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矿井维修电工技师培训班大家好！第三部分高级技师知识要求•第七章可编程序控制器•第一节可编程序控制器基础•第二节可编程控制器第一节可编程序控制器基础•一、可编程控制的功能及特点•1、可编程控制器的功能•可编程控制器（以下简称PLC）是电子技术、计算机技术与逻辑自动控制系统相结合的产物。采用梯形图或状态流程图等编程方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。PLC可以用于单台机电设备的控制，也可以用于生产流水线的控制。•PLC的型号繁多，各种型号的PLC功能不尽相同，但目前的PLC一般都具备下列功能：•（1）条件控制。PLC具有逻辑运算功能，它能根据输入继电器触点的与（AND）、或（OR）等逻辑关系决定输出继电器的状态（ON）或（OFF），故它可代替继电器进行开关控制。•（2）定时控制。为满足生产工艺对定时控制的需要，一般PLC都为用户提供足够的定时器。•（3）计数控制。为满足对计数控制的需要，PLC向用户提供上百个功能较强的计数器。•（4）步进控制。步进顺序控制是PLC最基本的控制方式，许多PLC为方便用户编制较复杂的步进控制程序，设置了专门的步进控制指令。•（5）数据处理。PLC具有较强的数据处理能力，除能进行加减乘除四则运算甚至开方运算外，还能进行字操作、移位操作、数制转换、译码等数据处理。•（6）通信和联网。由于PLC采用了通信技术，可进行远程的I/O控制。•（7）对控制系统的监控。PLC具有较强制监控功能，它能记忆某些情况或在发生异常情况时自动终止运行。•2、可编程控制器的特点•PLC主要有以下特点：•（1）可靠性高。PLC的平均无故障时间可达几十万小时。•（2）编程方便，对一般电气控制线路，可采用梯形图编程。•（3）对环境要求低。PLC可大较大的温度、湿度变化范围内正常工作，抗震动、抗冲击性能好，对电源电压的稳定性要求低，特别是抗电磁干扰能力强。•（4）与其他装置配置连接方便。PLC与其他装置、配置的连接基本都是直接的。•可编程控制的结构•可编程控制硬件组成与微型机相似，图7-1是可编程控制器的硬件结构示意图。•1、中央处理器•中央器简称为CPU。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心。•2、存储器•可编程控制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器两种。•（1）系统程序存储器。系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其他各种管理程序。系统程序直接影响着PLC的整机性能。系统程序需要永久保存在PLC中，不能因关机、停电或其他部分出现故障面改变其内容。•（2）用户存储器。用户存储器是专门提供给用户存放程序和数据的，所以用户存储器通常又分为用户程序存储器和数据存储器两个部分。•3、输入接口电路•输入输出信号有开关量、模拟量、数字量体裁衣种类型，用户沙及最多的是开关量。图7-2是采用电耦合的开关量输入接口电路原理图。开关量输入接口电路的主要参数得输入电流。图7-1可编程控制的硬件结构示意图图7-2输入接口电路•4、输出接口电路•编程控制的输出有3种形式：一种是继电器输出，一种是晶闸管输出，一种是晶体管输出。•1）输出接口电路的隔离方式•继电器输出型是利用继电器线圈与输出触点，将PLC内部电路与外部负载电路进行电气隔离；SSR输出型是采用光控晶闸管，将PLC的内部电路与外部负载电路进行电气隔离；晶体管输出型在采用光电耦合器将PLC内部电路与输出晶体管进行隔离。•2）输出接口电路的主要技术参数•（1）响应时间。响应时间是表示PLC输出口在件从ON状态转变为OFF状态，或从OFF状态转变为ON状态所需要的时间。•（2）输出电流。继电器型具有较大的输出电流。对交流电路中的感性负载因在负载两端并接RC（一般R取120Ω，C取0.1µF）浪涌吸收电路，对直流电路中的感性负载要在负载两端并接续流二极管。•（3）开路漏电流。开路漏电流指PLC输出处于OFF状态时，输回路中的电流。•3）输出公共端•PLC的输出端子有两种接法：一种输出端无公共端，每一路输出都是各自独立的；另一种是若干路出构成一组，公用一个公共端，各组的公共端用编号区分如COM1、COM2……，各组公共端间相互隔离。对共用一个公共端的同一组输出，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共端组可使用不同的电压类型和电压等级。•4）输出连接举例•图7-3所示为各路独立的输出方式，图7-4所示为每4路输出公共用1个公共端的输出方式。•5、电源•一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作，另一部分用于向外提供给现场传感器等工作。PLC对电源的基本要求如下：•（1）能有效控制、消除电网电源带来的各种噪声。•（2）不会因电源发生故障而导致其他部分产生故障。•（3）能在较宽的电压波动范围内保持输出电压稳定。•（4）电源本身的功耗应尽可能低，以降低整体的温升。•（5）内部电源及PLC向外提供的电源与外部电源回应完全隔离。图7-3各路独立的输出方式图7-4每四路共用一个公共的输出方式（6）有较强的自身保护功能。•三、可编程控制器控制系统的组成•以可编程控制器为核心单元的控制系统称为可编程控制系统。可编程控制系统一般由控制器、编程器、信号输入部件、输出执行部件等组成，如图7-5所示。图7-5PLC控制系统的组成•1、控制器•控制器是控制系统的核心，它将逻辑运算、算术运算、顺序控制、定时、计数等控制功能以一系列指令形式存放在存储器中，然后根据检测到的输入条件按存储的程序，通过输出部件对生产过程进行控制。检测输入部件的状态如何、输出部件将以怎样的方式工作等都是控制器的职能。•2、编程器•编程器是开发、维护可编程自动控制系统不可缺少的外部设备。编程器的工作方式有下列3种：•（1）编程方式。编程器在这种方式下可以把用户程序送入PLC主机的内存，也可以对原有的程序进行显示、修改、插入、删除等编辑操作。•（2）命令方式。此方式可对PLC发出各种命令，如向PLC发出运行、暂停、出错复位等命令。•（3）监视命令。此方式可对PLC进行检索，观察各个输入、输出点的通、断状态和内部线圈、计数器、定时器、寄存器的工作状况及当前值，也可跟踪程序的运行过程，对故障进行检测等。•3、信号输入部件•信号输入部件时指安装在现场的按钮、行程开关、接近开关以及各种传感器等。信号输入部件的作用是接收系统的运行条件，并将这些条件传给PLC。•4、输出执行部件•输出执行部件是指接触器以及安装在现场的电磁阀等部件。其作用是在PLC输出驱动下控制设备的运行，输出执行部件是PLC的直接控制对象。•四、可编程控制器的工作原理与编程语言•1、可编程控制器的工作原理•可编程控制器是一种工业控制计算机，下面将通过实例来说明。•假设有两只按钮SB1、SB2，要求按下其中的任一个都将立即接通红灯电源，5s后自动接通绿灯电源。•根据上述要求，用两只按钮，两只通用继电器和一只时间继电器构成图7-6所示的电路。对相同的控制对象和控制要求，继电器控制方式与PLC控制方式工作过程完全不同。•继电器控制方式的工作过程：当按下SB1或SB2后，通用继电器KA1的线圈得电，其触点接通红灯电源，同时时间继电器KT开始通电延时。延时时间一到，KT的触点接通通用继电器KA2的线圈，KA2得电，其触电接通绿灯电源，整个过程完成。•PLC控制方式的工作过程：先检测•与按钮SB1、SB2相对应的输入继电器的状态，然后对输入继电器的状态进行逻辑运算，若条件满足，线圈KA1得电，KA1的触点将红灯电源接通。在延时时间未到时，KT触点接通的条件不满足，因此KA2线圈不通电，绿灯不亮；图7-6延时控制电路延时时间一到，KT的触点将线圈KA2接通，KA2的触点将绿灯电源接通。图7-6延时控制电路延•根据PLC控制方式的工作过程可知，PLC工作过程周期需要3个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。•这种工作方式称为扫描工作方式。PLC一个扫描周期内的工作过程可用图7-7表示。3个阶段的工作过程简要说明如下：图7-7PLC的扫描工作过程•（1）输入处理。程序执行前，把PLC的全部输入端子的通断状态读入输入映像寄存器。在程序执行中，输入映像寄存器的内容也不会变，直到进行下一扫描周期的输入采样阶段，才读入这一变化。•（2）程序处理。根据用户程序存储器所存的指令，从输入映像寄存器和其他软件的映像寄存器中将有关软元件的通、断状态读出，从第0步开始顺序运算，每次运算结果都写入有关的映像寄存器，因此各软元件（X除外）的映像寄存器的内容是随着程序的执行在不断变化的。•（3）输出处理。全部指令执行完毕，将输出映像寄存器的通、断状态向输出锁存寄存器传送，成为PLC的实际输出。•2、可编程控制器常用的编程语言•可编程控制具有丰富的编程语言，如梯形图、指令语句表、状态转移图以及计算机兼容的BASIC语言、C语言、汇编语言等高级语言。最常用到的编程语言是梯形图和指令语句表。•五、可编程控制的性能指标与分类•1、硬件指标•硬件指标主要指PLC对外部条件的要求指标及自身的一些物理指标，如温度、湿度、电源、耐压、耐振性、尺寸、重量等。•2、软件指标•软件指标包括PLC的运行方式、运行速度、存储容量、元件种类和数量、指令类型等。这些指标没有统一的技术标准，不同型号的产品其软件指标差异悬殊。软件指标反映了PLC的运算规模和控制功能。•3、分类•可编程控制器若按输入出点数不同可分为小型、中型、大型3类。•一般将输入/输出总点数在128点以内的PLC称为小型PLC；输入/输出总点数大于128点、小于1024点的PLC称为中型PLC；输入/输出总点数超过1024点的PLC称为大型的PLC。•除按输入/输出总点数分类外，通常还还按PLC的结构分为单元式、模块式和叠装式3类。•六、FX系列可编程控制器的基本构成•（一）硬件构成•1、单片机•PLC中的单片机包含了中央处理器、随机存储器、只读存储器、串行接口SIO、时钟CTC等，是PLC的指挥系统。•2、电源•FX2系列PLC基本单元带有3个可与外部装置相连的通信接口，一个是连接编程器的接口，一个是连接扩展单元或扩展模块的接口，还有一个是连接特殊功能适配器的接口。•殊功能适配器是一种特殊功能模块，常用的特殊功能适配器有光纤通信适配器FX2-40AP、双绞线通信适配器FX2-40AM、变量设置单元FX-8AV等，这些特殊功能适配器可根据需要选用。•4、编程器•编程器的主要功能是编写用户程序，并将用户程序送入PLC基本单元的用户存储器中，有些编程器还兼有监控和向主机发出各种命令的功能。•5、输入输出接口电路•1）输入接口电路•FX2型PLC输入接口电路如图7-8所示。电路中光耦的输出端设有RC滤波器，这是为防止由于输入点的抖及信号输入线中混入的噪声引起误动作而设计的，所以输入信号从ON→OFF或OFF→ON变化时，PLC输入接口电路内部约有10ms的响应滞后。•输入接口电路中一个不容忽视的参数是输入灵敏度，也就是输入的动作电流。•应当注意，不要将输出的COM端相连，以减小重载时的干扰。图7-8FX2型PLC输入接口电路•2）输出接口电路•FX2型PLC的输出接口电路共有3种形式，分别是继电器输出型、晶闸管输出型（SSR输出型）、晶体管输出型。•6、输入输出继电器•图7-9所示为输入输出继电器的动作示意图图7-9输入输出继电器的动作示意图•PLC的输入端是其内部的输入继电器（X）从外部接收开关信号的端口，输入端与输入继电器之间是经过光电隔离的。由于输入端与输入继电器是一一对应的，所以有多少个输入继电器就有多少个输入端。•输入继电器是一种电子继电器，其常开触点和常闭触点可重复使用无数次，这于变通的电磁继电器不一样。•PLC的输出端输出继电器（Y）向外部负载输出信号的端口。输出继电器的触点分外部输出触点和内部触点两种。内部触点如同输入继电器一样，其常开和常闭触点可重复使用无数次。输出继电器与输出端子是一一对应的，输出继电器是PLC唯一能驱动外部负载的元件。•输入端和输出端的编号均采用八进制。当采用