机电一体化技术与系统项目七

项目七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1．PLC的特点①可靠性高②通用性好2．PLC基本性能衡量PLC性能的主要技术指标有以下几个。①可控制的I/O点。②用户程序存储器容量。③应用指令数量。④基本逻辑指令执行时间。3．PLC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1．PLC控制系统的组成2．PLC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固定I/O型PLC基本单元加扩展型PLC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。带集成式PLC的CNC系统分布式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。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。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，主要有FX1S/1N/2N/3U4种基本型号，性能依次增强。FX1S/1N/2N/3U的基本性能比较项目基本参数FX1SFX1NFX2NFX3U最大输入点16+4（内置扩展板）128184248最大输出点14+2（内置扩展板）128184248I/O点总数30（34，内置扩展板）128256主机I/O：256包括远程I/O：384最大程序存储器容量/步2k8k16k64k基本逻辑指令执行时间/μs0.70.70.080.065基本输入DC24V/5～7mA，源/汇点输入基本输出DC24V/0.5A晶体管集电极开路输出或DC30V/AC250V，2A继电器接点输出AC100V输入/双向晶闸管输出——●—I/O扩展性能内置扩展板扩展单元+扩展模块特殊功能模块模拟量输入/输出模块2点（内置扩展板）●●●高速计数、定位模块——●●网络功能—●●●输入电源AC85～264V或DC20.4～26.4V2．基本性能二、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。2．I/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。3．I/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。基本单元加扩展的PLC硬件组成①基本单元②I/O扩展模块③I/O扩展单元PLC的电源供给④内置扩展选件与附件⑤网络扩展模块⑥特殊功能模块⑥通信适配器二、PLC连接1．PLC连接端布置LNAC电源DC电源COMX1X3X5X4X2X024+COM0COM1COM2COM3Y0Y1Y2Y3COMLN输入连接端输出连接端空余端空余端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简图（1）汇点输入（2）直流源输入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两种。触点输出与外部的连接（2）晶体管输出晶体管输出分NPN集电极开路“汇点输出”与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。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。FX系列PLC的基本单元连接FX系列PLC的基本单元连接（续）项目规格输入电压DC24V，−15%～+10%输入电流高速输入：7mA/24V；一般输入：5mA/24V输入ON电流高速输入：≥4.5mA/24V；一般输入：≥3.5mA/24V输入OFF电流≤1.5mA输入响应时间一般输入，≈10ms；X0/X1，≈10μs；X2，≈50μsFX系列PLC的输入规格表项目继电器输出晶体管输出输出电压AC电源，≤250V；DC电源，≤30VDC5～30V最大输出电流电阻负载：2A/点电阻负载：0.5A/点；0.8A/4点感性负载容量≤80VA/点≤12VA/点电阻负载功率≤100W/点≤15W/点输出最小负载2mA/DC5V—FX系列PLC的输出规格表二、PLC与接近开关的连接图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1．PLC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。LDX001操作码操作数2．编程元件PLC常用的编程元件有以下几种。①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”输入继电器与输出继电器②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。③辅助继电器M④定时器T⑤计数器C⑥数据寄存器D3．PLC的编程语言（1）指令表（2）梯形图（3）顺序功能图（4）逻辑功能图编程符号代表的意义常用的地址常开触点，未接通X、Y、M、T、S常开触点，已接通X、Y、M、T、S常闭触点，未接通X、Y、M、T、S常闭触点，已接通X、Y、M、T、S继电器线圈，未接通Y、M、T、S继电器线圈，已接通Y、M、T、S二进制逻辑图形以及代表的意义二、梯形图程序的编制1．基本逻辑处理指令指令代码功能操作数梯形图表示LD逻辑状态读入累加器X、Y、M、T、C触点LDI逻辑状态“取反”后读入累加器X、Y、M、T、C触点AND操作数与累加器的内容进行“与”运算X、Y、M、T、C触点ANI操作数状态“取反”后与累加器的内容进行“与”运算X、Y、M、T、C触点OR操作数与累加器的内容进行“或”运算X、Y、M、T、C触点ORI操作数状态取反后与累加器的内容进行“或”运算X、Y、M、T、C触点OUT累加器内容输出到指定线圈Y、M、T、C线圈INV累加器内容取反—FX系列PLC的基本逻辑处理指令指令代码功能操作数梯形图表示SET置位，累加器为1，输出“1”并保持Y、M线圈RST复位，累加器为1，输出“0”并保持Y、M线圈NOP空操作，不进行任何处理——END程序结束—续表2．等效工作电路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。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。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，可以通过程序可以生成边沿信号。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。非保持型定时器的编程如程序需要“通电延时断开”功能，可用简单程序实现（时间可任意设定，图中未标出）。延时断开信号的生成非保持型普通计数器的编程5．通用计数器控制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。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。数据寄存器的使用实践指导一、FX系列PLC的编程元件编程元件类别PLC型号FX1SFX1N/1NCFX2N/2NCFX3U/3UC输入继电器（最大）X000～X017（16点）X000～X177（128点）X000～X267（184点）X000～X367（248点）输出继电器（最大）Y000～Y015（14点）Y000～Y177（128点）Y000～Y267（184点）Y000～Y367（248点）辅助继电器一般用（非保持）M0～M383（384点）M0～M499（500点）可设定停电保持区—M500～M1023（524点）固定停电保持区M384～M511M384～M1535M1024～M3071M1024～M7679特殊继电器M8000～M8255（256点）M8000～M8255（256点）M8000～M8511（512点）定时器100ms（0.1～3276.7s）T0～T31（32点）T0～T199（200点）T0～T199（200点）10ms（0.01～327.67s）T32～T62（32点）T200～T245（46点）T200～T245（46点）1ms（0.001～32.767s）T63（1点）——T256～T511（256点）1ms停电保持累积—T246～T249（4点）T246～T249（4点）100ms停电保持累积—T250～T255（6点）T250～T255（6点）计数器非保持16位加计数C0～C15（16点）C0～C99（100点）保持型16位加计数C16～C31C16～C199（184点）C100～C199（100点）非保持32位双向—C200～C219（20点）C200～C219（20点）保持型32位双向—C220～C234（15点）C220～C234（15点）32位高速输入专用C235～C255，与基本单元高速输入配套使用数据寄存器一般用（非保持）D0～D127（128字）D0～D199（200字）可设定保持区—D200～D511（312字）固定保持区D128～D255（128字）D128～D999（872字）D512～D7999（7488字/电池）；从D1000起可设定成以500字为单位的文件寄存器文件寄存器D1000～D2499（1500字）D1000～D7999（7000字）特殊寄存器D8000～D8255（256字）D8000～D8195（196字）D8000～D8511（512字）FX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。二分频控制1二分频控制23．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。定时通断控制任务4PLC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①系统规划②硬件设计③软件设计④现场调试⑤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。①成分A进料。②搅拌。③排放。控制对象成分A进料泵电机规格Y90L-4，Pe=1.5kW；Ie=3.7A；ne=1400r/min控制方式操作面板按钮启动/停止控制输入点数现场输入2点，进料阀打开、出料阀打开；反馈输入1点，泵启动输出点数现场输出1点，泵启动工作条件1．进料阀/出料阀已经打开2．液体未到高位3．排放阀关闭成分A/B进料控制要求控制对象搅拌电机电机规格Y132M-6，Pe=4kW；Ie=9.4A；ne=1440r/min控制方式操作面板按钮启动/停止控制输入点数现场输入3点，液体高位（