电器与PLC控制技术项目一-任务一课件

1、项目一 认识PLC控制系统的硬件和软件【项目描述】 可编程序逻辑控制器，简称为PLC。通过各种输入/输出设备控制工业生产过程中的各种机电设备和过程控制，广泛应用于工业控制领域的新型控制设备。可编程序控制器由硬件系统和软件系统两大部分构成，主要取代传统继电器，执行逻辑、计时和计数等顺序控制，目前已占据工业生产自动化的首位。任务一 认识PLC控制系统的硬件 【任务描述】 观察YL-235A光机电一体化设备,认识设备的主要组成机构及设备功能，YL-235A光机电一体化实训设备如图1-1所示：图1-1 YL-235A 光机电一体化实训设备 【任务目标】1. 了解PLC的产生、定义、特点、应用及主要功能

2、及硬件系统组成。2. 认识PLC硬件系统组成，了解常用输入元件及执行元件。3. 了解FX系列PLC型号名称的基本含义。4. 能识别YL-235A光机电一体化实训设备的主要部件，了解主要机构的功能。【知识点解析】 20世纪60年代末期，为了使汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，以满足生产的需求。美国通用汽车公司(GM公司)1968年提出了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容如下：（1） 编程简单，可在现场修改和调试程序。（2） 价格便宜，性价比高于继电器控制系统。（3） 可靠性高于继电器控制系统。知识1：PLC的产生、定义及特点1. PL

3、C的产生 （4） 体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少。（5） 能与计算机系统数据通信。（6） 输入量是交流115V电压信号（美国电网电压是110V）。（7） 输出量是交流115V电压信号、输出电流在2A以上,能直接驱动电磁阀等。（8） 具有灵活的扩展能力。（9） 硬件维护方便，采用插入式模块结构。（10） 用户存储器容量至少在4KB以上(根据当时的汽车装配过程的要求提出)。 1969年，美国数字设备公司（DEG）根据上述要求研制出第一台可编程序控制器，型号为PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上试用成功，第一台可编程序控制器诞生了。 西门子 PLC台达 PLC欧姆龙 PLCABB PLC图

4、1-1-2 常见的一些PLC2. PLC的定义 1985年1月，国际电工委员会（IEC）定义： PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 3. PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。（2）通用性强，控制程序可变，使用方便。（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。（4）编程简单，容易掌握。（5）系统的设计、安装、调试工作量少。（6）维修工作量小，维护方便。（7）体积小，能耗低。（1）开关逻辑和顺序

5、控制，各种开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从 而可以实现各种控制要求。（2）模拟量控制，在工业生产过程中控制连续变化的物理量，如温度、 压力、流量、液位等，这些都属于模拟量控制。（3）定时/计数控制，PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提 供数十甚至上百个定时器与计数器。（4）步进控制，PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器,用移位寄存器 可方便地完成步进控制功能。知识2：PLC的主要功能及发展趋势1. PLC的主要功能（5）运动控制，在机械加工行业，PLC与计算机数控（CNC）集成在一 起，用以完成机床的运动控制。（6）数据处理，大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能 进

6、行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数 据显示打印等操作，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。（7）通信联网，PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一 的整体，实现分散集中控制。 2. PLC的发展趋势 随着PLC技术的推广、应用，PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。 PLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC高功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。 PLC向小型化方向发展，主要表

7、现在，为了减小体积、降低成本，向高性能的整体型发展；在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；应用的专业性，使得控制质量大大提高。 PLC总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、容量大、体积小、成本低、通信联网功能强。 图1-2 PLC应用举例 知识3：PLC的硬件系统 PLC的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。PLC的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图1-3是PLC硬件系统的简化框图。从图中可以看出PLC内部主要部件有： 图1-3 PLC硬件结构示意图

8、 1. 中央处理器（CPU） 一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。与一般的计算机一样，CPU是整个PLC的控制中枢，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊的进行工作。PLC通常采用的微处理器有三种：通用微处理器、单片微处理器（即单片机）、位片式微处理器。 2. 存储器 （1）系统程序存储器（ROM），它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。 （2）用

9、户存储器（RAM），用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序，常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M，信息储存常用盒式磁带和磁盘。3输入/输出接口电路（I/O接口电路） I/0接口电路是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。I/0接口电路将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象，确保整个系统正常工作。4. 电源单元 PLC内部配有一个专用开关型稳压电源，它将交流直流供电电源变换成系统内部各单元所需的电源，即为PLC各模块的集成电路提供工作电源。5. 外部设备 一般PLC都配有盒式录音

10、机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。知识4：FX系列PLC型号名称的基本含义 在PLC的正面，一般都有表示该PLC型号的符号，通过阅读该符号即可以获得该PLC的基本信息。PLC的型号图1-4 PLC面板上的型号信息 FX系列PLC的型号命名基本格式如图1-5所示。 图1-5 三菱FX系列PLC型号命名基本格式 （1）序列号：0、0S、0N、2、2C、1S、2N、2NC。（2）I/O总点数：10256。（3）单元类型：M代表基本单元，E代表输入输出混合扩展单元及扩展模块，EX代表输入专用扩展模块，EY代表输出专用扩展模块。（4）输出形式：R代表继电器输出，T代表

11、晶体管输出，S代表晶闸管输出。（5）特殊品种区别：DC电源，DC输入，A1AC电源，AC输入。 若特殊品种一项无符号，说明通指AC电源、DC输入、横排端子排；继电器输出：2A/点；晶体管输出：0.5A/点；晶闸管输出：0.3A/点。 例如：FX2N-48MRD含义为FX2N系列，输入输出总点数为48点，继电器输出，DC电源，DC输入的基本单元。又如FX-4EYSH的含义为FX系列，输入点数为0点，输出4点，晶闸管输出，大电流输出扩展模块。 YL-235A光机电一体化实训设备主要由物料传送与分拣机构、机械手搬运机构、送料机构以及电气控制模块能几部分构成，其中电气控制部分又由电源模块、按钮与指示灯

12、模块、PLC控制模块、变频器模块、触摸屏模块等几部分构成，YL-235A光机电一体化实训设备整机外观及结构如图1-6所示。【任务实施】认识YL-235A光机电一体化实训设备整机外观及结构双色警示灯气动机械手物料传送与分拣机构送料机构触摸屏电源模块按钮与指示灯模块PLC控制模块变频器模块图1-6 YL-235A光机电一体化实训设备整机外观及结构 通过按钮模块或单击触摸屏上启动按扭后，装置进行复位过程，当装置复位到位后，由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料盘滑到物料检测位置，物料检测光电传感器检测；如果送料电机运行若干秒钟后，物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料或故

13、障，这时要停机并报警；当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号,由PLC驱动机械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂缩回，手臂向右旋转到右限位，手臂伸出，手爪下降，将物料放到传送带上，落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传送带输送物料，同时机械手按原来位置返回，进行下一个流程；传感器则根据物料的材料特性、颜色等特性进行辨别，分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。2. 认识YL-235A光机电一体化实训设备的整机工作流程 图1-7 YL-235A光机电一体化实训设备的整机工作流程 3. 认识送料机构 送料机构由放料转盘、驱动电机、物料支架及出料口的光电传感器等几部分

14、构成。转盘中共放三种物料：金属物料、白色非金属物料、黑色非金属物料。当需要送料时，由PLC控制DC 24V驱动电机转动，驱动放料盘中的拨料杆转动，将物料推出到出料口。当出料口的光电传感器检测到物料时，驱动电机停止。送料机构的外形结构及各组件名称如图1-8所示。 物料检测支架光电传感器物料转盘调节支架直流电机图1-8 送料机构外形及各部件名称 机械手搬运机构主要由手爪提升气缸、手爪、旋转气缸、伸缩气缸、磁性传感器、接近传感器、缓冲器、安装支架等几部分构成。机械手搬运机构的外形结构及各组件名称如图1-9所示。 PLC通过控制电磁阀实现对气缸的控制，从而完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上

15、下、手爪松紧。安装在气缸两端的磁性开关用于检测气缸活塞杆位置，安装在机械手左右两侧限止位置的接近开关用于机械手左旋到位检测和右旋到位检测。4. 认识机械手搬运机构悬臂气缸磁性开关电感式传感器缓冲阀安装支架 旋转气缸非标螺丝气动手爪磁性开关手臂气缸磁性开关节流阀图1-9 机械手搬运机构外形及各部件名称 5. 认识物料传送与分拣机构 物料传送与分拣机构主要由皮带输送机、料槽、推料气缸等几部分构成。物料传送与分拣机构的外形结构及各组件名称如图1-10所示。过滤调压阀料口光电传感器光纤传感器电感传感器料槽进料口节流阀三相异步电机光纤放大器推料气缸磁性开关传送分拣机构图1-10 物料传送与分拣机构外形及

16、各部件名称 当料口光电传感器检测到物料时，PLC通过控制变频器启动三相异步电动机，使皮带输送机开始工作。当安装在三个推料气缸上方位置的传感器检测到物料时，根据具体的物料分拣要求，向PLC发送信号，PLC通过控制电磁阀动作，从而控制推料气缸推出与缩回，实现物料分拣。安装在推料气缸首尾两端的磁性开关用于检测气缸活塞杆所处的位置。 6. 认识YL-235A光机电一体化实训设备的电气控制模块 YL-235A光机电一体化实训设备的电气控制模块主要包括电源模块、按钮与指示灯模块、可编程控制器（PLC）模块、变频器模块等几部分。所有的电气元件均连接到接线端子排上，通过接线端子排连接到安全插孔，由安全接插孔连

17、接到各个模块。 电源模块包括三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器等。单相电源插座用于模块电源连接和给外部设备提供电源，模块之间电源连接采用安全导线方式连接。电源模块如图1-11所示。（1）认识电源模块 三相电源总开关熔断器两个单相电源插座三相电源安全插孔图1-11 电源模块 按钮与指示灯模块上的电气元件主要有三个自锁型按钮，三个复位型按钮，一个急停按钮和两个转换开关，六个指示灯和一个用于报警提示的蜂鸣器，如图1-12所示：（2）认识按钮与指示灯模块三个自锁型按钮三个复位型按钮两个转换开关一个急停按钮六个信号指示灯蜂鸣器单相电源插孔图1-12 按钮与指示灯模块 YL-235A光机电一体化实

18、训设备的PLC控制模块采用三菱FX2N-48MR 继电器输出，所有接口采用安全插连接。PLC上各动作指示灯的含义：POWER表示电源指示，RUN 表示运行指示；BATT.V 表示电池电压下降指示，CPU-E 表示出错指示亮灯。PLC控制模块如图1-13所示：（3）认识PLC控制模块 PLC模块的电源开关输出信号插孔输入信号插孔DC 12V电源输出PLC模块供电电源输入 DV 220V 12V电源输出三菱FX2 NPLC主机输出信号接线端子输入信号接线端子输入端的内置开关DC 24C电源输出图1-13 PLC控制模块 三菱E540-0.75KW 控制传送带三相异步电动机转动，从而控制皮带输送机。

19、所有接口采用安全插连接，如图1-14所示。（4）认识变频器模块输入信号端子三相电源输入端子输出信号端子输出接地端子输出电源端子，接三相异步电动机图1-14 变频器模块 触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。用专业的组态软件在触摸屏上建立组态画面，通过PLC与触摸屏的通信，可以在触摸屏上向PLC发送控制信号，从而控制设备的运行。触摸屏模块如图1-15所示。 （5）认识触摸屏模块图1-15 触摸屏模块 设备上所有传感器、电磁阀、警示灯组等的所有连接线通过接线槽均连接至接线端子排上，通过接线端子排上对应插孔，可使用安全插接线与PLC模块或按钮模块连接，真情以

20、信号传输的作用。接线端子排使得接线更加美观，而且便于维护。如图1-16所示。7.认识YL-235A光机电一体化实训设备的接线端子排图1-16 YL-235A接线端子排 项目中进行接线连接时，均作用如图1-17所示的YL-235A接线端子接线方式。 图1-17 YL-235A设备接线端子布置图【评价与反思】 表1-1 任务检测与分析 检测项目评分标准分值学生自评小组评分教师评分了解设备整机流程能正确理解设备工作流程及整机功能10识别搬运机构能正确识别机械手搬运机构，正确理解机械手搬运机构的功能10识别送料机构能正确识别送料机构，正确理解送料机构的功能10识别传送分拣机构能正确识别传送分拣机构，正

21、确理解传送分拣机构的功能20识别电源模块能正确识别电源模块5识别按钮模块能正确识别按钮模块及组件7识别PLC模块能正确识别PLC模块及部件名称8识别变频器模块能正确识别变频器模块5识别触摸屏模块能正确识别触摸屏模块5团队协作小组协调、合作5职业素养工位清洁等10总分100【问题探究】 1. 观察YL-235A光机电一体化实训设备，结合你对设备的了解，讨论一下红绿色警示灯的作用和意义。 2. 观察YL-235A光机电一体化实训设备，讨论一下，除了已经介绍的主要组件外，设备上还有哪些重要的组件？ 自锁型按钮一般是指按钮自带机械锁定功能，按下去，松手后按钮是不会跳起来的，处于锁定状态，需要再按一次，

22、才能解锁复位。在按钮第一次按时，按钮接通并保持，即自锁，在按钮第二次按时，开关断开，同时按钮弹起来。自锁型按钮接通时，其常开触点闭合，其常闭触点断开，自锁型按钮断开时，其常开触点断开，其常闭触点闭合。 【知识拓展】一、认识PLC控制系统的常用输入元件1. 认识YL-235A按钮与指示灯模块上的输入元件（1）自锁型按钮按一下：触头动作并锁定再按一下：触头复位触点接线端图1-18 生产中常见的自锁型按钮 复位型按钮按下时，按钮接通，其常开触点闭合，常闭触点断开，松手后，按钮弹起来，自动复位，此时按钮断开，其常开触点断开，常闭触点闭合。 （2）复位型按钮按下时触头动作，松手后触头复位车床控制按钮触点

23、接线端按钮盒按钮盒出线孔绿色按钮做启动红色按钮做停止图1-19 生产中常见的复位型按钮 转换开关是一种可供两路或两路以上电源或负载转换用的开关电器。转换开关又称组合开关，与刀开关的操作不同，它是左右旋转的平面操作。转换开关具有多触点、多位置等优点，可作为直接控制小容量异步电动机不频繁起动、停止及换向等操作。YL-235A 光机电一体化设备的按钮指示灯模块中采用的转换开关是一种小型的单极两档位转换开关，实际生产中还经常用到两极转换开关和三极转换开关。 （3）转换开关三极两档位转换开关触点接线端触点接线端单极两档位转换开关图1-20 生产中常见的转换开关 急停按钮也可以称为“紧急停止按钮”，属于自

24、锁型按钮的一种，当发生紧急情况的时候人们可以通过快速按下此按钮来达到保护设备的目的。急停按钮的一对常闭触点一般串联在总电路中，除非必要情况，一般不作为PLC的信号输入设备，但在某些场合，也可以作为输入设备接入PLC的输入端，在程序中做急停功能。（4）急停按钮触点接线端按下时，触点动作并自锁顺时针方向旋转大约45后松开，急停按钮“释放”，自锁解除图1-21 生产中常见的急停按钮 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，在生产中常用来做有料检测，配合PLC的功能也可以实现物料计数、物料停留时间检测。 2. 认识YL-235A光机电一体化设备上

25、的传感器（1）光电传感器反射型光电传感器，用于进料口物料检测漫反射型光电传感器，用于接料平台物料检测图1-22 YL-235A光机电一体化设备上的光电传感器 磁性传感器又称为磁性开关，是一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，也叫磁控开关，主要用来检测液压与气动系统中气缸或油缸活塞位置，即主要用来检测活塞的运动行程。（2）磁性开关SMC D-C73，用于推料气缸伸出缩回及手臂气缸上升下降检测SMC D-Z73用于机械手悬臂伸出缩回检测SMC D-Y59B，用于气爪夹紧松开检测图1-23 YL-235A光机电一体化设备上的磁性开关 光纤传感器可用于位移、震动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、

26、电流、磁场、电压、湿度、温度、声场、流量、浓度、PH值和应变等物理量的测量。在YL-235A光机电一体化设备中主要用来检测识别物料颜色，配合PLC的功能实现物料计数等功能，光纤传感器主要由光纤放大器、光纤、光纤头三部分组成，如图1-24所示： （3）光纤传感器 光纤放大器光纤光纤头图1-24 YL-235A光机电一体化设备上的光纤传感器 利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量的输出。在YL-235A光机电一体化设备中主要用来检测识别金属物料，以及机械手旋转气缸左右限位，如图1-25所示：（4）电感式传感器

27、电感传感器，用于检测金属物料及机械手左右旋转限位图1-25 YL-235A光机电一体化设备上的电感传感器 电气系统的信号指示灯主要用于指示有关照明,灯光信号,工作系统的技术状况,并对异常情况发出警报灯光信号。常用的指示灯颜色有红色、黄色、绿色、蓝色和白色等几种，在一般工作运用中常将红色指示灯作为电源指示，绿色信号灯作为运行指示，如图1-26所示：二、认识PLC控制系统的常用执行元件1. 认识YL-235A按钮与指示灯模块上的执行元件 （1）信号指示灯绿色指示灯做运行指示红色指示灯做电源指示信号指示灯接线端图1-26 生产中常见的信号指示灯 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用