PLC模块化-项目1

1可编程序控制器唐静SC3102前言《可编程控制器》是机电一体化专业、数控专业的专业课教学内容：主要以机电控制设备为载体，综合利用传感技术、气动技术、电气控制技术、PLC技术完成机电设备的编程和调试工作教学目标：培养学生可编程控制器系统的设计、安装、编程和调试的技能3项目2项目3项目4项目5以仿真软件为基础，通过多个虚拟项目完成基础篇的学习•教学整体方案：项目6项目7以机电设备为载体，通过4个实际项目完成高级篇的学习项目8项目9项目10项目11“教、学、练”一体化4•项目总览：分类项目名称学时1、仿真部分（基础篇）项目2：呼叫单元的PLC控制12-13周项目3：抢答系统的自动控制设计项目4：单向交通信号灯自动控制设计项目5：十字路口交通信号灯自动控制设计项目6：PLC控制机械部件的分配项目7：自动售货机控制2、实战部分（提高篇）项目8：单轴位置控制设备的PLC控制14-15周项目9：双轴位置控制设备的PLC安装与调试项目10：立体仓库控制设备的PLC安装与调试项目11：气动机械手的PLC控制5机电094第12周安排周一5-8SC203周二1-4SC305周三5-8SC305周四1-4SC305周五1-4SC3056可编程控制器项目1PLC的基础知识项目2呼叫单元的PLC控制项目3抢答系统的自动控制设计项目4单向交通信号灯自动控制设计项目5十字路口交通信号灯自动控制设计项目6PLC控制机械部件的分配项目7自动售货机控制项目8PLC单轴位置控制项目9双轴控制模型PLC安装与调试项目10三轴控制模型PLC安装与调试项目11气动机械手模型PLC安装与调试7项目1PLC的基础知识任务1-1：PLC的基本组成和结构特点任务1-2：PLC的工作原理任务1-3：FX2N系列PLC的配置及外部接线任务1-4：FX2N系列PLC的编程元件及选用8任务1-1：PLC的基本组成和结构特点一、PLC的基本组成二、PLC的技术指标和分类三、PLC的特点9一、PLC的基本组成Programmable(Logic)Control1985年，国际电工委员会IEC定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式/模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。1、定义1011122、基本组成PLC系统的组成：硬件系统软件系统13硬件系统（整体式PLC）1)CPU2)I/O单元3)存储器4)电源5)扩展口6)智能单元7)外设14主要功能：①接收输入信号；②读取用户程序；③将用户程序的执行结果送至输出端。1）中央处理单元（CPU）152）I/O单元功能：将I/O设备和PLC进行连接，并将I/O信号进行处理输入单元①直流输入：DC24V②交流输入：AC220V输出单元①继电器输出R－－有触点，响应较慢（10ms）；可控制直流/交流负载回路②晶体管输出T－－无触点，响应快（0.2ms）；控制直流负载回路③晶闸管输出S－－无触点，响应较快；控制交流负载回路16主要有2种:系统程序存储器(ROM)：存放系统程序用户程序存储器(RAM)：存放用户程序3）存储器4）电源为PLC内部各部件提供稳定的直流电源外部电源：交流220V（一般），直流24V后备电源（锂电池）：掉电保护175）扩展接口与基本单元匹配主要扩展I/O单元按照控制规模的大小进行6）智能单元•本身是一个独立的计算机系统，有自己的CPU、系统程序、存储器，及与外界相连的接口•目前常用的有：A/D单元、D/A单元、高速计数单元、位置控制单元、温度控制单元等187）外设①编程设备a)编程器–手持式简易编程器–智能型图形编程器b)专业编程器c)PC机：配置相应的硬件接口和软件包②外存储器③打印机19（1）系统程序①系统管理程序：控制整个系统的运行②指令解释程序：将编程语言机器语言③标准子程序和调用管理程序：某些信息处理可直接调用标准子程序来完成（2）用户程序根据控制要求，用编程语言编制软件系统20二、PLC的技术指标和分类（1）主要技术指标①I/O点数：表示可以接多少开关、按钮和控制多少负载②存储容量：主要指用于存放用户程序的空间。通常以步为单位，1步=1word=16bit③扫描速度：单位ms/k步，us/步。如三菱F2N的扫描速度是0.08us/步。有模拟量控制的系统要考虑④指令系统：PLC指令的总和，反映控制功能强弱211)、按结构分类①整体式PLC电源、CPU、I/O单元、存储器等安装在同一机体内。结构紧凑、价格便宜如：S7-200，FX2N-16MT②模块式PLC将各个功能部件做成独立的模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块等如：S7-300，S7-400（2）分类222)、按控制规模分类（I/O点数）微型机－－64点小型机－－256点中型机－－256～2048点大型机－－2048点以上超大型机－－可达上万、甚至于几万点3)、按生产厂家分类美国A-B、通用电气公司…德国Siemens、法国施耐德日本三菱、OMRON、东芝、日立、富士23三、PLC的特点1、PLC的产生继电器控制系统的缺点：体积大、可靠性低、查找故障困难接线复杂，对生产工艺变化的适应性差1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台PLC。242、特点①灵活、通用－－PLC通过存储在存储器中的程序实现控制功能；如果需要改变控制功能，只需要修改程序以及极少量的接线即可。②可靠性高、抗干扰能力强平均无故障时间一般可达3～5万小时－－PLC采用的是微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象。“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”③编程简单、使用方便－－用微机控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者有一定的计算机硬件和软件知识。－－用PLC控制，采用的是面向控制过程、面向问题的“自然语言”，易掌握。④接线简单⑤功能强⑥体积小、重量轻、易于实现机电一体化251、循环扫描工作方式1)内部处理(硬件检查、异常报警)2)通信操作(与外设完成数据的接受/发送，更新寄存器内容等)3)输入扫描PLC处于RUN状态时4)程序执行5)输出处理输入刷新程序执行输出处理一个扫描周期输入扫描任务1-2：PLC的工作原理262、PLC的程序执行过程①输入扫描：PLC以扫描工作方式将所有输入端的输入状态采样并存入输入映像寄存器；②程序执行：PLC按顺序扫描每条指令，并从输入映像寄存器中获得所需的数据进行计算、处理，再将执行结果写入输出映像寄存器；③输出处理：PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器，从而驱动外部负载。27例：计算一个扫描周期的时间。已知：FX1S-30MT为基本单元，I/O点数为16/14，用户程序2000步基本指令，PLC运行时不接上位计算机等外设。I/O扫描速度为3.8us/点，基本指令扫描速度取0.7us/步，自诊断时间为1ms。f=1/T=400Hz解：•内部处理时间：T1=1ms•通信操作时间：T2=0•扫描30点I/O的时间：T3=30*3.8us=0.114ms•扫描2000步基本指令的时间：T4=2000*0.7us=1.4ms•一个扫描周期的时间T=T1+T2+T3+T4≈2.5ms28任务1-3：FX2N系列PLC的配置及外部接线一、三菱PLC的系列及配置二、FX2N系列PLC的特点三、三菱PLC的编程软件四、FX2N系列PLC的外部接线29一、三菱PLC的系列及配置三菱PLC的系列：Q系列、A系列、FX系列…Q系列PLC的最大I/O点数为8192点A系列PLC的最大I/O点数为2048点FX系列PLC的最大I/O点数为256，是目前中国内地销量最多的小型PLC30FX的子系列：根据I/O点数及功能不同分为：①I/O点数在30点以內可使用FX1S系列②I/O点数在128点以內可使用FX1N系列③I/O点数在256点以內可使用FX2N系列输入点数184点以内输出点数184点以内FX2N系列在FX家族中功能最强，执行速度最快；31（1）继电器输出－－R（2）晶体管输出－－TFX2N-64MRFX2N-64ERFX2N-2DAFX2N-64MR：M表示基本单元，R表示继电器输出，有64个I/O点(32I/32O)•FX2N-64ER：扩展单元，继电器输出；•FX2N-2AD：模拟量I/O模块，表示有2个模拟量I通道；•FX2N-1HC：高速计数模块，可以对几十～几百kHz的脉冲计数•……FX2N系列产品及配置：32举例：单轴位置控制系统输入点数：8+16=24输出点数：8+16=24I/O总点数：48FX2N-16MTFX2N-32ET33二、FX2N系列PLC的特点①基本单元(16/32/48/64/80/128点)，有继电器和晶体管输出；最多可扩展到256点；②较高的运算速度0.08us/步(基本指令)；1.52~几百us/步(功能指令)；③程序存储器內置有8K步RAM；④更多通信和网络功能：RS232,RJ45…⑤有多种不同的FX2N扩展单元及特殊模块(≦8台)•模拟控制:FX2N-2AD,FX2N-2DA•高速计数:FX2N-1HC•……⑥丰富的编程元件34三、三菱PLC的编程软件•FX系列编程软件1）FX-FCS/WIN：WINDOWS版本软件，有两个版本：FX-PCS/WIN-C、FX-PCS/WIN-E2）FXGP/WIN：占用存储空间小•全系列编程软件——GXdeveloper•全系列仿真软件——GXSimulator•学习仿真软件——FX-TRN35四、FX2N系列PLC的外部接线COM——公共端不同的输出公共端可用不同的电压类型和等级（如DC24V，AC100V等）36AC电源，DC输入37举例：单轴位置控制系统外部接线(输入端)38任务1-4：FX2N系列PLC的编程元件及选用编程元件的编号规则以英文字母开头，字母表示编程元件的功能后跟八进制数或十进制数编程元件1.输入继电器（X）2.输出继电器（Y）3.辅助继电器（M）4.定时器（T）5.计数器（C）6.状态器（S）7.数据寄存器（D）39梯形图（LAD）编程语言：梯形图与继电器-接触器控制系统的电路图很相似，其中的编程元件沿用了“继电器”名称。基本结构：触点节点编程线圈主母线401、输入继电器X作用：将外部开关、传感器等的信号输入给PLC编号：X0～X267(八进制，共184点）X0～X7，X10～X17，X20～X27……X260～X267梯形图表示形式：常开/常闭触点特点：⑴使用次数不受限制⑵在梯形图中只能有X的触点，不能出现X的线圈412、输出继电器Y作用：将PLC的执行结果向外输出，驱动外设(如指示灯、接触器、电磁阀)动作编号：Y0～Y267(八进制，共184点）Y0～Y7，Y10～Y17，Y20～Y27……Y260～Y267梯形图表示形式：常开/常闭触点、线圈特点：⑴触点使用次数不限⑵Y的线圈不能由PLC的外部信号来驱动，只能由程序的执行结果来驱动42编程举例：起停电路的PLC控制分析：输入元件？输出元件？PLC的选型?I/O外部接线图梯形图程序43PLC与继电器控制系统的比较控制系统控制方式线圈通电后继电器硬逻辑并行运行方式所有触点动作PLC循环扫描工作方式CPU扫描到的触点才会动作443、辅助继电器M作用及特点：与KA相似，在程序中可多次使用不能输出直接驱动负载，也不能被PLC的外部信号驱动，因此也称内部继电器梯形图表示形式：常开/常闭触点（使用次数不受限制）、线圈种类及编号1)普通型：不具备掉电保护功能。M0~M499(500点)2)掉电保护型：具备掉电保护功能。M500~M3071(2572点)3)特殊用途型：进行运行监视、初始化脉