可编程控制器技术完整教案

CompanyLOGO第二篇可编程控制器技术内容提要可编程控制器概述1234三菱FX2N系列可编程控制器及其基本指令的应用FX2N系列可编程控制器步进指令及状态编程法FX2N系列可编程控制器应用指令及编程方法5可编程控制系统设计6FX2N系列PLC的特殊功能模块及通信第5章可编程控制器概述继电接触控制系统的问题？以低压电器构成的继电接触电路，是以接线逻辑实现控制功能，一经生产，功能固定。概括而言——设备体积大、开关动作慢、功能较少、接线逻辑复杂、触点易损坏、改接麻烦、灵活性差等可编程控制器的产生世界上第一台PLC1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点☆继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；☆计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；☆采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）1969年，美国数字设备公司（DEC）研制了第1台可编程控制器PDP-14。将继电接触控制的硬连线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程70年代，将微机技术应用到可编程控制器中80年代，可编程控制器都采用了CPU、ROM、RAM或单片机作为其核心90年代末，PLC几乎完全计算机化近年来PLC发展迅速PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。5.1可编程控制器的基本概念PLC的定义1987年，美国电器制造协会给出可编程控制器（ProgrammableLogicController简称PLC）定义为：可编程序控制器是一种带有指令存储器和数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。PLC的主要优点可靠性高，抗干扰能力强配套齐全，功能完善，适用性强易学易用，深受工程技术人员欢迎系统设计周期短,维护方便,改造容易体积小、重量轻、功耗低联网方便，便于集成PLC的应用范围开关量的逻辑控制模拟量控制运动控制模块过程控制数据处理组成大型控制网络当前流行的可编程控制器从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。欧洲：西门子（Siemens）；法国的（Telemecanique）美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）日本：三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品。自1973年，我国开始研制顺序控制器，并取得不小的进展，现在市场上出现了系列化的国产PLC，其价格相对低廉，性价比较高。中国PLC市场（2004年度）PLC品牌分布情况的原因：产品覆盖范围。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，GE和Schneider以中大型产品为主。虽然A－B拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用户却步。中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。德国西门子公司的PLC西门子公司是欧洲最大的电气、电子制造商。1975，S3系列1979，S5系列90年代中期，S7系列S7-200：小型PLC，整体式结构。结构小巧、可靠性高、运行速度快，指令丰富。S7-300：中型PLC，模板式结构S7-400：大型PLC，模板式结构日本三菱公司的PLC1981，F系列PLC，小型整体式结构F1、F2系列PLC，功能进一步增强FX2系列PLC，高性能整体式PLCFX2N系列PLC，最先进的系列A系列PLC，带有智能型接口日本欧姆龙公司的PLCC系列PLC有微型、小型、中型和大型4大类十几种5.2可编程控制器的组成及其各部分功能继电接触控制系统输入设备（按钮、开关等）继电器控制线路（由继电器和导线组成）输出设备（接触器、电磁阀等）被控生产机械或生产过程微处理器存储器PLC的基本结构输出单元输入单元电源微处理器（CPU）运算器控制器存储器EPROM（系统程序）RAM（用户程序）I/O扩展接口外设I/O接口编程器盒式磁带机打印机EPROM写入器图形监控系统PLC或上位计算机用户输入设备用户输出设备主机I/O扩展机外部设备①中央处理器CPUPLC中常采用的CPU有三类：1)通用微处理器（如Z80、8086、80286等）2)单片微处理器（如8031、8096等）3)位片式微处理器(如AMD29W等)小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器，中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位）小型PLC为单CPU系统，中、大型PLC则大多为双CPU或多CPU系统。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位、16位或32位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。②存储器存储器的作用：在PLC中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据存储器的类型：①可读/写操作的随机存储器RAM②只读存储器ROM、PROM、EPROM、E2PROM系统程序存储区系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）用户程序存储区PLC存储空间的分配——系统程序存储区PLC存储空间的分配在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。——系统RAM存储区(I/O映象区、系统软设备存储区)I/O映象区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。PLC存储空间的分配系统软设备存储区：该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。逻辑线圈：每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。数据寄存器：每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16bits)。计时器计数器③输入输出接口是PLC与输入控制信号和被控制设备连接的部件。输入部件：PLC与生产过程相连接的输入通道，输入部分接受来自生产现场的各种信号，如限位开关、按钮、传感器的信号等。输出部件：PLC与生产过程相连接的输出通道，输出部分接收CPU的处理输出，并转换成被控设备所能接受的电压、电流信号，以驱动被控设备。开关量I/O模块的外部接线方式汇点式各个I/O电路有一个公共点，共用一个电源。分组式I/O分成若干组，每组I/O共用一个电源，各组电源可以不同。分隔式各个I/O点之间相互隔离，每个I/O可以使用独立电源。COMX0X1X2X3X4X5X6汇点式COM1Y0Y1Y2Y3COM1Y0Y1Y2Y3COM2COM2COM3COM4分组式分隔式开关量输入接口把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。直流输入电路图内内内内COM内内1内内n内部电路DC24VCOM+24VPLC传感器PLC+24VCOM（b）(a)直流输入电路交流输入电路内内内内COM内内1输入n.开关量输出接口把PLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需要的开关量信号。继电器输出：低速大功率直流、交流负载晶体管集电极输出：高速小功率直流负载双向可控硅输出：高速大功率交流负载继电器输出输出接口电路以继电器形式为例PLC内部电路内部电路J+交流电源或直流电源YCOM-继电器的通断时间为10-15ms可在不同的共同端上接不同的控制电压来控制不同电压等级的设备输出所能连接的设备接触器（控制电机）、指示灯（显示工作状态）、电磁阀（液压气压控制）、电笛电铃（报警用）等模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量标准电压或电流信号转换成适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。标准信号：4～20mA，1～10V现场装置现场装置滤波电平转换滤波电平转换多路转换开关A/D锁存器光电隔离总线逻辑数据总线变送器PLC模拟量输出接口将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出。总线数据锁存地址译码光电隔离D/A多路转换开关采样保持采样保持U。U。I。I。PLC智能输入输出接口为了适应较复杂的控制需要，PLC还有一些智能控制单元。如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是独立的工作单元。它们和普通输入输出接口的区别在于它们一般带有单独的CPU，有专门的处理能力。④电源可编程控制器的电源包括为可编程控制器各工作单元供电的开关电源以及为掉电保护电路供电的后备电源，后备电源一般为电池。把交流电转换成直流电源的装置，向PLC提供所需要的直流电源。⑤外部设备编程器用于对用户程序进行输入、检查、调试和修改，并用来监视PLC的工作状态。专用编程器通用编程系统：PC上配专用编程软件包简易编程器智能编程器其他外部设备与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印。与监视器连接，可将控制过程图像显示出来。与PLC连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合。与人机界面（触摸屏）连接。与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口，PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。5.3可编程控制器的结构及软件整体式模块式叠装式整体式模块式一、可编程控制器物理结构叠装式整体式（单元式）把CPU、RAM、ROM、I／O接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。称为基本单元。有时PLC基本单元的输入和输出端不能满足需要，希望一种能扩展一些I/O接口而不含CPU和电源的装置，这种装置叫做扩展单元。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。小型PLC一般采用这种整体式结构。模块式结构将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。叠装式结构将整体式和模块