三菱PLC触摸屏与变频器应用技术二

三菱PLC触摸屏和变频器应用技术主编曹菁1)了解PLC的产生、特点、应用和发展状况等。2)掌握PLC的基本结构和工作原理。3)熟悉FX2N系列PLC的软元件，掌握主要软元件的功能和应用注意事项。4)了解PLC的各种编程语言的特点。5)掌握SWOPC-FXGP/WIN-C和GXDeveloper编程软件的基本操作，熟悉软件的主要功能。1)能熟练操作SWOPC-FXGP/WIN-C和GXDeveloper编程软件，完成程序的编写、下载、监测等操作。2)能根据控制系统输入信号与输出信号的要求，熟练完成PLC的外部接线操作。一、项目任务二、相关知识点三、思考与练习一、项目任务二、相关知识点三、项目实施四、知识进阶五、思考与练习一、项目任务二、相关知识点三、项目实施四、思考与练习一、项目任务二、项目分析三、相关知识点四、项目实施五、知识进阶六、思考与练习一、项目任务1)了解PLC的产生、特点、应用和发展状况等基本知识。2)掌握PLC的基本结构和工作原理。3)了解FX2N系列PLC的软元件，掌握主要软元件的功能和应用注意事项。4)了解PLC的各种编程语言的特点。二、相关知识点1.PLC的产生2.PLC的特点3.PLC的应用4.PLC的分类5.PLC的发展6.PLC的基本结构7.PLC的工作原理8.PLC的编程语言9.PLC的技术指标10.FX2N系列PLC的软元件11.三菱FX系列PLC型号说明1.PLC的产生1)编程方便，可在现场修改程序。2)维护方便，最好是插件式结构。3)可靠性高于继电器控制柜。4)体积小于继电器控制柜。5)成本可与继电器控制柜竞争。6)数据可以直接输入管理计算机。7)可以直接用交流115V输入。8)通用性强，系统扩展方便，更动最少。9)用户存储器容量大于4KB。10)输出为交流115V，负载电流要求在2A以上，可直接驱动电磁阀和交流接触器等。2.PLC的特点•PLC自问世以来不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的，1987年2月，国际电工委员会（IEC）颁布的草案中将PLC定义为：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为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、算术运算等操作的指令并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”由此可见，PLC实质上是一种面向用户的工业控•1•2•3•4•5•63.PLC的应用(1)开关量逻辑控制这是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。(2)模拟量过程控制除了数字量之外，PLC还能控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等模拟量。(3)运动控制大多数PLC都有拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。(4)现场数据采集处理目前PLC都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指令和循环移位与移位指令，所以由PLC构成的监控系统，可以方便地对生产现场数据进行采集、分析和加工处理。3.PLC的应用(5)通信联网、多级控制PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用专用通信模块，并利用RS—232C或RS—422A接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将它们连成网络。(1)开关量逻辑控制这是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。如机床电气控制、电动机控制、注塑机控制、电镀流水线、电梯控制等。总之，PLC既可用于单机控制，(2)模拟量过程控制除了数字量之外，PLC还能控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过A/D模块将它们转换为数字量送到PLC的CPU处理，处理后的数字量再经过D/A转换为模拟量进行输出控制，若使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。(3)运动控制大多数PLC都有拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。(4)现场数据采集处理目前PLC都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指令和循环移位与移位指令，所以由PLC构成的监控系统，可以方便地对生产现场数据进行采集、分析和加工处理。数据处理通常用于如柔性制造系统、机器人和机械手的控制系统等大、中型控制系统中。(5)通信联网、多级控制PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用专用通信模块，并利用RS—232C或RS—422A接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将它们连成网络。由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统，进行“集中管理，分散控制”，建立工厂的自动化网络。PLC还可以连接CRT（阴极射线管）显示器或打印机，实现显示和打印4.PLC的分类(1)按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类，如图2-1所示。(2)按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档3类。(3)按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型3类。(1)按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类，如图2-1所示。图2-1整体式PLC和模块式PLC(2)按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档3类。•根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档3•1）低档PLC——具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制•2）中档PLC——除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂•3）高档PLC——除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。(3)按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型3类。•1）小型PLC——I/O点数小于256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量在4KB以下。其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网及各种应用指令。例如，美国通用电气（GE）公司的GEI型；美国德州仪器公司的TI100；日本三菱电气公司的FX系列；日本立石公司（欧姆龙）的C20、C40，日本东芝公司的EX20、EX40，德国西门子公司的S7200，中外合资无锡华光电子工业有限公司的SR—20/21•2）中型PLC——I/O点数为256～2048点；双CPU，用户存储器容量为4～16KB。这种类型PLC一般采用模块化结构，I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式。它能联接各种特殊功能模块，通信联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。例如，德国西门子公司的[JP3]S7—300、SU—5、SU—6，中外合资无锡华光电子工业有限公司的SR—400，日本立石公司的C—500，GE公司的GE—Ⅲ。[JP]•3）大型PLC——I/O点数大于2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量为16KB以上，具有极强的自诊断功能。通信联网功能强，有各种通信联网的模块，可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。例如，德国西门子公司的S7—400，GE公司的GE—Ⅳ，立石公司的C—2000，三菱公司的K3等5.PLC的发展(1)国内外PLC发展应用概况PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。(2)PLC技术发展趋势PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由1位机发展为8位机，随着微处理器和微型计算机技术在PLC中的应用，现在的PLC产品已使用16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多信道处理，通信技术使PLC的应用得到进一步的发展，未来PLC将朝两极化、多功能、智能化和网络化的模式方向发展。6.PLC的基本结构(1)中央处理器(CPU)同一般的微型计算机一样，CPU是PLC的核心。(2)存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。(3)I/O单元I/O(输入/输出)单元，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。(4)电源PLC配有开关电源，以供内部电路使用。(5)编程装置编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。6.PLC的基本结构图2-2整体式PLC组成框图6.PLC的基本结构图2-3模块式PLC组成框图(1)中央处理器(CPU)同一般的微型计算机一样，CPU是PLC的核心。•同一般的微型计算机一样，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用的有3类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如AMD29W等)。小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用•目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU系统，甚至有些PLC中多达8个CPU。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，通常采用8位或16位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等；位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控•在PLC中，CPU按系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有•1)•2)诊断电源、PLC•3)•4)•5)根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。(2)存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。•存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序是由PLC的制造厂家编写的，和PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。用户程序是由用户根据对生产工艺的控制要求而编制的应用程序，为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时•PLC•1)随机存取存储器（RAM•2)只读存储器（ROM•3)可擦除只读存储器（EPROM•4)电擦除只读存储器（EEPROM）。(3)I/O单元I/O(输入/输出)单元，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。•输入/输出）单元，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对•PLCI/O•1)数据锁存——•2)电平隔离——使外设和CPU•3)速度协调——使外设和CPU•4)数据变换——串/并变换、并/串变换、A/D（数/模）变换、D/A（模/数）变换。(4