维修电工(高级)第四章.ppt

可编程序控制器技术及应用 第四章 第四章可编程序控制器技术及应用 培训学习目标 掌握可编程序控制器的硬件结构 系统配置以及工作原理 掌握FX2系列可编程序控制器的指令系统 能够用可编程序控制器的语言进行电气控制系统工作过程的程序编写 系统调试 掌握可编程序控制器控制系统故障维修技术 掌握可编程序控制器的硬件结构 系统配置以及工作原理 掌握FX2系列可编程序控制器的指令系统 能够用可编程序控制器的语言进行电气控制系统工作过程的程序编写 系统调试 掌握可编程序控制器控制系统故障维修技术 第四章可编程序控制器技术及应用 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法一 基本指令的应用二 FX2系列PLC步进指令及状态编程三 FX2系列PLC的功能指令第四节可编程序控制器应用技能训练实例训练1三相异步电动机的控制训练2自动送料装车控制第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统一 C460型卧式车床电气控制原理分析二 用PLC改造C460型卧式车床继电器控制系统的步骤三 PLC改造中对若干技术问题的处理四 使用PLC进行电气控制系统改造实例复习思考题 第一节可编程序控制器概述一 PLC的特点及应用二 PLC的组成与控制原理三 使用PLC的注意事项四 PLC的维修与故障诊断五 常用程序设计方法第二节FX2系列PLC简介一 FX2系列PLC的硬件结构二 FX2系列PLC的主要技术指标及外部接线三 FX2系列PLC内部编程元件 目录 第一节可编程序控制器概述 一 PLC的特点及应用 1 PLC的技术特点 1 可靠性高 2 通用性强 3 编程方便 4 功能强 适应面广 5 安装调试简单 维修方便 可编程序控制器是在自动控制技术 计算机技术及通信技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制装置 它具有结构简单 性能优越 易于编程 使用方便等优点 2 PLC的应用领域 1 逻辑控制 2 运动控制 3 过程控制 4 数据处理 5 联网通信 第一节可编程序控制器概述 二 PLC的组成与控制原理 1 可编程序控制器的硬件结构 图4 1 1 中央处理器 2 存储器存储器 3 输入接口电路 4 输出接口电路 5 电源部件 第一节可编程序控制器概述 二 PLC的组成与控制原理 2 可编程序控制器的工作原理 PLC采用循环扫描串行运行的工作方式 连续顺序逐条扫描用户程序 图4 2 第一节可编程序控制器概述 二 PLC的组成与控制原理 2 可编程序控制器的工作原理 1 输入采样阶段PLC以扫描方式依次顺序读入各输入点的状态 并将各输入点的状态 0 或 1 存入输入映像寄存器 此时 输入映像寄存器被刷新 2 程序执行阶段PLC在系统程序的控制下 逐条解释并执行存放在用户程序存储器中的用户程序 对用户以梯形图形式编写的程序 按照从左到右 从上到下的顺序逐一扫描 并从输入映像寄存器中取出上一次读入的所有输入点的状态 从输出映像寄存器中取出各输出元件的状态 然后根据用户程序进行逻辑运算 将运算结果再存入输出映像寄存器中 3 输出刷新阶段输出映像寄存器中所有要输出的信号转存到输出锁存器中 然后由输出锁存器去驱动PLC的输出电路 最后成为PLC的实际输出 驱动外接负载 第一节可编程序控制器概述 二 PLC的组成与控制原理 2 可编程序控制器的工作原理 PLC按上述三个阶段周期性地循环扫描 每扫描一次 输入 输出的数据就被刷新一次 用户程序就被执行一次 PLC在输入输出处理方面必须遵守以下规则 1 输入映像寄存器中的数据 取决于各输入点在本次扫描输入采样阶段所刷新的状态 2 输出映像寄存器中的数据 由本程序中输出指令的执行结果决定 3 输出锁存器数据由上一个扫描周期输出刷新阶段存入输出锁存器的数据来决定 4 输出端子的通 断状态 由输出锁存器中的数据决定 第一节可编程序控制器概述 二 PLC的组成与控制原理 3 可编程序控制器控制的实质 用可编程序控制器实施控制 其实质是按一定算法进行输入输出的变换 并将这个变换予以物理实现 入出变换 物理实现是PLC实施控制的两个基本点 第一节可编程序控制器概述 三 使用PLC的注意事项 1 PLC工作环境和安装注意事项 1 不要把PLC安装在高温 结露 雨淋的场所 也不宜安装在多灰尘 油烟 导电多尘腐蚀性气体和可燃性气体的场所 也不要将其安装在振动 冲击强烈的地方 2 PLC不能与高压电器安装在一起 控制柜中应远离强干扰和动力线3 PLC的I O连接线与控制线应分开布线 并保持一定距离 2 系统供电与接地 系统多数干扰往往通过电源进入PLC 在干扰较强或可靠性要求高的场合 动力部分 控制部分 PLC自身电源及I O回路的电源应分开配线 用带屏蔽层的隔离变压器给PLC供电 隔离变压器与PLC之间采用双绞线连接 良好的接地是保证PLC安全可靠运行的重要措施 PLC系统接地的基本原则是单点接地 PLC最好采用专用接地 其接地装置与其他设备分开使用 三 使用PLC的注意事项 第一节可编程序控制器概述 3 输入 输出回路的接线及注意事项 1 根据负载性质并结合输出点的要求 确定负载电源的种类及电压等级 2 正确确定负载电源容量 3 负载电源即便是交流220V 也不宜直接取自电网 应采取屏蔽隔离措施 4 在电源线配线施工中 输出模块的电源配线必须采用放射式 不能采用链式跨接 5 输入传感元件的选配 6 PLC一般可直接驱动接触器 继电器和电磁阀等负载 4 用户程序存储 用户程序宜存储在EPROM或EEPROM当中 当后备电池失电时程序不丢失 若程序存在RAM中 应时常注意PLC的后备电池异常信号BATT V 当后备电池异常时 必须在一周内更换 且更换时间不超过5min 另外还应做好程序备份工作 第一节可编程序控制器概述 四 PLC的维修与故障诊断 1 PLC的维护 1 对大中型PLC系统 应指定维护保养制度 做好运行 维护 保养记录 2 定期对系统进行检查保养 时间间隔为半年 最长不超过一年 3 检查设备安装 接线有无松动及焊点 接点有无松动或脱落 除去尘污 清除杂质 4 检查供电电压是否在允许的范围内 5 重要器件或模块应有备份 6 校验输入元件 信号是否正常 有无出现偏差异常现象 7 机内后备电池应定期更换 8 加强PLC维护和使用人员的思想教育和业务素质的提高 第一节可编程序控制器概述 四 PLC的维修与故障诊断 2 故障检查与排除 1 PLC的自诊断1 POWER电源指示 当供给PLC的电源接通时 该指示灯亮 2 RUN运行指示 SW1置于 RUN 位置或基本单元的RUN端与COM端的开关合上 则PLC处于运行状态 该指示灯亮 3 BATT V机内后备电池电压指示 PLC的电源接通 如果锂电池电压跌落到一定值时 该指示灯亮 4 PROG E CPU E 程序出错指示 若出现以下错误时 该指示灯闪烁 当发生以下情况时 该指示灯持续亮 5 输入指示 PLC输入端有正常输入时 输入只是灯亮 6 输出指示 若有输入且输出继电器触点动作 输出指示灯亮 第一节可编程序控制器概述 四 PLC的维修与故障诊断 2 故障检查与排除 2 故障检查1 电源系统的检查 通过POWER指示灯的亮或灭判断出电源系统正常与否 2 系统异常运行检查 先检查PLC是否置于运行状态 再监视检查程序是否有错 接着检查存储器芯片是否插接良好 最后检查或更换微处理器 3 检查输入部分 输入部分常见故障及产生原因和处理建议 见表4 1 4 检查输出部分 输出部分常见的故障及产生的原因和处理 见表4 2 5 检查电池 机内电池故障一般是由于电池装接不好或使用时间过长所致 6 外部环境检查 3 设计故障检修程序 充分利用PLC的内部功能 提供设备的有关运行信息 以方便检查 维护和故障排除 第一节可编程序控制器概述 五 常用程序设计方法 1 经验设计法 经验设计法的步骤如下 1 准确了解控制要求后 合理为控制系统中的事件分配输入 输出口 选择必要的机内器件 2 对于一些控制要求较简单的输出 可直接写出它们的工作条件 以启 保 停电路模式完成相关的梯形图支路 3 对于控制较复杂的要求 为了能用启 保 停电路模式绘出各输出口的梯形图 要正确分析控制要求 并确定组成总的控制要求的关键点 4 将关键点用梯形图表达出来 关键点总是要用机内器件来代表的 在安排机内器件时需考虑并安排好 5 在完成关键点梯形图的基础上 针对系统最终的输出进行梯形图的绘制 6 审查以上草绘图样 在此基础上补充遗漏的功能 更正错误 进行最后的完善 第一节可编程序控制器概述 五 常用程序设计方法 2 逻辑设计法 逻辑设计法的设计大体可划分为以下步骤 1 通过工艺过程分析 结合控制要求 绘置控制系统循环图和检测元件分布图 取得电气执行元件功能表 2 绘制控制系统状态转换表 3 根据状态转换表 进行控制系统的逻辑设计 4 将逻辑函数转化为梯形图或语句表形式 5 程序的完善和补充 3 状态流程图设计法 状态流程图又叫功能表图 状态转移图或状态图 它是完整地描述控制系统的控制过程 功能和状态的一种图形 是分析和设计电气控制系统顺序控制程序的一种重要工具 顺序功能图语言又称为状态流程图语言 简称为SFC语言 是一种较新的编程语言 第二节FX2系列PLC简介 一 FX2系列PLC的硬件结构 1 基本单元基本单元由CPU 存储器 I O电路 电源等组成一个完整的控制系统 可单独使用 2 扩展单元扩展单元与基本单元在外形上相似 但内部没有CPU 存储器 所以不能单独使用 只能与基本单元连接在一起作为输入 输出点数的扩充 3 扩展模块扩展模块以8为单位扩充输入 输出点数 也可只扩充输入点数或只扩充输出点数 从而改变输入 输出的点数比率 4 特殊适配器特殊适配器是PLC特殊功能单元与基本单元连接的桥梁 FX2系列PLC是日本三菱公司生产的小型PLC 在各行各业使用较为普遍 它采用功能强大的16位微处理器和专用逻辑处理芯片作为中央处理器 是目前运行速度最快的小型PLC之一 第二节FX2系列PLC简介 二 FX2系列PLC的主要技术指标及外部接线 1 FX2系列PLC的主要技术指标 PLC的技术指标包括硬件指标与软件指标 2 FX2系列PLC的外部接线 1 输入回路的连接 2 输出回路的连接 图4 3 图4 4 第二节FX2系列PLC简介 三 FX2系列PLC内部编程元件 1 输入 输出 I O 继电器 X Y 输入继电器的功能是专门接受从外部敏感元件或开关发来的信号 其状态由外部控制现场的信号驱动 不受程序的控制 输出继电器的功能是将输出信号传递给外部负载 其动作由程序中的指令控制 2 辅助继电器M 辅助继电器的作用相当于继电器控制电路中的中间继电器 经常用作状态暂存移位运算等 1 通用辅助继电器 2 断电保持辅助继电器 3 特殊辅助继电器1 只能利用其触点的特殊辅助继电器2 可驱动线圈的特殊辅助继电器 第二节FX2系列PLC简介 三 FX2系列PLC内部编程元件 3 状态元件S 1 S0 S9为初始状态元件 共10点 2 S10 S19为回零状态元件 共10点 3 S20 S499为通用型状态元件 共480点 4 S500 S899为断电保持型状态元件 共400点 5 S900 S999为外部故障诊断及报警状态元件 共100点 4 定时器T 1 非积算定时器 2 积算定时器 第二节FX2系列PLC简介 三 FX2系列PLC内部编程元件 5 计数器C 1 16位加计数器 2 32位双向计数器 6 数据寄存器D 1 通用数据寄存器 2 断电保持数据寄存器 3 特殊数据寄存器 4 文件数据寄存器 7 变址寄存器V Z 变址寄存器通常用于修改元件的地址编号 V和Z都是16位的寄存器 可进行数据的读写 当进行32位操作时 可将V和Z合并使用 规定Z为低位 第二节FX2系列PLC简介 三 FX2系列PLC内部编程元件 8 常数K H 在FX2系列PLC中 常数K和H也被视为编程元件 它在存储器中占有一定的空间 十进制常数用K表示 如18表示为K18 十六进制常数用H表示 如18表示为H12 9 指针P I 分支指令用指针P0 P63 共64点 指针P0 P63作为标号 用来指定条件跳转 子程序调用等分支指令的跳转目标 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法 一 基本指令的应用 1 触点取用及线圈驱动指令LD LDI OUT 1 LD取指令 是指从左母线开始 取用常开触点 2 LDI取反指令 是指从左母线开始 取用常闭触点 3 OUT线圈驱动指令 用于继电器线圈 定时器 计数器的输出 使用说明 1 LD LDI指令既适用于与左母线相连接的触点 也适用于分支电路的起始触点 2 LD LDI指令的操作数是 X Y M S T C 3 OUT指令可以连续使用 无次数限制 这称为并行输出 4 OUT指令的操作数是 Y M S T C 注意 OUT指令不能用于输入继电器 5 在对定时器 计数器使用OUT指令后 一定要设定常数K 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法 一 基本指令的应用 2 触点串联指令AND ANI 1 AND与指令 2 ANI与非指令 3 触点并联指令OR ORI 1 OR或指令 2 ORI或非指令 图4 6 图4 7 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法 一 基本指令的应用 4 并联电路块的串联指令ANB 图4 8 5 串联电路块的并联指令ORB 图4 9 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法 一 基本指令的应用 6 逻辑堆栈的操作指令MPS MRD MPP 1 MPS进栈指令 2 MRD读栈指令 3 MPP出栈指令 7 置位与复位指令SET RST 1 SET置位指令 2 RST复位指令 图4 10 图4 11 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法 一 基本指令的应用 8 微分指令PLS PLF 1 PLS上升沿微分指令 2 PLF下降沿微分指令 9 主控指令 MC MCR 1 MC主控指令 2 MCR主控复位指令 图4 12 图4 13 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法 二 FX2系列PLC步进指令及状态编程 1 步进指令 步进指令有两条 STL和RET 2 步进式编程方法 1 根据工艺流程 以一个完整动作为一步 2 选择步指令 3 输出逻辑设计 4 分支逻辑设计 图4 14 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法 三 FX2系列PLC的功能指令 1 常用数据类软元件 常用数据类软元件有数据寄存器 变址寄存器 V Z 文件数据寄存器 D1000 D2999 指针 P I 2 数据类软元件的结构形式 1 基本形式即为 字元件 每个 字元件 16位 最高位为符号位 2 双字元件由两个相邻的字元件组成 共32位 第32位为符号位 3 位组合元件FX2系列PLC中使用4位BCD码表示一位十进制数据 由此产生位组合元件 这是由4位位元件成组一起使用的情况 其表达形式为KnX KnY KnM KnS等形式 第三节FX2系列PLC指令系统及编程方法 三 FX2系列PLC的功能指令 3 功能指令的使用 1 指令编号每条功能指令都有一定的编号 2 助记符该指令的英文缩写 3 数据长度功能指令的数据长度分为16位和32位 有 D 表示32位 无 D 表示16位 4 执行形式指令中标 P 为脉冲执行型 在执行条件满足时仅执行一个扫描周期 无 P 表示为连续执行方式 即在执行条件满足时每个扫描周期都要执行一次 某些指令在连续方式下应特别注意 加 起警示作用 5 操作数 S 表示源操作数 D 表示目标操作数 m和n表示其他操作数 某种操作数不止一个时 可用下标数码区别 如 S1 S2 6 变址功能操作数旁加 即为具有变址功能 7 程序步数一般16位指令占7个程序步 32位指令占13个程序步 4 FX2系列可编程序控制器功能指令总表 现将FX2系列可编程序控制器功能指令列于表4 7 以便读者使用时查阅 第四节可编程序控制器应用技能训练实例 训练1三相异步电动机的控制 1 训练目的 1 应用PLC技术实现对三相异步电动机的控制 2 训练编程的思想和方法3 熟悉PLC的使用 提高应用PLC的能力 2 训练要求 1 三相异步电动机的正反停控制1 可实现正反停控制 2 具有防止相间短路的措施 3 具有过载保护环节 2 三相异步电动机的 减压起动控制1 电动机联结起动 经8s延时后 改为联结运行 2 具有防止相间短路的措施 3 具有过载保护环节 第四节可编程序控制器应用技能训练实例 训练1三相异步电动机的控制 3 训练内容 1 三相异步电动机的正反停控制1 系统配置 2 程序设计 图4 17 图4 19 第四节可编程序控制器应用技能训练实例 训练1三相异步电动机的控制 3 训练内容 3 运行并调试程序 按正转按钮SB2 输出继电器Y0接通 电动机正转 按停止按钮SB1 输出继电器Y0断开 电动机停转 按反转按钮SB3 输出继电器Y1接通 电动机反转 模拟电动机过载 将热继电器FR的触点断开 电动机停转 将热继电器FR触点复位 再重复正 反 停操作 2 三相异步电动机的减压起动控制1 系统配置 图4 20 图4 21 第四节可编程序控制器应用技能训练实例 训练1三相异步电动机的控制 3 训练内容 2 程序设计 3 运行并调试程序 按停止按钮SB1 重新起动电动机 模拟电动机过载 重复上述操作 4 考核及评分 图4 22 第四节可编程序控制器应用技能训练实例 训练2自动送料装车控制 1 训练目的 1 掌控应用PLC设计传动控制系统的思想和方法 2 掌握PLC编程的技巧和程序调试的方法 3 训练解决工程实际控制问题的能力 2 训练要求 1 初始状态红灯LH1灭 绿灯LH2亮 表明允许汽车开进装料 料斗出料口K2关闭 电动机M1 M2和M3皆为 2 装车控制 进料 2 装车 3 停机控制按下停止按钮SB2 整个系统中止运行 第四节可编程序控制器应用技能训练实例 训练2自动送料装车控制 3 训练内容 1 系统配置1 FX2 32MRPLC一台 2 自动送料装车控制系统模拟实训板一块 根据自动送料装车控制的要求 I O配置及其接线 图4 24 第四节可编程序控制器应用技能训练实例 训练2自动送料装车控制 3 训练内容 2 程序设计1 用基本逻辑指令编程 自动送料装车控制系统进料阀K1受料位传感器S1的控制 S1无监测信号 表明料不满 经5s后进料 S1有监测信号 表明料已满 中止进料 送料系统的起动 可以通过台秤下面的限位开关SQ1实现 当汽车开进装车位置时 在其自重作用下 接通SQ1 送料系统起动 当车装到吨位时 限位开关SQ2断开 停止送料 2 用基本逻辑指令设计自动送料装车控制系统梯形图 3 将指令程序 或自动设计梯形图和编写程序 写入PLC的RAM中 并连接好I O设备 运行并调试程序 使程序运行结果与控制要求一致 第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统 一 C460型卧式车床电气控制原理分析 C460型卧式车床是一种新型高速精密车床 加工性能广泛 适用工具 机修及批量生产 用于各种轴类 套类和盘类零件及带有米制 英制 模数 径节等螺纹零件的精密加工 根据切削加工工艺的要求 对车床的电气控制提出下列要求 1 主轴电机采用三相笼型电动机 2 调速采用机械齿轮变速有级调速的方式 变速时不可在主传动电动机转动中进行 3 因容量较大 采用减压起动 转换时间的设定应保证升至最高速的加速要平稳 4 要求冷却泵电动机在主轴起动后方可起动 停止时冷却泵电动机应先停止 5 控制电路应具有必要的保护环节和照明装置 第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统 一 C460型卧式车床电气控制原理分析 图4 26 第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统 一 C460型卧式车床电气控制原理分析 1 主电路分析M1为主轴电动机 拖动主轴旋转 M2为冷却泵电动机 提供切削液 KM1 KM2控制电动机M1的正反转 KM3控制M1的联结起动 KM4控制M1的联结运行 FR1提供过载保护 KA3控制冷却泵电动机M2 FR2为其提供过载保护 2 控制电路分析起动前先检查侧门和脚踏开关 为机床起动做好准备 1 主轴电动机M1控制2 冷却泵电动机M2的控制接通控制冷却泵开关SA2 接触器KA3通电 电动机M2转动 提供冷却液 断开控制冷却泵开关SA2 KA3断电 M2停止转动 第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统 二 用PLC改造C460型卧式车床继电器控制系统的步骤 1 PLC替代继电器控制设计 1 程序设计首先分析原继电器控制系统的工作原理和各元件的作用 确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序 确定各个控制装置之间的相互关系 分离出输入信号元件和输出控制对象 2 I O分配将所有的输入信号 按钮 行程开关 压力 速度等传感器 及输出控制对象 接触器 电磁阀 信号灯等 分别列表 并按PLC内部继电器的编号范围 给每个输入 输出点分配一个确定的编码 即编制出现场信号与PLC内部继电器编号对照表 3 画梯形图按正确顺序所要求的功能及关系 将继电器控制系统电路图转换成梯形图 并按画梯形图的规定进行整理 4 编写程序清单梯形图的每个逻辑元件均可相应的写出一条命令语句 编写的顺序按梯形图的逻辑行和逻辑元件的编排顺序由上到下 自左到右 第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统 二 用PLC改造C460型卧式车床继电器控制系统的步骤 2 施工设计 1 画出电动机主电路及不进PLC的控制电路图 2 画出输入输出端子接线图 3 画出PLC的电源进线接线图和执行电器供电系统图 4 电器柜结构设计及柜内电器位置图 5 画现场布线图 6 列写元件清单 3 总装调试 1 程序编程将已设计好的程序输入到PLC用户存储器中 并对程序进行编辑 2 模拟板调试按实际要求 用开关和灯泡模拟控制对象 进行程序功能的调试 3 实物模拟试验采用监测元件和执行机构组成模拟系统 监测实际负载能力 4 现场调试对某些参数进行现场整定和调整 5 安全检查对系统的所有安全措施进行彻底检查 第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统 三 PLC改造中对若干技术问题的处理 1 输入电路处理2 输出电路处理3 要充分考虑PLC与继电 接触式在运行方式上存在的差异 要以满足原系统的控制功能和目标为原则 绝不可将原继电控制电路生搬硬套 4 要根据系统需要 充分发挥PLC的软件优势 赋予设备新的功能 5 延时断开时间继电器的处理 6 现场调试前模拟调试运行7 改造后试运转期间的跟踪监测 程序的优化和资料整理 第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统 四 使用PLC进行电气控制系统改造实例 1 对C460型车床进行电气控制系统分析 C460型车床的电气线路中 中间继电器KA1起零电压保护作用 主轴起动前 KA1即已得电 当开关杠下压 SQ4动作 或上提 SQ3动作 时 KM1或KM2才能动作 同时KT KM3得电 实现主轴电动机的联结起动 待到定时时间到 约5s KM3失电 KM3失电后KA2得电 KA2控制KM4得电 完成主轴电动机的联结运行 中间继电器KA2的作用主要是保证不会出现接触器KM3 KM4因为物理动作的延迟而存在同时闭合的可能性 否则会引起电源短路 第五节PLC改造C460型卧式车床电气控制系统 四 使用PLC进行电气控制系统改造实例 2 根据电气控制电路确定I O分配 图4 27C460用PLC改造后的电气原理图 图4 27 第五节