电气控制与可编程控制器 第3版 课件 第五章 FX2N系列可编程控制器

第五章FX2N系列可编程控制器

第一节可编程控制器的基础知识第二节可编程控制器的工作方式及编程语言第三节FX2N系列PLC的性能规格与内部资源第四节FX2N系列PLC的基本指令编程法第五节FX2N系列PLC的功能图与步进梯形图第六节FX2N系列PLC的应用指令编程方法第七节FX2N系列可编程控制器的应用第一节可编程控制器的基础知识1．PLC的定义2．PLC的特点

可靠性高，抗干扰能力强编程简单，易于掌握功能完善，灵活方便体积小、质量轻、功耗低可编程逻辑控制器PLC——ProgrammableLogicalController可编程控制器PC——ProgrammableControllers，但这很容易和个人计算机PC——PersonalComputer相混淆，因此，一般仍把PLC作为可编程控制器的简称。3．PLC的可编程控制器的性能指标4．PLC的可编程控制器的分类

输入/输出点数（I/O点数）存储容量扫描速度功能扩展能力指令系统

按结构形式分类分为整体式和模块式按控制规模大小，可以分为小型、中型和大型5．PLC系统的组成

硬件系统

软件系统

基本单元

I/O扩展单元外部设备CPURAMEPROM输入/输出接口内部电源系统程序

用户程序

系统程序由PLC生产厂家提供，并固化在EPROM中，用户不能直接读写用户通过编程器或PC机写入到PLC的RAM内存中的梯形图程序，可以修改和更新。当PLC断电时被锂电池保持PLC的硬件外型结构(FX2N)：PLC的硬件外型结构(FX3U)：PLC硬件的功能部件：PLC的硬件系统由基本单元（包含CPU、RAM、EPROM、输入/输出接口、内部电源）、I/O扩展单元及外部设备组成。通常有干接触、直流输入、交流输入三种形式。干接触式由内部的直流电源供电，小型PLC的直流输入电路也由内部的直流电源供电，交流输入必须外加电源。PLC的的输入接口电路PLC的输出形式有三种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。PLC的输出接口电路继电器输出晶体管输出晶闸管输出PLC输出点与负载的实际连接示意图

三个输出点公用一个COM三个输出点公用一个COM三个输出点公用一个COM第二节可编程控制器的工作方式及编程语言1．可编程控制器PLC的工作方式

2．可编程控制器PLC的编程语言PLC的扫描工作方式

包括五个阶断：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。扫描周期：PLC完成一次扫描过程所需的时间。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关1．可编程控制器PLC的工作方式PLC的程序执行过程PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段2．PLC的编程语言梯形图语言助记符语言顺序功能图语言PLC的编程语言有第三节FX2N系列PLC内部资源

输入触点X

输出继电器Y

内部继电器M

定时器T

计数器C

数据寄存器D、V、Z

常数与指针第四节FX2N系列PLC的基本指令编程法1．基本器件的梯形图（LAD）编程法2．基本顺控指令的语句表（STL）和梯形图(LAD)编程法1．输入触点X基本器件也称为元件。

工业控制系统输入电路中的选择开关、按钮、限位开关等在梯形图中以输入触点表示，在编程时输入触点X可由常开

和常闭

两种指令来编程。采用FX-2N系列PLC的硬件接线图与程序采用FX-3U系列PLC的硬件接线图与程序2．输出继电器Y、内部继电器M

继电器具有逻辑线圈及可以多次调用的常开触点、常闭触点。3．定时器T定时器简单程序通电延时和断电延时累积型定时器的程序Y3每秒闪烁的梯形图和时序图

a）梯形图b）时序图两盏灯交替点亮的梯形图抢答器的I/O接线图和梯形图4.计数器C1）16位递增计数器:计数器有计数和复位两个输入端子PLC控制的汽车转向灯输入接线图和梯形图32位增减计数器：32位增减计数器（又称为双向计数器）有加计数和减计数两种工作方式高速计数器：高速计数器是由特定的输入进行计数动作的，与PLC的扫描周期无关，采用中断处理方式进行高速计数。高速计数器的输入选择2．基本顺控指令的语句表（STL）和梯形图(LAD)编程法编程法1.逻辑取与输出线圈驱动指令LD、LDI、OUTa）梯形图b）语句表2．单个触点串联指令AND、ANIa）梯形图b）语句表3．触点并联指令OR、ORIa）梯形图b）语句表4．串联电路块的并联指令0RB和并联电路块的串联指令ANBa）梯形图b）语句表5．边沿触发指令a）梯形图b）语句表6．多重输出电路指令MPS、MRD、MPPa）梯形图b）语句表占用1层堆栈的程序a）梯形图b）语句表占用2层堆栈的程序7．置位与复位指令SET、RST8．脉冲输出指令PLS、PLF9．主控指令MC、MCR10．空操作指令NOP和程序结束指令ENDNOP是一条空操作指令，用于程序的修改。END指令用于程序的结束，是无元件编号的独立指令.11．取反指令

第五节FX2N系列PLC的功能图与步进梯形图一、功能图(Sequeential

Function

Chart)

功能图是一种描述顺序控制系统功能的图解表示法，也称为顺序功能图、流程图，主要由“步”、“转移”及“有向线段”等元素组成。1．流程图的“步”

①初始步：对应于控制系统的初始状态，是其运行的起点。②工作步：指控制系统正常运行时的状态。③步对应的动作：步是指一个稳定的状态，即表示过程中的一个动作，用该步右边的一个矩形框来表示。步对应的动作2．步的转移步的转移3．流程图构成规则:1）步与步不能相连，必须用转移分开。2）转移与转移不能相连，必须用步分开。3）步与转移、转移与步之间的连接采用有向线，从上向下画时可以省略箭头。当有向线从下向上画时，必须画上箭头，以表示方向。4．流程图的三种基本形式

二、顺序控制的功能图与步进梯形图编程下图是一个简单的SFC图程序示例。顺序梯形图第六节FX2N系列PLC的应用指令编程方法

应用指令又称功能指令，由功能编号FNC00—FNCXXX进行指定，各指令中有表示其内容的符号（助记符）操作码、操作数组成，能完成特定的程序功能。1．程序控制功能指令（FNC00~FNC09）（1）CJ（FNC00）条件跳转指令（2）子程序指令CALL（FNC01）、SRET（FNC02）（3）中断指令IRET（FNC03）、EI（FNC04）、DI（FNC05）EI：允许中断指令。DI：禁止中断指令。IRET：中断服务于程序返回指令。它们均为无操作元件，指令块直接与左母线相连。系统初始为禁止中断状态，当有中断信号产生时，中断信号被存储，指令EI与DI之间的程序为允许中断区域，当程序处理到允许中断区域时，可转入中断程序，到IRET指令时返回原断点。（4）监视定时器刷新指令WDT（FNC07）（5）循环指令FOR(FNC08)和NEXT(FNC09)2．传送、比较指令（FNC10~FNC19）（1）比较指令CMP（FNC10）

a)接线图b)梯形图a)接线图b)梯形图a)接线图b)梯形图a)接线图b)梯形图a)接线图b)梯形图简易温度控制接线图和梯形图（2）传送指令MOV（FNC12）八段LED数码管控制电路的I/O接线图重复循环显示数字0—9的梯形图3．四则逻辑运算指令（FNC20~FNC29）（1）加法指令ADD（FNC20）和减法指令SUB（FNC21）ADD指令的梯形图SUB指令梯形图（2）乘法指令MUL（FNC22）和除法指令DIV（FNC23）（3）递增加“1”指令INC（FNC24）和递减“1”指令DEC（FNC25）4．高速计数器比较置位指令5．位移位指令（FNC34、35）八灯循环移动程序6．PID指令（FNC88）第七节FX2N系列可编程控制器的应用

1加热反应炉自动控制系统2交通信号灯控制程序3机械手搬物顺序控制程序4FX2N系列PLC的通讯1.加热反应炉结构2．加热反应的工艺过程如下：第一阶段：进料控制⑴检测下液面X1，炉温X2，炉内压力X4是否都小于给定值（均为逻辑0）即PLC输入点X1，X2，X4是否都处于断开状态⑵若是，则开启排气阀Y1和进料阀Y2。⑶当液面上升到位，使X3闭合时，关闭排气阀Y1和进料阀Y2⑷延时20秒钟，开启氮气阀Y3，使氮气进入炉内，提高炉内压力。⑸当压力上升到给定值时X4=1，关断氮气阀Y3，进料过程结束。第二阶段：加热反应控制⑴此时温度肯定低于要求值（X2=0），应接通加热炉电源Y5。⑵当温度达到要求值X2=1后，切断加热电源。⑶加温到要求值后，维持保温10分钟，在此时间内炉温实现通断控制，保持X2=1。第三阶段：泄放控制⑴保温够10分钟时，打开排气阀Y2，使炉内压力逐渐降到起始值X4=0。⑵维持排气阀打开，并打开泄料阀Y4，当炉内液面下降到下液面以下时（X1=0），关闭泄放阀Y4和排气阀Y2，系统恢复到原始状态，重新进入下一循环。3．PLC控制程序二、交通信号灯控制程序

城市交通道路十字路口是靠交通指挥信号灯来维持交通秩序的。在每个方向都有红、黄、绿三种信号灯，红色“停”，绿色“行”，黄色表示“等待”。交通指挥信号灯示意图1．控制要求在系统工作时，有如下控制要求：(1)系统受一个启动按钮控制，按下启动按钮，信号灯系统开始工作，直到按下停止按钮，系统停止工作。(2)系统启动后，南北红灯亮25秒，在此同时东西绿灯亮20秒，到20秒时东西绿灯开始闪亮，闪亮3秒后绿灯熄灭、东西黄灯亮，东西黄灯亮2秒后熄灭，然后东西红灯亮，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。(3)东西红灯亮30秒，在此同时南北绿灯亮25秒，到25秒时南北绿灯开始闪亮，闪亮3秒后熄灭、南北黄灯亮，南北黄灯亮2秒后熄灭，又回到南北红灯亮，东西红灯熄灭，东西绿灯亮的状态。(4)两个方向的绿灯闪亮间歇时间均为0.5秒。(5)两个方向的信号灯，按上面的要求周而复始地进行工作。2.PLC选型及I/O接线图3.I/O地址I/O地址信号名称功能说明备注X000开启按钮开启系统运行常开X001停止按钮关闭系统运行常闭Y000南北绿灯南北方向通行通有效Y001南北黄灯南北方向等待通有效Y002南北红灯南北方向停止通有效Y004东西绿灯东西方向通行通有效Y005东西黄灯东西方箱等待通有效Y006东西红灯东西方向停止通有效4.编制控制程序三、机械手搬物顺序控制程序

1．按下外接的常开起动按钮，传送带B开始运行，机械手从右限开始上升。2．上升到上限位行程开关SQ4动作时，上升结束，机械手开始左旋转。3．左旋转到左限位行程开关SQ2动作时，左旋转动作结束，机械手开始下降。4．下降到下限位行程开关SQ5动作，下降结束，传送带A启动。5．当传送带A上的工件进入光电检测区，使光电开关SQ6动作时，传送带A停止，机械手开始抓物。6．当机械手抓到工件的限位开关SQ1动作，上升运动开始。7．上升到上限位行程开关SQ4动作，上升结束，机械手开始右旋转。8．右旋转到右限位行程开关SQ3动作时，右旋转动作结束，机械手开始下降。9．下降到下限位行程开关SQ5动作时，机械手作放物动作。放物动作持续时间由时间继电器T0来决定，1S后放物动作结束，完成一个工作循环。10.只要B传送带处于持续运行中，程序应自动控制机械手不断地从传送带A抓物，然后放到B传送带的动作。11．在一个循环中，如果按下外接的常开预停按钮，则在一个工作循环结束后停止运行，回到原位状态；如果没按预停，则进入下一个工作循环继续运行。输

入

信

号