项目1 PLC应用准备

主编谢孝良,PLC原理及应用,高等教育出版社,模块1入门应用模块,入门应用模块是本书最基础的模块，主要介绍PLC的基本知识、项目实训应用准备及三菱FX2N系列PLC的基本指令和基本编程方法。要求达到以下学习目标：了解PLC的基本知识；了解PLC项目的准备工作；初步了解和掌握PLC基本指令的应用；初步了解和掌握PLC的基本编程方法；初步掌握PLC项目的解决方法。,模块学习目标,项目1PLC应用准备项目2PLC编程软件使用项目3电动机单向点动运行的PLC控制项目4电动机单向连续运行的PLC控制项目5电动机正反转连续运行的PLC控制项目6电动机Y/启动的PLC控制项目7两台电动机主控选择的PLC控制项目8灯光闪烁的PLC控制项目9灯光的停电保持控制,模块项目,本模块包括九个项目：,项目1PLC应用准备,目标与要求,了解PLC的产生、定义、特点、应用范围、发展趋势；了解PLC的硬件和软件；理解PLC的工作原理；了解PLC的主要技术指标及分类；了解PLC应用的有关准备工作。,项目1PLC应用准备,模块1入门应用模块,1.PLC的产生,项目实施,常用的几种小型PLC如图1-1-1所示。,（a）西门子,（b）三菱,（c）欧姆龙,（d）汇川,图1-1-1常用的几种小型PLC,（一）认识PLC,项目1PLC应用准备,模块1入门应用模块,国际电工委员会（IEC）在1987年颁布了PLC的标准草案，对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用设计。它采用可编程的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入/输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按照易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。可编程序控制器对用户来说，是一种智能控制器，改变程序即可改变生产工艺，是易于与工业控制系统连成一体的工业计算机。,项目实施,项目1PLC应用准备,（一）认识PLC,2PLC的定义,模块1入门应用模块,（1)可靠性高，抗干扰能力强（2）编程简单，使用方便（3）控制程序可变，具有很好的柔性（4）功能完善（5）扩充方便，组合灵活（6）减少了控制系统设计及施工的工作量（7）体积小、重量轻，是“机电一体化”较理想的控制设备,项目实施,项目1PLC应用准备,（一）认识PLC,3PLC的特点,模块1入门应用模块,PLC应用领域很广,目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：（1）开关量逻辑控制（2）运动控制（3）过程控制（4）数据处理（5）通信联网,项目实施,项目1PLC应用准备,（一）认识PLC,4PLC应用范围,模块1入门应用模块,（1）向高速度、大容量方向发展（2）向超大型、超小型两个方向发展（3）PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力（4）增强外部故障的检测与处理能力（5）编程语言多样化,项目实施,项目1PLC应用准备,（一）认识PLC,5PLC的发展趋势,模块1入门应用模块,PLC种类繁多，功能多样，但由于PLC实质上是一种工业控制计算机，所以同样具有计算机的典型结构，即由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、扩展接口、电源等部分。如图1-1-2所示。,项目实施,项目1PLC应用准备,（二）PLC的硬件和软件,1PLC的基本硬件构成,图1-1-2PLC基本硬件构成,模块1入门应用模块,PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入输出处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。PLC使用的编程语言共有5种:（1）梯形图语言（2）指令表语言（3）逻辑图语言（5）高级语言,项目实施,项目1PLC应用准备,（二）PLC的硬件和软件,2PLC的软件,模块1入门应用模块,PLC的CPU采用循环扫描的工作方式。如图1-1-10所示，一般包括五个阶段：内部诊断与处理、与外设进行通讯、集中输入采样、执行用户程序和集中输出刷新。当PLC方式开关处于STOP时，只执行前两个阶段：内部诊断与处理，与外设进行通讯；当PLC方式开关处于RUN时，五个阶段都要执行。五个阶段所用时间称为一个扫描周期。,项目实施,项目1PLC应用准备,（三）PLC的工作原理,图1-1-10PLC的循环扫描的工作方式,模块1入门应用模块,PLC进行自诊断等内部检查处理，确定PLC自身的动作是否正常。如CPU、电池电压、程序存储器、IO和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。,项目实施,项目1PLC应用准备,（三）PLC的工作原理,1内部处理阶段,模块1入门应用模块,在该阶段PLC检查有无通讯任务，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理，并对通讯数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。,项目实施,项目1PLC应用准备,（三）PLC的工作原理,2通讯处理阶段,模块1入门应用模块,在该阶段PLC顺序读取每个输入端的状态，并将其存入到我们称之为输入映像寄存器的内储单元中。当进入程序执行阶段，如输入端状态发生改变，输入映象区相应的单元信息并不会跟着改变，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段输入映象区相应的单元信息才会改变。因此，PLC会忽视掉小于扫描周期的输入端开关量的脉冲变化。,项目实施,项目1PLC应用准备,（三）PLC的工作原理,3集中输入采样阶段,模块1入门应用模块,PLC从用户程序0步开始，按先上后下，先左后右的顺序扫描用户程序并进行逻辑运算。PLC按输入映象区的内容进行逻辑运算，并把运算结果写入到输出映象区，而不是直接输出到端子。,项目实施,项目1PLC应用准备,（三）PLC的工作原理,4程序执行阶段,模块1入门应用模块,PLC根据输出映象区的内容改变输出端子的状态。这才是PLC的实际输出。,项目实施,项目1PLC应用准备,（三）PLC的工作原理,5.集中输出刷新阶段,模块1入门应用模块,存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字节，而大型机的用户存储器容量为几万字节。,项目实施,项目1PLC应用准备,（四）PLC的主要技术指标,1存储容量,模块1入门应用模块,输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号个数和输出信号个数的总和，是衡量PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。,项目实施,项目1PLC应用准备,（四）PLC的主要技术指标,2I/O点数,模块1入门应用模块,扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/千步为单位。通常为10ms/千步。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。,项目实施,项目1PLC应用准备,（四）PLC的主要技术指标,3扫描速度,模块1入门应用模块,指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。,项目实施,项目1PLC应用准备,（四）PLC的主要技术指标,4指令的功能与数量,模块1入门应用模块,在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。,项目实施,项目1PLC应用准备,（四）PLC的主要技术指标,5内部元件的种类与数量,模块1入门应用模块,在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。,项目实施,项目1PLC应用准备,（四）PLC的主要技术指标,5内部元件的种类与数量,模块1入门应用模块,为实现一些特殊功能，PLC还配置了各种特殊功能模块，特殊功能模块种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能模块的开发，特殊功能模块种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大。,项目实施,项目1PLC应用准备,（四）PLC的主要技术指标,6特殊功能模块,模块1入门应用模块,PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。,项目实施,项目1PLC应用准备,（四）PLC的主要技术指标,7可扩展能力,模块1入门应用模块,（1）整体式PLC（2）模块式PLC,项目实施,项目1PLC应用准备,（五）PLC的分类,1按结构形式分类,2按功能分类,（1）低档PLC（2）中档PLC（3）高档PLC,3按I/O点数分类,(1)小型PLC(2)中型PLC(3)大型PLC,模块1入门应用模块,FX系列部分型号PLC如图1-1-11所示,项目实施,项目1PLC应用准备,（六）PLC实训准备,1可编程控制器,（a）FX1N-40MR(b)FX1S-20MR(c)FX2N-32MR(d)FX1NC,(e)FX2N-48MR(f)FX2N-64MR(g)FX2NC-32MT(h)FX3U,模块1入门应用模块,（1）三菱FX系列PLC型号命名,项目实施,项目1PLC应用准备,（六）PLC实训准备,1可编程控制器,系列序号：0、0S、0N、2、2C、1S、2N、2NC、3U。I/O总点数：10256。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：R继电器输出；T晶体管输出；S晶闸管输出。特殊品种区别：DDC电源，DC输入；A1AC电源，AC输入；H大电流输出扩展模块（1A/1点）；V立式端子排的扩展模块；C接插口输入输出方式；F输入滤波器1ms的扩展模块；LTTL输入扩展模块；S独立端子（无公共端）扩展模块。,模块1入门应用模块,（2）FX2N系列PLC内部软元件(内部继电器),项目实施,项目1PLC应用准备,（六）PLC实训准备,1可编程控制器,将PLC内部存储器的一位或存储单元均称为软元件。当软元件产生的是继电器功能时，称这类元件为软继电器，简称继电器，它不是物理意义上的实物器件，而是一定的存储单元与程序的结合产物。后面介绍的各类继电器、定时器、计数器都指此类软元件。PLC软元件的数目及种别是由PLC监控程序规定的，它的规模决定着PLC整体功能及数据处理的能力。我们在使用PLC时，主要查看相关的操作手册。FX2N系列PLC内部软元件见附录A,模块1入门应用模块,项目实施,项目1PLC应用准备,（六）PLC实训准备,2实训模块,本书项目接线所用的主要模块如图1-1-12所示。,（a）PLC模块,（b）变频器模块,（c）电源模块,（d）按钮模块,（e）电动机模块,（f）铁塔之光模块,（g）交通灯模块,（h）洗衣机模块,（i）水塔水位控制模块,（j）控制电器模块,模块1入门应用模块,项目实施,项目1PLC应用准备,（六）PLC实训准备,3编程软件,本书采用三菱公司的FX2N系列的PLC，该生产商为用户提供了两种编程软件，分别是SWOPCFXGPWINC和GXDeveloper，这两种软件都可以使用，本书以SWOPCFXGPWINC为主。,模块1入门应用模块,项目拓展,项目1PLC应用准备,1PLC硬件主要措施,(1)屏蔽(2)滤波(3)隔离(4)联锁,2PLC软件主要措施,(1)故障检测(2)信息保护和恢复(3)设置警戒时钟WDT(4)加强对程序的检查和检验(5)对程序及动态数据进行电