可编程控制器原理及应用 补充讲义讲课教案

可编程控制器原理及应用 补充讲义讲课教案 补充知识第一部分可编程控制器的基础知识第二部分三菱FX-2N可编程控制器第一节概述第二节接触器第三节继电器第四节其他常用电器吸引线圈的作用将电能转换成磁能，即产生磁通，衔铁在电磁吸力作用下产生机械位移使铁心吸合。 铁心衔铁线圈电磁机构结构图一.电磁机构电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成。 如下图所示。 触头主要有两种结构形式桥式触头和指形触头。 其结构形式为1.触头的结构形式桥式触头指形触头二二.触头系统触头是电器的执行机构，在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。 3.灭弧原理及装置触头的接触方式一般有33种点接触、线接触、面接触。 2.触头的接触方式电弧触头在通电状态下动，静触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出而产生电弧。 电弧的存在既烧损触头金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速消除。 接触器是一种用来频繁地接通和断开(交、直流)负荷电流的电磁式自动切换电器，主要用于控制电动机、电焊机、电容器组等设备，具有低压释放的保护功能，适用于频繁操作和远距离控制。 一、接触器的结构及工作原理1.交流接触器的结构交流接触器主要由电磁机构、触点系统、灭弧装置和其他辅助部件四大部分组成。 结构示意图如下图所示。 3.接触器的工作原理及符号(a)线圈(b)主触常开、常闭触点(c)辅助常开、常闭触点接触器的符号1动触头2静触头3衔铁4簧弹簧5线圈6铁心7垫毡8触头弹簧9灭弧罩10触头压力弹簧继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或断开控制电路，实现自动控制和保护的电器。 其输入量可以是电压、电流等电气量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电气量。 一、电磁式继电器1底座2反力弹簧 3、4调节螺钉5非磁性垫片6衔铁7铁心8极靴9电电磁线圈10触点系统电磁式继电器的种类1.电磁式电流继电器触点的动作与线圈的电流大小有关的继电器称为电流继电器，可分为过电流继电器和欠电流继电器。 2.电磁式电压继电器触点的动作与线圈的电压大小有关的继电器称为电压继电器，可分为过电压继电器和欠电压继电器。 又分为过电压继电器和欠电压继电器。 3.电磁式中间继电器中间继电器的吸引线圈属于电压线圈，但它的触点数量较多(一般有4对常开、4对常闭)，触点容量较大(额定电流为5A10A)，且动作灵敏。 其主要用途是当其他继电器的触点数量或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大触点容量(触点并联)或触点数量，起到中间转换的作用。 电磁式继电器符号1.时间继电器的结构(a)通电延时型(b)断电延时型在敏感元器件获得信号后，执行器件要延迟一段时间才动作的继电器叫做时间继电器。 二、时间继电器2.时间继电器的符号线圈一般符号通电延时闭合常开触点通电延时断开常闭触点断电延时断开常开触点断电延时闭合常闭触点 三、热继电器注意意由于热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能作瞬时过载保护，更不能作短路保护。 1.热继电器的作用过载保护2.热继电器的结构1双金属片固定支点2双金属片3发热件元件4导板5补偿片双金属片6常闭触点7常开触点8复位调节9动触点10复复钮位按钮11调节旋钮12支撑13压簧14推杆3.热继电器符号KR KRKR 四、速度继电器1.速度继电器的结构及工作原理11转轴22转子33定子44线圈55摆锤 66、77静触点 88、99簧片一般速度继电器的动作速度为120r/min，触点的复在位速度在100r/min以下，在转速在3000r/min3600r/min能可靠地工作，注意意2.速度继电器符号速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。 使用时，速度继电器的转轴应与电动机同轴连接，安装接线时，正反向的触点不能接错，否则不能起到反接制动时接通和断开反向电源的作用。 要点 一、低压开关低压开关主要用于低压配电系统及电气控制系统中，对电路和电器设备进行不频繁地通断、转换电源或负载控制，低压开关的图形及文字符号(a)单极(b)双极(c)三极问题题低压开关应如何安装？ 二、低压断路器结构及工作原理1热脱扣器的整定按钮2手动脱扣按钮钮3脱扣弹簧4手动合闸机构5合合杆闸联杆6热脱扣器7锁钩8电磁脱器扣器9脱扣联杆 10、11动动、静触点点 12、13弹簧14发热元件15簧电磁脱扣弹簧16调节按钮 三、熔断器1.熔断器的结构类型瓷插式熔断器螺旋式熔断器2.熔断器的符号及安秒特性问题1热继电器能否作熔断器使用？熔断器能否作热继电器使用？问题2熔断器和低压断路器的优缺点？ 四、主令电器1.控制按钮11按钮帽22复位弹簧33动触点44常开触点的静触点55常闭触点的静触点 66、77触点接线柱1）结构2）符号2.行程开关1）结构直动式行程开关2）符号微动行程开关滚轮式行程开关第一节基本电气控制线路第二节异步电动机降压起动控制线路第三节异步电动机制动控制线路 一、异步电动机单向直接起动控制线路1.工作原理2.保护环节 (1)短路保护 (2)过载保护 (3)失压和欠压保护 二、点动控制所谓点动，指按下起动按钮，电动机转动；松开按钮，电动机停止运动。 与之对应的，若松开按钮后能使电动机连续工作，则称为长动。 (a)(b)(c)(d) 三、三相异步电动机的正反转控制线路1.“正停反”控制2.“正反停”控制 一、定子串电阻降压起动控制电路问题此电路的缺点为何？此电路的缺点为何？改进后的电路 二、星形三角形降压起动控制电路 三、自耦变压器降压起动控制电路三种降压起动方式优缺点 11、串起动电阻起动的优点控制线路结构简单、成本低、动作可靠、提高了功率因素、有利于保证电网质量。 缺点消耗电能。 适用场合要求起动平稳的中小容量电动机以及起动不频繁的场合。 22、自耦变压器起动的优点起动电流与起动转矩的比值按变比平方倍降低。 对电网电流冲击小，功率损耗小。 缺点自耦变压器价格较贵，相对电阻结构复杂，体积庞大，且是按照非连续工作制设计制造的，不允许频繁操作。 33、Y Y-起动的优点定子绕组星形接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的11/33，起动电流为11/33，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。 缺点起动转矩也相应下降为三角形接法的11/33，转矩特性差。 此线路适合轻载或空载的场合。 一、反接制动控制线路问题此电路的缺点何在？此电路的缺点何在？改进后的电路 二、能耗制动控制线路1.单向运行能耗制动控制线路1)按时间原则控制线路。 2)按速度原则控制线路反接制动优点制动效果好，其缺点是能量损耗大，在制动过程中有冲击，对转动部件有害，故用于不太经常起制动的设备。 能耗制动优点能量损耗少，在制动时磁场静止不动，不会产生有害的反转，制动停车准确，制动过程平稳。 缺点是需要整流电路，制动速度也较反接制动慢些。 所以，能耗制动适用于电动机容量较大，要求制动平稳和起动频繁的场合。 两种制动方式优缺点的比较BACK第一节可编程序控制器的组成结构第二节可编程序控制器的工作原理第三节可编程序控制器的编程语言 二、输入输出模块 一、组成结构 二、的输入输出滞后现象 一、扫描工作方式及工作过程编程器打印机EPROM写入器上位计算机图形监控系统微处理器（CPU）运算器控制器电源输入单元输入单元输出单元输出单元存储器EPROM(系统程序)（用户程序）外设外设I/O接口接口I/O扩展接口扩展接口I/O扩展接口扩展接口用户输入设备用户输入设备用户输出设备用户输出设备主机PLC的硬件系统简化图（）直流输入模块、开关量输入模块（）交流输入模块 （33）输入接线方式汇点式输入接线分隔式输入接线(b)交流模块(a)直流模块 22、开关量输出模块的基本原理晶体管输出可控硅输出可控硅输出（T）（S）（R） 11、工作方式 22、工作过程(a)梯形图(b)时序图梯形图左母线线右母线线软元件件导线逻辑行行梯形图语句表第一节三菱FX-2N PLC简介第二节FX2N各种软元件的作用与功能第三节基本顺控指令及编程第四节定时器与计数器的编程第五节编程举例第六节FX系列PLC的步进指令及其编程第七节应用指令及其编程FX-22N N系列PLC是由电源、CPU、存贮器和输入/输出器件组成的单元型可编程控制器，而且AC电流、DC输入型的内装DC24V V电源作为传感器的辅助电源。 功能强大，可进行逻辑控制、开关量控制、模拟量控制，并可进行各种各种功能运算、传送、变址寻址、移位等。 第一节三菱FX-2N PLC简介一型号名称体系与其种类举例?FX2N48MR FX2N32MS FX2N8EYR?FX2N64MT FX2N8EX二FX22N PLC的主要特点1系统配置灵活方便2具有在线和离线功能3高速处理功能4高级应用功能back11）输入输出16256点。 22）内部随机存取存贮器（8000步）。 电池后备、RAM。 33）内部定时时钟（可与公历四位对应，还可进行闰年校正）。 44）基本指令27种步进阶梯指令55种应用指令128种三产品概述二辅助继电器的地址号、作用与功能三状态继电器的地址符号、作用与功能四定时器的地址号、作用与功能五计数器的地址号、作用与功能六数据寄存器的地址号、作用与功能一输入、输出继电器的地址号、作用与功能第二节FX2N各种软元件的作用与功能输入继电器等效电路要点 11、输入继电器是PLC与外部用户设备连接的接口，用来接受用户输入设备发来的输入信号。 22、输入继电器编址区域标号为X X，采用八进制编址并从X X000开始。 33、输入继电器只能由外部信号驱动，因此，它的线圈不能由内部的指令驱动，而其触点也不能直接去驱动外部负载。 44、输入继电器有无数对常开触点和常闭触点供编程时使用。 输出继电器电路要点 1、输出继电器用于将程序运算的结果经过输出端送到用户输出设备。 2、输出继电器编址区域标号为Y，采用八进制编址并从Y000开始。 3、输出继电器的线圈由程序执行结果所驱动，每个输出继电器只有一个外部输出用的触点（三种输出方式）与与PLC的输出端子相连，该外部触点用来直接驱动负载。 4、每个输出继电器有无数对常开和常闭触点（称为内部触点）供编程使用。 辅助继电器编址区域标号为M，采用十进制编址并从M000开始。 它和输出继电器一样只能由程序驱动。 它也有无数对常开和常闭触点，但只能在内部编程使用，不能去直接输出驱动外部负载。 外部负载应由输出继电器驱动。 辅助继电器分为普通型、停电型和特殊型三种。 11、普通型辅助继电器特点它们无断电保持功能，即当切断PLC的电源或对PLC进行复位时，普通型辅助继电器均断开。 地址编号M0M499，共500点 22、停电保持型辅助继电器地址编号M500M3071，共2572点，其中M500M1023（共524点）可通过参数设定变为非停电保持型（即普通型）。 特点这类辅助继电器在PLC运行中若突然发生停电，则保持停电前的状态；当电源恢复正常时，系统又继续停电前的控制；当清除锁存时，才将断电保持型辅助继电器断开。 要点保持型辅助继电器电路及其动作时序图在时序图中，没作特别说明时，其触点的时序均指常开触点。 注意举例 33、特殊型辅助继电器地址编号M8000M8255，共256点。 这些继电器各自具有特定的功能，可分成以下两类1）触点利用型M 8000、M8001运行监视继电器M 8000、M8001的动作时序M 8002、M8003初始脉冲继电器M 8002、M8003的动作时序M8005锂电池电压过低继电器M8005的用法M8011M8014内部时钟脉冲M801110ms M8012100ms M80131s M80141min M8012的动作时序内部时钟脉冲动作时序举例22M8040M8033M8030M8039M8034的用法M8034全部输出禁止继电器2.停电保持型状态继电器S500S899400点3.信号报警器用状态继电器S900S999100点1.普通型状态继电器S0S499500点其中供初始状态使用（一般用双框表示）S0S910点供返回原点使用S10S1910点1）状态S是对工序步进型控制进行简易编程的重要软元件，与步进阶梯指令STL组合使用。 在不用于步进阶梯指令时，状态S也和辅助继电器一样，可在一般的PLC中应用。 2）状态S既可作信号报警器使用，也可用作外部故障诊断的输出。 注意定时器（T T） 11、普通型定时器（100ms和10ms（ （1）100ms（T0T199200点）定时范围0.13276.7s（ （2）10ms(T200T24546点）定时范围0.01327.67s相当于时间继电器，当定时器的线圈被驱动时，定时器以增计数方式对PLC内的时钟脉冲（1ms、10ms、100ms)进进行累积计时，当计时的当前值与定时器的设定值相等时，其触点动作；当定时器的线圈失电时，其触点立即复位。 100ms普通定时器的工作过程举例 22、积算型定时器（1ms和100ms两种）1）1ms积算定时器T246T249共4点定时范围0.00132.767s2）100ms积算定时器T250T255共6点定时范围0.00132.767s1ms举例计数器（C）: 1、内部计数器内部计数器是在执行扫描时对PLC内部元件的信号进行计数的计数器，其输入信号频率大约为几个扫描周期。 （ （1）16位增计数器计数设定范围132767（K）普通型共有100点，其地址编号为C0C99停电保持性也是100点，为C100C199两种类型计数器的复位都是由指令来复位的，但当PLC电电源切断时，前者的计数当前值立即被清除，其触点状态恢复；后者的计数当前值和触点的状态均被保持。 注意16位增计数器的工作过程举例地址区域号为C,计数设定范围-2147483648+214748364（K）普通型共有有20点，其地址编号为C200C219;停电保持型有15点，为C220C234（ （2）32位增/减计数器 2、高速计数器高速计数器也是32位停电保持型增/减计数器，但它们只对特定的输入端子（X0X5）的脉冲进行计数。 高速计数器采用终端方式处理，与扫描周期无关。 举例32位增/减计数器的工作过程（ （1）单相单计数输入高速计数器(C235C245)举例单相单输入高速计数器（ （2）单相双计数输入高速计数器(C246C250)错误的驱动方式单相双计数输入高速计数器寄存器（D/V/Z 1、数据寄存器（D）（ （1）普通型数据寄存器D0D199（200点)（ （2）停电保持型数据寄存器D200D7999（7800点）（ （3）特殊型数据寄存器D8000D8255（256点） 2、变址寄存器（V、Z）数据寄存器是PLC用来存储数值数据的软元件，用于存储模拟量控制、位置控制、数据I/O时的参数及工作数据。 每个数据寄存器都是16位位。 变址寄存器V和Z也是16位的数据寄存器，其地址编号为V7V 0、Z7Z0，共16点。 指针（P P、I I 1、分支用指针（P）P0P62，P64P127，共127点指针在执行PLC程序过程中，当某条件满足时，需要跳过一段不需要执行的程序，或者条用一个子程序，或者执行制定的中断程序，这时需要用一“操作标记”来标明所操作的程序段，这一“操作标记”就是指针。 指针P用于跳转指令指针P用于子程序调用指令举例 2、中断指针（I）（ （1）输入中断用指针只接收特定的输入地址号（X000X005）的输入信号而不受PLC扫描周期的影响。 （ （2）定时器中断用指针地址编号I00(X000)、I10(X001)、I20(X002)、I30(X003)、I40(X004)、I50X005)共6点点。 例如指针I100，表示输入X001从ON OFF变化时，执行标号I100之之后的中断程序，并由IRET指令结束该中断程序。 地址编号I6、I7、I8，共3点。 （ （3）高速计数器中断用指针根据PLC内部的高速计数器的比较结果执行中断子程序，用于利用高速计数器优先处理计数结果的控制。 地址编号I 010、I 020、I 030、I 040、I 050、I060，共6点。 用于在各制定的中断循环时间（1099ms）执行中断子程序。 举例一一.LD/LDI、AND/ADI、OR/ORI、ANB/ORB、OUT指令二二.LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令三三.SET、RST指令四四.PLS、PLF指令五五.MPS、MRD、MPP指令六六.MC、MCR指令七七.INV反LD、LDI指令的编程AND/ANI指令的编程OR/ORI指令的编程ANB/ORB指令的编程(a)梯形图举例(b)指令表LDP、ANDP、ORP指令LDF、ANDF、ORF指令SET和RST(a)梯形图及指令表(b)时序图PLS与LDP指令比较(a)LDP指令(b)脉冲指令(PLS)(c)时序图PLS/PLF(a)梯形图及指令表(b)时序图MPS、MRD、MPP指令MPS入栈指令MRD读栈指令MPP出栈指令堆栈器X0X0MPS X0MRD MPPX0MPS/MPP指令的应用举例（三层栈）三层栈对应的连续输出方式MC/MCR指令的用法X0X0X0X0X0X0X0X0X0X0原梯形图MC主控指令MCR主控结束指令MC/MCR指令的嵌套结构多级嵌套在同一地方使用MCR指令INV(a)梯形图及指令表；(b)时序图一一.接通延时断开延时定时器的编程二二.计数器的编程三三.定时范围和计数范围的扩展back接通延时定时器(a)梯形图(b)时序图(c)指令表断开延时定时器LD X3LD X4LD C5RST C5OUT C5K5OUT Y2back(a)梯形图；(b)时序图；(c)指令表back一.脉冲发生器（也叫振荡器）二.利用脉冲发生器实现顺序控制三.对有限循环次数的顺序控制的编程四.利用定时器和计数器实现顺序控制五.通风机监视六.交通灯控制back(a)时序图(b)梯形图(a)时序图(b)梯形图“先断后通”的脉冲发生器“先通后断”的脉冲发生器例题一两台电动机动作的时序图如下图所示。 试用PLC实现其控制。 解运行状态相反的两台电机时序例题二两台电动机相互协调运转3次，其动作要求时序图如下图所示，试用PLC实实现其控制。 注意三台电动机顺序控制的时序图例题三三台电动机顺序控制的时序图如下图所示。 试用PLC实现其控制。 解例题四这类问题主要是输入输出的关系问题，应把风机的输出作为监控装置的输入来处理。 要点控制要求用一台信号灯来监视三台风机的运行状态。 当监视装置投入运行时，若两台以上风机运行，则信号灯常亮；若一台风机运行，则信号灯以0.5HZ的频率闪光；若一台风机也不运行，则信号灯以2HZ的频率闪光。 试用PLC实现其控制。 解交通灯的动作过程图十字路口的车行灯和人行灯的动作过程如下图所示。 其中，车行道有红、黄、绿三种颜色的指示灯；人行道有红、绿两种颜色的指示灯（下图所示即为各交通灯在一个周期内的动作情况）。 例题五交通灯控制交通灯控制的梯形图 一、步进控制及状态转移图 二、步进梯形图和步进指令 三、步进指令的编程要点 四、多流程步进控制 五、控制实例机械手动作示意图转移条件开始状态状态1驱动负载转到下一状态S0S20状态转移图绘制规则步进控制是指在多工步的控制中，按照一定的顺序分步动作，即上一动作结束后，下一动作才开始。 机械手状态转移图对步进控制进行编程时需要两步第一步根据工艺流程画出状态转移图第二步根据状态转移图画出步进梯形图，并写出指令表。 步进梯形图的画法SET S0SET S20S20S0S0S20步进指令STL步进返回指令RET步进指令只可使用状态（S）作为其操作数。 步进指令是专门用于步进控制的指令。 步进梯形图状态转移图步进梯形图对应的指令表 1、状态也可作普通的辅助继电器使用。 但作为辅助继电器使用时，不能提供步进接点。 2、输出的驱动方法(a)Y22不能编程(b)Y22可以编程输出的驱动方法 3、栈指令的位置 4、状态的转移方法 5、在不同的步进段，允许有重号的输出（注意状态号不能重复使用）；在不相邻的步进段，允许使用同一地址编号的定时器（注意在相邻的步进段不能使用）。 1.选择分支与汇合2.并行分支与汇合3.跳转与循环(a)状态转移图(b)步进梯形图选择分支与汇合举例:back(a)状态转移图(b)步进梯形图(a)循环(b)跳转(c)向流程外跳转(d)自复位一.花样喷水控制二.多台电机的顺序起停控制三.十字路口交通灯控制四.大小球的选择传送控制花样喷水控制实例I/O接线图状态转移图梯形图三台电机三台电机M1M3的控制要求为起动时的控制要求为起动时，M1起动起动2s后M2才起动才起动，当M2起动起动起动起动3s后M3才起动才起动。 停止时停止时，要求按要求按M3M1的顺序停止的顺序停止。 状态转移图十字路口的车行灯和人行灯的动作过程如下图所示。 其中，车行道有红、黄、绿三种颜色的指示灯；人行道有红、绿两种颜色的指示灯（下图所示即为各交通灯在一个周期内的动作情况）。 交通灯的动作过程图状态转移图梯形图分检大、小球的装置大小球的选择传送控制机械辟下降时，若电磁铁吸住大球，则由于活塞没有达到下限，故下限位开关断开；反之若吸住小球，则由于活塞到达下限而使下限位开关接通。 PLC的输入/输出接线图 一、应用指令的通则应用指令的表示方法举