三菱FX3U系列PLC編程技術(shù)與應用-第一章課件

1、第一章 可編程序控制器概述1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義1.1.2 PLC的特點1.1.3 PLC的發(fā)展 1.2 PLC的組成及工作原理1.2.1 PLC的基本組成1.2.2 PLC的循環(huán)掃描原理1.2.3 PLC與繼電接觸器的區(qū)別1.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義 1968年美國通用汽車公司（GM）公開招標，要求用新的控制裝置取代機電控制盤以改善生產(chǎn)。公司提出十項指標： 1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；2）維護方便，采用插件式結(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系統(tǒng)；5）數(shù)據(jù)可以直接送入計算機；7）輸入可為市電；8）輸出可為市電，能直接驅(qū)動電磁閥、

2、接觸器等； 10）用戶存儲器容量大于4K字節(jié)。 9）通用性強、易于擴展；6）成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭；1PLC的產(chǎn)生1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功第一臺可編程控制器PDP14，有邏輯運算、定時、計算功能，稱為PLC（Programmable Logic Controller），早期PLC采用存儲程序指令完成順序控制而設(shè)計，僅具有邏輯運算、計時、記數(shù)等順序控制功能，用于開關(guān)量的控制。 我國從1974年開始可編程序控制器的研制，1977年開始投入工業(yè)應用。1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC的定義 “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下

3、應用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴展其功能的原則設(shè)計。” 1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC的分類按I/O點數(shù)：PLC可分為小型、中型、大型等。I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLCI/O點數(shù)為256點以下的為小型PLC，I/O點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型PLC。I/O點數(shù)為2048以上的為大型PLCI/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC。1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展按

4、結(jié)構(gòu)形式，PLC可分為整體式、模塊式、緊湊式等 整體式 模塊式緊湊式1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展按功能，PLC可分為低檔、中檔、高檔等。低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。中檔PLC 具有低檔PLC功能外，增加模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。高檔PLC 具有中檔機功能外，增加帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能。1.1 P

5、LC的產(chǎn)生與發(fā)展（1）可靠性高，抗干擾能力強 （2）編程簡單，設(shè)計施工周期短 （3）控制程序可變，硬件配置方便 （4）功能完善 （5）體積小、重量輕、功耗低 綜上所述，PLC的優(yōu)越性能使其在工業(yè)上得到迅速普及。目前，PLC在家庭、建筑、電力、交通、商業(yè)等眾多領(lǐng)域也得到了廣泛的應用。 1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.2 PLC的特點 從1969年第一臺PLC問世至今，它的發(fā)展大致可以分為以下幾個階段：19701980年：PLC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于PLC剛誕生， 各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、1位機型、通用計算機型、單板機型等），但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有

6、PLC結(jié)構(gòu)形成，取得了市場的認可，得以迅速發(fā)展推廣。PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟，PLC的應用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機床、生產(chǎn)線擴展。1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.3 PLC的發(fā)展19801990年：PLC的普及階段。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，價格不斷下降，PLC被迅速普及。各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價格.品種開始系列化，并且形成了I/O點型、基本單元加擴展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。PLC的應用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴展。比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有F、F1、F2小型PLC系列產(chǎn)品，K/A系列中、大型PLC產(chǎn)品等。1.1

7、 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展19902000年，PLC的高性能與小型化階段。在這一階段，隨著微電子技術(shù)的進步，PLC的功能日益增強，PLC的CPU運算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加，使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā)，PLC的應用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。此外，PLC的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類微型化PLC。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展2000年至今：PLC的高性能與網(wǎng)絡化階段。在本階段，為了適應信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動化的需要，PLC的各種功能不斷進步。一方面，PLC在繼續(xù)提高CPU

8、運算速度，位數(shù)的同時，開發(fā)了適用于過程控制，運動控制的特殊功能與模塊，使PLC的應用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域。與此同時，PLC的網(wǎng)絡與通信功能得到迅速發(fā)展，PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡，為工廠自動化奠定了基礎(chǔ)。1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 PLC從產(chǎn)生到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，實現(xiàn)了從簡單邏輯控制到運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信的發(fā)展。目前，PLC的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在規(guī)模化、高性能、多功能、模塊智能化、網(wǎng)絡化、標準化等幾個方面。 1）、產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展2）、高性能、高速度、大容量發(fā)展3）、模塊智能化發(fā)展4）、網(wǎng)絡化發(fā)展5

9、）、標準化發(fā)展1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.2 PLC的組成及工作原理 可編程序控制器是專為工業(yè)環(huán)境下的應用而設(shè)計的工業(yè)計算機，通常由基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊功能模塊組成， 特殊功能單元是一些特殊用途的裝置。 基本單元內(nèi)設(shè)CPU、存儲器、I/O和電源等，是PLC的主要部分，可獨立工作 擴展單元內(nèi)設(shè)電源，用于擴展I/O點數(shù) 擴展模塊用于增加I/O點數(shù)和I/O點數(shù)比例，內(nèi)無電源，由基本單元和擴展單元供電1.2.1 PLC的基本組成1.2 PLC的組成及工作原理 可編程序控制器主要由中央處理器CPU、存儲器、輸入輸出接口、電源及編程器等外圍設(shè)備組成。 1.2 PLC的組成及工作原理 CPU

10、是PLC的核心部件，作用在PLC中類似與人體的神經(jīng)中樞，整個PLC的工作過程都是在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的。CPU用掃描的方式讀取輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)廠家預先編制的系統(tǒng)程序控制下，完成用戶程序所設(shè)計的邏輯或算術(shù)運算任務，并根據(jù)處理結(jié)果控制輸出設(shè)備實現(xiàn)輸出控制。 存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方?？删幊绦蚩刂破鞯拇鎯ζ鞣譃橄到y(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用于存放系統(tǒng)工作程序、模塊化應用功能子程序、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理等程序及各種系統(tǒng)參數(shù)，一般采用只讀存儲器ROM（PROM）。用戶存儲器用于存放用戶編制的控制程序。分為隨機存儲器（CMOSRAM）、光可擦寫只讀存儲器（E

11、PROM）以及電可擦寫只讀存儲器（EEPROM）等。 1.2 PLC的組成及工作原理輸入/輸出（I/O）接口是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。輸入部件是開關(guān)、按鈕、傳感器等。輸出部件是電磁閥、接觸器、繼電器。由于現(xiàn)場信號的類別不同，為適應控制的需要，PLC I/O具有不同的類別。輸入輸出接口有開關(guān)量輸入輸出接口、模擬量輸入輸出接口。 1.2 PLC的組成及工作原理 外部設(shè)備 PLC可配有編程器、外部存儲器、打印機、EPROM寫入器、高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)等外部設(shè)備。 電源 PLC內(nèi)部配有一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，可將PLC外部連接的電源電壓轉(zhuǎn)化為CPU、存儲器、輸入輸出接口等

12、電路工作所需的直流電源，并為外部輸入元件提供24V直流電源。需要注意的是，PLC負載的電源是由用戶另外提供的。1.2 PLC的組成及工作原理1.2.2 PLC的循環(huán)掃描原理PLC運行程序時，會從第一條用戶程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下，按順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到END指令結(jié)束，然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復始的重復直到停機或從運行狀態(tài)切換到停止狀態(tài)。1.2 PLC的組成及工作原理 可編程控制器通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序，實現(xiàn)控制任務。CPU在每個掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域；然后根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號，并將處理結(jié)果送到輸出

13、映像寄存器區(qū)域，在每個掃描周期結(jié)束時，送入輸出模塊。 1.2 PLC的組成及工作原理循環(huán)掃面的工作過程 每一次掃描所用的時間稱為一個掃描周期，在一個掃描周期內(nèi)可編程控制器工作過程分為三個階段： 1輸入采樣 可編程控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。 2程序執(zhí)行 在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入對應的元件映像寄存器中。 3輸出刷新 CPU將輸出映像寄存器的“0”/“1”狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。 1.2 PLC的組成及工作原理1在組成器件方面 繼電接觸器控制電路是由各種真正的硬件繼電器組成，硬件繼電器觸頭易磨損。而PLC梯形圖則由許多所謂軟繼電器組成。這些軟繼電器實質(zhì)上是存儲器中的每一位觸發(fā)器，可以置“0”或置“1”，而軟繼電器則無磨損現(xiàn)象。 2在工作方式方面 繼電接觸器控制電路工作時，電路中硬件繼電器都處于受控狀態(tài)，凡符合條件吸合的硬件繼電器都處于吸合狀態(tài)，受各種制約條件不應吸合的硬件繼電器都同時處于斷開狀態(tài)，屬于“并行”的工作方式。PLC梯形圖中各軟繼電器都處于周期循環(huán)掃描工作狀態(tài)，受同一條件制約的各個軟繼電器的線圈工作和它的觸電的動作并不同時發(fā)生，屬于“串行”的工作方式