三菱FX系列PLC原理及應(yīng)用 課件 第1章PLC基礎(chǔ)知識

PLC

控制技術(shù)教學(xué)參考書：廖常初主編：《FX系列PLC編程及應(yīng)用》，北京：機械工業(yè)出版社史國生等主編：《電氣控制與可編程控制器技術(shù)》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社郁漢琪等編著

：《電氣控制與PLC實訓(xùn)教程（三菱）》東南大學(xué)出版社李冬冬等主編：《變頻器應(yīng)用與實訓(xùn)教、學(xué)、做一體化教程》，北京：中國工信出版集團陳立定等主編：《電氣控制與可編程序控制器》，廣州：華南理工大學(xué)出版社相關(guān)學(xué)習(xí)網(wǎng)站：三菱電機：/fa/zh/FX3系列樣本通：/fx3工控下載：

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電氣自動化技術(shù)網(wǎng)PLC之家工控論壇微信公眾號三菱電機自動化中國電氣自動化控制網(wǎng)機械自動化前沿可編程控制器（ProgrammableController）簡稱PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，融合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器作為通用的工業(yè)控制計算機，其功能日益強大，性價比越來越高，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC的產(chǎn)生和定義在PLC誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。繼電器控制：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，系統(tǒng)設(shè)計周期長,維護不方便,改造不容易。（PLC的發(fā)展史）繼電器控制“GM十條”：①編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序；

②維護方便，采用插入式模塊結(jié)構(gòu)；

③可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；

④體積小于繼電器控制裝置；

⑤數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；

⑥成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭；

⑦可直接用115V交流電壓輸入；

⑧輸出量為115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等；

⑨通用性強，易于擴展；

⑩用戶程序存儲器容量至少4kB。（PLC的發(fā)展史）美國數(shù)字化設(shè)備公司（DEC）研制出可編程控制器(PDP-14)DickMorley于2017年逝世，創(chuàng)造的品牌MODICON（ModularDgitalController）最終被施耐德控股的AGE收購，Modbus的協(xié)議也是采用modicon公司的。除了PLC外，他還同時擁有二十多個美國和外國專利，包括并行推理機，手持終端，軟驅(qū)、汽車ABS和磁性薄膜。他還獲得美國富蘭克林研究所的霍華德?波茨獎，并入選自動化名人堂。他同時擔任美國國家生產(chǎn)科學(xué)研究所(NCMS)委員會主席，制造工程師協(xié)會（SME）理事。創(chuàng)新，來源于類似孩子的無限好奇心和無數(shù)的問題PLC賣的是對客戶的服務(wù)以及對客戶產(chǎn)生的價值。---DickMorleyPLC之父—DickMorley（PLC的發(fā)展史）國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee）在1987年頒布的PLC標準草案中對PLC作了如下定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。它實質(zhì)上是經(jīng)過一次開發(fā)的工業(yè)控制用計算機。（PLC的發(fā)展史）PLC的特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強PLC由于采用軟元件代替繼電器的觸點，并在內(nèi)部電路采用了先進的抗干擾技術(shù)，并具有硬件故障的自我檢測功能，并在軟件中也有故障自診斷功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息。（2）易學(xué)易用PLC的編程語言采用梯形圖語言，表達方式與繼電器電路圖非常接近，易于為工程技術(shù)人員接受。（3）配套產(chǎn)品齊全，功能完善目前，每家公司生產(chǎn)的PLC，都已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。（4）系統(tǒng)設(shè)計周期短、改造容易PLC的設(shè)計和修改，都是可以通過編程軟件來實現(xiàn)，可以采用軟件模擬運行調(diào)試，可以不用到現(xiàn)場極大的提高了調(diào)試效率。（5）體積小，能耗低不需要硬件接線的PLC，體積和重量大大減小，功耗也很低。PLC已經(jīng)被公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。（PLC的發(fā)展史）PLC的發(fā)展過程：1971日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快日立公司研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC，由西門子公司推出。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。（PLC的發(fā)展史）PLC的發(fā)展從4位機、8位機、16位機到32位機，運算速度更快，存儲容量更大，智能水平更高。世界上有200多家PLC生產(chǎn)廠家，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲和日本等三個流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色。日本PLC以小型著稱，三菱FX3U系列PLC為小型PLC。（PLC的發(fā)展史）國產(chǎn)PLC中國是20世紀80年代初引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)可編程控制器的。經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有幾十家，包括匯川、和利時、臺達、信捷等。近年來，國產(chǎn)PLC在小型PLC市場有所突破，面對工業(yè)自動化和OEM的逐漸發(fā)展，根據(jù)用戶的要求量身定做，對PLC、人機界面、變頻器乃至低壓電器進行全方位的配套服務(wù)，發(fā)揮自己的本土優(yōu)勢。國產(chǎn)PLC任重道遠?。≒LC的發(fā)展史）PLC的應(yīng)用范圍（1）開關(guān)量的邏輯控制開關(guān)量的邏輯控制既可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機、印刷機、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）運動控制PLC的運動控制發(fā)展很快，有專用的指令和控制模塊，可以實現(xiàn)單軸或多軸位置、速度控制，實現(xiàn)精準位移，可以用于機械手、機器人、機床加工和裝配等場合。（3）模擬量過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對連續(xù)變化溫度、壓力、流量等模擬量，PLC廠家生產(chǎn)有配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，并可以所有PID調(diào)節(jié)實現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)中的模擬量過程控制。（4）數(shù)據(jù)處理PLC可以完成大量的數(shù)據(jù)采集、分析及處理。一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)，或者造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型過程控制系統(tǒng)。（5）通信及聯(lián)網(wǎng)進行PLC與PLC、PC和其他智能控制設(shè)備的通信，實現(xiàn)多處理器等靈活的控制方式。（PLC的發(fā)展史）（PLC的發(fā)展史）PLC的發(fā)展趨勢（1）在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。（2）向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。（3）向模塊化、智能化發(fā)展。（4）編程語言和編程工具方面，向多樣化和標準化方向發(fā)展。（5）嵌入式PLC具有很大的發(fā)展空間。思考：作為工程師對PLC國產(chǎn)化的希望做出哪方面的努力通過本課程的學(xué)習(xí)，希望運用PLC實現(xiàn)哪方面的改進：智慧工業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、智慧家居等方面。這部分內(nèi)容在課程結(jié)束的報告中完成電磁式繼電器繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)和釋放彈簧等組成，其中電磁系統(tǒng)由鐵心、軛鐵、銜鐵、線圈等零件組成。觸點系統(tǒng)由靜簧片、動簧片、觸點底座等零件組成。工作原理在線圈兩端加上一定的電壓，線圈通電產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會與鐵芯吸合，帶動銜鐵的動觸點與靜觸點吸合。通過吸合、釋放，從而達到了控制電路的導(dǎo)通、切斷的目的。電磁式繼電器的分類（1）電壓繼電器（2）電流繼電器（3）中間繼電器（1）電壓繼電器電壓繼電器是根據(jù)其線圈兩端電壓信號的大小而接通或斷開電路，實際使用時，電壓繼電器的線圈與負載并聯(lián)。常用的有欠（零）電壓繼電器和過電壓繼電器。動合（常開）觸點和動斷（常閉）觸點當線圈不通電時，動合觸點一直斷開，動斷觸點一直閉合；當線圈得電，動合觸點閉合，動斷觸點斷開。（2）電流繼電器根據(jù)線圈中電流的大小而接通和斷開電路的繼電器稱為電流繼電器。使用時電流繼電器的線圈與負載串聯(lián)，其線圈的匝數(shù)少而線徑粗。常用的有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。（3）中間繼電器中間繼電器在控制電路中主要用來傳遞信號、擴大信號功率以及將一個輸入信號變換成多個輸出信號等。中間繼電器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理與電壓繼電器完全相同。PLC軟繼電器PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱。例如，輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等。PLC的繼電器實際上是由電子電路和寄存器及存儲器單元等組成。把它們稱做軟繼電器或軟元件。每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。軟繼電器與繼電器的比較具有線圈和常開常閉觸點。軟組件是計算機的存儲單元，某個組件被選中，只是這個組件的存儲單元置1，軟組件可以有無數(shù)多個常開、常閉觸點。作為計算機的存儲單元，每個單元是一位，稱為位組件，可編程控制器的位組件可以組合使用。例如：K2Y000，表示Y000～Y007組合為一個8位的字符件。類似不同（電磁式繼電器和PLC軟繼電器）電氣（electrical，electricalpowerandequipment）是電能的生產(chǎn)、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學(xué)科或工程領(lǐng)域的統(tǒng)稱。是以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學(xué)。涵蓋電能的轉(zhuǎn)換、利用和研究三方面，包括基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)、設(shè)施設(shè)備等。“電氣”最早可能源于美國傳教士瑪高溫(D.J.Macgowan)所譯《博物通書》(PhilosophicalAlmanac,1851)一書，這本書第一次創(chuàng)造了電氣術(shù)語。（電氣控制電路與PLC梯形圖）第五章“電氣連吸鐵”1817年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)西方1820年發(fā)現(xiàn)幾種典型電氣控制電路電氣控制電路圖包括主電路和輔助電路兩個部分。其中從電源到用電設(shè)備的電路，大電流通過的部分稱為主電路；輔助電路通過的是小電流，包括控制電路、照明電路、信號電路及保護電路等。線路保護環(huán)節(jié)線路保護環(huán)節(jié)包括短路保護、過載保護、零壓保護等。短路保護：短路時通過熔斷器FUl的熔體熔斷來切斷電路。過載保護：通過熱繼電器FR實現(xiàn)。當負載過載或電動機單相運行時，F(xiàn)R動作。欠壓保護：通過接觸器KM的自鎖觸點來實現(xiàn)。當電源電壓消失（如停電）或者電源電壓嚴重下降，使接觸器KM由于鐵心吸力消失或減小而釋放。起保停電路起動：合上刀開關(guān)QS引入三相電源。按下起動按鈕SB1，接觸器KM線圈通電，銜鐵吸合，主電路中三對主觸點和控制電路中的輔助觸點同時閉合，異步電動機的三相電源被接通，電動機起動。保持：放開起動按鈕SB1后，其常開觸點斷開，電流經(jīng)KM的輔助常開觸點和SB2、FR的常閉觸點流過KM的線圈，電動機繼續(xù)運行。KM的輔助常開觸點實現(xiàn)的這種功能稱為“自鎖”或“自保持”。自鎖功能可以避免在停電后，重新來電時，電機自行啟動。停止：在電動機運行時按停止按鈕SB2，其常閉觸點斷開，使KM的線圈失電，KM的主觸點斷開，異步電動機的三相電源被切斷，電動機停止運行，同時控制電路中KM的輔助常開觸點斷開。松開停止按鈕SB2，其常閉觸點閉合后，KM的線圈仍然失電，電動機繼續(xù)保持停止運行狀態(tài)。點動控制點動的含義是當按下起動按鈕后，電動機起動運轉(zhuǎn)，松開按鈕時，電動機就停止轉(zhuǎn)動，即點一下，動一下，不點則不動。點動控制電路沒有自鎖觸點，由點動按鈕兼起停止按鈕作用，因而點動控制不另設(shè)停止按鈕。點動和長動的區(qū)別：長動控制，電機起動后就一直長期運行，直到按停止按鈕才停止。必須設(shè)有自鎖觸點，并另設(shè)停止按鈕。點動控制與此相反區(qū)別主要在自鎖觸點上。互鎖控制互鎖控制是指生產(chǎn)機械或自動生產(chǎn)線不同的運動部件之間互相制約，又稱為聯(lián)鎖控制。例如，電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)要求甲接觸器動作時，乙接觸器不能動作，則需將甲接觸器的動斷觸點串聯(lián)在乙接觸器的線圈電路中。反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)順序控制加工順序按照一定的程序依次轉(zhuǎn)換，依靠順序控制線路完成，順序控制又稱為步進控制。順序控制是要求甲接觸器動作后乙接觸器方能動作，則需將甲接觸器的動合觸點串聯(lián)在乙接觸器的線圈電路中。起保停電路的PLC梯形圖實現(xiàn)起保停電路傳統(tǒng)的繼電器控制電路啟動停止自鎖常開觸點常閉觸點常開觸點梯形圖PLC的輸入輸出接線圖：PLC輸入端：起動按鈕SB1和停止按鈕SB2的常開觸點分別接在編號為X000、X001，輸入端口與PLC的0V或24V連接；PLC輸出端：交流接觸器KM的線圈接在編號為Y000，與外部交流220電源連接。多地點控制的PLC梯形圖將三個啟動信號SB4、SB5和SB6并聯(lián)后接到X000，停止按鈕SB1、SB2和SB3串聯(lián)后接到X001，則梯形圖和起保停的梯形圖一樣。使用PLC控制時可以將三地點的信號分別接到PLC輸入端口，這樣需要六個輸入端口SEEElectrical軟件PLC分時處理和掃描工作方式PLC系統(tǒng)正常工作時要完成如下的任務(wù)：（1）計算機內(nèi)部各工作單元的調(diào)度、監(jiān)控；（2）計算機與外部設(shè)備間的通訊；（3）用戶程序所要完成的工作。PLC中的CPU有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。（PLC循環(huán)掃描和分時工作方式）PLC一次掃描過程示意圖（PLC循環(huán)掃描和分時工作方式）對用戶程序的循環(huán)掃描執(zhí)行過程，可分為輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理三個階段。1.輸入處理階段也成輸入采樣階段。在輸入處理階段，PLC以掃描方式將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)（ON/OFF狀態(tài)）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣。2.程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描。每掃描到一條指令時所需要的輸入狀態(tài)或其他元素的狀態(tài)，分別由輸入映像寄存器或輸出映像寄存器中讀入，然后進行相應(yīng)的邏輯或算術(shù)運算，運算結(jié)果再存入專用寄存器。3.輸出處理階段也稱輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中的狀態(tài)就是欲輸出的狀態(tài)。在輸出刷新階段將其轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出端子輸出信號去驅(qū)動用戶輸出設(shè)備，這就是PLC的實際輸出。（PLC循環(huán)掃描和分時工作方式）（PLC循環(huán)掃描和分時工作方式）掃描周期PLC通電后系統(tǒng)內(nèi)部處理后進入用戶程序服務(wù)狀態(tài)(即進入循環(huán)掃描處理用戶程序的狀態(tài))，每個掃描周期處理用戶程序的過程包括外部輸入數(shù)據(jù)和信息的處理與服務(wù)、刷新監(jiān)視定時器D8000（開機后由ROM送入的）掃描時間、程序處理、數(shù)據(jù)輸出處理、系統(tǒng)狀況自診斷處理。（PLC循環(huán)掃描和分時工作方式）輸入/輸出滯后時間輸入輸出滯后時間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時間，是指PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻止之間的時間間隔。它由輸入電路的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分所組成?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時間一般只有幾十ms，對一般工業(yè)控制設(shè)備來說，這種滯后現(xiàn)象是允許的。（PLC循環(huán)掃描和分時工作方式）X000是輸入繼電器接口，用于接收外部輸入信號。波形圖中最上面一行是輸入X000的外部輸入信號。Y000、Y001、Y002是輸出繼電器，用來將輸出信號傳送給外部負載。（PLC循環(huán)掃描和分時工作方式）PLC的幾種編程語言的表達方式梯形圖（Ladderdiagram）2.指令表（Instructionlist）（可編程控制器的軟件）SBSB1SB2KM1KM2KM2KM1KM2KM1X001X000X000X002Y002Y001Y002Y002Y001Y001梯形圖