電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)（FX5U） 課件 模塊2 PLC的認(rèn)知

項(xiàng)目2PLC的認(rèn)知任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用國際電工委員會(huì)(InternationalElectricalCommittee)在1987年頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，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(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！盤LC的定義

Y-Δ降壓啟動(dòng)，如圖繼電器-接觸器控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)比較（1）用繼電器-接觸器完成控制任務(wù)圖3-2繼電器控制系統(tǒng)框圖PLC控制系統(tǒng)比較（2）用PLC完成控制任務(wù)（2）用PLC完成控制任務(wù)（2）用PLC完成控制任務(wù)圖3-3PLC控制系統(tǒng)框圖

1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC

有一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施，

極少出現(xiàn)誤動(dòng)作；具有很強(qiáng)的抗震動(dòng)和抗沖擊能力，可以用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場

。

2）功能強(qiáng)大，性價(jià)比高PLC有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能，與相同功能的繼電控制系統(tǒng)相比，具有很高的性價(jià)比。

3）編程簡單，現(xiàn)場可修改

梯形圖PLC獨(dú)有的，使用最多的編程語言，其圖形符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器—接觸器控制電路相似，形象直觀，易學(xué)易懂。

4）配套齊全，使用方便PLC產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件和軟件供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接

線也很方便。PLC

帶負(fù)載能力較強(qiáng)，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和中小型交流接觸器，使用方便。PLC的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

5）壽命長，體積小，能耗低PLC平均無故障時(shí)間可達(dá)數(shù)萬小時(shí)以上，使用壽命長。控制柜的體積小。能耗僅為數(shù)瓦，是機(jī)電一體化設(shè)備的理想控制裝置。6）PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維護(hù)方便PLC用軟件取代了繼電器—接觸器控制系統(tǒng)中的大量硬件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電控制電路的時(shí)間一般要少得多。PLC可以將現(xiàn)場統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題通過修改程序來解決，還可以在實(shí)驗(yàn)室里模擬調(diào)試用戶程序，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器—接觸器控制系統(tǒng)少得多。PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。當(dāng)PLC外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息方便地查明故障原因和部位，從而迅速地排除故障，維修極為方便。。

PLC的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

美國：A-B（Allen-Bradly）公司-ABPLC

GE（GeneralElectric）公司-通用PLC；

日本：三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）公司-三菱PLC

歐姆龍（OMRON）公司-歐姆龍PLC；

德國：AEG公司-AEGPLC

西門子（Siemens）公司-西門子PLC；

法國：TE（Telemecanique）TEPLC施耐德國產(chǎn)：臺(tái)灣的臺(tái)達(dá)、永宏，大陸的北京和利時(shí)、無錫信捷、廈門海為等

PLC的品牌PLC廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保等各行各業(yè)1.開關(guān)量邏輯控制開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線，應(yīng)用遍及各行各業(yè)。2.運(yùn)動(dòng)控制PLC使用專用的指令或運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸位置控制，廣泛地用于金屬切削機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等。3.過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量處理模塊，實(shí)現(xiàn)A-D與D-A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)現(xiàn)閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制。4.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理。5.通信聯(lián)網(wǎng)PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“分散控制、集中管理”的分布式控制系統(tǒng)，以滿足工廠自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的需要。

PLC的應(yīng)用領(lǐng)域按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分

1）小型機(jī)

I/O總點(diǎn)數(shù)：一般在256點(diǎn)以下，單CPU、8位或16位處理器用戶程序存儲(chǔ)器容量在4KB左右。特點(diǎn)：體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體。舉例：美國通用電氣的GE-I型；

日本三菱的FX系列；

德國西門子的S7-SMART等。

PLC的分類2）中型機(jī)I/O總點(diǎn)數(shù)：

PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)在256～2048點(diǎn)之間，雙CPU，用戶程序存儲(chǔ)器容量為4-16KB。特點(diǎn)：采用模塊化結(jié)構(gòu)，能與更多的特殊功能模塊連接，通信聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。舉例：美國通用電氣的GE-

Ⅲ型；日本立石的500；德國西門子的S7-300、SU-5、SU-6等。

PLC的分類

3）大型機(jī)I/O總點(diǎn)數(shù)：I/O總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，多CPU，16位或32位

處理器，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到16KB以上。特點(diǎn)：采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的自診斷功能，通信聯(lián)網(wǎng)

功能更強(qiáng)，可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)。舉例：美國通用電氣的GE-Ⅳ型；日本立石的C-2000；德國西門子的S7-400系列等。

PLC的分類按結(jié)構(gòu)形式分1）整體式將PLC的基本部件，如CPU、電源、RAM、ROM、I／O接口、電源、指示燈等都裝配在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、成本低、安裝方便，可以擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)與控制功能。舉例：三菱的FX2N、FX3U、FX5U系列，西門子的S7-SMART等。

PLC的分類2）模塊式用一塊帶有插槽的母板把PLC的獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、通訊模塊按需選取后插到母板上，就構(gòu)成了一個(gè)完整的PLC。特點(diǎn)：系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴(kuò)展、維修方便。I/O點(diǎn)一般可以達(dá)到1024點(diǎn)以上，可以連接各種功能擴(kuò)展模塊。舉例：日本Q系列等。

PLC的分類任務(wù)2認(rèn)識(shí)PLC的結(jié)構(gòu)與工作原理圖3-12PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖如：按鈕傳感器行程開關(guān)如：繼電器線圈電磁閥線圈指示燈等等如：A/D、D/A模塊通信模塊高速計(jì)數(shù)模塊等如：打印機(jī)圖形監(jiān)控器上位計(jì)算機(jī)等等

PLC的結(jié)構(gòu)

（1）中央處理器（CPU）

中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務(wù)。（2）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元。

（3）輸入/輸出接口

輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號(hào)連接的部分。輸入接口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。輸出接口用來送出可編程控制器運(yùn)算后得出的控制信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。

PLC的結(jié)構(gòu)

用于擴(kuò)展I/O單元的，可以配接開關(guān)量I/O單元，也可配置如模擬量、高速脈沖等單元以及通信適配器等。在大型機(jī)中，擴(kuò)展接口為插槽擴(kuò)展基板的形式。

通過編程器接口，連接各種形式的編程裝置，并利用此接口做一些監(jiān)控的工作。為了存儲(chǔ)用戶程序以及擴(kuò)展用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)，可編程控制器上還設(shè)有存儲(chǔ)器擴(kuò)展口，可以根據(jù)使用的需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器，其內(nèi)部也是接到總線上的。（7）存儲(chǔ)器接口（6）編程器接口（5）擴(kuò)展接口

PLC的結(jié)構(gòu)（4）電源單元

PLC內(nèi)部有穩(wěn)壓電源，用于對(duì)CPU和I/O單元供電，小型PLC的電源往往和CPU單元合為一體，大中型PLC都有專門的電源模塊。22PLC的輸入接口電路四、PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PLC的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時(shí)間比較短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用于在油霧、粉塵等惡劣環(huán)境下使用。（3）輸入/輸出接口-----輸入接口-----各組成部分與接法輸入端子外接按鈕、開關(guān)、傳感器等，用于將外接器件的狀態(tài)傳送給PLC。

PLC的結(jié)構(gòu)（3）輸入/輸出接口-----輸入接口-----接法輸入端子外接按鈕、開關(guān)、傳感器等，用于將外接器件的狀態(tài)傳送給PLC。

PLC的結(jié)構(gòu)a.漏型輸入接線

b.源型輸入接線圖2-2PLC輸入接口電路（3）輸入/輸出接口-----輸入接口-----工作原理輸入端子外接按鈕、開關(guān)、傳感器等，用于將外接器件的狀態(tài)傳送給PLC。

PLC的結(jié)構(gòu)a.漏型輸入接線

b.源型輸入接線圖2-2PLC輸入接口電路X0=1（3）輸入/輸出接口-----輸入接口-----工作原理輸入端子外接按鈕、開關(guān)、傳感器等，用于將外接器件的狀態(tài)傳送給PLC。

PLC的結(jié)構(gòu)a.漏型輸入接線

b.源型輸入接線圖2-2PLC輸入接口電路X0=0（3）輸入/輸出接口-----輸入接口-----漏型輸入與源型輸入的區(qū)別

PLC的結(jié)構(gòu)a.漏型輸入接線

b.源型輸入接線圖2-2PLC輸入接口電路（3）輸入/輸出接口-----輸出接口-----各組成部分與接線輸出端子外接接觸器、電磁閥等，用于將PLC控制信息傳送出去。

PLC的結(jié)構(gòu)a.繼電器輸出型的接線

b.晶體管輸出型—漏型接線c.晶體管輸出型—源型接線圖2-3PLC輸出接口及其接線（3）輸入/輸出接口-----輸出接口-----各組成部分與接線輸出端子外接接觸器、電磁閥等，用于將PLC控制信息傳送出去。

PLC的結(jié)構(gòu)Y0=1時(shí)，PLC內(nèi)部繼電器得電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外電路接通，則負(fù)載得電（接觸器通電吸合）Y0=1（3）輸入/輸出接口-----輸出接口-----各組成部分與接線輸出端子外接接觸器、電磁閥等，用于將PLC控制信息傳送出去。

PLC的結(jié)構(gòu)Y0=0時(shí)，PLC內(nèi)部繼電器不得電，其常開觸點(diǎn)不閉合，使外電路不接通，則負(fù)載不得電（接觸器不通電吸合）Y0=0（3）輸入/輸出接口-----輸出接口-----各組成部分與接線

PLC的結(jié)構(gòu)

PLC的語言（1）梯形圖（LD）繼承了繼電器—接觸器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，如具有常開、常閉觸點(diǎn)及線圈；線圈的得電及失電將導(dǎo)致觸點(diǎn)的動(dòng)作；用母線代替電源線；用能量流概念來代替繼電器線路中的電流概念a.繼電器控制電路

b.PLC梯形圖圖2-4繼電器—接觸器控制電路與PLC梯形圖

PLC的語言（2）指令表（IL）指令表一般由助記符和操作數(shù)兩部分組成，有的指令只有助記符沒有操作數(shù)，稱為無操作數(shù)指令0LDX01ORY02ANDX13ANDX24OUTY0

PLC的語言（3）順序功能圖（SFC）包含步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)換條件三個(gè)要素（4）功能塊圖（FBD）用類似與、或、非門的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系Y0=(X0+X1)﹒X2﹒Y0圖2-5順序功能圖的示意圖圖2-6功能塊程序

PLC的循環(huán)掃描的工作方式1.輸入采樣階段PLC掃描各個(gè)輸入端子，把各個(gè)輸入端子的狀態(tài)送入輸入映像寄存器，即當(dāng)某端子外電路接通時(shí)，輸入繼電器為ON，當(dāng)某端子外電路沒接通時(shí)或沒接任何外部設(shè)備時(shí)，輸入繼電器為OFF。將全部輸入端子的狀態(tài)讀入到輸入映像寄存器，然后關(guān)閉輸入接口通道，準(zhǔn)備程序執(zhí)行。2.程序執(zhí)行階段按先左后右、從上向下的順序逐條執(zhí)行用戶程序，并將程序運(yùn)算和處理結(jié)果寫入輸出映像寄存器。3.輸出刷新階段執(zhí)行完用戶程序后，將各輸出映像寄存器的狀態(tài)（ON或OFF），在輸出刷新階段統(tǒng)一送至輸出鎖存器，再輸出至輸出端子，驅(qū)動(dòng)外接的接觸器、繼電器等外接輸出設(shè)備。任務(wù)3認(rèn)識(shí)FX5UPLC的各部位名稱與外部端子

FX5UPLC各部位的名稱

FX5UPLC各部位的名稱序號(hào)名稱功能[1]內(nèi)置RS-485通信用端子排用于連接支持RS

-485設(shè)備的端子排。[2]RS-485終端電阻切換開關(guān)切換內(nèi)置RS-485通信用的終端電阻開關(guān)。[3]RUN/ST0P/RESET開關(guān)操作CPU模塊動(dòng)作狀態(tài)的開關(guān)，RUN為執(zhí)行程序，STOP為停止程序，RESET為復(fù)位CPU模塊（扳至RESET側(cè)保持約1秒）。[4]SD存儲(chǔ)卡使用停止開關(guān)拆下SD存儲(chǔ)卡時(shí)停止存儲(chǔ)卡訪問的開關(guān)。[5]內(nèi)置模擬量輸入輸出端子排使用內(nèi)置模擬量功能的端子排。[6]端子名稱電源、輸入、輸出端子的名稱。[7]SD存儲(chǔ)卡槽安裝SD存儲(chǔ)卡的槽。[8]連接擴(kuò)展板用的連接器用于連接擴(kuò)展板的連接器。[9]次段