PLC及电气识图基础王岩卓,目录,一、 PLC的由来,可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。PLC通过检查输入的状态来控制它的输出点的闭合与打开。用户输入一段程序（通常是通过软件），PLC就给出相应的结果。,在60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。 美国通用汽车公司 1969 美国数字设备公司（DEC）1971 日本从美国引进了这项新技术，很快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。我国从1974 年开始研制，于1977 年开始工业应用。,PLC在实际中用的很多，只要有工业的地方，就有PLC存在的机会。如果你就在机器制造、包装、物料输送、自动装配等行业中工作，那么你可能已经在使用它了。如果没有的话，你就是正在浪费金钱和时间。几乎所有需要电气控制的地方都需要PLC。例如，我们假设当一个开关闭合时，我们想让一个电磁阀先开启5秒钟，然后闭合，而不管开关处于什么状态。我们用一个简单的外部定时器就可以完成这一动作。但是，如果该过程有10个开关和10个电磁阀呢？我们需要10个外部定时器。如果在这一应用中也需要对开关的打开次数单独计量呢？我们需要大量的外部计数器。 可以看出，一个控制过程越复杂，我们就越需要使用PLC。使用PLC，我们可以很容易地对它的输入计数，并且在指定的时刻开启电磁阀。,二、PLC的特点,1、高可靠性 2、丰富的I/O 接口模块 3、采用模块化结构 4、编程简单易学 5、安装简单，维修方便,三、PLC的功能,1、逻辑控制 2、定时控制 3、计数控制 4、步进(顺序)控制 5、PID 控制 6、数据控制：PLC 具有数据处理能力 7、通信和联网,四、PLC的分类,1、小型PLC小型PLC 的I/O 点数一般在128 点以下。2、中型PLC中型PLC 采用模块化结构，其I/O 点数一般 在2561024 点之间。3、大型PLC一般I/O 点数在1024 点以上的称为大型PLC。,五、PLC的基本结构,PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同,1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。,2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC 常用的存储器类型a. RAM （Random Assess Memory）b. EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory） c. EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory),3、电源PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。4、I/O 设备数字I/O 接口 用作CPU 模板与外部开关量讯号之间的接口。 5、编程设备手持式编程器、计算机专用编程下载电缆。（Developer 7.0/8.0）。,六、PLC内部结构,PLC主要包括一片CPU，存储区和用来接收输入/输出数据的相应电路。实际应用中，我们可以把PLC看做一个装满了成百上千个分立的继电器、计数器、定时器以及数据存储区域的盒子。这些计数器、定时器真的存在吗？不，实际上它们是不存在的，它们是模拟的，可以把它们看作是软件计数器和定时器。这些内部继电器是通过寄存器内部的数位位置（bit location）来模拟的。那么各个部分是做什么的呢？ 输入继电器（接触器）（INPUT RELAYS ）：它们与PLC的外围电路相连。它们是实际存在的，并从开关、传感器等外围元件接收信号。典型的输入不是用继电器，而是用晶体管。 内部应用继电器（接触器）（INTERNAL UTILITY RELAYS-）：它们不从外界接收信号，实际上也不存在。它们是模拟的继电器，就是它们使得PLC取代了外部继电器。有一些专用继电器，仅用来完成某一任务。有些是常开的，有些是常闭的。有些仅在上电期间开，典型应用是用来初始化存储的数据。,计数器（COUNTERS）：它们也不是实际存在的。它们是模拟的计数器，编程后可以用来对脉冲计数。典型的计数器可以做加计数、减计数和双向计数。因为它们是模拟的，所以限制了它们的计数速度。有些厂家也在PLC中加入基于硬件的高速计数器。我们可以认为它们是实际存在的。大多数情况下，这些计数器可以做加计数、减计数和双向计数。 定时器（TIMERS）：它们也并非实际存在。它们可以有多种变量和增量。最常见的类型是闭合延时型。另外还有打开延时型和保持、非保持型。定时器增量从1ms到1s。 输出继电器（线圈）（OUTPUT RELAYS ）：它们连接到PLC的外围电路。它们是实际存在的，并向电磁线圈、灯等发出开/关信号。它们可以是晶体管、继电器或者三端双向可控硅开关元件，这取决于PLC类型的选择。 数据存储（DATA STORAGE）：典型应用中，可使用寄存器来存储数据。它们通常作为数据处理的临时存储器。当PLC断电时，它们也可用来存储数据。当上电时，它们仍保持与断电前相同的内容。非常方便，也非常有必要！,七、PLC的运行,PLC的工作就是对一段程序连续扫描。我们可以把这种扫描看成包括三个重要的步骤。虽然肯定不止三个步骤，但是我们集中精力考虑重要的部分，而不用担心其余的部分。其余部分的典型作用是作系统检查和刷新当前内部计数器和定时器的值。 步骤1检查输入状态：首先，PLC检查一下每个输入点，看它们是闭合还是打开。换句话说，连接到第一个输入点的传感器闭合吗？第二个呢？第三个呢？它将这些数据存入内存，以备在下一步使用。 步骤2执行程序：然后，PLC执行你的程序，每次执行一步。你的程序或许是这样的：如果第一个输入点闭合，那么闭合第一个输出点。因为程序已从上一步中知道输入的开关状态，所以它能够根据第一个输入点的状态，决定第一个输出点是否应该闭合。PLC将执行结果存起来以备下一步使用。,步骤3刷新输出结果：最后PLC刷新输出点的状态。它刷新的根据是第一步中读取的输入点状态和第二步中程序执行的结果。还是举第2步中的例子，此时PLC应将第一输出点闭合。原因是第一个输入点是闭合的，而且你的程序要求在这种状态下闭合第一个输出点。 步骤3执行完毕，PLC返回到步骤1，连续重复以上步骤。一次扫描时间（one scan time）就是PLC执行以上所列的3个步骤所需的时间。,目前车间所用设备配置主要有三菱和FANUC两种PLC，清洗机、测漏机、烘干机等配置的是三菱PLC，加工中心配置的为FANUC PLC。,八、三菱PLC,三菱PLC 的分类小型PLC（单元式）这类PLC 系统最大I/O 点数为256 点。FX2N、FX1N、FX1S 系列。中大型PLC：Q-PLC，这是目前业内扫描速度最快的PLC ， A-PLC 也在国内正常销售。,以FX系列为例，FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。输入继电器 （X） 各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000 X007，X010 X017，X020 X027 。它们一般位于机器的上端。输出继电器（Y） 各基本单元都是八进制输出，输出为Y000 Y007，Y010Y017，Y020Y027 。它们一般位于机器的下端。辅助继电器（M）PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。在FX2N中普遍途采用M0M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。,定时器（T）在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。 定时器通道范围如下：100 ms定时器T0T199， 共200点；10 ms定时器T200T245，共46点；计数器（C） FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。通用计数器的通道号：C0 C99，共100点。保持用计数器的通道号：C100C199，共100点。,九、FANUC PLC,应用示意图,信号说明,PMC顺序执行程序,应用举例,一、电气控制线路图的绘制原则,电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。由于它们的用途不同，绘制原则也有差别。根据实际需要，这里重点介绍电气原理图。电气原理图目的是便于阅读和分析控制线路，应根据结构简单、层次分明清晰的原则，采用电器元件展开形式绘制。它包括所有电器元件的导电部件和接线端子，但并不按照电器元件的实际布置位置来绘制，也不反映电器元件的实际大小。,电气原理图一般分主电路和辅助电路（控制电路）两部分。主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小和辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。,机床系统控制电路图,二、电气原理图中电器元件的布局,电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读原则安排。主电路安排在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右侧或下方。电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出，控制器按手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点按未受外力作用时的状态画出。电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。,主电路的组成,空气开关（断路器）,熔丝（短路保护）,交流接触器,三相异步交流电机,热继电器（过载保护）,控制电器的分类,中间继电器,继电器,热继电器,溶丝,交流接触器,主令开关,行程开关,压力继电器,接近开关,空气开关,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,6,5,主控器件,保护器件,控制器件,发信器件,信号器件,辅助器件,变压器,指示灯,自动开关（断路器）,自动开关又称自动空气断路器。当电路发生严重过载、短路以及失压等故障时能自动切断电路，有效地保护串接在其后的电气设备在正常条件下，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机，因此自动开关是低压线路中常用的具有齐备保护功能的控制电器。由于自动开关具有可以操作、动作值可调、分断能力较高，以及动作后一般不需要更换牢部件等优点因此得到了广泛应用,交流接触器,电磁式的接触器是利用电磁吸力的作用使主触点闭合或断开电动机电路或负载电路的控制电器。用它可以实现频繁的远距离操作，它具有比工作电流大数倍的接通相分断能力。接触器最主要的用途还是控制电动机的启动、正反转、制动和调速等。因此，它是电力拖动控制系统中员重要的也是最常用的控制电器。 接触器按其主触点控制的电路中的电流分为直流接触器和交流接触器。,