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1、武 汉 软 件 工 程 职 业 学 院WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING,机电设备电气控制系统设计与装调,20162017学年秋季机械工程学院机自专业15034总90学时/周7学时,可编程控制器技术FX3U(2N)三菱PLC,教师：梁启裕个人网站,武 汉 软 件 工 程 职 业 学 院WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING,03,04,02,Contents,Contents,课程简介课程性质、学习方法,03,04,04,项目一、PLC基本知识认知、结构、历史
2、发展、应用、编程语言,03,04,08,补充项目、电气控制基础常用低压电器、电气基本控制线路,项目二、PLC实现电动机启停控制工作原理、软元件、I/O分配、逻辑指令,03,项目三、PLC实现电动机正反转控制编程规则、逻辑块、栈、主控指令,03,项目四、PLC实现电动机顺序启停控制编程方法、定时器应用,03,项目五、PLC实现物料输送线控制计数器应用、脉冲指令,项目六、PLC实现组合机床控制状态转移图SFC、步进指令,03,项目七、PLC实现大小球传送控制SFC设计、选择性、并行性流程,03,项目八、PLC实现工作台自动往返控制功能指令、复杂程序编制,03,项目九、提高篇模拟量控制、网络通信,0
3、6,08,08,08,08,14,16,06,【项目引入】电动机是拖动控制系统的主要控制对象，在工业控制中，被控对象有很多运行方式，点动、连续控制等。本学习情境中，以广泛使用的三相鼠笼型异步电动机为对象，主要介绍PLC如何实现电动机启停控制，学会如何利用PLC来实现电动机的点动与连续的复合控制。【学习目标】（1）掌握电动机的点动和连续控制电路。（2）掌握PLC在对象控制时，I/O点的确定，能实际正确接线。（3）熟悉PLC软元件的应用，并掌握PLC的扫描工作过程。,项目二 PLC实现电动机启停控制,项目二 PLC实现电动机启停控制,任务一 控制分析与硬件接线,一、电气控制电路及分析,接触器实现电
4、动机启停的控制电路图,项目二 PLC实现电动机启停控制,几点说明：（1）自锁触头：放开按钮SB2，接触器线圈失电，在启动按钮SB2两端并联接触器KM的辅助动合触头，以保证启动后，放开按钮SB2，接触器线圈仍处于通电状态。这种自身触头的动闭保证自身线圈不失电的控制称为自锁控制，该触头称为自锁触头。（2）短路和过载保护:电路中安装熔断器和热继电器，具有短路和过载保护的功能。接触器自身具有欠压保护作用，接触器与按钮配合使用，当突然断电时，自锁触头断开，故再次来电时，电动机不会自行启动工作。该电路还具有欠压和失压保护的功能。,项目二 PLC实现电动机启停控制,二、PLC控制I/O分配表,PLC的I/O
5、接线图,请同学们思考并比较一下两种控制的区别。,编好的程序已写入到PLC内部去了,项目二 PLC实现电动机的启停控制,三 I/O硬件接线图,项目二 PLC实现电动机启停控制,（1）在PLC的外接触点中，大部分按钮触点均使用动合触点，少数如（急停按钮和过载保护触点）使用动断触点，有关外接动断触点的使用，在后面单元中具体介绍。（2）对于PLC的输出端子来说，允许的额定电压为220V，因此需要将原线路图中接触器的线圈电压由380V改为220V，以适应PLC的输出端子需要。,任务二 梯形图的设计与分析,项目二 PLC实现电动机启停控制,一、梯形图的设计,项目二 PLC实现电动机启停控制,继电器电路符号
6、与梯形图符号对照表,手工绘制的常见形式,项目二 PLC实现电动机启停控制,（1）梯形图是按从上到下的顺序绘制，两侧的竖线类似于继电器电路图的电源线，通常称作母线（有的时候只画左母线）。两母线之间是内部继电器动合、动断触点以及继电器线圈或功能指令组成的一条条平行的逻辑行（或称梯级），每个逻辑行必须以触点与左母线连接开始，以线圈或功能指令与右母线连接结束。（2）继电器电路图中的左、右母线为电源线，中间各支路都加有电压，当支路接通时，有电流流过支路上的触点与线圈。而梯形图的左、右母线并未加电压，梯形图中的支路接通时，并没有真正的电流流动，只是为分析方便的一种假想的“电流”，且只能从左向右流动。（3）
7、梯形图中使用的各种器件（即软元件），如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器等，是按照继电器电路图中相应的名称称呼的，并不是真实的电器器件（即硬件继电器）。梯形图中的每个触点和线圈均与PLC存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应，若该存储单元为“1”，则表示动合触点闭合（即动断触点断开）和线圈通电；若为“0”，则表示动合触点断开（即动断触点闭合）和线圈断电。,项目二 PLC实现电动机启停控制,（4）梯形图中输入继电器的状态唯一地取决于对应输入电路中输入信号的通断状态，与程序的执行无关。因此，在梯形图中输入继电器不能被程序驱动，即不能出现输入继电器的线圈。（5）梯形图中辅助继电器相当于继电器
8、电路图中的中间继电器，是用来保存运算的中间结果的，不对外驱动外部负载，外部负载只能由输出继电器来驱动。（6）梯形图中各软元件的触点既可动合，又可动断，其动合、动断触点的数量是无限的（也不会损坏），梯形图程序设计时需要多少就使用多少，但PLC输入、输出继电器的硬触点是有限的，需要合理分配使用。（7）继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处于受制状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不应吸合的继电器都因受某种条件限制不能吸合；而在梯形图的控制线路中，图中各软继电器处于周期性循环扫描控制中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序中控制这些继电器的顺序。（8）梯形图修改方便，适应性强。继
9、电器控制电路一旦构成，其功能单一，修改困难。,二、运行控制的实现,程序执行阶段,内部处理阶段,通信操作阶段,输入处理阶段,输出处理阶段,：,运行模式RUN,停止模式STOP,：,循环扫描方式,：,PLC 工作原理分析,项目二 PLC实现电动机启停控制,RUN,STOP,项目二 PLC实现电动机启停控制,(1)内部处理阶段：检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。(2)通信操作阶段 在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。,PLC的扫描工作过程 分析,项目二 PLC实现电动机启停控制,(3)输入处理阶段也叫输入采样阶段。C
10、PU顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。(4)程序执行阶段按先上后下、先左后右的顺序（跳转指令除外），对梯形图程序进行逐句扫描并根据各映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关的映像寄存器中。(5)输出处理阶段 将所有输出映象寄存器中的Y寄存器的状态，转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。,项目二 PLC实现电动机启停控制,图2-7 PLC执行程序的过程,项目二 PLC实现电动机启停控制,（1）循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是“串行”工作的，这和传统的继电器控制系统“并
11、行”工作有质的区别，PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。（2）由于PLC是循环扫描工作的，在程序处理阶段即使输入信号的状态发生了变化，输入映像区的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。暂存在输出映像区中的输出信号要等到一个循环周期结束，PLC集中将这些输出信号全部输送给输出储存内存后才能对外起作用。由此可以看出，全部输入输出状态的改变，需要一个扫描周期。（3）扫描周期是PLC的重要指标之一，其典型值约为1100ms。扫描周期的长短取决于扫描速度和用户程序的长短。,项目二 PLC实现电动机启停控制,项目二 PLC实现电动机启停控制,观察实训（实验）
12、台，按图2-2接好PLC的I/O接线。（SB1、SB2、FR用动合的按钮）。在GX Developer软件中输入图2-4所示的梯形图，下载到PLC，并将PLC置于RUN方式。按下按钮SB2、SB1，观察实训（实验）中的电动机运行情况，小组讨论、分析原因。,注意：为了安全，同学们用指示灯来模拟代替电动机。,编程元件是可编程控制器内部设置的具有各种功能的、能方便地执行控制过程逻辑关系的元器件。例如，输入继电器X、输出继电器Y、定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态继电器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z等。这些都并非实际的物理元件，是PLC的“软元件”，对应的是计算机的存储单元。,三菱FX系列PL
13、C的编程元件的名称由两部分组成：前面是代表元件性质类型的英文字母，后面是代表元件序号的数字，以区别同一类元件的不同个体。,任务三 PLC软元件X,Y,M的使用,项目二 PLC实现电动机启停控制,一、输入继电器X,FX系列PLC的输入继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时最多可达184点，FX3U系列可以为248点。其编号为X000X007、X010 X0l7、X260X267(写成X0X7、X10Xl7、X260X267，也是允许的)。,输入继电器是PLC接收外部开关信号的窗口，PLC接线端子的每个接线点均对应一个输入继电器，如图2-8所示为PLC控制系统示意图。PLC的一个输入端口
14、对应一个输入继电器，输入继电器是PLC接收外部开关量信号的窗口。在梯形图中，输入继电器X只有动合、动断触点的形式，不会出现线圈。可以认为输入继电器X触点的动作直接由机外条件决定，并且作为PLC其他编程元件线圈的工作条件(输入条件)。在梯形图中，输入继电器有无限多个的动合触点和动断触点，可以多次使用。,项目二 PLC实现电动机启停控制,PLC控制系统示意图,项目二 PLC实现电动机启停控制,二、输出继电器Y,FX系列PLC的输出继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时最多可达184点，其编号为Y000YOO7.Y010YOl7、Y260Y267（写成YOY7、Y1OYl7、Y260Y26
15、7，也允许）。,输出继电器与PLC的输出端子相连，是PLC向外部负载发送信号的窗口。PLC的一个输出端口对应一个输出继电器，PLC通过它驱动输出负载或下一级电路，它反映了PLC程序执行的结果。输出继电器的线圈必须由程序驱动，不能直接接在左母线上，它的动合、动断触点可用作其他元件的工作条件。在梯形图中，每一个输出继电器的动合触点和动断触点都有无限多个，可以多次使用。,项目二 PLC实现电动机启停控制,三、辅助继电器M,辅助继电器是PLC的一种典型的机内软元件，它不能直接接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载。它在PLC中的作用相当于继电接触器控制系统中的中间继电器。辅助继电器主要有以下三种类
16、型：,辅助继电器M,特殊辅助继电器,项目二 PLC实现电动机启停控制,1.一般型辅助继电器M0M499(500点)通用型辅助继电器的主要用途是信号传递和放大，实现多路同时控制，起到中间转换的作用。它具有线圈和触点两种形式，与输出继电器相似，其线圈只能由程序驱动，其触点是内部触点。,2.掉电保持型辅助继电器掉电保持型辅助继电器具有记忆功能，即PLC外部电源停电后，由机器内部锂电池为某些特殊工作单元供电，将掉电保持型辅助继电器在停电舱的状态保存下来，PLC再通电时，这些辅助继电器的状态与停电前一样。,项目二 PLC实现电动机启停控制,FX2N系列PLC为M500M3071，共2572点。其中M50
17、0M1023区间可以通过参数单元设置为一般辅助继电器。FX3U系列PLC为M500M7679，共7180点。,此程序中，M500具有掉电保持功能。,项目二 PLC实现电动机启停控制,3特殊辅助继电器(1)触点利用型 这种辅助继电器在用户程序中只使用其触点，不能出现它们的线圈(线圈由PLC自行驱动)，这类元件常用作时基、状态标志或专用控制出现在程序中。如：M8000：PLC运行标志M8002：初始脉冲M8005：锂电池电压降低指示 M8011M8014：10 ms，100 ms，1 s和1 min时钟脉冲触电利用型示意图如图4-12所示。,项目二 PLC实现电动机启停控制,(2)线圈利用型由用户
18、程序驱动其线圈，使PLC执行特定的操作，用户不使用它们的触点。如：M8030的线圈通电后，“电池电压降低”发光二级管熄灭M8033的线圈通电时，PLC进入STOP状态后，所有输出继电器的状态保持不变M8034的线圈通电时，禁止所有输出M8039的线圈通电时，PLC以D8039中指定的扫描时间工作,项目二 PLC实现电动机启停控制,（1）讨论并分析图中，辅助继电器M1、M2的作用。,项目二 PLC实现电动机启停控制,讨论图所示。M500已经接通，如果临时停电再来电，Y000处什么状态？,项目二 PLC实现电动机启停控制,将图2-12所示的梯形图输入上传到PLC中，在实训装置中将Y000和Y001
19、接上指示灯，观察指示灯的亮灭情况，并分析。,项目二 PLC实现电动机启停控制,基本逻辑指令是PLC最基础的编程语言，掌握了基本逻辑指令也就初步掌握了PLC的使用方法。由于PLC生产厂家多，其梯形图的形式有所不同，指令系统也不一样。本教材以三菱FX系列PLC的基本逻辑指令为例，说明指令的含义、梯形图与指令的对应关系。,一、LD、LDI与OUT LD，取指令，表示一个与输入母线相连的动合接点指令，即动合接点逻辑运算起始。LDI，取反指令，表示一个与输入母线相连的动断接点指令，即动断接点逻辑运算起始。OUT，线圈驱动指令，也叫输出指令。,任务四 基本逻辑指令的学习,项目二 PLC实现电动机启停控制,
20、梯形图,指令表,项目二 PLC实现电动机启停控制,OUT 指令的连续输出,OUT指令使用后，通过对其他线圈使用OUT指令称为连续输出。,项目二 PLC实现电动机启停控制,实例一：门铃电路,控制要求：按下门铃按钮X0，门铃Y0就发出音乐声。,在工业控制中，这种工作方式也叫“点动”。在机床加工时的对刀、移动设备时的定位，“点动”这项功能经常要用到。,项目二 PLC实现电动机启停控制,实例二：水位自动控制,控制要求：水位自动控制在生产、生活中应用很广泛。控制水位的目的是为了防止水位过高而溢出。水位控制器通常是一只传感器，在未到预定水位，传感器的开关是闭合的，电路接通，水泵工作；当水位到达预定位置时，
21、在传感器断开，水泵失电停止工作。传感器开关X1，水泵电动机Y1。,项目二 PLC实现电动机启停控制,二、AND与ANIAND，与指令，用于单个动合触点的串联。ANI，与非指令，用于单个动断触点的串联。,梯形图,指令表,项目二 PLC实现电动机启停控制,实例一：带两个钥匙的安全锁,控制要求：为了安全起见，有些自动柜是必须由带两个带锁的开关同时闭合后才能开启。X1、X2分别代表两个带锁的开关触点；Y0是开启自动门的电动机。,项目二 PLC实现电动机启停控制,实例二：与热继电器动断触点串联，具有过载保护功能,控制要求：X1是启动电动机的开关，X0是热继电器的触点；Y1是电动机。而当电动机过载时，X0
22、动作，电动机自动停止。,项目二 PLC实现电动机启停控制,三 OR与ORIOR，或指令，用于单个动合触点的并联。ORI，或非指令，用于单个动断触点的并联。,梯形图,指令表,项目二 PLC实现电动机启停控制,实例一：简单的带自锁的电路,控制要求：带自锁的电路又称为“启保停”电路，启动、停止、保持功能。,几点说明：（1）以上7条指令目标元件中的D.b只适用于FX3U系列PLC。（2）对于FX3U系列PLC以上7条指令均可以执行变址操作，而FX2N系列PLC不能执行。使用这些指令时请注意型号区别。,项目二 PLC实现电动机启停控制,项目二 PLC实现电动机启停控制,电动机点动与连续复合控制,项目二 PLC实现电动机启停控制,训练评价表,本 章 节 结 束,第二篇 应用篇,
