矿井维修电工技师

1、煤矿维修电工技师培训班，大家好！第三部分高级技术人员的知识要求第七章可编程控制器第一节可编程控制器基础第二节可编程控制器基础第一节可编程控制器的功能和特点1。可编程控制器是电子技术、计算机技术和逻辑自动控制系统相结合的产物。使用梯形图或状态流程图等编程方法，可编程控制器的使用一直很流行。可编程控制器可用于控制单个机电设备，也可用于控制生产线。可编程控制器的类型很多，不同类型的可编程控制器的功能也不同，但目前的可编程控制器一般有以下功能：(1)状态控制。可编程逻辑控制器具有逻辑运算功能，可根据输入继电器触点的逻辑关系确定输出继电器的状态(开)或(关)，因此可代替继电器进行开关控制。(2)定时控制

2、。为了满足生产过程对定时控制的需要，通用PLC为用户提供了足够的定时器。(3)计数控制。为了满足计数控制的需要，PLC为用户提供了数百个功能强大的计数器。(4)步进控制。步进顺序控制是可编程控制器最基本的控制方式。许多可编程逻辑控制器设置特殊的逐步控制指令，以方便用户编写复杂的逐步控制程序。(5)数据处理。可编程控制器具有很强的数据处理能力，不仅可以进行加、减、乘、除运算，还可以进行字运算、移位运算、数制转换、解码等数据处理。(6)沟通和联网。由于可编程控制器采用通信技术，可以实现远程输入输出控制。(7)监控控制系统。可编程逻辑控制器具有更强的监控功能，可以记住某些情况或在出现异常情况时自动停

3、止运行。2.可编程控制器的特点是：(1)可靠性高。可编程逻辑控制器故障之间的平均时间可以达到几十万小时。(2)编程方便。对于一般电气控制电路，可以采用梯形图编程。(3)对环境要求低。可编程序控制器能在较宽的温度和湿度范围内正常工作，具有良好的抗振动和抗冲击能力，对电源电压的稳定性要求低，特别是抗电磁干扰能力强。(4)方便配置和与其他设备的连接。可编程逻辑控制器与其他设备和配置之间的连接基本上是直接的。可编程控制器的结构可编程控制器的硬件组成类似于微型计算机。图7-1是可编程控制器硬件结构示意图。1、中央处理器简称中央处理器。像普通计算机一样，中央处理器是可编程逻辑控制器的核心。2.存储器可编程

4、控制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器。(1)系统程序存储器。系统程序存储器用于存储监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序以及制造商为用户提供的其他管理程序。系统程序直接影响PLC的整体性能。系统程序需要永久保存在可编程逻辑控制器中，其内容不能因关机、断电或其他部件故障而改变。(2)用户记忆。用户存储器是专门为用户存储程序和数据而提供的，所以用户存储器通常分为两部分：用户程序存储器和数据存储器。3.输入接口电路的输入和输出信号有开关量、模拟量和数字量三种，开关量对用户来说是最重要的。图7-2是具有电耦合的开关输入接口的电路示意图。开关输入接口电路的主要参数是输入电流。

5、图7-1可编程控制器硬件结构示意图图7-2输入接口电路4。输出接口电路有三种编程输出：继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。1)输出接口电路继电器输出型隔离模式，利用继电器线圈和输出触点将可编程逻辑控制器内部电路与外部负载电路电气隔离；固态继电器输出型采用光控晶闸管将可编程逻辑控制器内部电路与外部负载电路电隔离；晶体管输出型使用光电耦合器将可编程逻辑控制器的内部电路与输出晶体管隔离。2)输出接口电路的主要技术参数(1)响应时间。响应时间是可编程逻辑控制器输出端口从开状态变为关状态或从关状态变为开状态所需的时间。(2)输出电流。继电器型具有较大的输出电流。对于交流电路中的感性负载，负载两端并联一个

6、RC(一般为120，C为0.1F)浪涌吸收电路，对于DC电路中的感性负载，负载两端并联一个电流二极管。(3)开路泄漏电流。开路泄漏电流是指当可编程逻辑控制器输出处于关闭状态时，传输电路中的电流。3)带输出公共端的可编程控制器输出端有两种连接方式：一种是无公共端，每种输出都是独立的；另一种是几个插座组成一个组，共用一个终端。每组的公共端子由数字来区分，例如COM1、com2等。并且每组的公共端子彼此隔离。对于共用一个公共端子的同一组输出，必须使用相同的电压类型和电平，但是不同组的公共端子可以使用不同的电压类型和电平。4)输出连接示例图7-3显示了每个通道的独立输出模式，图7-4显示了每四个输出通

7、道一个公共端的输出模式。5.电源一般来说，小型PLC的电源输出分为两部分：一部分用于PLC内部电路的工作，另一部分用于现场传感器的工作。可编程控制器对电源的基本要求如下：(1)能有效控制和消除电源带来的各种噪声。(2)其他部件不会因断电而失效。(3)能在较宽的电压波动范围内保持输出电压稳定。(4)电源本身的功耗应尽可能低，以降低整体温升。(5)内部电源和可编程逻辑控制器提供的电源与外部电源响应完全隔离。图7-3:各路独立输出模式；图7-4:每四条路共用一个输出模式；(6)自我保护功能强。3.PLC控制系统的组成以PLC为核心的控制系统称为可编程控制系统。可编程控制系统一般由控制器、编程器、信号

8、输入部件和输出执行部件组成，如图7-5所示。图7-5可编程控制器控制系统1的组成。控制器是控制系统的核心。它将逻辑运算、算术运算、顺序控制、定时和计数等控制功能以一系列指令的形式存储在存储器中，然后根据检测到的输入条件和存储的程序通过输出部件控制生产过程。控制器的功能是检测输入部件的状态以及输出部件的工作方式。2.程序员是开发和维护可编程自动控制系统不可缺少的外部设备。程序员有三种工作模式：(1)编程模式。这样，程序员可以将用户程序发送到可编程逻辑控制器主机的存储器中，也可以显示、修改、插入、删除和编辑原始程序。(2)命令模式。这样，可以向可编程逻辑控制器发送各种命令，如操作、暂停、错误复位等

9、。(3)监控命令。通过这种方式，可以搜索到可编程逻辑控制器，可以观察到每个输入输出点的开/关状态以及内部线圈、计数器、定时器和寄存器的工作状态和电流值，还可以跟踪程序的运行过程，并可以检测到故障。3.信号输入部件信号输入部件指安装在现场的按钮、行程开关、接近开关和各种传感器。信号输入部件的功能是接收系统的运行条件，并将这些条件传送给可编程逻辑控制器。4.输出致动器指现场安装的接触器和电磁阀。其功能是控制由PLC输出驱动的设备运行，输出执行元件是PLC的直接控制对象。4.可编程控制器的工作原理和编程语言1。可编程控制器的工作原理可编程控制器是工业控制计算机，下面将举例说明。假设有两个按钮SB1和

10、SB2。如果您按任一按钮，红灯电源将立即打开，绿灯电源将在5秒后自动打开。根据上述要求，图7-6所示电路由两个按钮、两个通用继电器和一个时间继电器组成。对于相同的控制对象和控制要求，继电器控制模式与可编程控制器控制模式完全不同。继电器控制模式的工作过程：当按下SB1或SB2时，总继电器KA1的线圈通电，其触点接通红灯电源，时间继电器KT延时开始通电。延迟时间一到，KT触点接通总继电器KA2的线圈，总继电器KA2通电，电击接通绿灯电源，整个过程完成。可编程控制器控制模式的工作过程：首先检测按钮SB1和SB2对应的输入继电器的状态，然后逻辑操作输入继电器的状态。如果条件满足，线圈KA1将通电，KA

11、1的触点将接通红灯电源。当延迟时间未到达时，KT触点连接的条件不满足，因此KA2线圈不通电，绿灯不亮；图7-6当延时控制电路的延时时间到时，KT触点接通线圈KA2，KA2触点接通绿灯电源。图7-6延迟控制电路延迟。根据PLC控制方式的工作过程，PLC的工作过程周期需要三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。这种操作模式称为扫描操作模式。扫描周期中可编程控制器的工作过程如图7-7所示。这三个阶段的工作过程简述如下：图7-7扫描可编程控制器的工作过程，(1)输入处理。程序执行前，将可编程逻辑控制器所有输入端子的开关状态读入输入图像寄存器。在程序执行期间，输入映射寄存器的内容不会改变，并

12、且在下一个扫描周期的输入采样阶段之前不会读取该改变。(2)程序性处理。根据存储在用户程序存储器中的指令，从输入图像寄存器和其他软件的图像寄存器中读出相关软件组件的开/关状态，并且从步骤0开始顺序地执行操作，并且每个操作的结果被写入相关图像寄存器中，因此每个软件组件的图像寄存器(除了X)的内容随着程序的执行而不断变化。(3)输出处理。执行完所有指令后，输出映射寄存器的开/关状态被传输到输出锁存寄存器，该寄存器成为可编程逻辑控制器的实际输出。2.可编程控制器常用的编程语言可编程控制器具有丰富的编程语言，如梯形图、指令语句表、状态转换图，以及计算机兼容的高级语言，如BASIC语言、C语言和汇编语言。

13、最常用的编程语言是梯形图和指令语句表。5.可编程控制器的性能指标和分类1。硬件指标硬件指标主要是指PLC对外部条件的要求以及自身的一些物理指标，如温度、湿度、电源、耐压、抗振、尺寸和重量。2.软件指标软件指标包括可编程逻辑控制器运行模式、运行速度、存储容量、组件类型和数量、指令类型等。这些指标没有统一的技术标准，不同型号的软件指标差异很大。软件指标反映了可编程控制器的运行规模和控制功能。3.根据输入和输出点的数量，分类可编程控制器可分为三类：小型、中型和大型。一般来说，总输入/输出点在128点以内的可编程逻辑控制器称为小型可编程逻辑控制器。总输入/输出点大于128点且小于1024点的可编程逻辑

14、控制器称为中型可编程逻辑控制器；总输入/输出点超过1024点的可编程逻辑控制器称为大型可编程逻辑控制器。除了根据输入/输出点的总数进行分类外，通常根据可编程逻辑控制器的结构分为三种类型：单元型、模块型和堆栈型。六.FX系列可编程控制器的基本组成(1)硬件组成1。可编程控制器中的单片机包括中央处理器、随机存储器、只读存储器、串行接口芯片、时钟控制芯片等。它是可编程控制器的命令系统。2.FX2系列可编程控制器的基本单元有三个可与外部设备连接的通信接口，一个是连接编程器的接口，另一个是连接扩展单元或扩展器的接口4.编程器编程器的主要功能是编写用户程序并将用户程序发送到可编程逻辑控制器基本单元的用户存

15、储器中。一些程序员还具有监控和向主机发送各种命令的功能。5、输入输出接口电路1)输入接口电路FX2可编程控制器输入接口电路如图7-8所示。电路中光耦的输出端设置有阻容滤波器，用于防止输入点抖动和信号输入线路中混有噪声造成的误操作。因此，当输入信号从开关或关开变化时，在可编程逻辑控制器输入接口电路中有大约10ms的响应滞后。输入接口电路中不能忽略的一个参数是输入灵敏度，即输入动作电流。应该注意的是，输出端的COM端子不应连接，以减少过载时的干扰。图7-8 FX2可编程控制器输入接口电路，2)输出接口电路FX2可编程控制器输出接口电路有三种形式，即继电器输出型、晶闸管输出型(固态继电器输出型)和晶

16、体管输出型。6.输入输出继电器图7-9是输入输出继电器的工作原理图，图7-9是输入输出继电器的工作原理图。可编程逻辑控制器的输入端是内部输入继电器(X)从外部接收开关信号的端口，输入端和输入继电器由光电隔离。由于输入端逐个对应于输入继电器，因此输入端的数量与输入继电器的数量一样多。输入继电器是一种电子继电器，其常开触点和常闭触点可以重复使用无数次，不同于柔性电磁继电器。可编程逻辑控制器输出继电器(Y)的输出端是向外部负载输出信号的端口。输出继电器的触点分为外部输出触点和内部触点。内部触点就像输入继电器，其常开和常闭触点可以重复使用无数次。输出继电器和输出端子一一对应，输出继电器是可编程控制器中

17、唯一能驱动外部负载的部件。输入端和输出端的数字都是八进制的。当使用扩展单元或扩展模块时，其输入和输出端的编号从最靠近基本单元的一侧开始，并采用八进制连续编号。(2)软件合成1。系统程序可编程逻辑控制器的系统程序是由制造商编写的控制可编程逻辑控制器自身运行的程序，它分为三个部分：管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用。2.用户程序用户程序是用户根据控制的需要编译的程序。编程语言可以是梯形图、指令语句表和流程图等。用户程序依次位于监控程序指定的存储空间中。七、辅助继电器和专用继电器(一)辅助继电器(二)可编程控制器中有许多辅助继电器。与输出继电器一样，辅助继电器的线圈由可编程逻辑控制器

18、内部各种软元件的触点驱动。辅助继电器触点不能直接驱动外部负载，外部负载只能由输出继电器驱动。1.通用辅助继电器(M0M499)通用辅助继电器有500个点，其他地址用十进制编号。这些通用辅助继电器只能在可编程逻辑控制器中起辅助作用。如图7-10所示，是带辅助继电器的梯形图。2。用于电源故障维护的辅助继电器(M500-M1023)图7-11显示了具有电源故障维护功能的辅助继电器的使用示例。在图7-1a中，X0接通后，M600动作，其常开触点闭合并自锁。即使X0再次断开，M600的状态也将保持不变。即使此时可编程逻辑控制器失去电源，当可编程逻辑控制器重新运行时，它只需要电源故障前后的X1。应当注意，M600的状态不会因为自锁触点而改变，而是因为辅助继电器M600的备用电池。图7-10带有辅助继电器的梯形图图7-11用于功率损耗保持的辅助继电器的使用示例。设置命令(SET)和复位命令(RST)可以改变辅助继电器的状态，以保持瞬时动作的功率损失。如图7-1