项目1认识PLC控制系统的硬件和软件教学课件 电气控制与PLC应用技术高教版.ppt

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1、YCF项目1认识PLC控制系统的硬件和软件教学课件 电气控制与PLC应用技术 高教版项目一项目一 认识认识PLC控制系统的硬件和软件控制系统的硬件和软件 可编程序逻辑控制器，简称为PLC。通过各种输入/输出设备控制工业生产过程中的各种机电设备和过程控制，广泛应用于工业控制领域的新型控制设备。可编程序控制器由硬件系统和软件系统两大部分构成，主要取代传统继电器，执行逻辑、计时和计数等顺序控制，目前已占据工业生产自动化的首位。任务一任务一 认识认识PLC控制系统的硬件控制系统的硬件 【任务目标任务目标】知识目标：1.了解PLC的产生及定义。2.了解PLC的特点及主要功能。3.了解PLC的发展历史、发

2、展趋势及主要的类型。4.了解PLC的主要应用领域。能力目标：1.掌握三菱PLC面板上各种端子的功能。2.掌握三菱PLC面板上各指示灯及标识的功能及含义。3.能够完成 PLC外部端子的接线。素质目标：1.培养仔细观察、做好记录的习惯，掌握科学的学习方法。2.学会通过网络查阅资料，实现课堂学习举一反三，养成查阅资料的习惯。3.培养独立思考的习惯和合作学习的精神。【任务任务呈现呈现】如图1-1-1所示为三菱FX2N-48MR PLC图1-1-1 三菱FX2N-48MR PLC 仔细观察并做好相关的记录，完成下列任务目标：1识读三菱PLC的型号意义。2认识三菱PLC状态指示灯的用途3认识模式转换开关及

3、通讯接口，正确操作PLC的运行与停止控制，正确完成PLC通讯接口与手持式编器或电脑的通讯接线。4认识PLC的电源端子、I/O端子与I/O信号指示灯的对应关系和功能。【知识解析知识解析】一、一、PLC的产生的产生 在PLC诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业生产的各个领域，起着不可替代的作用。随着科学技术不断发展，为满足人们对物质生活水平不断提高的要求，企业必须生产出产品品种齐全且质优价廉的产品，为适应市场的需求，工业产品的品种就要不断更新换代，从而要求产品的生产线及附属的控制系统不断地修改甚至更换。因为继电器控制系统体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，修改一条生产线，需

4、要进行重新设计、更换许多硬件设备、进行复杂的接线装配和调试，延长生产周期，增加了产生成本。于是，人们开始思考生产出一种新型的通用控制设备，用于取代复杂的继电控制设备，以满足现代工业生产的要求。一种以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动化控制装置应运而生，它就是可编程序控制器（简称PLC）。1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了使汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置。为此，拟定了10项公开招标的技术要求，即：1.编程简单，可在现场修改

5、程序2.维护方便，最好是插件式3.可靠性高于继电器控制柜4.体积小于继电器控制柜5.可将数据直接送入管理计算机6.在成本上可与继电器控制柜竞争7.输入可以是交流115V8.输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀等9.在扩展时，原有系统只要很小变更10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K1969年，根据招标的技术要求，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用成功。这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用，也受到了世界上许多国家的高度重视。197

6、1年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台PLC。1973年，西欧国家也研制出他们的第1台PLC。我国从1974年开始研制，到1977年开始应用于工控领域。在这一时期，PLC虽然采用了计算机的设计思想，但实际上PLC只能完成顺序控制，仅有逻辑运算等简单功能，所以人们将它称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称为PLC。台达PLC 西门子PLC 三菱PLC ABB PLC 图1-1-2 常见的PLC二、二、PLC的定义的定义1985年1月，国际电工委员会（IEC）对PLC的定义：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

7、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的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Comp

8、uter）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。三、三、PLC的发展历程的发展历程从PLC产生到现在，已发展到第四代产品，其过程基本可分为：第一代PLC（19691972年）：大多用一位机开发，用磁芯存储器存储，只具有单一的逻辑控制功能，机种单一，没有形成系列化。第二代PLC（19731975年）：采用了8位微处理器及半导体存储器，增加了数字运算、传送、比较等功能，能实现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系列化。第三代PLC（19761983年）：随着高性能微处理器及位片式CPU在PLC中大量的使用，PLC的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及联网通信方向发展，增加了多种特殊功

9、能，如浮点数的运算、三角函数、表处理、脉宽调制输出等，自诊断功能及容错技术发展迅速。第四代PLC（1983年现在）：不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，RISC(reducedinstructionsetcomputer)精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时生产了大量内含微处理器的智能模块，使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。四、四、PLC的特点的特点1无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强。2通用性强，控制程序可变，使用方便。

10、3硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。4编程简单，容易掌握。5系统的设计、安装、调试工作量少。6维修工作量小，维护方便。7体积小，能耗低。五、五、PLC的主要功能的主要功能1开关逻辑和顺序控制完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。主要应用领域有自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制；2模拟控制（A/D和D/A控制）具备处理模拟量的功能，而且编程和使用方便。主要应用领域有工业生产过程中的温度、压力、流量、液位等连续变化的模拟量的闭环控制。3定时/计数控制具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，

11、定时间隔可以由用户加以设定；对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。4步进控制PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。5运动控制在机械加工行业，可编程序控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。主要应用领域有金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。6数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。7.通信联网PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机

12、以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。8.其它PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。六、六、PLC的分类的分类1 1按控制规模分类按控制规模分类（1）微型机：几十点（2）小型机：500点以下（3）中型机：5001000点（4）大型机：1000点以上（5）超大型机：10000点2.按结构形式分类按结构形式分类通常从PLC硬件结构形式上分整体式结构和模块式结构。（1 1）整体式）整体式结结构构一般的小型及超小型PLC多为整体式结构，这种可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器或EPROM写入器相连

13、的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。它的优点是结构紧凑，体积小，成本低，安装方便，缺点是主机的I/O点数固定，使用不灵活。常见的产品有西门子公司的S7-200，三菱公司的FX2N系列等。图1-1-3 整体式PLC（2 2）模）模块块式式结结构构模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块等。另外，机器上有一块带有插槽的母板，实质上就是计算机总线。把这些模块按控制系统需要选取后，都插到母板上，就构成了一个完整的PLC。这种结构的PLC的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方

14、便，缺点是体积比较大。常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。图1-1-4 模块式PLC 3.3.按功能分按功能分类类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。（1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联

15、网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。（3）高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。4.4.按生按生产产厂家分厂家分类类PLC的生产厂家很多，国内国外都有，其点数、容量、功能各有差异，比较有影响的厂家有：（1）日本三菱（MITSUBISHI）公司的Q、F、F1、F2、FX2系列可编程序控制器；（2）美国通用电气（GE）公司的GE系列可编程序控制器；（3）美国艾论布拉德利

16、（A-B）公司的PLC-5系列可编程序控制器；（4）德国西门子（SIEMENS）公司S5、S7系列可编程序控制器；（5）欧姆龙公司的微型系列PLCCPM1A、CPM2A、CP1H、CP1L；小型系列PLCCPM2C、CQM1H、CJ1M；中型系列PLCC200H、CJ1、CS1；大型系列PLCCV、CS1D等；（6）日本松下（PANASONIC）电工公司的FP1系列可编程序控制器。国内生产PLC的厂家有：（1）无锡华光电子工业有限公司（合资）的SR-10、SR-20/21；（2）中国科学院自动化研究所的PLC-0088；（3）上海机床电器厂的CKY-40；（4）上海起重电器厂的CF-40MR/

17、ER。七、七、PLCPLC的的发发展展趋势趋势1.PLC1.PLC向大型化方向向大型化方向发发展展主要表现在大中型PLC高功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。大型PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展，某些PLC还具有模拟量模糊控制、自适应、参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。2.PLC2.PLC向小型化方向向小型化方向发发展展主要表现在，为了减小体积、降低成本，向高性能的整体型发展；在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；应用的专业性，使得控制质量大大提高。小型PLC一

18、般指I/O点数小于等于256的PLC，大多采用整体式结构。小型PLC的价格便宜，性能价格比不断提高，很适合于单机自动化或组成分布式控制系统。3.3.通信功能的增通信功能的增强强和和标标准化准化随着计算机网络通信在控制系统中的广泛应用，通信功能受到越来越高的重视，因此PLC的通信功能在不断扩展和增强。以三菱的FX系列为例，它可以接入开放式通信网络，为此提供了CCLink系统主站模块、CCLink接口模块、ASi主站模块、DeviceNet接口模块和Profibus接口模块。使用MELSEC远程I/O链接系统主站模块可组成远程I/O网络。RS232C通信接口模块、RS232C适配器、RS485通信

19、板适配器、RS232C/RS485转换接口等提供了标准的串行通信接口。在软件方面FX提供了一些专用的通信协议，如并行链接、计算机链接和I/O链接。计算机链接协议基本上符合Modbus通信协议中的ASCII传输模式，PLC与PC通信时，PLC一侧不需要用户编程。其余的几种链接的通信是周期性地自动实现的，用户只需要作一些简单的设置。4.PLC4.PLC在在软软件方面的件方面的发发展展PLC在软件方面也将有较大的发展。系统的开放使第三方的软件能方便地在符合开放系统标准的PLC上得到移植。除了采用标准化的硬件外，采用标准化的软件也能大大缩短系统开发周期；同时，标准化的软件由于经受了实际应用的考验，它的

20、可靠性也明显提高。此外，编程软件还使用编程向导简化编程过程，配备仿真功能等。总之，PLC总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、容量大、体积小、成本低、通信联网功能强。【任务实施任务实施】一、一、认识认识三菱三菱FX2N-48MR PLCFX2N-48MR PLC的面板的面板三菱FX2N-48MRPLC的面板如图1-1-5所示：输入指示灯输出指示灯图1-1-5 三菱FX2N PLC的面板二、二、认识认识三菱三菱FXFX系列系列PLCPLC的型号的型号在PLC的正面，一般都有表示该PLC型号的符号，通过阅读该符号即可以获得该PLC的基本信息。FX系列PLC的型号命名基本格式如下：图1-1-6三

21、菱FX系列PLC型号命名基本格式1.序列号：0、0S、0N、2、2C、1S、2N、2NC。2.I/O总点数：10256。3.单元类型：M代表基本单元，E代表输入输出混合扩展单元及扩展模块，EX代表输入专用扩展模块，EY代表输出专用扩展模块。4.输出形式：R代表继电器输出，T代表晶体管输出，S代表晶闸管输出。5.特殊品种区别：DC电源，DC输入，A1AC电源，AC输入。若特殊品种一项无符号，说明通指AC电源、DC输入、横排端子排；继电器输出：2A/点；晶体管输出：0.5A/点；晶闸管输出：0.3A/点。例如：FX2N-48MRD含义为FX2N系列，输入输出总点数为48点，继电器输出，DC电源，D

22、C输入的基本单元。又如FX-4EYSH的含义为FX系列，输入点数为0点，输出4点，晶闸管输出，大电流输出扩展模块。电源指示灯，绿灯运行指示灯，绿灯内部锂电池电压低指示灯，红灯程序出错指示灯，红灯三、三、认识认识PLCPLC的状的状态态指示灯指示灯三菱FX系列PLC的状态指示灯如图1-1-7所示。图1-1-7 三菱FX系列PLC的状态指示灯三菱FX系列PLC的状态指示灯具体含义如表1-1-1所示。指示灯指示灯指示灯的状态与当前运行的状态指示灯的状态与当前运行的状态电源指示灯PLC接通220V交流电源后，该灯点亮，正常时仅有该灯点亮表示PLC处于编辑状态。运行指示灯当PLC处于正常运行状态时，该灯

23、点亮。内部锂电池指示灯如果该指示灯点亮说明锂电池电压不足，应更换。程序出错指示灯如果该指示灯闪烁,说明出现以下类型的错误：1程序语法错误。2锂电池电压不足。3定时器或计数器未设置常数。4干扰信号使程序出错。5程序执行时间超出允许时间，此灯连续亮表1-1-1三菱FX系列PLC的状态指示灯具体含义四、四、认识认识PLCPLC的模式的模式转换转换开关及通开关及通讯讯接口接口模式转换开关用来改变PLC的工作模式，PLC电源接通后，将转换开关打到RUN位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）发光，表示PLC正处于运行状态；将转换开关打到STOP位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）熄灭，表示PLC正处于停

24、止状态。如图1-1-8（a）所示为FX系列PLC的模式转换开关及通讯接口的位置，如图1-1-8（b）所示为FX系列PLC的模式转换开关及通讯接口。（a）通讯接口的位置 模式转换开关通讯接口（b）模式转换开关及通讯接口图1-1-8 FX系列PLC的模式转换开关及通讯接口通讯接口用来连接手编器或电脑，通讯线一般有手持式编程器通讯线和电脑通讯线两种，通讯线与PLC连接时，务必注意通讯线接口内的“针”与PLC上的接口正确对应后才可将通讯线接口用力插入PLC的通讯接口，避免损坏接口。如图1-1-9（a）所示为PLC与计算机通讯线的PLC端接口，如图1-1-9（b）所示为PLC与通讯线的连接.（a）通讯线

25、接口（b）PLC与通讯线的连接图1-1-9 三菱FX2N PLC与通讯线的连接 五、五、认识认识PLCPLC的的电电源端子、源端子、I/OI/O端子与端子与I/OI/O信号指示灯信号指示灯 PLC的电源端子、输入端子、输出端子与相应的信号指示灯如图1-1-5所示。1.1.输输入接口接入接口接线线端子及信号指示灯端子及信号指示灯（1）外部电源端子（L、N、地）：通过这部分端子外接PLC的外部电源（AC220V），为PLC供电。（2）输入公共端子COM：在外接传感器、按钮、行程开关等外部信号元件时必须接的一个公共端子。（3）+24V电源端子：PLC自身为外部设备提供的直流24V电源，多用于三线传感

26、器。如图1-1-10所示：褐色导线黑色导线接入PLC输入端子蓝色导线+24VCOMDC 24V三线传感器图1-1-10三线式传感器的接线图（4）X端子：X端子为输入（IN）继电器的接线端子，是将外部信号引入PLC的必经通道。（5）“.”端子：带有“.”符号的端子表示该端子未被使用，不具功能。（6）输入指示灯：为PLC的输入（IN）指示灯，PLC有信号输入时，对应输入点的指示灯亮。2.2.输输出接口接出接口接线线端子及信号指示灯端子及信号指示灯（4）输出公共端子COM：此端子为PLC输出公共端子，在PLC连接交流接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等负载时必须连接的一个端子。在负载使用相同电压类型和等

27、级时：则将COM1、COM2、COM3、COM4用导线短接起来就可以了。在负载使用不同电压类型和等级时：Y0Y3共用COM1，Y4Y7共用COM2，Y10Y13共用COM3，Y14Y17共用COM4，Y20Y27共用COM5。对于共用一个公共端子的同一组输出，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共端子组可使用不同的电压类型和电压等级。（5）Y端子：Y端子为PLC的输出（OUT）继电器的接线端子，是将PLC指令执行结果传递到负载侧的必经通道。（6）输出指示灯：当某个输出继电器被驱动后，则对应的Y指示灯就会点亮。任务评价任务评价对任务实施的完成情况进行检查，并将结果填入表1-1-2所示评分

28、表内。序号序号主要内容主要内容考核要求考核要求评分标准评分标准配分配分扣分扣分得分得分1认识三菱PLC的型号掌握PLC型号的含义1.能识别PLC的型号得5分；2.理解PLC型号含义得10分；152认识状态指示灯识别各种状态指示灯的含义1.能识别各种状态指示灯得5分；2.理解各种状态指示灯的功能及含义得15分；203认识模式转换开关及通讯接口识别PLC转换开关及通讯接口1.能在PLC上找到模式转换开关及通讯接口的位置得5分；2.理解模式转换开关与状态指示灯的关系得10分；3.能正确插拔通讯电缆得10分；25表1-1-2 任务测评表任务评价任务评价对任务实施的完成情况进行检查，并将结果填入表1-1-2所示评分表内。表1-1-2 任务测评表4认识PLC的电源端子、I/O端子与I/O信号指示灯识别I/O端子与I/O信号指示灯及其所代表的含义1.正确区分PLC的信号输入端和信号输出端得5分；2.正确区分PLC的信号输入指示灯和信号输出指示灯端得5分；3.正确理解信号输入指示灯的功能及含义得10分；4.正确理解信号输出指示灯的功能及含义得10分；30分5职业素养工位清洁等1.任务完成后，将PLC放回原位得5分；2.任务完成后，清理工位得5分；10合计100分开始时间:结束时间:学习者姓名：指导教师：任务实施日期：