教案电气控制与PLC应用Word文档下载推荐.docx
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CPU·
当PLC内部混入导电性异物，外部异常噪声传入而导致CPU失控时，或者当运算周期超时200ms时，该指示灯亮。
INLED：
当外部输入电路接通时，对应的INLED亮。
OUTLED：
当PLC内部输出继电器通电动作时，对应的OUTLED亮。
3.交流电源输入端子
L、N、⊥：
分别接交流电源相线、零线和接地线。
FX2N系列PLC的额定电压为AC100V～240V，电压允许范围为AC85V～264V。
4.+24V输出电源端子
+24：
24V直流电源正极。
为外部传感器供电，FX-32以下型号可输出250mA电流，FX-48可输出460mA电流。
COM：
24V电源负极，也是输入端口的公共端子。
5.输入接口电路
三菱PLC的输入端用字母X表示，采用八进制（X0～X7，X10～X17……），FX2N系列PLC最多可扩展184个输入端。
输入接口电路用来接收外部开关量输入信号，其外部接线与内部电路如图所示，按钮SB接在X0端和COM端之间。
内部电路的主要器件是光电耦合器（简称光耦），光耦可以提高PLC的抗干扰能力和安全性能，进行高低电平（24V/5V）转换。
输入接口电路的工作原理如下：
当按钮SB未闭合时，光耦发光二极管不导通，光敏三极管截止，放大器输出高电平信号到内部数据处理电路，X0LED指示灯灭；
当按钮SB闭合时，光耦发光二极管导通，光敏三极管导通，放大器输出低电平信号到内部数据处理电路，X0LED指示灯亮。
6.输出接口电路
三菱PLC的输出端用字母Y表示，采用八进制（Y0～Y7，Y10～Y17……），FX2N系列PLC最多可扩展到184个输出端，输入/输出总点数在256以内。
输出端的作用是控制外部负载，负载串接在外部电源、输出端Y和输出公共端（COM1，COM2……）之间。
输出接口电路有继电器、晶体管和晶闸管三种形式，
（1）继电器输出。
继电器输出可以接交直流负载，由于继电器开关速度低，只能满足低速控制需要，适用于对电动机的控制。
继电器输出接口电路的工作原理如下：
当内部电路输出为“1”时，继电器线圈通电，继电器的常开触头闭合，负载通电；
当内部电路输出为“0”时，继电器线圈断电，其触头分断，负载断电。
（2）晶体管输出。
晶体管输出只能接直流负载，开关速度高，适合高速控制或通断频繁的场合，如输出脉冲信号或控制数码显示等。
晶体管输出接口电路的工作原理如下：
当内部电路输出为“1”时，光耦发光二极管有电流通过发光，光电三极管饱和导通，负载通电；
当内部电路输出为“0”时，光耦发光二极管没有电流通过不发光，光电三极管截止，负载断电。
（3）晶闸管输出。
晶闸管输出只能接交流负载，开关速度较高，适合高速控制的场合。
晶闸管输出接口电路的工作原理同晶体管输出。
7.状态开关
PLC有程序运行（RUN）和程序停止（STOP）两种工作状态，两种工作状态既可以通过状态开关转换，也可以在编程时由编程软件转换。
当把状态开关拨到RUN位置时，程序运行指示灯亮，PLC处于程序运行状态。
当把状态开关拨到STOP位置时，程序运行指示灯灭，PLC处于程序停止状态，程序停止状态用于计算机与PLC相互传送程序。
8.RS-422通信接口
三菱PLC采用RS-422串行通信接口，可用于PLC与计算机或其他设备通信，以实现对PLC编程和控制。
第三、四讲
三、LD、LDI、OUT、END指令
LD、LDI、OUT、END指令的助记符、逻辑功能等指令属性见表。
表LD、LDI、OUT、END指令
助记符
逻辑功能
电路表示
操作元件
程序步
LD
取常开触点状态
常开触点与左母线连接
X、Y、M、S、T、C
1
LDI
取常闭触点状态
常闭触点与左母线连接
OUT
线圈输出
驱动线圈输出
Y、M、S、T、C
不定
END
程序结束
无
任务实施
一、连接PLC点动控制线路
PLC点动控制线路如图所示，由主电路和控制电路组成，使用工具及器材见
1.断开电源，连接如图所示PLC点动控制电路。
点动按钮SB连接PLC输入端X0，接触器KM线圈连接输出端Y0。
2.按图所示用SC-09编程电缆连接计算机串行口COM1和PLC通信口RS-422，并将计算机串行口和PLC编程软件的波特率均设置为9600bps。
接线注意事项：
（1）要认真核对PLC的电源规格。
不同厂家、类型的PLC使用电源可能大不相同。
FX2N系列PLC额定工作电压为交流100～240V。
交流电源必须接于专用端子上，如果接在其他端子上，就会烧坏PLC。
（2）直流电源输出端24+，是为外部传感器供电，该端子不能与其他外部24V电源并接。
（3）空端子“·
”上不能接线，以防损坏PLC。
（4）接触器应选择线圈额定电压为交流220V或以下（对应继电器输出型的PLC）。
（5）PLC不要与电动机公共接地。
（6）在实习中，PLC和负载可共用220V电源；
在实际生产设备中，为了抑制干扰，常用隔离变压器（380V/220V或220V/220V）为PLC单独供电。
二、编写点动控制程序
计算机配套相应的编程软件后，便可以对不同类型或型号的PLC进行编程。
编程软件可以使用梯形图或指令表编程，还可以对程序进行仿真测试或运行监控，存储和修改程序也非常方便。
目前三菱PLC编程软件的较新版本为GX-Developer。
1.打开程序
启动计算机，点击PLC编程软件GX-Developer的安装文件“”，安装后单击桌面快捷图标“GXDeveloper”，进入编程软件初始界面.
2.创建新工程
单击菜单栏“工程”→“创建新工程”，出现如图所示的对话框，按要求选择“PLC系列”、“PLC类型”和“程序类型”。
例如，选择PLC系列为FXCPU，PLC类型为FX2N（C），程序类型默认为梯形图逻辑。
然后点击“设置工程名”，选择工程保存路径和工程名，点击“确定”。
3.梯形图程序编辑
（1）点击标准工具栏的按钮或按F2功能键，进入写入模式。
（2）点击梯形图符号工具栏的按钮或按F5功能键，出现如图所示触点输入对话框，在对话框中输入X0后，点击确定按钮或按回车键。
（3）点击梯形图符号工具栏的按钮或按F7功能键，出现如图所示输出线圈对话框，在对话框中输入Y0后，点击确定按钮或按回车键。
（4）梯形图输入完成界面如图所示。
（5）程序变换。
此时编程界面为灰色，还必须进行变换。
变换方法是点击菜单栏的“变换”，选择下拉菜单的“变换”即可，或者按F4功能键。
4.仿真测试
对于新设计的PLC程序，可以先进行仿真测试，测试结果符合控制要求后再写入PLC。
点击菜单栏“工具”→“梯形图逻辑测试启动”或者按梯形图符号工具栏的按钮，即可启动PLC仿真测试。
程序写入完毕，“LADDERLOGICTESTTOOL”对话框中的RUN为黄色，且光标为蓝色，表示程序已进入测试状态。
点击鼠标右键，选择“软元件测试”，先在如图所示的“软元件测试”对话框中填入待测试元件编号X0，然后点击“强制ON”按钮，则X0和Y0同时变成兰色，表明当X0状态为ON时，Y0状态也为ON；
当X0状态为OFF时，Y0状态也为OFF，测试结果表明程序符合点动控制要求。
5.将点动程序写入PLC
仿真结束后，可把程序写入PLC。
点击菜单栏“在线”→“PLC写入”，选择程序+参数，并按执行按钮即可写入PLC，此时工作状态开关可在运行（RUN）状态，也可在停止（STOP）状态，按提示进行操作。
6.程序监控
点击菜单栏“在线”→“监视”→“监视开始”，或按F3功能键进入程序监控状态，能从计算机屏幕上直观观察到软元件的工作状态，有助于分析和理解程序。
三、操作步骤
（1）按下按钮SB，输入继电器X0通电（X0LED亮），输出继电器Y0通电（Y0LED亮），交流接触器KM通电，电动机M通电运行。
（2）松开按钮SB，输入继电器X0断电，（X0LED熄灭），输出继电器Y0断电（Y0LED熄灭），交流接触器KM断电，电动机M断电停止。
知识扩展
一、PLC的分类
PLC按结构可分为整体式和模块式。
整体式的PLC具有结构紧凑、体积小，价格低的优势，适合于常规电气控制。
整体式的PLC也称为PLC的基本单元，在基本单元的基础上可以加装扩展模块以扩大使用范围。
模块式的PLC是把CPU、输入接口、输出接口等做成独立的单元模块，具有配置灵活、组装方便的优势，适合于输入/输出点数差异较大的控制系统。
PLC按输入/输出接口（I/O接口）点数的多少可分为微型机、小型机、中型机和大型机。
I/O点数小于64点为微型机；
I/O点数在64～128点为小型机；
I/O点数在129～512点为中型机；
I/O点数在512点以上为大型机。
PLC的I/O接口数越多，其存储容量也越大，价格也越贵，因此，在设计程序时应尽量减少使用I/O接口的数目。
二、PLC的循环扫描工作方式
当PLC的状态开关置于RUN位置时，PLC即进入程序运行状态。
在程序运行状态下，PLC工作于循环周期扫描工作方式。
每一个扫描周期分为内部处理、通信服务、输入采样、程序执行和输出刷新5个阶段，如图所示。
1．内部处理阶段
在内部处理阶段，首先确定PLC硬件的完好性，若硬件出现故障，则亮灯报警，同时终止用户程序执行。
若硬件没有故障，则将监控定时器复位，同时执行下一步。
2．通信服务阶段
在通信服务阶段，主要是检查PLC是否与外设有通信请求，如果有则进行相应的处理。
3.输入采样
在输入采样阶段，PLC的CPU读取每个输入端（X）的状态，采样结束后，存入输入数据寄存器，作为程序执行的条件。
4.程序执行
在程序执行阶段，CPU从用户程序的第0步开始，到END步结束，顺序地逐条扫描用户程序，同时进行逻辑运算和处理（即前条指令的逻辑结果影响后条指令），最终运算结果存入输出数据寄存器。
5.输出刷新
在输出刷新阶段，CPU将输出数据寄存器的数据写入输出锁存器，同时改变所有输出端（Y）的状态。
在程序执行和输出刷新阶段，即使输入状态发生变化，程序也不读入新的输入数据，这样增强了PLC的抗干扰能力和程序执行的可靠性。
6.PLC扫描周期的时间
PLC扫描周期的时间与PLC的类型和程序指令语句的长短有关，通常一个扫描周期为几十个ms，最长不超过200ms，否则监控定时器报警。
由于PLC的扫描周期很短，所以从操作上感觉不出来PLC的延迟。
7.PLC工作方式与继电器工作方式的比较
PLC工作方式与继电器工作方式有本质的不同。
继电器属于并联工作方式，当控制线路通电时，所有的负载（继电器线圈）可以同时通电，与负载在控制线路中的位置无关。
PLC属于逐条读取指令、逐条执行指令的顺序扫描工作方式，先被扫描的软继电器先动作，并且影响后被扫描的软继电器，即与软继电器在程序中的位置有关，在编程时要掌握和利用这个特点。
第五、六讲
任务二应用PLC实现电动机自锁控制
PLC自锁控制线路如图所示，其输入/输出端口分配见表。
图PLC自锁控制线路
相关知识
PLC程序中触点串、并联指令和继电器置位/复位指令等指令属性见表。
表AND、ANI、OR、ORI、SET、RST指令
AND
与
串联一个常开触点
ANI
与非
串联一个常闭触点
OR
或
并联一个常开触点
ORI
或非
并联一个常闭触点
SET
置位
线圈保持通电状态
Y、M、S
RST
复位
线圈保持断电状态
Y、M、S、T、C、D、V、Z
ZRST
区间复位
Y、M、S、T、C、D
5
（1）AND和ANI是单个触点串联指令，串联触点的个数没有限制，可以多次重复使用。
（2）OR和ORI是单个触点并联指令，并联触点的个数没有限制。
（3）被SET指令置位的继电器只能用RST指令才能复位。
RST指令对数据寄存器D、变址寄存器V和Z清零；
对累计定时器T和计数器C的当前值寄存器清零。
（4）区间复位指令是将操作元件指定的区间元件全部复位。
例如，指令语句“ZRSTY0Y3”将输出继电器Y0、Y1、Y2、Y3全部复位为断电状态。
一、连接PLC自锁控制线路
PLC自锁控制线路
二、编写PLC自锁控制程序
1.自锁控制程序一
根据自锁控制要求，结合PLC输入/输出端口分配表，应用触点串、并联指令编写的电动机自锁控制程序如图所示，程序工作原理如下：
图电动机自锁控制程序一
2.电动机自锁控制程序二
应用置位/复位指令编写的电动机自锁控制程序如图所示，程序工作原理如下：
图电动机自锁控制程序二
（1）按图所示连接PLC自锁控制线路。
（2）将图所示程序写入PLC。
（3）使PLC处于程序运行状态，并进入程序监控状态。
（4）PLC上输入指示灯X0应点亮，表示输入继电器X0被热继电器KH常闭触头接通。
如果指示灯X0不亮，说明热继电器KH常闭触头断开，热继电器已过载保护。
（5）PLC上输入指示灯X1应点亮，表示输入继电器X1被停止按钮SB1常闭触头接通。
如果指示灯X1不亮，说明停止按钮SB1未连接好。
（6）按启动按钮SB2，输出继电器Y0通电自锁，交流接触器KM通电，电动机M通电运行。
（7）按停止按钮SB1，输出继电器Y0断电解除自锁，交流接触器KM断电，电动机M断电停止。
（8）将图所示程序写入PLC，重新操作（6）、（7）步。
知识扩展—多地控制
多地控制是指在多个地方控制同一台电动机的启动与停止。
图所示为两地控制一台电动机的输入端接线图和PLC程序。
两地启动按钮并联后接入输入端X2，两地停止按钮串联后接入输入端X1，热继电器KH的常闭触点接入输入端X0，输出端为Y0。
同理不难设计出多于两地的控制程序。
图两地控制输入端接线图和程序
第七、八讲
任务三应用PLC实现点动与自锁混合控制
在实际生产中，除连续运行控制外，常常还需要用点动控制来调整工艺状态。
图所示为PLC点动自锁混合控制线路，其输入/输出端口分配见表。
图点动自锁混合控制线路
表输入/输出端口分配表
输入
输出
输入继电器
输入元件
作用
输出继电器
输出元件
X0
KH（常闭触头）
过载保护
Y0
接触器KM
控制电动机
X1
SB1（常闭按钮）
停止
X2
SB2（常开按钮）
启动
X3
SB3（常开按钮）
点动
相关知识—辅助继电器M
在继电器控制系统中，中间继电器起着信号传递、分配等作用。
在PLC控制程序中，辅助继电器M的作用类似于中间继电器。
辅助继电器也有常开和常闭触点，但是这些触点不能直接驱动外部负载，只能使用于程序内部。
FX2N系列PLC辅助继电器元件编号与功能见表。
表辅助继电器M元件编号与功能表
通用
停电保持用（可变更）
停电保持专用（不可变更）
特殊用
M0～M499
共500点
M500～M1023
共524点
M1024～M3071
共2048点
M8000～M8255
共256点
停电保持辅助继电器在PLC断电之后，会记忆断电之前的状态，下次运行时再现原状态（利用PLC内部电池供电，保持停电前的状态）。
以下是几个常用的特殊辅助继电器，例如：
M8000：
运行监控。
PLC运转时始终保持接通（ON）状态。
M8002：
初始脉冲。
PLC由停止状态（STOP）转为运行状态（RUN）的瞬时接通一个扫描周期。
M8011：
周期10ms方波振荡脉冲。
M8012：
周期100ms方波振荡脉冲。
M8013：
周期1s方波振荡脉冲。
M8014：
周期1min方波振荡脉冲。
一、编写点动与自锁混合控制程序
根据点动自锁控制要求，结合PLC输入/输出端口分配表，使用辅助继电器M编写的电动机点动与自锁混合控制程序如图所示，程序工作原理如下：
图点动与自锁混合控制程序
（1）开车准备。
当PLC置于程序运行状态时，由于热继电器KH和停止按钮均使用其常闭触头，所以输入继电器X0和X1通电，程序中X0和X1的常开触点均闭合，为电动机通电做好准备。
（2）自锁控制。
当按下启动按钮SB2时，程序中X2常开触点闭合，M0线圈通电自锁，M0常开触点闭合，输出继电器Y0线圈通电，电动机运转。
当按下停止按钮SB1时，输入继电器X1断电，程序中X1常开触点断开，M0线圈断电解除自锁，输出继电器Y0线圈断电，电动机停止。
（3）点动控制。
当按下点动按钮SB3时，程序中X3常开触点闭合，M1线圈通电，M1常开触点闭合，输出继电器Y0线圈通电，电动机运转。
当松开SB3时，M1线圈断电，M1常开触点分断，输出继电器Y0线圈断电，电动机停止。
（4）过载保护。
当电动机过载时，热继电器KH的常闭触头分断，X0线圈断电，程序中X0的常开触点断开，M0、M1线圈都断电，输出继电器Y0线圈断电，电动机停止。
将点动与自锁混合控制程序与课题一任务四中点动与自锁混合控制线路相比较可看出它们的设计思路有以下不同点：
（1）在设计电气控制线路时，为了降低硬件费用，应尽量少用继电器或接触器；
而在PLC程序设计中，为了控制关系清晰，则可以较多地使用软继电器。
（2）在电气控制线路中，同一个器件的常开触头或常闭触头是不能同时动作的，即有时间上的延迟；
而在PLC程序中，同一个软器件的常开触点或常闭触点是同时动作的，没有时间延迟，所以按点动与自锁混合控制线路来设计相应的PLC程序并不能实现控制功能。
二、操作步骤
（1）按图所示连接点动与自锁混合控制线路。
（3）使PLC处于运行状态，并进入程序监控状态。
（6）按下启动按钮SB2，电动机应连续运转；
按下停止按钮SB1，电动机应停止。
（7）按下点动按钮SB3，电动机应启动，松开点动按钮SB3，电动机应停止。
知识扩展—电路块串并联指令
在PLC梯形图程序中，除了单个触点的串联与并联形式外，还有电路块的串联与并联形式，对串联电路块的编程要应用“块与”指令，对并联电路块的编程要应用“块或”指令。
块指令ANB、ORB的助记符、逻辑功能等指令属性见表。
表ANB、ORB指令
步数
ANB
块的串联
触点后串联一个电路块
ORB
块的并联
触点并联一个电路块
块指令ANB、ORB的使用说明：
（1）两个或两个以上触点并联连接的电路称为并联电路块。
当并联电路块与前面的电路串联连接时，使用ANB指令。
并联电路块的起点用LD或LDI指令，并联结束后使用ANB指令，如图所示。
图ANB指令的使用
（2）两个或两个以上触点串联连接的电路称为串联电路块。
当串联电路块与前面的电路并联连接时，使用ORB指令。
串联电路块的起点用LD或LDI指令，串联结束后使用ORB指令，如图所示。
图ORB指令的使用
第九、十讲
任务四应用PLC实现顺序启停控制
通常生产设备往往需要多台电动机进行驱动，各台电动机的启动顺序由生产工艺决定。
例如，某生产设备有3台电动机，生产工艺要求是：
按下启动按钮，第一台电动机M1启动；
运行4s后，第二台电动机M2启动；
再运行15s后，第三台电动机M3启动。
按下停止按钮，3台电动机全部停止。
PLC控制线路如图所示，输入/输出端口分配见表。
图3台电动机顺序启动控制线路
相关知识—定时器
FX2N系列PLC有256个定时器，其中普通定时器246个，累计定时器10个，地址编号为T0～T255，见表。
表定时器分类
类型
定时器名称
编号范围
点数
计时范围
普通定时器
100ms定时器
T0～T199
200
～
10ms定时器
T200～T245
46
累计定时器
1ms累计定时器
T246～T249
4
100ms累计定时器
T250～T255
6
定时器T的使用说明：
（1）定时器是
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