第七章-可编程控制器原理与应用(1).ppt

第7章可编程控制器原理与应用 PLC是由美国在60年代研制成功 由最初的可编程逻辑控制器已发展为现今的可编程控制器 PLC具有逻辑运算 顺序控制 定时 计数 和算术运算等功能 并通过数字的 模拟的输入输出 控制各种类型的机械或生产过程 它是微机技术和继电器技术相结合的产物 是以微处理器为核心的专用计算机 它将人工编制的控制程序存放在存储器中 用程序来实现控制功能 可编程控制器的产生 因为继电器逻辑电路配线复杂 而且工艺变化时 修改线路异常困难 几乎不可能 FX2N系列PLC基本单元的型号与端子排列 例如 FX2N 16MR表示为FX2N系列的基本单元 I O总接口数为16 继电器输出方式 FX2N系列PLC基本单元的端子排列 1 电源及输入端子L N 分别接电源相线 中线和接地线 24 24V电源正极 为外部传感器供电 COM 24V电源负极 接外部传感器的负极 也称为输入信号公共端X 输入信号端子 输入信号接在X端和COM端之间 带点的端子上不要外接导线 以免损坏PLC 2 输出端子从图可以看出 FX2N 16MR采用各路独立输出方式 FX2N 32MR和FX2N 48MR采用分组输出方式 每组输出公共端按COM1 COM2 COM3 的顺序编号 输出各组之间是互相分开的 这样可以使用多个电压系列 例如AC220V DC12V 的负载 独立输出方式和公共端输出方式如图所示 PLC控制与继电接触控制区别 PLC控制程序并不能替代整个控制系统的输入和输出部件 输入部件行程开关 按钮等 输出部件接触器 电磁换向阀 信号灯等 输入输出部件需接在PLC的输入输出接线端子上 而PLC程序是用来实现输入部件与输出部件间的控制逻辑的 即输入部件采取了什么动作命令 通过控制逻辑 输出部件执行什么样的操作 三菱FX 2N系列PLC内部的等效电路 PLC的输入输出部分与继电接触控制系统的大致相同 PLC的控制部分用微处理器和存储器取代了继电器控制逻辑线路 其控制作用是通过用户软件来实现的 对比 输入继电器的状态惟一地取决于外部输入信号 输入继电器的状态惟一地取决于外部输入信号的状态 不受用户程序的控制 因此在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈 梯形图中每个输出软继电器Y 都对应了一个输出硬件模块 当输出软继电器Y的线圈得电 则对应的输出硬件模块仅有的一个 硬件 常开触头闭合 使外部负载工作 但是在梯形图中 每个输出软继电器Y的常开 软 触点和常闭 软 触点都可以多次使用 7 1PLC的基本结构 工作原理和主要特点 1 中央控制单元 微处理器 CPU 1 接受用户程序 存入程序存储器 2 扫描并采集现场输入状态和数据 存入输入状态存储器中 3 执行用户程序 产生相应控制信号 实现程序规定的各种功能 4 通过故障诊断程序 诊断PLC的各种运行错误 7 1PLC的基本结构 工作原理和主要特点 2 存储器 用来存放程序和数据1 系统程序存储器 存放系统程序 系统程序决定PLC性能 包括监控程序 解释程序 自诊断程序和标准子程序及各种管理程序等 2用户程序存储器 用来存储用户程序 用户程序由编程器输入 作为监控程序和用户程序的缓冲单元 在PLC中 进行字操作的缓冲单元称为数据寄存器 进行位操作的缓冲单元称为辅助继电器 3变量 数据 存储器 存放PLC的内部逻辑变量 如定时器 计数器的当前值 C0K3 7 1PLC的基本结构 工作原理和主要特点 3 输入输出 I O 电路1 输入电路输入电路是PLC与外部信号连接的输入通道 现场输入信号 如按钮 行程开关等 经过输入电路转换成中央控制单元能接受和处理的数字信号 2 输出电路是PLC向外部执行部件输出相应控制信号的通道 通过输出电路 PLC可对现场执行单元 如接触器 继电器 电动机 指示灯等 进行控制 7 1PLC的基本结构 工作原理和主要特点 4 电源部件能将交流电转换为中央控制单元 输入 输出电路所需要的直流电 能消除电源电压波动 温度变化对输出电压的影响 对过电压具有一定的保护能力 5 编程器是PLC的重要外围设备 它能对程序进行编制 调试 监视 修改 编缉 7 1 2PLC的结构形式 整体式 将所有电路装入一个模块内 构成一个整体 模块式 采用搭积木的方式组成 在一块基板上插上CPU 电源 I O模块及特殊功能模块 可根据应用场合灵活选用各模块 适用于大型系统 7 1 3PLC的工作原理 输入电路 采集被控设备的检测信号或操作命令微处理器 执行用户程序 进行逻辑运算输出电路 驱动被控设备的执行机构 对用户程序进行扫描的一个周期分五个阶段 1 自诊断 对输入输出电路 CPU 存储器的自检 与标准状态进行比较 2 与编程器通信 有通信要求对程序进行处理 3 读入现场信号 读入所有输入端的信号状态 存入输入状态寄存器 4 执行用户程序 微处理器根据用户程序对输入状态寄存器中的数据进行运算 将结果存入输出状态寄存器 5 输出结果 将输出状态寄存器中的数据通过输出电路转化为电压或电流信号 驱动被控设备 PLC有两种工作状态 STOP和RUN 由启动 停止按钮控制一个扫描周期一般为几毫秒至几十毫秒 按开关 马上动 7 2PLC的特点 1 抗干扰能力强 环境适应性好 2 编程方法简单易学 3 应用灵活 通用性好 4 完善的监视和诊断功能应用 广泛应用于顺序控制 并向过程控制 红绿灯 监控和数据采集 统计过程控制 统计质量控制等领域渗透 FX2N系列PLC基本单元的型号与端子排列 例如 FX2N 16MR表示为FX2N系列的基本单元 I O总接口数为16 继电器输出方式 7 3PLC的编程元件 三菱FX2N系列 1 输入继电器X 光电耦合器 0 7 8个输入接线端子COM 输入公共端K0 K7 现场检测开关信号24V直流电源 PLC内部专供输入接口电源发光二级管LED 输入状态指标灯R 限流电阻 为LED和光电耦合器提供合适的工作电流 输入电路的工作原理 以0输入点为例 开关K0合上 24V电源经R LED0 V0 K0形成回路 LED0发光 电路接通 此时 光电耦合器的发光元件V0发光 感光元件VT0受光照饱和导通 输入寄存器X0的状态为1 开关K0断开时 电路不通 LED0不亮 光电耦合器不导通 输入寄存器X0的状态为0 CPU从输入寄存器读到1和0 对应开关的通和断 2 输出继电器Y由输出电路和输出寄存器组成 有晶体管 晶闸管和继电器三种输出方式 继电器输出电路 Y0 输出接线端子 COM1 公共输出端 CPU输出1时 继电器的线圈KA通电 常开触点闭合 Y0与C0M1接通 负载通电 CPU输出0时 继电器KA的线圈失电 常开触点断开 Y0与COM1断开 负载失电 CPU输出1和0正好对应负载的通电和断电 电容是为了吸收继电器触点接触或断开瞬间产生的脉冲 继电器触点没有灭弧装置 带大功率负载容易烧坏触点 加电容可提高触点的灭弧能力 保护触点 晶体管输出电路二极管 具有单向导电性 即正向导通 反向截止三极管 当b点电位高于e点电位零点几伏时 发射结处于正偏状态 电路导通 电流通过 反之电路截止 电流无法通过 CPU输出1时 发光二极管导通 感光三极管导通 负载电压经负载使三极管饱和导通 Y0与COM1接通 负载通电 CPU输出0时 发光二级管不发光 感光三级管截止 Y0与COM1断开 负载失电 CPU输出1和0正好对应负载的通电与失电 3 定时器T 时间继电器 由设定值寄存器 当前值寄存器 状态寄存器组成 定时器的设定值由用户程序设定 存放在设定值寄存器 当x0的状态为1时 计数器A累加时钟脉冲个数 当计数器A的计数值等于设定值后 比较器输出为1 存入状态寄存器 当x0的状态为0时 计数器不计数 定时器的状态为0 定时器的时钟脉冲可分为1ms 10ms 100s等 T0 T199为100ms时钟脉冲 T200 T245为10ms T246 T249为1ms 状态寄存器 4 计算器C由设定值寄存器 当前值寄存器 状态寄存器组成 计数器的设定值由用户程序设定 存放在设定值寄存器 复位输入X0的状态为1时 计数器不计数 计数器的状态变为0 复位输入X0的状态为0时 计数器对X1的脉冲个数进行计算 计数值等于设定值 计数器的状态变为1 常开触点闭合 常闭触点断开 直到复位输入X0由0变为1 计数器才变为0 5 辅助继电器M 存储器中的一个部分 按位编址 由程序指令控制 供内部编程使用 通用辅助继电器 M0 M499 电源断电 线圈断开 再次通电 需要外部信号将线圈变为接通 断电保持辅助继电器 M500 M3071 能记忆电源中断瞬间的状态 重新通电后再现其状态 用PLC中的锂电池保持自身映像寄存器中的内容 特殊辅助继电器 M8000用于运行监控 PLC运行时置1并保持 M8002用于初始脉冲 只在PLC开始运行的第一个扫描周期置1 M8033用于PLC暂停运行 保持停止前的输出状态不变 M8034用于PLC终止运行 所有输出状态全部变为0 X000 7 4PLC的软件技术 用户数据结构1 位数据 即逻辑量 其值为1或0 触点的通和断 线圈的通电与失电 存放位数据的元件称为位元件 输入断电器X 输出继电器Y 状态继电器S 辅助继电器M 2 字数据 即数值量 如定时器T 计数器C中的数值 FX2N有十进制和十六进制 3 混合数据 一个元件中既有位数据又有字数据 三菱FX2N的混合元件有定时器T 计数器C 2 用户程序表达方式1 梯形图 2 语句表由操作码 操作数 标志符和地址码 组成LDX000LD取指令ANDM100AND与指令ORY030OR或指令ANIY002ANI与非指令 7 4 2基本指令 FX2N系列 1 输入 输出指令LD 取指令 对应与左母线连接的或电路块开始的常开触点 LDI 取反指令 对应与左母线连接的或电路块开始的常闭触点 动断触点 OUT 输出指令 对应与右母线连接的线圈符号 有计数器或定时器时 后加常数K 指令地址号LDX000OUTY030LDIX001OUTM100OUTT50K19LDT50OUTY031 2 逻辑指令 1 逻辑与指令AND 与指令 动合触点与前一个触点的串联ANI 与非指令 动断触点与前一个触点的串联 LDX002 读X002ANDM102 X002 M102OUTY035 读Y035LDY035 读Y035ANIX003 Y035 X003OUTM100 M100 Y035 X003ANDT51 Y035 X003 T51OUTY036 Y036 Y035 X003 T51 2 逻辑或指令OR 或指令动合触点与其它触点的并联ORI 或非指令动断触点与其它触点的并联 LDX014ORX016ORIM102OUTY035LDX005ANDX015ORM102ANIX017ORIM100OUTM103 ORB 两个或两个以上触点串联电路的并联 3 块或指令 LDX001ANDX002LDIX003ANDX004ORBLDX005ANIX006ORBORX007OUTY000 4 块与指令ANB 两个或两个以上触点并联电路的串联 LDX001ANDX002LDX003ANIX004ORBLDX005ANDX006LDIX007ANDX010ORBANBORX011OUTY030 3 置位 复位指令 SET 置位指令 用于使位元件置1并保持RST 复位指令 用于使位元件清零并保持 LDX000SETY000LDX001RSTY000LDX002SETM0LDX003RSTM0LDY000SETS0LDM0RSTS0 图7 16SET RST指令的应用举例 4 主令控制指令 LDX000MCN0M100LDX001OUTY000LDX002OUTY001MCRN0LDX002OUTY002 MC主控指令 用于公共串联触点的连接 MCR主控复位指令 用于MC指令的复位 X000接通 M100闭合 执行从MC到MCR的指令X000断开 M100断开 不执行从MC到MCR的指令Y002只由X002控制 不要主控范围内 注意 1 MC MCR指令必须成对出现 编程时不要漏掉MCR指令 否则程序将出错 2 使用主控指令MC之后 母线转移至主控制触点之后 与新分支母线相连的触点都要用LD或LDI指令 3 在梯形图中可以多次使用主控指令 并可嵌套使用 但最多不能超过7次 LDX000MCN0M100LDX001OUTY000LDX002OUTY001MCRN0LDX002OUTY002 5 栈指令 用于存储中间运算结果 有11个栈 MPS 进栈指令 将数据存入栈存储器第一层 栈内数据下移MRD 读栈指令 读取栈第一层的数据 栈存储器内数据不动MPP 出栈指令 将栈第一层数据读出 栈存储器内的数据上移第一层要 第二层要 第三层不要了复原 LDX000MPSANIX001MPSANDX002OUTY000MPPANDX003OUTY001MRD ANDX004ANDX005OUTY002MPPANIX006OUTY003 几点说明 1 栈指令用于带分支的多路输出电路 2 栈指令仅用于输入继电器X作为公共触点的情况 3 栈指令没有使母线移动 故栈指令后的触点不能用LD或LDI指令 6 脉冲指令 与LD AND OR指令相对应 指令中P对应上升沿脉冲 F对应下降沿脉冲 LDPX000ORPX001OUTM0LDM8000ANDPX001OUTM1LDFX000ORFX001OUTY000LDM8000ANDFX001OUTY001 LDP 取上升沿指令 仅在指定操作元件的上升沿时接通1个扫描周期 LDF 取下降沿指令 仅在指定操作元件的下降沿时接通1个扫描周期 ANDP 上升沿与指令ANDF 下降沿与指令ORP 上升沿或指令ORF 下降沿或指令 7 4 3常用编程技巧 1 程序的合理性 对于并联电路 串联触点多的支路最好排在梯形图的上面 对于串联电路 并联触点多的电路块最好排在梯形图的左面 2 程序的正确性 图7 23竖线上不能有触点 图7 24线圈和右母线之间不能连接触点 图7 25不能使用OUT指令对同一个元件进行两次以上操作 下图对应逻辑关系正确的梯形图 3 定时器的使用 1 通电延时接通功能 当输入信号X000为1时 定时器T0开始计时 当定时器T0的当前值等于设定值1秒时 常开触点闭合 输出Y000为1 直到输入信号X000为0时为止 T0的时钟脉冲周期为100ms 0 1s 计数器需要复位指令定时器不需要 2 通电延时断开功能 输入信号X000为1时 X000常闭触点断开 输出Y000为1并自锁 定时器不计时 输入X000由1变0时 X000常闭触点闭合 Y000继续为1 同时定时器T0开始计时 当定时器的当前值等于设定值1 9秒时 T0的状态为1 其常闭触点断开 使输出Y000由1变0 定时器停止计时 3 用定时器产生周期脉冲信号 当X000由0变1时 T0输出一个脉冲信号 脉冲信号的脉宽由寄存器D2的值确定 周期则由寄存器D1和D2的值确定 改变寄存器D1和D2的值 就可改变脉冲信号的脉宽和频率 f 1 T 1 三相异步电动机的启动 停止控制 7 5 2PLC实现电动机控制的设计 LDX000ORY000ANIX001ANIX002OUTY000END 图 b PLC外部接线图 按下启动按钮SB1 X000常开触点闭合 Y000线圈得电 电动机转动 按下停止按钮SB2 X001常闭触点断开 电动机停止 KH为热继电器 电动机过载时 热继电器的热元件热量增大 X002常闭触点断开 电动机停止 2 三相异步电动机的正反转控制 工作原理 用正 反向控制接触器改变定子绕组的相序实现正反转 短路 正 反转控制接触器不能同时接通 正反转按钮互锁 X000常闭触点串入输出继电器Y001的回路 X001常闭触点串入输出继电器Y000的回路 定时器T0 T1 没有时 Y000的断开与Y001的接通同时完成 KM1线圈失电与KM2线圈通电同时完成 可能造成KM1断开触点电弧没有熄灭 KM2触点已闭合 造成电源短路 加入定时器T0 T1 使被切断的接触器瞬时断开 接通的接触器延时0 5秒后接通 正反转控制主回路 PLC外部接线图 SB1 正向启动按钮 SB2 反向启动按钮SB3 停止按钮KM1 正向控制接触器 KM2 反向控制接触器 AX BY CZ XYZAX XB BY YC CZ ZA 3 三相异步电动机Y 启动控制SB1 启动按钮 SB2 停止按钮KM 电源接触器KM1 星形连接接触器 KM2 三角形连接接触器工作原理 按下启动按钮SB1 X000为1 Y000为1并保持 Y000使Y001也为1 接触器KM KM1同时通电 电动机接成星形连接启动 定时器T0开始计时 T0延时时间到 T0常闭触点断开 使Y001为0 星形连接接触器KM1断开 电动机失电 T0常开触点闭合 使M0为1并保持 定时器T1开始计时 T1延时时间到 T1常开触点闭合 使Y002为1并保持 使三角形连接接触器KM2得电 电动机接成三角形连接启动 Y002动断触点断开使定时器T1复位 按下停止按钮SB2 X001常闭触点断开 Y000为0 切断电