可编程控制器原理及应用

预备知识 继电器控制技术,第一部分 可编程控制器绪论,第三部分 三菱FX-2N可编程控制器,本课程具体内容,第二部分 可编程控制器基础知识,第四部分 PLC网络及通信,第五部分 PLC控制系统设计与应用,第六部分 其他可编程控制器简介,一、常用低压电器,二、基本控制线路,继电器控制技术,电器的构成：,电器的定义：,1、概述,常用低压电器,电器是根据外界信号（机械力、电动力和其它物理量）自动或手动接通和断开电路,实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的元件或设备。,（1）电磁机构,铁心,衔铁,线圈,（2） 触头系统,常用低压电器,2、接触器,接触器是一种用于接通和断开(交、直流)负荷电流的电磁式自动切换电器，主要用于控制电动机、电焊机、电容器组等大容量设备，具有低压释放的保护,常用低压电器,(1) 结构,1动触头 2静触头 3衔铁 4弹簧 5线圈 6铁心 7垫毡 8触头弹簧 9灭弧罩 10触头压力弹簧,3. 符号,功能，适用于频繁操作和远距离控制。,继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或断开控制电路，实现自动控制和保护的电器。其输入量可以是电压、电流等电气量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电气量。,(1)结构,1底座 2反力弹簧 3、4调节螺钉 5非磁性垫片 6衔铁 7铁心 8极靴 9电磁线圈 10触点系统,常用低压电器,3、继电器,(2)、种类：,1）电流继电器,2）电压继电器,3）中间继电器,(3) 符号(中间继电器)：,4）时间继电器,5）热继电器,6）速度继电器,常用低压电器,常用低压电器,4、其它常用电器,（1）低压断路器,1热脱扣器的整定按钮 2手动脱扣按钮 3脱扣弹簧 4手动合闸机构 5合闸联杆6热脱扣器 7锁钩 8电磁脱扣器 9脱扣联杆 10、11动、静触点12、13弹簧 14发热元件 15电磁脱扣弹簧 16调节按钮,（2） 控制按钮,常用低压电器,2）符号,（3）行程开关,常用低压电器,（1）长动控制,基本控制线路,1、异步电动机直接起动控制线路,（2）点动控制,基本控制线路,2、异步电动机正反转控制线路,（1） “正停反”控制,基本控制线路,（2） “正反停”控制,基本控制线路,（1） 定子串电阻降压起动控制电路,基本控制线路,3、异步电动机降压起动控制线路,改进后的电路,基本控制线路,（2） 星形三角形降压起动控制电路,基本控制线路,（3） 自耦变压器降压起动控制线路,基本控制线路,三种降压起动方式优缺点：,（1）串起动电阻起动的优点：结构简单、成本低、动作可靠。缺点：消耗电能。适用场合：要求起动平稳的中小容量电动机以及起动不频繁的场合。,（2）自耦变压器起动的优点：对电网电流冲击小，功率损耗小。缺点：价格较贵，体积较大，且是按照非连续工作制设计制造的，不允许频繁操作。,（3）Y-起动的优点：定子绕组星形接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的1/3，起动电流为1/3，因而起动电流特性好。缺点：起动转矩也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。此线路适合轻载或空载的场合。,基本控制线路,（1）反接制动控制线路,基本控制线路,4、异步电动机制动控制线路,改进后的电路,基本控制线路,（2）能耗制动控制线路,基本控制线路,反接制动优点：制动效果好，其缺点是能量损耗大，在制动过程中有冲击，对转动部件有害，故用于不太经常起制动的设备。,能耗制动优点：能量损耗少，在制动时磁场静止不动，不会产生有害的反转，制动停车准确，制动过程平稳。缺点是需要整流电路，制动速度也较反接制动慢些。所以，能耗制动适用于电动机容量较大，要求制动平稳和起动频繁的场合。,两种制动方式优缺点的比较：,基本控制线路,PLC绪论,一、PLC的由来,二、PLC的特点,PLC出现后受到普遍重视，应用发展十分迅速。它有一系列受用户欢迎的特点。主要是：,PLC是上世纪70年代以来发展起来的一种新型工业控制设备。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国内外已广泛应用于自动化控制的各个方面，并已成为实现工业自动化的支柱产品。作为电气工程技术人员，必须牢固掌握PLC及其控制系统的基本原理与应用技术，才能适应当前及今后的社会发展的需要。,1、可靠性高;,3、组合灵活、使用方便;,4、功能强、通用性好;,5、开发周期短、成功率高;,6、体积小、重量轻、功耗低；,1、按结构形式：整体式、模块式,2、按I/O点数和存储容量：小型（256点、8K步）、 中型（20 48点、32K步）、大型（2048点以上、32K步以上）,3、按功能：低档机、中档机、高档机,PLC绪论,三、分类,2、编程简单、易于掌握;,四、应用,1、开关量逻辑控制,2、定时、计数控制,3、闭环过程控制,4、冗余控制,5、监控,6、数字通信和联网控制,五、发展方向,PLC绪论,1、小型化方向：多功能、体积小、点数少；,2、大型化方向：功能强、应用范围大、性能高、编程软件多样化和高级化、标准化、构成形式的分散化和集散化,六、PLC控制系统与其他控制系统的比较,1、与继电器接触器控制系统的比较,（1）控制逻辑：硬接线；软接线,（2）工作方式：受约状态；周期扫描,（3）控制速度：机械式；电子式,（6）设计与施工：周期长且困难；周期短、方便,（7）可靠性：差；高,（8）价格：便宜；昂贵,小结：在性能上PLC优异，且体积小、功耗低，使用维护方便，但价格较高。,（1）应用范围：几乎所有领域；主要用于工业领域,PLC绪论,2、与微型计算机控制系统比较,（2）使用环境：要求较高；要求不高,（3）输入输出：I/O与主机采取微电联系，不需电气隔离；控制强电，需电气隔离,（4）程序设计：要求具有较高的计算机硬件和软件知识；易于学习和掌握,（5）运算速度：速度快，微秒级；接口响应速度慢影响运算速度，毫秒级,（6）价格：较高；较低，十分之一左右,小结：PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握，价格便宜。,（1）单片机不如PLC容易掌握,（2）单片机不如PLC使用简单,（3）单片机不如PLC可靠,PLC绪论,3、与单片计算机比较,（4） PLC不如单片机运算速度快,（5） PLC不如单片机数据处理能力强,小结：PLC用于控制，稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便，单片机通用性和适应性较强,PLC绪论,一、PLC基本结构,二、PLC基本工作原理,可编程控制器基础知识,三、PLC编程语言,主机,PLC的硬件系统简化图,基本组成,基本组成,PLC的单总线结构框图,基本组成,1、输入部件,输入部件是PLC与工业生产现场被控对象之间的 连接部件。是现场信号进入PLC的桥梁。,（）开关量输入电路,）汇点式,）分隔式,2、输出部件,输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件，其功能是控制现场设备进行工作。,）直流输入,）交流输入,（2）输入信号接线图,基本组成,三种方式的使用场合分别为交直流、直流、交流,I/O端口接线,（ 3 ）可控硅输出方式,（ 2 ）晶体管输出方式,（）继电器输出方式,工作原理,1、工作方式,2、工作过程,（1）输入采样阶段：PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中相应的存储单元内。,（2）程序执行阶段：CPU按自上而下、自左而右顺序扫描用户程序，逐句执行各条指令。,PLC采用周期循环扫描、集中输入与集中输出的 工作方式。每次扫描的时间称为扫描周期。,（3）输出刷新阶段：所有程序执行完毕后，CPU将所有需输出的数据一次性输出以驱动外部负载。,工作原理,3、输入输出响应时序图,电路,工作原理,4、滞后原因及改进的措施：,（1）提高扫描速度,（2）提供高速输入端口以减少输入滤波时间,（3）提供高速处理模块,（4）采用I/O立即刷新指令,改进的措施有：,导致PLC滞后的因素主要为：,（1）输入滤波的时间常数（输入延迟）,（2）输出继电器的机械滞后（输出延迟）,（3）PLC的循环扫描工作方式（工作原理）,（4）PLC的输入采样、输出刷新的特殊性（工作原理）,（5）用户程序的编程水平,1、梯形图与语句表,编程语言,继电器控制线路与梯形图的联系与区别,编程语言,2、顺序功能图（状态转移图）,3、逻辑图编程语言,4、高级编程语言,一、 FX-2N简介,二、 FX-2N编程软元件,三菱FX-2N可编程控制器,三、 FX-2N基本逻辑指令,四、 FX-2N定时器及计数器编程,五、 FX-2N实例,六、 FX-2N步进控制,七、 FX-2N应用指令编程,1、型号名称,FX-2N PLC简介,一,FX-2N系列PLC是由电源、CPU、存贮器和输入/输出器件组成的单元型可编程控制器，而且AC电流、DC输入型的内装DC24V电源作为传感器的辅助电源。功能强大，可进行逻辑控制、开关量控制、模拟量控制，并可进行各种各种功能运算、传送、变址寻址、移位等。,FX-2N PLC简介,举例,2、FX2N PLC的主要特点,（1）输入输出16256点。,（2）内部随机存取存贮器（8000步）。电池后备、RAM。,（3）内部定时时钟,（4）基本指令：27种 步进阶梯指令：5种 应用指令：128种,3、产品概述：,FX-2N PLC简介,1、输入继电器,编程软元件,要点,（1）输入继电器是PLC与外部用户设备连接的接口， 用来接受用户输入设备发来的输入信号，是一种位元件。,（2）输入继电器编址区域标号为X，采用八进制编 址并从X000开始，最多128点。,（4）输入继电器有无数对常开触点和常闭触点供编程时使用。,（3）输入继电器只能由外部信号驱动,编程软元件,2、输出继电器,（4）每个输出继电器有无数对常开和常闭触点（称为内部触点）供编程使用。,编程软元件,（1）输出继电器用于将程序运算的结果经过输出端 送到用户输出设备，位元件。,（2）输出继电器编址区域标号为Y，采用八进制编址并从Y000开始，最多128点。,（3）输出继电器的状态只能由由程序驱动,要点,3、辅助继电器,编程软元件,辅助继电器分为普通型、停电保持型型和特殊型三种。,要点,（1）辅助继电器主要用于中继、中间量寄存，位元件。,（3）有无数对常开和常闭触点，但只能供内部编程使用，不能去直接输出驱动外部负载,（2）辅助继电器编址区域标号为M，采用十进制编址并从M000开始。,（1）普通型辅助继电器,（2）停电保持型辅助继电器,地址编号：M500 M3071，共2572点，其中 M500M1023（共524点）可通过参数设定变为非停电保持型（即普通型）。,特点：这类辅助继电器在PLC运行中若突然发生停电，则保持停电前的状态；当电源恢复正常时，系统又继续停电前的控制；当清除锁存时，才将断电保持型辅助继电器断开。,编程软元件,特点：它们无断电保持功能，即当切断PLC的电源或PLC进行复位时，其当时状态无法保持，一律呈断开状态。,地址编号：M0M499，共500点,举例,编程软元件,在绘制或阅读时序图时，一般是指某元件常开接点的状态随时间的变化而显示的波形。,（3）特殊型辅助继电器,地址编号：M8000M8255，共256点。,编程软元件,这些继电器各自具有特定的功能，可分成以下两类：,M8000、M8001：运行监视继电器,1）触点利用型：,举例,M8002、M8003：初始脉冲继电器,编程软元件, M8011M8014：内部时钟脉冲,M8011 10ms M8012 100ms M8013 1s M8014 1min,M8012的动作时序,编程软元件,2）线圈驱动型：, M8040：禁止状态转移, M8034：全部输出禁止继电器,编程软元件,M8033：停止时保持输出继电器,M8030：电池灭灯,M8039：恒定扫描,编程软元件,4、定时器,定时器分为普通型、保持型二种。,（1）定时器的作用相当于继电器控制系统中的时间继电器，主要用于定时控制。,（3）定时器有无数对常开和常闭触点，,（2）定时器编址区域标号为T，采用十进制编址并从T000开始。是一种位元件。,（4）定时器的动作过程,要点,（1）普通型定时器：T0T245 （非积算型）,1）100ms（T0T199 200点）定时范围： 0. 13276.7s,2）10ms (T200T245 46点） 定时范围 ： 0. 01327.67s,编程软元件,编程软元件,普通型定时器的工作过程,X1,T5当前值,Y20,编程软元件,（2）保持型定时器 T246T255（ 积算型）,1） 1ms (T246T249 4点 ) 定时范围: 0.00132.767s,2）100ms (T250T255 6点)定时范围:0.00132.767s,编程软元件,5、计数器:,编程软元件,计数器主要用于计数控制，分为两大类：,内部计数器是在执行扫描时对PLC内部软元件（X、Y、M、S、T、C)的位信号（通/断）进行计数的计数器。,（1）内部计数器,内部计数器有四种不同的类型：,1）普通型16位加计数器,地址编号为：C0C99 共有100点,2）保持型16位加计数器,地址编号为：C100C199 共有100点,两种计数器的设定设定值范围都为：132767（K）。,两种类型计数器的复位都是由指令来复位的。,编程软元件,3）普通型32位加/减计数器 C200C219,4）保持型32位加/减计数器 C220C234,两种计数设定范围都为： -2147483648+ 214748364（K）,要点,设定值除了可用常数K设定外，也可间接通过指定数据寄存器来设定，其设定值可超出规定范围。,（2）外部计数器（高速计数器）,高速计数器也是32位停电保持型增/减计数器，但它们只对特定的输入端子（X0X5）的脉冲进行计数。高速计数器采用终端方式处理，与扫描周期无关。,编程软元件,单相单输入高速计数器,编程软元件,6、数据寄存器,（1）普通型数据寄存器D0D199（200点),（2）停电保持型数据寄存器D200D7999（7 800点）,（3）特殊型数据寄存器D8000D8255（256点）,数据寄存器是一种字元件，用来存储数值数据的软元件。每个数据寄存器都是16位。,数据寄存器可以分为三种类型,（1）P作为一种标号用于跳转指令CJ或子程序调用指令CALL的跳转或调用的地址指针。,7、指针（P/I）,要点,编程软元件,（2）I用于中断服务子程序的地址指针。采用中断技术的用户程序在开中断期间，一旦中断响应就停止执行主程序，转去执行由I指针指定的指定服务子程序，直至遇到IRET指令再回到原主程序继续执行下去。,基本逻辑指令,1、接点取用与线圈输出指令,举例,X1,LD,0,Y1,OUT,1,X2,LDI,2,T1 K20,OUT,3,M1,OUT,4,基本逻辑指令,2、逻辑运算指令,（1）ANB和ORB指令可连续使用，但不超过7次。,（2）在使用ANB和ORB指令时，每个块电路开始总是用LD或LDI指令。,要点,基本逻辑指令,举 例,3、内部信息与器件状态处理指令(1),基本逻辑指令,基本逻辑指令,MPP,MPS、 MRD、 MPP: 多重输出指令或堆栈指令,X0,MPS,MRD,X0,基本逻辑指令,PLS、PLF：脉冲输出指令,基本逻辑指令,SET、RST：强迫置位与复位指令,基本逻辑指令,4、内部信息与器件状态处理指令(2),LDP、ANDP、ORP 指令,基本逻辑指令,LDF、ANDF、ORF 指令,基本逻辑指令,5、程序处理指令,基本逻辑指令,MC、MCR：用于主控开始和主控结束指令,定时器编程,1、接通延时定时器,2、断开延时定时器,定时器编程,计数器编程,定时器与定时器的串接使用,定时器与计数器的串接使用,计数器与计数器的串接使用,脉冲发生器,先通后断,先断后通,根据控制电路绘元件时序图,一个扫描周期,根据控制电路绘元件时序图,根据控制电路绘元件时序图,实例,机械手动作示意图,步进控制及状态转移图,步进控制是指在多工步的控制中，按照一定的顺序分步动作，即上一动作结束后，下一动作才开始。,步进控制的编程软元件是状态继电器S，与步进阶梯指令STL组合使用。在不用于步进阶梯指令时，状态S也和辅助继电器一样，可在一般的PLC中应用。其次，状态S既可作信号报警器使用，也可用作外部故障诊断的输出。,步进控制及状态转移图,1.普通型状态继电器： S0S499 500 点,其中：供初始状态使用（一般用双框表示）S0S9 10点 供返回原点使用 S10S19 10点,2.停电保持型状态继电器： S500S899 400点,步进控制及状态转移图,3. 信号报警器用状态继电器： S900S999 100点,转移条件,开始状态,状态1,驱动负载,转到下一状态,状态转移图绘制规则,机械手状态转移图,步进控制及状态转移图,步进梯形图和步进指令,步进控制编程步骤：,1、根据工艺流程画出状态转移图,2、根据状态转移图画出步进梯形图，并写出指令表,步进指令：专门用于步进控制的指令。,指令格式：操作码 STL；操作数 S,步进返回指令：RET,步进控制编程要点：,1、状态也可作普通的辅助继电器使用。但作为辅助继电器使用时，不能提供步进接点。,2、步进控制输出的驱动方法：,Y22不能编程,步进梯形图和步进指令,Y22可以编程,3、栈指令的位置：,4、状态的转移方法：,步进梯形图和步进指令,5、在不同的步进段，允许有重号的输出（注意：状态号不能重复使用）；在不相邻的步进段，允许使用同一地址编号的定时器（注意：在相邻的步进段不能使用）。,步进梯形图和步进指令,多流程步进控制,1.选择分支与汇合,2.并行分支与汇合,多流程步进控制,3、跳转与循环,多流程步进控制,编程实例,1、花样喷水控制,编程实例,编程实例,2、三台电机M1M3的控制要求为：起动时，M1起动2s后M2才起动，当M2起动起动3s后M3才起动。停止时，要求按M3M1的顺序停止。,编程实例,3、十字路口的车行灯和人行灯的动作过程如下图所示。其中，车行道有红、黄、绿三种颜色的指示灯；人行道有红、绿两种颜色的指示灯（下图所示即为各交通灯在一个周期内的动作情况）。,编程实例,4、大小球的选择传送控制 机械辟下降时，若电磁铁吸住大球，则由于活塞没有达到下限，故下限位开关断开；反之若吸住小球，则由于活塞到达下限而使下限位开关接通。,编程实例,应用指令基本规则,1、应用指令的通则,1）应用指令的表示方法,三要素：1）执行条件；2）功能号和助记符；3）操作数。,源操作数（Source） 用 S表示。,目标操作数（Destination） 用 D表示。,其他操作数 用m、n表示，用来表示十进制常数 K或十六进制常数H。,应用指令基本规则,2、操作数的表达方式,操作数可用以下几种表达方式：,位元件 X、Y、M等,字元件 T、C等,位元件的组合,常数K、H,指针 P、I,3、不同长度数据之间的传送,应用指令基本规则,4、16位和32位指令,5、连续执行/脉冲执行指令,（1）连续执行方式,(2）脉冲执行方式,应用指令基本规则,常用应用指令简介,1、程序流程类指令（FNC00FNC09）,（1）条件跳转指令 FNC00 CJ,该指令的作用是满足一定条件使程序跳转到指针P 所标位置继续执行。,常用应用指令简介,（2）中断指令（EI、DI、IRET、FEND）,常用应用指令简介,2、数据比较和传送类指令（FNC10FNC19）,（1）数据比较指令（FNC10 CMP）,常用应用指令简介,（2）区间比较指令（FNC11 ZCP）,（3）块传送指令（FNC15 BMOV）,常用应用指令简介,常用应用指令简介,3、算术及逻辑运算类指令（FNC20FNC29）,（1）二进制加/减法运算指令（FNC20 ADD/FNC21 SUB）,常用应用指令简介,(2)二进制乘法运算指令（FNC22 MUL）,常用应用指令简介,(3)二进制除法运算指令（FNC23 DIV）,常用应用指令简介,4、移位类指令（FNC30FNC39）,(1)循环左移/右移指令（FNC31 ROL/FNC30 ROR）,常用应用指令简介,(2) 位左移/右移指令（FNC34 SFTR/FNC35 SFTL）,常用应用指令简介,(3)区间复位指令 FNC 40 ZRST,常用应用指令简介,6、方便类指令（FNC60FNC69）,（1）交替输出指令（FNC 66 ALT）,常用应用指令简介,闪烁动作,常用应用指令简介,（2）数据查找指令（FNC 61 SER）,常用应用指令简介,（3）数据排序指令（FNC 69 SORT）,PLC的网络及通信,一、PLC网络简介,三、PLC网络的意义与特点,二、网络通信的基本知识,四、三菱FX系列PLC网络构成,五、三菱FX系列PLC通信实现,PLC网络简介,1、网络的基本概念与特点,(1)局域网（本地网、区域网) (LAN，Local AreaNetwork)是指覆盖范围仅限于 有限区域的计算机网络。,(2)企业网是指一个完整的组织，包括本地和远程 的公司、多种计算机系统以及多个部门。,(3)广域网如(I nternet)是一种链接许多不同或相同 组织资源的网络。,2、PLC网络系统,PLC网络简介,由上位计算机、PLC、远程I/O设备互相链接所 形成的分布式控制系统、现场总线控制系统已在广 泛应用，由这种形式构成的计算机、PLC等多机通 信系统即为PLC的网络系统。,功能特点：,1)可以在计算机上编写、调试和修改应用程序， 并可以自动查错和自动监控等功能。,2)可用图像、图表和图形的形式在计算机上对整个生产过程进行运动状态的监视。,3)可对PLC进行全面的系统管理。,4)可对PLC实施直接控制。,5)可以打印各种信息资料。,PLC网络简介,6)可以实现对生产过程的模拟仿真。,7)可以编制多种组态软件。,8)可以通过LAN或Internet与PLC生产厂家和其他用户相互间资源共享。,PLC通信是指PLC与计算机、PLC与PLC、PLC与现场设备、PLC与远程I/O之间的数据交换。,数据交换采用的是并行和串行两种通信方式：,1、 并行通信传输方式,网络通信的基本知识,优点：传输速度快；缺点：使用的线数多、传输距离短。,2、串行通信传输方式,网络通信的基本知识,优点：使用的线数少、传输距远；缺点：传输速度慢。,PLC数据通信以串行通信技术为基础。在串行通信中，采用两种数据传送方式：异步传送和同步传送。,网络通信的基本知识,1、异步传送,用一个起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束，构成一帧数据信息。,优点：硬件结构简单；缺点：传输效率低；应用场合：中、低速的通信。,2、同步传送,网络通信的基本知识,以数据块为单位进行传送，用同步字符作为数据块的开始。减少了起始位和停止位，传输效率提高。,优点：传输效率高；缺点：硬件结构复杂；应用场合：由于要求有时钟来实现发送与接收两端之间的同步，故常用于计算机与计算机、计算机与外设之间的通信。,网络通信的基本知识,PLC数据通信一般有串行通信和网络通信两种方法。其中，串行通信采用异步传送的方式、网络通信采用同步传送的方式传送数据。,1、传输媒介,(1)双绞线,(2)同轴电缆,(3)光缆,2、串行数据通信标准,为实现计算机与计算机、计算机与外设、计算机与PLC以及PLC与PLC之间的串行通信，通常采用标准通信接口。,(1) RS232C,网络通信的基本知识,作用：PLC与计算机、与其他外部设备进行通信的接口。,使用场合：近距离、中低速率数据传输,(2) RS485,作用：PLC与PLC、PLC与其他设备之间进行网络通信的接口。,使用场合：远距离、高速率数据传输,(3) 传输访问控制,指对网络通道占有权的管理与控制。如何合理使用传输通道的控制技术是网络通信的关键技术。控制方式有两种：,网络通信的基本知识,争用方式：采用冲突检测的载波侦听多路访问控制技术。,令牌传送方式：访问的控制权是以令牌为标志的。采用冲突检测的载波侦听多路访问控制技术。,PLC网络的意义与特点,1、PLC联网通信的意义,(1) PLC与计算机连接，构成PLC和计算机的现场总线控制系统，可使PLC与计算机互补功能上的不足。,(2) 在复杂的控制系统中，常常需要使用多台PLC，各个 PLC之间需共享数据，这也要求PLC之间实现联网通信。,2、PLC联网通信的特点,(1) 编程语言,(2) 多种接口,(3) 主从式存取控制方法,3、PLC联网通信的主要形式,PLC网络的意义与特点,(1) 以计算机为主站，多台同型号的PLC为从站，组成简易集散控制系统。,(2) 以一台PLC作为主站，多台同型号的PLC为从站，构成主从式PLC网络。,(3) PLC专用网络，如三菱的MELSECNET/11网络、SIEMENS的SINEC-H1网络、GE公司的GENET网络等。,(4) 把PLC网络通过特定的网络接口连入大型集散系统中去，成为它的子网。,三菱FX系列PLC网络构成,1、计算机与PLC之间的连接(上位链接系统),特点：串行通信；良好的人机界面；可靠的分散控制。使用场合：控制对象简单、点数较少、现场分布比较集中的场合。,1) 单机系统,2) 单机扩展系统,三菱FX系列PLC网络构成,三菱FX系列PLC网络构成,2、 PLC与PLC之间的连接(同位链接系统),特点：构成单独的PLC网络。使用场合：大规模的集散扩展系统。,3、PLC主机与本机的远程模块之间的连接(下位链接系统),三菱FX系列PLC网络构成,4、PLC主机与本机的远程模块之间的连接(网络链接系统),三菱FX系列PLC网络构成,三菱FX系列PLC通信实现,1、通信适配器,(1) FX232ADP 提供串行通信RS232C接口,(2) FX485ADP 提供RS485接口并且可以构成FX485网络。,2、通信参数设置,在两个串行通信设备进行任意通信之前，必须设置相互可识别的参数。如波特率、数据长度、奇偶校验位等。,3、程序设计,(1) 通信指令格式及梯形图,此指令主要用来定义发送和接收缓冲区,三菱FX系列PLC通信实现,三菱FX系列PLC通信实现,(2) 表示串行通信状态的参数,1) M8121 该继电器被激活时，表示正在接收数据，传送被延时。,2) M8122 该继电器被激活时，表示已触发数据的传送。,3) M8123 该继电器被激活时，表示一条信息已被完整接收。,(3) 数据的传送与接收,1) 传送数据,编程要点：第一需对RS指令进行设置；第二应将发送标志M8122置为“1”。,三菱FX系列PLC通信实现,三菱FX系列PLC通信实现,2) 接收数据,PLC控制系统设计与应用,PLC控制系统的设计方法,一般控制系统的设计分为如下三个阶段：,1、初步设计,初步设计主要是递交给上级部门或用户的一份总体方案设计报告，主要有如下内容：,(1) 设备（系统）名称、用途、工艺过程、技术性能和现场条件。,(2) 供电电网种类：电压等级、频率和容量。,(3) 对电气控制的特殊要求。,(4) 投资费用、研制工作量和周期估算率和容量。,2、技术设计,是根据经审批的初步设计中提出的内容和方案，最终完成电气控制设计工作，主要有如下内容：,PLC控制系统的设计方法,(1) 对重要环节做必要的试验；写出试验报告。,(2) 绘制电气控制的电气原理图。,(3) 对重要环节做必要的试验；写出试验报告。,(4) 选择整个系统的电气元件，设计电气箱、控制面板等电气系统结构件及总装接线图。,(5) 编写PLC内部元件分配表，编写对重要环节做必要的试验；写出试验报告。,(6) 编写技术设计说明书，介绍系统原理、主要技术指标和运行、操作、维护说明书。,3、PLC控制部分设计步骤,(1) 确定受控对象与PLC间的输入、输出关系。,(2) 选择PLC机型和模块配置。,(3) 编写元件表。,PLC控制系统的设计方法,(4) 绘制PLC的控制流程图。,(5) 编写PLC用户程序。,(6) 将用户程序输入PLC，并加以调试。,PLC主机及其模块的选用,PLC主机及模块选择的基本原则：,1、根据控制量的数量选择。,2、厂家及型号的选择。,3、是否可现场在线编程的选择。,4、扩展模块的选择。,5、开关量输入输出形式的选择。,7、内存容量选择：一般系统中，开关量输入和输出的比例是6:4，则：,开关量所需内存字数=开关量总点数10,模拟量所需内存字数=模拟量总点数150,定时器/计数器=定时器/计数器数量2,通信接口所需内存字数=接口个数300,完整性、可靠性、发展性、继承性、经济性,PLC应用程序设计方法,1、程序设计内容,(1) 程序设计前对系统的理解和技术准备工作,(2) 程序框图设计,(3) 编写程序,(4) 模拟仿真和测试,(5) 编写程序说明书,2、常用典型电路,(1) 比较电路：是指按预先设好的输出要求，然后对输入的信号进行比较，选择接通某一输出。,如：当X0、X1接通，Y0有输出 X0、X1都不接通，Y1有输出 X0接通、X1不接通，Y2有输出 X0不接通、X1接通，Y3有输出,PLC应用程序设计方法,PLC应用程序设计方法,(2) 优先级电路：,PLC控制系统的安装和布局,PLC控制系统电气设备总体布局基本原则,(1) 组件划分：,(2) 元器件布局：,1)功能类似的元器件组合在一起；,2)尽可能减少组件间的连线数量；,3)强弱电分开，尽量减少系统内部干扰影响；,4)力求美观、整齐,易于检查与调试。,1)体积大和分量重的放在控制柜的下端；,2)发热元件放在控制柜的上端并且热敏元件远离发热元件；,3)需经常维护调节的元件放在便于操作的位置；,4)外形尺寸与结构类似的元器件放在一起；,PLC控制系统的安装和布局,(3) PLC布局：,1 )环境条件：,环境温度低于0或高于 55 的场所,温度变化急剧和凝露场所,环境湿度低于10%或高于90 %的场所,具有高腐蚀气体或易燃气体的场所,直接暴露在阳光下的场合,2 )元件安装：,所有元件都应安装于通风口位置的垂直位置,主机应安放在一个令人舒服的工作面上,4)热继电器、熔断器等放在不通风的地方，以免改变它们的保护特性。,PLC控制系统应用举例,PLC在机械手搬运物体控制中的应用,1、装置简介：,传送带A、B分别由电动机M1、M2驱动，A为步进式传送，机械手的回转运动由气动阀Y1、Y2控制，机械手的上、下运动由气动阀Y3、Y4控制，机械手的夹紧与放松由气动阀Y5控制。,位置信号分别为：右旋到位行程开关为SQ1，左旋到位行程开关为SQ2，手臂上升到位行程开关为SQ3，下降到位行程开关为SQ4，,工作过程：,原位,启动,松开,B运行,上升,上升结束，左旋,下降,下降结束，A运行,停止，抓物,1S后上升,PLC控制系统应用举例,上升结束,右旋,右旋结束,下降,下降结束,放松,一个工作循环结束,2、输入/输出分析：,(1) 输入信号为10个开关量信号，分别为启动、停止、连续、单循环、左限、右限、上限、下限、紧急停止、到原点。,输出信号为8个开关量控制信号，分别为传送带A、传送带B、左旋、右旋、上升、下降、夹紧、放松。,3、PLC选型：FX2N16MR，另配 FX2N8EX，FX2N8EYR,4、I/O地址：,PLC控制系统应用举例,PLC控制系统应用举例,5、I/O接线图：,PLC控制系统应用举例,6、状态转移图：,PLC控制系统应用举例,其他可编程控制器简介,一、西门子可编程控制器简介,西门子可编程控制器,一、概述,德国西门子(SIEMENS)公司，是欧洲最大的电子和电气设备制造商，所生产的SIMATIC系列的PLC在世界上处于领先地位。从目前国内流行的PLC种类和型号来看，西门子S7200、 S7300、 S7400系列PLC是在华的欧洲企业和国内许多大、中型企业等高端应用的主选产品之一。,西门子S7200PLC的功能模块、友好的人机界面、网络系统、工业软件和控制方案的发展非常迅速，使得控制系统的设计和操作更加便捷，功能更加强大，可以适应于各行各业、各种场合的检测、监测及控制的自动化，实现任何可能的控制任务。,1动触头 2静触头 3衔铁 4弹簧 5线圈 6铁心 7垫毡 8触头弹簧 9灭弧罩 10触头压力弹簧,1底座 2反力弹簧 3、4调节螺钉 5非磁性垫片 6衔铁 7铁心 8极靴 9电磁线圈 10触点系统,1热脱扣器的整定按钮 2手动脱扣按钮 3脱扣弹簧 4手动合闸机构 5合闸联杆6热脱扣器 7锁钩 8电磁脱扣器 9脱扣联杆 10、11动、静触点12、13弹簧 14发热元件 15电磁脱扣弹簧 16调节按钮,X0,X1,X2,X3,X4,X2,X1,X0,X3,X4,X5,P L C,P L C,1,2,2,3,4,5,16位增计数器的工作过程,实例,例一,两台电动机动作的时序图如下图所示，试用PLC实现其控制。,例二,两台电动机相互协调运转3次，其动作要求时序 图如下图所示，试用PLC实现其控制。,例三,三台电动机顺序控制的时序图如下图所示。试 用PLC实现其控制。,关键点： 1、输入输出关系 2、控制和监控的关系 3、脉冲发生器,I/O连接图,例四,控制要求：用一台信号灯来监视三台风机的运 行状态。监视装置投入运行时，若两台以上风机运行， 则信号灯常亮；若一台风机运行，则信号灯以0.5HZ的 频率闪光；若一台风机也不运行，则信号灯以2HZ的频 率闪光。试用PLC实现其控制。,一台风机运行,一台风机也不运行,两台以上风机运行,输出,2HZ脉冲发生器,0.5HZ脉冲发生器,例五,有甲乙两组彩灯，每组均有4只灯泡。按下按钮SB后，要求甲组彩灯周期性的亮0.5s，灭0.5s；同时乙组彩灯周期性的亮1s，灭1s，再次按下按钮SB后，全部彩灯熄灭。试用PLC完成其控制要求。,解：,1、所需要的I/O点数,输入点：彩灯的点亮和熄灭由一只按钮SB来控制， 即只需一个输入点。,输出点：两组彩灯共有8只灯泡，即需要8个输出点。,2、型号选择,选用FX2N-16MR型PLC。,3、分配I/O端子,具体分配见下表,4、I/O连接图,5、控制电路,