工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器欢迎学习工厂电气控制与可编程控制器下篇可编程控制器技术工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 选 用 教 材 ：工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器主讲：黄晓红授课班级：电气0332005.8-2006.1工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 可编程控制器5 概述6 基本逻辑指令7 步进顺控指令8 功能指令9 PLC控制系统的设计与应用10手持编程器及编程软件的使用工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器5 可编程序控制器概述FX2N系列可编程序控制器是日本三菱公司继F1、F2、FX2系列可编程序控制器之后推出的新产品。它采用整体式结构，按功能可分为基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊适配器等四种类型产品。基本单元内有CPU、存储器、输入/输出(I/O)、电源等，是一个完整的PC机，可以单独使用。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器可编程控制器的产生与发展可编程控制器简称PLC， 是20世纪70年 代以来在继电接触器控制系统中引入微型 计算机控制技术后发展起来的一种新型工业 控制设备。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器它的引入避免了继电器控制系统的下列缺点： （1） 硬接线电路的故障率高。 （2） 电器触头的使用寿命有限。 （3） 诊断、 排除故障的速度慢。 （4） 以硬接线实现控制逻辑， 当控制逻辑需 要修改时难于改动接线。 PLC产品以软件控制取代了常规电气控制 系统中的硬件控制， 具有功能强， 可靠性高 ， 配置灵活， 使用方便， 体积小， 重量轻等 优点， 目前已在工业生产的各个领域获得广泛 使用， 成为工业控制的支柱产品。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器国际电工委员会（IEC）对可编程控制 器的定义是： 可编程逻辑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， 它采用了可编程序的存储器， 用来在 其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、 定 时、 计算和算术运算等操作的指令， 并通 过数字式和模拟式的输入和输出来控制各类 机械的生产过程。 可编程控制器及其有关外围设备都按易 于与工业系统联成一个整体， 易于扩充其 功能的原则设计。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器现代可编程控制器产品的技术特点：（1） 高可靠性与高抗干扰能力。 PLC产 品是专为工业控制环境设计的， 机内采取了 一系列抗干扰措施， 其平均无故障时间可高 达45万小时， 远远超过采用硬接线的继电 接触器控制系统， 也远远高于一般的计算 机控制系统。 PLC产品在软件设计上采取了 循环扫描、 集中采样、 集中输出的工作方式 ， 设置了多种实时监控、 自诊断、 自保护、 自恢复程序； 在硬件设计上采用了屏蔽、 隔 离、 滤波、 联锁等抗干扰电路结构， 并实现 了整体结构的模块化。 PLC适应于恶劣的工 业环境， 这是它优于普通微机控制系统的首 要特点。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器（2） 通用、 灵活、 方便。 PLC 作为专用微机控制系统产品， 采用了 标准化的通用模块结构， 其I/O电路又 采用了足够的抗干扰设计， 既可以使 用模拟量， 也可以使用开关量， 现场 信号可以直接接入， 用户不需要进行 硬件的二次开发， 控制规模又可以根 据控制对象的信号数量与所需功能进行 灵活方便的模块组合， 具有接线简单 ， 使用、 维护十分方便的优点。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器（3） 编程简单， 易于掌握。 这是 PLC产品优于普通微机控制系统的另一 个特点。 可编程控制器的程序编写一 般不需要高级语言， 其通常使用的梯 形图语言类似于继电器控制原理图， 使未掌握专门计算机知识的现场工程技 术人员也可以很快熟悉和使用， 这种 面向问题和控制过程的编程语言直观、 清晰、 修改方便且易于掌握。 当然， 不同机型PLC在编程语言上是多样化的 ， 但同一档次不同机型的控制功能可 以十分方便地相互转换。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器（4） 开发周期短。 设计一套常规继电器 控制系统需顺序进行电路设计、 安装接线、 逻辑调试三个步骤， 只有进行完前一步才能 进入下一步， 开发周期长， 线路修改困难， 工程越大这一缺点就越明显。 而使用PLC完 成一套电气控制系统， 只要电气总体设计完 成， I/O点分配完毕， 软件设计模拟调试与 硬件设计施工就可以同时分别进行。 在软件 调试方面， 控制程序可以反复修改； 在硬件 施工方面， 安装接线只涉及输入和输出装置 ， 不涉及复杂的继电器控制线路， 硬件投资 较少， 故障率低。 在软、 硬件分别完成之 后的正式调试中， 控制逻辑的修改也仅涉及 软件修改， 大大缩短了开发周期。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器（5） 功能强， 体积小， 重量轻。 由于 PLC产品是以微型计算机为核心的， 所以具有 许多计算机控制系统的优越性。 以日本三菱公 司的FX2N-32MR小型可编程控制器为例， 该 PLC的外型尺寸是87 mm40 mm90 mm， 重 量0.65 kg， 内部包含各类继电器3228个， 状 态寄存器1000个， 定时器256个， 计数器241 个， 数据寄存器8122个， 耗电量为150 W， 其 应用指令包括程序控制、 传送比较、 四则逻 辑运算、 移位、 数据（包括模拟量）处理等 多种功能， 指令执行时间为每步小于0.1 s， 无论在体积、 重量上， 还是在执行速度、 控 制功能上， 都是常规继电器控制系统所无法相 比的。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器PLC产品按I/O点数和存储容量可 分为小型、 中型和大型PLC三个等级。 小型PLC的I/O点数在256点以下， 存储 容量为2 k步， 具有逻辑控制、 定时、 计数等功能， 目前的小型PLC产品也具 有算术运算、 数据通信和模拟量处理 功能。 中型PLC的I/O点数在2562048 点之间， 存储容量为28 k步， 具有 逻辑运算、 算术运算、 数据传送、 中 断、 数据通信、 模拟量处理等功能， 用于多种开关量、 多通道模拟量或数 字量与模拟量混合控制的复杂控制系统 。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器大型PLC的I/O点数在2048点以上， 存储容量达8 k步以上， 具有逻辑运算、 算术运算、 模拟量处理、 联网通信、 监视记录、 打印等功能， 有中断、 智 能控制、 远程控制能力， 可完成大规模 的过程控制， 也可构成分布式控制网络 ， 完成整个工厂的网络化自动控制。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 基本单元型号表示方法：FX2NM 1 2 式中，1部分用两位数表示输入/输出(I/O)的总点 数，有16、24、32、48、64和80六种；2部分用字符 表示输出类型：R表示继电器触点输出，T表示晶体管 输出，S表示双向晶闸管输出。例如，FX2N-32MR表示是FX2N系列的基本单元， 输入/输出(I/O)总点数为32点，其中16点为直流24 V输 入，16点为继电器输出。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器PLC的基本组成与功能PLC实质上是一种为工业控制而设 计的专用微机控制系统， 因此其硬件 结构与微型计算机控制系统相似， 但 输入、 输出电路要求具有更强的抗干 扰能力。 一套可编程控制器在硬件 上由基本单元（主机）、 I/O扩展单元 及外围设备组成， 通过各自的端口连 成一个整体。 图5-1为PLC的硬件结构 图。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器图 5-1 PLC的硬件结构图 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器1 PLC基本单元PLC基本单元是以CPU为核心的一台工 业控制专用微机系统， 主要由CPU、 存储器 和I/O接口电路组成。 CPU的功能是： （1） 接收编程器、 PC机或其他外围设 备输入的用户程序、 数据等信息。 （2） 扫描接收现场输入信号， 并存入指 定内部继电器或寄存器。 （3） 读取、 解释用户程序， 执行用户 控制程序， 获得正确的逻辑运算或算术运算 结果。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器（4） 更新有关的内部继电器或寄存 器， 并将运算结果传送至输出电路， 以实现对现场设备的准确动作控制。 （5） 如需输出打印或状态监控， 还需将有关信息传送至外围设备。 不同档次的PLC产品内部使用的 CPU芯片差异较大， 三菱公司FX2系列 小型PLC使用的微处理器是16位8096单 片机， 美国AB公司的PLC-3型大型PLC 采用的微处理器是ADM-2900高速芯片 。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器存储器的功能是： （1） 系统存储器（ROM区） 用于 储存PLC产品生产厂编写的各种系统工 作程序， 用户不能更改或调用。 （2） 用户存储器（RAM区） 用 来储存用户编写的控制程序和用户数据 ， 该区域用户可读可写， 可随意增加 或删减。 在PLC中一般采用锂电池对用 户程序进行掉电保护（一般能保持5 10年， 经常带负载可保存25年）。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器I/O接口电路的功能是： （1） 输入接口电路的作用是将来 自现场设备的输入信号通过电平变换、 速度匹配、 信号隔离和功率放大， 转 换成可供CPU处理的标准电平信号。 图5-2为PLC产品中常见的一种直流24 V 传感器输入电路。 如输入器件为按钮 、 开关类无源器件， +24 V端子仍需接 24 V电源， 但输入按钮或开关则可直 接连在输入端子和COM端之间， 电路 更为简单。 只要程序运行， PLC内部 就可以识别输入端子和COM之间的通 或断。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器图5-2 直流24 V输入电路 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器（2） 输出接口电路的作用是将 CPU的程序运行结果经过电平转换、 隔离和功率放大， 转换成能带一定负 载的具体的输出状态。 基本单元上的 输出信号一般为开关量， 输出接口电 路分继电器输出型、 晶体管输出型和 晶闸管输出型三种。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器图5-3 PLC的输出接口电路(a) 继电器输出型； (b) 晶体管输出型； (c) 晶闸管输出型 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器2 PLC的扩展单元每个系列的PLC产品都有一系列与基本 单元相匹配的扩展单元， 以便根据所控制对 象的控制规模大小来灵活组成电气控制系统 。 扩展单元内部不配备CPU和存储器， 仅扩 展输入/输出电路， 各扩展单元的输入信息经 扩展连接电缆进入主机总线， 由主机的CPU 统一处理， 执行程序后， 需要输出的信息也 由扩展连接电缆送至各扩展单元的输出电路 。 PLC处理模拟量输入/输出信号时， 要使用 模拟量扩展单元， 这时的输入接口电路为 A/D转换电路， 输出接口电路为D/A转换电 路。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器3 PLC的外围设备小型PLC最常用的外围设备是编程器和 PC机。 编程器的功能是完成用户程序的编制 、 编辑、 输入主机、 调试和执行状态监控 ， 是PLC系统故障分析和诊断的重要工具。 PLC的编程器主要由键盘、 显示屏、 工作方 式选择开关和外存储