技師-電工新技術(shù)第四章

電工新技術(shù)第四章：可編程控制器概述第四章：可編程控制器4-1概述4-2PLC的內(nèi)部元件4-3FX2N的基本邏輯指令4-4步進順序控制指令4-5FX系列PLC的功能指令4-1概述可編程序控制器(PLC)ProgrammableLogicControllerPLC是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM)之一4-1概述可編程序控制器的歷史60年代繼電器接觸控制系統(tǒng)優(yōu)點：簡單易懂價格便宜缺點：硬設(shè)備多、接線復(fù)雜、改變設(shè)計困難。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。PLC與繼電器控制相比較：

1用計算機代替繼電器控制系統(tǒng).2用程序代替硬件連線.3輸入/輸出電平可與外部裝置直接相連.4結(jié)構(gòu)易于擴展.4-1概述國內(nèi)外PLC產(chǎn)品介紹：一是美國：以A-B、通用、西屋為代表二是歐洲：以西門子為代表三是日本：以三菱、歐姆龍、松下等為代表。美國、歐洲的以中大型PLC為主。日本以小型機為主約占70%4-1-1PLC的特點（1）PLC軟件簡單易學(xué)最常用的是梯形圖和指令語句表.其中梯形圖是以計算機軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型,形成的一套獨具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。

（2）運行穩(wěn)定可靠其內(nèi)部處理不依賴于接點，元件的使用壽命為半永久性。4-1-1PLC的特點（4）功能完善、通用性強各種邏輯運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等（3）使用和維護方便

1）硬件配置方便2）安裝方便

3）使用方便4）維護方便4-1-2PLC的分類（1）按結(jié)構(gòu)形式分類整體式PLC：又稱單元式或箱體式模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個單獨的模塊。疊裝式PLC：就是將整體式和模塊式結(jié)合起來的PLC。4-1-2PLC的分類1、整體式

CPU模塊，輸入輸出模塊和電源裝在一個箱狀機殼內(nèi)。適用于小型PLC，它包括基本單元和擴展單元4-1-2PLC的分類2、模塊式將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I／0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。4-1-3PLC的硬件組成PLC是一種專用于工業(yè)自動化控制的計算機，主要由CPU、存儲器、I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置和電源等組成。4-1-3PLC的硬件組成

CPU電源部分儲存器

輸入接口電路

輸出接口電路編程器或其他設(shè)備按鈕接觸器電磁閥指示燈行程開關(guān)繼電器觸點4-1-3PLC的硬件組成（1）CPU：一般由控制電路、運算器和寄存器組成，它們被封裝在一個集成的芯片上，通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。

CPU的作用：完成PLC所進行的邏輯運算、數(shù)據(jù)計算、信號變換等任務(wù)，并發(fā)出管理、協(xié)調(diào)PLC各部分工作的控制信號。4-1-3PLC的硬件組成（2）儲存器：1按性質(zhì)分可分為：只讀存儲器ROM：只讀不能寫隨機存儲器RAM：可讀可寫沒有斷電保持功能。可電擦寫的存儲器EEPROM：非易失的,有ROM的非易失性和RAM的隨機存取的優(yōu)點.但價格比較高。4-1-3PLC的硬件組成2按工作用途可分為

（1）系統(tǒng)程序存儲器（2）用戶程序存儲器（3）工作數(shù)據(jù)存儲器4-1-3PLC的硬件組成（1）系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序由PLC的制造廠家一次性編寫的在PLC使用過程中不會變動、修改或丟失。系統(tǒng)程序是用來存放制造商為用戶提供的監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其他各種管理程序。4-1-3PLC的硬件組成（2）用戶程序存儲器用戶程序存儲器是用來存放用戶根據(jù)控制對象生產(chǎn)工藝及控制的要求而編制的應(yīng)用程序。它是由PLC控制對象的要求而定的通常情況下控制內(nèi)容和控制程序是相對穩(wěn)定不變的。4-1-3PLC的硬件組成(3)工作數(shù)據(jù)存儲器工作數(shù)據(jù)存儲器用來存放控制過程中需要不斷改變的信息。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲器中設(shè)有存放輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)這些器件運行過程中經(jīng)常變化的將變化的中間結(jié)果存放入工作數(shù)據(jù)存儲器中。4-1-3PLC的硬件組成（3）輸入輸出（I/O）接口電路

1）輸入接口電路：接收各種開關(guān)量信號或傳感器等控制信號，操作人員發(fā)出的命令或來自生產(chǎn)現(xiàn)場的各種控制信號，通過輸入接口電路轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部CPU能接受的信號，由CPU進行邏輯處理。交流輸入4-1-3PLC的硬件組成1）輸入接口電路可拆式接線端子光電隔離元件直流輸入交直流輸入4-1-3PLC的硬件組成2）輸出接口電路：是將CPU產(chǎn)生的小信號放大后輸出，驅(qū)動電磁閥、接觸器等負載作。

PLC的輸出接口電路可分為3種：①繼電器輸出(R):有觸點、壽命短、頻率低交直流負載.用于開關(guān)速度要求不高且又需要大電流輸出負載能力的場合,響應(yīng)較慢.

4-1-3PLC的硬件組成②晶體管輸出(T):

無觸點、壽命長、直流負載用于要求快速開斷負載或動作頻繁的場合.

③晶閘管輸出(S):無觸點、壽命長、交流負載4-1-3PLC的硬件組成2）輸出接口電路繼電器輸出可拆式接線端子輸出繼電器4-1-3PLC的硬件組成輸入部件是可編程控制器系統(tǒng)的信號輸入部分，主要由按鈕、行程開關(guān)、光電開關(guān)等主令電器構(gòu)成，用于發(fā)送控制指令。可編程控制器輸出接口電路帶負載的力是有限的，它是通過轉(zhuǎn)換裝置，即接觸器或繼電器、執(zhí)行器和氣動與液動執(zhí)行裝置用電磁閥，來帶動生產(chǎn)機械工作的，這些執(zhí)行裝置就是PLC的輸出部件。4-1-3PLC的硬件組成旋轉(zhuǎn)編碼器按鈕開關(guān)旋鈕開關(guān)行程開關(guān)接近開關(guān)指示燈繼電器變頻器接觸器電磁閥變頻電機通用電機液壓、氣動器件功能擴展單元PLC本體圖1－16旋轉(zhuǎn)編碼器按鈕開關(guān)旋鈕開關(guān)行程開關(guān)接近開關(guān)指示燈繼電器變頻器接觸器電磁閥變頻電機通用電機液壓、氣動器件功能擴展單元PLC本體旋轉(zhuǎn)編碼器按鈕開關(guān)旋鈕開關(guān)行程開關(guān)接近開關(guān)指示燈繼電器變頻器接觸器電磁閥變頻電機通用電機液壓、氣動器件功能擴展單元PLC本體14-1-3PLC的硬件組成（4）外設(shè)接口電路：外設(shè)接口電路用于連接計算機、手持編程器或其他圖形編程器，并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。4-1-3PLC的硬件組成（5）電源：通過PLC內(nèi)部配有的一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，可將PLC外部連接的電源電壓轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電壓（例如直流5V、正負12V、24V等），并為外部輸入元件（如接近開關(guān)）提供24V直流電源，但要注意PLC負載的電源是由用戶另外提供的。AC輸入DC5V、正負12V、24V輸出開關(guān)變壓器4-1-4PLC的編程語言可編程控制器的編程語言

梯形圖、指令表、功能圖和高級語言

梯形圖是從繼電器控制電路圖變化過來的，因此梯形圖形式上與繼電器控制很相似，讀圖方法和習(xí)慣也相同。

目前最常用的一種可編程控制器程序設(shè)計語言。4-1-4PLC的編程語言SB1KMSB2KM梯形圖電拖圖梯形圖4-1-4PLC的編程語言指令表：由若干條指令組成的程序叫指令表程序指令表梯形圖4-1-4PLC的編程語言功能圖1相當(dāng)于應(yīng)用軟件中的邏輯框圖；2是一種位于其它編程語言之上的圖形語言；3用來編制順序控制程序。步1步2步3動作1動作2轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換4-1-4PLC的編程語言高級語言PASCALBASICC等高級語言便于實現(xiàn)：數(shù)學(xué)運算數(shù)據(jù)處理圖形顯示報表打印4-1-5PLC的工作方式PLC的工作過程是一個不斷循環(huán)掃描的過程。CPU從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。4-1-5PLC的工作方式輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新一個掃描周期用戶輸入設(shè)備用戶輸出設(shè)備4-1-5PLC的工作方式（1）輸入采樣階段：PLC在輸入采樣階段,首先掃描所有的輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入對應(yīng)的輸入映象寄存器。輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新一個掃描周期用戶輸入設(shè)備用戶輸出設(shè)備4-1-5PLC的工作方式（2）程序執(zhí)行階段：PLC按從上到下、從左到右的順序逐名掃描程序。輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程