长沙国家高新区

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1、长 沙 国 家 高 新 区 生物机电 湖南省省级精品课程开发教材湖南省省级精品课程开发教材 高等职业教育规划教材高等职业教育规划教材 电气控制与电气控制与PLCPLC应用应用 主主 编编 王少华王少华 湖南生物机电职院 2008年05月长 沙 国 家 高 新 区 生物机电备注备注1 1：本电子教案未考虑实训课时，按少课时制作：本电子教案未考虑实训课时，按少课时制作备注备注2 2：同时提供本教材的电子文档，各任课教师可根据实：同时提供本教材的电子文档，各任课教师可根据实际情况对本电子教案进行增减修改际情况对本电子教案进行增减修改备注备注3 3：电子文档如与教材内容有出入的地方，以教材内容：电子文

2、档如与教材内容有出入的地方，以教材内容为准为准备注备注4 4：因涉及有关问题，本电子教案暂不提供动作仿真，：因涉及有关问题，本电子教案暂不提供动作仿真，敬请谅解敬请谅解备注备注4 4：如有其他问题或事项请与本人联系（：如有其他问题或事项请与本人联系（0731-46156120731-4615612）主主 编编 王少华王少华 湖南生物机电职院 2008年05月 生物机电生物机电第第4 4模块模块 可编程序控制器工作原理及结构可编程序控制器工作原理及结构任务一任务一 PLCPLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用4.1.14.1.1可编程控制器的产生可编程控制器的产生 可编程控制器（Progra

3、mmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的，是一种以CPU为核心的计算机工业控制装置。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，用它来代替继电器实现逻辑控制。随着微电子技术、计算技术、通信技术等的飞速发展，可编程控制器的功能已大超过了逻辑控制的范围，所以，目前人们都把这种装置称作可编程控制器，简称PC。为了避免与目前应用十分广泛的个人计算机（Personal Computer简称PC）相混淆，本书仍将可编程控制器简称PLC。1初创阶段 2功能扩展阶 3联机通信阶段 4网络化阶段 生物

4、机电生物机电4.1.24.1.2可编程控制器的发展可编程控制器的发展 现代PLC的发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。1小型、廉价、高性能2大型、多功能、网络化3与智能控制系统相互渗透和结合4高可靠性 生物机电生物机电4.1.34.1.3可编程控制器的特点可编程控制器的特点 1使用灵活、通用性强2编程简单、易于掌握3可靠性高、能适应各种工业环境4接口简单、维护方便5体积小、重量轻、功耗低4.1.44.1.4可编程控制器的分类可编程控制器的分类 1按容量分 大致可分为“小”、“中”、“大”三

5、种类型。（1）小型PLC（2）中型PLC（3）大型PLC 生物机电生物机电2按硬件结构分 按结构分可将PLC分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC三类。（1）整体式PLC图图4-1 FX1S系列系列PLC外形图外形图 生物机电生物机电（2）模块式PLC图图4-2 MELSEC-Q4-2 MELSEC-Q系列系列PLCPLC的外形图的外形图 生物机电生物机电（3）叠装式PLC图图4-3 4-3 带扩展单元的带扩展单元的FX2NFX2N系列系列PLCPLC的外形图的外形图 生物机电生物机电4.1.54.1.5可编程控制器的应用可编程控制器的应用 PLC作为自动化领域重要的控制设备，应用非常广

6、泛。其用途大致可以归纳为以下几个方面。1开关量的逻辑控制2模拟量控制3运动控制4过程控制5数据处理6通讯联网 生物机电生物机电任务二任务二 PLCPLC的结构和工作原理的结构和工作原理4.2.14.2.1可编程控制器的结构可编程控制器的结构 编 程 器 图图4-44-4 PLC的组成框图的组成框图继电器触点输入接口电路CPUEPROM扫描程序I/O管理RAM用户存储器用户逻辑I/O信息输出接口电路电 源开关或传感器行程开关模拟量输入指示灯电磁装置电动机其他执行装置主机 PLC实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，虽然各国生产的PLC外型各异，但其硬件结构基本相同。主要由中央处理器（CPU）

7、、存储器（RAM、ROM）、输入输出接口电路（I/O接口）、电源及编程设备几大部分组成。生物机电生物机电1中央处理器（CPU）2存储器3输入输出接口电路4电源5编程器 生物机电生物机电4.2.24.2.2可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 1扫描的概念2可编程控制器的工作过程（1）自诊断（2）与外设通信（3）输入采样（4）程序执行（5）输出刷新 生物机电生物机电4.2.34.2.3可编程控制器的主要技术性能指标可编程控制器的主要技术性能指标 PLC的种类很多，用户可以根据控制系统的具体要求选择不同技术性能指标的PLC。PLC的技术性能指标主要有以下几个方面。1输入/输出点数 2存储容

8、量 3扫描速度 4指令条数 5内部继电器和寄存器 6编程语言及编程手段 7可扩展性 生物机电生物机电4.2.44.2.4可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言1梯形图编程语言 梯形图的格式要求如下：（1）梯形图按行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。（2）图左、右两边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于继电器线圈或终止母线（有些PLC终止母线可以省略）。（3）梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。生物机电生物机电 生物机电生物机电2助记符语言LD X0 逻辑行开始，输入X

9、0常开接点OR Y0 并联Y0的自保接点ANI X1 串联X1的常闭接点OUT Y0 输出Y0逻辑行结束LD Y0 输入Y0常开接点逻辑行开始OUT Y1 输出Y1逻辑行结束 生物机电生物机电3顺序功能图语言 顺序功能图常用来编制顺序控制程序，它包括步、动作、转换三个要素。生物机电生物机电 4功能块图编程语言 功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方块左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆点表示“非”运算，信号自左向右流动。生物机电生物机电任务三任务三 三菱三菱FX2NFX2N可编程控制器可编程控制器4.3.1 4.3.1

10、 三菱三菱PLCPLC系列系列 三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。先后生产的产品有F、F1、F2、FX2C、FX2N、FX2NC等系列，其中F系列已经停产，而FX2N型PLC是三菱公司的典型产品，属于高性能小型机，系统最大I/O点数为128点，配置扩展单元后可以达到256点。FX2系列PLC在我国应用比较广泛。另外，三菱公司还生产A系列PLC，它属于中大型PLC。生物机电生物机电4.3.2 4.3.2 三菱三菱 FX FX 系列系列PLCPLC1FX系列PLC型号名称的含义 生物机电生物机电 序列号：0、0S、0N、2、2C、1S、2N、2NC。I/O总点数：10256。单元类型：M基本

11、单元；E输入输出混合扩展单元及扩展模块;EX输入专用扩展模块；EY输出专用扩展模块。输出形式：R继电器输出；T晶体管输出；S晶闸管输出。特殊品种区别：DC电源，DC输入；A1AC电源，AC输入；大电流输出扩展模块（1A/1点）；立式端子排的扩展模块；接插口输入输出方式；输入滤波器1ms的扩展模块；TTL输入扩展模块；独立端子（无公共端）扩展模块。2FX2N系列可编程控制器的基本构成表表4-1 FX2N4-1 FX2N系列扩展单元系列扩展单元生物机电生物机电型 号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-32ERFX2N-32ESFX2N-32ET16162432F

12、X2N-48ERFX2N-48ET24244864 生物机电生物机电型 号输入点数 输出点数扩展模块可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT882432FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT16162432FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT24244864FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT32324864FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT40404864FX2N-128MR-001FX2N-128MT64644864表表4-2

13、FX2N4-2 FX2N系列基本单元系列基本单元表表4-3 FX2N4-3 FX2N系列扩展模块系列扩展模块生物机电生物机电型 号输入点数输出点数输 入继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-16EX16FX2N-16EX-C16FX2N-16EX L-C16FX2N-16EYRFX2N-16EYS16FX2N-16EYT16FX2N-16EYT-C16 生物机电生物机电3FX2N系列可编程控制器的外部结构输入端子（X0X7、X10X17、X20X27、X30X37、COM）输入LED指示灯输出端子（Y0Y7、Y10Y17、Y20Y27、Y30Y37、COM）输出LED指示灯PLC状态指示灯电

14、源输入端子（L、N、接地）存储器串行通信口图图4-9 FX2N PLC外部结构图外部结构图 生物机电生物机电 生物机电生物机电4.3.3 FX2N 4.3.3 FX2N 编程器件介绍编程器件介绍FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MX0X78点X0X01716点X0X2724点X0X3732点X0X4740点Y0Y78点Y0Y1716点Y0Y2724点Y0Y3732点Y0Y4740点【M0M499】500点一般用【M500M1023】524点保持用【M1024M3071】2048点保持用【S0S499】500点一般用初始化用S0S9；原点回归用S10S

15、19【S500S899】400点保持用T0T199500点100ms子程序用T192T199【T200T245】46点10 ms【T246T249】4点1ms累积16位增量计数器32位可逆计数器【C0C99】100点一般用【C100C199】100点保持用【C200C219】20点一般用【C220C234】15点保持用【C235C245】1相1输入1输入继电器X输入继电器与PLC的输入端相连，是PLC接受外部开关信号的接口。与输入端子连接的输入继电器是光电隔离的电子继电器，其线圈、常开接点、常闭接点与传统硬继电器表示方法一样。这里可提供无数个常开接点、常闭接点供编程时使用。FX2N系列的输入继

16、电器采用八进制地址编号，其编号为X0X7、X10X17X260X267。编程时应注意，输入继电器只能由外部信号驱动，而不能在程序内部用指令驱动，其接点也不能直接输出带动负载。生物机电生物机电 2输出继电器Y 输出继电器是PLC中专门用来将运算结果经输出接口电路及输出端子送达并控制外部负载的虚拟继电器。它在PLC内部直接与输出接口电路相连，它有无数个动合触点与动断触点，这些动合与动断触点可在PLC编程时随意使用。外部信号无法直接驱动输出继电器，它只能在程序内部由指令驱动。FX系列PLC的输出继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时，输出继电器最多可达184点，其编号为Y0Y267。图4-

17、11中Y0即是输出继电器应用的例子，X1是输出继电器Y0的工作条件。生物机电生物机电 生物机电生物机电3辅助继电器M PLC内有很多辅助继电器，和输出继电器一样，只能由程序驱动。每个辅助继电器也有无数对动合和动断触点供编程使用，其作用相当于继电器控制线路中的中间继电器。辅助继电器的接点在PLC内部编程时可以任意使用，次数不限。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须由输出继电器执行。（1）通用辅助继电器M0M499（500点）生物机电生物机电（2）断电保持辅助继电器M500M1023（524点）PLC在运行中发生停电，输出继电器和通用辅助继电器全部成断开状态。再运行时，除去PLC

18、运行时被外部输入信号接通的以外，其它都断开。但是，根据不同控制对象要求，有些控制对象需要保持停电前的状态，并能在再运行时再现停电前的状态情形，断电保持辅助继电器就是用于此种场合，停电保持由PLC内装的后备电池支持。FX2N系列PLC除了524个断电保持辅助继电器外，还有M1024M3071共2048个断电保持专用辅助继电器，它与断电保持用辅助继电器的区别在于，断电保持用辅助继电器可用参数设定，是可变更非断电保持区域，而断电保持专用辅助继电器关于断电保持的特性无法用参数来改变。生物机电生物机电（3）特殊辅助继电器M8000M8255（256点）这些特殊辅助继电器各自具有特殊的功能，通常分成两大类

19、。一类是用户只能利用其触点，其线圈由PLC自动驱动。例如：M8000（运行监视）、M8002（初始脉冲）、M8012（100ms 时钟脉冲）、M8013（1s 时钟脉冲）。另一类是可驱动线圈型的特殊辅助继电器，用户驱动其线圈后，PLC做特定的动作。例如，M8030为锂电池电压指示灯特殊辅助继电器，当锂电池电压跌落时，M8030动作，指示灯亮，提醒PLC维修人员赶快调换锂电池。M8033指PLC停止时输出保持，M8034是指禁止全部输出，M8039是指定时扫描。生物机电生物机电4内部状态继电器S 状态继电器是PLC在顺序控制系统中实现控制的重要内部元件。它与后面介绍的步进顺序控制指令STL配合使

20、用，运用顺序功能图编制高效易懂的程序。状态继电器与辅助继电器一样，有无数个动合触点和动断触点，在顺序控制程序内可任意使用。（1）初始状态继电器：S0S9（10点）；（2）回零状态继电器：S10S19（10点）；（3）通用状态继电器：S20S499（480点）；（4）保持状态继电器：S500S899（400点）；（5）报警状态继电器：S900S999（100点）。不用步进梯形指令时，状态继电器S可作为辅助继电器M在程序中使用。生物机电生物机电5内部定时器T 定时器在PLC中相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器（一个字长）、一个当前值寄存器（一个字长）以及无数个触点（一个位）。（1）定时器的

21、类型 FX2N系列可编程控制器定时器具有以下四种类型。100ms定时器：T0T199（200点），计时范围：0.13276.7s 10ms定时器：T200T245（46点），计时范围：0.01327.67s1ms积算定时器：T246T249（4点：中断动作），计时范围：0.00132.767s100ms积算定时器：T250T255（6点），计时范围：0.13276.7s 生物机电生物机电（2）定时器的工作原理 可编程控制器中的定时器是对机内1ms、10ms、100ms等不同规格时钟脉冲累加计时的。（3）普通定时器与积算定时器的使用 图4-13为定时器在梯形图中使用的情况。图4-13（a）为普通

22、定时器。图4-13（b）为积算定时器。图4-13（a）中X1为计时条件，当X1接通时定时器T10计时开始。K20为设定值。十进制数“20”为该定时器计时单位值的倍数。T10为100ms定时器，当设定值为“K20”时，其计时时间为2s。图中Y10为定时器的工作对象。当计时时间到，定时器T10的动合触点接通，Y10置1。在计时中，计时条件X1断开或PLC电源停电，计时过程中止且当前值寄存器复位（置0）。若X1断开或PLC电源停电发生在计时过程完成且定时器的触点已动作时，触点的动作也不能保持。若把定时器T10换成积算定时器T250，情况就不一样了。积算定时器在计时条件失去或PLC失电时，其当前值寄存

23、器的内容及触点状态均可保持，可在多次断续的计时过程中“累计”计时时间。所以称为“积算”。图4-13（b）为积算式定时器T250的工作梯形图。因积算式定时器的当前值寄存器及触点都有记忆功能，必须在程序中加入专门的复位指令。图中X2即为复位条件。当X2接通执行“RST T250”指令时，T250的当前值寄存器及触点同时置0。定时器可采用十进制常数（K）作为设定值，也可用后述的数据寄存器D的内容作间接指定。生物机电生物机电 生物机电生物机电6内部计数器C 计数器是PLC重要内部部件，在程序中用作计数控制。它是在执行扫描操作时对内部元件X、Y、M、S、T、C的信号进行计数。当计数达到设定值时，计数器触

24、点动作。计数器的动合、动断触点同样可以无限制使用。（1）16位增计数器 16位2进制增计数器，其设定值为KlK32767(10进制常数)。如果切断可编程控制器的电源，则通用计数器的计数值被清除，而停电保持用的计数器可存储停电前的计数值，因此计数器可按上一次数值累计计数。生物机电生物机电 如图4-14所示，计数输入X11每驱动CO线圈一次，计数器的当前值就增加，在执行第四次的线圈指令时，输出触点动作。以后即使输入X11再动作，计数器的当前值不变。如果复位输入X10为ON，则执行RST指令，计数器的当前值变为0，输出触点复位。计数器的设定值，除用上述常数K直接设定外，还可通过数据寄存器编号间接指定

25、。生物机电生物机电（2）32位双向计数器 32位2进制增计数减计数的设定值范围为-2147483648+2147483647(10进制常数)。利用特殊的辅助继电器M8200M8234确定增计数减计数的方向。如果特殊辅助继电器接通时为减计数，否则为增计数。根据常数K或数据寄存器D的内容，设定值可正可负。若将连号的数据寄存器的内容视为一对，可作为32位的数据处理。因此，在指定D0时，D1和D0两项作为32位设定值处理。如图4-15所示，利用计数输入X14驱动C200线圈时，可实现增计数或减计数。在计数器的当前值由-5-4增加时，计数器输出触点置位（接通），在由-4-5减少时，若输出已经接通，则其输

26、出触点复位（断开）。若在由-4-5减少时，输出Y1本来是未接通的，则不存在断开。生物机电生物机电 生物机电生物机电 如果复位输入X13为ON，则执行RST指令，计数器的当前值变为0，输出触点也复位。使用断电保持用的计数器时，计数器的当前值、输出触点动作与复位状态均保持停电时的状态。32位计数器也可作为32位数据寄存器使用。但是，32位计数器不能作为16位应用指令中的软元件。在以D-MOV指令（设定值间接指定以MOV传送）等把大于设定值的数据写入当前值数据寄存器时，则在以后的计数输入时可继续计数，触点也不变化。生物机电生物机电（3）高速计数器 FX2N系列PLC内有21个高速计数器，其地址号为C

27、235C255。高速计数信号从X0X5有6个端子输入，每一个端子只能作为一个高速计数器的输入，所以最多只能同时用6个高速计数器工作。前面21个高速计数器又分为4种类型，即C235C240为1相无起动/复位端子高速计数器、C241C245为1相带起动/复位端子高速计数器、C246C250为1相双向输入高速计数器、C251C255为2相输入（A-B型）高速计数器。有关高速计数器的使用方法可参阅FX2N系列PLC使用手册，这里不再叙述。高速计数器的最高计数频率受两个因素限制，一个是输入响应速度，另一个是全部高速计数器的处理速度。因为高速计数器是采用中断方式操作，因此计数器用得越少，计数频率就越高。生

28、物机电生物机电7数据寄存器D 可编程控制器用于模拟量控制、位置控制、数据I/O时，需要许多数据寄存器存储参数及工作数据。这类寄存器的数量随着机型不同而不同。每个数据寄存器都是16位，其中最高位为符号位，可以用两个数据寄存器合并起来存放32位数据（最高位为符号位）。（1）通用数据寄存器D0D199 只要不写入数据，则数据将不会变化，直到再次写入。这类寄存器内的数据，一旦PLC状态由运行（RUN）转成（STOP）时全部数据均清零。（2）停电保持数据寄存器D200D7999 除非改写，否则数据不会变化。即使PLC状态变化或断电，数据仍可以保持。（3）特殊数据寄存器D8000D8255 这类数据寄存器

29、用于监视PLC内各种元件的运行方式用，其内容在电源接通（ON）时，写入初始化值（全部清零，然后由系统ROM安排写入初始值）。生物机电生物机电 （4）文件寄存器D1000D7999 文件寄存器实际上是一类专用数据寄存器，用于存储大量的数据，例如采集数据、统计计算器数据、多组控制参数等。其数量由CPU的监视软件决定。在PLC运行中，用BMOV指令可以将文件寄存器中的数据读到通用数据寄存器中，但不能用指令将数据写入文件寄存器。8变址寄存器（V/Z）变址寄存器除了和普通的数据寄存器有相同的使用方法外，还常用于修改器件的地址编号。V、Z都是16位的寄存器，可进行数据的读写。当进行32位操作时，将V、Z合并使用，指定Z为低位。生物机电生物机电 9内部指针（P/I）内部指针是PLC在执行程序时用来改变执行流向的元件。它有分支指令专用指针P和中断用指针I两类。a.分支指令专用指针P0P63 分支指令用指针在应用时，要与相应的应用指令CJ、CALL、FEND、SRET及END配合使用，P63为结束跳转使用。b.中断用指针I 中断用指针是应用指令IRET中断返回、EI开中断、DI关中断配合使用的指令。10常数（K/H）常数也作为器件对待，它在存储器中占有一定的空间，十进制常数用K表示，如18表示为K18；十六进制常数用H表示，如18表示为H12。生物机电生物机电 生物机电生物机电