模块六PLC及其应用

1、维修电工 主编：易小明 周新楠模块六PLC及其应用【目的与要求】【目的与要求】 通过对三菱FX2系列PLC基本单元的学习，熟悉PLC的基本结构与各部分的基本功能，掌握PLC的工作原理，并熟悉三菱FX2系列PLC的技术性能指标，掌握PLC输入/输出设备的接线，了解PLC技术应用的一般方法。课题一PLC基础课题一PLC基础【相关知识】【相关知识】 可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。一、一、P

2、LCPLC概述概述( (一一)PLC)PLC的特点的特点( (二二)PLC)PLC的种类的种类( (三三)PLC)PLC的基本结构的基本结构1.1.硬件系统硬件系统 PLC硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出单元、电源单元、编程器及其他外围设备组成，其结构框图如图6-1所示。图6-1PLC结构框图课题一PLC基础图6-2PLC输入接口电路(1)(1)中央处理单元中央处理单元(CPU)(CPU)(2)(2)存储器存储器(3)(3)输入输入/ /输出输出(I/O)(I/O)单元单元1)输入单元由输入端子和输入电路组成，用来接收和采集外部信号(开关量如按钮、开关、限位等；模拟量如电位器

3、、传感器、变送器等)，并将其转换成CPU能接收和处理的信号保存到存储器中，适时供CPU使用。输入单元有直流输入、交流输入和交直流输入三种类型。PLC输入接口电路如图6-2所示。课题一PLC基础图6-3PLC的输出接口电路2)输出单元由输出端子和输出电路组成，将PLC发出的输出信号，经输出电路、控制输出端子的接通和断开，以驱动外部负载。输出单元有继电器型、晶体管型、晶闸管型三种输出方式。PLC的输出接口电路如图6-3所示。(4)PLC(4)PLC电源单元电源单元(5)(5)编程器编程器2.2.软件系统软件系统课题一PLC基础二、二、PLCPLC编程元件编程元件 PLC内部有许多具有不同功能的元件

4、，实际上这些元件是由电子电路和存储器组成的，称为PLC软元件，并非实际的物理元件。1.1.输入继电器输入继电器(X)(X) 输入继电器与PLC的输入端相连，是PLC接收外部开关信号的元件，如开关、传感器等输入信号。输入继电器必须由外部信号来驱动，不能用程序驱动。输入继电器示意如图6-4左部所示。2.2.输出继电器输出继电器(Y)(Y) 输出继电器是PLC用来输送信号到外部负载的元件，输出继电器的外部输出触点接到PLC的输出端子上，驱动外部负载，如图6-4右部所示。3.3.辅助继电器辅助继电器(M)(M)4.4.状态器状态器(S)(S)5.5.定时器定时器(T)(T)6.6.计数器计数器(C)(

5、C)7.7.数据寄存器数据寄存器(D)(D)8.8.变址用寄存器变址用寄存器(V(V、Z)Z)9.9.常数常数(K(K、H)H)10.10.指针指针(P(P、I)I)课题一PLC基础图6-4输入、输出继电器示意图课题一PLC基础图6-5PLC的扫描工作过程三、三、PLCPLC的工作原理的工作原理( (一一) )扫描工作方式扫描工作方式 PLC有运行(RUN)与停止(STOP)两种工作模式。当处于停止(STOP)工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。当处于运行(RUN)工作模式时，PLC要进行内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。然后再按上述过程循环扫描工作，PL

6、C的扫描工作过程如图6-5所示。课题一PLC基础图6-6PLC执行程序的过程( (二二)PLC)PLC执行程序的过程及特点执行程序的过程及特点1.PLC1.PLC执行程序的过程执行程序的过程 PLC在运行状态，执行用户程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，如图6-6所示。 2.PLC2.PLC执行程序的特点执行程序的特点课题一PLC基础图6-7继电器控制电路与梯形图的比较四、四、PLCPLC的编程语言的编程语言 PLC与一般的计算机类似，在软件方面有系统软件和应用软件之分，只是PLC的系统软件由PLC生产厂家固化在ROM中，一般的用户只能在应用软件上进行操作，即通

7、过编程软件来编制用户程序。1.1.梯形图梯形图 梯形图编程语言与继电器控制电路图相似，具有形象、直观、实用的特点。传统继电接触器控制电路和PLC梯形图的比较，如图6-7所示。2.2.语句表语句表 语句表是一种类似汇编语言的助记符编程方式。下面指令是用FX2系列PLC语句表编程语言对图6-7梯形图的编程。课题一PLC基础图6-8FX2系列PLC的型号命名方式五、五、PLCPLC的型号及技术性能的型号及技术性能 FX2系列PLC是整体式和模块式相结合的叠状式结构。FX2系列PLC有一个16位微处理器和一个专用逻辑处理器，执行速度为0.74s/步，是运行较快的小型机之一。PLC可以通过扩展组成不同规

8、模的系统。1.1.型号命名方式型号命名方式 FX2系列PLC的型号命名方式如图6-8所示。课题一PLC基础表6-1FX2系列PLC的性能规格2.FX22.FX2系列系列PLCPLC及其性能及其性能 FX2系列PLC的性能规格见表6-1。课题一PLC基础表6-1FX2系列PLC的性能规格课题一PLC基础【目的与要求目的与要求】 通过对三菱FX2系列PLC基本指令系统的学习，掌握梯形图与语句表的编程方法，会使用手持编程器输入、调试程序。课题二PLC的指令与编程课题二PLC的指令与编程图6-15LD、LDI、OUT指令的使用说明【相关知识】【相关知识】一、一、PLCPLC的指令系统的指令系统 所有P

9、LC的编程都使用以继电器逻辑控制为基础的梯形图。梯形图通常有左右两条母线(有时只画左母线)，两母线之间是内部各软元件的常开、常闭触点及由内部软元件线圈形成的一条条平行的逻辑行(或称梯级)。本课题主要介绍其基本指令。1.1.逻辑取指令逻辑取指令LDLD、LDILDI及线圈驱动输出指令及线圈驱动输出指令OUTOUT LD、LDI、OUT指令的使用说明如图6-15所示。图6-16AND、ANI指令的使用说明2.2.触点串联指令触点串联指令ANDAND、ANIANI AND、ANI指令的使用说明如图6-16所示。课题二PLC的指令与编程图6-17OR、ORI指令的使用说明3.3.触点并联指令触点并联指

10、令OROR、ORIORI OR、ORI指令的应用如图6-17所示。课题二PLC的指令与编程图6-18ORB指令的使用说明之一4.4.串联电路块的并联指令串联电路块的并联指令ORBORB ORB为块或指令，用于两个或两个以上的触点串联的电路块并联。 ORB指令的使用说明之一如图6-18所示。 ORB指令的使用方法有两种：一种是在要并联的每个串联电路块后加ORB指令，如图6-19b所示语句表；另一种是集中使用ORB指令，如图6-19c所示语句表。课题二PLC的指令与编程图6-19ORB指令的使用说明之二课题二PLC的指令与编程图6-20ANB指令的使用说明5.5.并联电路块的串联指令并联电路块的串

11、联指令ANBANB ANB为块与指令，用于两个或两个以上触点并联连接的电路块之间的串联。 ANB指令的使用说明如图6-20所示。课题二PLC的指令与编程图6-21多重输出指令的使用说明6.6.多重输出指令多重输出指令MPSMPS、MRDMRD、MPPMPP MPS为进栈指令，MRD为读栈指令，MPP为出栈指令。这三个指令用于多重输出电路,可将连接点先存储，用于连接后面的电路。 多重输出指令的使用说明如图6-21所示。课题二PLC的指令与编程图6-22MC、MCR指令的使用说明7.7.主控及主控复位指令主控及主控复位指令MCMC、MCRMCR MC为主控指令，用于公共串联触点的连接。MCR为主控

12、复位指令，即MC的复位指令。在编程时，经常遇到多个线圈同时受一个或一组触点控制的情况。 MC、MCR指令的使用说明如图6-22所示。课题二PLC的指令与编程图6-23SET、RST指令的使用说明8.8.置位与复位指令置位与复位指令SETSET、RSTRST SET为置位指令，用于元件置位。 RST为复位指令，用于元件复位。 SET、RST指令的使用说明如图6-23a、b、c所示。 RST指令用于计算器、定时器的使用说明如图6-24所示。课题二PLC的指令与编程图6-24RST指令用于计算器、定时器的使用说明课题二PLC的指令与编程图6-25PLS、PLF指令的使用说明9.9.脉冲输出指令脉冲输

13、出指令PLSPLS、PLFPLF PLS指令在输入信号上升沿产生脉冲输出。 PLF指令在输入信号下降沿产生脉冲输出。 PLS和PLF指令的使用说明如图6-25a、b、c所示。10.10.空操作指令空操作指令NOPNOP11.11.程序结束指令程序结束指令ENDEND课题二PLC的指令与编程图6-26线圈右边无触点梯形图画法二、二、PLCPLC的程序设计的程序设计( (一一) )梯形图的设计规则梯形图的设计规则1.1.线圈右边无触点线圈右边无触点 梯形图中每一逻辑行从左到右排列，以触点与左母线连接开始，以线圈或功能指令与右母线(允许省略右母线)连接结束。不能将触点画在线圈右边，线圈必须通过触点才

14、能与左母线相连，不能直接与左母线相连，如图6-26a、b所示。课题二PLC的指令与编程图6-27多上串左梯形图画法2.2.触点多上串左触点多上串左 有串联电路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。有并联电路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左边。这种安排程序简洁、语句也少，如图6-27a、b所示。课题二PLC的指令与编程图6-28触点水平不垂直梯形图画法3.3.触点水平不垂直触点水平不垂直 梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上，如图6-28a、b所示，图6-28a中触点X2被画在垂直线上，就很难正确识别它与其他触点的关系及对输出线圈的控制方向。因此，根据自

15、上而下、自左至右的原则，应将图6-28a改画成图6-28b的形式。课题二PLC的指令与编程图6-29双线圈输出不可用4.4.双线圈输出不可用双线圈输出不可用 如果在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，如图6-29所示。一般不应出现双线圈输出。课题二PLC的指令与编程图6-30线圈可并联输出5.5.线圈可并联输出线圈可并联输出 在程序中,不同的线圈可以多个并联输出,如图6-30所示。课题二PLC的指令与编程图6-31通电延时的梯形图及时序图( (二二) )基本电路的编程基本电路的编程1.1.定时器定时器T T的应用的应用(1)通电延时

16、通电延时的梯形图及时序图如图6-31a、b所示。当X0得电延时5s后,输出Y0接通；当按下停止按钮X1后，输出Y0断开。(2)断电延时断电延时的梯形图及时序图如图6-32a、b所示。当X0接通后，输出Y0马上接通；当X0断开后，输出Y0延时5s后断开。课题二PLC的指令与编程图6-32断电延时的梯形图及时序图课题二PLC的指令与编程图6-33计数器应用的梯形图和时序图2.2.计数器计数器C C的应用的应用 计数器从0开始计数，计数端每来一个脉冲计数值加1，当计数值与设定值相等时，计数器触点动作。 计数器应用的梯形图和时序图如图6-33a、b所示。课题二PLC的指令与编程图6-34长延时电路的梯

17、形图及时序图3.3.长延时电路长延时电路 定时器加计数器实现长延时电路的梯形图及时序图如图6-34a、b所示。当X0接通后，延时20000s，输出Y0接通；当X0断开后，输出Y0断开。课题二PLC的指令与编程图6-35运料小车系统示意图及PLC I/O接线图( (三三)PLC)PLC程序的设计方法程序的设计方法1.1.经验设计法经验设计法 如图6-35a所示，运料小车在限位开关SQ1处装料(20s)，然后开始右行；到达限位开关SQ2后卸料(10s)，然后开始左行；这样不停地往复运动，直到按下停止按钮。(1)(1)分析控制要求，确定输入、输出设备分析控制要求，确定输入、输出设备绘制I/O接线图如

18、图6-35b所示。课题二PLC的指令与编程图6-36正反转控制梯形图( (2)2)典型单元梯形图程序的引入典型单元梯形图程序的引入小车的左右往复运动控制就是电动机的正反转控制(软件互锁、硬件互锁)，梯形图如图6-36所示。课题二PLC的指令与编程图6-37运料小车控制系统的梯形图(3)(3)完善梯形图以满足控制要求完善梯形图以满足控制要求1)小车在两处装料、卸料需要延时，应增加定时器T0、T1。2)延时结束，要使小车能自动继续左行或右行，应在Y2、Y3线圈自保点处分别并联定时器的延时触点T0、T1。3)小车到达SQ1或SQ2处要能自动停下，应在Y2和Y3线圈前串入相应限位开关的常闭触点X4、X

19、3，梯形图如图6-37a所示。4)若小车停在SQ1或SQ2处，为了使小车不自行起动，应加辅助继电器M0记忆起动停止信号，梯形图如图6-37b所示。课题二PLC的指令与编程图6-38Z3040型摇臂钻床电路原理图2.2.继电继电接触器控制电路移植法接触器控制电路移植法(1)(1)摇臂钻床的继电摇臂钻床的继电接触器控制电路接触器控制电路Z3040型摇臂钻床电路原理图如图6-38所示。主轴电动机由接触器KM1控制，摇臂升降电动机由接触器KM2、KM3控制，松开、夹紧(立柱、主轴箱)电动机由KM4、KM5控制。课题二PLC的指令与编程图6-39摇臂钻床PLC控制的I/O接线图和梯形图(2)(2)移植法

20、的基本方法和步骤移植法的基本方法和步骤1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路原理图分析并掌握控制系统的工作原理。2)确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图，即I/O接线图如图6-39a所示。3)确定与继电器电路原理图中的中间继电器和时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时器的元件号。4)根据上述对应关系画出梯形图，如图6-39b所示。(3)(3)设计注意事项设计注意事项课题二PLC的指令与编程图6-40LED显示屏的画面显示示意图三、三、PLCPLC编程器的使用编程器的使用( (一一) )手持式编程器手持式编程器1.1.编程器的概述编程器的概述2.F

21、X-20P-E2.FX-20P-E型手持编程器的组成型手持编程器的组成3.LED3.LED显示屏显示屏 FX-20P-E型手持编程器的LED显示屏能显示编程与编辑过程的操作状态、指令、软元件符号及地址、常数、参数等。LED显示屏较小，只能显示4行，每行16个字符。在编程时，LED显示屏的画面显示示意图如图6-40所示。课题二PLC的指令与编程图6-41FX-20P-E型手持编程器4.FX-20P-E4.FX-20P-E型手持编程器的操作面板型手持编程器的操作面板 FX-20P-E型手持编程器由液晶显示屏、ROM写入器接口、存储器卡盒的接口及由功能键、指令键、元件符号键和数字键等组成的键盘组成，

22、如图6-41所示。课题二PLC的指令与编程图6-42编程器上电后显示的内容( (二二) )编程器的操作过程编程器的操作过程1.1.操作准备操作准备2.2.方式选择方式选择 在方式选择时，用HPP的键操作进行联机/脱机方式的选择及功能选择。接通PLC电源后，HPP显示屏上将显示图6-42上部所示的画面，2s后将自动转入下一个画面。画面初始状态时，光标显示联机方式，按GO键，则确认为联机方式。如选择脱机方式，将光标移到OFFLINE位置，再按GO键。方式选择完后，再进行功能选择。3.3.编程操作编程操作4.4.监视监视/ /测试操作测试操作课题二PLC的指令与编程图6-43顺序功能图【知识拓展】【

23、知识拓展】 1.1.顺序功能图顺序功能图(SFC)(SFC)设计法概述设计法概述 在顺序控制的应用中，PLC的用户程序除了可以用梯形图编制以外，更常用顺序功能图(SFC)编程法来编制顺序控制类程序。顺序功能图包含步、动作、转换三个要素，又称为状态转移图。顺序功能图如图6-43所示。 2.SFC2.SFC的基本概念的基本概念【知识拓展】【知识拓展】3.3.步进顺控指令步进顺控指令(1)(1)步进触点指令步进触点指令STLSTL1)梯形图符号2)功能4)STL指令在梯形图中的表示如图6-44所示。(2)(2)步进返回指令步进返回指令RETRET(3)(3)顺序功能图的梯形图和语句表顺序功能图的梯形

24、图和语句表1)状态的三要素。顺序功能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6-44中，Y0为驱动负载，S21为指定转移目标，X1为指定转移条件。2)顺序功能图的编程方法。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。与步进触点指令STL相连的触点应使用LD或LDI指令，使用过STL指令后，应使用RET指令使LD或LDI点返回主母线。图6-44所示的指令如下：STLS20使用STL指令OUTY0 负载驱动处理LD X1 转移条件SET S21 转移处理【知识拓展】【知识拓展】图6-44STL指令与顺序功能图【知识拓展】【知识拓展】图6-45非连续顺序功能图(

25、4)(4)注意事项注意事项1)程序执行完某一步要进入到下一步时，要用SET指令进行状态转移，激活下一步，并把前一步复位。2)状态不连续转移时，用OUT指令。非连续顺序功能图如图6-45所示。【知识拓展】【知识拓展】图6-46选择序列4.4.顺序功能图的结构顺序功能图的结构1)单序列。它反映按顺序排列的步相继激活的一种基本进展情况，如图6-43所示。其特点是每个前级步的后面只有一个转换，每个转换的后面只有一步。每一步都按顺序相继激活。2)选择序列。一个活动步之后，紧接着几个后续步时，可采用选择序列，如图6-46所示，选择序列的各个分支都有各自的转换条件。其特点是一个前级步的后面紧跟着若干后续步可供选择，但一般只允许选择其中的一条分支。【知识拓展】【知识拓展】图6-47并列序列3)并列序列。当转换的实现条件导致几个分支同时激活时，采用并列序列。并列序列的有向连线水平部分用双线表示并进并出，如图6-47所示。其特点是一个前级步的后面紧跟着若干后续步，当转换实现时将后续步同时激活。【知识拓展】【知识拓展】图6-48跳步、重复和循环序列4)跳步、重复和循环序列。在实际系统中经常使用跳步、重复和循环序列。这些序列都是选择序列的特殊形式，如图6-48a、b、c所示。跳步序列的特点是当转换条件满足时，跳过几个后续步；重复序列的特点是当转换条件