电器及PLC控制技术与实训.ppt

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1、第3章 PL概述,学习目标,【知识目标】 1了解PLC的定义； 2了解PLC的组成与工作原理； 3了解PLC的常用编程语言； 4了解FX2N系列PLC的内部配置； 5了解FX2N系列PLC的硬件结构。,【技能目标】,1掌握I/O接线方法。 2掌握FX-20P-E手持编程器的使用。,主要内容,3.1 PLC简介 3.2 PLC的基本组成与工作原理 3.3 PLC的编程语言 3.4 PLC的内部系统配置 3.5 FX-20P-E手持编程器,3.1 PLC简介,一、可编程序控制器的产生和定义 1968年美国通用汽车公司对汽车生产线控制系统提出10项采用计算机控制的改造要求并公开招标，1969年美国数

2、字设备公司根据这一要求，研制开发出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用。 1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：可编程序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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、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输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都应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则而设计。,二、可编程序控制器的特点 1抗干扰能力强，可靠性高。 2控制系统结构简单，通用性强。 3编程方便，易于

3、使用。 4功能完善。 5系统设计、调试的周期短。 6体积小，维护操作方便。,3.1 PLC简介,3.1 PLC概述,三、可编程序控制器的应用 1开关量逻辑控制。 2运动控制。 3数据处理。 4过程控制。 5通信及联网。,四、可编程序控制器的分类 1按I/O点数及存储器的容量分为大、中、小三个等级。 小型PLC的输入、输出总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在2K字（1K=1024，存储一个1或0的二进制码称为1位，一个字为16位）以下。 中型PLC的输入、输出总点数在256-2048点之间，用户程序存储器容量一般为2K-8K字。 大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存

4、储器容量达到8K字以上。 2根据结构形式分为整体式和模块式。,3.1 PLC概述,五、可编程序控制器的性能指标 1存储容量 存储容量是指用户程序存储器的容量。 2I/O点数 输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和 。 3扫描速度 扫描速度是指PLC执行用户程序的速度 。 4内部元件的种类与数量 5特殊功能单元,3.1 PLC概述,3.2 PLC的基本组成与工作原理,一、可编程序控制器的组成 可编程序控制器的基本组成包括：中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元（I/O）、电源及编程器等外部设备组成，如图所示。,1中央处理器（CPU） CPU是整个PLC的核心部件

5、，由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU主要完成的任务是从存储器中读取指令；执行指令；准备下一条指令；处理中断。 2存储器 可编程序控制器的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。 系统存储器，用于存放PLC的内部系统管理程序，用户不能更改。 用户存储器，主要用于存储用户程序及工作数据等，其内容可以由用户修改或增删。,3.2 PLC的基本组成与工作原理,3.2 PLC的基本组成与工作原理,3输入/输出单元（I/O接口电路） 输入/输出单元是将PLC与现场各种输入、输出设备连接起来的部件（也称为I/O单元或I/O模块）。 （1）输入单元通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信

6、号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号输入主机。 （2） 输出单元用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，具有隔离PLC内部电路与外部执行元件的作用，同时兼有功率放大作用。PLC输出一般有三种：继电器输出型（R）、晶体管输出型（T）、晶闸管输出型（S）。,4电源 电源单元是PLC的电源供给部分，交流电源经整流和稳压向PLC各模块供电，一般PLC采用AC220V，也可采用DC24V。 5编程器 编程器是PLC重要的外围设备，编程器不仅用于编程，还可以利用它进行程序的修改和检查，以及器件的监控。专用的编程器有简易编程器和智能编程器。现在的趋势是使用以个人计算机为基础的编程装置。

7、如图所示。,3.2 PLC的基本组成与工作原理,简易编程器 图形编程器 个人机程序编程器,二、可编程序控制器的工作原理 可编程序控制器采用不断循环的顺序扫描工作方式，PLC的工作过程如图所示。 （1）上电初始化 PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件和软件初始化，停电保持范围设定及其它初始化处理等。 （2）系统自诊断 PLC每扫描一次，执行次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如果发现异常，则停机并显示出错。若自诊断正常继续向下扫描。 （3）通讯服务 PLC自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。CPU自动检测并处理各通信端口接收到的任何信息。,3.2 PLC的基本组成与工作原理,3.2

8、 PLC的基本组成与工作原理,PLC在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后，如果工作选择开关在RUN（运行）位置，则进入程序扫描工作阶段。程序扫描处理包括输入处理、程序处理、输出处理三个阶段，其工作过程如图所示。,3.2 PLC的基本组成与工作原理,（4）输入处理 CPU首先扫描所有输入端点，并将各输入状态存入相对应的输入暂存器中。当输入端子的信号全部进入输入暂存器后，转入程序执行阶段。进入程序执行阶段后，输入信号若发生变化，输入暂存器的内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容，这种输入工作方式称为定时集中采样。 （5）程序执行 在这一阶段，CPU按由上到下、从左

9、到右（从第一条指令直到最后一条结束指令）的顺序依次扫描用户程序，每扫描到一条指令，所需要的元件状态或其它元件的状态分别由输入暂存器和输出暂存器中读出，而将执行结果写入到输出暂存器中，输出暂存器中的内容，随程序执行的进程动态变化。,（6）输出处理 在这一阶段，CPU将输出暂存器的内容转存到输出锁存器中，通过PLC的输出端子，传送到外部去驱动相应的外部设备。这时输出锁存器的内容要等到下一个扫描周期的输出阶段到来才会被刷新，这种输出工作方式称为集中输出。 以上是PLC扫描的工作过程，只要PLC处在RUN状态，它就反复的循环工作，PLC执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，扫描周期与用户程序的长短、

10、指令的种类和CPU执行指令的速度有关。,3.2 PLC的基本组成与工作原理,一、梯形图（LD）,梯形图是一种以图形符号的相互关系表示控制功能的编程语言，它是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来，这种表达方式与传统的继电器控制电路图非常相似，是目前应用最多的一种语言。 如图（a）所示的继电器控制电路，用PLC完成其功能的梯形图如图（b）所示。,3.3 PLC的编程语言,（a）,（b）,二、指令表（IL） 指令表是一种类似于计算机汇编语言的一种文本语言，即用特定的助记符号来表示某种逻辑关系，指令语句的一般格式为：操作码、操作数。 操作码又称为编程指令，用助记符表示。 操作数给出操作码所指定操作的

11、对象或执行该操作所需的数据，通常由标识符和参数组成。 用指令语句表达的上图（b）所示电路如下 0 LD X1 1 OR Y1 2 ANI X2 3 OUT Y1 4 LD Y1 5 OUT Y2,3.3 PLC的编程语言,三、顺序功能图（SFC） 顺序功能图是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言，它将一个完整的控制过程分为若干步，每一步代表一个控制功能状态，步间有一定的转换条件，转换条件满足就实现转移，上一步动作结束，下一步动作开始，这样一步一步的按照顺序动作。步用方框表示，每步都有一个编号，用PLC内部元件状态器来保持状态，如图所示为一顺序功能示意图。,3.3 PLC的编程语言,3.4 PL

12、C的内部系统配置,一、FX2N系列PLC型号的含义 FX2N系列可编程控制器型号命名的基本格式如图。,（1）I/O总点数：14256。 （2）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（无输出）； EY -输出专用扩展模块（无输入）。 （3）输出形式：R-继电器输出；T -晶体管输出；S -晶闸管输出。 （4）电源的形式：D为DC24V电源，24V直流输入；无标记为AC电源，24V直流输入，横式端子排。 例如FX2N-32MR含义：FX2N系列，输入输出总点数为32点，继电器输出的基本单元，AC电源，24V直流输入。,二、FX2N系列PLC编程元件 1

13、输入继电器/输出继电器（X/Y） 在PLC的存储器中有一个用来存储PLC信号输入/输出（I/O）状态的存储区，称为I/O状态表，该表上的输入部分用于反映现场的输入信号，称为输入继电器。输出部分用于反映PLC输出端的状态，称为输出继电器。某个输入/输出（I/O）继电器实质就是输入/输出（I/O）存储区中的某一位，编号与输入点、输出点编号一致。输入/输出继电器示意图 如图所示。,3.4 PLC的内部系统配置,3.4 PLC的内部系统配置,输入继电器是用光电耦合隔离的电子继电器，与输入点相连，通过输入接口将外部输入信号状态（闭合时为“1”，断开时为“0”）读入并存储在输入暂存器中。每个输入继电器都有

14、一个“等效线圈”和无数对动合、动断触点，它的线圈只受外部现场信号控制，不受PLC程序控制，由于输入继电器反映的是输入信号的状态，编程时触点可以无限次使用。 输出继电器通过光电耦合隔离后向外部负载传递控制信号，其状态受PLC程序控制，在PLC内部，它有一个线圈和无数对的动合、动断触点，编程时触点的使用次数不限。 输入继电器用X表示，输出继电器用Y表示，编号均采用八进制编号。FX2N系列PLC的I/O地址为： X0X7、X10X17以及Y0Y7、Y10Y17。,二、FX2N系列PLC其它内部继电器 1.辅助继电器M 通用辅助继电器 M0M499，PLC断电全部变为OFF 。 断电保持辅助继电器 M

15、500M3071 ，具有断电保持功能 。 特殊辅助继电器M8000M8255，又分为触点利用性和线圈驱动型。 M8000 运行监视继电器，当PLC执行用户程序时，M8000为ON，停止执行时，M8000为OFF。 M8002 初始化脉冲继电器，当PLC一开始运行，M8002就接通，自动发出宽度为一个扫描周期的单窄脉冲。可以用M8002对有断电保持功能的元件进行初始化、复位或置初始值。 M8011M8014分别为周期为10ms、100ms、1s和1min时钟脉冲发生器。 M8033 若其线圈“通电”，则PLC停止后，所有输出继电器的状态保持不变。 M8034 若其线圈“通电”，则PLC禁止所有的

16、输出。,3.4 PLC的内部系统配置,辅助继电器不能接受外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载，由PLC中其它继电器触点驱动，触点使用次数不限 。除输入输出继电器外其它继电器均采用十进制编号。 2.状态继电器S 用于PLC编制顺序控制程序，与步进顺序控制指令STL组合使用，不用步进指令时，可以和辅助继电器一样在程序中使用，触点使用次数不限 。 初始S ，S0S9共10点。 回零位S ，S10S19 共10点。 通用S ，S20S499 共480点。,3.4 PLC的内部系统配置,3.定时器T 通用定时器不具备断电保持功能 ，100ms定时器 T0T199 共200点。 10ms 定时器T200

17、T245 共46点。 积算定时器具有断电记忆，复电继续计数累积 。1ms 定时器T246T249 共4点。100ms 定时器T250T255 共6点。 定时器的特点为达到设定值时触点动作。 定时范围 100ms：0.13276.7s 10ms：0.01327.67s 1ms：0.00132.767s,3.4 PLC的内部系统配置,4.计数器C 对内部元件X、Y、M、S、T的信号进行计数，当计数达到设定值时，计数器触点动作 。 5.数据寄存器D 分为断电保持数据寄存器和特殊数据寄存器。 6.变址寄存器 V、Z 常用于用于修改器件的地址编号 ，V、Z各8个，为V0-V7，Z0-Z7，V、Z都是16

18、位的寄存器，当进行32位操作时，将V、Z合并使用，指定Z为低位。 7.常数 K/H 用来指定定时器或计数器的设定值及应用功能指令操作数中的数值 。十进制数用K表示，十六进制用H表示。,3.4 PLC的内部系统配置,一、FX-20P-E手持编程器组成 FX-20P-E手持式编程器由液晶显示屏、ROM写入器接口、存储器卡盒接口以及功能键、指令键、元件符号键和数字键等组成，如图所示。,3.5 FX-20P-E手持编程器,1液晶显示屏 FX-20P-E简易编程器的液晶显示屏只能同时显示4行，每行16个字符，在编程操作时，显示屏上显示内容的说明如图所示。,3.5 FX-20P-E手持编程器,第一行第一列

19、的字符代表编程器的工作方式，其中： R （ Read ）：读出程序； W （ Write ）：写入程序； I （ Insert ）：将程序插入光标“”所指的指令前； D （ Delete ）：删除光标“”所指的指令； M （ Monitor ）：监测工作状态，可以监视位编程元件的 ON/OFF 状态和字编程元件内的数据，还可以对基本逻辑指令的通断状态进行监视； T （ Test ）：测试工作状态，可以对位编程元件的状态以及定时器和计数器的线圈强制 ON 或强制 OFF ，也可以对字编程元件内的数据进行修改。,3.5 FX-20P-E手持编程器,3.5 FX-20P-E手持编程器,2键盘 键盘由

20、35个按键组成，包括功能键、指令键、元件符号键、数字键。 功能键包括读出/写入键RD/WR、插入/删除键INS/DEL、监视/监测键MNT/TEST 。 这三个键为复用键，交替起作用。按第一次时选择键左上方表示的功能，再按一次，则选择右下方表示的功能。 其它键OTHER，在任何状态下按此键，将显示方式项目单选择画面，安装ROM写入模块时，在脱机方式项目单上进行项目选择。 清除键CLEAR，取消按GO键以前（即确认前）的键输入，清除错误信息，恢复到原来的画面。,3.5 FX-20P-E手持编程器,辅助键HELP，显示功能指令一览表。监视功能时，进行十进制数和十六进制数的转换。 空格键SP，输入指

21、令时，进行指定软元件地址号和常数用到此键。 步序键STEP，设定程序的步序号。 光标键“”“ ”，移动光标和提示符，指定当前元件的前一个或后一个元件，作行滚动。 执行键GO，用于指令的确认、执行，显示后面画面的滚动以及再检索。 指令键LD 、AND等，元件符号键Y 、M 、S等，数字键0 、1等，这些键都是双功能键，上部为指令助记符，下部为元件符号或数字，上、下部的功能根据当前所执行的操作自动进行切换。下部的元件符号【 Z/V 】、【 K/H 】、【 P/I 】交替作用。反复按键时，自动切换。,二、HPP工作方式的选择 打开PLC主机上连接HPP插座的盖板，用电缆把PLC与HPP连接起来，接通

22、PLC电源，HPP本身不带电源，通过电缆，由PLC供电。此时PLC主机POWER灯亮,编程器显示屏显示： 约2S后，显示屏显示,3.5 FX-20P-E手持编程器,3.5 FX-20P-E手持编程器,(“ONLINE”表示在线，“OFFLINE”表示离线，“”为光标。光标“”可以通过编程器上的光标移动键上下移动) 当光标“”在“ONLINE”（在线）前时，按执行键GO，表示编程选择在线方式，显示屏显示： 此时若按功能键就切换到各种功能，按其它键则显示联接方式项目单。,3.5 FX-20P-E手持编程器,三、程序编辑操作 1程序写入， 将PLC方式选择开关置于STOP位置，编程器选择ONLINE

23、 MODE在线模式。按功能键RD/WR两次，使编程器显示屏上出现写功能“W”，此时可进行写指令操作。 （1）清零：在写入一个新的程序之前，一般要将PLC内存RAM的内容全部清除，使每个寄存器里的指令都变成NOP。操作时依次按下方框中对应的键，每个方框按一次，把NOP成批写入。 具体操作为：按NOPMC/AGOGO 此时显示屏显示为：,3.5 FX-20P-E手持编程器,（2）基本指令写入：基本指令写入有三种情况： 一是仅有指令助记符，不带元件，如指令ANB、ORB、MPS、MRD、MPP等。 例如写指令ORB的操作为：按ORB GO 结束。 二是有指令助记符和一个元件，如指令LD X000、O

24、UT Y000等。例如写指令LD X000的操作为：按 LD X 0 GO 结束 三是有指令助记符，一个元件还带常数和变量，如输出定时器T、计数器C的线圈指令。例如写定时器T0定时10秒的指令操作为：按OUT T 0 SP K 1 0 0 GO 结束。 写定时器T0，设定由D0数据时的指令操作为：按OUT T 0 SP D 0 GO 结束。 若输入出错，按GO键前，可用CLEAR键自动清除，重新输入,3.5 FX-20P-E手持编程器,（3）功能指令写入：写入功能指令时， 按FNC键后再输入功能指令号，按SP键， 输入元件或常数，输完后，按GO键结束。 例如输入如图的功能指令。 逻辑行1：按L

25、D X 0 GO FNC 1 2 SP K 5 SP D 1 GO 结束。 逻辑行2：按LD X 0 GO FNC 1 2 P SP K 0 SP K 4 Y 0 GO 结束。 逻辑行3：按LD X 0 GO FNC 1 2 D SP K 5 SP D 1 GO 结束。 逻辑行4：按LD X 0 GO FNC 1 2 D P SP K 0 SP K 4 Y 0 GO 结束。,3.5 FX-20P-E手持编程器,（4）指针的输入 在程序中指针P、中断指针I作为标号使用时，其输入方法和指令相同。即按P或I键后，再键入标号，最后按GO键确认。 例如输入图中指针P0的指令。 操作为：按 P 0 GO

26、结束。 2程序读出 从PLC的内存中读出程序，可以根据步序号、指令、元件及指针几种方式读出，在联机方式时，PLC在运行状态，要读出指令，只能根据步序号；若PLC为停止状态时，还可以根据指令、元件以及指针读出。在脱机方式下，无论PLC处于何种状态，四种读出方式均可。,3.5 FX-20P-E手持编程器,按功能键RD/WR，使编程器显示屏上出现读功能“R”，此时可进行读指令操作。 （1）根据步序号读出：例如读出步序号为65的指令，操作如下：按STEP 6 5 GO 结束。 若还需要显示该指令之前或之后的其它指令，可以按“”、“”或GO键，按“”、“”可以显示上一条或下一条指令，按GO键可以显示下面

27、四条指令。 （2）根据指令读出：例如读出指令 LD X000，操作如下： 按LD X 0 GO 结束 若再按GO键，显示屏显示下一条相同指令及步序号，如果用户程序中没有该指令，在显示屏最后一行显示“NOT FOUND”，按CLEAR键，显示屏上显示原来的内容。,3.5 FX-20P-E手持编程器,（3）根据元件读出：例如读出指令 Y0指令，操作如下：按 SP Y 0 GO 结束。 （4）根据指针读出：例如要读出指针号为3的标号，操作如下：按 P 3 GO 结束。 3程序修改 （1）改写指令：在指定的步序上改写指令。 例如在100步上指令改写为 OUT T0 K19，根据步序号读出原指令后，按R

28、D/WR 键，使HPP处于写“W”工作方式，然后将正确的指令输入，操作如下： 按 OUT T 0 SP K 1 9 GO 结束。 （2）插入指令：按INS/DEL键使 HPP 处于“I”（插入）工作方式，接着按照指令写入的方法将该指令写入，按 GO 键后写入的指令插在原指令之前，后面的指令依次后移。,3.5 FX-20P-E手持编程器,（3）删除指令：分为逐条删除、指定范围。 逐条删除指令：读出指令后，移动光标，将光标对准要删除的指令，然后按INS/DEL键使HPP处于“D” （删除）工作方式，按GO键即可。不停的按GO键，则不断的删除下一条指令，但每次只能删除一条指令。 指定范围的删除：例如

29、删除步序号0到20之间的指令，按INS/DEL键，使 HPP 处于“D”（删除）工作方式，然后按下列步骤操作： 按STEP 0 SP STEP 20 G0 结束。 四、监视操作 监视功能“M”是通过编程器的显示屏监视用户程序中元件的导通，以及T、C元件当前值的变化。,3.5 FX-20P-E手持编程器,1元件监视 元件监视是指监视指定元件的ON/OFF状态、设定值及当前值。元件监视的操作为：按功能键MNT/TEST，使编程器显示屏上出现监视功能“M”，按SP键，输入要监视的元件符号及元件号，按GO键 。 例如要监视元件Y0-Y7的ON/OFF状态，操作如下：MNT/TEST SP Y 0 GO

30、 ，显示屏出现Y0，按向下“”的光标键，显示屏依次出现Y1-Y7。如果元件前面出现“”标记，表示该元件处于ON状态；如果元件前面没出现“”标记，表示该元件处于OFF状态。 2导通检查 监视程序中元件的触点及线圈的ON/OFF状态。元件导通检查的操作为：按功能键MNT/TEST，使编程器显示屏上出 。,3.5 FX-20P-E手持编程器,现监视功能“M”，则程序中所有指令处于监视状态，指令中出现“”标记，表示该元件处于ON状态；指令中没出现“”标记，表示该元件处于OFF状态。 例如OUT Y0 ，表示Y0线圈处于ON状态。 例如监视100步的指令导通状态，操作为：MNT/TESTSTEP 1 0

31、 0 GO 。 例如监视指令LD Y10的导通状态，操作为： MNT/TEST LD Y 1 0 GO 。 3强制元件ON/OFF 强制元件ON/OFF，先对元件进行监视操作，然后对元件进行测试操作。此操作只可在STOP状态下进行。 例如对元件Y3进行强制ON/OFF，操作为：,3.5 FX-20P-E手持编程器,先对元件进行监视，按MNT/TEST功能键，（监视M） SP Y 3 GO；然后对元件进行测试，再按MNT/TEST功能键，（测试T） SET（强制Y3 ON）RST（强制Y3 OFF）。 4修改T、C、D、Z、V的当前值 先按MNT/TEST，显示屏出现监视功能“M”，对元件进行监视操作；然后再按MNT/TEST，显示屏出现测试功能T，此时可对元件T、C、D、V、Z的当前值进行修改。此操作要求PLC在运行RUN状态下进行。 例如将定时T0的值修改为K20，操作如下： 先对元件进行监视，按MNT/TEST功能键，（监视M） SP T 0 GO ；然后再按MNT/TEST，（测试T） SP K 2 0 GO 。若在测试（T）状态，连续按两次SP键，当提示符出现在设定值的位置时，则可修改T0的设定值。,再见,