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(jī)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(shí)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(shí)訓(xùn)教、學(xué)、做一體化教程》，北京：中國工信出版集團(tuán)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(jī)：/fa/zh/FX3系列樣本通：/fx3工控下載：

中國工控網(wǎng)PLC技術(shù)網(wǎng)

電氣自動(dòng)化技術(shù)網(wǎng)PLC之家工控論壇微信公眾號三菱電機(jī)自動(dòng)化中國電氣自動(dòng)化控制網(wǎng)機(jī)械自動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(dòng)控制裝置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器作為通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來越高，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)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(gè)領(lǐng)域。繼電器控制：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)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(jì)周期長,維護(hù)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(hù)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(jì)算機(jī)；

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(dòng)電磁閥、接觸器等；

⑨通用性強(qiáng)，易于擴(kuò)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(shí)擁有二十多個(gè)美國和外國專利，包括并行推理機(jī)，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(jiǎng)，并入選自動(dòng)化名人堂。他同時(shí)擔(dān)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(jià)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)的數(shù)字運(yùn)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(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(jī)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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。它實(shí)質(zhì)上是經(jīng)過一次開發(fā)的工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)。（PLC的發(fā)展史）PLC的特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC由于采用軟元件代替繼電器的觸點(diǎn)，并在內(nèi)部電路采用了先進(jìn)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(shí)可及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。（2）易學(xué)易用PLC的編程語言采用梯形圖語言，表達(dá)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(jì)周期短、改造容易PLC的設(shè)計(jì)和修改，都是可以通過編程軟件來實(shí)現(xiàn)，可以采用軟件模擬運(yùn)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(rèn)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(jìn)了這項(xiàng)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(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)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(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)到32位機(jī)，運(yùn)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(gè)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(jì)80年代初引進(jìn)、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(shí)、臺達(dá)、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(dòng)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(jī)界面、變頻器乃至低壓電器進(jìn)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(yuǎn)?。≒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(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機(jī)、印刷機(jī)、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）運(yùn)動(dòng)控制PLC的運(yùn)動(dòng)控制發(fā)展很快，有專用的指令和控制模塊，可以實(shí)現(xiàn)單軸或多軸位置、速度控制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位移，可以用于機(jī)械手、機(jī)器人、機(jī)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(shí)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(jìn)行PLC與PLC、PC和其他智能控制設(shè)備的通信，實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)用PLC實(shí)現(xiàn)哪方面的改進(jìn)：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(bào)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(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、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(diǎn)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(diǎn)系統(tǒng)由靜簧片、動(dòng)簧片、觸點(diǎn)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合。通過吸合、釋放，從而達(dá)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(shí)際使用時(shí)，電壓繼電器的線圈與負(fù)載并聯(lián)。常用的有欠（零）電壓繼電器和過電壓繼電器。動(dòng)合（常開）觸點(diǎn)和動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)當(dāng)線圈不通電時(shí)，動(dòng)合觸點(diǎn)一直斷開，動(dòng)斷觸點(diǎn)一直閉合；當(dāng)線圈得電，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)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(shí)電流繼電器的線圈與負(fù)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(kuò)大信號功率以及將一個(gè)輸入信號變換成多個(gè)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(shí)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(gè)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(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)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(diǎn)。軟組件是計(jì)算機(jī)的存儲單元，某個(gè)組件被選中，只是這個(gè)組件的存儲單元置1，軟組件可以有無數(shù)多個(gè)常開、常閉觸點(diǎn)。作為計(jì)算機(jī)的存儲單元，每個(gè)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(gè)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(gè)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(hù)電路等。線路保護(hù)環(huán)節(jié)線路保護(hù)環(huán)節(jié)包括短路保護(hù)、過載保護(hù)、零壓保護(hù)等。短路保護(hù)：短路時(shí)通過熔斷器FUl的熔體熔斷來切斷電路。過載保護(hù)：通過熱繼電器FR實(shí)現(xiàn)。當(dāng)負(fù)載過載或電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)R動(dòng)作。欠壓保護(hù)：通過接觸器KM的自鎖觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電源電壓消失（如停電）或者電源電壓嚴(yán)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(dòng)：合上刀開關(guān)QS引入三相電源。按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM線圈通電，銜鐵吸合，主電路中三對主觸點(diǎn)和控制電路中的輔助觸點(diǎn)同時(shí)閉合，異步電動(dòng)機(jī)的三相電源被接通，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。保持：放開起動(dòng)按鈕SB1后，其常開觸點(diǎn)斷開，電流經(jīng)KM的輔助常開觸點(diǎn)和SB2、FR的常閉觸點(diǎn)流過KM的線圈，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。KM的輔助常開觸點(diǎn)實(shí)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(shí)，電機(jī)自行啟動(dòng)。停止：在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)按停止按鈕SB2，其常閉觸點(diǎn)斷開，使KM的線圈失電，KM的主觸點(diǎn)斷開，異步電動(dòng)機(jī)的三相電源被切斷，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)控制電路中KM的輔助常開觸點(diǎn)斷開。松開停止按鈕SB2，其常閉觸點(diǎn)閉合后，KM的線圈仍然失電，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)保持停止運(yùn)行狀態(tài)。點(diǎn)動(dòng)控制點(diǎn)動(dòng)的含義是當(dāng)按下起動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，松開按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即點(diǎn)一下，動(dòng)一下，不點(diǎn)則不動(dòng)。點(diǎn)動(dòng)控制電路沒有自鎖觸點(diǎn)，由點(diǎn)動(dòng)按鈕兼起停止按鈕作用，因而點(diǎn)動(dòng)控制不另設(shè)停止按鈕。點(diǎn)動(dòng)和長動(dòng)的區(qū)別：長動(dòng)控制，電機(jī)起動(dòng)后就一直長期運(yùn)行，直到按停止按鈕才停止。必須設(shè)有自鎖觸點(diǎn)，并另設(shè)停止按鈕。點(diǎn)動(dòng)控制與此相反區(qū)別主要在自鎖觸點(diǎn)上?；ユi控制互鎖控制是指生產(chǎn)機(jī)械或自動(dòng)生產(chǎn)線不同的運(yùn)動(dòng)部件之間互相制約，又稱為聯(lián)鎖控制。例如，電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)要求甲接觸器動(dòng)作時(shí)，乙接觸器不能動(dòng)作，則需將甲接觸器的動(dòng)斷觸點(diǎn)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(jìn)控制。順序控制是要求甲接觸器動(dòng)作后乙接觸器方能動(dòng)作，則需將甲接觸器的動(dòng)合觸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)起保停電路傳統(tǒng)的繼電器控制電路啟動(dòng)停止自鎖常開觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)梯形圖PLC的輸入輸出接線圖：PLC輸入端：起動(dòng)按鈕SB1和停止按鈕SB2的常開觸點(diǎn)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(diǎn)控制的PLC梯形圖將三個(gè)啟動(dòng)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(shí)可以將三地點(diǎn)的信號分別接到PLC輸入端口，這樣需要六個(gè)輸入端口SEEElectrical軟件PLC分時(shí)處理和掃描工作方式PLC系統(tǒng)正常工作時(shí)要完成如下的任務(wù)：（1）計(jì)算機(jī)內(nèi)部各工作單元的調(diào)度、監(jiān)控；（2）計(jì)算機(jī)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(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。（PLC循環(huán)掃描和分時(shí)工作方式）PLC一次掃描過程示意圖（PLC循環(huán)掃描和分時(shí)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(gè)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(jìn)行掃描。每掃描到一條指令時(shí)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(jìn)行相應(yīng)的邏輯或算術(shù)運(yùn)算，運(yùn)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(dòng)用戶輸出設(shè)備，這就是PLC的實(shí)際輸出。（PLC循環(huán)掃描和分時(shí)工作方式）（PLC循環(huán)掃描和分時(shí)工作方式）掃描周期PLC通電后系統(tǒng)內(nèi)部處理后進(jìn)入用戶程序服務(wù)狀態(tài)(即進(jìn)入循環(huán)掃描處理用戶程序的狀態(tài))，每個(gè)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(shí)器D8000（開機(jī)后由ROM送入的）掃描時(shí)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(shí)工作方式）輸入/輸出滯后時(shí)間輸入輸出滯后時(shí)間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時(shí)刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時(shí)刻止之間的時(shí)間間隔。它由輸入電路的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分所組成。可編程序控制器總的響應(yīng)延遲時(shí)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(shí)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(fù)載。（PLC循環(huán)掃描和分時(shí)工作方式）PLC的幾種編程語言的表達(dá)方式梯形圖（Ladderdiagram）2.指令表（Instructionlist）（可編程控制器的軟件）SBSB1SB2KM1KM2KM2KM1KM2KM1X001X000X000X002Y002Y001Y002Y002Y001Y001梯形圖