机电一体化技术与系统项目3PLC控制系统课件.ppt
项目3 PLC控制系统,任务1 熟悉PLC控制系统相关知识一、PLC的特点与功能1PLC的特点 可靠性高 通用性好,2PLC基本性能,衡量PLC性能的主要技术指标有以下几个。可控制的I/O点。用户程序存储器容量。应用指令数量。基本逻辑指令执行时间。,3PLC的功能,PLC主要具备逻辑顺序控制、速度/位置控制与通信网络控制3方面功能。,二、系统组成与PLC结构,1PLC控制系统的组成 PLC控制系统的组成如图3-1.1所示。,图3-1.1 PLC控制系统的组成示意图,2PLC的结构形式,（1）固定I/O型（2）基本单元加扩展型（3）模块式PLC（4）集成式PLC（5）分布式PLC,图3-1.2 固定I/O型PLC,图3-1.3 基本单元加扩展型PLC,图3-1.4 模块式PLC示意图,集成式PLC（也称内置式PLC）一般作为CNC系统的辅助控制器使用，用来实现数控机床的开关量控制功能。,图3-1.5 带集成式PLC的CNC系统,图3-1.6 分布式PLC控制系统示意图,三、PLC的工作原理,当PLC用于开关量逻辑程序控制时，其执行过程可分为输入采样、执行程序、通信处理、CPU诊断、输出刷新5个基本步骤，并不断重复执行（见图3-1.7）。,图3-1.7 PLC的扫描循环,如从理解PLC程序的执行过程方面考虑，可认为PLC实际进行的是输入采样、执行程序、输出刷新3个基本步骤（见图3-1.8）。,图3-1.8 用户程序的执行过程,实践指导,一、FX系列PLC简介1产品系列 FX系列PLC是日本三菱公司在F系列PLC基础上发展起来的小型PLC产品（见图3-1.9），主要有FX1S/1N/2N/3U 4 种基本型号，性能依次增强。,图3-1.9 FX1S/1N/2N/3U的基本性能比较,2基本性能,FX1S/1N/2N/3U系列PLC的主要技术指标如表3-1.1所示。,表3-1.1FX1S/1N/2N/3U系列PLC主要技术性能,二、FX系列PLC的规格与型号,1基本单元 FX系列PLC基本单元的型号如下。,2I/O扩展单元,FX系列I/O扩展单元有32/48点I/O两种规格，单元型号如下。,3I/O扩展模块,FX系列I/O扩展模块的规格较多，单个模块的最大I/O点为16点，模块型号如下。,任务2 掌握PLC连接技术,相关知识一、PLC硬件 基本单元加扩展型PLC是机电一体化产品常用的PLC，它由图3-2.1所示的基本单元、内置扩展选件、存储器扩展盒、I/O扩展模块、特殊功能模块、通信适配器等部分组成。,图3-2.1 基本单元加扩展的PLC硬件组成,基本单元 I/O扩展模块 I/O扩展单元 可以为其他扩展模块提供电源（见图3-2.2）。,图3-2.2 PLC的电源供给,内置扩展选件与附件 网络扩展模块 特殊功能模块 通信适配器,二、PLC连接,1PLC连接端布置 小型PLC的基本单元外形与连接端布置通常如图3-2.3所示。,图3-2.3 PLC的外形与连接端布置,2输入连接,PLC以直流输入为常用，输入连接形式有汇点输入、源输入及汇点/源输入通用3种。（1）汇点输入 汇点输入的接口电路原理如图3-2.4所示。,图3-2.4 汇点输入的接口电路原理简图,（2）直流源输入,源输入（Source input）是一种需要输入提供驱动电源的“有源”输入连接方式，接口电路原理如图3-2.5所示。,图3-2.5 源输入的接口电路原理简图,（3）汇点/源通用输入,汇点/源通用输入”需要采用双向光耦，其内部接口电路原理如图3-2.6所示。,图3-2.6 汇点/源通用输入的原理简图,3输出连接,PLC的输出以继电器触点输出与直流晶体管（或场效应晶体管）为常用。（1）继电器触点输出 继电器输出有触点独立输出与共用公共端（见图3-2.7，COM1、COM2为公共端）两种。,图3-2.7 触点输出与外部的连接,（2）晶体管输出,晶体管输出分图3-2.8（a）所示的NPN集电极开路“汇点输出”与图3-2.8（b）所示的PNP集电极开路“源输出”两种，外部连接要求和继电器接点输出基本相同。,图3-2.8 晶体管输出与外部的连接,实践指导,一、FX系列PLC的I/O连接 FX系列PLC以汇点输入/继电器触点输出、汇点输入/晶体管输出为常用，基本单元连接要求如图3-2.9所示；PLC的输入/输出规格如表3-2.1、表3-2.2所示。,图3-2.9 FX系列PLC的基本单元连接,图3-2.9 FX系列PLC的基本单元连接（续）,表3-2.1FX系列PLC的输入规格表,表3-2.2FX系列PLC的输出规格表,二、PLC与接近开关的连接,汇点输入可按照图3-2.10（a）所示的方法与NPN集电极开路输出的接近开关直接连接；但与PNP集电极开路接近开关连接时需要增加图3-2.10（b）所示的“下拉电阻”，下拉电阻的阻值通常为1.52k。,源输入可按照图3-2.11（a）所示的方法与PNP集电极开路输出的接近开关直接连接；但与NPN集电极开路接近开关连接时需要增加图3-2.11（b）所示的“上拉电阻”，上拉电阻的阻值通常为1.52k。,图3-2.10 汇点输入与接近开关的连接,图3-2.11 源输入与接近开关的连接,任务3 掌握梯形图编程技术,相关知识一、指令与编程元件1PLC指令 PLC指令有逻辑运算、数据比较与转换、数学运算、功能指令多种，指令由“操作码”与“操作数”两部分组成，指令的集合称为指令表程序。,2编程元件,PLC常用的编程元件有以下几种。输入继电器X 输入继电器通常按“字节”（8位二进制）进位，因此，后缀的数字一般不能为“8”与“9”（见图3-3.1）。,图3-3.1 输入继电器与输出继电器,输出继电器Y,输出继电器代表开关量输出信号，它一般以二进制位的形式参与逻辑运算，并以“字节”进位（见图3-3.1）。,辅助继电器M 定时器T 计数器C 数据寄存器D,3PLC的编程语言,（1）指令表（2）梯形图（3）顺序功能图（4）逻辑功能图编程,二、梯形图程序的编制,1基本逻辑处理指令 FX系列PLC在梯形图编程与监控显示时的常用图形符号及意义如表3-3.1所示，PLC的基本逻辑处理指令代码、功能、操作数及在梯形图上的符号与格式如表3-3.2所示。,表3-3.1二进制逻辑图形以及代表的意义,表3-3.2FX系列PLC的基本逻辑处理指令,续表,2等效工作电路,PLC的梯形图程序可用图3-3.2所示的等效继电器控制线路进行描述。等效工作电路图分为输入电路、内部控制与输出电路3部分组成。,图3-3.2 PLC梯形图程序等效电路,3简单逻辑控制,对于控制电机启动与停止控制，如按照图3-3.3（a）将启动/停止按钮的常开触点分别连接到PLC的输入X1/X2；接触器连接到PLC的输出Y1，其PLC程序如图3-3.3（b）所示。,图3-3.3 电机的启动/停止,需要注意的是：PLC的梯形图程序严格按照“从上至下”的时序执行，因此，可以通过图3-3.4所示的程序可以生成边沿信号。,图3-3.4 边沿生成程序,4基本定时控制,PLC的定时控制通过定时器T实现，线圈为“1”便可启动定时，基本定时器为“通电延时接通”，使用其常闭触点可实现“断电延时接通”功能。图3-3.5为非保持型定时器的编程实例。,图3-3.5 非保持型定时器的编程,如程序需要“通电延时断开”功能，可用图3-3.6所示的简单程序实现（时间可任意设定，图中未标出）。,图3-3.6 延时断开信号的生成,5通用计数器控制,计数功能通过计数器C实现，图3-3.7所示为非保持型通用计数器的编程实例。,图3-3.7 非保持型普通计数器的编程,6数据寄存器的使用,数据寄存器用来存储“数值型”数据，1个数据寄存器可存储16位二进制数据；相邻编号的两个数据寄存器可组合为32位（2字长）数据寄存器；多个数据寄存器还可以组成“数据表”或“文件寄存器”进行批量操作。,在PLC程序中，数据寄存器可以通过数据传送应用指令MOV赋值，例如，对于图3-3.8所示的程序。,图3-3.8 数据寄存器的赋值,已经赋值的数据寄存器与常数具有同样的作用。如通过图3-3.9的程序。,图3-3.9 数据寄存器的使用,实践指导,一、FX系列PLC的编程元件 FX系列PLC的编程元件与产品系列有关，常用的编程元件如表3-3.3所示。,表3-3.3FX系列PLC编程元件一览表,二、典型梯形图程序,1恒“1”与恒“0”信号的生成 产生恒“0”与恒“1”的梯形图程序如图3-3.10所示。,图3-3.10 恒“0”与恒“1”的生成,2二分频程序,PLC控制系统有时需要用一个按钮交替控制执行元件通/断，这种控制要求的输出动作频率是输入的1/2，故称“二分频”控制，程序如图3-3.11或图3-3.12所示。,图3-3.11 二分频控制1,图3-3.12 二分频控制2,3定时通断控制,定时通/断控制常被用于闪光报警指示或机械设备的定时润滑控制，其PLC程序如图3-3.13所示。,图3-3.13 定时通断控制,任务4 PLC的应用与实践,实践指导一、控制系统设计原则1满足控制要求2确保安全可靠3简化系统结构,二、控制系统设计步骤,系统规划 硬件设计 软件设计 现场调试 技术文件编制,决策&实施,根据电气控制系统的设计原则与设计步骤，自主完成工业搅拌机系统的电气原理图设计，并编制PLC程序。,实践指导,一、系统规划1明确控制要求 对于本任务根据要求，可分别对成分A/B进料、搅拌、排放控制列出控制要求表。,成分A进料：成分A进料的控制要求如表3-4.1所示。搅拌：搅拌电机的控制要求如表3-4.2所示。排放：排放阀的控制要求如表3-4.4所示。,表3-4.1成分A/B进料控制要求,表3-4.2搅拌控制要求,表3-4.3排放控制要求,2设计操作面板,由于本例的控制要求非常简单，无需对功能模块、通信接口进行特殊的配置，系统设计可以简化。根据控制要求设计的操作面板如图3-4.2所示。,图3-4.2 搅拌机操作面板,在操作面板确定后，可以将用于操作面板的全部器件进行归纳与汇总，以便统计I/O点，表3-4.4为操作面板要求汇总。,表3-4.4操作面板要求汇总,3选择与配置PLC,选择PLC如下。PLC：FX2N-48MR-001；24点DC24V输入；24点DC30V/AC250V，2A继电器输出。,二、原理图设计,根据以上总体规划方案设计的工业搅拌机系统的工程用电气原理图如图3-4.3图3-4.5所示，原理图说明如下。1主回路2控制回路3PLC输入/输出,图3-4.3 搅拌机控制主回路,图3-4.4 搅拌机控制回路,图3-4.5 搅拌机PLC输入/输出回路,三、程序编制,根据以上电气原理图，设计的PLC程序如图3-4.6、图3-4.7所示，程序分为控制和状态指示两部分。,图3-4.6 工业搅拌机系统的控制程序,1控制程序,图3-4.7 工业搅拌机系统的状态指示程序,2状态指示程序,状态指示程序是控制操作面板指示灯的程序，在本系统中可以根据电气原理图中的PLC输入/输出，直接将其转换为指示灯状态。,
