第一章PLC概述

三菱FX系列课程主要内容第一节、PLC概述第一节、PLC硬件系统及选型第二节、PLC输入、输出端子的接线原理及注意事项第三节、PLC软件的安装过程及使用技巧第四节、PLC基本指令的用法及案例分析第五节、PLC软元件的使用方法及案例分析第六节、PLC应用指令的功能、用法及在工程中的应用1三菱FX系列PLC课程学习目标目标：1、了解PLC的工作原理及其特点、掌握硬件接口，重点掌握I/O接口，以及PLC的内部软元件（辅助继电器）；2、掌握PLC的编程基本指令、功能指令、步进梯形图；3、熟练使用三菱GX编程软件进行编程；4、掌握三菱PLC的通信、模拟量模块的应用、步进电机控制等相关知识；5、在熟练掌握FX系列PLC基础知识的基础上，通过实例分析，可以进行小型PLC项目进行设计；2第一节PLC概述一、PLC的产生背景二、PLC的功能及应用三、PLC的常用品牌以及各自的特点3一、PLC产生背景1、早期在制造工业和过程工业中，大量的开关量顺序控制都是通过传统的气动或电气控制系统来实现的。这必然给系统的维护、升级、改造等带来很多问题。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字ProgrammableController（PC）。为了与个人计算机（PersonalComputer）区别，习惯地用PLC（ProgrammableLogixController）作为可编程序控制器的缩写。4传统继电器接线实例5电机正反转PLC接线示图正转继电器反转继电器6一、PLC产生背景PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。1.数字运算操作的电子装置——表明PLC是一台计算机;2.在工业环境下应用——PLC具有特殊的构造，是适应工业环境的现场计算机;3.各种类型——PLC能控制各种类型工业设备及生产过程。程序可以编制。是一种通用的工业控制计算机。可编程控制器集继电控制技术、大规模集成电路技术和计算机技术于一体，是当今工业自动化技术（PLC、计算机辅助设计、机器人）之一。7二、PLC的功能及应用1、开关量逻辑控制：利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等。例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。2、模拟量过程控制：（压力、温度、流量、液位）大多数PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。3、运动控制：PLC通过自身的定位模块及其他运动控制器控制步进电机或伺服电机，实现单轴或多轴精确定位，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、通讯联网PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位机算机、PLC与其它智能设备（变频器、现场测试仪器等）之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要。（通过通讯的方式扩大控制的范围，同时当某台设备故障时可以通过PLC排查具体问题）8三、PLC的常用品牌以及各自的特点德国西门子公司S7-200/300/400日本欧姆龙PLC法国施耐德PLC9三、PLC的常用品牌以及各自的特点近几年国产PLC的推广占据了部分小型PLC市场，国产PLC的特点及优势：1、绝大多数都是小型机，主要控制小规模的设备系统；2、国产PLC价格非常低廉，比国外便宜1/3以上；3、PLC功能及稳定性相当成熟，一般小型设备的功能都能满足；4、国产PLC推广较晚，最近几年发展较快，很多国产的小型设备上使用较多，作为性价比较高的小型机，发展潜力还是很大；5、其编程软件与国外某些品牌非常类似，虽然形式上稍有不同，但是学过国外PLC的工程师只需简单看一下相关手册就能使用。10第二节三菱PLC硬件系统及选型一、FX系列PLC基本结构二、PLC工作过程三、FX系列PLC型号含义四、FX系列扩展模块五、I/O点分配六、FX系列特殊功能模块七、PLC选型11第二节三菱PLC硬件系统及选型一、三菱FX系列PLC基本结构输入端子(X0-X7,X10-X17,X20-X27)输入指示灯PLC通讯接口工作状态指示灯扩展接口1、每个PLC内部有CPU（处理系统和用户程序）；2、每个PLC内部有存储器（存储系统程序、用户程序及运算数据）12电源输入端子(L、N、地线)输入端子(X0-X7,X10-X17,X20-X27)输入指示灯COM端CPU及存储器一、PLC的基本结构1、中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心，在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。CPU一般有三大类：（1）通用微处理器，如80286、80386等；（2）单片机芯片，如8031、8096等；（3）位处理器，如AMD2900、AMD2903等。一般PLC的档次越高，CPU的位数也越多，运算速度也越快，指令功能也越强。现在常见的机型一般为8位或16位。2、存储器存储器是PLC存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。分只读存储器(ROM)和随机读写存储器(RAM)。只读存储器（ROM）：能永久保存，即控制器掉电后也能保存程序的存储器。用来存放PLC的系统程序。随机读写存储器（RAM）：能方便写入或擦除，但在掉电后数据即消失的存储器。用来存放用户程序及系统运行中产生的临时数据。为了使用户程序及某些运行数据能在掉电后仍能保持，在实际中，常为重要的随机读写存储器配备电池或电容等掉电保持装置。13单元式PLC结构框图一、PLC的基本结构3、输入/输出接口输入输出单元是PLC与工业控制现场各类信号连接的部分。输入单元用来接收生产过程的各种参数；输出单元用来送出PLC运算后得出的控制信号，并驱动机外的执行机构完成工业现场的各类控制；（1）输入接口作用是把现场的开关量信号（即各类主令电器、继电器、传感器等有触点或无触点触头的通断）变成PLC内部处理的标准信号。或者把现场连续变化的模拟量标准信号（420mA；110V）转换成适合PLC内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。一般按可接收外部信号电源的类型分为：直流输入单元、交流输入单元和交/直流输入单元。14一、PLC的基本结构15采用光电耦合电路输入信号，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。一、PLC的基本结构（2）输出接口作用是把PLC内部程序执行结果（或运算结果）的标准信号转换成现场执行机构所需要的开关量信号。把PLC运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的标准模拟量信号输出，满足生产过程现场连续控制的要求。输出接口按PLC机内使用的器件不同分为继电器型、晶体管型及晶闸管型。（1）继电器型的输出接口可用交流或直流电源驱动，但通断频率低；（2）晶体管型的输出接口有较高的通断频率，但只适合直流电源驱动。（3）晶闸管型的输出接口适合交流电源驱动。16继电器：①优点：交流及直流负载都可以驱动，负载额定电流大；②缺点：动作频率不能太高，同时继电器是有寿命的，一般100外次。晶体管：①优点：动作频率可以达到几百KHZ，无触点，因此不存在机械寿命的说法。②缺点：只能接直流负载（一般DC30V以下），电流比较小。晶闸管（双向可控硅）：只能接交流的负载，动作频率比较高，寿命长，但负载的额定电流也比较小。采用输出耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。一、PLC的基本结构4、电源PLC都配有稳定性能好抗干扰能力强的开关式稳压电源，供内部电路使用，一般还提供一组24V直流电源，供外部传感器使用。另外，在PLC内部还有为掉电保护用的后备电源（电池）。包括为PLC各工作单元供电的开关电源、为掉电保护电路供电的后备电源；5、通讯接口上载/下载用户程序、连接个人计算、也可以通过编程软件监视程序的运行情况等。6、扩展接口可以接入各种功能模块，如：数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、位置控制模块、通讯接口模块等。17二、PLC的工作过程：PLC工作过程：在PLC上电后，在CPU系统程序监控下，周而复始的按照一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断、执行，这个过程称之为顺序循环扫描。执行一个循环扫描过程所需要的时间称为扫描周期，一般约0.1~100ms。一个扫描周期主要分为三个阶段：1、输入扫描阶段2、程序执行阶段3、输出刷新阶段181、输入扫描：PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信息，读入到寄存器（输入映像寄存器）。PLC中的CPU不是直接读取输入端子上的信息，而是映像寄存器中的实时信息。2、程序执行：即PLC对用户程序逐步逐条的进行扫描的过程。并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。然后把执行的结果存入“输出映像寄存器”但此时不会立即驱动外部端子动作。3、输出刷新：当程序执行END指令后（即一个扫描周期结束）时，PLC将输出映像寄存器的内容送至输出锁存器中进行输出，最后驱动用户设备。在输出刷新结束后，CPU进入下一个扫描周期，重新进行扫描采样，周而复始。19执行顺序：从上往下从左往右二、PLC的工作过程：第二节三菱PLC硬件系统及选型三、FX系列PLC型号含义FX1N-[][][]I/O总点数系列名称有1S,1N,2N,3U等输出类型R：继电器输出T：晶体管输出目前常用的FX系列的型号有：FX1S系列、FX1N系列、FX2N系列、FX3U系列、FX3G系列等继电器输出的PLC可以直接驱动2A以内的负载，一般的电磁阀、继电器都用继电器输出型；（有的电磁阀大功率时，需要用中间继电器转换一下）晶体管输出的PLC只能驱动0.5A以内的负载，但是响应速度快，一般用来输出高速脉冲，可以控制高速电磁阀、步进电机及伺服马达等。（发出高速脉冲）单元功能M：基本单元E：扩展单元X：输入单元Y：输出单元20第二节三菱PLC硬件系统及选型FX系列PLC常用型号规格系列型号FX1SFX1S-10MRFX1S-14MRFX1S-20MRFX1S-30MRFX1S-11MTFX1S-14MTFX1S-20MTFX1S-30MTFX0NFX0N-24MRFX0N-40MRFX0N-60MR停产FX1NFX1N-14MRFX1N-24MRFX1N-40MRFX1N-60MRFX2NFX2N-16MRFX2N-32MRFX2N-48MRFX2N-64MRFX2N-80MRFX2N-128MRFX3UFX3U-16MRFX3U-32MRFX3U-64MRFX3U-80MR21第二节三菱PLC硬件系统及选型四、FX系列扩展模块FX2N-16EYRFX2N-8EXFX2N-48ER-D22FX1N-[][][]I/O总点数系列名称有1S,1N,2N,3U等输出类型R：继电器输出T：晶体管输出单元功能M：基本单元E：扩展单元X：输入单元Y：输出单元第二节三菱PLC硬件系统及选型FX系列扩展I/O模块型号I/O总数输入输出可连接的PLC数目类型数目类型FX1SFX1NFX2NFX0N-8EX88漏型//√√FX0N-16EX1616漏型//√√FX2N-16EX1616漏型//√√FX0N-8EYR8//8继电器√√FX0N-8EYT//晶体管√√FX0N-16EYR16//16继