p).可用编程元件(辅助继电器M和状态S)表示,例如:运料矿车开始在右限位X1(见下图4-18 ),按一下X3Y11变ON,装料;同时T0定时10s后T0定时到Y11变OFF,停装料;Y12变ON,车左行碰限位X2Y12变OFF,车停;Y13变ON,开始卸料;同时T1定时5s后定时到Y13变OFF,停卸料;Y10变ON,车右行碰限位X1,返回初始步,停止运行.,六、顺序控制设计法与顺序功能图,1、步与动作,六、顺序控制设计法与顺序功能图,2、初始步: 与系统初始状态对应的步称初始步.用双线 框表示.3、活动步:当系统正处于某一步所在的阶段时,该步处于 活动状态称该步为活动步.步处于活动状态时,
21、相应动作被执行;非活动状态时,相应的非存储型动作不执行.4、与步对应的动作或命令 若某一步有几个动作,动作之间没任何顺序.是存储型应表明.存储型的即该步为不活动步时动作继续保持.5、转换 转换将相邻两步分隔开,步的活动状态进展是由转换条件的实现来完成.6、转换条件 使系统由当前步进入下一步的信号称转换条件.它可以是输入信号;也可以是PLC内部产生的信号(如:定时器、计数器等;还可能是若干信号与、或、非逻辑组合.,七、顺序功能图基本结构,1、单序列 单序列由一系列相继激活的步组成,每一步后面仅有一个转换, 每一个转换后面只有一个步.有向连线没有分支与合并(图4-21a).2、选择序列 选择序列的
22、开始称为分支(图4-21b),转换符号标在水平连线之下.若步5是活动步,且h=1将发生由步5向步8进展.若步5是活动步,且k=1将发生由步5向步10进展.如果将条件k改为k*非h,则当k和h同时为ON时将发生由步5向步8进展.一般同一时刻只允许选择一个序列,即任何两个序列不能同时执行. 选择序列的结束称为合并,转换符号j、n只允许在水平线之上.,七、顺序功能图基本结构,七、顺序功能图基本结构,3、并行序列 并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况(图4-21c).若步3是活动步,且e=1将发生由步3向步4、6进展.为了区别选择序列,将并行序列的分支和合并用双线表示. 当步5、7都
23、处于活动状态时,且i=1才发生步5、7到步10的进展. 在并行序列的每一个分支点,最多允许8条支路,每条支路的步数不受限制.,七、顺序功能图基本结构,例如:某专用钻床用来加工圆盘状零件上均分布6个孔(图4-22).操作人员放好工件后,按启动X0,Y0变ON,工件被夹紧,夹紧后压力继电器X1为ONY1、Y3两钻头同时开始向下进给大钻头钻到限位X2Y2使其上升到限位X3时停止上行;小钻头钻到限位X4Y4使其上升到限位X5时停止上行,同时计数器C0+1.计数器C0计数不到3时Y5使工作台转120度转到位时X6为ON开始钻第二对孔.,七、顺序功能图基本结构,七、顺序功能图中转换实现的基本规则,转换实现
24、必须同时满足两个条件:1、该转换所有前级步都是活动步2、相应的转换条件得到满足,例如:在图4-23中转换条件为X5+X1,它的两个前级步为步M10和步M11,则应将逻辑表达式(X5+X1)*M10*M11对应触点串并联.在梯形图中,该条件满足时,M10和M11复位;M12和M13置位注意:1、两个步绝对不能直接相连,必条用一个转换将它们隔开.2、两个转换也不能直接相连,必条用一个步将它们隔开.3、初始步必不可少,否则因没有活动步,系统无法工作.4、只有当某一步前级是活动步时,该步才有可能变成活动步.5、若系统有自动、手动两种工作方法,顺序功能图是描述自动工作过程的,这时在手动进入自动方式时,用
25、一个信号将初始步置为活动步.,八、使用启保停电路的编程方法,启保停电路仅用与触点和线圈有关的指令,这是一种通用编程方法,可用于任意型号的PLC.而且直观、易学.三菱PLC中使用步进梯形指令STL就不讲了.,图5-11中X1是步M2之前的转换条件,关键是找出它的启动条件和停止条件.M2变为活动步条件:(1)前级步M1为活动步、且转换条件X1=1,则应将M1与X1的常开触点串联作为M2启动条件;(2)控制M2启动条件的M1在下一个扫描周期将断开,所以必须用M2进行自保;(3)当M2和X2均为ON时,步M3变为活动步,这时步M2应变为不活动步,即将M3的常闭触点与M2线圈串联.将以上三个条件用逻辑代
26、数式可表示为:M2=(M1*X1+M2)*M3,八、使用启保停电路的编程方法,1、单序列的编程方法,例: 图5-12是某小车运动,设小车初始位置时车停在右边,X2为ON,按下启动按钮X3后小车左行,碰到限位X1时车右行,返回碰限位X2后车再左行,碰到限位X0时车再右行,返回起始位后停. 这里说明一下梯形图输出部分方法:1)、某一输出量仅在某部步中为ON,可以将它的线圈直接与对应步的辅助继电器M线图并联.也许同学们会认为是否可直接用输出继电器Y来代表步?完全可以,但为了编程规范、梯形图易读等优点.还是用辅助继电器M更为清楚.2)、某一输出量在几步中都为为ON,应将所有步的辅助继电器M常开触点并联
27、后,驱动该输出继电器的线圈Y.,八、使用启保停电路的编程方法,1、单序列的编程方法,八、使用启保停电路的编程方法,2、选择序列与并行序列的编程方法,例: 图5-13是人行横道处交通信号灯示意图,按下启动按钮X0后步M1和步M5同时变为活动步,车道红灯和人行道绿灯亮 梯形图的几点说明:1)、在程序执行过程中,当按一下停止按钮X1,M10为OFF,只有在完成顺序功能图的最后一步车道黄灯亮M4=1、人行道红灯亮M7=1、T5定时到M8=1返回初始状态,所有灯熄灭.2)、在顺序功能图中,为了避免从并行序列的汇合处直接转到并行序列的分支处,在步M4和M7后面设置了一个虚设步M8.该步没有具体操,进入该步
28、后,将马上转到下一步.3)、M8之后有一个选择序列分支,当它的后续步M0、M1和M5变为活动步时,它应变为不活动步.因为M1和M5是同时变为活动步,故只需将M0和M1或M0和M5的常闭触点与M8的线圈串联.4)、M1和M5启保停电路启动条件应为M0*X0+M8*M10.,八、使用启保停电路的编程方法,2、选择序列与并行序列的编程方法,九、以转换为中心的编程方法,1、单序列的编程方法,例: 图5-16是以转换为中心的编程方法,转换条件M2=M1*X1,转换条件满足后,应完成两个操作:将后续步M2变为活动步(SET M2);将前级步变为不活动步(RST M1).这种方法与前面讲的启保停较相似,但更
29、直观.,九、以转换为中心的编程方法,1、单序列的编程方法,例: 图5-17是两条运输顺序相连,按一下启动X02号运输带运行,5s后1号运输带运行;停机顺序与启动正好相反.,九、以转换为中心的编程方法,2、选择序列与并行序列的编程方法,例: 在地下停车场出入口处,同时只允许一辆车进或出,在进出通道两端都设置有红绿灯图5-18,光电开关X0和X1用于检测上、下是否有车经过,光线被车遮住时X0或X1为ON.当有车进入通道时,用光电开关的前沿,使两端的绿灯灭、红灯亮,以警示两方后来的车不可再进入通道.车开出通道时,用光电开关的后沿,两端的红灯灭、绿灯亮,别的车辆可以进入通道.,九、以转换为中心的编程方法,2、选择序列与并行序列的编程方法,
