电气控制与PLC应用技术（FX5U） 课件 模块2 PLC的认知

项目2PLC的认知任务2.1认识PLC的特点与应用国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并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。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”PLC的定义

Y-Δ降压启动，如图继电器-接触器控制系统PLC控制系统比较（1）用继电器-接触器完成控制任务图3-2继电器控制系统框图PLC控制系统比较（2）用PLC完成控制任务（2）用PLC完成控制任务（2）用PLC完成控制任务图3-3PLC控制系统框图

1）可靠性高，抗干扰能力强PLC

有一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，

极少出现误动作；具有很强的抗震动和抗冲击能力，可以用于有强烈干扰的工业生产现场

。

2）功能强大，性价比高PLC有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能，与相同功能的继电控制系统相比，具有很高的性价比。

3）编程简单，现场可修改

梯形图PLC独有的，使用最多的编程语言，其图形符号和表达方式与继电器—接触器控制电路相似，形象直观，易学易懂。

4）配套齐全，使用方便PLC产品标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件和软件供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接

线也很方便。PLC

带负载能力较强，可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器，使用方便。PLC的控制系统的特点

5）寿命长，体积小，能耗低PLC平均无故障时间可达数万小时以上，使用寿命长。控制柜的体积小。能耗仅为数瓦，是机电一体化设备的理想控制装置。6）PLC控制系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维护方便PLC用软件取代了继电器—接触器控制系统中的大量硬件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计继电控制电路的时间一般要少得多。PLC可以将现场统调过程中发现的问题通过修改程序来解决，还可以在实验室里模拟调试用户程序，系统的调试时间比继电器—接触器控制系统少得多。PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。当PLC外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息方便地查明故障原因和部位，从而迅速地排除故障，维修极为方便。。

PLC的控制系统的特点

美国：A-B（Allen-Bradly）公司-ABPLC

GE（GeneralElectric）公司-通用PLC；

日本：三菱电机（MitsubishiElectric）公司-三菱PLC

欧姆龙（OMRON）公司-欧姆龙PLC；

德国：AEG公司-AEGPLC

西门子（Siemens）公司-西门子PLC；

法国：TE（Telemecanique）TEPLC施耐德国产：台湾的台达、永宏，大陆的北京和利时、无锡信捷、厦门海为等

PLC的品牌PLC广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各行各业1.开关量逻辑控制开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，应用遍及各行各业。2.运动控制PLC使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动进行控制，可实现单轴、双轴、三轴和多轴位置控制，广泛地用于金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等。3.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量处理模块，实现A-D与D-A转换，并对模拟量实现闭环PID（比例-积分-微分）控制。4.数据处理现代的PLC具有数学运算、数据传送、转换、位操作等功能，可以完成数据采集、分析和处理。5.通信联网PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“分散控制、集中管理”的分布式控制系统，以满足工厂自动化系统发展的需要。

PLC的应用领域按输入/输出点数分

1）小型机

I/O总点数：一般在256点以下，单CPU、8位或16位处理器用户程序存储器容量在4KB左右。特点：体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体。举例：美国通用电气的GE-I型；

日本三菱的FX系列；

德国西门子的S7-SMART等。

PLC的分类2）中型机I/O总点数：

PLC的I/O总点数在256～2048点之间，双CPU，用户程序存储器容量为4-16KB。特点：采用模块化结构，能与更多的特殊功能模块连接，通信联网功能强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。举例：美国通用电气的GE-

Ⅲ型；日本立石的500；德国西门子的S7-300、SU-5、SU-6等。

PLC的分类

3）大型机I/O总点数：I/O总点数在2048点以上，多CPU，16位或32位

处理器，用户程序存储器容量达到16KB以上。特点：采用模块化结构，具有极强的自诊断功能，通信联网

功能更强，可以构成三级通信网。举例：美国通用电气的GE-Ⅳ型；日本立石的C-2000；德国西门子的S7-400系列等。

PLC的分类按结构形式分1）整体式将PLC的基本部件，如CPU、电源、RAM、ROM、I／O接口、电源、指示灯等都装配在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元。特点：结构紧凑，体积小、成本低、安装方便，可以扩展I/O点数与控制功能。举例：三菱的FX2N、FX3U、FX5U系列，西门子的S7-SMART等。

PLC的分类2）模块式用一块带有插槽的母板把PLC的独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、通讯模块按需选取后插到母板上，就构成了一个完整的PLC。特点：系统构成非常灵活，安装、扩展、维修方便。I/O点一般可以达到1024点以上，可以连接各种功能扩展模块。举例：日本Q系列等。

PLC的分类任务2认识PLC的结构与工作原理图3-12PLC硬件结构框图如：按钮传感器行程开关如：继电器线圈电磁阀线圈指示灯等等如：A/D、D/A模块通信模块高速计数模块等如：打印机图形监控器上位计算机等等

PLC的结构

（1）中央处理器（CPU）

中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。（2）存储器存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。

（3）输入/输出接口

输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。输入接口用来接收生产过程的各种参数。输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。

PLC的结构

用于扩展I/O单元的，可以配接开关量I/O单元，也可配置如模拟量、高速脉冲等单元以及通信适配器等。在大型机中，扩展接口为插槽扩展基板的形式。

通过编程器接口，连接各种形式的编程装置，并利用此接口做一些监控的工作。为了存储用户程序以及扩展用户程序存储区、数据参数存储区，可编程控制器上还设有存储器扩展口，可以根据使用的需要扩展存储器，其内部也是接到总线上的。（7）存储器接口（6）编程器接口（5）扩展接口

PLC的结构（4）电源单元

PLC内部有稳压电源，用于对CPU和I/O单元供电，小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专门的电源模块。22PLC的输入接口电路四、PLC的基本结构及工作原理PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在油雾、粉尘等恶劣环境下使用。（3）输入/输出接口-----输入接口-----各组成部分与接法输入端子外接按钮、开关、传感器等，用于将外接器件的状态传送给PLC。

PLC的结构（3）输入/输出接口-----输入接口-----接法输入端子外接按钮、开关、传感器等，用于将外接器件的状态传送给PLC。

PLC的结构a.漏型输入接线

b.源型输入接线图2-2PLC输入接口电路（3）输入/输出接口-----输入接口-----工作原理输入端子外接按钮、开关、传感器等，用于将外接器件的状态传送给PLC。

PLC的结构a.漏型输入接线

b.源型输入接线图2-2PLC输入接口电路X0=1（3）输入/输出接口-----输入接口-----工作原理输入端子外接按钮、开关、传感器等，用于将外接器件的状态传送给PLC。

PLC的结构a.漏型输入接线

b.源型输入接线图2-2PLC输入接口电路X0=0（3）输入/输出接口-----输入接口-----漏型输入与源型输入的区别

PLC的结构a.漏型输入接线

b.源型输入接线图2-2PLC输入接口电路（3）输入/输出接口-----输出接口-----各组成部分与接线输出端子外接接触器、电磁阀等，用于将PLC控制信息传送出去。

PLC的结构a.继电器输出型的接线

b.晶体管输出型—漏型接线c.晶体管输出型—源型接线图2-3PLC输出接口及其接线（3）输入/输出接口-----输出接口-----各组成部分与接线输出端子外接接触器、电磁阀等，用于将PLC控制信息传送出去。

PLC的结构Y0=1时，PLC内部继电器得电，其常开触点闭合，使外电路接通，则负载得电（接触器通电吸合）Y0=1（3）输入/输出接口-----输出接口-----各组成部分与接线输出端子外接接触器、电磁阀等，用于将PLC控制信息传送出去。

PLC的结构Y0=0时，PLC内部继电器不得电，其常开触点不闭合，使外电路不接通，则负载不得电（接触器不通电吸合）Y0=0（3）输入/输出接口-----输出接口-----各组成部分与接线

PLC的结构

PLC的语言（1）梯形图（LD）继承了继电器—接触器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，如具有常开、常闭触点及线圈；线圈的得电及失电将导致触点的动作；用母线代替电源线；用能量流概念来代替继电器线路中的电流概念a.继电器控制电路

b.PLC梯形图图2-4继电器—接触器控制电路与PLC梯形图

PLC的语言（2）指令表（IL）指令表一般由助记符和操作数两部分组成，有的指令只有助记符没有操作数，称为无操作数指令0LDX01ORY02ANDX13ANDX24OUTY0

PLC的语言（3）顺序功能图（SFC）包含步、动作、转换条件三个要素（4）功能块图（FBD）用类似与、或、非门的方框来表示逻辑运算关系Y0=(X0+X1)﹒X2﹒Y0图2-5顺序功能图的示意图图2-6功能块程序

PLC的循环扫描的工作方式1.输入采样阶段PLC扫描各个输入端子，把各个输入端子的状态送入输入映像寄存器，即当某端子外电路接通时，输入继电器为ON，当某端子外电路没接通时或没接任何外部设备时，输入继电器为OFF。将全部输入端子的状态读入到输入映像寄存器，然后关闭输入接口通道，准备程序执行。2.程序执行阶段按先左后右、从上向下的顺序逐条执行用户程序，并将程序运算和处理结果写入输出映像寄存器。3.输出刷新阶段执行完用户程序后，将各输出映像寄存器的状态（ON或OFF），在输出刷新阶段统一送至输出锁存器，再输出至输出端子，驱动外接的接触器、继电器等外接输出设备。任务3认识FX5UPLC的各部位名称与外部端子

FX5UPLC各部位的名称

FX5UPLC各部位的名称序号名称功能[1]内置RS-485通信用端子排用于连接支持RS

-485设备的端子排。[2]RS-485终端电阻切换开关切换内置RS-485通信用的终端电阻开关。[3]RUN/ST0P/RESET开关操作CPU模块动作状态的开关，RUN为执行程序，STOP为停止程序，RESET为复位CPU模块（扳至RESET侧保持约1秒）。[4]SD存储卡使用停止开关拆下SD存储卡时停止存储卡访问的开关。[5]内置模拟量输入输出端子排使用内置模拟量功能的端子排。[6]端子名称电源、输入、输出端子的名称。[7]SD存储卡槽安装SD存储卡的槽。[8]连接扩展板用的连接器用于连接扩展板的连接器。[9]次段