項(xiàng)目1 認(rèn)識(shí)PLC《PLC應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)課件

項(xiàng)目一認(rèn)識(shí)PLC目錄01繼電器-接觸器控制系統(tǒng)02PLC的產(chǎn)生及定義03PLC的特點(diǎn)及分類05PLC的基本組成04PLC的應(yīng)用及發(fā)展趨勢06PLC的編程語言目錄07PLC內(nèi)部電路工作原理08FX系列PLC簡介【項(xiàng)目導(dǎo)讀】在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，各種生產(chǎn)機(jī)械均由電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)。不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制要求是不同的。在可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）出現(xiàn)以前，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，這種系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、換向、調(diào)速、制動(dòng)等運(yùn)行方式的控制，滿足生產(chǎn)工藝的要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。PLC是在繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為了讓學(xué)生更好地理解PLC和繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系，需要先介紹繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)01以小型三相異步電動(dòng)機(jī)啟?？刂茷槔豪^電器-接觸器控制系統(tǒng)基礎(chǔ)交流接觸器接觸器由電磁機(jī)構(gòu)（線圈、鐵心、銜鐵）、觸點(diǎn)系統(tǒng)（主觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)）、滅弧狀置和其他部件組成。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)基礎(chǔ)01全壓啟?？刂齐娐吠ㄟ^控制接觸器線圈的通斷實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，接觸器主觸點(diǎn)控制電動(dòng)機(jī)電源，熱繼電器提供過載保護(hù)。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)基礎(chǔ)02延時(shí)啟?？刂齐娐吩诨究刂齐娐坊A(chǔ)上增加延時(shí)繼電器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的延時(shí)啟動(dòng)和停止，延時(shí)繼電器的延時(shí)觸點(diǎn)控制接觸器線圈?？刂齐娐贩治鲎枣i觸點(diǎn)保持接觸器線圈得電，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行，按鈕松開后仍保持運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)提供失壓保護(hù)，防止電源恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)。這兩個(gè)簡單控制電路的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備相同，即都是通過啟動(dòng)按鈕SB2和停止按鈕SB1控制接觸器的線圈，但因?yàn)榭刂埔蟀l(fā)生了變化，所以控制電路必須重新設(shè)計(jì)并重新配線安裝。自鎖與失壓保護(hù)控制電路設(shè)計(jì)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的局限性系統(tǒng)采用機(jī)械觸點(diǎn)，可靠性較低，檢修困難，控制要求改變時(shí)需重新接線，工作量大，成本高。硬接線與靈活性隨著技術(shù)發(fā)展，如PLC等新型控制裝置出現(xiàn)，提供更可靠、靈活和節(jié)能的控制方案，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)。控制系統(tǒng)的進(jìn)化PLC的產(chǎn)生及定義02PLC的產(chǎn)生體積大、耗能多、可靠性不高，需新型控制系統(tǒng)替代。繼電器控制系統(tǒng)局限01GM公司提出十大條件，強(qiáng)調(diào)可靠性、靈活性與成本競爭力。新型控制器需求021968年，GM尋求更高效控制器，推動(dòng)新型工業(yè)控制器研發(fā)。PLC的誕生背景03041969年第一臺(tái)PLC面世，滿足編程、維修、成本與性能等要求。PLC研制成功從邏輯控制到多功能，廣泛應(yīng)用于全球工業(yè)控制，成為自動(dòng)化裝置主力。PLC發(fā)展與應(yīng)用05PLC的定義1987年IEC標(biāo)準(zhǔn)定義PLC為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的電子裝置，具有可編程存儲(chǔ)器，執(zhí)行邏輯、控制、計(jì)數(shù)等操作，并能通過數(shù)字或模擬方式控制各種過程。PLC的國際電工委員會(huì)定義設(shè)計(jì)用于工業(yè)環(huán)境，具有抗干擾能力，適應(yīng)性強(qiáng)，功能可擴(kuò)展，早期主要替代繼電器控制系統(tǒng)。PLC的特性從“可編程邏輯控制器”到“可編程控制器”，增加了對(duì)模擬量的控制，功能超越了邏輯控制。PLC的演變PLC的特點(diǎn)及分類03PLC的特點(diǎn)現(xiàn)代PLC采用工業(yè)級(jí)元器件與軟件抗干擾措施，確保在惡劣環(huán)境中高度可靠且能自我診斷故障。01PLC編程語言多樣，梯形圖直觀易懂，深受電氣技術(shù)人員喜愛，功能圖語言使編程更便捷。02PLC產(chǎn)品功能多樣，模塊化設(shè)計(jì)便于組合擴(kuò)展，適應(yīng)不同規(guī)模和需求的控制系統(tǒng)。03PLC接線簡單，通過模擬調(diào)試和故障指示裝置，實(shí)現(xiàn)便捷的調(diào)試維修。04可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)編程方便，操作性強(qiáng)功能完善，應(yīng)用靈活使用簡單，調(diào)試維修方便PLC的分類PLC按I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)容量分為小型、中型、大型，功能上分為低檔、中檔、高檔機(jī)，大型機(jī)通常屬于高檔機(jī)。按應(yīng)用規(guī)模和功能分類PLC按硬件結(jié)構(gòu)分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式緊湊、價(jià)格低，常用于小型系統(tǒng)；模塊式靈活、便于擴(kuò)展，適合中大型系統(tǒng)；疊裝式結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)。按硬件的結(jié)構(gòu)形式分類PLC的應(yīng)用及發(fā)展趨勢04PLC的應(yīng)用PLC廣泛用于順序控制，替代繼電器，涉及單機(jī)、多機(jī)群、自動(dòng)化流水線，如注塑、印刷、裝配等領(lǐng)域。順序控制PLC通過專用指令或模塊控制運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多軸位置控制，常用于機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人和電梯等領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)控制。運(yùn)動(dòng)控制PLC通過模擬量模塊進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)設(shè)備中。過程控制PLC的應(yīng)用PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和處理，可與參考值比較，傳輸?shù)狡渌O(shè)備，或制表打印，是工業(yè)數(shù)據(jù)處理的核心工具。數(shù)據(jù)處理PLC通過通信與計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息交換和自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。通訊和聯(lián)網(wǎng)PLC的應(yīng)用數(shù)據(jù)處理PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和處理，可與參考值比較，傳輸?shù)狡渌O(shè)備，或制表打印，是工業(yè)數(shù)據(jù)處理的核心工具。通信和聯(lián)網(wǎng)PLC通過通信與計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息交換和自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。PLC的發(fā)展趨勢01微小型化：體積更小、速度更快，面向中小型工業(yè)控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和家庭自動(dòng)化。微小型化02大型PLC向大存儲(chǔ)、高速度、高I/O點(diǎn)數(shù)發(fā)展，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)通信能力，構(gòu)建工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)。大型網(wǎng)絡(luò)化03開發(fā)智能模塊以滿足特殊功能需求，如模糊控制、語言處理等，融合控制與管理功能。智能化04PLC成為工業(yè)控制主要手段，與機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)并列，支撐現(xiàn)代大生產(chǎn)自動(dòng)化需求。支撐自動(dòng)化PLC的基本組成05PLC硬件結(jié)構(gòu)CPU包括控制器、運(yùn)算器和寄存器，集成在單一芯片，通過總線與內(nèi)存、I/O接口等連接。CPU組成常見8位、16位或32位單片機(jī)，專用CPU提供更強(qiáng)處理能力，處理信息量大，運(yùn)算速度快。如FX2N系列采用16位8096單片機(jī)。CPU類型與性能作為PLC核心，執(zhí)行用戶程序，處理輸入/輸出，監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，診斷故障，進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算與控制。CPU功能接收并存儲(chǔ)用戶程序，實(shí)時(shí)接收輸入設(shè)備狀態(tài)，執(zhí)行控制任務(wù)，更新輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效控制。CPU在PLC中的應(yīng)用存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器包含管理、用戶指令解釋和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，控制PLC運(yùn)行，影響其性能。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器01用戶程序存儲(chǔ)器用于存放用戶針對(duì)控制任務(wù)編寫的程序，可選用RAM、EPROM或EEPROM，目前常使用閃速存儲(chǔ)器，掉電數(shù)據(jù)不丟失。用戶程序存儲(chǔ)器02工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶程序中的ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)，包含元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表，用于存儲(chǔ)開關(guān)量、內(nèi)部器件狀態(tài)、變量參數(shù)值等信息。工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器03輸入接口電路I/O接口電路PLC通過輸入單元可實(shí)現(xiàn)將不同輸入電路的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PLC所需的標(biāo)準(zhǔn)電平供PLC進(jìn)行處理。接到PLC輸入接口的輸入器件是：各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC輸入電路通常有三種類型：①直流(12～24)V輸入、②交流(100～120)V輸入與交流(200～240)V輸入③交直流(12～24)V輸入。各種PLC的輸入電路大都相同，PLC輸入電路中有光耦合器隔離，并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和外部噪聲干擾。作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。

直流輸入接口電路

交流輸入接口電路

交直流輸入接口電路輸出接口電路作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。三種形式：繼電器--低速大功率 可控硅--高速大功率 晶體管--高速小功率I/O接口電路

晶體管輸出電路

晶閘管輸出電路

繼電器輸出電路電源在外部電源故障時(shí)，使用鋰電池作為后備電源，保護(hù)PLC內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)不丟失。對(duì)外部電源要求不高，能提供直流24V穩(wěn)壓電源供外部傳感器使用，確保PLC正常工作。轉(zhuǎn)換交流電為內(nèi)部組件所需的直流電，內(nèi)置穩(wěn)壓措施，可接受電源電壓-15%～10%的偏差。PLC穩(wěn)壓電源模塊電源模塊功能電源保護(hù)機(jī)制外部設(shè)備編程器用于輸入PLC用戶程序，可檢查、修改程序，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。分為簡易型和智能型，智能型支持圖形編程和脫機(jī)編程。編程器PLC可配存儲(chǔ)器卡、EPROM寫入器等外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多功能擴(kuò)展與數(shù)據(jù)交互。其他外部設(shè)備PLC的編程語言06PLC的軟件系統(tǒng)軟件包含系統(tǒng)的管理程序、用戶指令的解釋程序以及一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標(biāo)準(zhǔn)程序塊等。系統(tǒng)軟件在用戶使用PLC之前就已裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，并永久保存，在各種控制工作中不需要更改。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件又稱為用戶軟件或用戶程序，是由用戶根據(jù)控制要求采用PLC專用的程序語言編制的應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)所需的控制目的。目前常用的PLC編程語言有梯形圖程序、指令表程序、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、邏輯功能圖及高級(jí)語言等。應(yīng)用軟件PLC的編程語言圖形化編程語言，源自繼電器控制，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)，功能超越傳統(tǒng)電路。梯形圖程序概念兩者皆可控制三相電機(jī)正轉(zhuǎn)自鎖，梯形圖更靈活，體現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)優(yōu)勢。與繼電器電路比較簡化電路，加入強(qiáng)效指令，易編程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，廣泛應(yīng)用于PLC。編程特點(diǎn)遵循一定規(guī)則，各廠家略有差異，但基本結(jié)構(gòu)和原則保持一致。編程規(guī)則01020304梯形圖程序PLC的編程語言梯形圖程序PLC的編程語言梯形圖程序特點(diǎn)結(jié)構(gòu)文本編程指令表程序特點(diǎn)直觀簡便，圖形符號(hào)需CRT顯示，小型PLC通常不支持。類似匯編語言，每控制功能由語句組成，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯。高級(jí)編程語言如Pascal、BASIC、C等，適用于大中型PLC，便于處理數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)。能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，更簡潔緊湊。PLC內(nèi)部電路工作原理07PLC的內(nèi)部等效電路繼電器-接觸器控制系統(tǒng)輸入設(shè)備如按鈕、開關(guān)通過輸入端子連接，輸出設(shè)備如接觸器線圈通過輸出端子連接。PLC輸入與輸出部分輸入部分包括按鈕、開關(guān)、傳感器，通過輸入接口與PLC連接。輸出部分有接觸器、信號(hào)燈等，通過輸出接口與PLC相連。內(nèi)部電路等效PLC的程序控制可等同于內(nèi)部繼電器、接觸器組成的電路，其中輸入COM端為24V電源負(fù)端，輸出COM端接用戶負(fù)載電源。PLC的工作過程PLC有兩種工作模式，即運(yùn)行（RUN）模式與停止（STOP）模式PLC的工作過程輸入采樣階段輸出刷新階段CPU按先左后右、先上后下的步序?qū)φZ句逐句掃描執(zhí)行，更新輸出映像寄存器。程序執(zhí)行階段PLC掃描輸入端子的狀態(tài)，存入內(nèi)存的輸入映像寄存器中，為后續(xù)程序執(zhí)行準(zhǔn)備。CPU將輸出繼電器狀態(tài)存入鎖存器，經(jīng)隔離電路驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，完成一個(gè)掃描周期。PLC的工作過程PLC的工作特點(diǎn)PLC采用循環(huán)掃描工作方式，從第1條指令開始按順序執(zhí)行，不斷重復(fù)此過程，每次掃描時(shí)間稱為掃描周期。循環(huán)掃描工作方式PLC采用“串行”的循環(huán)掃描工作方式，與微型計(jì)算機(jī)的并行運(yùn)行和繼電器控制的即時(shí)動(dòng)作方式不同。與其他控制系統(tǒng)工作方式區(qū)別FX系列PLC簡介08FX系列PLC型號(hào)如0，0S，0N，1，2，2C，1S，1N，2N，2NC，3U，3G，3S，對(duì)應(yīng)不同I/O點(diǎn)數(shù)的機(jī)型，區(qū)分基礎(chǔ)功能。系列序號(hào)01表示PLC的輸入/輸出端口總數(shù)，確定其處理能力的大小。I/O點(diǎn)數(shù)說明02擴(kuò)展模塊類型，滿足不同擴(kuò)展需求，如：M—基本單元；E—I/O混合擴(kuò)展模塊；EX—輸入專用擴(kuò)展模塊；EY—輸出專用擴(kuò)展模塊。單元類型定義03R—繼電器輸出；T—晶體管輸出；S—晶閘管輸出。輸出形式04FX系列PLC的基本組成用于特定應(yīng)用，如模擬量、高速計(jì)數(shù)等，需與基本單元配合使用。特殊功能單元調(diào)整I/O比例，無內(nèi)置電源，依賴基本單元或擴(kuò)展單元供電。擴(kuò)展模塊包含CPU、存儲(chǔ)器、I/O、電源，為主機(jī)核心部分?；締卧黾覫/O點(diǎn)數(shù)，內(nèi)置電源，為擴(kuò)展設(shè)備供電。擴(kuò)展單元FX3U系列PLC的面板包括上蓋板、電池蓋板、RUN/STOP開關(guān)、指示燈、端子排等。PLC提供4個(gè)指示燈來反映PLC當(dāng)前的工作狀態(tài).01FX3U系列PLC面板結(jié)構(gòu)FX3U系列PLC的面板包括上蓋板、電池蓋板、RUN/STOP開關(guān)、指示燈、端子排等。PLC提供4個(gè)指示燈來反映PLC當(dāng)前的工作狀態(tài).01FX3U系列PLC面板結(jié)構(gòu)FX3U系列PLC的面板打開蓋板可見電源端子、輸入端子、端子排拆裝用螺栓（FX3U-16M口不能拆裝）、端子名稱及輸出端子等。02端子排與拆裝說明FX3U系列PLC的面板03轉(zhuǎn)換開關(guān)控制PLC運(yùn)行/停止模式，通信接口用于連接編程器或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。操作模式轉(zhuǎn)換與通信接口FX3U系列PLC端子介紹01FX3U電源端子說明AC電源型通過L、N接入220V，DC電源型使用特殊端子接24VDC。02輸入公共端子S/S作為輸入接口電路內(nèi)部公共端，外部元件接入需接此端子。0324V/0V電源端子AC型PLC提供24VDC電源，用于驅(qū)動(dòng)三線式傳感器等設(shè)備，DC電源型PLC無此功能。04輸入端子（X口）輸入繼電器接線端，外部信號(hào)通過此端子進(jìn)入PLC。05輸出端子與COM端子輸出繼電器端子，程序結(jié)果通過此端子輸出。COM1～COM4為共用公共端子，需注意電源類型和電壓等級(jí)匹配。對(duì)于共用COM端子的同一組負(fù)載，必須用同一電源類型和電壓等級(jí)，但不同的COM端子組的負(fù)載可使用不同的電源類型和電壓等級(jí)。在所有負(fù)載使用相同電源類型和電壓等級(jí)時(shí)，則將COM1～COM4用導(dǎo)線進(jìn)行短接。FX3U系列PLC端子介紹PLC的輸入接口回路和輸出接