可编程逻辑器件教案.

《可编程控制器技术与应用》（三菱系列）电子教案张方庆肖功明主编中等职业学校教学用书（机电技术专业）第1章概述1.1可编程控制器的定义及其功能特点1.1.1PLC的定义PLC的定义——PLC是英文“ProgrammableLogicalController”的缩写，中文译为可编程序逻辑控制器。它是微机技术与继电接触器常规控制概念相结合的产物，即采用了微型计算机的基本结构和工作原理，融合了继电接触器控制的概念构成的一种新型电控器。1987年2月国际电工委员会（IEC）的定义：“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、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/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外围设备，都按易于使工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。1.1.2PLC的产生和发展可编程序控制器问世于1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算。所以称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicalController），简称PLC。PLC是美国汽车制造工业激烈竞争的结果。更新汽车型号必然要求加工生产线改变。正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战。1968年美国GeneralMotors公司，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标。这就是著名的GM10条。1.编程简单，可在现场修改程序；2.可靠性高于继电器控制柜；3.体积小于继电器控制柜；4.维护方便，最好是插件式；5.可将数据直接送入管理计算机；6.在成本上可与继电器控制柜竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；9.在扩展时，原系统只需很小变更；10.用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。GM10条是可编程序控制器出现的直接原因：自第一台PLC诞生以来，PLC共经过了五个发展时期：⑴1969年到20世纪70年代初期；⑵70年代初期到末期；⑶70年代末期到80年代中期；⑷80年代中期到90年代中期；⑸21世纪仍保持旺盛的发展势头；1.1.3可编程控制器的功能特点1、PLC的基本功能①条件控制；（电梯控制）②定时控制；（红绿灯控制）③计数控制；（自动售货机）④步进控制；（顺序控制）⑤数据处理；（加、减、乘、除等运算）⑥通信与联网；（与计算机联机控制）⑦对控制系统的监控；（当PLC控制电梯时本身自检出现故障时，能立即停止工作，保障乘客的安全）2、PLC的特点①通用性强；②接线简单；③编程容易；④抗干扰能力强、可靠性高；⑤容量大，体积小，重量轻，功耗少，成本低，维修方便。1.2PLC的结构及软件系统1.2.1PLC硬件的基本结构PLC主要有六部分组成：CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/O）扩展接口。I/O扩展单元I/O扩展接口中央处理单元(CPU)输入接口输出接口限位开关手动开关编码器数字开关电源外部设备接口存储器系统程序用户程序数据编程器上位计算机图形监控系统打印机EPROM写入器盒式磁带机条码判读机电源电磁阀继电器指示灯蜂鸣器1、CPU主要由控制器、运算器和寄存器组成；功能：接收输入信号并存入存储器，读出指令，执行指令并将结果输出，处理中断请求，准备下一条指令等。2、存储器作用：存储器主要用来存放系统程序、用户程序和数据；根据存储器在系统中的作用可将其分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器——存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序，模块化应用功能了程序，命令解释程序，故障诊断程序及其它管理程序；用户程序存储器——专门提供给用户存放程序和数据；分RAM、EPROM、E2PROM三种类型；3、输入接口电路PLC输入、输出信号有开关量、模拟量、数字量三种类型；4、输出接口电路PLC的输出接口电路都有三种形式：一种是继电器输出，一种是晶闸管输出，一种是晶体管输出。①继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。内部电路LEDL:负载COML～L输出端子继电器输出型内部电路LED输出端子L:负载COMLL～（b）晶闸管输出型L:负载输出端子LED内部电路COMLL（c）晶体管输出型（NPN集电极开路）输出端子LED内部电路COML:负载LL（d）晶体管输出型（PNP集电极开路）③晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。②晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。5、电源部分：PLC对电源的基本要求是：①能有效控制、消除电网电源带来的各种噪声；②不会因电源发生故障而导致其他部分产生故障；③能在较宽的电压波动范围内保持输出电压稳定；④电源本身的功耗应尽量能低，以降低整机的温升；⑤内部电源及PLC向外提供的电源与外部电源间应完全隔离；⑥有较强的自动保护功能；1.2.2PLC软件系统PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成；1、系统程序——有三种：系统管理程序、用户程序编辑和指令解释程序、标准子程序和调用管理程序；2、用户程序——常用的编程语言有以下几种：①、梯形图；②、语句表；③、逻辑图；④、功能表图；⑤、高级语言；1.3PLC的工作原理1.3.1扫描工作方式PLC工作过程如下图所示：1.3.2PLC的程序执行过程：PLC执行程序的过程分三个阶段，即输入采样（输入处理）阶段、程序执行阶段、和输出刷新（输出处理）阶段1、输入采样阶段；2、程序执行阶段；3、输出刷新阶段；PLC工作过程示意图如下图所示：1.3.3PLC的I/O滞后现象PLC的滞后时间的长短与以下因素有关：①输入滤波器对信号的延迟作用；②输出继电器的动作延时；③PLC循环扫描工作方式；1.4PLC的分类及应用1.4.1PLC的分类：按结构形式分类：1、整机式PLC——将电源、CPU、存储器及I/O等各个功能集成在一个机壳内；特点——结构紧凑、体积小、价格低。2、模块式PLC——将电源模块、CPU模块、I/O模块作为单独的模块安装在同一底板或框架上；特点——配置灵活、安装和维护方便。按I/O点数和存储容量分：1、小型PLC——I/O点数在256点以下，存储器容量2K步；2、中型PLC——I/O点数在256~2048点之间，存储器容量2K~8K步；3、大型PLC——I/O点数在2048点以上，存储器容量8K步以上；1.4.2PLC的应用PLC的使用情况大致分以下类：①开关量逻辑控制；②模拟量控制；③运动控制；④过程控制；⑤数据处理；⑥通信及联网；1.5FX系列PLC的硬件1.5.1FX系列PLC的型号和外形1、FX系列PLC的型号FX系列PLC型号名称含义如下：①子系列序号：即FX0、FX1、FX2、FX0S、FX1S、FX2N、FX2C、FX0N、FX1N和FX2N。②输入、输出的总点数：10～128点；③单元类型：M－基本单元；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。④输出形式：R－继电器输出；T－晶体管输出；S－晶闸管输出。⑤电源的形式：D－DC24V电源，24VDC输入；无标记为AC电源或24V直流输入。2、FX系列PLC的外形各动作指示灯的含义如下：POWER：电源指示；RUN：运行指示；BATT.V：电池电压下降指示；CPU-E：出错指示亮灯；1.5.2FX系列PLC的特点①体积小；②外部结构美观；③用户选用的子系列多；④系统配置灵活多变；⑤功能强、使用方便；1.5.3FX系列PLC硬件组成课后作业：第2章、FX系列PLC各种软元件的作用及编号2.1输入/输出继电器在PLC的内部存储器中有一个用来存储输入/输出信号的存储区，称为输入暂存器和输出暂存器，I/O暂存器有很多存储单元（位），某个单元所存的内容和PLCI/O端的状态相对应，输入暂存器用于反映控制现场的输入信号，称为输入继电器。输出暂存器用于反映PLC的输出信号，称为输出继电器。存储区中每个单元储存的是动合触点的状态，对于动断触点PLC是将其相应位的状态取反而获得。I/O继电器的触点可在程序中多次引用，次数不受限制。1、输入继电器(X)的功能输入继电器是PLC用来接收用户设备发来的输入信号的接口；输入继电器用X表示，其状态由PLC外部的控制现场信号驱动（由外部输入器件接入的信号），不受PLC程序的控制。输入继电器的动作示意图如下所示：输入信号X000输入信号X001COM（X000）（X001）X000X000X001X001输入接线端子可编程控制器常开触点常闭触点常闭触点常开触点2、输出继电器（Y）的功能输出继电器（Y）是PLC用来将输出信号传送到负载的接口；输出继电器用Y表示，是PLC向外部负载传递控制信号的器件，由PLC程序的控制；每一个输出继电器的动合、动断触点在编程时都可以无限次数的使用；一个输出继电器对应于输出单元上外接的一个物理继电器或其他执行元件。输出继电器动作示意图如下：（Y000）输出接线端子X001X000Y000输出触点Y000COM常开触点Y000Y000常闭触点负载电源可编程控制器3、输入输出继电器的编号输入输出继电器地址使用8进制数，因此不存在8、9这样的数值。FX2N系列PLC的I/O地址为：X000～X007、X010～X017、X020～X027、X030～X037……以及Y000～Y007、Y010～Y017、Y020～Y027……。2.2辅助继电器和特殊继电器的功能及编号2.2.1辅助继电器（M）的功能及编号辅助继电器的触点使用次数不受限制，触点不能驱动外部负载，外部负载只能用输出继电器驱动；辅助继电器的编号采用十进制，与X、Y不同，可以有8、9这样的编号；1、通用辅助继电器在PLC内部起辅助作用，FX1S有M0~M383共384点；FX2N有M0~M499共500点；属断电不保持型2、失电保持型辅助继电器在PLC失电后仍能保持失电前的状态；之所以能失电保持是因为有电池后备；FX2N系列PLC失电保持继电器编号范围是M500～M1023共524点，FX1S系列失电保持专用的辅助继电器的编号范围是M384～M511共128点。3、特殊辅助继电器①只能利用触点的特殊辅助继电器M8000——运行（RUN）监控（PLC运行时自动接通）；M8002——初始脉冲（仅在PLC运行开始瞬间接通）；M8005——电池电压低，当PLC电池电压异常过低后接通；M8011——10ms时钟脉冲；M8012——100ms时钟脉冲；M8013——1s时钟脉冲；M8014——1min时钟脉冲。②可驱动线圈型特殊辅助继电器M8030——使BATTLED（后备电池欠电压指示灯）熄灭；M8033——PLC停止运行时输出保持；M8034——禁止全部输出；M8039——定时扫描。2、状态继电器（S）的功能和编号FX系列PLC状态继电器有以下四种类型。⑴初始状态S0～S9共10点；⑵回零S10～S19共10点；⑶通用S20～S499共480点；⑷保持S500～S899共400点。3、报警状态继电器用作外部故障诊断输出。作报警器用的状态继电器编号范围为S900～S999共100点；均为失电保持型。2.3定时器与计数器的功能及编号2.3.1定时器（T）的功能及编号作用：累计其内部1ms、10ms、100ms等的时钟脉冲，当达到设定值时，输出触点动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。其功能相当于继电控制系统中的时间继电器；定时器中的常数可任意设定；可分非积算定时器和积算定时器。1、非积算定时器FX2系列PLC内有100m定时器200点（T0～T199）工作原理示意图如教材图2-7所示；2、积算定时器FX2系列PLC内有1ms积算定时器4点（T246～T249），时间设定值为0.001～32.767