《电气可编程控制原理与应用》课件

1、2020年6月25日，第三章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理，第一章，第三章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理。 3.1可编程控制器的组成3.1.1概述3.1.2对可编程控制器的初步理解3.2可编程控制器的基本工作原理3.2.1可编程控制器的等效电路3.2.2可编程控制器的工作过程3.2.3可编程控制器接线图和梯形图的绘制方法3.2.4串行工作模式对梯形图控制结果的影响3.3可编程控制器的输入和输出接口电路3.3.1开关输入接口模块3.3.2开关输出接口模块3.4.1 FX2N可编程控制器3.4.1 FX2N类型和型号FX2N可编程控制器3 . 4 . 2 FX2N可编程控制器3.5软元

2、件的产品规格和输出继电器(x，Y) 3.5.2辅助继电器(M) 3.5.3状态继电器(S) 3.5.4计时器(T) 3.5.5计数器(C) 3.5.6数据寄存器(D) 3.5.7指针(p)，(I)练习，2020 3.1.1概述可编程控制器(简称PC)，也称为可编程逻辑控制器(简称PLC)，以区别于个人计算机的PC。 在国内市场，西门子在欧洲有代表，三菱和欧姆龙在日本有代表，AB和GE在美国有代表。本书主要介绍三菱公司生产的FX2N系列可编程控制器的基本组成、原理和应用。在了解可编程控制器工作原理和特点的基础上，重点介绍了小型可编程控制器的应用技术。包括硬件和系统组成、小型PLC的基本性能、指令

3、和编程方法、控制系统的硬件和软件设计方法、系统的安装和调试等。可编程控制器本质上是一台工业控制计算机。当我们第一次学习可编程逻辑控制器的控制原理时，我们可以把它看作是由继电器、开关和其他具有各种控制功能的控制元件组成的控制装置，而不用从计算机的角度去理解它。3.1.2对可编程逻辑控制器、输入端子、输入信号灯、输出端子、编程电缆运行开关、电源指示器、运行指示器、电池指示器、错误指示器、扩展端口、锂电池、FX2N可编程逻辑控制器外观的初步了解，图3- 1 FX2N可编程逻辑控制器外观，第3章：可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理；4:各种类型的可编程逻辑控制器，2020/6/25；第三章：可编程控

4、制器的基本结构和工作原理；5:大中型可编程控制器的结构外观，通常采用积木式结构，可根据需要重叠各种标准模块。常用模块包括电源模块、中央处理器模块、输入模块、输出模块，图3- 2显示了大型可编程逻辑控制器的结构和外观，2020/6/25，第3章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理，6.3.2可编程逻辑控制器的基本工作原理，3.2.1可编程逻辑控制器的等效电路可编程逻辑控制器中有大量的各种继电器，如输入继电器(X)、输出继电器(Y)和辅助继电器(M)。然而，这些继电器不是真正的继电器，而是由计算机中的存储器模拟的。我们称之为软继电器。内存中的某个位可以代表一个中继，也称为位中继。内存中的一位有两种

5、状态：“0”和“1”。我们用0表示继电器断电，用1表示继电器获得功率。将“0”或“1”写入存储器中的某个位意味着相应的继电器线圈断电或通电。当存储器中某一位的值被读取为0时，意味着相应继电器的常开触点断开；当为1时，表示相应继电器的常开触点闭合。常闭触点的值是存储位的反转。读取内存的次数是无限的，所以一个位继电器的触点理论上是无限的。2020/6/25，第三章是PLC的基本结构和工作原理，7。为了区别常规控制电路和可编程控制器控制电路(通常称为梯形图)，可编程控制器一般用特殊的图形符号表示，如表3-1所示，其中可编程控制器的继电器线圈可以用多种方式绘制。，可编程控制器的图形符号，表3- 1常规

6、电器和可编程控制器的图形符号比较，2020年6月25日，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，8。输入部分元件热继电器FR、停止按钮SB1和启动按钮SB2；中间逻辑元件，中间继电器KA和时间继电器KT；输出执行器元件接触器KM1和KM2。电机降压启动控制，图3- 3，图2-16，自耦变压器降压启动控制电路，2020年6月25日，第3章，PLC的基本结构和工作原理，9，PLC控制的电机降压启动控制的等效电路图，图3-4，PLC的等效控制电路，2020年6月25日，第3章，PLC的基本结构和工作原理，3 . 2 . 2 PLC的工作过程，图3-5 PLC等效电路工作过程示意图，6月25日梯形图的

7、过程可分为以下三个阶段：输入采样阶段、程序处理阶段、输出刷新结果输出阶段，由可编程控制器完成上述三个阶段称为扫描周期。可编程逻辑控制器重复执行上述过程。扫描周期的长短与PLC的运行速度和工作模式有关，但主要与梯形图的长度和指令的类型有关。扫描周期的时间大约是几毫秒到几百毫秒。PLC一步一步地执行梯形图(读取程序)，因此其逻辑结果也是从前到后一步一步地生成，这是一种串行工作模式。在传统电器的控制电路中，所有控制电器同时工作，通电和断电的顺序没有问题，是一种并联工作模式。3.2.2可编程控制器的工作过程，2020/6/25，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，12.3.2.3可编程控制器布线图

8、和梯形图的绘制方法，梯形图采用水平布局绘制法，梯形图最左边的垂直线称为左母线，右边的垂直线称为右母线，右边的母线可以省略，左右母线相当于电源线。绘制梯形图时应注意：1。梯形图中的连接线(相当于导线)不能交叉，只能水平或垂直绘制；2.梯形图中的触点只能水平绘制，不能垂直绘制；3.各种继电器线圈只能与右母线连接，而不能与左母线连接；4.触点不能与正确的总线连接；5.触点中的“电流”只能从左向右单向流动，不会出现逆流现象。2020/6/25，第3章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理，13，图2-16可编程逻辑控制器控制的自耦变压器降压启动控制电路的接线图和梯形图，图3-6可编程逻辑控制器的接线图和

9、梯形图，2020年6月25日，第3章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理，14，3.2.4梯形图的串行工作模式，图3- 7接触顺序对梯形图控制的影响，2020年6月25日，第3章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理， 15点动控制的电路图和梯形图，图3- 8点动控制的电路图和梯形图，图3- 9触点顺序的调整，2020年6月25日，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，16。 为了提高可编程控制器的可靠性，在输入输出接口模块的设计中采取了光电隔离、滤波等抗干扰措施。我们可以以不同的形式对各种类型的输入/输出接口模块进行分类。根据信号的类型，有DC信号的输入和输出以及交流信号的输入和输出。根据信

10、号的输入输出形式，有数字输入输出、开关输入输出和模拟输入输出。下面描述外部设备和中央处理器之间通过开关输入和输出模块的连接模式。2020/6/25，第三章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理，以及17，3.3.1开关输入接口模块，有两种输入形式：源极型(公共端与正极相连)和漏极型(公共端与正极相连)。漏输入在中国被普遍采用。还有两种类型的开关输入设备：一种是无源开关，如各种按钮、继电器触点、控制开关等。一种是主动开关，如各种接近开关、传感器、编码器、光电开关等。图3-10可编程控制器的开关输入接口电路，2020年6月25日，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，18条可编程控制器漏电输入的外

11、部接线，图3-11可编程控制器漏电输入的外部接线，2020年6月25日，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，以及19 . 3 . 3 . 2开关输出。通常用于控制电机、电磁阀和信号灯等负载。晶体管输出为DC输出，可驱动5 30 V DC负载，驱动负载小，响应时间快。用于电子电路控制。三端双向可控硅开关的输出是交流输出。它能驱动85 240伏交流负载。驱动负载大，响应时间慢。继电器输出、晶体管输出、三端双向可控硅输出、2020/6/25、第3章可编程控制器的基本结构和工作原理、20、3.3.2开关输出接口模块、图3-12可编程控制器的开关继电器输出接口电路、2020/6/25、第3章可编程控

12、制器的基本结构和工作原理、21、3.4 FX2N 3.4.1 FX2N型和FX2N型可编程控制器1。FX2N系列可编程控制器的主要类型可分为：1基本单元由内部电源、内部输入输出、内部中央处理器和内部存储器组成。只有基本单元可以独立使用，当输入输出点数不足时可以扩展。扩展单元由内部电源和内部输入输出组成，需要与基本单元一起使用。扩展模块由内部输入和输出组成，无电源，由基本单元和扩展单元供电，因此需要与基本单元一起使用。4专用扩展设备可分为三类：专用功能板用于通信、连接和模拟设置等。特殊模块主要包括模拟输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块，特殊单元用于定位脉冲输出。2020/6/25，第3章，

13、可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理，FX2N可编程逻辑控制器的型号，可表示为：FX2N-128 MR-001 可编程逻辑控制器系列名称，输入和输出点之和，128为64点输入和64点输出，单元类型：M-基本单元E-输入/输出混合扩展模块和扩展单元，ex-输入专用扩展模块，ey-输出专用扩展模块，输出类型：R-继电器输出，s-输出，2020年6月25日，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，FX2N可编程控制器的产品规格，表3- 4基本单元列表，2020年6月25日，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，FX2N可编程控制器的产品规格，表3-。第三章：可编程控制器的基本结构和工作原理，25，

14、3.4.2 FX2N可编程控制器的产品规格，表3- 6扩展模块列表，注：()中的数字是指扩展设备占用的点数，控制电源(DC5V)由基本单元或扩展单元供电。2020/6/25，第3章，可编程控制器的基本结构和工作原理，26，3.5可编程控制器中的软件组件，可编程控制器中有三种类型的软件组件。第一个是位元素，可编程逻辑控制器中的输入继电器x、输出继电器y、辅助继电器m和状态继电器s是位元素。存储单元中的一位表示继电器，其值为“0”或“1”，其中“0”表示继电器断电，“1”表示继电器通电。第二种类型是单词元素。最典型的字元素是数据寄存器D。一个数据寄存器可以存储16位二进制数，两个数据寄存器可以存储

15、32位二进制数，用于可编程逻辑控制器控制中的数据处理。定时器t和计数器c也可以用作数据寄存器。第三种类型是位和字混合元件，例如定时器T和计数器C。它们的线圈和触点是位元件，它们的设定值寄存器和电流值寄存器是字元件。2020/6/25，第三章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理，27，3.5.1输入和输出继电器(X，Y)，表3- 9输入继电器和输出继电器元件分布表，输入继电器(X)和输出继电器(Y)在可编程逻辑控制器中各有184个点，采用八进制数。输入继电器编号为x0 x7、X10X17、x20 x27 x267。输出继电器的数量为Y0 Y7、Y10Y17、Y20 Y27.Y267。但是，输入继

16、电器和输出继电器的总点数不得超过256。特殊单元和模块连接，每一个占8分，从256分中扣除。2020/6/25，第三章可编程控制器的基本结构和工作原理，28，例3-1，一个电水箱由可编程控制器控制，如图3-13所示，电水箱由3KW电加热器加热，水位由两个水位开关检测。控制要求：首先，进水电磁阀通电进水。当水位高于水位开关1时，加热器通电开始加热；当水位高于水位开关2时，进水电磁阀断电关闭；当加热器被加热到100度时，它停止工作；当排水电磁阀通电时，排水阀打开，水龙头可以排水。当水位低于水位开关1时，加热器不得加热，进水电磁阀重新通电启动进水。水进入时，排水电磁阀关闭。图3- 13电水箱原理图，

17、2020年6月25日，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，29电水箱可编程控制器的控制，图3- 14电水箱的控制，2020年6月25日，第3章可编程控制器的基本结构和工作原理，30，3.5.2辅助继电器(M)，辅助辅助继电器包括通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和专用辅助继电器。1.通用辅助继电器通用辅助继电器组件号为M0 M499，共500分。它具有与普通中间继电器相同的功能。如果一般辅助继电器的线圈在运行期间通电，当电源突然中断时，线圈会断电，如果电源再次接通，线圈仍会断电。可通过参数设置将其更改为断电保持辅助继电器。2.断电保持辅助继电器断电保持辅助继电器的部件号为M500M3071，其中M500M1023有524个点，可通过参数设置改变为通用辅助继电器。M1024M3071共2048点，为停电维护专用辅助继电器。其中，M2800M3071用于上升沿和下降沿命令的接触，具有特殊性。2020/6/25，第三章可编程逻辑控制器的基本结构和工作原理，31，例3