《电气可编程控制原理与应用》课件3.pptx
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1、第3章 PLC的基本(jbn)结构和工作原理3.1 PLC的组成3.1.1 概述3.1.2 初步认识可编程控制器(PLC)3.2 PLC的基本工作原理3.2.1 PLC的等效电路3.2.2 PLC的工作过程(guchng)3.2.3 PLC的接线图和梯形图的绘制方法3.2.4 串行工作方式对梯形图控制结果的影响3.3 PLC的输入输出接口电路3.3.1 开关量输入接口模块3.3.2 开关量输出接口模块3.4 FX2N型PLC的配制3.4.1 FX2N型PLC的主要种类及型号3.4.2 FX2N型PLC的产品规格3.5 PLC中的软元件3.5.1 输入、输出继电器(X、Y)3.5.2 辅助继电器
2、(M)3.5.3 状态继电器(S)3.5.4 定时器(T)3.5.5 计数器(C)3.5.6 数据寄存器(D)3.5.7 指针(P)、(I)习题 2/8/20231第一页,共74页。3.1 PLC的组成的组成(z chn)3.1.1 概述概述可编程序控制器可编程序控制器(Programmable Controller),简称,简称PC,为了与个人计算机,为了与个人计算机(Personal Computer)的的PC相区别,相区别,又称可编程逻辑控制器又称可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称,简称PLC。在国内市场上,欧洲的代表是西门子公司,日本的
3、代表是三菱和欧姆龙公司,美国的代表是在国内市场上,欧洲的代表是西门子公司,日本的代表是三菱和欧姆龙公司,美国的代表是AB与与GE公司。公司。本书主要介绍三菱公司生产的本书主要介绍三菱公司生产的FX2N型型PLC的基本组成,原理与应用。在了解的基本组成,原理与应用。在了解PLC工作原理与特点的基础上,工作原理与特点的基础上,重点介绍小型重点介绍小型PLC的应用技术。包括小型的应用技术。包括小型PLC的硬件与系统构成、基本性能、指令与编程方法、控制系的硬件与系统构成、基本性能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设计方法、系统的安装与调试等统的硬件与软件的设计方法、系统的安装与调试等。PLC实质
4、上是一种工业控制计算机实质上是一种工业控制计算机。在初次学习。在初次学习PLC的控制原理时,可以先不必从计算机的角度上去理解它,的控制原理时,可以先不必从计算机的角度上去理解它,而把它当作一个由各种控制功能的继电器、开关而把它当作一个由各种控制功能的继电器、开关(kigun)等控制元件组成的控制装置来看待。等控制元件组成的控制装置来看待。2/8/20232第二页,共74页。3.1.2 初步初步(chb)认识可编程控制认识可编程控制器器(PLC)输 入(shr)端子输入(shr)信号灯输出端子输出信号灯编程电缆运行开关电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯扩展端口锂电池FX2N型型PLC外观外
5、观图3-1 FX2N型PLC的外形2/8/20233第三页,共74页。各种类型的PLC2/8/20234第四页,共74页。中、大型(dxng)PLC的结构外型中、大型PLC的结构外型,它通常采用积木式结构,可以根据需要将各种标准模块进行(jnxng)搭接,常用的模块有电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块以及各种特殊模块。图3-2中、大型(dxng)PLC的结构外型2/8/20235第五页,共74页。3.2 PLC的基本工作(gngzu)原理 3.2.1 PLC的等效电路在PLC中有大量的、各种各样的继电器,如输入继电器(X)、输出继电器(Y)、辅助继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)等
6、。不过这些(zhxi)继电器不是真正的继电器,而是用计算机中的存储器来模拟的,我们把它叫作软继电器。存储器中的某一位就可以表示一个继电器,这种继电器也叫位继电器。储器中的一位有两种状态:“0”和“1”。我们用0表示继电器失电,用1表示继电器得电。把“0”或“1”写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。读出该存储器某位的值为0时,表示对应继电器的常开接点断开;为1时,表示对应继电器的常开接点闭合。而常闭接点的值是对存储器位的取反。读存储器的次数是不受限制的,所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。2/8/20236第六页,共74页。为了区别(qbi)常规控制电路和PLC控制电路
7、(通常叫梯形图),PLC一般用专用图形符号来表示,如表3-1所示,其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。可编程序控制器图形符号可编程序控制器图形符号表3-1常规(chnggu)电器和可编程序控制器的图形符号对照 2/8/20237第七页,共74页。输入部分元件热继电器FR、停止(tngzh)按钮SB1、起动按钮SB2;中间逻辑部分元件中间继电器KA、时间继电器KT;输出执行部分元件接触器KM1、KM2。电动机降压电动机降压(jin y)起动控制起动控制图3-3 图2-16自耦变压器降压(jin y)起动控制电路2/8/20238第八页,共74页。用用PLC控制控制(kngzh)电动机降压
8、起动控制电动机降压起动控制(kngzh)用用用用PLCPLC控制电动机降压控制电动机降压控制电动机降压控制电动机降压(jin y)(jin y)起动控制等效电路图起动控制等效电路图起动控制等效电路图起动控制等效电路图图3-4 PLC等效(dn xio)控制电路2/8/20239第九页,共74页。3.2.2 LC的工作(gngzu)过程图3-5 PLC等效电路工作(gngzu)过程示意图2/8/202310第十页,共74页。梯形图的过程可分为以下三个阶段(jidun):输入采样阶段(jidun)程序处理阶段(jidun)输出刷新结果输出阶段(jidun)PLC完成上述3个阶段(jidun)称为一
9、个扫描周期。PLC反复不断地执行上述过程。扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作方式有关,但主要和梯形图的长度及指令的种类有关,一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。PLC执行梯形图(读程序)是一步一步进行的,所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的,为串行工作方式。常规电器的控制电路中所有的控制电器都是同时工作的,在通电和得电顺序上不存在先后的问题,为并行工作方式。3.2.2 LC的工作(gngzu)过程2/8/202311第十一页,共74页。3.2.3 PLC的接线图和梯形图的绘制(huzh)方法梯形图采用水平布置画法,梯形图最左边的竖线叫作左母线,右边的竖线叫作右母线,右母线可以省
10、略不画,左右母线相当于电源线。画梯形图时应注意:1 梯形图中的连接线(相当于导线(doxin)不能相互交叉,并且只能 水平或垂直绘制,2 梯形图中的接点一般只能水平绘制,不能垂直绘制,3 各种继电器线圈只能与右母线连接,不能与左母线连接,4 接点不能与右母线连接,5 接点中的“电流”只的从左向右单方向流动,不能出现反向流动的现象。2/8/202312第十二页,共74页。图3-6 PLC的接线图和梯形图2/8/202313第十三页,共74页。3.2.4 串行工作(gngzu)方式对梯形图控制结果的影响梯形图中继电器线圈的接点在线圈之前和在线圈之后(zhhu),对它的控制结果可能是有影响的。图3-
11、7 接点(ji din)前后顺序对梯形图控制的影响2/8/202314第十四页,共74页。点动控制(kngzh)的电路图和梯形图图3-8 点动控制(kngzh)的电路图和梯形图图3-9 接点(ji din)顺序的调整 2/8/202315第十五页,共74页。3.3 PLC的输入输出接口(ji ku)电路 PLC的输入输出接口电路是与外部控制电路联络的主要通道。输入输出接口模块在设计时采取了光电隔离、滤波等抗干扰措施,以提高PLC工作的可靠性,对各种型号的输入输出接口模块,我们可以把它们以不同形式(xngsh)进行归类。按照信号的种类归类有直流信号输入、输出,交流信号的输入、输出;按照信号的输入
12、、输出形式(xngsh)分有数字量输入、输出,开关量输入、输出,模拟量输入输出。下面通过开关量输入、输出模块来说明外部设备与CPU的连接方式。2/8/202316第十六页,共74页。3.3.1 开关量输入接口(ji ku)模块输入形式有两种:源型(公共(gnggng)端COM接极)和漏型(公共(gnggng)端COM接极)。我国一般采用漏型输入形式。开关量输入设备也有两种型式:一种是无源开关,如各种按钮、继电器接点、控制开关等;一种是有源开关,如各种接近开关、传感器、编码器、光电开关等。图3-10 PLC的开关量输入(shr)接口电路 2/8/202317第十七页,共74页。PLC漏型输入(s
13、hr)的外部接线图3-11 PLC漏型输入的外部(wib)接线2/8/202318第十八页,共74页。3.3.2 开关量输出(shch)接口模块开关量输出模块通常有三种形式:继电器输出可驱动直流30V或交流(jioli)250V负载,驱动负载大,但响应时间慢。常用于各种电动机、电磁阀、信号灯等负载的控制。晶体管输出属直流输出,能驱动530V直流负载,驱动负载较小,但响应时间快。多用于电子线路的控制。双向晶闸管输出为交流(jioli)输出。能驱动85240V交流(jioli)负载。驱动负载较大,响应时间较慢。继电器输出(shch)晶体管输出双向晶闸管输出2/8/202319第十九页,共74页。3
14、.3.2 开关(kigun)量输出接口模块图3-12 PLC的开关量继电器输出接口(ji ku)电路2/8/202320第二十页,共74页。3.4 FX2N型PLC的配制(pizh)3.4.1 FX2N型PLC的主要种类及型号1、FX2N型PLC的主要种类FX2N型PLC按品种可分为:1 基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成,只有(zhyu)基本单元可以单独使用,当输入输出点数不足时可以进行扩展。2 扩展单元由内部电源、内部输入输出组成,需要和基本单元一起使用。3 扩展模块由内部输入输出组成,自身不带电源,由基本单元、扩展单元供电,需要和基本单元一起使用。4 特殊扩展设
15、备可分为三类:特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等,特殊模块主要有模拟量输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块,特殊单元用于定位脉冲输出。2/8/202321第二十一页,共74页。2、FX2N型PLC的型号(xngho)FX2N型PLC的型号可表示如下:FX2N128 M R001 PLC系列名称,输入和输出点数总和(zngh),128为64点输入和64点输出,单元种类:M基本单元,E输入输出混合扩展模块及扩展单元,EX输入专用扩展模块,EY输出专用扩展模块,输出型式:R继电器输出,S晶闸管输出,T晶体管输出,其它区分:001专为中国推出的产品。2/8/202322第二十二页,共74页。3
16、.4.2 FX2N型PLC的产品规格表3-4基本(jbn)单元一览表2/8/202323第二十三页,共74页。3.4.2 FX2N型PLC的产品规格表3-5扩展(kuzhn)单元一览表2/8/202324第二十四页,共74页。3.4.2 FX2N型PLC的产品规格表3-6扩展(kuzhn)模块一览表注:()中的数字为扩展设备占用点数,控制(kngzh)电源(DC5V)由由基本单元或扩展单元供电。2/8/202325第二十五页,共74页。3.5 PLC中的软元件(yunjin)在PLC中软元件有三种类型。第一种为位元件,PLC中的输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M和状态继电器S为位元件。存
17、储单元中的一位表示一个继电器,其值为“0”或“1”,“0”表示继电器失电,“1”表示继电器得电。第二种为字元件,最典型的字元件为数据寄存器D,一个数据寄存器可以存放16位二进制数,两个数据寄存器可以存放32位二进制数,在PLC控制中用于数据处理。定时器T和计数器C也可以作为数据寄存器来使用。第三种为位与字混合元件,如定时器T和计数器C,它们的线圈(xinqun)和接点是位元件,它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。2/8/202326第二十六页,共74页。3.5.1 输入(shr)、输出继电器(X、Y)表3-9 输入继电器和输出继电器元件(yunjin)分配表输入继电器(X)和输出继电器(
18、Y)在PLC中各有184点,采用(ciyng)八进制编号。输入继电器编号为:X0X7、X10X17、X20X27X267。输出继电器编号为:Y0Y7、Y10Y17、Y20Y27Y267。但输入继电器和输出继电器点数之和不得超过256,如接入特殊单元、特殊模块时,每个占8点,应从256点中扣除。2/8/202327第二十七页,共74页。例例3-1用PLC控制一个电热水箱,如图3-13所示,电热水箱用3KW电加热器烧水,用2个水位开关(kigun)检测水位。控制要求:首先进水电磁阀得电打开,进水,当水位高于水位开关(kigun)1时,加热器得电开始加热,当水位高于水位开关(kigun)2时,进水电
19、磁阀失电关闭,当加热器加热到100度时停止,放水电磁阀得电将放水阀打开,水龙头可以放水。当水位低于水位开关(kigun)1时,加热器不得加热,进水电磁阀重新得电开始进水。进水时放水电磁阀关闭。图3-13 电热(dinr)水箱示意图2/8/202328第二十八页,共74页。电热(dinr)水箱PLC的控制图3-14电热水箱(shuxing)的控制2/8/202329第二十九页,共74页。3.5.2 辅助(fzh)继电器(M)辅助继电器(M)相当于中间(zhngjin)继电器,它只能在内部程序(梯形图)中使用,不能对外驱动外部负载,在梯形图用于逻辑变换和逻辑记忆作用。辅助继电器有通用辅助继电器、断
20、电保持辅助继电器和特殊辅助继电器。1、通用辅助继电器通用辅助继电器的元件编号为M0M499,共500点。它和普通的中间(zhngjin)继电器功能一样,运行时如果通用辅助继电器线圈得电,当电源突然中断时线圈失电,若电源再次接通时,线圈仍失电。可通过参数设定将其改为断电保持辅助继电器。2、断电保持辅助继电器断电保持辅助继电器的元件编号为M500M3071其中M500M1023共524点,可通过参数设定将其改为通用辅助继电器。M1024M3071共2048点,为专用断电保持辅助继电器。其中M2800M3071用于上升沿,下降沿指令的接点时,有一种特殊性。2/8/202330第三十页,共74页。例例
21、3-2用传送带运送产品。传送带由三相鼠笼型电动机控制,在传送带末端安装一个限位开关SQ,工人在传送带首端放好产品,按下起动按钮,传送带开始运行。当产品到达(dod)传送带末端并超过限位开关(即产品全部离开传送带)时,皮带停止。图3-15 传送带示意图2/8/202331第三十一页,共74页。传送带PLC控制(kngzh)接线图和梯形图图3-16 传送带PLC控制(kngzh)接线图和梯形图例例3-3 在例在例3-2用传送带传运送产品用传送带传运送产品控制中,在停电控制中,在停电(tn din)之后再之后再来电时传送带不会自行起动。现要来电时传送带不会自行起动。现要求停电求停电(tn din)之
22、后再来电时传之后再来电时传送带能够继续工作,试画出对应的送带能够继续工作,试画出对应的梯形图。梯形图。图3-17传送带PLC控制梯形图 2/8/202332第三十二页,共74页。例例3-4一辆小车在一条线路上运行,如图3-18所示。线路上有15共5个站点,每个站点各设一个行程开关和一个呼叫按钮。要求无论小车在哪个(n ge)站点,当某一个站点按下按钮后,小车将自动行进到呼叫点。试用PLC对小车进行控制。图3-18 小车(xioch)行走示意图2/8/202333第三十三页,共74页。小车(xioch)行走PLC控制图 图3-19 小车行走(xngzu)PLC控制图 2/8/202334第三十四
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