課題一 PLC基礎知識之任務1初識PLC

PAGEPAGE34課題一PLC基礎知識考工要求行為領域鑒定范圍鑒定點重要程度理論知識可編程序控制器的基本知識1.PLC的基本功能2.PLC的特點及分類及型號規(guī)格3.PLC的選用原則4.PLC的組成及工作原理5.PLC的硬件系統(tǒng)和軟件安裝★★操作技能可編程序控制器的選型1.能根據(jù)控制要求進行PLC的選型2.PLC的硬件安裝與調(diào)試3.PLC編程軟件的安裝與使用★★★任務1初識PLC知識目標：1．了解PLC產(chǎn)生的背景,及其常用品牌和各自的特點。2．掌握PLC的應用及功能。能力目標：能根據(jù)控制要求進行PLC的選型?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）自20世紀70年代發(fā)明以來，經(jīng)過了飛速發(fā)展，從產(chǎn)品的結(jié)構、種類，尤其在功能上更加完美和強大。特別是20世紀末期，可編程序控制器發(fā)展更適合現(xiàn)代工業(yè)控制的需要，從控制規(guī)模來說，由小型機到超大型機品種齊全；從控制能力來說，有各種各樣的特殊功能模塊單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移、數(shù)模、模數(shù)等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品配套能力來說，各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程序控制器的工業(yè)配套更加容易。伴隨著工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線的發(fā)展，可編程序控制器在工業(yè)控制網(wǎng)絡的各個層面上發(fā)揮重要的作用。所以可編程序控制器在機械制造、石油化工、冶金、汽車、輕工業(yè)等領域中得到廣泛的應用。本次任務的主要內(nèi)容就是：通過本課題任務的學習，達到以下目標：1.了解PLC在工業(yè)自動化中的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。2.了解PLC的應用領域及特點。3.熟悉PLC的分類及常用品牌和各自特點。4.掌握PLC的應用及功能。實施本任務所使用的實訓設備及工具材料可參考表1-1-1。表1-1-1實訓設備及工具材料序號分類名稱型號規(guī)格數(shù)量單位備注1工具電工常用工具1套2儀表萬用表MF47型1塊3設備器材可編程序控制器A-B系列PLC若干臺4西門子S7-200、S7-300各1臺5三菱FX系列若干臺6歐姆龍CPM1A、CPM2A各1臺7國產(chǎn)系列若干臺本任務是對PLC所作的概述，它主要從PLC產(chǎn)生的背景，PLC的應用及功能和PLC常用品牌及各自的特點等方面進行闡述，通過學習達到初識PLC的目的，為后續(xù)的學習奠定基礎。一、PLC的發(fā)展過程PLC是可編程序控制器（ProgrammableController）的簡稱。實際上可編程序控制器的英文縮寫為PC，為了與個人計算機（PersonalComputer）相區(qū)別，人們就將最初用于邏輯控制的可編程序控制器（ProgrammableLobicController）叫做PLC。PLC是在20世紀70年代初期問世的。初期的PLC主要用于汽車制造業(yè)，當時汽車生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構成的，汽車的每一次改型都要求生產(chǎn)流水線繼電器控制裝置的重新設計，這樣繼電器控制裝置就需要經(jīng)常更改設計和安裝，為此美國的數(shù)字設備公司（DEC）于1969年研制出世界上第一臺可編程序控制器。此后這項技術迅速發(fā)展，并推動世界各國對可編程序控制器的研制和應用。日本、德國等先后研制出自己的可編程序控制器，PLC的發(fā)展過程大致可分為以下幾個階段：第一階段：功能簡單，主要是邏輯運算、定時和計數(shù)功能，沒有形成系列。與繼電器控制相比，可靠性有一定的提高。CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。目前已無人問津。第二階段：增加了數(shù)字運算功能，能完成模擬量控制，開始具備自診斷功能，存儲器采用EPROM。目前此類PLC已退出市場。第三階段：將微處理器用在PLC中，而且向多微處理器發(fā)展，使PLC得功能和處理速度大大增強，具有通信功能和遠程I/O能力。這類PLC仍在部分使用。第四階段：能完成對整個車間的監(jiān)控，可將多臺PLC連接起來與大系統(tǒng)連成一體，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源共享。編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖、指令表等以外，還有用于算術運算的BASIC語言以及用于順序控制的GRAPH語言，用于機床控制的數(shù)控語言等，是當前自動化控制的主流。目前，為了適應大中小型企業(yè)的不同需要，擴大PLC在工業(yè)自動化領域的應用范圍，PLC正朝著以下兩個方向發(fā)展：（1）抵擋PLC向小型化，簡易廉價方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制。（2）中高檔PLC向大型、高速、多功能方向發(fā)展，使之能取代工業(yè)控制機的部分功能，對復雜系統(tǒng)進行綜合性自動控制。PLC的歷史只有40多年，但其發(fā)展極為迅速。為了確定它的性質(zhì)，國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee）于1982年頒布了PLC標準草案第一稿，1987年2月頒布了第三稿，對PLC作了如下定義：PLC——是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它可采用可編程的存儲器，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)和算術運算等操作指令，并通過數(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及其相關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則設計。二、常用的PLC簡介隨著PLC市場的不斷擴大，PLC生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成為一個龐大的產(chǎn)業(yè)，主要廠商集中在一些歐美國家及日本。美國與歐洲一些國家的PLC是在相互隔離情況下獨立研究開發(fā)的，產(chǎn)品有比較大的差異；日本則是從美國引進的，對美國的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性。另外，日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC，而歐美則以大中型PLC為主。1.美國的PLC產(chǎn)品美國有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。其中A-B公司是美國最大的PLC制造商，產(chǎn)品約占美國PLC市場的一半。A-B公司的產(chǎn)品規(guī)格齊全、種類豐富，其主推的產(chǎn)品為大、中機型的PLC-5系列。該系列為模塊式結(jié)構，CPU模塊為中型的PLC有PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/14、PLC-5/25；CPU模塊為大型的PLC有PLC-5/11、PLC-5/20、PLC-5/30、PLC-5/40、PLC-5/60。A-B公司的小型機產(chǎn)品有SLC-500系列等。如圖1-1-1所示就是美國羅克韋爾公司生產(chǎn)的A-B系列PLC。圖1-1-1美國羅克韋爾公司生產(chǎn)的A-B系列PLCGE公司的代表產(chǎn)品是GE-Ⅰ、GE-Ⅲ、GE-Ⅵ等系列，分別為小型機、中型機及大型機，GE-Ⅵ/P是最多可配置4000個I/O點。德州儀器（TI）公司的小型機產(chǎn)品有510、520等，中型機有5TI等，大型PLC產(chǎn)品有PM550、530、560、565等系列。莫迪康（MODICON）公司生產(chǎn)M84系列小型機，M484系列中型機、M584系列大型機。M884是增強型中型機，具有小型機的結(jié)構、大型機的控制功能。如圖1-1-2所示就是GE公司的PLC代表產(chǎn)品。圖1-1-2美國CE公司生產(chǎn)的PLC2.歐洲的PLC產(chǎn)品德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司和法國的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負盛名。在大、中型PLC產(chǎn)品領域與美國的A-B公司齊名。西門子PLC的主要產(chǎn)品有S5及S7系列，其中S7系列是近年來開發(fā)的代替S5的新產(chǎn)品，如圖1-1-3所示。S7系列含S7-200、S7-300及S7-400系列。其中S7-200是微型機，S7-300是中、小型機，S7-400是大型機。S7系列機性價比比較高，近年來在中國市場的占有份額有不斷上升之勢。圖1-1-3德國西門子S7系列3.日本的PLC產(chǎn)品日本的PLC產(chǎn)品在小型機領域頗具盛名。某些用歐美中型或大型機才能實現(xiàn)的控制，日本小型機就可以解決。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型機市場上，日本產(chǎn)品約占70%的份額。（1）三菱公司的PLC產(chǎn)品三菱公司的PLC是較早進入中國市場的產(chǎn)品。其小型機F1/F2系列是F系列的升級產(chǎn)品，早期在我國的銷量也不小。F1/F2系列加強了指令系統(tǒng)，增加了特殊功能單元和通信功能，比F系列有了更強的控制能力。繼F1/F2系列之后，20世紀80年代末三菱公司又推出了FX系列，在容量、速度、特殊功能、網(wǎng)絡功能等方面都有了全面的加強。FX2系列是在90年代推出的高功能整體式小型機，它配有各種通信適配器和特殊功能單元。FX2N系列是近幾年推出的高功能整體式小型機，它是FX2系列的換代產(chǎn)品。近年來三菱公司還不斷推出了滿足不同要求的微型機PLC，如FX0S、FX1S、、FX0N、FX1N、FX2N等系列的產(chǎn)品；目前FX系列新推出的FX3U和FX3G系列的2款PLC，其容量更大，控制功能更強，如圖1-1-4所示。本書主要以FX2N系列機型介紹PLC的應用技術。a）b）c）d）e）f）圖1-1-4三菱系列PLC產(chǎn)品a）FX0系列b）FX1N系列c）FX2N系列d）FX3U系列e）FX3G系列f）Q系列（2）歐姆龍公司的產(chǎn)品歐姆龍（OMRON）公司的產(chǎn)品，大、中、小微型規(guī)格齊全。微型機以SP系列為代表，小型機有P型、H型、CPM1A、CPM2A系列及CPM1C、CQM1系列等。中型機有C200H、C200HS、C200HX、C200HG、C200HE及CSI等系列。如圖1-1-5所示就是歐姆龍C200hw系列的PLC。圖1-1-5歐姆龍C200hw系列（3）松下公司的產(chǎn)品松下公司的PLC產(chǎn)品中，F(xiàn)P0為微型機，F(xiàn)P1為整體式小型機，F(xiàn)P3為中型機，F(xiàn)P5/FP10、FP10S、FP20為大型機。5.我國的PLC產(chǎn)品我國有許多廠家及科研院從事PLC的研制及開發(fā)工作，產(chǎn)品如中國科學院自動化研究所的PLC-0088，北京聯(lián)想計算機集團公司的GK-40，上海機床電器廠的CKY-40，上海起重電器廠的CF-40MR/ER，蘇州機床電器廠的YZ-PC-001A，原機電部北京工業(yè)自動化研究所的MPC-001/20、KB20/40，杭州機床電器廠的DKK02，天津中環(huán)自動化儀表公司的DJK-S-84/86/480，上海自立電子設備廠的KKI系列，上海香島機電制造有限公司的ACMY-S80、ACMY-S256，無錫華光電子工業(yè)有限公司（合資）的SR-10、SR-10/20等。如圖1-1-6所示為國產(chǎn)三洋PLC產(chǎn)品。如圖1-1-7所示為國產(chǎn)益達有殼PLC產(chǎn)品；如圖1-1-8所示為國產(chǎn)益達無殼PLC產(chǎn)品。近年來，國產(chǎn)PLC的推廣占據(jù)了部分小型PLC市場，國產(chǎn)PLC的特點及優(yōu)勢如下：（1）絕大多數(shù)是小型機，主要控制小規(guī)模的設備系統(tǒng)。（2）國產(chǎn)PLC價格非常低廉，比國外便宜1/3以上。（3）PLC功能及穩(wěn)定性相當成熟，一般小型設備的功能都能滿足。，（4）國產(chǎn)PLC推廣較晚，最近幾年發(fā)展較快，很多國產(chǎn)的小型設備時使用較多，作為性價比較高的小型機，發(fā)展?jié)摿€是很大。（5）其編程軟件與國外某些品牌非常類似，雖然形式上稍有不同，但是學過國外PLC的技術人員只需簡單看一下相關手冊就能使用。圖1-1-6國產(chǎn)三洋PLC產(chǎn)品圖1-1-7國產(chǎn)益達YD2n系列有殼PLC圖1-1-8國產(chǎn)益達無殼YD2n-30MRT-4AD-2DA三、PLC的應用領域PLC的應用非常廣泛，例如：電梯控制、防盜系統(tǒng)的控制、交通分流信號燈控制、樓宇供水自動控制、消防系統(tǒng)自動控制、供電系統(tǒng)自動控制、噴水池自動控制及各種生產(chǎn)流水線的自動控制等，其應用情況大致可歸納為如下幾類。1.開關量邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，取代傳統(tǒng)的繼電—接觸器控制線路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，又可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2.模擬量控制PLC利用PID（ProportionalIntegralDerivative）算法可實現(xiàn)閉環(huán)控制功能。例如溫度、速度、壓力及流量等的過程量的控制。3.運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的定位控制。近年來許多PLC廠商在自己的產(chǎn)品中增加了脈沖輸出功能，配合原有的高速計數(shù)器功能，使PLC的定位控制能力大大增強。此外許多PLC品牌具有位置控制模塊，可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。使PLC廣泛地用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)除可以與存儲在存儲器中的參考值比較，在完成一定的控制操作外，也可以利用通訊功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)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)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5.通訊及聯(lián)網(wǎng)PLC通訊含PLC間的通訊及PLC與其他智能設備之間的通訊。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通訊功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC無論是網(wǎng)絡接入能力還是通訊技術指標都得到了很大加強，這使PLC在遠程及大型控制系統(tǒng)中的應用能力大大增加。四、PLC的特點、性能指標及分類1.PLC的特點（1）高可靠性高可靠性是PLC最突出的特點之一。由于工業(yè)生產(chǎn)過程是晝夜連續(xù)的，這就對用于工業(yè)生產(chǎn)過程的控制器提出了高可靠性的要求。它的平均故障間隔時間為3～5萬小時以上。（2）靈活性以往電氣工程師必須為每套設備配置專用控制裝置，有了PLC以后，硬件設備采用相同的PLC，只需編寫不同應用軟件程序即可，且可以用一臺PLC控制幾臺操作方式完全不同的設備。（3）便于改進和修正相對于傳統(tǒng)的電氣控制線路，PLC為改進和修訂原設計提供了極其方便的手段。以前也許要花費幾周的時間，用PLC也許只用幾分鐘就可以完成。（4）觸點利用率提高傳統(tǒng)電路中一個繼電器只能提供幾個觸點用于聯(lián)鎖，可在PLC中，一個輸入中的開關量或程序中的一個“線圈”可提供用戶所需用的任意的聯(lián)鎖節(jié)點，也就是說，節(jié)點在程序中可不受限制地使用。（5）豐富的I/O接口由于工業(yè)控制機只是整個工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)中的一個控制中樞，因此，PLC除了具有計算機的基本部分如CPU、存儲器等以外，還有豐富的I/O接口模塊。對不同的現(xiàn)場信號都有相應的I/O模塊與現(xiàn)場器件或設備連接。（6）模擬調(diào)試PLC能對所控功能在實驗室內(nèi)進行模擬調(diào)試，縮短現(xiàn)場的調(diào)試時間，而傳統(tǒng)電氣線路是無法在實驗室進行調(diào)試的，只能花費現(xiàn)場大量時間。（7）對現(xiàn)場進行微觀監(jiān)視PLC在系統(tǒng)中，操作人員能通過顯示器觀測到所控每個節(jié)點的運行情況，隨時監(jiān)視事故發(fā)生點。（8）快速動作傳統(tǒng)繼電器觸點的響應時間一般需要幾百毫秒，而PLC里的節(jié)點反應很快，內(nèi)部是微秒級的，外部是毫秒級的。（9）梯形圖及布爾代數(shù)并用PLC的程序編制可采用電氣技術人員熟悉的梯形圖方式，也可采用程序員熟悉的布爾代數(shù)圖形方式。（10）體積小、質(zhì)量輕、功耗低由于PLC內(nèi)部采用半導體集成電路，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比較，其體積小、質(zhì)量輕、功耗低。（11）編程簡單、使用方便PLC采用面向控制過程，目前的PLC大多數(shù)采用的梯形圖語言編程方式，它繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，考慮到大多數(shù)電氣技術人員的讀圖習慣及應用微機的水平，很容易被技術人員所接受。2.性能指標（1）硬件指標硬件指標主要包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、抗振、抗沖擊力、抗噪聲干擾、耐壓、接地要求和使用環(huán)境等。由于PLC是專門為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的，因此PLC一般都能滿足以上硬件的要求，如PLC一般在下列條件下工作：溫度0～55℃，濕度小于80%。（2）軟件指標PLC的軟件指標通常從以下幾個方面進行描述：1）編程語言不同機型的PLC，具有不同的編程語言。常用的編程語言有梯形圖、指令表和控制系統(tǒng)流程圖等3種。2）用戶存儲器容量和類型用戶存儲器用來存儲用戶通過編程器輸入的程序。其存儲容量通常以字或步為單位計算，例如FX2的存儲容量為2k步。常用的用戶程序存儲器類型有RAM，EEPROM和EPROM等3種。3）I/O總數(shù)PLC有開關量和模擬量兩種輸入、輸出。對開關量輸入/輸出（I/O）總數(shù)，通常用最大I/O點數(shù)表示；對模擬量的I/O總數(shù)，通常用最大I/O通道數(shù)表示。4）指令數(shù)用來表示PLC的功能。一般指令數(shù)越多，其功能越強。5）軟元件的種類和點數(shù)指輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、狀態(tài)、數(shù)據(jù)寄存器和各種特殊繼電器等。6）掃描速度以“μs/步”表示。例如0.48μs/步表示掃描一步用戶程序所需要的時間為0.48μs。PLC的掃描速度越快，其輸出對輸入的響應越快。7）其他指標如PLC的運行方式、輸入/輸出方式、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、遠程監(jiān)控等。3.PLC的分類目前PLC的品種很多，規(guī)格性能不一，且沒有一個權威的統(tǒng)一分類標準，但是目前一般按下面幾種情況大致分類：（1）按結(jié)構形式分類PLC按結(jié)構形式可分為整體式和模塊式兩種。1）整體式整體式PLC是將其電源、中央處理器、輸入/輸出部件等集中配置在一起，有的甚至全部安裝在一塊印刷電路板上。整體式PLC結(jié)構緊湊、體積小、質(zhì)量輕、價格低、I/O點數(shù)固定、使用不靈活。小型PLC常使用這種結(jié)構。2）模塊式模塊式PLC是把PLC的各部分以模塊形式分開，如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等。把這些模塊插入機架底板上，組裝在一個機架內(nèi)。這種結(jié)構配置靈活、裝配方便、便于擴展。一般中型和大型PLC常采用這種結(jié)構。（2）按輸入輸出點數(shù)和存儲容量分類按輸入輸出點數(shù)和存儲容量來分，PLC大致可分為大、中、小型三種。1）小型PLC小型PLC的輸入輸出點數(shù)在256點以下，單CPU、8位或16位處理器，用戶程序存儲容量在4k字以下。目前常見的小型PLC如美國通用電氣（GE）公司的GE-I型，美國德州儀器公司的TI100，日本三菱電氣公司的F、F1、F2，日本立石公司（歐姆龍）的C20、C40，德國西門子公司的S7-200，日本東芝公司的EX20、EX40，中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司的SR-20/21等。2）中型PLC中型PLC的輸入輸出點數(shù)在256～2048點之間，雙CPU，用戶程序存儲容量一般為2k～10k字。目前常見的中型PLC如美國通用電氣（GE）公司的GE-Ⅲ型，德國西門子公司的S7-300、SU-5、SU-6，日本立石公司（歐姆龍）的C500，中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司的SR-400等。3）大型PLC大型PLC的輸入輸出點數(shù)在2048點以上，多CPU、16位或32位處理器，用戶程序存儲容量達10k字以上。目前常見的大型PLC如美國通用電氣（GE）公司的GE-Ⅳ型，德國西門子公司的S7-400，日本立石公司（歐姆龍）的C2000，日本三菱電氣公司的K3等。（3）按功能分類按PLC功能的強弱來分，PLC一般可分為低擋機、中檔機和高檔機三種。其功能如下：1）低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能。有的還增設模擬量處理、算術運算、數(shù)據(jù)傳送等功能。2）中檔PLC除具有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，可完成既有開關量又有模擬量控制的任務。3）高檔PLC增設有帶符號算術運算及矩陣運算等，使運算能力更強，還具有模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、記錄和打印等功能，使PLC的功能更多更強。能進行遠程控制、構成分布式控制系統(tǒng)，成為整個工廠的自動化網(wǎng)絡。五、FX系列PLC的特點與規(guī)格1.FX系列PLC的型號意義FX系列PLC的型號表示方法如圖1-1-9所示。圖1-1-9FX系列PLC的型號及表示方法型號含義說明：（1）系列名稱FX系列的名稱常用有1S，1N，2N，3U和3G等，因此目前常用的FX系列的型號有：FX1S系列、FX1N系列、FX2N系列、FX2NC系列、FX3U系列和FX3G系列等。（2）單元類型FX系列的單元類型一般有4種，其表示方法如下：1）M——表示基本單元。2）E——表示輸入、輸出混合擴展單元及擴展模塊。3）EX——表示輸入專用擴展模塊。4）EY——表示輸出專用擴展模塊。（3）輸出形式PLC的輸出形式一般分為3種。其中R表示繼電器輸出；T表示晶體管輸出；S表示晶閘管輸出。這3種輸出方式結(jié)構如圖1-1-10所示。其輸出方式的性能比較見表1-1-2所示。圖1-1-10PLC三種輸出形式的電路結(jié)構圖a）繼電器輸出b）晶體管輸出c）晶閘管輸出表1-1-23種輸出方式的性能比較項目繼電器輸出方式晶體管輸出方式晶閘管輸出方式外部電源AC250V，DC30V以下DC5～30VAC85～242V最大負載電阻負載2A/1點0.5A/1點0.8A/1點0.3A/1點0.8A/1點感性負載80VA12W/DC24V15VA/AC100V燈負載100W1.5W/DC24V30W開路漏電流—0.1mA/DC24V1mA/AC100V或2.4mA/DC24V響應時間約10ms0.2ms以下1ms以下電路隔離繼電器隔離光耦合器隔離光敏晶體管隔離動作顯示繼電器通電時LED燈亮光耦驅(qū)動時LED燈亮光敏晶體管驅(qū)動時LED燈亮1）繼電器輸出的PLC可以直接驅(qū)動2A以內(nèi)的負載，一般的電磁閥、繼電器都用繼電器輸出型。若當電磁閥線圈的負載電流超過2A時，可通過中間繼電器進行過渡控制。2）晶體管輸出的PLC只能驅(qū)動0.5A以內(nèi)的負載，但是其響應速度快，一般用來輸出高速脈沖，可以控制高速電磁閥、步進及伺服馬達等。（4）產(chǎn)品類型或特殊品種1）產(chǎn)品類型PLC的產(chǎn)品類型一般分為兩種，其中001表示標準產(chǎn)品；ES/UL表示歐規(guī)產(chǎn)品。目前國內(nèi)銷售的PLC一般都為標準版的PLC。2）特殊品種PLC的特殊品種代號共有8種，其文字代號及含義如下：①D：表示DC電源，DC輸入。②A1：表示AC電源，AC輸入（AC100～120V）或AC輸入模塊。③H：表示大電流輸出擴展模塊（1A/1點）。④V：表示立式端子排的擴展模塊。⑤C：表示接插口輸入輸出方式。⑥F：表示輸入濾波器1ms的擴展模塊。⑦L：表示TTL輸入型擴展模塊。⑧S：表示獨立端子（無公共端）擴展模塊。若特殊品種一項無標記，通常表示AC電源，DC輸入，橫式端子排。繼電器輸出：2A/點；晶體管輸出：0.5A/點；晶閘管輸出：0.3A/點。例如：型號“FX2N-64MR”表示該PLC為FX2N系列、AC電源、DC輸入的基本單元、I/O總點數(shù)為64點、繼電器輸出方式。又如型號“FX2N-48MRD”表示該PLC為FX2N系列、I/O總點數(shù)為64點、DC電源、DC輸入的基本單元、繼電器輸出方式。再如型號“FX-4EYSH”表示該PLC為FX系列、輸入點數(shù)為0、輸出點數(shù)為4點、晶閘管輸出的大電流輸出擴展模塊。PLC在選用時應根據(jù)不同的要求選用不同的輸出方式。若需要大電流輸出，則應選繼電器輸出方式或晶閘管輸出方式；若電路需要快速通斷或需要頻繁動作，則應選用晶體管輸出方式或晶閘管輸出方式。2.FX系列常用CPU的性能FX系列常用CPU的性能見表1-1-3所示。表1-1-3FX系列常用CPU的性能表CPU系列FX1SFX1NFX2NFX3U運算控制方式存儲程序反復運算（專用LST），有中斷指令輸入/輸出控制方式批處理方式（執(zhí)行END時），有I/O刷新指令編程語言梯形圖＋步進梯形圖＋SFC程序內(nèi)存內(nèi)置2000步EEPROM內(nèi)置8000步EEPROM內(nèi)置2000步RAM內(nèi)置64000步RAM可選存儲器FX1N-EEPROM-8LRAM8KEEPROM4-16KFX3U-PLROM-64LFX3U-PLROM-16指令種類順控指令27個，步進梯形圖指令2個順控29個應用指令85種應用指令89種應用指令128種應用指令209種運算處理速度基本指令0.55～0.7μm，應用指令1007μm基本指令0.08μm基本指令0.065μm擴展功能無有有有輸入輸出點數(shù)30點以下128點以下256點以下384點以下3.FX系列的擴展模塊FX系列PLC的擴展模塊主要有擴展I/O模塊（輸入擴展模塊、輸出擴展模塊）和擴展I/O（混合模塊）。如圖1-1-11所示就是常見的FX2N系列PLC的輸入擴展模塊、輸出擴展模塊和混合模塊的外形圖。圖1-1-11FX2N系列PLC擴展模塊外形圖a）輸入控制模塊b）輸出控制模塊c）混合模塊（1）FX系列擴展I/O模塊FX系列擴展I/O模塊分別包括輸入擴展模塊和輸出擴展模塊，常用的FX系列擴展I/O模塊見表1-1-4所示。表1-1-4FX系列控制I/O模塊型號I/O總數(shù)輸入輸出可連接的PLC數(shù)目類型數(shù)目類型FX1SFX1NFX2NFX0N-8EX88漏型——√√FX0N-16EX1616漏型——√√FX2N-16EX1616漏型——√√FX0N-8EYR8——8繼電器√√FX0N-8EYT——晶體管√√FX0N-16EYR16——16繼電器√√FX0N-16EYT——晶體管√√FX2N-16EYR16——16繼電器√√FX2N-16EYT——晶體管√√（2）FX系列擴展I/O混合模塊FX系列擴展I/O混合模塊是既含輸入擴展又含輸出擴展的模塊，常用的FX系列擴展I/O混合模塊見表1-1-5所示。表1-1-5FX系列擴展I/O（混合模塊型號I/O總數(shù)輸入輸出可連接的PLC數(shù)目類型數(shù)目類型FX1SFX1NFX2NFX2N-32ER3216漏型16繼電器√√FX2N-32ET晶體管FX0N-40ER4024漏型16繼電器√FX0N-40ET晶體管FX2N-48ER4824漏型24繼電器√√FX2N-48ET晶體管FX2N-40ER-D4024漏型16繼電器√FX2N-48ER-D4824漏型16繼電器√FX2N-48ER-D晶體管FX0N-8ER84漏型4繼電器√√4.FX系列特殊功能模塊常用的FX系列特殊功能模塊見表1-1-6所示。表1-1-6FX系列模塊類型模塊型號模塊類型模塊型號模塊類型模塊型號模擬量模塊FX0N-3A高速計數(shù)模塊FX2N-1HC通訊接口模塊FX1N-232-BDFX2N-2AD脈沖輸出模塊FX2N-1PGFX2N-232-BDFX2N-4ADFX2N-10PGFX1N-422-BDFX2N-8AD定位控制模塊FX2N-10GMFX1N-485-BDFX2N-2DAFX2N-20GMFX2N-422-BDFX2N-4DACCLINK主站模塊FX2N-16CCL-MFX2N-485-BD溫度模塊FX2N-4AD-PTCCLINK接口模塊FX2N-32CCLFX0N-485-ADPFX2N-4AD-TCFX2N-485-ADP六、PLC的選擇原則自從PLC技術在工業(yè)領域中得到廣泛應用以來，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日趨完善。當前工業(yè)領域中應用的PLC既有從美國、日本、德國等國家進口的，也有國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的，已達幾十個系列、上百種型號。由于PLC品種繁多，其結(jié)構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格和適用場合等都有不同。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的經(jīng)濟技術指標有著重要意義。本教材主要從PLC機型、容量、I/O模塊、電源模塊等部件的選擇來介紹小型PLC選型的一般原則。1.PLC的機型選擇PLC的機型選擇的基本原則是在能夠滿足控制要求及保證運行可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性價比。（1）結(jié)構形式的選擇在系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中，常采用I/O點的平均價格較便宜的整體式PLC；在較復雜系統(tǒng)和環(huán)境差（維修量大）的場合，常采用模塊式PLC，因為模塊式PLC擴展靈活方便，I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，并且在維修時只需要更換模塊，判斷故障的范圍也很方便。（2）安裝方式的選擇按照PLC的不同安裝方式，控制系統(tǒng)分為集中式、遠程I/O式和多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。在集中式控制系統(tǒng)中，無需設置驅(qū)動遠程I/O硬件，控制系統(tǒng)反應快，成本低。遠程I/O式適用于大型控制系統(tǒng)，因為遠程I/O可以分別安裝在I/O裝置附近，I/O連線比集中式短，控制系統(tǒng)的裝置分布范圍很大，但需要增設驅(qū)動器和遠程I/O電源。多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式可以選用小型PLC，但必須要附加通信模塊，適用于多臺設備分別獨立控制且又存在相互聯(lián)系的控制系統(tǒng)。（3）功能要求的選擇1）對于只有開關量控制的設備，具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能的一般小型（低檔）PLC即可滿足其控制要求。2）對于開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可以選擇帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊、能夠?qū)崿F(xiàn)加減算術運算、數(shù)據(jù)傳送的增強型低檔PLC。3）對于較控制復雜，要求具有PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能的系統(tǒng)，可以根據(jù)控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔PLC，但價格一般較貴。（4）響應速度的要求選擇PLC的掃描工作方式所引起的響應延遲可達2～3個掃描周期。在一般應用場合中，PLC響應速度都可以滿足要求。但對于某些特殊場合，則要求考慮PLC的響應速度?？梢赃x用掃描速度高的PLC，或選用具有高速I/O處理功能指令的PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC等，來減少PLC的I/O響應的延遲時間。（5）系統(tǒng)可靠性的要求選擇對于一般的系統(tǒng)，PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。（6）機型統(tǒng)一的要求選擇對于一個企業(yè)，應盡可能使用機型統(tǒng)一的PLC。這是從以下三方面問題進行考慮的。1）使用同一機型的PLC其模塊可互相備用，便于備品、備件的采購和管理。2）同一機型的PLC功能和編程方法相同，有利于技術力量的培訓和技術水平的提高。3）同一機型的PLC，其外圍設備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。2.PLC的容量選擇PLC的容量選擇包括I/O點數(shù)和用戶程序存儲容量兩個方面的參數(shù)選擇。（1）I/O點數(shù)的選擇由于PLC平均I/O點的價格還比較高，因此，應該在滿足控制要求和留有一定備用量的前提下力爭少使用I/O點數(shù)。一般情況下I/O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際個數(shù)，再加上10%～15%的備用量來確定的。在不同機型的PLC中，輸入與輸出點數(shù)的比例不同，在選擇時應保證輸入、輸出點都夠用，且節(jié)余還不能很多。因此，往往選擇較少點數(shù)的主機加擴展模塊，可以比直接選擇較多點數(shù)的主機更經(jīng)濟。（2）用戶程序存儲容量的選擇用戶程序存儲容量是指PLC用于存儲用戶程序的存儲器容量，其大小由用戶程序的長短決定。用戶程序存儲容量一般可按下式進行估算，再按實際需要留適當?shù)挠嗔浚?0%～30%）來選擇：存儲容量＝開關量I/O點總數(shù)×10＋模擬量通道數(shù)×100絕大部分PLC均能滿足上式要求。但值得注意的是：當控制較復雜、數(shù)據(jù)處理量大時，可能出現(xiàn)存儲容量不夠的問題，這時應特殊對待。3.I/O模塊的選擇一般情況下I/O模塊的價格占PLC價格的一半以上。不同的I/O模塊，其電路及功能不同，所以I/O模塊將直接影響PLC的應用范圍和價格。在此僅介紹有關開關量I/O模塊的選擇。（1）開關量輸入模塊的選擇PLC輸入模塊的作用是用來檢測、接收現(xiàn)場輸入設備的信號，并將輸入的信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接收的低電壓信號。1）輸入信號的類型選擇常用開關量輸入模塊的信號類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入，在進行選擇時應根據(jù)現(xiàn)場的輸入信號和周圍環(huán)境來考慮。直流輸入模塊具有延遲時間短，可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接的特點；交流輸入模塊具有接觸可靠，適用于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境的特點。2）輸入信號電壓等級的選擇PLC的開關量輸入模塊輸入信號的電壓等級有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。在選擇時應根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近的場合。距離較遠的應選擇電壓等級較高的模塊。3）輸入接線方式的選擇PLC的開關量輸入模塊的接線方式有匯點式輸入和分組式輸入兩種，如圖1-1-12所示。匯點式輸入模塊的所有輸入點使用一個公共端COM；而分組式輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組使用一個公共端COM，各組之間是分隔的。分組式輸入的每點平均價格較匯點式輸入高。并且還要考慮同時接通的輸入點個數(shù)。對于選用高密度的輸入模塊（如32點、48點等），還應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60%。圖1-1-12開關量輸入模塊的接線方式a)匯點式輸入b)分組式輸入4）輸入門檻電平高低的要求選擇從提高系統(tǒng)可靠性角度來看，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠。（2）開關量輸出模塊的選擇輸出模塊的作用是將PLC內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成外部輸出設備所需的驅(qū)動信號。在進行選擇時，應主要考慮負載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對延遲時間的要求、負載狀態(tài)變化是否頻繁等。1）輸出方式的選擇開關量輸出模塊的輸出方式有：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。繼電器輸出具有價格便宜，既可驅(qū)動交流負載又可驅(qū)動直流負載，適用的電壓范圍較寬和導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強的優(yōu)點。但由于它屬于有觸點元件，所以其動作速度較慢、使用壽命較短、可靠性較差，所以只適用于不頻繁通斷的場合。對于驅(qū)動感性負載，其觸點的動作頻率不得超過1HZ。雙向晶閘管輸出或晶體管輸出適用于頻繁通斷的負載，它們屬于無觸點元件。雙向晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。2）輸出接線方式的選擇PLC的輸出接線方式一般有分組式輸出和分隔式輸出兩種。如圖1-1-13所示。分組式輸出是幾個輸出點為一組，使用一個公共端并且各組之間是分隔的，可以分別使用不同的電源。分隔式輸出的每一個輸出點的公共端，各輸出點之間相互隔離，每個輸出點可使用不同的電源。主要根據(jù)系統(tǒng)負載的電源種類的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。圖1-1-13開關量輸出模塊的接線方式a)分組式輸出b)分隔式輸出3）輸出電流的選擇輸出模塊的輸出電流（驅(qū)動能力）必須大于負載的額定電流。用戶應根據(jù)實際負載電流的大小選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際負載電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。4.電源模塊及其他外設的選擇（1）電源模塊的選擇電源模塊的選擇較為簡單，只需考慮電源的額定輸出電流即可。電源模塊的額定輸出電流必須大于CPU模塊、I/O模塊及其他模塊的總消耗電流。電源模塊的選擇僅對于模塊式結(jié)構的PLC而言，對于整體式PLC不存在電源模塊的選擇。（2）編程器的選擇簡易編程器適用于小型控制系統(tǒng)或不需要在線編程的系統(tǒng)。功能強、編程方便的智能編程器適用于由中、高檔PLC構成的復雜系統(tǒng)或需要在線編程的PLC系統(tǒng)，但智能編程器價格較貴。如果有現(xiàn)成的個人計算機，可以選用PLC的編程軟件包，在個人計算機上實現(xiàn)編程器的功能。（3）寫入器的選擇由于干擾、鋰電池電壓變化等原因，RAM中的用戶程序可能會受到破壞，可以使用EPROM寫入器將用戶程序固化在EPROM中。當前使用的一些PLC或編程器本身具有EPROM寫入器功能。PLC的選型訓練現(xiàn)有一套電氣控制設備，需要用到一臺PLC的小單機。其主要控制一些繼電器、接觸器、電磁閥等開關量信號，并通過一些按鈕、行程開關、接近開關、光電開關等開關量輸入信號。無其他特殊功能要求。統(tǒng)計后，輸入信號需要18個，輸出信號需要20個，請根據(jù)要求選擇性價比較高的三菱PLC。1.分析CPU功能進行選型通過對控制要求分析，本控制系統(tǒng)只需簡單的開關量控制，并且I/O點數(shù)較少，因此三菱FX系列的PLC都能滿足其控制要求，所以，我們可從性價比較高的FX1S系列開始選型。2.分析I/O點數(shù)進行選型從控制要求分析可知，此設備控制需的I/O點數(shù)為38個點，超過了30點。從表1-1-3中可知FX1S系列的PLC最大I/O點數(shù)為30，并且該系列的PLC不能擴展，滿足不了控制需要，因此，可排除FX1S系列的PLC。3.分析價格進行選型由于FX0N系列的PLC已停產(chǎn)，而FX2N系列的較貴，因此選擇FX1N系列性價比較高。4.確定PLC的型號規(guī)格從FX1N系列的PLC來看，主要有以下兩款型號的PLC能滿足上述選擇要求。（1）FX1N-40MR的PLC（輸入24點，輸出16點）由于該型號PLC的輸入點數(shù)是24點，而控制要求需要18點，因此，可滿足選擇要求，并留有一定的裕量。但控制要求需要20個輸出點，而該型號PLC的輸出點只有16點，滿足不了要求。若要選擇該型號的PLC，則可以增加擴展模塊，從表1-1-4的FX系列控制I/O模塊中可知，只要增加一個FX2N-8EYR的8點擴展輸出模塊，這樣輸出點數(shù)（16點＋8點=24點）就能滿足要求。（2）FX1N-60MR的PLC（輸入36點，輸出24點）若選擇該型號的PLC，則I/O點數(shù)完全可以滿足要求，而且I/O點數(shù)剩余許多。從對上述兩款FX1N系列的PLC進行分析可知，若選用FX1N-40MR的PLC需增加1個FX2N-8EYR模塊，而FX1N-60MR的PLC可以直接選用。如此就只需比較兩者的價格就可以確定所選用PLC的型號。若FX1N-40MR的PLC的價格為2000元，F(xiàn)X2N-8EYR模塊為500元；若FX1N-60MR的PLC的價格也是2500元，則應選擇性價比較高的FX1N-60MR的PLC。這是因為它們雖然在價格和輸出點數(shù)上一樣，但FX1N-60MR的PLC的輸入點數(shù)為36點，比FX1N-40MRPLC的輸入點數(shù)多，可便于以后設備的改造增加點數(shù)的需要。在進行PLC的選型的過程中，時常會遇到如下問題：問題：在進行PLC選型時，只注重I/O點數(shù)的選擇而忽視了存儲容量的選擇。后果及原因：由于用戶程序所需的存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關，而且還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學者，在完成同一復雜功能時，其程序量可能相差25%之多，所以對于初學者應該在存儲容量估算時應多留余量。預防措施：PLC的I/O點數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I/O點數(shù)確定的基礎上，可按下式估算存儲容量后，再加20%～30%的余量。存儲容量（字節(jié)）＝開關量I/O點總數(shù)×10＋模擬量通道數(shù)×100對任務實施的完成情況進行檢查，并將結(jié)果填入表1-1-7表1-1-7序號主要內(nèi)容考核要求評分標準配分扣分得分1PLC的選型1.能根據(jù)控制要求，分析CPU功能正確選型2.能根據(jù)控制要求，分析I/O點數(shù)正確選型3.能根據(jù)控制要求，分析價格正確選型4.能根據(jù)控制要求，確定PLC的型號規(guī)格1.不能通過分析CPU功能正確選型扣20分2.不能通過分析I/O點數(shù)正確選型扣20分3.不能通過分析價格正確選型扣10分4.不能根據(jù)控制要求，確定PLC的型號規(guī)格扣60分903安全文明生產(chǎn)勞動保護用品穿戴整齊；電工工具佩帶齊全；遵守操作規(guī)程；講文明禮貌；操作結(jié)束要清理現(xiàn)場1.操作中，違犯安全文明生產(chǎn)考核要求的任何一項扣5分，扣完為止2.當發(fā)現(xiàn)學生有重大事故隱患時，要立即予以制止，并每次扣安全文明生產(chǎn)總分5分10合計開始時間:結(jié)束時間:一、FX2N系列PLC簡介FX2N系列PLC是超小型機I/O點數(shù)最大可擴展到256點。它有內(nèi)置8K步的RAM，使用存儲卡盒后，最大容量可擴大到16K步。編程指令達327條。PLC運行時，對一條基本指令的處理時間只需0.08μs。它不僅能完成邏輯控制、順序控制、模擬量控制、位置控制、高速計數(shù)等功能，還能做數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運算、平方根以及浮點數(shù)運算、PID運算等更為復雜的數(shù)據(jù)處理。所以FX2N系列PLC具有容量大、運行速度快、指令功能完善等特點。在FX2N系列PLC基本單元上，可連接擴展單元、擴展模塊以及各種功能的特殊單元、特殊模塊，還可在基本單元左側(cè)接口上，連接一臺功能擴展板，完成FX2N系列PLC與各種外部設備的通信，實現(xiàn)模擬量設定功能。另外，通過功能擴展板還可將FX0N系列適配器與FX2N基本單元連接，增強PLC與外部設備的通信功能。FX2N系列17種基本單元（CPU單元或主機單元）見表1-1-8所示。表1-1型號輸入點數(shù)（DC24V，點）輸出點數(shù)（R，T，點）擴展模塊可用點數(shù)繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出FX2N-16MRFX2N-16MTFX2N-16MS8824～32FX2N-32MRFX2N-32MTFX2N-32MS1616FX2N-48MRFX2N-48MTFX2N-48MS242448～120FX2N-64MRFX2N-64MTFX2N-64MS3232FX2N-80MRFX2N-80MTFX2N-80MS4040FX2N-128MRFX2N-128MT6464二、FX3U系列PLC簡介FX3U系列PLC是三菱公司最新開發(fā)的第三代小型PLC系列新產(chǎn)品，它是目前該公司小型PLC中CPU性能最高、可以適應于網(wǎng)絡控制的小型PLC系列新產(chǎn)品。FX3U系列PLC采用了基本單元加擴展的形式，基本功能兼容了FX2N系列的全部功能。FX3U系列采用最新的高性能CPU，它與FX2N系列相比，CPU的運算速度大幅度提高，通信功能進一步增強。其主要特點如下：1.運算速度提高FX3U系列基本邏輯控制指令的執(zhí)行時間由FX2N的0.08μs/條提高到了0.065μs/條，應用指令的執(zhí)行時間由FX2N系列的1.25μs/條提高到了0.642μs/條，速度提高了近