机电一体化技术与系统项目七课件.ppt

1、相关知识相关知识一、一、PLC的特点与功能的特点与功能1PLC的特点的特点 衡量衡量PLC性能的主要技术指标性能的主要技术指标有以有以下几个。下几个。可控制的可控制的I/O点。点。用户程序存储器容量。用户程序存储器容量。应用指令数量。应用指令数量。基本逻辑指令执行时间。基本逻辑指令执行时间。PLC主要具备逻辑顺序控制、速度主要具备逻辑顺序控制、速度/位置控制与通信网络控制位置控制与通信网络控制3方面功能。方面功能。1PLC控制系统的组成控制系统的组成 固定固定I/O型型PLC基本单元加扩展型基本单元加扩展型PLC模块式模块式PLC示意图示意图 集成式集成式PLC（也称内置式（也称内置式PLC）

2、一）一般作为般作为CNC系统的辅助控制器使用，用系统的辅助控制器使用，用来实现数控机床的开关量控制功能。来实现数控机床的开关量控制功能。带集成式带集成式PLC的的CNC系统系统分布式分布式PLC控制系统示意图控制系统示意图 当当PLC用于开关量逻辑程序控制时，用于开关量逻辑程序控制时，其执行过程可分为输入采样、执行程序、其执行过程可分为输入采样、执行程序、通信处理、通信处理、CPU诊断、输出刷新诊断、输出刷新5个基本个基本步骤，并不断重复执行。步骤，并不断重复执行。PLC的扫描循环的扫描循环 如从理解如从理解PLC程序的执行过程方面考程序的执行过程方面考虑，可认为虑，可认为PLC实际进行的是输

3、入采样、实际进行的是输入采样、执行程序、输出刷新执行程序、输出刷新3个基本步骤。个基本步骤。用户程序的执行过程用户程序的执行过程一、一、FX系列系列PLC简介简介1产品系列产品系列 FX系列系列PLC是日本三菱公司在是日本三菱公司在F系系列列PLC基础上发展起来的小型基础上发展起来的小型PLC产品产品，主要有主要有FX1S/1N/2N/3U 4 种基本型号，性能依次增强。种基本型号，性能依次增强。FX1S/1N/2N/3U的基本性能比较的基本性能比较项项 目目基基 本本 参参 数数FX1SFX1NFX2NFX3U最大输入点最大输入点16+4（内置扩展板）（内置扩展板）128184248最大输出

4、点最大输出点14+2（内置扩展板）（内置扩展板）128184248I/O点总数点总数30（34，内置扩展板），内置扩展板）128256主机主机I/O：256包括远程包括远程I/O：384最大程序存储器容量最大程序存储器容量/步步2k8k16k64k基本逻辑指令执行时间基本逻辑指令执行时间/s0.70.70.080.065基本输入基本输入DC24V/57mA，源，源/汇点输入汇点输入基本输出基本输出DC24V/0.5A晶体管集电极开路输出或晶体管集电极开路输出或DC30V/AC250V，2A继电器接点输出继电器接点输出AC100V输入输入/双向晶闸管输出双向晶闸管输出I/O扩展性能扩展性能内置扩

5、展板内置扩展板扩展单元扩展单元+扩展模块扩展模块特殊功能特殊功能模块模块模拟量输入模拟量输入/输出模块输出模块2点（内置扩展板）点（内置扩展板）高速计数、定高速计数、定位模块位模块网络功能网络功能输入电源输入电源AC85264V或或DC20.426.4V1基本单元基本单元 FX系列系列PLC基本单元的型号如下。基本单元的型号如下。FX系列系列I/O扩展单元有扩展单元有32/48点点I/O两两种规格，单元型号如下。种规格，单元型号如下。FX系列系列I/O扩展模块的规格较多，单个扩展模块的规格较多，单个模块的最大模块的最大I/O点为点为16点，模块型号如下。点，模块型号如下。相关知识相关知识一、一

6、、PLC硬件硬件 基本单元加扩展型基本单元加扩展型PLC是机电一体是机电一体化产品常用的化产品常用的PLC，它由基本单元、内，它由基本单元、内置扩展选件、存储器扩展盒、置扩展选件、存储器扩展盒、I/O扩展模扩展模块、特殊功能模块、通信适配器等部分块、特殊功能模块、通信适配器等部分组成。组成。基本单元加扩展的基本单元加扩展的PLC硬件组成硬件组成PLC的电源供给的电源供给1PLC连接端布置连接端布置L NAC电源DC电源COMX1X3X5X4X2X024+COM0COM1 COM2COM3Y0Y1Y2Y3COMLN输入连接端输出连接端空余端空余端 PLC以直流输入为常用，输入连接以直流输入为常用

7、，输入连接形式有汇点输入、源输入及汇点形式有汇点输入、源输入及汇点/源输入源输入通用通用3种。种。（1）汇点输入）汇点输入汇点输入的接口电路原理简图汇点输入的接口电路原理简图（1）汇点输入）汇点输入源输入的接口电路原理简图源输入的接口电路原理简图汇点汇点/源通用输入的原理简图源通用输入的原理简图 PLC的输出以继电器触点输出与直的输出以继电器触点输出与直流晶体管（或场效应晶体管）为常用。流晶体管（或场效应晶体管）为常用。继电器输出有触点独立输出与共用继电器输出有触点独立输出与共用公共端两种。公共端两种。触点输出与外部的连接触点输出与外部的连接 晶体管输出分晶体管输出分NPN集电极开路集电极开路

8、“汇点汇点输出输出”与与PNP集电极开路集电极开路“源输出源输出”两种，两种，外部连接要求和继电器接点输出基本相同。外部连接要求和继电器接点输出基本相同。晶体管输出与外部的连接晶体管输出与外部的连接一、一、FX系列系列PLC的的I/O连接连接 FX系列系列PLC以汇点输入以汇点输入/继电器触点继电器触点输出、汇点输入输出、汇点输入/晶体管输出为常用。晶体管输出为常用。FX系列系列PLC的基本单元连接的基本单元连接FX系列系列PLC的基本单元连接（续）的基本单元连接（续）项项 目目规规 格格输入电压输入电压DC24V，15%+10%输入电流输入电流高速输入：高速输入：7mA/24V；一般输入：；

9、一般输入：5mA/24V输入输入ON电流电流高速输入：高速输入：4.5mA/24V；一般输入：；一般输入：3.5mA/24V输入输入OFF电流电流1.5mA输入响应时间输入响应时间一般输入，一般输入，10ms；X0/X1，10s；X2，50sFX系列系列PLC的输入规格表的输入规格表项项 目目继电器输出继电器输出晶体管输出晶体管输出输出电压输出电压AC电源，电源，250V；DC电电源，源，30VDC530V最大输出电流最大输出电流电阻负载：电阻负载：2A/点点电阻负载：电阻负载：0.5A/点；点；0.8A/4点点感性负载容量感性负载容量80VA/点点12VA/点点电阻负载功率电阻负载功率100

10、W/点点15W/点点输出最小负载输出最小负载2mA/DC5VFX系列系列PLC的输出规格表的输出规格表图图3-2.10 汇点输入与接近开关的连接汇点输入与接近开关的连接图图3-2.11 源输入与接近开关的连接源输入与接近开关的连接相关知识相关知识一、指令与编程元件一、指令与编程元件1PLC指令指令 PLC指令有逻辑运算、数据比较与转换、指令有逻辑运算、数据比较与转换、数学运算、功能指令多种，指令由数学运算、功能指令多种，指令由“操作码操作码”与与“操作数操作数”两部分组成，指令的集合称为两部分组成，指令的集合称为指令表程序。指令表程序。LD X001操作码操作数 PLC常用的编程元件有以下几种

11、。常用的编程元件有以下几种。输入继电器通常按输入继电器通常按“字节字节”（8位二进位二进制）进位，因此，后缀的数字一般不能为制）进位，因此，后缀的数字一般不能为 “8”与与“9”输入继电器与输出继电器输入继电器与输出继电器 输出继电器代表开关量输出信号，它输出继电器代表开关量输出信号，它一般以二进制位的形式参与逻辑运算，并一般以二进制位的形式参与逻辑运算，并以以“字节字节”进位。进位。符符 号号代表的意义代表的意义 常用的地址常用的地址常开触点，未接通常开触点，未接通X、Y、M、T、S常开触点，已接通常开触点，已接通X、Y、M、T、S常闭触点，未接通常闭触点，未接通X、Y、M、T、S常闭触点，

12、已接通常闭触点，已接通X、Y、M、T、S继电器线圈，未接通继电器线圈，未接通Y、M、T、S继电器线圈，已接通继电器线圈，已接通Y、M、T、S二进制逻辑图形以及代表的意义二进制逻辑图形以及代表的意义指令指令代码代码功功 能能操操 作作 数数梯形图表示梯形图表示LD逻辑状态读入累加器逻辑状态读入累加器X、Y、M、T、C触点触点LDI逻辑状态逻辑状态“取反取反”后后读入累加器读入累加器X、Y、M、T、C触点触点AND操作数与累加器的内操作数与累加器的内容进行容进行“与与”运算运算X、Y、M、T、C触点触点ANI操作数状态操作数状态“取反取反”后与累加器的内容进行后与累加器的内容进行“与与”运算运算X

13、、Y、M、T、C触点触点OR操作数与累加器的内操作数与累加器的内容进行容进行“或或”运算运算X、Y、M、T、C触点触点ORI操作数状态取反后与操作数状态取反后与累加器的内容进行累加器的内容进行“或或”运算运算X、Y、M、T、C触点触点OUT 累累加器内容输出到指加器内容输出到指定线圈定线圈Y、M、T、C线圈线圈INV累加器内容取反累加器内容取反FX系列系列PLC的基本逻辑处理指令的基本逻辑处理指令指令指令代码代码功功 能能操操 作作 数数梯形图表示梯形图表示SET置位，累加器为置位，累加器为1，输出输出“1”并保持并保持Y、M线圈线圈RST复位，累加器为复位，累加器为1，输出输出“0”并保持并

14、保持Y、M线圈线圈NOP空操作，不进行任空操作，不进行任何处理何处理END程序结束程序结束续表续表等效工作电路图分为输入电路、内部控制等效工作电路图分为输入电路、内部控制与输出电路与输出电路3部分组成。部分组成。PLC梯形图程序等效电路梯形图程序等效电路 对于控制电机启动与停止控制，如将启动对于控制电机启动与停止控制，如将启动/停止按钮的常开触点分别连接到停止按钮的常开触点分别连接到PLC的输入的输入X1/X2；接触器连接到；接触器连接到PLC的输出的输出Y1。电机的启动电机的启动/停止停止 需要注意的是：需要注意的是：PLC的梯形图程序的梯形图程序严格按照严格按照“从上至下从上至下”的时序执

15、行，因的时序执行，因此，可以通过程序可以生成边沿信号。此，可以通过程序可以生成边沿信号。边沿生成程序边沿生成程序 PLC的定时控制通过定时器的定时控制通过定时器T实现，线圈实现，线圈为为“1”便可启动定时，基本定时器为便可启动定时，基本定时器为“通电延通电延时接通时接通”，使用其常闭触点可实现，使用其常闭触点可实现“断电延时断电延时接通接通”功能。功能。非保持型定时器的编程非保持型定时器的编程 如程序需要如程序需要“通电延时断开通电延时断开”功能，可功能，可用简单程序实现（时间可任意设定，图中未用简单程序实现（时间可任意设定，图中未标出）。标出）。延时断开信号的生成延时断开信号的生成非保持型普

16、通计数器的编程非保持型普通计数器的编程 数据寄存器用来存储数据寄存器用来存储“数值型数值型”数据，数据，1个数据寄存器可存储个数据寄存器可存储16位二进制数据；相位二进制数据；相邻编号的两个数据寄存器可组合为邻编号的两个数据寄存器可组合为32位（位（2字长）数据寄存器；多个数据寄存器还可以字长）数据寄存器；多个数据寄存器还可以组成组成“数据表数据表”或或“文件寄存器文件寄存器”进行批量进行批量操作。操作。在在PLC程序中，数据寄存器可以通过程序中，数据寄存器可以通过数据传送应用指令数据传送应用指令MOV赋值赋值。数据寄存器的赋值数据寄存器的赋值 已经赋值的数据寄存器与常数具有已经赋值的数据寄存

17、器与常数具有同样的作用。同样的作用。数据寄存器的使用数据寄存器的使用一、一、FX系列系列PLC的编程元件的编程元件编程元件类别编程元件类别PLC型号型号FX1SFX1N/1NCFX2N/2NCFX3U/3UC输入继电器（最大）输入继电器（最大）X000X017（16点）点）X000X177（128点）点）X000X267（184点）点）X000X367（248点）点）输出继电器（最大）输出继电器（最大）Y000Y015（14点）点）Y000Y177（128点）点）Y000Y267（184点）点）Y000Y367（248点）点）辅辅助助继继电电器器一般用（非保持）一般用（非保持）M0M383（3

18、84点）点）M0M499（500点）点）可设定停电保持区可设定停电保持区M500M1023（524点）点）固定停电保持区固定停电保持区M384M511M384M1535M1024M3071M1024M7679特殊继电器特殊继电器M8000M8255（256点）点）M8000M8255（256点）点）M8000M8511（512点）点）定定时时器器100ms（0.13 276.7s）T0T31（32点）点）T0T199（200点）点）T0T199（200点）点）10ms（0.01327.67s）T32T62（32点）点）T200T245（46点）点）T200T245（46点）点）1ms（0.00

19、132.767s）T63（1点）点）T256T511（256点）点）1ms停电保持累积停电保持累积T246T249（4点）点）T246T249（4点）点）100ms停电保持累积停电保持累积T250T255（6点）点）T250T255（6点）点）计数器计数器非保持非保持16位加计数位加计数C0C15（16点）点）C0C99（100点）点）保持型保持型16位加计数位加计数C16C31C16C199（184点）点）C100C199（100点）点）非保持非保持32位双向位双向C200C219（20点）点）C200C219（20点）点）保持型保持型32位双向位双向C220C234（15点）点）C220C

20、234（15点）点）32位高速输入专用位高速输入专用C235C255，与基本单元高速输入配套使用，与基本单元高速输入配套使用数数据据寄寄存存器器一般用（非保持）一般用（非保持）D0D127（128字）字）D0D199（200字）字）可设定保持区可设定保持区D200D511（312字）字）固定保持区固定保持区D128D255（128字）字）D128D999（872字）字）D512D7999（7488字字/电池）；从电池）；从D1000起可起可设定成以设定成以 500 字为单位的文件寄存器字为单位的文件寄存器文件寄存器文件寄存器D1000D2499（1 500字）字）D1000D7999（7 00

21、0字）字）特殊寄存器特殊寄存器D8000D8255（256字）字）D8000D8195（196字）字）D8000D8511（512字）字）FX系列系列PLC编程元件一览表编程元件一览表恒恒“0”与恒与恒“1”的生成的生成 PLC控制系统有时需要用一个按钮控制系统有时需要用一个按钮交替控制执行元件通交替控制执行元件通/断，这种控制要求断，这种控制要求的输出动作频率是输入的的输出动作频率是输入的1/2，故称，故称“二二分频分频”控制。控制。二分频控制二分频控制1二分频控制二分频控制2 定时通定时通/断控制常被用于闪光报警指断控制常被用于闪光报警指示或机械设备的定时润滑控制示或机械设备的定时润滑控制

22、。定时通断控制定时通断控制实践指导实践指导一、控制系统设计原则一、控制系统设计原则1满足控制要求满足控制要求2确保安全可靠确保安全可靠3简化系统结构简化系统结构 根据电气控制系统的设计原则与设根据电气控制系统的设计原则与设计步骤，自主完成工业搅拌机系统的电计步骤，自主完成工业搅拌机系统的电气原理图设计，并编制气原理图设计，并编制PLC程序。程序。一、系统规划一、系统规划1明确控制要求明确控制要求 对于本任务根据要求，可分别对成分对于本任务根据要求，可分别对成分A/B进料、搅拌、排放控制列出控制要求表。进料、搅拌、排放控制列出控制要求表。成分成分A进料。进料。搅拌。搅拌。排放。排放。控控 制制

23、对对 象象成分成分A进料泵进料泵电机规格电机规格Y90L-4，Pe=1.5kW；Ie=3.7A；ne=1 400 r/min控制方式控制方式操作面板按钮启动操作面板按钮启动/停止控制停止控制输入点数输入点数现场输入现场输入2点，进料阀打开、出料阀打开；反馈输入点，进料阀打开、出料阀打开；反馈输入1点，点，泵启动泵启动输出点数输出点数现场输出现场输出1点，泵启动点，泵启动工作条件工作条件1进料阀进料阀/出料阀已经打开出料阀已经打开2液体未到高位液体未到高位3排放阀关闭排放阀关闭成分成分A/B进料控制要求进料控制要求控控 制制 对对 象象搅拌电机搅拌电机电机规格电机规格Y132M-6，Pe=4kW

24、；Ie=9.4A；ne=1 440 r/min控制方式控制方式操作面板按钮启动操作面板按钮启动/停止控制停止控制输入点数输入点数现场输入现场输入3点，液体高位（点，液体高位（S52）、液体低位（）、液体低位（S50）、液体）、液体空（空（S51）反馈输入反馈输入1点，搅拌启动（点，搅拌启动（K4）输出点数输出点数现场输出现场输出1点，搅拌启动（点，搅拌启动（K4）工作条件工作条件1液体未空（液体未空（S51=1）2排放阀关闭（排放阀关闭（Y1=0）搅拌控制要求搅拌控制要求控控 制制 对对 象象排排 放放 阀阀阀规格阀规格DC24V/27W控制方式控制方式操作面板按钮启动操作面板按钮启动/停止控

25、制停止控制输入点数输入点数现场输入：无现场输入：无输出点数输出点数现场输出：现场输出：1点，排放启动（点，排放启动（Y1）工作条件工作条件1搅拌停止（搅拌停止（K4=0）排放控制要求排放控制要求 由于本例的控制要求非常简单，无由于本例的控制要求非常简单，无需对功能模块、通信接口进行特殊的配需对功能模块、通信接口进行特殊的配置，系统设计可以简化。置，系统设计可以简化。搅拌机操作面板搅拌机操作面板 在操作面板确定后，可以将用于操作在操作面板确定后，可以将用于操作面板的全部器件进行归纳与汇总，以便统面板的全部器件进行归纳与汇总，以便统计计I/O点。点。类别类别序号序号名名 称称要要 求求数量数量作作

26、 用用备备 注注按钮按钮1按钮（按钮（S12）1NO/INC，绿色，带，绿色，带DC24V指示指示1泵泵A启动启动PLC输入输入2按钮（按钮（S13）1NO/INC，红色，带，红色，带DC24V指示指示1泵泵A停止停止PLC输入输入3按钮（按钮（S22）1NO/INC，绿色，带，绿色，带DC24V指示指示1泵泵B启动启动PLC输入输入4按钮（按钮（S23）1NO/INC，红色，带，红色，带DC24V指示指示1泵泵B停止停止PLC输入输入5按钮（按钮（S32）1NO/INC，绿色，带，绿色，带DC24V指示指示1搅拌启动搅拌启动PLC输入输入6按钮（按钮（S33）1NO/INC，红色，带，红色，

27、带DC24V指示指示1搅拌停止搅拌停止PLC输入输入7按钮（按钮（S42）1NO/INC，绿色，带，绿色，带DC24V指示指示1排放启动排放启动PLC输入输入8按钮（按钮（S43）1NO/INC，红色，带，红色，带DC24V指示指示1排放停止排放停止PLC输入输入9按钮（按钮（S1）1NO/INC，红色，蘑菇头，红色，蘑菇头1紧急停止紧急停止强电控制强电控制10按钮（按钮（S2）1NO/INC，绿色，带，绿色，带DC24V指示指示1设备启动设备启动强电控制强电控制指示灯指示灯1指示灯（指示灯（E10）绿色，绿色，DC24V1泵泵A启动启动PLC输出输出2指示灯（指示灯（E11）红色，红色，DC

28、24V1泵泵A停止停止PLC输出输出3指示灯（指示灯（E20）绿色，绿色，DC24V1泵泵B启动启动PLC输出输出4指示灯（指示灯（E21）红色，红色，DC24V1泵泵B停止停止PLC输出输出5指示灯（指示灯（E30）绿色，绿色，DC24V1搅拌启动搅拌启动PLC输出输出6指示灯（指示灯（E31）红色，红色，DC24V1搅拌停止搅拌停止PLC输出输出7指示灯（指示灯（E40）绿色，绿色，DC24V1排放启动排放启动PLC输出输出8指示灯（指示灯（E41）红色，红色，DC24V1排放停止排放停止PLC输出输出9指示灯（指示灯（E50）黄色，黄色，DC24V1液体低位液体低位PLC输出输出10指示

29、灯（指示灯（E51）红色，红色，DC24V1液体空液体空PLC输出输出11指示灯（指示灯（E52）黄色，黄色，DC24V1液体高位液体高位PLC输出输出12指示灯（指示灯（E1）绿色，绿色，DC24V1PLC运行运行PLC输出输出操作面板要求汇总操作面板要求汇总 选择选择PLC如下。如下。PLC：FX2N-48MR-001；24点点DC24V输输入；入；24点点DC30V/AC250V，2A继电器输出。继电器输出。根据以上总体规划方案设计的工业搅根据以上总体规划方案设计的工业搅拌机系统的工程用电气原理图，原理图说拌机系统的工程用电气原理图，原理图说明如下。明如下。1主回路主回路2控制回路控制回路3PLC输入输入/输出输出搅拌机控制主回路搅拌机控制主回路搅拌机控制回路搅拌机控制回路搅拌机搅拌机PLC输入输入/输出回路输出回路 根据以上电气原理图，设计的根据以上电气原理图，设计的PLC程序，程序分为控制和状态指示两部分程序，程序分为控制和状态指示两部分。工业搅拌机系统的控制程序工业搅拌机系统的控制程序工业搅拌机系统的状态指示程序工业搅拌机系统的状态指示程序 状态指示程序是控制操作面板指示状态指示程序是控制操作面板指示灯的程序，在本系统中可以根据电气原灯的程序，在本系统中可以根据电气原理图中的理图中的PLC输入输入/输出，直接将其转换输出，直接将其转换为指示灯状态。为指示灯状态。