传感器与PLC编程技术基础

制作王利伟《传感器与PLC编程技术》江苏省靖江市中等专业学校第一章传感器的基础知识传感器的概念和基本组成传感器的分类及其特性参数传感器的发展趋势及其在数控机床中的应用工业控制中常用的传感器•传感器的概念•传感器的基本组成1.1传感器的概念和基本组成传感器的概念能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的基本组成传感器的基本组成•敏感元件指传感器中能直接感受（或响应）与检测出被测对象的待测信息（非电量）的原件，如机械类传感器中的弹性原件。•传感元件指传感器能将敏感元件所感受（或响应）的信息转换成电信号的部分例如：应变式压力传感器由弹性膜片和电阻应变片组成，其中电阻应变片就是转换原件。值得注意的是有些传感器的敏感元件和转换原件是二者合一的。例如：热电偶、压力晶体、光电器件。1.2传感器的分类及其特征参数•传感器的分类•传感器的特征参数传感器的分类•电阻式传感器•电容式传感器•电感式传感器•光电式传感器•压电式传感器•光栅传感器•电化学式传感器传感器的参数特征•静态特性和动态特性•静态特性是指传感器转换的被测量数值处在稳定状态时，传感器的输出与输入的关系。•静态特征的主要技术指标(灵敏度、线性度、迟滞、重复性）1.3传感器的发展趋势及其在数控机床中的应用•传感器的发展方向•传感器在数控机床中的应用传感器的发展方向•采用新材料和探究新理论来发展传感器•发展数字式和智能型传感器•采用新技术、新工艺•向小型化、集成化方向发展•发展“仿生传感器”•开发研制高性能的敏感元件传感器在数控机床中的应用•环境量的测量•位置量的测量•力和加速度的测量•机械位移、角位移的测量1.4工业控制中常用的传感器•电阻式传感器•电容式传感器•电感式传感器电阻式传感器•电阻应变式传感器应变效应电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器的测量电路•热电阻和热敏电阻传感器热敏电阻效应热电阻传感器热敏电阻传感器电容式传感器•电容式传感器的概念和特点•电容式传感器工作原理、类型和结构•电容式传感器应用电感式传感器•电感式传感器概念和特点•电感式传感器分类•自感式传感器结构、工作原理和应用•差动变压器式传感器结构、工作原理和应用•电涡流式传感器结构、工作原理和应用第二章数控机床中常用的传感器旋转编码器霍尔传感器旋转变压器感应同步器光栅位移传感器磁栅位移传感器•接触式码盘•光电式编码器光电式编码器的结构光电式编码器的工作原理•电磁式编码器2.1旋转编码器2.2霍尔传感器•霍尔元件的结构及工作原理•霍尔元件的主要特性•霍尔传感器•霍尔传感器在数控机床上的应用霍尔元件的主要特性（1）输入电阻Ri和输出电阻Ro（2）额定控制电流IM（3）灵敏度KH（4）最大磁感应强度BM（5）不等位电势（6）霍尔电势的温度系数霍尔传感器在数控机床上的应用•应用实例一:数控车床电动刀架上的应用•应用实例二:数控铣床或加工中心主轴准停装置2.3旋转变压器•旋转变压器的概念和结构•旋转变压器的工作原理•旋转变压器在数控机床中的应用2.4感应同步器•感应同步器的概念和结构•感应同步器的工作原理•感应同步器的信号处理方式•感应同步器在数控机床中的应用•感应同步器的安装要求2.5光栅位移传感器•光栅位移传感器的概念和结构•直线型透射光栅位移传感器的工作原理•细分和辨向技术•光栅位移传感器在数控机床中的应用•光栅位移传感器的安装要求2.6磁栅位移传感器•直线型磁栅位移传感器的组成和结构•直线型磁栅位移传感器的工作原理•直线型磁栅位移传感器的安装要求第3章传感器综合实验光电式旋转编码器实验开关型霍尔传感器实验实验目的实验设备实验原理实验步骤3.1光电式旋转编码器实验实验目的•熟悉光电式旋转编码器的工作原理•熟悉光电式旋转编码器在数控机床中的作用•培养学生综合运用知识的能力和动手能力实验设备带有差分式光电旋转编码器的经济型数控车床1台，24V直流稳压电源，双踪示波1台，导线、工具若干。实验原理•光电式旋转编码器的测速原理•光电式旋转编码器的接线实验步骤1.打开经济型数控车床主轴箱的侧盖，观察光电式旋转编码器；2.拆卸和安装经济型数控车床上的光电式旋转编码器；3.观察波形；4.计算出转速。3.2开关型霍尔传感器实验实验目的实验设备实验原理实验步骤实验目的•熟悉霍尔接近开关传感器的工作原理；•了解数控机床4工位电动刀架的自动换刀原理和霍尔接近开关传感器的接线（数控机床上有6工位电动刀架也可以）；•培养学生综合运用知识的能力和动手能力。实验设备带有开关型霍尔传感器的经济型数控车床1台，万用表1只，螺丝刀等工具若干。实验原理•工位电动刀架的自动换刀原理•霍尔接近开关传感器的接线实验步骤1.观察发讯盘中的霍尔接近开关传感器；2.检查线路；3.手动换刀，填表3·2；4.将磁铁极性反向，重复上一步骤。第四章PLC基础知识PLC概述PLC编程语言和格式三菱FX2N系列PLC的重要软元件常用的基本编程指令三菱FXGP/WIN-C编程软件的使用•PLC的概念及其主要特点•PLC基本单元的型号及其组成•PLC的基本结构•PLC的工作原理和工作方式•PLC的性能指标•PLC在数控机床中的作用4.1PLC概述PLC的概念一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一种可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。PLC具有以下主要特点1．可靠性高、抗干扰能力强；2．用户应用控制程序可变、柔性强；3．系统扩充方便、组合灵活；4．编程简单、易学易用；5．功能完善、I/O接口丰富，能适应不同要求、不同场合的控制；6．安装简单、维修方便；7．系统设计、调试时间短。PLC基本单元的型号及其组成•PLC基本单元的型号•PLC基本单元的组成•PLC基本单元的输入、输出端子（AC电源、DC输入型）PLC的基本结构PLC的工作原理和工作方式•PLC的工作原理•PLC的工作方式PLC的性能指标•输入/输出点数•扫描速度•内存容量•指令功能•内部寄存器•特殊功能模块PLC在数控机床中的应用•“内装型”PLC•“独立型”PLC4.2PLC编程语言和格式•PLC常用的编程语言是梯形图语言，除此之外，还有指令表语言、流程图语言和布尔代数语言等。•梯形图是一种采用常开触点、常闭触点、线圈和功能块等构成的图形语言。•编写梯形图的基本规则。4.3三菱FX2N系列PLC的重要软元件•输入继电器•输出继电器•辅助继电器•计时器•计数器•数据寄存器•常数寄存器4.4常用的基本编程指令1．LD、LDI、OUT指令2．AND、ANI指令3．OR、ORI指令4．ORB指令5．ANB指令6．MPS、MRD、MPP指令7．SET、RST指令8．对应计数器软元件的OUT、RST指令9．对应计时器软元件的OUT、RST指令10．脉冲输出PLSY指令11．END指令4.5三菱FXGP/WIN-C编程软件的使用•程序输入•程序编辑•程序管理•运行监控•通信参数设置程序输入•基本操作步骤程序编辑1．剪切2．拷贝3．粘贴4．行删除5．删除6．行插入7．块选择程序管理1．建立新文件2．打开3．保存4．打印5．页面设置运行监控1．程序传送2．寄存器传送3．元件监控通信参数设置1．串口设置2．端口设置第五章PLC编程训练编程基础知识数控机床中典型的PLC应用程序编程举例•编程的步骤•编程的基本原则和技巧5.1编程基础知识编程的步骤•程序设计阶段•程序调试阶段编程的基本原则和技巧•编程的基本原则•编程的技巧编程的基本原则•进行梯形图设计时，外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等元件触点可多次重复使用。•梯形图每一行都是从左母线开始的，而且输出线圈接在最右边，其输入触点不能放在输出线圈的右边。•输出线圈不能直接与左母线连接，可以通过一个程序中不使用的内部继电器的常闭触点或特殊内部继电器R9010（常闭触点）与左母线连接。•在同一程序中，同一编号的输出线圈被使用两次，称为重复输出，一般应避免这种使用方式。因为如果这样使用，则后面的输出线圈状态被输出，而前面的输出线圈状态无效。•在运行梯形图程序时，其执行顺序是从左到右、从上到下，编程时也要遵循。•在梯形图中串联或并联的触点个数没有限制，可以有无数个。•多个输出线圈可以并联输出，但不可以串联输出。编程的技巧•应把串联触点较多的电路编制在梯形图的上方。•应把并联触点较多的电路放在梯形图的最左边。•对于并联输出电路，无触点的分支放在上方较好。•如果两个触点之间有输出线圈，应对其优先编程。5.2数控机床中典型的PLC应用程序•启动和自锁程序•互锁程序•延时接通程序•延时断开程序•报警程序5.3编程举例•信号灯控制•Y△降压启动控制•运料小车控制1．控制要求2．I/O分配表3．软元件选择4．梯形图程序第六章PLC综合实验PLC控制系统的建立与调试双速电机PLC控制步进电机PLC控制数控机床液压尾座PLC控制实验目的实验设备实验内容实验要求实验步骤6.1PLC控制系统的建立与调试实验目的•熟悉PLC与计算机的连接及常用的通信方法；•熟悉程序的模拟调试方法；•以Y降压启动控制为例，进一步提高PLC编程能力；•熟悉PLC控制系统建立的步骤。实验设备三相异步电机1台，接触器2个，热电器1个，按钮开关若干，导线若干，继电器型PLC1台，保险丝若干，计算机1台，通信电缆1根。实验内容1．PLC与计算机的连接及通信2．程序模拟调试3．PLC控制系统的建立实验要求1．掌握建立PLC与计算机的通信联系及其基本操作。2．以Y△降压启动控制为例，应用PLC技术进行Y△降压启动控制操作。实验步骤1．PLC与计算机的连接及通信。2．进行程序模拟调试3．进行现场调试4．建立PLC控制系统6.2双速电机PLC控制实验目的实验设备实验要求实验步骤实验目的•进一步熟悉双速电机的控制；•进一步提高PLC编程能力；•进一步熟悉建立PLC控制系统的步骤；•培养综合运用知识的能力和动手能力。实验设备双速电机1台，接触器3个，热继电器1个，按钮开关若干，导线若干，继电器型PLC1台，保险丝若干，计算机1台，通信电缆1根。实验要求按下低速启动信号按钮SB1，电机低速运转；按下高速启动信号按钮SB2，电机高速运转；按下停止按钮SB0，电机停止运转。实验步骤1．编制梯形图程序。2．进行程序模拟调试。3．建立PLC控制系统。①主电路安装；②PLC输入、输出端子接线。4．进行现场调试。6.3步进电机PLC控制实验目的实验设备实验原理实验要求实验步骤实验目的•熟悉步进电机控制刀架或工作台的工作原理及控制方法；•熟悉由步进电机驱动器组成的驱动系统的建立及其控制；•培养综合运用知识的能力和动手能力。实验设备晶体管型PLC1台，计算机1台，通信电缆1根，步进电机1台，步进电机驱动器1台，滚珠丝杠1根，按钮开关若干，导线若干，24V直流电源，2k电阻2只。设备的具体型号各学校可根据自己的实际情况进行选择。实验原理1．步进电机的控制原理2．PLC与步进电机驱动器组成的驱动系统3．I/O分配表4．PLC输入、输出端子接线实验要求按下启动信号按钮SB1，工作台从左侧起，以300mm/秒向120mm，再以10mm/秒向左移动30mm；按下停止按钮SB0，工作台停止移动。实验步骤1．编制梯形图程序。2．进行程序模拟调试。3．建立PLC与步进电机驱动器组成的驱动系统。4．进行现场调试。6.4数控机床液压尾座PLC控制•实验目的•实验设备•气动控制回路图•实验要求•实验步骤实验目的•熟悉数控车床尾座套筒的控制原理；•熟悉PLC液压或气动控制系统的建立及其控制；•培养综合运用知识的能力和动手能力。实验设备气缸1只，压力继电器1只，节流阀1只，三位四通电磁换向阀1只，气动调理装置1套，气源，气管若干，按钮开关2个，限位开关2个，指示灯2