可编程控制器案例教程 教学课件 ppt 作者 杨莹 PLC教材[第1章]

1、第一章 可编程控制器概述,摘要: 可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）是计算机的一种，是为了适应工业控制发展的需要而出现的，与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。本书也用PLC作为可编程控制器的简称。,1.1 PLC的起源 PLC的定义 PLC的特点 PLC的发展过程 PLC的应用领域,1.2 PLC的硬件组成,全球生产可编程控制器的型号和外观多种多样，但作为工业控制的专用计算机，PLC与一般计算机的结构及组成非常相似。PLC的基本组成包括中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源及编程器等设备构成。,PLC的基本结构图,1.2.1 CPU模块 1.2.2 存储器 1.2.3 输入/输出模块 1.2.4 电源模块,1.2 FX2N系列PLC的系统配置,1.2.1 FX2N系列PLC型号名称的含义 目前市场上的PLC的厂家较多，在国内占有较大市场份额的有日本的三菱公司、欧姆龙公司、德国西门子公司等。本书主要介绍的是日本三菱公司的FX2N系列PLC。FX2N系列PLC型号名称的含义如下：,1表示输入输出的总点数：4128。 2表示单

2、元类型：M表示基本单元，E为输入输出混合扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块。 3表示输出形式：R为继电器输出，T为晶体管输出，S为双向晶闸管输出。 4表示特殊品种的区别：D为DC（直流）电源，DC输出；A1为AC（交流）电源，AC输入（AC100120V）或AC输出模块；H为大电流输出扩展模块（1A/1点）；V为立式端子排的扩展模块；C为接插口输入方式；F为输入滤波时间常数为1ms的扩展模块；L为TTL输入扩展模块；S为独立端子（无公共端）扩展模块；若无符号，则为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出（继电器输出为2A/1点；晶体管输出为0.5A/1点；双向晶闸管输出为0.3A/1点）。,1.2.2 FX2N系列PLC的基本构成,FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的可编程控制。其基本指令执行时间高达0.08。用户存储器容量可扩展到16K步，最大可以扩展到256个I/O点，有五种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、四种位置控制模块、多种RS232C、RS485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板。使用特殊功能模块和功能扩

3、展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。 FX2N有3000多点辅助继电器、1000多点状态继电器、256多点定时器、200点16位加计数器、35点加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针。,第二章 FX2N系列PLC的工作原理,【案例1】电动机可逆旋转控制电路（一） PLC之前的工业控制装置 案例说明 生产机械往往要求运动部件可以实现正反两个方向的运动，这就要求拖动电动机能做正、反向旋转。由电动机原理可知，改变电动机三相电源的相序，就能改变电动机的转向，本案例要解决的问题就是：如何采用PLC之前的工业控制装置实现对电动机转向的控制。,二解决方案,任务1 设计主电路图 图2.1.1（a）为主电路，接触器KM1、KM2的常开主触点控制电动机电源的相序，实现电动机可逆旋转的控制电路，QS为刀开关，FU为熔断丝。 任务2 设计控制电路图 图2.1.1（b）为控制电路，将KM2，KM1的常闭触点分别串联在正、反转线圈电路中，形成相互制约的控制，称为互锁；按钮SB2、KM1线圈、KM2常开辅助触点组成电动机正转控制电路，按钮SB3、KM2线圈、KM

4、1常开辅助触点组成电动机反转控制电路，SB1为停止按钮。,图2.1.1（c）控制电路可用于频繁要求实现正反转的电动机，它是在图2.1b 电路基础上将正转启动按钮SB2与反转启动按扭SB3的常闭触点串接在对方常开触点电路中，利用按钮的常开、常闭触点的机械连接，在电路中互相制约的接法，称为机械互锁。这种具有电气、机械双重互锁的控制电路是常用的、可靠的电动机可逆旋转控制电路，它既可实现正转 停止 反转 停止控制，又可实现正转 反转 停止控制。常闭按钮SB2、常开按钮SB3、KM1的常开辅助触点、KM2的常闭辅助触点、KM1的线圈组成正转控制电路；常闭按钮SB3、常开按钮SB2、KM2的常开辅助触点、KM1的常闭辅助触点、KM2的线圈组成反转控制电路，SB1为停止按钮。,工作原理：,工作时，按下SB3使KM1线圈通电，KM1常开辅助触点闭合，保持正转控制电路继续通电，电动机正转；若要电动机反转，可先按SB1将整个电路断开，也可直接按SB2，利用机械互锁功能将正转控制电路断开，同时接通反转控制电路的，使KM2的线圈通电，KM2的常开辅助触点闭合，保持反转控制电路继续通电，电动机反转。,【案例2】

5、电动机可逆旋转控制电路（二） 可编程控制器系统与继电器接触器系统,上一案例中如图2.1.1（c）电路，若按照该电路图以传统的实际配线法将多个按钮和接触器用电线连接起来，需先在图上将每一串、并接点编号，而统计出两地之间需用哪几号线，再将已做好记号的引线穿入电线管，看原图再接线。使用这种方法，若电路图的复杂度增加，要使连线完全正确，必需非常仔细。 若要彻底地了解传统实际配接线法，可能需花很多时间去研究与练习，然而在使用可编程控制器的话，不管多复杂的电机控制或开关控制，不管按钮是串联或并联，是串联、并联在图上之哪一个地方，其接线方法均完全一样，而让那伤脑筋的事情，由可编程控制器的内部程序进行处理。,一案例说明,本案例与案例一要实现的功能完全一样，要求拖动电动机能做正、反向旋转，只是将传统的实际配线法用PLC来替换。本案例要解决的问题就是：如何采用PLC连接开关按扭实现对电动机转向的控制。,二解决方案,任务1 设计控制电路图,图2.2.1所示电路为PLC的外部接线图。SB1、SB2、SB3的连线到PLC的输入继电器X0、X1、X2；PLC的右侧为输出部分，输出继电器Y0、Y1分别控制接触器KM

6、1、KM2的线圈，KM1的常开主触点控制电动机正转，KM2的常开主触点控制电动机反转。工作时，按下正转启动按钮SB2时，KM1线圈通电并自锁，接通正序电源，电动机正转；欲使电动机由正转到反转，必须先按下停止按钮，而后再反向启动。同样，若先按下SB3，KM2线圈通电并自锁，接通反序电源，电动机反转，欲使电动机由反转到正转，也必须先按下停止按钮，而后再正向启动。,图2.2.2 PLC控制电动机正反转逻辑梯形图及指令表,任务3：分析控制原理,（1）控制正转 按下正转启动按键SB2，驱使与之相连输入继电器X1的状态为“1”，梯形图中X1的常开触点闭合，该闭合触点与X0和X2的常闭触点驱使输出继电器Y0的状态为“1”，同时Y0的常开触点闭合形成自锁，即KM0线圈通电并自锁，接通正序电源，电动机正转；,（2）控制反转 欲使电动机由正转到反转，按下反转启动按钮SB3，驱使与之相连输入继电器X2的状态为“1”，梯形图中X2的常开触点闭合，该闭合触点与X0和X1的常闭触点驱使输出继电器Y1的状态为“1”，同时Y1的常开触点闭合形成自锁，即KM1线圈通电并自锁，接通反序电源，电动机反转。,（3）电机保护和

7、停止 在正转电路中，由于在反转电路中串接了X1的常闭触点，所以SB2不仅是电机正转的启动按键，也是使电机停止反转的按键；同理可知SB3是电机反转的启动按键，也是使电机停止正转的按键，这样的设计称为互锁，保证电机同一时间只有正、反序电源其中的一种，保护电机不被烧坏。 与X0相连接的按下按键SB1时，驱使与之相连输入继电器X0的状态为“1”，梯形图中X0的常闭触点断开，使电机正、反转电路全部断开，起到停止键的作用。,四本案例应用拓展,本案例是用PLC来控制拖动电动机能的正、反向旋转，但由于输出继电器的状态自始至终都是“1”，所以电动机处于全速运转。如果要使电动机的转速可变化，可采用脉宽可调信号PWM作为输出信号，控制电动机的转速。,（一）拓展案例要求 PLC中的定时器可控制输出信号的占空比输出，利用定时器的特性是输出继电器输出频率为1Hz，占空比为1：1的方波。,（二）解决方案 任务1 设计控制电路图 图2.3.1所示电路为PLC的外部接线图。SB1、SB2的连线到PLC的输入继电器X0、X1；PLC的右侧为输出继电器Y0，Y0控制接触器KM0的线圈，KM0控制电动机运转。,图2.3.2

8、PLC输出占空比1：1方波信号的逻辑梯形图及指令表,任务3：分析控制原理 （1）启动方波输出 如图2.3.2梯形图的第一行分支中，当按下按钮SB2，使输入继电器X1的常开触点闭合，能流通过X0的常闭触点流向通用型辅助功能继电器M0的线圈，使M0的常开触点闭合，M0处于自锁状态。,（2）计算脉宽高、低电平的时间 如图2.3.2梯形图的第二行分支中，M0常开触点的闭合使100ms定时器T0、T1开始定时，T0、T1的定时参数分别为“5”和“10”，表示T0定时5次会使其线圈置“1”，T1定时10次会使其线圈置“1”。一个周期为1s，前00.5s，T0的常开触点断开，Y0输出为“0”；后0.51s，T0的常开触点闭合，Y0输出为“1”；到达1s的瞬间，T1的常闭触点断开，使T0、T1置“0”后重新开始定时。,如果要将PWM信号的高、低电平设为1：3，周期数不变，则可选用10ms定时器，如T200和T201，只需将T200的参数设为75，T1的参数设为25，如下图2.3.3 PLC输出占空比1：3方波信号的逻辑梯形图 。,图2.3.3 PLC输出占空比1：3方波信号的逻辑梯形图,（3）停止输出 在图2.3.2梯形图的第一行分支中，如按下按钮SB1，使流向M0的能量截断，也使定时开关M0的常开触点断开，使Y0一直处于“”状态，停止方波输出。,

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