教学材料《低压电器》-项目四

任务一PLC及其工作原理初识4.1.1认识PLC1.什么是PLCPLC是可编程控制器(ProgrammableLogicController)的简称，它是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前PLC已基本取代了传统的继电器控制系统，成为工业自动控制领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)的首位。图4-1是三菱FX2N系列小型PLC的主机外形图。下一页返回任务一PLC及其工作原理初识2.PLC工作原理初识

PLC最初是作为继电器一接触器控制线路的替代装置而产生的，它是如何取代继电器-接触器控制线路来实现自己的控制功能呢?我们通过一个简单的控制实例来加以说明。控制实例:三相异步电动机单向点动控制。

1)继电器一接触器电路控制方案继电器一接触器电路控制方案，如图4-2所示。特点:按钮SB与它所控制的接触器KM线圈在电路上直接相连。

2)采用PLC控制方案主电路:与图4-2(a)相同控制电路:采用图4-3。上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识3)两种方案的比较两者对电动机的点动控制效果相同。但是后者控制按钮SB与被控的接触器线圈之间在线路上没有直接的联系，硬件接线减少，只有PLC输入输出端较少的接线，靠PLC的信息转换和其内部存储的程序相配合来实现点动控制功能。

4)采用PLC实现控制功能的原理控制原理分析:(1)在PLC内部提供了几百甚至上千个虚拟继电器供用户编程使用。

(2)实际的电磁继电器与PLC内部虚拟继电器的比较，见表4-1。上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识(3)PLC的每个输入端子Xi，都等效地对应一个同名的输入继电器Xi,它的线圈由输入回路所驱动。

(4)PLC的每个输出端子YJ，都等效地对应一个同名的输出继电器YJ,它的线圈由程序驱动，它的一个常开触点接在PLC内部输出回路中。

(5)点动控制过程4.1.2PLC基本组成可编程控制器实质上是一种工业专用的计算机，它的结构与计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。PLC的结构示意如图4-4所示。上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识1.中央处理器单元CPUCPU是PLC的核心部件，它是PLC的运算和控制中心，由它实现算术和逻辑运算，并控制所有其他部件的操作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的，主要完成下列几项任务。

2.存储器存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。

3.输入/愉出单元(I/0单元)I/0单元是CPU与现场I/0装置或其他外部设备之间的连接部件。它将外部输入信号变换为CPU能接收的信号，或将CPU的输出信号变换为需要的控制信号去驱动控制对象(包括开关量和模拟量)，以确保整个系统正常工作。上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识1)开关量输入单元开关量输入单元的作用是把现场各种开关信号变成PLC内部处理的标准信号。开关量输入单元又可分为直流开关量输入单元和交流开关量输入单元。

2)开关量输出单元开关量输出单元的作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号，通常由隔离电路和功率放大电路组成。开关量输出单元有继电器、晶体管和晶闸管三种输出方式。

3)模拟量输入/输出单元模拟量信号在过程控制中的应用很广，如温度、压力、速度、流量、酸碱度、位移的各种工业检测都是对应于电压、电流的模拟量值，再通过一定运算(PID)后，达到控制生产过程的目的。上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识模拟量输入单元一般由滤波器、A/D转换器和光藕合器组成。

4.电源

PLC的电源分为三类:外部电源、内部电源和后备电源。在现场控制中，干扰侵入PLC的主要途径之一就是通过电源，因此，设计合理的电源是PLC可靠运行的必要条件。

5.编程器

PLC的特点是它的程序是可以改变的，要方便地加载和修改程序，编程器就成为PLC工作中不可缺少的设备。编程器除了编程以外，一般还具有检查、调试及监视功能，也可以通过它调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识4.1.3PLC工作流程

PLC采用周期循环扫描、集中输入/输出的工作方式，与传统的继电器接触器控制系统有明显的不同。传统的继电器一接触器控制系统采用硬逻辑并行运行的工作方式，即如果一个继电器线圈得电或失电，该继电器的所有触点都会立即动作;而PLC采用顺序逐条扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，必须等CPU扫描到该触点时才会动作。

PLC的一个扫描过程分5个阶段进行，即内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新5个阶段，如图4-9所示。上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识4.1.4PLC的应用与分类

1.PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于冶金、石油、化工、电力、机械制造、汽车、轻工、环保、娱乐等各行各业。2.PLC的分类4.1.5三菱FX2N系列PLC点动控制实现

1.PLC外部特征及端子认识对照FX2N一64MR基本单元外形图4-11，认识三菱FX2N系列PLC实物及面板，熟悉面板各部分功能。

FX2N系列PLC面板主要由外部接线端子、指示灯、接三部分组成。

上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识1)外AIS接线端子4、7

外部接线端子包括PLC电源(L,N),输入用直流电源(24+、COM),输入端子(X),输出端子(Y)和机器接地等。

2)指示灯AIS分1、3,83)接UAIS分5、102.PLC点动亮灯控制实现

1)接线按图4-12(a)进行PLC外部接线

2)开机将编程器与PLC通过专用电缆连接好，打开实验台电源，打开主机电源，将PLC设置为“STOP”工作方式，以便开始PLC外部接线和编程。上一页下一页返回任务一PLC及其工作原理初识3)清除内存在写入程序之前，一般需要将存储器中原有的内容全部清除。

4)输入程序

5)运行程序先将编程器的RD/WR方式设置为“R"(读);再将PLC的工作状态置于“RUN”状态，根据程序的要求，按下实验台的输入按钮XO，观察YO输出端所接指示灯是否按点动工作方式亮灭，体会这种控制方式与继电器一接触器控制线路的异同。上一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识4.2.1FX2N系列PLC外部连接

FX2N系列是三菱FX系列PLC中最高级的模块，它拥有极高的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，能满足从16到256路输入/输出多种应用的要求，属于一种小型整体式PLC。

1.FX系列PLC型号含义

FX系列PLC是日本三菱公司推出的小型PLC产品、其型号定义如图4-13所示。

2.PLC输入偷出回路的连接输入回路的连接如图4-14所示。输出回路就是PLC的负载驱动回路，输出回路的连接如图4-15所示。下一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识在实现输入/输出回路时，应注意的事项如下。(1)I/O点的共COM问题。

(2)输出点的技术规格。不同的输出类别，有不同的技术规格。应根据负载的类别、大小、负载电源的等级、响应时间等选择不同类别的输出形式，详见表4-2。(3)多种负载和不同负载电源共存的处理4.2.2FX2N系列PLC的编程元件

PLC内部有多种功能元件，通常称为软元件，这些元件的实质是由电子电路和存储单元组成的，每个元件的编号也就对应于存储单元或存储位的地址。上一页下一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识需要指出的是，不同厂家，甚至同一厂家不同型号的PLC，编程元件的数量和种类各不相同。下面仅以FX2N系列PLC为例，介绍其编程元件

1.输入继电器X

输入继电器是PLC中专门用来接收外部开关信号的元件，它与PLC的输入端子一一对应。外部开关信号可以通过输入端子，将信号状态存放到输入状态寄存器中，其作用相当于外部开关信号触发该端子的输入继电器，而输入继电器可以提供无数的常开/常闭触点供编程使用(实质是调用该元件的状态)。

FX2N系列的输入继电器采用八进制地址编号，其地址范围是XO一X127，最多可达128点。图4-16表示编号为XO的输入继电器的等效电路，由输入按钮信号驱动其常开/常闭触点，供编程使用。上一页下一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识2.偷出继电器Y

输出继电器是PLC中专门用来将输出信号传递给外部负载的元件(具有一定的带负载能力)，它与PLC的输出端子一一对应。图4-17是输出继电器Y0的等效电路。

3.辅助继电器MPLC内部有很多辅助继电器，它只能由程序驱动，每个辅助继电器一也有无数的常开、常闭触点专供PLC内部编程使用。辅助继电器的触点不能直接输出驱动负载，外部负载只能由输出继电器驱动。辅助继电器的作用与继电器控制线路中的中间继电器类似，通过辅助继电器，使用合适的指令，就可以在输入继电器与输出继电器之间建立一定的逻辑关系，实现输入、输出间复杂变换，从而完成某些控制功能。上一页下一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识4.状态器S状态器S是编制顺控程序的重要元件，5.定时器T与步进指令配合使用。将在项目六中详细介绍。定时器T在PLC中的作用相当于一个通电延时继电器。它有一个设定值寄存器(16位)、一个当前值寄存器(16位)以及无数个触点(1位)。通常在一个PLC中有几十至数百个定时器。6.计数器CFX2N系列PLC中有内部计数器和高速计数器两种。

7.数据寄存器DPLC在进行模拟量控制、位置量控制、数据输入/输出时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。上一页下一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识8.变址寄存器V/Z9.指针P/I10.常数K/H4.2.3PLC的编程语言

IEC中规定的PLC编程语言标准有5种:梯形图、指令表、顺序功能图、功能块图和结构文本。在此，只介绍梯形图、指令表、顺序功能图三种最常用的编程语言

1.梯形图编程语言(LAD)

梯形图编程语言，简称梯形图，它是在继电器一接触器控制电路图的基础上演变而来的，它形象、直观、实用，是目前用得最多的一种PLC编程语言。上一页下一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识2.指令表编程语言(STL)

指令表编程语言是一种与计算机汇编语言类似的助记符编程方式，它用一系列操作指令组成的语句将控制流程描述出来，并可通过编程器输送到PLC中执行。语句是指令表程序的基本单元。其基本格式是:语句步+操作码+操作数。如图4-23所示。

3.顺序功能图编程(SFC)

顺序功能图SFC，一也称状态转移图或状态流程图。它是一种图形化的编程方法，使用它可以对具有并行、选择等复杂结构的系统进行编程。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。目前，IEC也正在实施并发展这种语言的编程标准。顺序功能图SFC具体的绘制方法见项目六。上一页下一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识

应该说明的是，用以上三种编程语言编制的程序，可以按照一定的规则相互转换。如图4-24所示。在这三种编程语言中，指令表是PLC最基础的编程语言，因为不同编程语言编制的程序都是以指令表的形式(指令表编程时的内容)存储在PLC的内存中。4.2.4PLC的外部连接及编程元件应用(1)按图4-25进行PLC外部接线，确认输入元件和输出元件及负载电源接法。

(2)输入程序打开PLC主机电源，将PLC工作模式开关置于“STOP”位置，编程器读写模式置于“W”，清除内存后，依次写入图4-26所示的程序。上一页下一页返回任务二PLC外部连接及编程元件认识(3)运行程序编程器读写模式置于“R”，工作模式开关置于“RUN”分别在实验装置上按下按钮SB1和SB2，观察灯的亮灭情况。上一页返回任务三三菱PLC编程器及编程软件使用4.3.1FX一20P一E手持编程器认识与操作

FX-20P一E型手持式编程器(简称HPP)通过编程电缆可与三菱FX系列PLC相连，用来给PLC写入、读出、插人和删除程序，以及监视PLC的工作状态等。

1.编程器操作面板认识

FX-20P一E型编程器的面板布置如图4-27所示。

2.FX-20P一E型手持式编程器的工作方式选择

FX一20P一E型编程器具有在线(ONLINE，或称联机)编程和离线(OFFLINE，或称脱机)编程两种工作方式。

FX-20P-E型编程器上电后，其液晶屏幕上显示的内容如图4-29所示。下一页返回任务三三菱PLC编程器及编程软件使用3.程序编辑

4.程序运行

5.对位元件的监视6.对定时器和16位计数器的监视4.3.2SWOPC一FXGP/WIN一C编程软件使用三菱公司的SWOPC一FXGP/WIN一C编程软件供对FXOS,FXON,FX2和FX2N系列三菱PLC编程以及监控PLC中各软元件的实时状态。它占用的存储空间不到2MB，功能强大、使用方便且界面和帮助文件均已汉化，可在Windows3.1及Windows95以上版本下运行。上一页下一页返回任务三三菱PLC编程器及编程软件使用1.启动FXGP/WIN一C软件运行SWOPC一FXGP/WIN一C软件后，将出现初始启动画面，单击初始启动界面菜单栏中“文件”菜单，并在下拉菜单条中选取“新文件”菜单条，即出现图4-31所示的界面。选择好机型，鼠标单击“确认”按钮后，则出现程序编辑的图4-32所示的主界面主界面含以下几个分区:菜单栏(包括11个主菜单项)、工具栏(快捷操作窗口)、用户编辑区，编辑区下边分别是状态栏及功能键栏，界面右侧还可以看到功能图栏。

2.程序编辑操作

1)采用梯形图方式时的编辑操作上一页下一页返回任务三三菱PLC编程器及编程软件使用采用梯形图编程是在编辑区中绘出梯形图，打开“文件”菜单项目中的新文件菜单条时，主窗口左边可以见到一根竖直的线，这就是梯形图中左母线。蓝色的方框为光标，梯形图的绘制过程是取用图形符号库中的符号，“拼绘”梯形图的过程。比如要输入一个常开触点，可单击功能图栏中的常开触点，也可以在“工具”菜单中选“触点”，并在下拉菜单中单击“常开触点”的符号，这时出现图4-33的对话框，在对话框中输入触点的地址及其他有关参数后单击“确认”按钮，要输入的常开触点及其他地址就出现在蓝色光标所在的位置。如需输入功能指令时，单击工具菜单中的“功能”菜单或单击功能图栏及功能键中的功能按钮，即可弹出如图4-34所示的对话框。然后在对话框中填人功能指令的助记符及操作数，单击“确认”按钮即可。上一页下一页返回任务三三菱PLC编程器及编程软件使用2)采用指令表方式的编程操作采用指令表编程时可以在编辑区光标位置直接输入指令表，一条指令输入完毕后，按回车键光标移至下一条指令，则可输入下一条指令。指令表编辑方式中指令的修改也十分方便，将光标移到需修改的指令上，重新输入新指令即可。

3.程序的下载程序编辑完成后需下载到PLC中运行，这时需单击菜单栏中“PLC”菜单，在下拉菜单中再选“传送”及“写入”功能键即可将编辑完成的程序下载到PLC中，传送菜单中的“读入”命令则用于将PLC中的程序读入编程计算机中修改。PLC中一次只能存人一个程序。下载新程序后，旧的程序即行删除上一页下一页返回任务三三菱PLC编程器及编程软件使用4.程序的调试及运行监控程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序一经编制就是完善的，只有经过试运行甚至现场运行才能发现程序中不合理的地方并且进行修改。SWOPC一FXOP/WIN一C编程软件具有监控功能，可用于程序的调试及监控。

5.编程语言的转换梯形图程序编写后，通过视图菜单下梯形图、指令表和功能逻辑图子菜单进行3种编程语言的转换。4.3.3GX一Developer编程软件使用三菱编程软件是应用于三菱全系列PLC的中文编程仿真软件。包含GPPW编程软件和LLT模拟软件两部分。上一页下一页返回任务三三菱PLC编程器及编程软件使用

在PLC与PC之间必须有接U单元及电缆线，一般采用SC一09编程电缆。

1.编程软件的主要功能2.在编程软件中新建工程

3.工程的导入执行“工程”、读取“其他格式的文件”命令，选择需要导入的文件类型，即弹出如图4-37所示“读取FXGP(WIN)格式文件”对话框，单击“浏览”按钮，弹出如图4-38所示浏览导入文件对话框，设置驱动器/路径名、系统名和机器名，设置后单击“选择所有”按钮，或按需选择要导入的内容，然后单击“执行”按钮，即可实现非GPPW格式文件转换成GPPW文件。上一页下一页