PLC工作原理和结构特点.ppt

PLC基础及应用,第二章可编程序控制器工作原理和结构特点,2,2.1可编程序控制器的工作原理2.2可编程序控制器的性能指标2.3可编程序控制器的编程语言2.4三菱FX2N系列PLC介绍,本章主要内容,3,本章学习要求,掌握各种低压电器元器件，PLC的工作原理，编程语言及三菱FX2N系列的结构特点了解可编程序控制器的性能指标及编程语言的分类,4,交流接触器中间继电器时间继电器热继电器熔断器主令电器电动机启动电气原理图开关量逻辑功能的实现,预备知识,5,交流接触器,作用：用来接通或断开电动机或其他设备的主电路。构成：技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。,触头系统：主触头、辅助触头常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧,6,动作过程：,线圈通电,衔铁被吸合,触点闭合,接通电源,7,220,8,接触器的有关符号：,主触点用于主电路(流过的电流大，需加灭弧装置）辅助触点用于控制电路（流过的电流小，无需加灭弧装置）,9,中间继电器,线圈常开触头常闭触头,中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别：接触器的主触点可以通过大电流；继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于机床的控制电路中。,10,时间继电器,作用：时间继电器是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后触头才动作的继电器。适用于定时控制。,按延时方式分,通电延时型断电延时型,数控机床中一般由计算机软件实现时间控制。,11,时间继电器的文字符号和图形符号,a)一般线圈符号b)通电延时线圈c)断电延时线圈d)延时闭合的动断触点e)延时断开的动断触点f)延时断开的动合触点g)延时闭合的动断触点h)瞬时动合触点i)瞬时动断触点,12,作用：热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。,热继电器,型式：双金属片式：利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作热敏电阻式：利用电阻值随温度变化而变化的特性制成易熔合金式：利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,13,发热元件,I,常闭触头,工作原理：发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。,结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。,14,热继电器的符号,发热元件,串联在主电路中，主触头,串联在控制电路中，辅助触头,15,作用：短路和严重过载保护（供电线路和电气设备）分类：,熔断器,瓷插式RC,螺旋式RL,有填料式RT,无填料密封式RM,快速熔断器RS,自恢复熔断器,16,1）熔体：既是感测元件又是执行元件，安装在被保护的电路中。低熔点的金属材料（铅、锡、铜、银及其合金）丝状、带状、片状。2）熔管（安装溶体的外壳）：安装熔体和在熔体熔断时灭弧。,组成：,工作原理：电流热效应,1）正常：i=ie温度ie温度熔点熔体熔断切断电路,17,熔断器图形符号,18,主令电器,主要用于接通、分断电路，用于发送控制指令的电器,按钮行程开关接近开关万能转换开关,继电器类型：,19,控制按钮,常开(动合)按钮,常闭(动断)按钮,复合按钮,分类：,20,按钮种类：,1）颜色：红停止、急停绿起动黑点动黑白（白色、灰色）-启动、停止交替动作蓝色-复位2）结构：蘑菇急停指示灯式指示钥匙安全平钮一般,按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。,21,行程开关,作用：用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护。结构：行程开关是由操作机构、触点系统和外壳等部分成。,结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。,常开（动合）触头,常闭（动断）触头,电路符号,22,(b)示意图,(a)外形图,外形图和结构：,23,万能转换开关,24,接近开关,25,自锁的作用,KM,SB2,A,B,C,KM,FU,Q,SB1,鼠笼式电动机直接起动控制电路,按下按钮（SB2），线圈（KM）通电，,即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机连续运转。,26,利用PLC实现控制功能原理,27,KM,SB1,KM,SB2,FR,A,B,C,KM,FU,QS,FR,异步机的直接起动+过载保护,28,预备知识,实现开关量的逻辑运算,29,2.1可编程序控制器的工作原理2.2可编程序控制器的性能指标2.3可编程序控制器的编程语言2.4三菱FX2N系列PLC介绍,本章主要内容,30,2.1PLC的工作原理,PLC采用循环扫描工作方式，它周而复始的依一定的顺序来完成PLC所承担的系统管理工作和应用程序的执行。循环扫描工作是一种分时串行处理方式，与继电控制系统的并行处理方式是完全不同的。,31,2.1.1PLC的工作模式,PLC有运行（RUN）与停止（STOP）两种基本工作模式(工作状态)，有内部处理等五种工作处理阶段顺序进行,32,STOP,STOP模式主要执行操作1、内部处理：检查CPU内部硬件，定时器复位及有关内部工作2、通信服务：与编程器进行信息交流,2.1.1PLC的工作模式,33,STOP,RUN,RUN模式执行操作：1、内部处理2、通信服务3、输入处理4、程序执行5、输出处理,2.1.1PLC的工作模式,PLC主要在RUN模式，只有在改变程序时在STOP模式,34,2.1.2扫描工作过程,3、输入处理：将外部输入电路状态集中读入输入映像寄存器,通断的信号在映像寄存器，分别为1和0,35,2.1.2扫描工作过程,4、程序处理：对用户程序（梯形图）按先左后右，先上后下逐步执行程序指令。并根据执行结果不断刷新映像寄存器。,36,2.1.2扫描工作过程,5、输出处理：将内部输出元件状态集中转存到输出锁存寄存器，并通过外部电路驱动实际负载,滞后时间最大的滞后时间为2个扫描周期,37,几个概念介绍：一、扫描作用方式及特点二、扫描周期三、输入输出滞后时间,2.1.2扫描工作过程,38,一、扫描作用方式及特点PLC的这种按照工作阶段，周而复始的依一定的顺序完成工作的方式，称做循环工作扫描方式。不同于计算机和继电控制,2.1.2扫描工作过程,39,计算机：等待方式、中断处理PLC：循环扫描、周而复始继电控制：硬件通断，并行工作,循环扫描工作方式特点是避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失陪的问题。可靠性高、抗干扰能力强；但存在着相应滞后，反应不及时的问题。,2.1.2扫描工作过程,40,二、扫描周期,PLC在RUN工作模式时，执行一次从内部处理到输出处理五个阶段扫描操作所需的时间叫扫描周期。扫描周期越短越好，主要与用户程序执行有关和PLC中CPU的主频有关。从8位到16位到32位扫描周期一般在100ms以内，大于200ms就不能用，需优化程序。,2.1.2扫描工作过程,41,三、输入输出滞后时间,输入输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻到它控制的相关输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。一般情况下影响不大，PID一般需考虑。,2.1.2扫描工作过程,42,2.2PLC的主要性能指标,性能含义及指标I/O点数PLC控制系统所能接入的I/O最大数量存储容量存放应用程序的存储器容量，用K步表示扫描速度执行1000条基本指令的时间，用ms/K步表示编程语言能使用编程语言的种数指令功能指令的多少及综合性指令的数量,43,2.3PLC的编程语言,PLC是一种工业控制计算机，其软件必然是通过编程语言来编辑的。目前PLC常用的编程语言有梯形图、指令语句表和顺序功能图。功能块图和结构文本高级语言则存在于某些PLC中。部分编程语言的指令将以三菱PLC为例介绍,44,一、指令表(IL),指令语句表也叫助记符或列表，是基于字母符号的一种语言，类似于计算机的汇编语言。指令语句表编程语言具有容易记忆、便于操作的特点，可直接用简易编程器进行编程，无需任何编程软件。通过编译程序转化成二进制执行。与其它语言多有一一对应的关系。指令语句表是最基本的编程语言，其缺点是可连续性较差,0LDX0ORY0ANIX1OUTY0END,逻辑代数表达式：,45,二、梯形图(LD),梯形图与继电控制电器原理图很相似，是一种基于梯级的图形符号逻辑语言。具有直观易懂，容易理解和阅读的编程语言。梯形图是目前使用最多的PLC编程语言，也是我们要求必须熟练掌握的语言。在编程软件上，梯形图和指令表可直接互相进行编译。,46,注：梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。常开触点：常闭触点：线圈：它们并非是物理实体，而是“软继电器”。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。,二、梯形图(LD),47,梯形图的编程格式：,梯形图执行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。图左边为起始母线，右边为终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于继电器线圈或终止母线(有些PLC终止母线可以省略)。梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。程序结束时要有结束符END,48,三、顺序功能图(SFC),顺序功能图是一种位于其他编程语言之上的图形语言。主要用来编制顺序控制程序。其特点是程序控制直观，条理清楚，比梯形图更方便于程序人员之间理解和沟通。在PLC中，顺序功能图仅是一种辅助编程工具，必须将它转换成梯形图才能送入PLC中执行。,49,四、功能块图,功能块图是一种对应于逻辑电路的图形语言，它是用图形化的方法，以功能模块为单位，描述控制功能。其表达简练，逻辑关系清晰。使控制方案的分析和理解变得容易。广泛地应用于规模较大，控制关系复杂的过程控制中。功能块图仅在部分PLC中使用,西门子S7-300，S7-400。,50,五、结构文本,结构文本语言是一种与Basic、pasical或C语言等高级语言相类似的语言。可以说，是一种较简易的高级语言。结构文本语言对程序设计人员要求较高，所以目前还不大普及，仅个别PLC提供这类语言。,51,要求大家熟练掌握梯形图编辑。,注,52,2.4三菱FX2N系列PLC介绍,电源的接入通信口接入输入端接线输出端接线,：有源信号、无源信号,：继电器、晶体管、双向晶闸管输出,53,2.4.1型号识别,子系列名称输入、输出点数单元类型：M为基本单元，E为输入、输出混合扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块输出形式：R为继电器输出，T为晶体管输出，S为双向晶闸管输出电源和输入、输出类型等特性。无标记为DC输入，AC电源；D为DC输入，DC电源；UA1/UL为AC输入，AC电源。,54,2.4.2家族成员,基本单元,扩展单元,模拟量模块,运动量模块,55,扩展单元(E)：输入、输出扩展，带电源,一、扩展单元,扩展模块(不带电源),输入扩展,输出扩展,电源来自基本单元和扩展单元的24V电源,56,二、特殊模块,特殊模块,模拟量模块,运动量模块,脉冲量模块,通信模块,或者通信板,扩充存储器盒,57,2.4.3安装与接线,一、认识FX2NPLC,输出口指示灯,电源接入,输入端口,输出端口,输入口指示灯,电源运行及错误指示灯,特殊模块接口,通信接口,STOP/RUN转换开关,485BD板端子,58,二、安装,59,电源接入示意图,L,N,24+,COM,AC100V240V,DC24V,三、接线,第三种接地,60,通信口接线,三、接线,编程软件代替手持式编程器,61,特殊模块接口,每个模拟量模块都有一扁平电缆，直接插入扩展插口就可以，模块本身也有这种插口，与后续模块相连。三菱最多可以插7个。,三、接线,62,输入输出器件,PLC的控制作用：把开关量送到PLC用户程序处理，再把输出送到输出器件。通过输入开关控制输出的动作,三、接线,掌握,行程开关,按钮,传感器,电磁阀,喇叭,指示灯,发光二极管,继电器,63,信号输入端口,输入口的编址(FX2N-48MR),L、N输入继电器X编址：X0-X267(按八进制编址)X0-X7，X10-X17，。X260-X267顺序编制，不能跳跃。,三、接线,64,信号输入端口,三、接线,无源器件：如行程开关，按钮,有源器件：,光电开关使用直流电，通过外界条件的变化，晶体管导通,65,无源信号接入,三、接线,66,无源信号接入,三、接线,按钮,开关,FR,SQ,K,67,有源信号接入,NPN型传感开关接入,三、接线,68,有源信号接入,PNP型传感开关接入需外接电源,三、接线,69,同一端子不能接不同的电源端子和端子之间能不能连？,输出继电器Y编址：Y0-Y267(按八进制编址)Y0-Y7，Y10-Y17，。Y260-Y267顺序编制，不能跳跃,输出口接线,输出口的编址(FX2N-48MR),不同COM口,如果几个端子所需电源相同，则几个COM端相接,三、接线,70,输出方式,继电器双向晶闸管晶体管,既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载继电器起隔离和功率放大作用RC电路消除触点断开时产生的电弧,输出过程：内部电路使继电器线圈通电，它的常开触电闭合，外部负载得电工作。,三、接线,71,2、晶体管输出,输出过程：输出锁存器的信号经光耦合器送给输出晶体管，后者的饱和导通