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1、书名：电气控制与书名：电气控制与PLCPLC应用技术应用技术教程（教程（FXFX系列）系列）ISBNISBN：978-7-111-42933-3978-7-111-42933-3作者：徐茜作者：徐茜出版社：机械工业出版社出版社：机械工业出版社本书配有电子课件本书配有电子课件掌握掌握PLCPLC工作原理、结构特点工作原理、结构特点熟悉基本逻辑指令、顺序控制指令及常用的熟悉基本逻辑指令、顺序控制指令及常用的功能指令功能指令具备具备PLCPLC应用系统设计初步能力应用系统设计初步能力第第第第4 4章章章章 可编程控制器及工作原理可编程控制器及工作原理可编程控制器及工作原理可编程控制器及工作原理PLC
2、PLC概述概述概述概述第第2篇篇可编程控制器及其应用可编程控制器及其应用4.1PLC的特点的特点可编程控制器的产生可编程控制器的产生 可编程控制器（可编程控制器（Programmable Controller)Programmable Controller)简称简称PLCPLC 自自19691969年第一台年第一台PLCPLC面世以来，已成为一种最重要、最普及、面世以来，已成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。应用场合最多的工业控制器。与机器人、与机器人、CAD/CAMCAD/CAM并称为工业并称为工业生产自动化的三大支柱。生产自动化的三大支柱。1968 1968年年 美国通用汽车
3、公司提出的替代继电器控制系统的美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型新型控制器控制器的十项指标：的十项指标：1 1）编程简单、现场可修改程序；编程简单、现场可修改程序；2 2）维护方便、采用插件式结）维护方便、采用插件式结构；构；3 3）可靠性高于继电器控制系统；）可靠性高于继电器控制系统；4 4）体积小于继电器控制）体积小于继电器控制系统；系统；5 5）数据可以直接送入计算机；）数据可以直接送入计算机；6 6）成本可与继电器系统）成本可与继电器系统竞争；竞争；7 7）输入可为市电；）输入可为市电；8 8）输出可为市电，能直接驱动电磁）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；阀、
4、交流接触器等；9 9）通用性强、易于扩展；）通用性强、易于扩展；1010）用户存储器）用户存储器大于大于4K4K。国际电工委员会（IEC）PLC的定义：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指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。可靠性高，抗干扰能力强编程直观、简单环境要求低，适应性好功能完善，接口功能强PLC、继电器控制系统、微机控制系统之比较，见P66 表4
5、-1特点特点:4.2 PLC的应用和发展早期的PLC 改造原有的继电接触器控制系统广泛应用于各种控制系统中，如各种顺序控制等。主要用于有大量开关量和少数模拟量的控制系统。PLC的发展趋势：1、小型化、专用化和低价格；2、大型、高速、多功能和分布式全自动网络化4.3PLC基本结构和工作原理基本结构和工作原理4.3.1PLC基本结构基本结构4.3.2PLC的工作原理的工作原理PLC循环扫描过程示意图循环扫描过程示意图课堂演示基于PLC的电动机正反停控制系统(说明说明PLCPLC控制系统组成、与继电控制系统组成、与继电-接触器控制系统的区别和优势接触器控制系统的区别和优势）1、主电路2、输入、输出分
6、配表3、I/O接线图（硬件）4、应用程序（软件）1、主电路2 2、输入、输出分配表、输入、输出分配表、输入、输出分配表、输入、输出分配表3 3、I/OI/O接线图接线图4 4、应用程序、应用程序第第5章章三菱三菱FX系列可编程序控制器系列可编程序控制器51国内外国内外PLC产品简介产品简介52三菱三菱FX系列系列PLC硬件配置及性能指标硬件配置及性能指标5.2.1FX系列型号命名系列型号命名系列序号：如0、2、0N、2C、1S、1N、2N、1NC、2NC、3U等IO总点数：16256（以FX2N为例）单元类型：M-基本单元;E-输入输出混合扩展单元及扩展模块;EX-输入专用扩展模块EY输出专用
7、扩展模块输出形式：R继电器输出;T晶体管输出;S晶闸管输出5.2.2 FX系列系列PLC硬件配置1安装孔2电源端子电源端子(L、N接地接地)3输入端子（输入端子（COM、X0、X1.）4透明端子盖板5输入输入LED指示灯（状态指示）指示灯（状态指示）6座盖板7扩展用插座81 号模拟电位路92号模拟电位器10外部设备插座11RUN/STOP开关12输出输出LED指示灯（状态指示）指示灯（状态指示）13卡钩（用于安装DIN标准导轨）14输出端子（输出端子（COM、Y0、Y1.）15面板16辅助电源(+24V、COM)17程控器状态指示灯 POWER：电源状态RUN：运行状态：运行状态 ERROR：
8、灯亮CPU出错 闪烁程序出错18存储器卡盒盘用插座19DIN标准导轨5.2.3FX系列系列PLC性能指标性能指标表表5-1FX系列系列PLC的环境指标的环境指标表表5-2FX系列系列PLC主要产品的性能比较表主要产品的性能比较表53电源及输入输出回路接线电源及输入输出回路接线图5-3 电源及输入输出端子 图5-4 输入回路的连接 图5-5 输出回路的连接 图5-6 输出点的共COM连接 54PLC编程语言及分类编程语言及分类梯形图（梯形图（LadderDiagram）程序设计语言）程序设计语言.指令表或布尔助记符（指令表或布尔助记符（BooleanMnemonic）程序设计语言）程序设计语言.
9、顺序功能图（顺序功能图（SequentialFunctionChart-简称简称SFC）程序设计语言）程序设计语言 55三菱三菱FX系列系列PLC的编程软元件的编程软元件 PLC内部有许多被称为继电器（输入继电器、辅助继电器、输出继电器）、定时器、计数器和数据寄存器等的软元件。用这些软元件的线圈和触点可构成与继电器-接触器控制相类似的控制电路（梯形图梯形图）。（注意：不同厂家、甚至同一厂家生产的不同型号的（注意：不同厂家、甚至同一厂家生产的不同型号的PLC编程软元件的数量和种类都不一样）编程软元件的数量和种类都不一样）下面以FX2N小型PLC为例，介绍编程软元件：1输入继电器X（X0X267）
10、，输出继电器Y（Y0Y267）2辅助继电器辅助继电器M辅助继电器分以下三种类型：1）普通用途的辅助继电器M0M499，共500个点。2）具有停电保持功能的辅助继电器M500M3071，共2572个点。3）特殊功能辅助继电器M8000M8255，共256个点。3状态软元件状态软元件S初始化用状态元件：S0S9，共10点；普通用状态元件：S10S499共490点，其中，S10S19为回参考点专用状态元件；保持用状态元件：S500S899共500点 4定时器定时器T图5-11 定时器模型 图5-12 通用定时器用法 PLC内部的时钟脉冲有lms，10ms和l00ms三挡，当所计时间达到设定值时，输出
11、触点就动作：1）通用定时器）通用定时器 100ms通用定时器（T0T199）共200点，定时范围为；10ms通用定时器（T200T245）共46点，定时范围为0.01-327.67s;2）积算型定时器）积算型定时器 1ms积算定时器（T246T249）共4点，定时范围为0.001-32.767s;100ms积算定时器（T250T255）共6点，定时范围为。图5-13 积算型定时器用法 5计数器计数器C 1）16位增计数器位增计数器：C0C199，共200点。其中，C0C99（100点）为通用型计数器；C100C199（100点）为停电保持型计数器（停电后能保持当前值，待通电后继续计数）2）32
12、位增位增/减计数器减计数器：C200C234，共35点，其中，C200C219（20点）为通用型计数器，C220C234（15点）为停电保持型计数器。计数器C200C234是增计数还是减计数，由对应的特殊辅助继电器M8200M8234的状态决定，当M被置为ON时，对应的计数器为减计数，反之，则为增计数。图5-14 16位增计数器工作原理6数据寄存器数据寄存器D通用数据寄存器：D0D199停电保持型数据寄存器：D200D7999特殊数据寄存器：D8000D8255，共28个点 7变址寄存器（变址寄存器（V/Z）V、Z都是16位的寄存器，可进行数据的读与写，当进行32位操作时，将V、Z合并使用，指
13、定Z为低位。变址寄存器是数据寄存器的一种，但它的存储内容（数值）可以直接加到其他编程元件的编号或数值上，改变编程元件的地址，如V0=K5，则执行D20V0时，被执行的软元件编号为D25。8指针（指针（P/I）分支指针（P0P127）共128点，其中P63是跳转到结束步（END）的特殊指针。中断指针（I0I8）输入中断用指针（I00I50）共6点，上升沿时为1，下降沿时为0。定时器中断用指针（I6I8）共3点，为1099ms。计数器中断用指针（I010I060）共6点。9常数（常数（K/H）第第6章章 FX系列系列PLC基本逻辑指令基本逻辑指令实训项目实训项目8抢答显示系统抢答显示系统（FX 系
14、列PLC硬件认识）控制要求控制要求：1)竞赛者若要回答主持人所提问题时，需要抢先按下桌上的按钮；2)指示灯亮后，需等到主持人按下复位键SB4后才熄灭。为了给参赛儿童一些优待，SB11和SB12中任一个按下时，灯L1都亮；而为了对教授组做一定限制，L3只有在SB31和SB32键都按下时才亮。3)如果竞赛者在主持人打开S开关的10s内按下按钮，电磁线圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会。GX-Developer编程软件简介编程软件简介 表表6-3 抢抢答答显显示系示系统输统输入入输输出（出（I/O）分配表）分配表图10-74 抢答显示系统I/O接线图 图6-29 抢答显示系统梯形图6.1
15、PLC基本逻辑指令简介基本逻辑指令简介指令格式指令格式基本逻辑指令包括逻辑状态的读入，逻辑“与”、“或”、“非”运算，置位、复位等操作指令。表6-1 FX系列PLC基本逻辑指令格式逻辑取及线圈驱动指令逻辑取及线圈驱动指令LD、LDI、OUTLD：取指令。表示个与输入母线相连的常开触点指令，即常开触点逻辑运算起始。LDI：取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭触点指令，即常闭触点逻辑运算起始。OUT：线圈驱动指令，也叫输出指令。【例6-1】LD、LDI、OUT指令的使用指令的使用1)LD、LDI两条指令的操作元件是X、Y、M、S、T、C，用于将触点接到母线上。2)OUT是驱动线圈的输出指令，它的
16、操作元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用。OUT指令可以连续使用多次。3)OUT指令的操作元件是定时器T和计数器C时，必须设置常数K。触点串联指令触点串联指令AND、ANIAND：与指令，用于单个常开触点的串联。ANI：与非指令，用于单个常闭触点的串联。【例6-2】AND、ANI 指令的使用触点并联指令触点并联指令OR、ORIOR：或指令，用于单个常开触点的并联。ORI：或非指令，用于单个常闭触点的并联。【例6-3】OR、ORI指令的使用指令的使用串联电路块的并联连接指令串联电路块的并联连接指令ORB并联电路的串联连接指令并联电路的串联连接指令ANB【例6-5】【例6-6】多重输出
17、指令多重输出指令MPS、MRD、MPPMPS：进栈指令MRD：读栈指令MPP：出栈指令【例6-7】主控及主控复位指令主控及主控复位指令MC、MCRMC为主控指令，用于公共串联触点的连接，MCR叫主控复位指令，即MC的复位指令。【例6-11】置位与复位指令置位与复位指令SET、RSTSET为置位指令，使动作保持；RST为复位指令，使操作保持复位。【例6-12】【例6-13】脉冲输出指令脉冲输出指令PLS、PLFPLS指令在输入信号上升沿产生脉冲输出，PLF在输入信号下降沿产生脉冲输出。【例6-14】取反指令取反指令INV【例6-15】6.1.12触点上升沿触点上升沿/下降沿检测指令下降沿检测指令
18、LDP、ANDP、ORP、LDF、ANDF、ORFLDP、ANDP、ORP在指定操作元件的上升沿（从OFFON）时，接通一个扫描周期。LDF、ANDF、ORF在指定操作元件的下降沿（从ONOFF）时，接通一个扫描周期。【例6-16】【例6-17】空操作指令空操作指令NOP程序结束指令程序结束指令END6.2PLC梯形图编程规则梯形图编程规则1水平不垂直2多上串右3线图右边无触点4.双线圈输出不可用图6-22 双线圈输出4.双线圈输出不可用6.3PLC逻辑指令应用逻辑指令应用简单程序简单程序1延时断定时器 2振荡电路3脉冲输出电路4三相异步电动机起动、保持和停止电路5三相异步电动机正反转控制电路
19、实训项目实训项目9料箱盛料过少报警系统（定时器、计数器应用）料箱盛料过少报警系统（定时器、计数器应用）一、训练目标一、训练目标1）掌握定时器、计数器指令的格式及编程方法。2）掌握计数器、定时器的功能及应用技巧。3）利用PLC实现料箱盛料过少报警系统控制。二、训练器材二、训练器材三、项目分析三、项目分析图6-31 料箱盛料过少报警系统1.控制要求：自动方式自动方式（X2=OFF）当低限开关X0变为ON后，报警器Y0开始鸣叫，同时报警灯Y1连续闪烁10次（亮1.5s、灭2.5s），此后，报警器停止鸣叫，灯也熄灭。此外，复位按钮X1可以使二者中止。2.输入输出设备报警系统输入输出（I/O）分配表如下
20、：手动方式手动方式（X2=ON）当低限开关X0变为ON后，报警器Y0开始鸣叫，同时报警灯Y1开始闪烁。当按下RESET按钮X1时，二者中止。参考程序实例三：按钮人行道实例三：按钮人行道（时间顺序控制设计方法）T0T1T2T3T4/T5T6实训项目实训项目10基于基于PLC的三相异步电动机的三相异步电动机Y-起动起动项目分析项目分析1）控制要求控制要求：触动起动按钮（SB）后，电动机先作星形连接起动，经延时6s后自动换接到三角形连接运转；触动停止按钮（SB1）后电动机停止转动。2）本项目是在继电-接触器控制电动机Y-起动电路基础上完成设计，主电路在Y-换接的过程中要避免KM2、KM3线圈同时得电
21、造成电源短路。表10-1 三相异步电动机Y-起动控制I/O分配表图10-79 三相异步电动机Y-起动控制梯形图 KM1线圈得电0.1S后，KM3得电，电动机Y起动6S后KM3失电0.5S后KM2得电，电动机运行实训项目实训项目11基于基于PLC的三相异步电动机循环正反转控制的三相异步电动机循环正反转控制项目分析项目分析1）控制要求控制要求：按下起动按钮（SB），电动机正转3s，停2s，反转3s，停2s，如此循环n个周期，然后自动停止。运行中，按停止按钮（SB1）电动机停止，电动机发生过载时（热继电器FR动作）电动机也应停止。2）电动机正、反转切换时，要考虑电气互锁，避免电源发生短路。表表10-
22、2 电动机循环正反转控制I/O分配表 图图10-81三相异步电动机循环正反转控制主电路和PLC外部接线图 起-保-停时间顺序控制计数器复位输出电路1）设计3盏灯控制程序一按下启动按钮，3盏灯按下面时序开始运行（每次只有一盏灯）；一按下停止按钮，3盏灯马上熄灭。时序：绿灯：3S，黄灯闪烁：3次，红灯：5S，循环往复，直到按下停止按钮。要求：写出要求：写出I/O分配表（分配表（10分）、分）、I/O接线图（接线图（10分）、梯形图（分）、梯形图（10分）分）及注释（及注释（10分），完成接线（分），完成接线（10分）。操作结果（分）。操作结果（50分）分）阶段测验阶段测验（三选一，开卷）2）当按下
23、报警按钮时，报警器（用灯代替）开始鸣叫，同时报警灯连续闪烁6次，此后，报警器自动停止鸣叫，灯也熄灭。期间，停止按钮也可以使二者中止。要求：写出要求：写出I/O分配表（分配表（10分）、分）、I/O接线图（接线图（10分）、梯形图（分）、梯形图（10分）及注释分）及注释（10分），完成接线（分），完成接线（10分）。操作结果（分）。操作结果（50分）分）3）2盏灯的控制：按下起动按钮时，第一盏灯亮5秒，同时第二盏灯闪烁；然后第一盏灯熄灭，第二盏灯亮3秒；如此反复动作2次，2盏灯均熄灭。期间停止按钮也可使2盏灯同时熄灭。要求：写出要求：写出I/O分配表（分配表（10分）、分）、I/O接线图（接线图（10分）、梯形图（分）、梯形图（10分）及注释分）及注释（10分），完成接线（分），完成接线（10分）。操作结果（分）。操作结果（50分）分）