第1章 可编程控制器初步

中等职业学校教学用书《可编程控制器原理与应用》电子教案周惠文主编可编程控制器原理与应用第1章可编程控制器初步1.1可编程控制器的起源与发展一、背景20世纪60年代，美国汽车制造业竞争日趋激烈，汽车产品更新换代的周期越来越短，而继电器控制的汽车自动生产流水线设备体积大，触点使用寿命低，可靠性差，故障率高，维修和维护不便；同时这种控制系统智能化程度很低，当产品更新，生产工艺和流程变化时，整个系统都需要重新设计和安装，从而严重影响了企业生产效率，延长了汽车产品的更新周期。因此人们迫切需要一种通用性强、灵活方便的新型控制系统来替代原来的继电器控制系统。二、10项指标1．编程方便，可现场修改程序。2．维修方便，采用插件式结构。3．可靠性高于继电器控制系统。4．体积小于继电器控制柜。5．数据可直接送入管理计算机。6．成本可与继电器控制系统竞争。7．输入可为市电。8．输出可为市电，输出电流要求在2安培以上，可直接驱动电磁阀、接触器等。9．系统扩展时，原系统变更最小。10．用户存储器容量大于4K。美国数字电子公司（DEC）-----1969年研制出世界上第一台可编程控制器我国于1974年开始研制，并于1977年生产出了第一台有实用价值的可编程控制器。由于当初它主要用于逻辑控制、顺序控制，故称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC可编程控制器的功能逻辑运算、定时、计数算术运算、数据处理和传输通信联网故障自诊断PLC、CAD/CAM、机器人将会成为工业自动化的三大支柱1.２可编程控制器构成及工作原理一、可编程控制器构成１．PLC基本组成（１）CPU：中央处理器，PLC的核心组成控制器运算器作用:运行用户程序，监控I/O接口状态，作出逻辑判断和进行数据处理（2）存储器：用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息只读存储器（ROM）：主要用来存放系统程序只能读出不能写入随机存取存储器（RAM）：主要用来存放用户程序、各种暂存数据和运算中间结果等。可以随机对其进行读出和写入3.输入/输出（I/O）接口：(1)输入接口：用于连接输入设备一般采用光电耦合电路PLC通过输入接口接收各种控制信号，改变输入元件的状态，并参与用户程序的运算(2)输出接口：用于连接输出设备继电器输出型晶体管输出型晶闸管输出型4.电源PLC内部电路采用直流开关稳压电源输入传感器采用24V直流电源输入/输出回路的电源一般相互独立，避免干扰5.扩展接口：用于系统扩展二、可编程控制器的工作原理（一）PLC的工作方式：循环扫描的方式（二）PLC的工作过程1.输入采样阶段:PLC顺序扫描各输入端，并将各输入状态存入相应的输入映像寄存器中，输入映像寄存器被刷新，此状态将被保持到本扫描周期结束。2.程序执行阶段:PLC从第0步开始从左到右、自上而下顺序扫描执行用户程序，并将当前输入映像寄存器和输出映像寄存器的相关内容读入，参与程序的运算、处理；最后将结果存入输出映像寄存器。3.输出刷新阶段:PLC将输出映像寄存器中的内容转存到输出锁存器，刷新输出锁存器的内容，从而改变输出端子的状态，驱动负载实现控制。（三）PLC的扫描周期PLC每扫描一次称为一个扫描周期，主要分成三个阶段1.3三菱FX2系列可编程控制器FX2系列的机型主要有FX2－16M、FX2－24M、FX2-32M、FX2－48M、FX2－64M、FX2－80M等几种。其型号的含义如图所示。一、型号含义二、三菱FX2-32MR型PLC的面板介绍1．输入端子：用于连接输入元件三菱FX2-32MR型PLC输入继电器（X）以8进制编码，编号为X000~X007、010~X017共16点。输入回路连接2．输出端子：用于驱动负载（接触器、电磁阀和指示灯等）实现控制。三菱FX2-32MR型PLC输出继电器（Y）以8进制编码，编号为Y000~Y007、Y010~Y017共16点，每4点共用一个公共端口（COM），以适应不同负载。输出回路的连接三菱FX系列PLC的通讯接口主要有RS-232C、RS-422和RS-485等。FX2系列PLC与计算机的通讯采用RS-232C接口，用一根SC-09电缆连接。SC-09电缆如图所示。SC-09电缆一端是9芯的D型插头，应插入计算机的串行口COM1或COM2；电缆的另一端是25芯的D型插头，插入PLC的编程器接口3.通讯接口：4.SWOPC-FXGP-WIN-C:三菱FX系列PLC的专用编程软件，其初始界面如图所示。（1）端口设置a.点击菜单栏“PLC”→“端口设置”菜单b.选择与计算机通讯的端口和传送速率，点击“确认”按钮。（2）串口设置a.点击“新文件”。b．选择PLC机型c.点击菜单栏“PLC”→“串行口设置”菜单。d.进行串行口设置。1.4一个简单的开关量控制应用实例一、电动机单向运转继电器控制电路主要元器件的功能表代号名称作用KM交流接触器正转控制SB1停止按钮停止控制SB2启动按钮正转启动控制FR热继电器过载保护FU1主熔断器主回路短路保护FU2控制熔断器控制回路短路保护二、输入/输出分配１．输入/输出分配表输入输出元件作用输入点输出点元件作用SB1停止X0Y0KM控制电机运转SB2启动X1FR过载保护X22．输入/输出接线图3.程序设计1．设计方法（1）翻译法:将继电器电路的控制逻辑图直接转化为PLC梯形图的程序设计方法。（2）解析法:是将输入信号、输出信号的逻辑关系用逻辑表达式表示，并用逻辑代数简化程序的设计方法。2.梯形图程序设计基本原则（1）梯形图程序起始于左母线，终止于右母线，应按自上而下、从左至右的方式编制。逻辑线圈应和右母线直接相连，中间不能有任何元件。（2）几条支路并联时，串联触点多的支路尽量放在上方。（3）并联电路块串联时，并联支路多的电路块尽量靠近左母线。（4）桥式电路应转换为连接关系更明确的电路。（5）在梯形图中一般不宜出现双线圈。本章结束