《PLC概述》PPT课件.ppt

1,三菱FX系列课程主要内容,第一节、PLC概述第一节、PLC硬件系统及选型第二节、PLC输入、输出端子的接线原理及注意事项第三节、PLC软件的安装过程及使用技巧第四节、PLC基本指令的用法及案例分析第五节、PLC软元件的使用方法及案例分析第六节、PLC应用指令的功能、用法及在工程中的应用,2,三菱FX系列PLC课程学习目标,目标：1、了解PLC的工作原理及其特点、掌握硬件接口，重点掌握I/O接口，以及PLC的内部软元件（辅助继电器）；2、掌握PLC的编程基本指令、功能指令、步进梯形图；3、熟练使用三菱GX编程软件进行编程；4、掌握三菱PLC的通信、模拟量模块的应用、步进电机控制等相关知识；5、在熟练掌握FX系列PLC基础知识的基础上，通过实例分析，可以进行小型PLC项目进行设计；,3,第一节 PLC概述,一、PLC的产生背景二、PLC的功能及应用三、PLC的常用品牌以及各自的特点,4,一、PLC产生背景,1、早期在制造工业和过程工业中，大量的开关量顺序控制都是通过传统的气动或电气控制系统来实现的。这必然给系统的维护、升级、改造等带来很多问题。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字Programmable Controller（PC）。为了与个人计算机（Personal Computer）区别，习惯地用PLC（Programmable Logix Controller）作为可编程序控制器的缩写。,5,传统继电器接线实例,6,电机正反转PLC接线示图,正转继电器,反转继电器,7,一、PLC产生背景,PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、计时、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和输出，控制各种类型的机械或生产过程。1.数字运算操作的电子装置表明PLC是一台计算机;2.在工业环境下应用PLC具有特殊的构造，是适应工业环境的现场计算机;3.各种类型PLC能控制各种类型工业设备及生产过程。程序可以编制。是一种通用的工业控制计算机。可编程控制器集继电控制技术、大规模集成电路技术和计算机技术于一体，是当今工业自动化技术（PLC、计算机辅助设计、机器人）之一。,8,二、PLC的功能及应用,1、开关量逻辑控制：利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等。例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。2、模拟量过程控制：（压力、温度、流量、液位）大多数PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。3、运动控制：PLC通过自身的定位模块及其他运动控制器控制步进电机或伺服电机，实现单轴或多轴精确定位，这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。4、通讯联网 PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位机算机、PLC与其它智能设备（变频器、现场测试仪器等）之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要。（通过通讯的方式扩大控制的范围，同时当某台设备故障时可以通过PLC排查具体问题）,9,三、PLC的常用品牌以及各自的特点,德国西门子公司S7-200/300/400,日本欧姆龙PLC,法国施耐德PLC,10,三、PLC的常用品牌以及各自的特点,近几年国产PLC的推广占据了部分小型PLC市场，国产PLC的特点及优势：1、绝大多数都是小型机，主要控制小规模的设备系统；2、国产PLC价格非常低廉，比国外便宜1/3以上；3、PLC功能及稳定性相当成熟，一般小型设备的功能都能满足；4、国产PLC推广较晚，最近几年发展较快，很多国产的小型设备上使用较多，作为性价比较高的小型机，发展潜力还是很大；5、其编程软件与国外某些品牌非常类似，虽然形式上稍有不同，但是学过国外PLC的工程师只需简单看一下相关手册就能使用。,11,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,一、FX系列PLC基本结构二、PLC工作过程三、FX系列PLC型号含义四、FX系列扩展模块五、I/O点分配六、FX系列特殊功能模块七、PLC选型,12,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,一、三菱FX系列PLC基本结构,输入端子(X0-X7,X10-X17,X20-X27),输入指示灯,PLC通讯接口,工作状态指示灯,扩展接口,1、每个PLC内部有CPU（处理系统和用户程序）；2、每个PLC内部有存储器（存储系统程序、用户程序及运算数据）,电源输入端子(L、N、地线),输入端子(X0-X7,X10-X17,X20-X27),输入指示灯,COM端,CPU及存储器,13,一、PLC的基本结构,1、中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心，在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。CPU一般有三大类：（1）通用微处理器，如80286、80386等；（2）单片机芯片，如8031、8096等；（3）位处理器，如AMD2900、AMD2903等。一般PLC的档次越高，CPU的位数也越多，运算速度也越快，指令功能也越强。现在常见的机型一般为8位或16位。,2、存储器 存储器是PLC存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。分只读存储器(ROM)和随机读写存储器(RAM)。,只读存储器（ROM）：能永久保存，即控制器掉电后也能保存程序的存储器。用来存放PLC的系统程序。随机读写存储器（RAM）：能方便写入或擦除，但在掉电后数据即消失的存储器。用来存放用户程序及系统运行中产生的临时数据。为了使用户程序及某些运行数据能在掉电后仍能保持，在实际中，常为重要的随机读写存储器配备电池或电容等掉电保持装置。,单元式 PLC结构框图,14,一、PLC的基本结构,3、输入/输出接口 输入输出单元是PLC与工业控制现场各类信号连接的部分。输入单元用来接收生产过程的各种参数；输出单元用来送出PLC运算后得出的控制信号，并驱动机外的执行机构完成工业现场的各类控制；（1）输入接口 作用是把现场的开关量信号（即各类主令电器、继电器、传感器等有触点或无触点触头的通断）变成PLC内部处理的标准信号。或者把现场连续变化的模拟量标准信号（420mA；110V）转换成适合PLC内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。一般按可接收外部信号电源的类型分为：直流输入单元、交流输入单元和交/直流输入单元。,15,一、PLC的基本结构,采用光电耦合电路输入信号，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。,16,一、PLC的基本结构,（2）输出接口 作用是把PLC内部程序执行结果（或运算结果）的标准信号转换成现场执行机构所需要的开关量信号。把PLC运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的标准模拟量信号输出，满足生产过程现场连续控制的要求。输出接口按PLC机内使用的器件不同分为继电器型、晶体管型及晶闸管型。（1）继电器型的输出接口可用交流或直流电源驱动，但通断频率低；（2）晶体管型的输出接口有较高的通断频率，但只适合直流电源驱动。（3）晶闸管型的输出接口适合交流电源驱动。,继电器：优点：交流及直流负载都可以驱动，负载额定电流大；缺点：动作频率不能太高，同时继电器是有寿命的，一般100外次。晶体管：优点：动作频率可以达到几百KHZ，无触点，因此不存在机械寿命的说法。缺点：只能接直流负载（一般DC30V以下），电流比较小。晶闸管（双向可控硅）：只能接交流的负载，动作频率比较高，寿命长，但负载的额定电流也比较小。,采用输出耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。,17,一、PLC的基本结构,4、电源 PLC都配有稳定性能好抗干扰能力强的开关式稳压电源，供内部电路使用，一般还提供一组24V直流电源，供外部传感器使用。另外，在PLC内部还有为掉电保护用的后备电源（电池）。包括为PLC各工作单元供电的开关电源、为掉电保护电路供电的后备电源；,5、通讯接口 上载/下载用户程序、连接个人计算、也可以通过编程软件监视程序的运行情况等。6、扩展接口 可以接入各种功能模块，如：数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、位置控制模块、通讯接口模块等。,18,二、PLC的工作过程：,PLC工作过程：在PLC上电后，在CPU系统程序监控下，周而复始的按照一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断、执行，这个过程称之为顺序循环扫描。执行一个循环扫描过程所需要的时间称为扫描周期，一般约0.1100ms。一个扫描周期主要分为三个阶段：1、输入扫描阶段 2、程序执行阶段 3、输出刷新阶段,19,1、输入扫描：PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信息，读入到寄存器（输入映像寄存器）。PLC中的CPU不是直接读取输入端子上的信息，而是映像寄存器中的实时信息。2、程序执行：即PLC对用户程序逐步逐条的进行扫描的过程。并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。然后把执行的结果存入“输出映像寄存器”但此时不会立即驱动外部端子动作。3、输出刷新：当程序执行END指令后（即一个扫描周期结束）时，PLC将输出映像寄存器的内容送至输出锁存器中进行输出，最后驱动用户设备。在输出刷新结束后，CPU进入下一个扫描周期，重新进行扫描采样，周而复始。,执行顺序：从上往下 从左往右,二、PLC的工作过程：,20,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,三、FX系列PLC型号含义,I/O总点数,系列名称有1S,1N,2N,3U等,输出类型R：继电器输出T：晶体管输出,目前常用的FX系列的型号有：FX1S系列、FX1N系列、FX2N系列、FX3U系列、FX3G系列等继电器输出的PLC可以直接驱动2A以内的负载，一般的电磁阀、继电器都用继电器输出型；（有的电磁阀大功率时，需要用中间继电器转换一下）晶体管输出的PLC只能驱动0.5A以内的负载，但是响应速度快，一般用来输出高速脉冲，可以控制高速电磁阀、步进电机及伺服马达等。（发出高速脉冲）,单元功能M：基本单元E：扩展单元X：输入单元Y：输出单元,21,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,FX系列PLC常用型号规格,22,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,四、FX系列扩展模块,FX2N-16EYR,FX2N-8EX,FX2N-48ER-D,I/O总点数,系列名称有1S,1N,2N,3U等,输出类型R：继电器输出T：晶体管输出,单元功能M：基本单元E：扩展单元X：输入单元Y：输出单元,23,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,FX系列扩展I/O模块,24,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,FX系列扩展I/O模块(输入/输出混合模块),25,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,FX常用CPU的基本性能,26,1、输入输出点分配 三菱FX系列PLC本体带有一定数量的输入、输出点。输入点信号从X000开始，以8进制排列：X000-X007，X010-X017，.输出点信号从Y000开始，以8进制排列：Y000-Y007，Y010-Y017，.2、扩展模块的I/O信号分配：输入点的扩展模块第一个信号应紧接前面输入信号的最后一个通道的信号排列；同理，输出点扩展模块的信号也应紧接前面输出信号的最后一个通道的信号排列。,五、I/O点分配,27,I/O分配举例：如下图所示：FX2N-32MR的PLC后扩展了3个I/O模块，其地址是如何分配的呢？,28,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,六、FX系列特殊功能模块,29,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,七、PLC选型,小型机选型一般规则：1、I/O点数容量：在满足I/O点数的情况下，一定要留有一定的余量。2、存储器容量：不同机型其存储容量不一，如FX1S系列容量2000步，FX1N系列容量8000步，并且不同的编程人员，其编写的程序量也相差很大。3、CPU性能：不同的机型其控制功能不同，如FX1S系列不具备扩展能力，而FX1N以上都可以进行扩展，并且不同CPU之间在网络通讯、运算、编程等方面的功能也有所不同。4、经济性：不同型号及点位的PLC其价格也各不相同，同时也应考虑应用的可扩展性、可操作性、稳定性等诸多因素。,30,第二节 三菱PLC硬件系统及选型,选型案例,现有一套小单机，主要控制一些继电器、接触器、电磁阀、开关量信号等，并通过一些按钮、行程开关、接近开关、光电开关等开关量输入信号。无其他特殊功能要求。统计后，输入信号需要18个，输出信号需要20个，请选择性价比较高的三菱PLC？1、分析CPU功能：本系统只需简单的开关量逻辑控制，并且点数较少，因此三菱FX系列的PLC都能满足控制要求，因此我们从性价比较高的FX1S系列开始选型。2、分析I/O点数：此项目I/O总点数超过30点，而FX1S系列的PLC最大I/O点数为30，并不能扩展，因此排除FX1S系列。3、分析价格：FX0N系列已停产，FX2N系列的价格较贵，因此选择FX1N系列性价比较高。FX1N系列以下两款型号为选择对象：FX1N-40MR的PLC：输入24点，输出16点；FX1N-60MR的PLC：输入36点，输出24点；若选择FX1N-40MR，则可以加FX2N-8EYR的8点扩展输出，这样点数就能满足；若选择FX1N-60MR，则I/O完全可以满足，而且剩余许多，如此就只需比较两者的价格就可以确定PLC的型号。4、确定CPU：选择性价比较高的FX1N-60MR的PLC作为本项目的控制器。,31,第三节 三菱PLC的配线,一、输入端子接线二、输出端子接线三、PLC接线实例,32,一、输入端子接线 输入接线端是PLC外部可见并可操作部分由电源输入端、输入信号端X、输入信号公共端COM三部分组成。,第三节 三菱PLC的配线,PLC输入接线端子,33,第三节 三菱PLC的配线,NPN及PNP型接近开关的接线,一、输入端子接线,34,二、输出端子接线,第三节 三菱PLC的配线,35,二、输出端子接线 输出端子的接线原理根据PLC的输出类型不同而存在差异；1、继电器输出型 继电器输出型PLC型号中有MR，例：FX2N-48MR-001；2、晶体管输出型 晶体管输出型PLC型号中有MT，例：FX2N-48MT-001；注：继电器输出常用于一般的继电器、电磁阀等控制；晶体管输出常用于高速脉冲输出，如对步进电机、伺服电机、高速电磁阀等控制。,第三节 三菱PLC的配线,36,第三节 三菱PLC的配线,继电器输出接线图,晶体管输出接线图,输出端子PLC接线图,继电器输出型接线时，电源极性可以相反；并且不同的端子可以控制不同电压的负载。晶体管输出型接线时，极性不能相反，并且只能驱动直流负载。,37,第三节 三菱PLC的配线,三、PLC接线实例,38,第三节 三菱PLC的配线,电机正反转PLC接线示图,正转继电器,反转继电器,39,