三菱FX系列PLC原理及应用 课件 第1章PLC基础知识

PLC

控制技术教学参考书：廖常初主编：《FX系列PLC编程及应用》，北京：机械工业出版社史国生等主编：《电气控制与可编程控制器技术》，北京：化学工业出版社郁汉琪等编著

：《电气控制与PLC实训教程（三菱）》东南大学出版社李冬冬等主编：《变频器应用与实训教、学、做一体化教程》，北京：中国工信出版集团陈立定等主编：《电气控制与可编程序控制器》，广州：华南理工大学出版社相关学习网站：三菱电机：/fa/zh/FX3系列样本通：/fx3工控下载：

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电气自动化技术网PLC之家工控论坛微信公众号三菱电机自动化中国电气自动化控制网机械自动化前沿可编程控制器（ProgrammableController）简称PLC，是以微处理器为基础，融合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置。随着计算机技术的发展，可编程控制器作为通用的工业控制计算机，其功能日益强大，性价比越来越高，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC的产生和定义在PLC诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业生产的各个领域。继电器控制：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，系统设计周期长,维护不方便,改造不容易。（PLC的发展史）继电器控制“GM十条”：①编程简单，可在现场修改和调试程序；

②维护方便，采用插入式模块结构；

③可靠性高于继电器控制系统；

④体积小于继电器控制装置；

⑤数据可直接送入管理计算机；

⑥成本可与继电器控制系统竞争；

⑦可直接用115V交流电压输入；

⑧输出量为115V、2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；

⑨通用性强，易于扩展；

⑩用户程序存储器容量至少4kB。（PLC的发展史）美国数字化设备公司（DEC）研制出可编程控制器(PDP-14)DickMorley于2017年逝世，创造的品牌MODICON（ModularDgitalController）最终被施耐德控股的AGE收购，Modbus的协议也是采用modicon公司的。除了PLC外，他还同时拥有二十多个美国和外国专利，包括并行推理机，手持终端，软驱、汽车ABS和磁性薄膜。他还获得美国富兰克林研究所的霍华德•波茨奖，并入选自动化名人堂。他同时担任美国国家生产科学研究所(NCMS)委员会主席，制造工程师协会（SME）理事。创新，来源于类似孩子的无限好奇心和无数的问题PLC卖的是对客户的服务以及对客户产生的价值。---DickMorleyPLC之父—DickMorley（PLC的发展史）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：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、定时、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。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。（PLC的发展史）PLC的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强PLC由于采用软元件代替继电器的触点，并在内部电路采用了先进的抗干扰技术，并具有硬件故障的自我检测功能，并在软件中也有故障自诊断功能，出现故障时可及时发出报警信息。（2）易学易用PLC的编程语言采用梯形图语言，表达方式与继电器电路图非常接近，易于为工程技术人员接受。（3）配套产品齐全，功能完善目前，每家公司生产的PLC，都已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。（4）系统设计周期短、改造容易PLC的设计和修改，都是可以通过编程软件来实现，可以采用软件模拟运行调试，可以不用到现场极大的提高了调试效率。（5）体积小，能耗低不需要硬件接线的PLC，体积和重量大大减小，功耗也很低。PLC已经被公认为最可靠的工业控制设备之一。（PLC的发展史）PLC的发展过程：1971日本从美国引进了这项新技术，很快日立公司研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC，由西门子公司推出。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。（PLC的发展史）PLC的发展从4位机、8位机、16位机到32位机，运算速度更快，存储容量更大，智能水平更高。世界上有200多家PLC生产厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色。日本PLC以小型著称，三菱FX3U系列PLC为小型PLC。（PLC的发展史）国产PLC中国是20世纪80年代初引进、应用、研制、生产可编程控制器的。经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有几十家，包括汇川、和利时、台达、信捷等。近年来，国产PLC在小型PLC市场有所突破，面对工业自动化和OEM的逐渐发展，根据用户的要求量身定做，对PLC、人机界面、变频器乃至低压电器进行全方位的配套服务，发挥自己的本土优势。国产PLC任重道远！（PLC的发展史）PLC的应用范围（1）开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。如电梯控制、高炉上料、注塑机、印刷机、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）运动控制PLC的运动控制发展很快，有专用的指令和控制模块，可以实现单轴或多轴位置、速度控制，实现精准位移，可以用于机械手、机器人、机床加工和装配等场合。（3）模拟量过程控制在工业生产过程中，对连续变化温度、压力、流量等模拟量，PLC厂家生产有配套的A/D和D/A转换模块，并可以所有PID调节实现闭环控制系统中的模拟量过程控制。（4）数据处理PLC可以完成大量的数据采集、分析及处理。一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统，或者造纸、冶金、食品工业中的一些大型过程控制系统。（5）通信及联网进行PLC与PLC、PC和其他智能控制设备的通信，实现多处理器等灵活的控制方式。（PLC的发展史）（PLC的发展史）PLC的发展趋势（1）在产品规模方面，向两极发展。（2）向通信网络化发展。（3）向模块化、智能化发展。（4）编程语言和编程工具方面，向多样化和标准化方向发展。（5）嵌入式PLC具有很大的发展空间。思考：作为工程师对PLC国产化的希望做出哪方面的努力通过本课程的学习，希望运用PLC实现哪方面的改进：智慧工业、智慧农业、智慧家居等方面。这部分内容在课程结束的报告中完成电磁式继电器继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器的结构由电磁系统、触点系统和释放弹簧等组成，其中电磁系统由铁心、轭铁、衔铁、线圈等零件组成。触点系统由静簧片、动簧片、触点底座等零件组成。工作原理在线圈两端加上一定的电压，线圈通电产生电磁效应，衔铁就会与铁芯吸合，带动衔铁的动触点与静触点吸合。通过吸合、释放，从而达到了控制电路的导通、切断的目的。电磁式继电器的分类（1）电压继电器（2）电流继电器（3）中间继电器（1）电压继电器电压继电器是根据其线圈两端电压信号的大小而接通或断开电路，实际使用时，电压继电器的线圈与负载并联。常用的有欠（零）电压继电器和过电压继电器。动合（常开）触点和动断（常闭）触点当线圈不通电时，动合触点一直断开，动断触点一直闭合；当线圈得电，动合触点闭合，动断触点断开。（2）电流继电器根据线圈中电流的大小而接通和断开电路的继电器称为电流继电器。使用时电流继电器的线圈与负载串联，其线圈的匝数少而线径粗。常用的有欠电流继电器和过电流继电器两种。（3）中间继电器中间继电器在控制电路中主要用来传递信号、扩大信号功率以及将一个输入信号变换成多个输出信号等。中间继电器的基本结构及工作原理与电压继电器完全相同。PLC软继电器PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称。例如，输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等。PLC的继电器实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。把它们称做软继电器或软元件。每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。软继电器与继电器的比较具有线圈和常开常闭触点。软组件是计算机的存储单元，某个组件被选中，只是这个组件的存储单元置1，软组件可以有无数多个常开、常闭触点。作为计算机的存储单元，每个单元是一位，称为位组件，可编程控制器的位组件可以组合使用。例如：K2Y000，表示Y000～Y007组合为一个8位的字符件。类似不同（电磁式继电器和PLC软继电器）电气（electrical，electricalpowerandequipment）是电能的生产、传输、分配、使用和电工装备制造等学科或工程领域的统称。是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学。涵盖电能的转换、利用和研究三方面，包括基础理论、应用技术、设施设备等。“电气”最早可能源于美国传教士玛高温(D.J.Macgowan)所译《博物通书》(PhilosophicalAlmanac,1851)一书，这本书第一次创造了电气术语。（电气控制电路与PLC梯形图）第五章“电气连吸铁”1817年发现电磁感应西方1820年发现几种典型电气控制电路电气控制电路图包括主电路和辅助电路两个部分。其中从电源到用电设备的电路，大电流通过的部分称为主电路；辅助电路通过的是小电流，包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等。线路保护环节线路保护环节包括短路保护、过载保护、零压保护等。短路保护：短路时通过熔断器FUl的熔体熔断来切断电路。过载保护：通过热继电器FR实现。当负载过载或电动机单相运行时，FR动作。欠压保护：通过接触器KM的自锁触点来实现。当电源电压消失（如停电）或者电源电压严重下降，使接触器KM由于铁心吸力消失或减小而释放。起保停电路起动：合上刀开关QS引入三相电源。按下起动按钮SB1，接触器KM线圈通电，衔铁吸合，主电路中三对主触点和控制电路中的辅助触点同时闭合，异步电动机的三相电源被接通，电动机起动。保持：放开起动按钮SB1后，其常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2、FR的常闭触点流过KM的线圈，电动机继续运行。KM的辅助常开触点实现的这种功能称为“自锁”或“自保持”。自锁功能可以避免在停电后，重新来电时，电机自行启动。停止：在电动机运行时按停止按钮SB2，其常闭触点断开，使KM的线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的三相电源被切断，电动机停止运行，同时控制电路中KM的辅助常开触点断开。松开停止按钮SB2，其常闭触点闭合后，KM的线圈仍然失电，电动机继续保持停止运行状态。点动控制点动的含义是当按下起动按钮后，电动机起动运转，松开按钮时，电动机就停止转动，即点一下，动一下，不点则不动。点动控制电路没有自锁触点，由点动按钮兼起停止按钮作用，因而点动控制不另设停止按钮。点动和长动的区别：长动控制，电机起动后就一直长期运行，直到按停止按钮才停止。必须设有自锁触点，并另设停止按钮。点动控制与此相反区别主要在自锁触点上。互锁控制互锁控制是指生产机械或自动生产线不同的运动部件之间互相制约，又称为联锁控制。例如，电机正转与反转要求甲接触器动作时，乙接触器不能动作，则需将甲接触器的动断触点串联在乙接触器的线圈电路中。反转正转顺序控制加工顺序按照一定的程序依次转换，依靠顺序控制线路完成，顺序控制又称为步进控制。顺序控制是要求甲接触器动作后乙接触器方能动作，则需将甲接触器的动合触点串联在乙接触器的线圈电路中。起保停电路的PLC梯形图实现起保停电路传统的继电器控制电路启动停止自锁常开触点常闭触点常开触点梯形图PLC的输入输出接线图：PLC输入端：起动按钮SB1和停止按钮SB2的常开触点分别接在编号为X000、X001，输入端口与PLC的0V或24V连接；PLC输出端：交流接触器KM的线圈接在编号为Y000，与外部交流220电源连接。多地点控制的PLC梯形图将三个启动信号SB4、SB5和SB6并联后接到X000，停止按钮SB1、SB2和SB3串联后接到X001，则梯形图和起保停的梯形图一样。使用PLC控制时可以将三地点的信号分别接到PLC输入端口，这样需要六个输入端口SEEElectrical软件PLC分时处理和扫描工作方式PLC系统正常工作时要完成如下的任务：（1）计算机内部各工作单元的调度、监控；（2）计算机与外部设备间的通讯；（3）用户程序所要完成的工作。PLC中的CPU有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。（PLC循环扫描和分时工作方式）PLC一次扫描过程示意图（PLC循环扫描和分时工作方式）对用户程序的循环扫描执行过程，可分为输入处理、程序执行、输出处理三个阶段。1.输入处理阶段也成输入采样阶段。在输入处理阶段，PLC以扫描方式将所有输入端的输入信号状态（ON/OFF状态）读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样。2.程序执行阶段在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。每扫描到一条指令时所需要的输入状态或其他元素的状态，分别由输入映像寄存器或输出映像寄存器中读入，然后进行相应的逻辑或算术运算，运算结果再存入专用寄存器。3.输出处理阶段也称输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中的状态就是欲输出的状态。在输出刷新阶段将其转存到输出锁存电路，再经输出端子输出信号去驱动用户输出设备，这就是PLC的实际输出。（PLC循环扫描和分时工作方式）（PLC循环扫描和分时工作方式）扫描周期PLC通电后系统内部处理后进入用户程序服务状态(即进入循环扫描处理用户程序的状态)，每个扫描周期处理用户程序的过程包括外部输入数据和信息的处理与服务、刷新监视定时器D8000（开机后由ROM送入的）扫描时间、程序处理、数据输出处理、系统状况自诊断处理。（PLC循环扫描和分时工作方式）输入/输出滞后时间输入输出滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的时间间隔。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十ms，对一般工业控制设备来说，这种滞后现象是允许的。（PLC循环扫描和分时工作方式）X000是输入继电器接口，用于接收外部输入信号。波形图中最上面一行是输入X000的外部输入信号。Y000、Y001、Y002是输出继电器，用来将输出信号传送给外部负载。（PLC循环扫描和分时工作方式）PLC的几种编程语言的表达方式梯形图（Ladderdiagram）2.指令表（Instructionlist）（可编程控制器的软件）SBSB1SB2KM1KM2KM2KM1KM2KM1X001X000X000X002Y002Y001Y002Y002Y001Y001梯形图