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1、项目六项目六 电动机正反转电动机正反转PLCPLC控制系统控制系统 项目导入项目导入一一相关知识相关知识 二二应用举例应用举例 三三【学习目标学习目标】1了解可编程控制器的产生过程、特点、应用领域及发展趋势了解可编程控制器的产生过程、特点、应用领域及发展趋势.2掌握掌握PLC的基本结构、工作原理和常用的编程语言。的基本结构、工作原理和常用的编程语言。3掌握三菱掌握三菱FX2N系列的系列的PLC的软元件和主要技术指标的软元件和主要技术指标4会操作三菱系列会操作三菱系列PLC的编程软件及仿真软件。的编程软件及仿真软件。5会进行电动机正反转控制系统的会进行电动机正反转控制系统的PLC的硬件和软件设计
2、。的硬件和软件设计。6掌握自动往返、电动机的掌握自动往返、电动机的Y-、抢答器等等、抢答器等等PLC控制系统的硬件控制系统的硬件和软件设计。和软件设计。7.掌握电动机基本环节掌握电动机基本环节PLC控制系统的安装调试技能。控制系统的安装调试技能。项目六项目六 电动机正反转电动机正反转PLCPLC控制系统控制系统一、项目导入案例：电动机正反转控制系统案例：电动机正反转控制系统硬件设计硬件设计软件设计：梯形图软件设计：梯形图二、相关知识（一）（一）PLC基础知识基础知识1可编程控制器的产生可编程控制器的产生6060年代末，美国汽车制造业竞争，各厂家生产汽车型号年代末，美国汽车制造业竞争，各厂家生产
3、汽车型号 不断更新不断更新加工加工线也改变线也改变重新配置控制系统，重新配置控制系统，6868年，美国最大的汽车制造商年，美国最大的汽车制造商通用汽通用汽车公司（车公司（GMGM）设想：）设想：计算机功能完善、灵活、通用计算机功能完善、灵活、通用继电器简单、方便；且编程和输入简单化继电器简单、方便；且编程和输入简单化取代原继电器控制装置。取代原继电器控制装置。6969年，美国数字设备公司（年，美国数字设备公司（DECDEC），研制出第一台），研制出第一台PLCPLC，并在通用汽车公，并在通用汽车公司（司（GMGM）生产线上装配试用）生产线上装配试用成功成功很快发展。很快发展。91719171年
4、年日本生产日本生产PLC PLC 19731973年年德、英、法德、英、法 我国我国19741974年年2可编程控制器的特点1）可靠性高、抗干扰能力强）可靠性高、抗干扰能力强2）编程简单，使用方便：梯形图）编程简单，使用方便：梯形图3）功能强、）功能强、速度快，精度高，有逻辑运算，定时，计速度快，精度高，有逻辑运算，定时，计数等功能，数等功能，4）通用性好：许多通用性好：许多PCPC制成模块式，可灵活组合制成模块式，可灵活组合5 5）V V小，小，G G轻，功能强，消耗底，环境适应性强，不需专轻，功能强，消耗底，环境适应性强，不需专门机房和空调门机房和空调但：目前但：目前PLCPLC价格还较高
5、，高、中档价格还较高，高、中档PLCPLC使用需具有一定使用需具有一定计算机知识计算机知识价廉价廉应用应用是实现是实现机机3可编程控制器的分类（1 1）按）按PLC I/OPLC I/O点数分：点数分：（2 2）按）按PLCPLC结构分：结构分：(3)(3)按按PLCPLC功能功能：4可编程控制器的应用和发展1）PLCPLC应用：应用：用于逻辑控制：顺序控制用于逻辑控制：顺序控制最基本用途：最基本用途：运动控制：机器人、电梯、机械手运动控制：机器人、电梯、机械手闭环控制：工业自动化过程控制：闭环控制：工业自动化过程控制：数据处理：加减乘除数据处理：加减乘除通信联网：通信联网：（2 2）发展：）
6、发展：速度、容量、组网速度、容量、组网 超小型和大型超小型和大型（二）PLC的基本结构、编程语言、工作原理1硬件组成硬件组成以微以微处理器为核心的结构：硬件和软件处理器为核心的结构：硬件和软件（1 1）输入单元）输入单元作用：是连接可编程控制器与其它外设之间的桥梁。对作用：是连接可编程控制器与其它外设之间的桥梁。对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号安输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号安全、可靠地传送给全、可靠地传送给CPU。生产设备的控制信号通过输入模块传送给生产设备的控制信号通过输入模块传送给CPU。常用的输入信号：常用的输入信号：按钮、位置开关、开关或电位器、传按钮
7、、位置开关、开关或电位器、传感器、变送器感器、变送器原理原理 按按SB发光二极管导通（发光二极管导通（LED灯亮）灯亮）在发光激在发光激励下，光电二极管导通励下，光电二极管导通驱动内部电路通断驱动内部电路通断 采用了滤波和光电隔离采用了滤波和光电隔离 RC滤波滤波 一个输入单元一个输入单元一个输入继电器一个输入继电器一个输入一个输入点（1 1）输入单元）输入单元（2 2）输出单元。）输出单元。开关量输出单元用于连接继电器、接触器、电磁阀线圈，开关量输出单元用于连接继电器、接触器、电磁阀线圈，是是PLC的主要输出口，是连接的主要输出口，是连接PLC与控制设备的桥梁。与控制设备的桥梁。CPU运算的
8、结果通过输出单元模块输出。输出单元模块运算的结果通过输出单元模块输出。输出单元模块通过将通过将CPU运算的结果进行隔离和功率放大后来驱动外运算的结果进行隔离和功率放大后来驱动外部执行元件。输出单元类型很多，但是它们的基本原理部执行元件。输出单元类型很多，但是它们的基本原理是相似的。是相似的。PLC有有3种输出方式：继电器输出、晶体管输种输出方式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。图出、晶闸管输出。图5-8为为PLC的的3种输出电路图。种输出电路图。（2 2）输出单元。）输出单元。三种输出方式：三种输出方式：继电器输出：继电器输出：a)线圈与触头已完全分离，故不再需要隔离措施，用于开线圈与触头
9、已完全分离，故不再需要隔离措施，用于开关速度要求不高且又需要大电流输出关速度要求不高且又需要大电流输出2A负载能力，响应负载能力，响应10ms晶体管输出：晶体管输出：b)使用光电偶合器驱动开关晶体管要求快速开断或动作频使用光电偶合器驱动开关晶体管要求快速开断或动作频繁，响应繁，响应0.2ms。晶闸管输出：晶闸管输出：（2 2）输出单元）输出单元三种输出方式：三种输出方式：三种输出方式：三种输出方式：2软件系统（1）软件分类：系统软件和应用软件）软件分类：系统软件和应用软件（2）应用软件常用的编程语言）应用软件常用的编程语言梯形图、指令表、功能图以及高级语言梯形图、指令表、功能图以及高级语言PL
10、C梯形图中是一种以图形符号及图形符号在图中相互梯形图中是一种以图形符号及图形符号在图中相互关系表示控制关系的编程语言。由继电器控制电路演变关系表示控制关系的编程语言。由继电器控制电路演变过来。过来。指令表语言与汇编语言类似与汇编语言类似用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描绘出来。用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描绘出来。序号序号操作码操作码操作数操作数0LDXO1ORY02ANIX13OUTY04END3基本工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单地描述为在系统程序的管理下，通过运行应用可以简单地描述为在系统程序的
11、管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但个人计算机与程序完成用户任务。但个人计算机与PLC的工作方式有的工作方式有所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式 如常用如常用的键盘扫描或的键盘扫描或I/O扫描方式，当键盘有健按下或扫描方式，当键盘有健按下或I/O口口有信号输有信号输 入时则中断转入相应的子程序。而入时则中断转入相应的子程序。而PLC在确定在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描的工作方式。系统工作任务理及应用程序执用循环扫描的工作方式。系统工作任务理及应用程序执行都是循环扫
12、描的工作方式。行都是循环扫描的工作方式。PLC对用户程序的执行过程是：对用户程序的执行过程是：通过通过CPU的周期性的循环扫描的作方式。的周期性的循环扫描的作方式。3基本工作原理1、输入处理：、输入处理：2、程序执行：、程序执行：3、输出处理：、输出处理：特点：集中采样，集中输出工作方式。串行工作方式。特点：集中采样，集中输出工作方式。串行工作方式。优：从根本上提高了系统的抗干扰能力，系统可靠性增强优：从根本上提高了系统的抗干扰能力，系统可靠性增强 缺：一定程度降低了系统响应速度，既存在缺：一定程度降低了系统响应速度，既存在I/O滞后现象滞后现象（三）三菱（三）三菱FX2NFX2N系列系列PL
13、CPLC的编程器件的编程器件1三菱三菱FX2N系列系列PLC的编程器件概述的编程器件概述可可编编程程控控制制器器用用于于工工业业控控制制，其其实实质质是是用用程程序序表表达达控控制制过过程程中中事事物物间间的的逻逻辑辑或或控控制制关关系系。而而就就程程序序来来说说，这这种种关关系系必必须须借借助助机机内内器器件件来来表表达达，这这就就要要求求在在可可编编程程控控制制器器内内部部设设置置具具有有各各种种各各样样功功能能的的，能方便地代表控制过程中各种事物的元器件。这就是编程器件。能方便地代表控制过程中各种事物的元器件。这就是编程器件。可编程控制器的编程器件从物理实质上来说是电子电路及存储器。可编
14、程控制器的编程器件从物理实质上来说是电子电路及存储器。具有不同使用目的的元件其电路有所不同。考虑工程技术人员的习具有不同使用目的的元件其电路有所不同。考虑工程技术人员的习惯，用继电器电路中类似名称命名。称为输入继电器、输出继电器、惯，用继电器电路中类似名称命名。称为输入继电器、输出继电器、辅助（中间）继电器、定时器、计时器等。为了明确它们的物理属辅助（中间）继电器、定时器、计时器等。为了明确它们的物理属性，称它们为性，称它们为“软继电器软继电器”。从编程的角度出发，我们可以不管这。从编程的角度出发，我们可以不管这些器件的物理实现，只注重它们的功能，像在继电器电路中一样使些器件的物理实现，只注重
15、它们的功能，像在继电器电路中一样使用它们用它们2三菱三菱FX2NFX2N系列PLC编程器件简介（1）输入继电器）输入继电器X作用：专门用来接受外部敏感元件或开关发来的信号，作用：专门用来接受外部敏感元件或开关发来的信号，PLC输入端相连。输入端相连。等效电路：等效电路：（X0X267）(2)输出继电器 Y1)作用：作用：将将PLC的输出信号送给输出模快，再驱动外部负载，它的输出信号送给输出模快，再驱动外部负载，它有一对常开触点（硬触点）与有一对常开触点（硬触点）与PC的输出端子相连，有一的输出端子相连，有一定的负载能力。定的负载能力。2)编号编号（Y0Y267）2三菱三菱FX2NFX2N系列系
16、列PLCPLC的编程器件的编程器件（3 3）辅助继电器）辅助继电器 M M相当于中间继电器（中间状态的暂存作用，也称内部标相当于中间继电器（中间状态的暂存作用，也称内部标志位）志位）通用辅助继电器（通用辅助继电器（M0M0M499M499）断电保持辅助继电器（断电保持辅助继电器（M500M500M1023M1023）特殊辅助继电器（特殊辅助继电器（M8000M8000M8255M8255）PLCPLC内有内有256256个特殊辅助继电器，这些特殊辅助继电器各个特殊辅助继电器，这些特殊辅助继电器各自具有特定的功能自具有特定的功能 2三菱三菱FX2NFX2N系列系列PLCPLC的编程器件的编程器件
17、M8000为运行监视用，当为运行监视用，当PLC运行，运行，M8000接通。接通。M8002为初始化脉冲，在为初始化脉冲，在PLC运行瞬间，运行瞬间，M8002发一单脉冲。发一单脉冲。M8012为产生为产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。时钟脉冲的特殊辅助继电器。M8013为产生为产生1s时钟脉冲的特殊辅助继电器。时钟脉冲的特殊辅助继电器。（4 4）定时器：）定时器：相当与时间继电器，用于延时控制，是对内部时钟累计时间相当与时间继电器，用于延时控制，是对内部时钟累计时间有有16 bit16 bit的当前值寄存器以及一个状态位的当前值寄存器以及一个状态位bitbit（T-bitT-bit）1
18、）常规定时器）常规定时器T0T245:T245:100ms100ms定时器定时器T0T0T199 T199，共，共200200点，每个设定值范围为（点，每个设定值范围为（0.10.13276.73276.7）s s；10ms10ms定时器定时器T200T200T245T245，共，共4646点，每个设定值范围为点，每个设定值范围为（0.010.01327.67327.67）s s 2）积算定时器）积算定时器T246T255:100ms积算定时器积算定时器T250T255共共6点，每个设定值范围为（点，每个设定值范围为（0.13276.7）s；1ms积算定时器积算定时器T246T249共共4点，
19、每个设定值范围为点，每个设定值范围为（0.00132.767）s（4 4）定时器：）定时器：（5）计数器 CFX2N系列系列PLC有内部计数器和高速计数器，内部计数有内部计数器和高速计数器，内部计数器又分为器又分为16位递加和位递加和32位双向计数器。在此，我们只介位双向计数器。在此，我们只介绍绍16位递加内部信号计数器。位递加内部信号计数器。内部计数器是在执行扫描操作时对内部器件（如内部计数器是在执行扫描操作时对内部器件（如X、Y、M、S、T）的信号进行计数的计数器。其接通时间）的信号进行计数的计数器。其接通时间和断开时间应比和断开时间应比PLC的扫描周期长。的扫描周期长。16位递加计数器，
20、位递加计数器，设定值为设定值为132767。其中。其中C0C99共共100点是通用型，点是通用型，C100C199共共100点是断电保持型。点是断电保持型。（5）计数器 C如图是如图是16位递加计数器，位递加计数器，X11是计数输入，是计数输入，X11每接通每接通1次，计数器当前值加次，计数器当前值加1，当计数器当前值为，当计数器当前值为10，计数，计数器器C0输出触点接通。之后，即使输入输出触点接通。之后，即使输入X11再接通，计再接通，计数器的当前值也保持不变。当复位输入数器的当前值也保持不变。当复位输入X10接通时，接通时，执行执行RST指令，计数器当前值复位为指令，计数器当前值复位为0
21、，输出触点复位。，输出触点复位。(6)(6)状态器状态器S S状态器状态器S是构成状态转移图的重要软器件，它与后述的步进顺控指令是构成状态转移图的重要软器件，它与后述的步进顺控指令配合使用。常用的状态器有：配合使用。常用的状态器有：（1）初始状态器）初始状态器S0S9共共10点。点。（2）回零状态器）回零状态器S10S19共共10点。点。（3）通用状态器）通用状态器S20S499共共480点。点。（4）保持状态器）保持状态器S500S899共共400点。点。（5）报警状态器）报警状态器S900S999共共100点。点。(7)(7)数据寄存器数据寄存器D D数据寄存器是用于存储数值数据的软器件，
22、其数值可通数据寄存器是用于存储数值数据的软器件，其数值可通过应用指令、数据存取单元过应用指令、数据存取单元(显示器显示器)及编程装置读出与及编程装置读出与写入。这些寄存器都是写入。这些寄存器都是16位位(最高位为符号位，可处理数最高位为符号位，可处理数值范围为值范围为-32768+32768)，如将，如将2个相邻数据寄存器组合个相邻数据寄存器组合，可存储，可存储32位位(最高位为符号位，可处理数值范围为最高位为符号位，可处理数值范围为-2147483648+2147483648)的数值数据。数据寄存器有以的数值数据。数据寄存器有以下几类。下几类。（1）通用数据寄存器）通用数据寄存器(DOD19
23、9共共200点点)（2）断电保持数据寄存器）断电保持数据寄存器(D200D511共共312点点)（3）特殊数据寄存器）特殊数据寄存器(DS000D8255共共256点点)(四四)可编程控制器的基本指令可编程控制器的基本指令1取指令及线圈驱动指令取指令及线圈驱动指令LD、LDI、OUTLD：（：（load）取指令，用于动合触点与输入母线连接，）取指令，用于动合触点与输入母线连接，即动合触点逻辑运算的起始。即动合触点逻辑运算的起始。LDI：（：（loadinverse）取反指令，用于动断触点与输入）取反指令，用于动断触点与输入母线连接。即动断触点逻辑运算的起始。母线连接。即动断触点逻辑运算的起始。
24、OUT：线圈驱动指令，也叫输出指令。：线圈驱动指令，也叫输出指令。0LDX1与母线相联与母线相联1OUTY1驱动指令驱动指令2LDIX2与母线相联与母线相联3OUTM10驱动指令驱动指令4OUTT2驱动指令驱动指令SPK20设定常数设定常数7LDT2与母线相联与母线相联8OUTY29END2 2脉冲取指令脉冲取指令LDPLDP、LDFLDFLDP取脉冲上升沿取脉冲上升沿:逻辑运算开始，与左母线连接的上升逻辑运算开始，与左母线连接的上升沿检测沿检测LDF:取脉冲下降沿：逻辑运算开始，与左母线连接的下取脉冲下降沿：逻辑运算开始，与左母线连接的下降沿检测降沿检测上升沿触点指令的功能是：指令元件置上升
25、沿触点指令的功能是：指令元件置1的时刻有能流通的时刻有能流通过一个扫描周期。下降沿触点指令的功能是：指令元件过一个扫描周期。下降沿触点指令的功能是：指令元件置置0的时刻有能流通过一个扫描周期。的时刻有能流通过一个扫描周期。3 3触点串联指令触点串联指令ANDAND、ANIANIAND：与指令，用于单个动合触点的串联。：与指令，用于单个动合触点的串联。ANI：与非指令，用于单个动断触点的串联。：与非指令，用于单个动断触点的串联。AND与与ANI都是一个程序步指令，都是一个程序步指令，AND、ANI指令可多指令可多次重复使用，即串联触点个数不限；这两条指令的目标次重复使用，即串联触点个数不限；这两
26、条指令的目标元件为元件为X、Y、M、T、C、S。OUT指令后，通过触点对指令后，通过触点对其他线圈使用其他线圈使用OUT指令称为纵接输出（连续），这种输指令称为纵接输出（连续），这种输出如果顺序不错，可以多次重复。出如果顺序不错，可以多次重复。(五）梯形图设计规则五）梯形图设计规则 1梯形图所使用的元件编号，应在所选用的梯形图所使用的元件编号，应在所选用的PLC机规定范围内，不机规定范围内，不能随意选用。能随意选用。2使用输入继电器触点的编号，应与控制信号的输入端号一致，使使用输入继电器触点的编号，应与控制信号的输入端号一致，使用输出继电器时，应与外接负载的输出端号一致。用输出继电器时，应与外
27、接负载的输出端号一致。3触点画在水平线上，只有使用触点画在水平线上，只有使用MC指令触点画在垂直分支线上。指令触点画在垂直分支线上。4触点画在线圈的左边，线圈右边不能有触点。触点画在线圈的左边，线圈右边不能有触点。5多上串左。多上串左。案例一案例一电动机单相启停的电动机单相启停的PLC控制控制1.系统的硬件设计系统的硬件设计2.系统的软件设计系统的软件设计三、应用举例三、应用举例案例案例2：异步电动机正反转：异步电动机正反转PLC控制控制1系统的硬件设计系统的硬件设计1 1系统的硬件设计系统的硬件设计I/O分配分配2系统的软件设计梯形图梯形图案例案例3 3：工作台自动往返PLC控制系统1.1.
28、硬件设计硬件设计2.2.软件设计：梯形图软件设计：梯形图梯形图梯形图案例案例4 4：三相异步电动机的：三相异步电动机的YY降压启动控降压启动控制系统制系统1电气控制电气控制2系统的硬件设计I/O分配分配3系统的软件设计梯形图梯形图案例五案例五 抢答器抢答器PLCPLC控制系统控制系统1.控制要求控制要求图图6-48为三组抢答器示意图，儿童、学生和教授，抢答要求如下：为三组抢答器示意图，儿童、学生和教授，抢答要求如下：(A)竞赛者若要回答主持人所提问题时，需抢先按下桌上的按钮。竞赛者若要回答主持人所提问题时，需抢先按下桌上的按钮。(B)指示灯亮后，需等到主持人按下复位键指示灯亮后，需等到主持人按
29、下复位键PB4后才熄灭为了给参后才熄灭为了给参赛儿童一些优待，赛儿童一些优待，PBll和和PBl2中任一个按下时，灯中任一个按下时，灯L1都亮而为了都亮而为了对教授组做一定限制对教授组做一定限制,L3只有在只有在PB31和和PB32键都按下时才亮。键都按下时才亮。(C)如果竞赛者在主持人打开如果竞赛者在主持人打开SW开关的开关的10秒钟内压下按钮，电磁线秒钟内压下按钮，电磁线圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会。圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会。案例五案例五 抢答器抢答器PLCPLC控制系统控制系统2.2.2.2.硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计I/O分配分配3.3.软件设计软件设计梯形图梯形图2/28/202351