1、任务一认识PLC 任务二PLC的输入/输出单元与接线方式【项目概述】可编程序控制器(PLC)，是20世纪60年代发展起来的现代工业自动化控制装置，与机器人、CAD/CAM并称为现代工业自动化控制的三大支柱。PLC编程方法简单易学，其使用的梯形图编程语言和表达方式与我们所熟悉的继电接触器电路图相似。本项目主要介绍PLC的组成与三菱公司(简称三菱)系列PLC的结构、外端子功能和输入/输出(I/O)接线方式及方法，PLC输入/输出软继电器、软触点的意义及其在编程中的使用。任务一认识PLC【任务目标】(1)了解PLC的发展历程、分类及其在生产中的应用。(2)理解PLC的基本概念、基本构成及PLC控制的
2、优越性。【任务分析】继电接触器控制系统主要采用继电器、接触器、开关或按钮等控制电动机的启停、反向与调速等操作。它用导线将各种继电器、定时器、计数器及其触点按一定的逻辑关系连接起来，控制电动机拖动各种生产机械。这种以硬件接线(简称硬接线)方式构成的继电接触器控制系统至今仍在使用，但这种控制系统有许多固有的缺点：一是该系统利用布线逻辑来实现各种控制，需要使用大量的机械触点，系统运行的可靠性差；二是当生产工艺流程改变时需要改变大量的硬件接线，为此需要耗费许多人力、物力和时间；三是功能局限性大，能耗高。随着科技的发展、生产的变化及生产工艺的改进，人们需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电接触器控制系
3、统，使电气控制系统工作更可靠、维修更容易，更能适应经常变化的生产工艺要求。这种新的工业控制装置就是PLC。【知识链接】1.PLC的发展历程1968年，美国通用汽车公司(GM)在激烈的市场竞争中，为适应汽车生产工艺不断更新的需要，解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上继电接触器控制系统的控制线路问题，提出了将继电接触器控制系统的控制容量大的优点与编程逻辑相结合代替继电接触器控制系统的硬接线逻辑的要求。1969年，美国数字设备公司(DEC)根据上述要求研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司的汽车生产线上首次应用成功，取得了显著的经济效益。当时人们把它称为可编程序逻辑控制器(Program
4、mable Logic Controller，PLC)。这一时期的PLC主要由分立式电子元件和小规模集成电路组成，它的指令系统简单，一般只有逻辑运算功能。随着大规模集成电路(LSI)和微处理器在PLC中的应用，可编程序控制器的功能不断增强，它不仅能执行逻辑控制、顺序控制、计时及计数控制，还增加了算术运算、数据处理、通信等功能，具有处理分支、中断、自诊断的能力，即更多地具有了计算机的功能，并作为一个独立的工业设备成为主导的通用工业控制器。近年来，PLC的发展趋向于小型化、网络化、兼容性和标准化。2.PLC的结构1)PLC的外部结构这里以FX1N-40MR PLC为例来介绍。其外部结构如图1-1所
5、示，它由输入端子、输出端子、电源端子、输入LED指示灯、输出LED指示灯、通信接口等组成。2)PLC的内部构成PLC的组成与一般计算机相似，主要由CPU模块、存储器、输入/输出(I/O)模块、电源模块、通信接口及编程器组成。PLC的内部结构如图1-2所示。3.PLC的编程语言PLC通常不采用微机的编程语言，而是采用面向控制过程、面向问题的编程语言。这些编程语言有梯形图、指令语句表、顺序功能图、逻辑功能图和高级语言等。1)梯形图梯形图是一种图形编程语言，它沿用了继电器的触点、线圈、串联、并联等术语和图形符号，并增加了一些特殊功能符号，如图1-4(a)所示。2)指令语句表指令语句表(简称指令表)采
6、用助记符来表达PLC的各种功能，如图1-4(b)所示。它类似于计算机中的汇编语言，但又比汇编语言通俗易懂。通常每条指令语句由地址(编程器自动分配)、操作码(指令)和操作数(数据或元器件编号)三部分组成。3)顺序功能图顺序功能图是采用工艺流程图进行编程的。对于工厂中从事工艺设计的技术人员来说，用这种方法编程非常方便。图1-5所示为顺序功能图。4)高级语言在一些大型PLC中，为完成一些较为复杂的控制，常采用功能很强的微处理器和大容量存储器，将逻辑控制、模拟控制、数值计算与通信功能结合在一起，再配备BASIC、Pascal、C等计算机语言，可像使用通用计算机那样进行结构化编程，从而使PLC具有更强的
7、功能。4.PLC控制的优越性1)与继电器控制系统的比较PLC与继电器控制系统相比较，有以下特点：(1)传统的继电器控制系统只能进行开关量的控制，而PLC既可进行开关量的控制，又可进行模拟量的控制，还能与计算机组成网络，实现分级控制。(2)传统的继电器控制系统采用导线将继电器、接触器、按钮等元件连接起来实现一定的逻辑功能或“程序”，控制系统的程序就在接线之中。PLC控制系统的程序存放在存储器中，系统要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现的。其程序是由程序语言表达的。控制程序的修改不需要改变控制器的输入/输出接线(即硬接线)，而只需要通过编程器改变存储器中某些语句的内容即可。图1-6所示为继电
8、器控制系统框图，图1-7所示为PLC控制系统框图。下面以控制电动机单向运行电路为例进一步说明两种系统的不同。图1-8(a)所示为其主电路。图1-8(b)所示为接触器控制电路，要实现控制功能需按图完成接线，若改变功能则必须改动接线。图1-8(c)所示为使用PLC完成同样功能需进行的接线，即只需将启动按钮SB1、停止按钮SB2、热继电器KH接入PLC的输入端子，将接触器KM线圈连接到PLC的输出端子即可，具体的控制功能是按照输入PLC的用户程序来实现的，不仅接线简单，而且在需要改变功能时不用改动接线，只要改变程序即可，非常方便。(3)两者触点的数量不同。继电器的触点数较少，一般只有48对；PLC采
9、用的是“软继电器”，因此可供编程用触点数有无限对。2)与工业微机控制系统的比较工业微机在要求快速、实时性强、模型复杂的工业控制中占有优势，但是，对使用工业微机的人员技术水平要求较高，一般应具有一定的计算机专业知识。另外，工业微机在整机结构上还不能适应恶劣的工作环境，抗干扰能力及适应性差，这是工业微机在工业现场控制的致命弱点。另外，工业生产现场的电磁辐射干扰、机械振动、温度及湿度的变化以及超标的粉尘，都会使工业微机不能正常工作。针对工业顺序控制，PLC在工业现场有很高的可靠性。PLC在电路布局、机械结构及软件设计等各方面决定了PLC的高抗干扰能力。在电路布局方面，PLC都采用大规模与超大规模的集
10、成电路，在输入/输出系统中采用完善的隔离通道等保护功能；在电路结构上PLC对耐热、防潮、防尘及防震等各方面都做了周密的考虑。5.PLC的分类与应用根据控制规模可将PLC可分为小型机、中型机和大型机等。控制规模是以PLC的输入/输出(I/O)点数来衡量的，I/O点数(总数)在256点以下的，称为小型机；I/O点数在2561024点之间的，称为中型机；I/O 点数(总数)在1024点以上的，称为大型机。一般来说，输入/输出点数多的PLC，其功能也相应较强。目前，在世界先进工业国家中，PLC已经成为工业控制的标准设备，它的应用几乎覆盖了所有的工业企业。PLC广泛应用于机械、汽车、冶金、石油、化工、轻
11、工、纺织、交通、电力、电信、采矿、建材、食品、造纸、军工、家电等各个领域。任务二PLC的输入/输出单元与接线方式【任务目标】(1)了解PLC的输入/输出(I/O)单元接口电路和PLC的等效电路。(2)懂得三菱公司FX(简称FX)系列PLC接线端子分布特点与I/O接线方式、方法。(3)理解PLC输入/输出软继电器、软触点的意义及其在编程中的使用。【任务分析】PLC是一种工业自动化控制装置，它是如何获取工业现场被控对象的信息，又是如何按要求控制被控器件或装置的呢？这些全都离不开PLC的输入/输出单元。【知识链接】1.PLC的输入/输出(I/O)单元硬件结构1)PLC输入/输出(I/O)端子图1-9
12、所示分别为三菱公司FX1N、FX2N系列PLC输入/输出(I/O)接线端子布局情况，图中接线端子的输出侧均用粗线区分输出与相应的COM端子。在图1-9(a)中，输出端子侧左边的24+与COM端子是PLC对外输出的DC+24 V电源(图(b)中在输入侧)，用于给相应的传感器(如接近开关、压力传感器等)供电，该电源COM端子与输入端子COM是相通的或者可以连接起来。输出端子侧COM0与Y0，COM1与Y1，COM2与Y2、Y3，COM5与Y14Y17等构成多组输出，这样安排输出端的COM主要是考虑负载电源的种类较多，而输入端电源的类型相对较少。如果输出侧电源种类较少，那么可以将相应的COM端连接起
13、来使用。2)输入/输出单元PLC的输入/输出单元又称PLC的输入/输出接口电路。PLC在程序的执行过程中需调用外部各种控制信号，如各种开关量(状态量)、数字量或模拟量等都是通过输入接口电路进入PLC的；而程序执行结果又通过输出接口电路控制外围设备。输入/输出接口电路一般都通过光电隔离和滤波把PLC与外部电路隔开，以提高PLC的抗干扰能力。(1)输入接口电路(输入单元)。通常，输入接口电路按所使用电源不同有三种类型：直流输入、交流输入和交-直流输入。用户外部输入设备可以是无源触点，如按钮、行程开关、主令开关等，也可以是有源器件，如传感器、接近开关、光电开关等。图1-10所示为直流24V输入接口电
14、路原理图。(2)输出接口电路(输出单元)。PLC通过输出接口电路向现场控制对象输出控制信号。为适应不同负载的需要，各类PLC的输出接口电路有三种形式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出，分别如图1-11(a)、(b)和(c)所示。(3)输入/输出单元接线方式。输入单元接线方式。按PLC的输入单元与用户设备接线方式的形式，输入单元接线方式可分为汇点式输入接线方式和分隔式输入接线方式两种基本形式，如图1-12所示。输出单元接线方式。根据输出单元与外部用户输出设备的接线形式，输出单元接线方式分为汇点式输出方式和分隔式输出方式两种基本形式，如图1-13所示。它可以把全部输出点汇集成一组，共用一个公共端
15、COM和一个电源；也可以将所有的输出点分成N组，每组有一个公共端COM和一个单独的电源。这两种形式的电源均由用户提供，具体可根据实际负载确定选用直流或交流电源。a.由于PLC输出接口电路未接熔断器，因此，每45个接点应加接一个515 A的熔断器，以防止负载短路等原因造成PLC的损坏。b.在直流感性负载的两端并联一个浪涌吸收二极管VD，会大大延长触点的使用寿命。c.正反转接触器的负载KM1、KM2，在PLC的程序中采用软件互锁的同时，在PLC的外部也应采取联锁措施，以防止此类负载在两个方向上同时动作。d.在交流感性负载两端并联一个浪涌吸收器，用于降低噪音。2.PLC输入/输出单元的软元件1)输入
16、继电器(X)输入继电器(X)是PLC从机外接收控制信号的接口，实质上它是输入接口电路。每个输入继电器都与相应的PLC输入端相连，即每个输入端对应一个输入继电器。如图1-14所示，输入端子X0对应用于输入继电器X0。每个输入继电器有无数对常开(动合)触点和常闭(动断)触点供编程时使用。输入继电器的线圈只能由外部信号来驱动，不能由内部程序(指令)驱动。因此，我们编写的梯形图中只能出现输入继电器的常开、常闭触点，而不能出现输入继电器的线圈，如图1-15所示。FX系列PLC输入继电器编号采用八进制数表示，如X0X7、X10X17FX系列PLC输出继电器编号也采用八进制数表示，如Y0Y7、Y10Y17上
17、述图中，(常开触点)、(常闭触点)是PLC内的软触点，在编程时可以重复使用。或是软继电器的线圈，人工绘制PLC梯形图或功能图时一般采用前者，后者是三菱公司PLC编程软件中的线圈符号。3.PLC的等效电路一般工程技术人员都比较熟悉继电器控制系统，因而在此基础上了解PLC的等效电路，对学习PLC很有帮助。图1-18所示为PLC控制系统等效电路，它包括三个部分：收集被控设备的信息或操作命令的输入(单元)部分，运算、处理来自输入部分信息的内部控制电路和驱动外部负载的输出(单元)部分等。图中，X0、X1、X2为PLC输入继电器，Y0为PLC输出继电器。需要说明的是，图中的继电器并不是实际的继电器，它实质
18、上是电子线路和存储器中的每一位触发器。该位触发器为“1”态，相当于继电器接通；若该位触发器为“0”态，则相当于继电器断开。因此，这些继电器在PLC 中称为“软继电器”。4.FX系列PLC型号的意义三菱公司FX系列PLC型号的意义如下：任务一三相异步电动机连续运行控制任务二三相异步电动机正反转控制任务三 三相异步电动机点动与连续控制任务四电动机的间歇控制任务五 三相异步电动机星形-三角形降压启动控制(一)任务六 液体混合装置控制任务七电动机手动/自动星形-三角形降压启动控制【项目概述】通过前面介绍已经熟悉了继电接触器控制电路，应用PLC内部继电器、定时器、计数器等软元件可将继电接触器控制电路转变
19、为PLC梯形图。应用PLC基本指令通过计算机对PLC进行程序编辑、调试、修改及运行状态的监视。完成编程工作后，安装、连接好PLC外部电路即可完成一个PLC控制电路。任务一三相异步电动机连续运行控制【任务目标】(1)能将用继电器控制的三相异步电动机连续运行电路转变为PLC梯形图。(2)懂得PLC程序设计步骤及PLC基本指令的意义与应用。【任务分析】在“电机与电气控制技术”课程中，我们学习了由继电器、接触器、按钮(或开关)等组成的继电接触器控制系统控制电动机的启动、反向、调速、停车等操作，对用接触器控制三相异步电动机连续运行的电路比较熟悉，如图3-1所示。下面将介绍用PLC实现三相异步电动机连续运
20、行控制。【知识链接】1.主电路PLC实现三相异步电动机连续运行控制的主电路与用接触器控制三相异步电动机连续运行的电路一样。2.控制电路在继电器控制电路中，接触器KM的线圈由相关触点连接的电路驱动，如图3-1(b)所示。在PLC控制电路中，KM线圈与PLC输出继电器Y的输出点(Y0、Y1、Y2)相连接，由PLC驱动。这里设定Y0与KM线圈相连接。启动按钮SB1、停止按钮SB2、热继电器KH常闭触点等作为输入量分别与PLC的输入端子X0、X2、X4相连接。因此，可确定I/O地址(编号)的分配，参见表3-1。3.常闭触点输入在梯形图中的处理在继电器控制电路中停止按钮总是采用常闭触点。在PLC控制电路
21、中，如果输入端(X0、X1、)输入常闭触点，如图3-2中X2、X4，则它们对应的输入继电器线圈 、得电，相应的常开、常闭触点动作，即常开触点闭合、常闭触点断开，但在梯形图中只能出现输入继电器的常开、常闭触点，而不能出现输入继电器的线圈。因此，如果PLC的输入为常闭触点，则其在梯形图中应为常开触点。所以，对于停止按钮和热继电器的输入可采用两种方法处理。方法一：停止按钮和热继电器均采用常闭触点输入，则其在梯形图中应为常开触点。方法二：停止按钮和热继电器均采用常开触点输入，则其在梯形图中应为常闭触点。4.梯形图程序设计与原理分析对照继电器控制电路图3-1(b)进行梯形图程序设计。输入触点采用上述方法
22、一(即停止按钮和热继电器均采用常闭触点输入)，输出继电器为Y0对应KM，则电动机连续运行控制的梯形图程序设计如图3-3所示。在图3-3中，左右两边的粗竖线为左、右母线，相当于继电器控制电路中的电源线。当PLC上电时，由于停止按钮SB2和热继电器KH采用常闭触点输入，因此对应输入继电器X2、X4的线圈得电，其常开触点X2、X4闭合。按下启动按钮SB1，常开触点X0闭合，则输出继电器Y0线圈得电，Y0的常开触点闭合自锁，使交流接触器KM线圈得电，KM主触点闭合，电动机得电连续运行。按下停止按钮SB2，输入继电器X2的线圈失电，其常开触点X2恢复断开，Y0线圈失电，Y0的常开触点恢复断开解除自锁，K
23、M线圈失电，KM主触点断开，电动机失电停止运行。如果电动机过载，那么KH常闭触点断开，X4断开，Y0线圈失电，电动机失电停止运行。任务二三相异步电动机正反转控制【任务目标】(1)能熟练地将用继电器控制的三相异步电动机正反转控制电路转变为PLC梯形图。(2)在电脑监视状态下观察PLC内部软元件联锁的情形并能理解其意义。【任务分析】用按钮、接触器双重联锁控制三相异步电动机的正反向运行，在安装接线时比较繁琐，很容易出错，尤其是按钮联锁部分的接线更是容易出错。如果用PLC程序完成控制电路，用PLC内部软元件进行联锁，那么安装接线就容易得多了。【知识链接】下面介绍PLC的工作原理。可编程序控制器由于采用
24、了与微型计算机相似的结构形式，其执行指令的过程与一般的微型计算机相同，但是其工作方式却与微型计算机有很大的不同。微型计算机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有键被按下或I/O动作时，则转入相应的子程序；若无键被按下，则继续扫描。PLC则采用循环扫描的方式，其工作过程如图3-9所示。1初始化可编程序控制器每次在电源接通时，将进行初始化工作，主要进行清零操作，初始化完成后则进入周期扫描工作方式。2公共处理公共处理部分主要包括：(1)监视钟清零。(2)输入/输出部分检查。(3)存储器检查及用户程序检查。3通信PLC检查是否有与编程器或计算机通信的要求，若有，则进行相
25、应的处理。4读取现场信息PLC在这段时间对各输入端扫描，将各输入端的状态送入输入状态寄存器中，这就是输入取样阶段。5执行用户程序PLC的CPU将用户程序的指令逐条调出并执行，以对最新的输入状态和原输出状态(这些状态也称为数据)进行处理，即按用户程序对数据进行算术运算和逻辑运算，然后将运算结果送到输出寄存器中。任务三 三相异步电动机点动与连续控制【任务目标】(1)掌握FX系列PLC内部辅助继电器在编程中的使用。(2)学习PLC编程的逻辑思维方法。(3)学习输出端采用多个电源等级的接线方法。【任务分析】输入/输出(软)继电器是PLC与外部设备(或元器件)联系的窗口。但PLC内部有很多继电器如辅助(
26、中间)继电器、时间继电器、计数器等，它们既不能用来接收外部的用户信号，也不能用来驱动外部负载，只能用于编制程序，完成一定的功能，这些内部继电器的线圈和接点都只能出现在梯形图中。本任务主要介绍内部辅助继电器的特点、功能及其在编程中的应用方法。【知识链接】1辅助继电器(M)PLC中有许多辅助继电器，其作用相当于继电器控制电路中的中间继电器，常用于中间状态变换、存储或中间信号变换等。辅助继电器线圈的通断状态只能由内部程序驱动，如图3-14所示。每个辅助继电器都有无数对常开、常闭触点供编程使用。但它们的触点不能直接输出驱动外部负载，只能用于在程序中驱动输出继电器的线圈或其他继电器的线圈，再用输出继电器
27、的触点驱动外部负载。在图3-14(a)中，X0=ONM0线圈得电置1，M0常开触点闭合自锁M0线圈保持得电状态M0又一常开触点(梯形图第三行)闭合Y0线圈得电置1。继电器M0线圈得电置1，它的常开、常闭触点就动作，这与“硬继电器”在分析问题时完全相同。图3-14(b)是辅助继电器常开、常闭触点的符号。PLC中常开、常闭触点及线圈的符号是通用的，标注不同的文字符号，就代表不同的继电器，完成相应的功能。辅助继电器可分为通用型和掉电保持型两种。FX系列通用型辅助继电器的编号为：M0M499(共500点)。FX系列掉电保持型辅助继电器的编号为：M500M1023(共524点)。掉电保持型辅助继电器具有
28、记忆功能，在掉电时，其存储的数据和状态由PLC内锂电池保护，不会丢失，当电源恢复供电时即可再现掉电前的状态。在实际生产中，如PLC在运行时因某种原因突然停电，但有时需要保持停电前的状态，以使来电后机器可继续进行停电前的工作或保持停电前的状态，这就需要应用掉电保持型辅助继电器。2特殊辅助继电器 特殊辅助继电器是具有特定功能的继电器。特殊辅助继电器编号为：M8000M8255，共256点。根据使用的不同，特殊辅助继电器可以分为两大类：(1)线圈只能由PLC自行驱动，用户编程时只能利用其触点的特殊辅助继电器。这类特殊辅助继电器常用作时基、状态标志或专用控制元件出现在程序中。例如：M8000运行(RU
29、N)监视，在PLC运行时自动接通。当PLC运行时，M8000线圈一直处于接通状态，可以利用其触点驱动输出继电器Y，在外部监视程序是否处于运行状态。M8002初始化脉冲，只在PLC开始运行的第一个扫描周期接通。每当PLC程序开始运行时，M8002线圈接通一个扫描周期后即失电。因此，常用M8002的触点来将短脉冲信号加至计数器、状态器等进行初始化复位。图3-16所示为特殊辅助继电器的工作波形。M8012100 ms时钟脉冲；M80131s时钟脉冲。当PLC运行时，M8012、M8013分别产生周期为100ms、1s的时钟脉冲。将它们的触点与输出继电器Y串联，可产生相应的闪烁信号；若将它们的时钟脉冲
30、信号送入计数器作为计数信号，可起到定时器的作用。(2)可驱动线圈型特殊辅助继电器，这类特殊辅助继电器的线圈可由用户驱动，线圈驱动后，PLC将做特定动作。任务四电动机的间歇控制【任务目标】(1)掌握三菱PLC内部定时器T、计数器C的特点及其在编程中的使用。(2)掌握PLC编程的逻辑思维方法。(3)学习定时器、计数器在编程中的技巧。【任务分析】生产中有些机械设备是按一定的时间关系即时间控制原则工作的。例如，电动机的降压启动、制动及变速过程中，利用时间继电器按一定的时间间隔改变控制电路的接线方式，以自动完成电动机的各种控制要求。在继电器控制系统中，机械式时间继电器精确度较差，动作误差大，且体积大、成
31、本高。而PLC中的定时器精确度高，可精确到1 ms且可调用的定时器数量多，编程方便。本任务主要介绍PLC内部定时器T、计数器C的特点及其在编程中的使用方法。【知识链接】1定时器(T)定时器相当于继电器电路中的时间继电器，均为通电延时型，在程序中可作延时控制。FX2N系列PLC定时器有以下四种类型：(1)100 ms定时器：T0T199，共200点，最小设定单位为0.1 s，计时范围为0.13276.7 s。(2)10 ms定时器：T200T245，共46点，最小设定单位为0.01 s，计时范围为0.01327.67 s。(3)1 ms积算定时器：T246T249，共4点(中断动作)，计时范围为
32、0.00132.767 s。(4)100 ms积算定时器：T250T255，共6点，计时范围为0.13276.7 s。定时器分为普通定时器和积算定时器两种。普通定时器没有后备电源，在定时过程中，若遇停电或驱动定时器线圈的输入断开，则定时器不保存计数值；当复电或驱动定时器线圈的输入再次接通后，计数器又从零开始计数。由于积算定时器有后备电源，当定时过程中突然停电或驱动定时器线圈的输入断开，定时器将保存当前值；在复电或驱动定时器线圈的输入接通后，计数器将继续计数，直到与原来设定值相等为止。2计数器(C)计数器在程序中用作计数控制。FX2N系列PLC可分为内部计数器和高速计数器。内部计数器是对机内元件
33、(X、Y、M、T、S和C)的信号进行计数。其接通(ON)和断开(OFF)时间比PLC的扫描周期长。对高于机器扫描频率的信号进行计数，需用高速计数器。1)16位加计数器(设定值：132 767)(1)通用型：C0C99(100点)。(2)掉电保持型：C100C199(100点)。16位加计数器指其设定值及当前寄存器为二进制16位寄存器，设定值在K1K32767范围内有效(K表示十进制数)。2)32位双向计数器 双向计数器既可设置为加计数器，又可设置为减计数器。在FX2N系列的PLC中有两种32位双向计数器。一种是通用型计数器，元件编号为C200C219，共20点；另一种为掉电保持型计数器，元件编
34、号为C220C234，共15点。计数器的表示方法与定时器的相同。3ALT交替输出指令如图3-21所示，第一次按下按钮X0时，输出Y0置1；再次按下X0，输出Y0置0，如此反复交替进行，可达到单按钮实现电动机启停的目的，而且程序简单、易编写、易理解。指令中的P表示脉冲型。任务五 三相异步电动机星形-三角形降压启动控制(一)【任务目标】(1)通过三相异步电动机星形-三角形降压启动控制编程，进一步掌握PLC控制程序按时间控制原则编程的逻辑思维方法。(2)进一步学习PLC的I/O接线和程序的调试与修改。【任务分析】星形-三角形降压启动是大功率电动机常用的一种降压启动形式。在继电器控制系统中，降压启动控
35、制电路相对较复杂，接线易出差错，故障检修也有一定的难度。采用PLC控制极大地简化了控制电路的接线，检修也会变得容易多了。【知识链接】梯形图与继电接触器控制电路图在结构形式和元件符号等方面很相似，但也有很多不同之处，梯形图编写具有自己的编程规则。(1)左右母线。梯形图中最左边垂直线称为左母线，最右边垂直线称为右母线。画梯形图时，每一个逻辑行必须始于左母线而终于右母线。但为了简便起见，右母线经常省略。左母线只能接各种继电器的触点，而不能直接继电器的线圈，如图3-28(a)所示是错误的梯形图。如需线圈直接接在左母线上，可以通过一个在本程序中没有使用的继电器的常闭触点或者特殊继电器，如用M8000(P
36、LC运行时接通)进行连接，如图3-28(b)所示。右母线只能接各种继电器的线圈而不能接继电器的触点，图3-28(c)所示是错误的梯形图，应修改为图3-28(d)所示形式。(2)输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等内部软元件的触点可以多次重复使用，不需要使用复杂的程序结构来简化触点的使用次数。(3)同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。双线圈输出容易造成程序运行错误，应尽量避免双线圈输出，这与触点的使用不同，如图3-28(e)中的M0。(4)两个或两个以上的线圈可以并联输出，如图3-28(f)所示。(5)尽量把串联触点多的电路块放在最上边，把并联触点多的电路块放在最左边，以
37、节省指令，减少程序步，提高PLC读取程序的速度，同时起到美观的作用，如图3-29所示。任务六 液体混合装置控制【任务目标】(1)掌握脉冲型微分输出指令PLS、PLF在编程中的使用方法。(2)进一步掌握顺序控制编程方法。【任务分析】在工业生产中，生产设备上装有各种检测、控制装置，使设备按一定的顺序工作，以保证配料、加工的准确性，提高产品的质量。本任务主要介绍化工、医药等行业中常用的液体或微粒混合装置的控制编程方法和微分输出指令在编程中的使用。【知识链接】PLC的CPU工作时，每个扫描周期都会将用户程序指令逐条调出执行，有的功能指令在每个扫描周期都会执行一次，但有时我们要求其对某个操作或指令只执行
38、一次，所以就用到脉冲型微分输出指令PLS、PLF。脉冲型微分输出指令PLS、PLF主要用于检测输入脉冲的上升沿与下降沿，当条件满足时，使操作元件Y或M的线圈产生宽度为一个扫描周期的脉冲信号输出。PLS、PLF指令在梯形图中需用功能指令符号“”。1PLS指令PLS指令仅在输入信号发生变化时有效，它在输入信号的上升边沿触发。其使用方法如图3-34所示。当X0闭合时，M0闭合一个扫描周期(只有12 ms)。2PLF指令PLF指令是指在输入信号下降边沿触发的指令。其使用方法如图3-35所示。当X0闭合后再断开的一瞬时，M1闭合一个扫描周期；当X1断开的一瞬时，Y0闭合一个扫描周期。任务七电动机手动/自
39、动星形-三角形降压启动控制【任务目标】(1)学习触点型边沿检出指令的应用。(2)学会公共部分的程序设计。(3)进一步学习功能指令的应用。【任务分析】生产实践中有些设备往往有几种启动方式，但控制电器和指示电器是不变的，因此在做程序设计时要兼顾公共部分，减少设计步数，合理调用电器。【知识链接】1触点型边沿检出指令LDP、LDF触点型边沿检出指令是常开触点在闭合的上升沿或断开的下降沿产生的信号。它包括上升沿检出指令(指令符LDP)和下降沿检出指令(指令符LDF)，其在梯形图中可串联也可并联，使用方法和一般的触点相同。(1)(指令符LDP)元件为接通状态时，只在操作元件置于ON状态时产生一个扫描周期的
40、接通脉冲信号。(2)(指令符LDF)元件为断开状态时，只在操作元件由ONOFF状态时产生一个扫描周期的接通脉冲信号。2.LDP与LDF指令实践应用某设备有两台电动机M1和M2，为了减少两台电动机同时启动对供电线路的影响，M1启动后，延时23 s，M2启动，两台电动机的启动只采用一个启动按钮。程序设计梯形图如图3-39所示，PLC输出端口Y0和Y1连接的交流接触器控制M1和M2。启动和停止按钮分别是X0和X1。程序工作原理说明：按下启动按钮X0，执行语句0 LDP X0，LDP X0在第一个扫描周期内控制输出继电器Y0得电并自锁，M1启动。松开启动按钮X0的瞬间，X0由ONOFF状态，执行语句5
41、 LDF X0，则在其后的第一个扫描周期内控制输出继电器Y1得电并自锁，M2启动。按下停止按钮，Y0和Y1均断电解除自锁，M1和M2断电停机。时序图如图3-40所示。【任务目标】(1)能熟练地将用继电器控制的三相异步电动机正反转控制电路转变为PLC梯形图。(2)在电脑监视状态下观察PLC内部软元件联锁的情形并能理解其意义。【任务分析】用按钮、接触器双重联锁控制三相异步电动机的正反向运行，在安装接线时比较繁琐，很容易出错，尤其是按钮联锁部分的接线更是容易出错。如果用PLC程序完成控制电路，用PLC内部软元件进行联锁，那么安装接线就容易得多了。任务一 工作台自动往返控制任务二 宾馆自动门程序控制任
42、务三 交通信号灯自动控制任务四 送料小车多位置卸料自动循环控制【项目概述】在工业控制中，除了过程控制系统外，大部分控制系统属于顺序控制系统。所谓顺序控制系统，是指按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，控制生产过程中的各个执行机构自动、有序地进行操作的过程。一套完善的顺序控制系统中，为了适应各种功能要求，需有手动控制、点动控制、自动控制和回原点控制功能等，要实现这些复杂的功能，若用基本指令编程的思想完成编程设计就显得相当复杂，而且设计出来的梯形图可读性差，调试、修改难度大，也很难从梯形图中看出工艺过程的控制思想。为此，PLC提供了两条步进顺序控制指令，利用这
43、种指令可将一个复杂的工作流程分解为若干个简单的工步，对每个工步编程就简单多了。本项目主要介绍步进指令编程思想和方法。任务一 工作台自动往返控制【任务目标】(1)掌握PLC状态转移图的概念和构成方法。(2)掌握FX系列PLC状态转移图转变为梯形图的方法即步进指令的使用方法。(3)掌握步进指令的计算机输入、调试与监视方法。【任务分析】工作台自动往返是指工作台按照生产工艺预先规定的顺序要求工作，其工作过程有时间控制、开关控制等，程序设计较复杂。本任务就是要将复杂程序分解为多个工步进行设计，化复杂为简单，提高编程效率和程序阅读效率。【知识链接】步进指令是专门用于步进控制程序编写的。所谓步进控制，是指控
44、制过程按“上一个动作完成后，紧接着做下一个动作”的顺序控制。用步进指令设计程序时，为了方便、明了，往往是先分析或写出控制过程的工艺流程，根据工艺流程设计状态转移图，由状态转移图再写出梯形图。1.状态转移图状态转移图是一种将复杂的任务或工作过程分解成若干工序(或状态)表达出来，同时又反映出工序(或状态)的转移条件和方向的图。它既有工艺流程图的直观，又有利于复杂控制逻辑关系的分解与综合的特点。2.状态转移图的构成状态转移图是按工艺过程分步(状态)表达的控制意图，也称为顺序功能图(简称SFC图)。它将一个复杂的顺序控制过程分解为若干个状态，每个状态具有不同的动作，状态与状态之间由转移条件分隔，互不影
45、响。当相邻两状态之间的转移条件得到满足时，就实现转移，即上一个状态的动作或运动结束而下一个状态的动作或运动开始。例如，大家熟悉的工作台往返运动如图4-1(a)所示，按下启动按钮X0，工作台前进(向右)碰到右限位开关X1后转为后退(向左)，后退碰到左限位开关X2后停5 s，5 s后自动前进，再碰到右限位开关X1后转为后退，后退碰到左限位开关X2后停止运动(等待下次启动)。将整个运动过程分解为状态(或步、工序)，如图4-1(b)所示；将图4-1(b)的运动过程用状态转移图表示，如图4-1(c)所示，其中S是状态元件(或称状态器)，是构成状态转移图的基本元素，是PLC的软元件(符号为S)，在状态转移
46、图中用 S 表示，FX2N系列PLC有1000个状态元件。S0S9(共10点)：初始状态器，是状态转移图的起始状态。S10S19(共10点)：返回状态器，用作返回原点的状态。S20S499(共480点)：通用状态器，用作状态转移图的中间状态。S500S899(共400点)：保持状态器，具有掉电保持功能的通用状态器。S 900S999(共100点)：报警用状态器，用作报警元件使用。图4-1(c)状态转移图工作流程说明：程序开始，应进行初始的启动，使S0有效(执行S0状态的相关动作，如清零等)。当转换条件X0(启动按钮)动作接通(为ON)时，状态由S0转移到S20，在S20状态下，Y0接通，工作台
47、前进；S0状态自动切断。当碰到SQ2，转换条件X1动作，状态由S20转移到S21，在S21状态下，Y1接通，工作台后退；S20状态自动切断。当碰到SQ1，转换条件X2动作，状态由S21转移到S22，在S22状态下，定时器开始计时，计时时间完成后，T0将S22状态切断转移到S23状态3.构成状态转移图应注意的事项(1)状态元件序号从小到大，不能颠倒，但可缺号。(2)转移到下一个状态后，上一个状态自动复位即自动切断。(3)状态激活后，其后梯形图输出驱动分支次序为：先直接驱动，再条件驱动，最后为转移条件驱动。(4)如状态内采用输出指令OUT，当状态转移后，停止执行；但采用SET指令时，当状态转移后，
48、继续执行，直至遇到RST指令才停止执行。(5)可存在双线圈，即在不同状态下，对同一元件多次执行OUT指令，例如在不同状态下，多次出现OUT Y0等。(6)步进指令(STL)之后的程序中不允许使用主控MC/MCR指令。(7)在状态转移中，在一个扫描周期内可能有多个状态同时动作。不允许同时动作的负载必须有联锁措施，相邻的两个状态不能使用同一个定时器。(8)状态置位的瞬间是一个脉冲信号，可进行计数。4.状态转移图转变为梯形图状态转移图建立后，需转变为梯形图或指令表才能输入PLC运行，FX2N系列PLC采用步进指令将状态转移图转变为梯形图。步进指令的梯形图如图4-2所示。STL指令：步进开始指令，从主
49、母线上引出状态接点，激活该状态。RET指令：步进结束指令，步进顺控程序执行完毕，返回主母线。步进指令的最后接一条RET指令，表示步进指令执行完毕且必须有RET指令。例如，在图4-1(d)中，PLC开始运行时，M8002闭合瞬间，将S0置位，在S0状态下，按下X0，置位S20，在S20状态，Y0置位，工作台前进；碰到转移条件X1，X1闭合，置位S21并自动切断S20，此时Y1置位，Y0复位(断开)在状态S24，当转移条件X2闭合，置位S0，程序返回S0状态，并且用RET结束步进指令。任务二 宾馆自动门程序控制【任务目标】(1)进一步掌握由生产工艺流程转变为状态转移图方法。(2)掌握状态转移图内部
50、跳转与循环(计数)顺序控制。(3)熟练掌握FX系列PLC状态转移图转变为梯形图的方法。【任务分析】在现代工业生产中，生产过程一般是按照一定的顺序重复循环的，如化工原料按一定比例配料的重复循环过程，洗衣机洗涤过程的重复循环，宾馆、银行、会议厅的门自动往复开关等。它们的控制过程都遵循一定的规律：内部跳转与顺序循环控制。本任务探讨全自动洗衣机顺序循环过程和宾馆自动门往复开关程序控制过程。任务三 交通信号灯自动控制【任务目标】(1)掌握FX系列PLC状态转移图选择性流程编程方法。(2)进一步掌握PLC状态转移图编程方法及其转变为梯形图的方法。【任务分析】现代都市车如流水，人来人往，繁忙的马路上交通信号
