可编程序控制器技术及应用.ppt

可编程序控制器技术及应用,-维修电工(高级),工作要求,维修电工国家职业标准对初级、中级、高级、技师、高级技师的技能要求依次递进，高级别包括低级别的要求。,高级,教学内容,一、plc概述,1、plc的特点与应用2、plc的组成与控制原理3、使用的注意事项4、维修与故障诊断5、常用程序的设计方法,二、fx2系列plc简介,1、plc的硬件结构2、plc的主要技术指标及外部接线3、plc内部编程元件,三、plc指令系统及编程方法,1、基本指令的应用2、步进指令及状态编程3、功能指令,四、应用技能训练,五、plc改造车床电气控制系统,一、plc概述,可编程序控制器，英文称programmablelogicalcontroller，简称plc。,以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。,可编程序控制器采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、()和算术运算等操作指令。a、控制运算、计数b、统计运算、计时、计数c、数字运算、计时d、顺序控制、计时、计数,plc是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点。充分利用微处理器的优点，采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将plc应用于生产实践。,可编程序控制器不需要大量的()和电子元件，接线大大减少，维修简单，维修时间缩短，性能可靠。a、活动部件b、固定部件c、电器部件d、部分部件,a,d,plc的特点与应用,特点,1、可靠性高，抗干扰能力强。plc是专门为工业环境下应用而设计的，在硬件和软件上都采用了以下可抗干扰措施：（1）硬件措施1）屏蔽：对plc的电源变压器、内部cpu的主要的部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，防止外界的电磁干扰。2）滤波：对供电电源及i/o线路采用多中形式的滤波，以消除、抑制高频干扰。3）隔离：i/o线路采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；4）模块化结构：便于系统修复，减少停机时间。（2）软件措施1）采用扫描工作方式：减少了外界的干扰；2）设有故障检测和自诊断程序：能对系统硬件电路等故障实现检测和判断3）设置警戒时钟wdt：plc程序循环执行时间超过wdt规定的时间，预示程序出错，立即进行报警。4）对程序进行检查和检验。采取以上的抗干扰措施，一般plc的平均无故障时间可达几十万小时以上。,2、编程简单，使用方便plc编程语言：梯形图、指令语句、功能图、功能块图。大多数plc采用梯形图的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，具有形象、直观、易学的特点。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，plc编程器的操作和使用也很简单。这也是plc获得普及和推广的主要原因之一。许多plc还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化编程。,可编程序控制器编程灵活性。编程语言有：布尔助记符、功能表图、()和语句描述。a、安装图b、逻辑图c、原理图d、功能模块图可编程序控制器通过编程，灵活地改变其控制程序，相当于改变了继电器控制的()线路。a、主、控制b、控制c、软接线d、硬接线()是可编程序控制器的编程基础。a、梯形图b、逻辑图c、位置图d、功能表图,d,d,a,4、设计安装简单、维护方便plc用软件代替了传统电气控制系统的硬件，使得控制柜的设计、安装的接线工作量大为减少。plc的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于plc的故障率极低，维修工作量很小；而且plc具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据plc上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。5、体积小、重量轻、能耗低由于plc采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低。,3、功能完善、通用性强现代plc不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有a/d和d/a转换、数值运算、数据处理、pid控制、通信联网以等许多功能。plc产品已系列化、模块化，品种齐全的各种硬件装置可供用户选用和组成满足各种要求的控制系统。,应用,plc的特点与应用,1、逻辑控制利用plc最基本的逻辑运算、定时、计数等功能可实现对机床、自动生产线、电梯等的扩展。2、位置（运动）控制较高档次的plc具有单轴或多轴位置控制模块，可实现对步进电动机或伺服电动机的速度和加速度的控制，确保运行平滑。3、过程控制plc的模拟量输入输出和pid控制，可构成闭环控制系统，可应用于冶金、化工等行业4、数据处理（监控系统）plc能记忆某些异常情况，并可进行数据采集。操作人员还可利用监控命令进行生产过程的监控，及时调整相关参数。5、联网通信（集散控制）plc与plc，plc与上位机之间的联网，可构成工厂自动化网络系统。,plc的组成与控制原理,一、可编程控制器的基本结构,二、可编程控制器的工作原理,以扫描方式依次顺序读入输入点的状态，并存入寄存器,逐条解释并执行存放在用户存贮器中的用户程序。将运算结果存入输出映存寄存器中。,()阶段根据读入的输入信号状态，解读用户程序逻辑，按用户逻辑得到正确的输出。a、输出采样b、输入采样c、程序执行d、输出刷新,c,plc使用的注意事项,1、工作环境和安装注意事项（p150）,1）工作环境温度：055c；相对湿度：85%rh以下（无结霜）。2）远离高压电器。3）i/o连接线与控制线布线分开，并保持一定距离。,检查可编程序控制器电柜内的温度和湿度不能超出要求范围（()和3585rh不结露），否则需采取措施。a、-550b、050c、055d、555外部环境检查时，当湿度过大时应考虑装()。a、风扇b、加热器c、空调d、除尘器,c,c,2、系统供电与接地（p150）,可编程序控制器的接地线截面一般大于()。a、1mb、1.5mc、2md、2.5m,c,3、输入、输出回路的接线及注意事项（p150152）,用户程序存贮/后备电池的更换：更换前，先接通plc的交流电源充电（15秒左右），为存贮备用电源的电容器充电。更换时间不超过5min,另外还要做好程序的备分工作。,为避免程序和()丢失，可编程序控制器装有锂电池，当锂电池电压降降至相应的信号灯亮时，要及时更换电池。a、地址b、程序c、指令d、数据更换电池之前，先接通可编程序控制器的交流电源约()s，为存储器备用电源的电容器充电（电池断开后，该电容器对存储器做短时供电）。a、3b、5c、10d、15,d,d,plc的维修与故障诊断,电源指示,运行指示,机内后备电池指示,程序出错指示,程序语法程序线路定时器或计数器锂电池电压跌落,通信端口,输入端子,输出端子,工作模式、端口,运行指示灯是当可编程序控制器某单元运行、()正常时，该单元上的运行指示灯一直亮。a、自检b、调节c、保护d、监控正常时每个输出端口对应的指示灯应随该端口有输出或无输出而亮或熄。否则就是有故障。其原因可能是()。a、输出元件短路b、开路c、烧毁d、以上都是程序检查包括()。a、语法检查、线路检查、其他检查b、代码检查、语法检查c、控制线路检查、语法检查d、主回路检查、语法检查,思考题：,d,d,a,常用程序的设计方法,1、经验设计法,2、逻辑设计法,3、状态流程设计法,plc实训,gxdeveloper软件的使用：,(1)工程菜单在软件菜单里的工程菜单下选择改变plc类型即根据要求改变plc类型。1）在读取其他格式的文件选项下可以将fxgp_win-c编写的程序转话成gx工程。2）在写入其他格式的文件选项下可以将用本软件在编写的程序工程转化为fx工程。,(2)在线菜单,1）在传输设置中可以改变计算机与plc通信的参数。,2）选择plc读取、plc写入、plc效验可以对plc进行程序上传.下载.比较操作。,3）选择不同的数据可对不同的文件进行操作。,4）选择监视选项可以去对plc状态实行实时监视。5）选择调试选项可以完成对plc的软元件测试，强制输入输出和程序执行模式变化等操作。,实训设备简介：,plc实训,实验一基本指令的编程练习（自习）,(一)与或非逻辑功能实验,实验目的1.熟悉plc实验装置2.熟悉plc及实验系统的操作3.掌握与.或.非逻辑功能的编程方法,实验原理调用plc基本指令，可以实现“与”“或”“非”逻辑功能,输入/输出接线列表,实验步骤,梯形图参考程序,梯形图参考程序,一、实验目的认识定时器，掌握针对定时器的正确编程方法二、实验原理定时器的控制逻辑是经过时间继电器的延时动作，然后产生控制作用。其控制作用同一般继电器。三、梯形图参考程序,(二)定时器功能实验,一、实验目的掌握定时器的扩展及其编程方法二、实验原理由于plc的定时器都有一定的定时范围围。如果需要的设定值超过机器范围，我们可以通过几个定时器的串联组合来扩充设定值的范围。三、梯形图参考程序,定时器扩展实验,实验二三相异步电动机点动和自锁控制,一、实验目的了解使用plc代替传统继电器控制回路的方法及编程技巧，理解并掌握三相异步电动机的点动和自锁控制方式及其实现方法。二、实验仪器1.thpjw-1a型高级维修电工实训考核装置一台2.安装有gxdeveloper编程软件的计算机一台3.sc-09下载电缆一根4.实验导线若干5.三相异步电动机一台,三、实验内容及说明,1.点动控制启动：按启动按钮sb1，x0的动合触点闭合，y1线圈得电，即接触器km2的线圈得电，0.1s后y0线圈得电，即接触器km1的线圈得电，电动机作星形连接启动。每按动sb1一次，电机运转一次。2.自锁控制启动：按启动按钮sb2,x1的动合触点闭合，y1线圈得电，即接触器km2的线圈得电，0.1s后y0线圈得电，即接触器km1的线圈得电，电动机作星形连接启动。只有按下停止按钮sb3时电机才停止运转。,（本实验中，plc对电机的控制方式分两种）,四、实验接线图,五、梯形图程序（自编）,实验二三相异步电动机点动和自锁控制,220v,二、fx2系列plc简介,plc的主要生产厂家,欧洲：西门子（siemens）；法国的te（telemecanique）公司美国：a-b（allen-bradly）、ge（generalelectric）公司日本：三菱电机（mitsubishielectric）、欧姆龙（omron）、fuji,注：日本主要发展中小型plc，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜。,fx系列plc型号,子系列名称：on、os、2c、2nc、1n、1s输入输出点数：输入输出的合计点数（4128点）单元类型：m基本单元；e输入输出混合扩展单元及扩展模块；ex输入专用扩展模块；ey输出专用扩展模块。,输出形式（其中输入专用无记号）：r继电器输出；t晶体管输出；s晶闸管输出特殊物品的区别（电源和输入、输出类型等特性）：d、a1、h、v、c、f等如：ddc电源，dc输出如：特殊物品无记号ac电源，dc输入，横式端子排、标准输出（继电器输出为2a/1点、晶体管输出0.5/1点、晶闸管输出0.3a/1点的标准输出）,plc的硬件结构,fx2系列plc为整体结构，由基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊适配器等组成。,基本单元：由cpu、存贮器、i/o电路、电源等组成一个完整的控制系统，可单独使用。,扩展单元：内部没有cpu、存贮器。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。,扩展模块：以8为单位扩充输入、输出点数。内部没有cpu、存贮器、电源。必须由基本单元或扩展单元供给。,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的基本单元和扩展单元：,思考题：,f系列可编程序控制器系统是由基本单元、()、编程器、用户程序、写入器和程序存入器等组成。a、键盘b、鼠标c、扩展单元d、外围设备在f-20系列可编程序控制器辅助继电器中，每()个辅助继电器构成一个移位寄存器。a、2b、4c、8d、12定时器相当于继电控制系统中的延时继电器。f-40系列可编程序控制器最小设定单位为()。a、0.lsb、0.2sc、0.3sd、0.4s,c,c,()f-20mr表示f系列基本单元，输入和输出总点数为20，晶闸管输出方式。()f系列可编程序控制器地址是按十进制编制的。()f-20mr可编程序控制器计数器的点数是12。,思考题（判断对错）：,a,plc的主要技术指标及外部接线,见参考教材p160164,plc内部编程元件,（一）输入继电器（x）作用：用来接受外部输入的开关量信号。输入端通常外接常开触点或常闭触点。编号：x000x007x010x017说明：1）输入继电器以八进制编号。fx2系列plc带扩展时最多可有184点输入继电器（x0x267）。2）输入继电器只能输入驱动，不能程序驱动3）可以有无数的常开触点和常闭触点。4）输入信号（on、off）至少要维持维持一个扫描周期。,（二）输出继电器（y）作用：输出程序运行的结果，驱动执行机构控制外部负载。编号：y000y007y010y017说明：1）输出继电器以八进制编号。fx2系列plc带扩展时最多可有184点输入继电器（y0y267）。2）输入继电器只能程序驱动，不能外部驱动3）输出模块的硬件继电器只有一个常开触点，梯形图中输出继电器的常开触点和常闭触点可以多次使用。,（三）辅助继电器（m）：中间继电器(p167)辅助继电器是用软件实现，是一种内部的状态标志，相当于继电器控制系统中的中间继电器。说明：1）辅助继电器以十进制编号。2）辅助继电器只能程序驱动，不能接收外部信号，也不能驱动外部负载。3）可以有无数的常开触点和常闭触点。,（四）状态寄存器（s）作用：用于编制顺序控制程序的状态标志。1）初始化用：s0s9这10个状态寄存器作为步进程序中的初始状态用。2）通用：s10s127这118个状态寄存器作为步进程序中的普通状态用。注：不使用步进指令时，状态寄存器也可当作辅助继电器使用。,（五）定时器（t）作用：定时器相当于继电控制系统中的延时继电器。f-40系列可编程序控制器最小设定单位为0.ls。,(六)计数器（c）计数器：对内部元件x、y、m、t、c的信号进行记数（记数值达到设定值时计数动作）。,（七）数据寄存器（d）用来存储plc进行输入输出处理、模拟量控制、位置量控制时的数据和参数。,（a）继电器原理图,（b）plc接线图,（c）梯形图,输入端,输出端,梯形图编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演化而来。他们许多图形符号与继电器控制系统有对应关系（如下图所示）。,符号对照,三、plc指令系统及编程方法,梯形图编程规则及注意事项,（一）梯形图编程规则1、按从左到右（串联）、自上而下（并联）的顺序编制。每个继电器线圈为一逻辑行，每个逻辑行起于左母线，经过触点、线圈，止于右母线。注意：（a）左母线与线圈之间一定要有触点。（b）线圈与右母线之间不能有任何触点。（c）每个逻辑行最后都必须是继电器线圈。下图画法均不正确：2、触点有几个串联回路并联时，触点较多的块应放在上面，以减少存储单元。图（a）的画法不合理（但是允许的），应当改为图（b）的画法。,（不合理）,（合理）,（a）,（b）,（a）,（b）,3、触点几个并联回路串联时，触点较多的并联回路应放在梯形图的最左面。,（a）,（b）,4、重新编排电路：如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路。然后再进行编程就比较容易。,5、输出线圈不能是输入继电器ir或特殊继电器sr。,6、不准双线圈输出：如果同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。,plc编程步骤,1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。2）分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到plc，哪些是外围设备是接收来自plc信号的。并将plc的输入.输出口与之对应进行分配。3）设计plc程序画出梯形图。梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。4）实现用计算机对plc的梯形图直接编程。5）对程序进行调试（模拟和现场）。6）保存已完成的程序。,基本指令,例：,例：,例：,例：,方法1：方法2：0ldx0000ldx0001anix0011anix0012ldix0022ldix0023andx0033andx0034orb4ldix0045ldix0045andx0056andx0056orb7orb7orb8outy0008outy000,0ldx0005ldix0041orix0026orx0052ldix0017anb3orx0038outy0004anb,主控触点指令与主控复位指令（mc/mcr）,mc主控指令：母线转移，mc指令只能用于输出继电器y和辅助继电器m（不包括特殊辅助继电器）。mcr主控复位指令：母线复位，主控区结束。mc/mcr指令：用于许多线圈同时受一个或一组触点控制，以节省存储单元。主控触点在梯形图中与一般触点垂直。,置位、复位指令（set、rst）,d：数据寄存器v、z：变址寄存器set置位指令：保持线圈得电rst复位指令：保持线圈失电,注：x000一接通y000得电，即使再断开，y000仍继续保持得电。同理x002一接通即使再断开，y000也将保持失电。说明：1）对同一元件可以多次使用set、rst指令，最后一次执行的指令决定当前的状态。2）rst指令可以用来复位积算定时器t246t255和计数器。如不希望计数器和积算定时器具有断电保持功能，可在用户程序开始运行时用初始化脉冲m8002复位。3）任何情况下，rst指令都优先执行。,8、上升沿微分、下降沿微分指令（pls、plf）,说明：pls上沿脉冲指令：仅在驱动输入的，使线圈得电一个扫描周期。plf下沿脉冲指令：仅在驱动输入的，使线圈得电一个扫描周期。,思考题：,根据液压控制梯形图下列指令正确的是()。,根据主轴控制梯形图下列指令正确的是()。,a、ori30b、ld30c、ldi30d、or30,a、ld01b、ldi01c、or01d、and01,d,a,根据滑台向前控制梯形图下列指令正确的是()。,a、ori33b、or33c、and33d、ani33,根据滑台向后控制梯形图下列指令正确的是()。,a、ld06、ani03b、ld06、and03c、ld100、ori06d、ld100、0r06,d,b,根据工件松开控制梯形图下列指令正确的是()。,a、and07、ld30b、ld07、and30c、ldi07、and30d、and07、and30,d,f系列可编程序控制器常闭点用()指令。a、ldb、ldic、ord、orif系列可编程序控制器中的ani指令用于()。a、常闭触点的串联b、常闭触点的并联c、常开触点的串联d、常开触点的并联f系列可编程序控制器常闭触点的并联用()指令。a、andb、oric、anbd、orbf系列可编程序控制器中回路并联连接用()指令。a、andb、anic、anbd、orb,b,a,b,d,f系列可编程序控制器中回路串联连接用()指令。a、andb、anic、orbd、anbrst指令用于()和计数器的复位。a、特殊继电器b、辅助继电器c、移位寄存器d、定时器用()指令可使ld点回到原来的公共线上。a、cjpb、ejpc、mcd、mcr()指令为跳步结束指令。a、mcb、mcrc、cjpd、ejp,d,c,d,d,先利用程序查找功能确定并读出要删除的某条指令，然后按下()键，随删除指令之后步序将自动加1。a、instrb、insc、deld、end,c,编程例：,三相异步电动机联锁正、反转控制,控制要求：点击sb1，接触器km1.km3得电，电机正转；点击sb2，接触器km2.km3得电，电机反转。点击sb3，电机停止转动；km1与km2必须形成互锁。,三相异步电动机的旋转方向取决于三相电源接入定子绕组的相序，故只要改变三相电源与定子绕组连接的相序即可改变电动机旋转方向。,1、确定系统的输入、输出设备。,输入:,输出:,2、编制控制系统的梯形图,x0,x1,x2,y0,y1,y2,实验三三相鼠笼式异步电动机带延时正反转控制,一、实验目的了解用plc控制代替传统接线控制的方法，编制程序通过延时来控制电机的正反转。二、实验说明按启动按钮sb1，x0触点闭合，km1.km3线圈得电，电机正转；延时5s后，km1线圈失电，km2线圈得电，电机反转；按启动按钮sb2，x1触点闭合，km2.km3线圈得电，电机反转；延时5s后，km2线圈失电，km1线圈得电，电机正转；按停止按钮sb3，各接触器线圈均失电，电机停止运转。三、实验接线图,220v,按启动按钮sb1，x0触点闭合，km1.km3线圈得电，电机正转；延时5s后，km1线圈失电，km2线圈得电，电机反转；按启动按钮sb2，x1触点闭合，km2.km3线圈得电，电机反转；延时5s后，km2线圈失电，km1线圈得电，电机正转；按停止按钮sb3，各接触器线圈均失电，电机停止运转。,三、实验接线图,四、梯形图参考程序,步进指令及状态编程,fx2n系列plc的步进指令：步进接点指令stl；步进返回指令ret。,步进顺控的编程原则：先进行负载驱动处理，然后进行状态转移处理。,步进返回指令ret：说明：1）梯形图符号：2）功能：返回主母线。步进顺序控制程序的结尾必须使用ret指令。,1、状态的三要素状态转移图中的状态有驱动负载、指定转移目标和指定转移条件三个要素。图中y5：驱动的负载；s21：转移目标；x3：转移条件。,状态转移图的梯形图和写指令表,例：液压工作台的步进指令编程，状态转移图、梯形图、指令表如图所示。,功能指令,功能指令主要用于处理大量的数据处理，需设置大量的用于存贮数据的软元件。（具体指令见p182196表）,cjcallsftrsftlzrst(成批复位),编程例：,实验四三相异步电动机带限位自动往返运动控制,下图为三相异步电动机带限位自动往返控制图。当工作台的档块停在限位开关sq1和sq2之间的任意位置时，可以按下任一起动按钮sb1或sb2使工作台向任一方向运动。例如按下正转按钮sb1，电动机正转带动工作台左进。当工作台到达终点时档块压下终点限位开关sq2，sq2的常闭触点断开正转控制回路，电动机停止正转，同时sq2的常开触点闭合，使反转接触器km2得电动作，工作台右退。当工作台退回原位时，档块又压下sq1，其常闭触头断开反转控制电路，常开触点闭合,使接触器km1得电，电动机带动工作台左进,实现了自动往返运动。,实验内容：鼠笼机接成y接法，实验线路电源接三相电压输出(u.v.w)。按实验接线图接线，1.开启控制屏电源总开关。2.按下sb1，使电动机正转，运转约半分钟。(或按sb2反转,工作过程与sb1相反)3.用手按sq2(模拟工作台左进到达终点，档块压下限位开关)，观察电动机应停止正向运转，并变为反向运转。4.反转约半分钟，用手按sq1(模拟工作台后退到达原位，档块压下限位开关)，观察电动机应停止反转并变为正转。5.重复上述步骤，应能正常工作。6.按sb3电动机停转。,实验接线图,220v,梯形图,四、应用技能训练,第一节plc应用系统的设