三菱可编程控制器PLC应用技术-

规模
向超小型和超大型方向发展
产品
规范化、标准化，出现通用编程语言
通讯
通讯、联网能力更强，与工业控制计算机组网
市场
出现PLC品牌垄断国际市场的局面
四、可编程控制器的发展前景
课程性质
《可编程控制器应用技术》 是电类和机电类专业的专业基础课
课程目的和要求
1．了解可编程控制器的基本结构、特点和应用场合 2．明确可编程控制器的硬件配置、工作原理和工作过程 3．掌握可编程控制器基本逻辑指令及编程方法，掌握编程软件的使用 4．熟悉可编程控制器功能指令及编程方法 5．能正确使用可编程控制器并完成I/O设备的接线 6．掌握程序设计的思想和方法 7．掌握程序运行和调试的方法，会分析实验与实训现象 8．具备阅读和分析实际应用程序与梯形图的能力 9．能借助产品说明书和技术手册，查阅有关数据和功能，正确使用PLC 10．能在生产现场进行简单的程序设计，运行、调试、维护PLC控制系统
绪论
一、可编程控制器的简史及定义 二、可编程控制器的特点 三、可编程控制器的应用 四、可编程控制器的发展前景 课程性质 课程目的和要求
一、 可编程控制器的简史及定义
60年代
继电接触控制系统
简单 易懂 价格便宜 接线复杂 改变设计困难
1969年美国数字设备公司（DEC），研制出世界 上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上 首次应用成功。
输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息（输出 信号），并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。
为了适应可编程控制器在工业生产现场的工作，对输入输出接口 有二个主要的要求：
良好的抗干扰能力 能满足工业现场各类信号的匹配要求
1.1.2 输入输出接口
可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元： 开关量输入接口 其作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器 内部处理的标准信号。 开关量输入接口按可接纳的外部信号电源的类型不同，分为直流输 入单元和交流输入单元。
PLC的硬件结构
用 户 输 出 设 备
I/O 扩展 接口
1.1.1 CPU模块
CPU模块（中央处理器+存储器） CPU是PLC的运算控制中心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运 算、数学运算、协调系统内部各部分的工作，其具体作用是：
接受、存储用户程序；
按扫描工作方式接收来自输入单元的数据和信息，并存入相 应的数据存储区；
1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程 序控制器（Programmable Controller），简称 PC。
为了和个人计算机（PC）相区别，将最初用于逻辑控制的可编 程控制器称为 PLC（Programmable logic Controller）。
1985年1月国际电工委员会（IEC）制定了可编程控制器的标准， 并定义了 PLC 。
学习方法
认真听课，注意老师对问题的分析，通过案 例分析和实训环节获得编程的思想和方法
理论联系实际，带着问题学，学深入 注重实训环节，训练应用PLC的技能 注意对知识的记忆和回味，几分耕耘、几分
收获
第1章 可编程控制器的硬件 构成及工作原理
1.1 可编程控制器的硬件构成
1.2 可编程控制器的工作原理
1．开关量输入接口
R1
R2
双向耦合器
C
R3
VD
~
交流电源
PLC内 部电路
图1.3 交流开关量输入单元
LED
1.1.2 输入输出接口
输入接口的接线方式（汇点式）
图1.4 输入电路的连接
1.1.2 输入输出接口
２．开关量输出接口 开关量输出接口，其作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机 构的各种开关信号。 考虑负载的驱动电源时，还需选择输出器件的类型。 继电器型的输出接口，可用于交流及直流两种电源，接通和断开 的频率低，带负载能力强； 晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱 动的场合；
可编程控制器是以微机技术为核心的通用工业自动控 制装置 ，简称 PLC。
一、可编程控制器的简史及定义
目前世界上生产品牌PLC的著名公司：
美国艾伦-布拉德利公司（ A-B ：Allen-Bradley） 德国西门子公司（Siemens） 法国的施耐德公司（ TE ：Telemecanique） 日本三菱公司（MITSUBISHI） 日本欧姆龙公司（OMRON） 日本富士电机公司（Fuji Electric） 日本东芝公司（TOSHIBA） 日本松下电工公司（MEW）等
一、可编程控制器的简史及定义 20世纪70年代中末期，PLC进入了实用化发展阶段 20世纪80年代初，PLC在先进工业国家广泛应用
20世纪末期，PLC已适应现代工业控制的需要
21世纪初的几年，随着计算机通讯技术的发展，PLC重点发展 了网络通讯能力，并广泛应用于工业控制系统的各个领域
一、可编程控制器的简史及定义
1.2.2 程序执行过程 程序执行阶段：
程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描； 如果程序用梯形图表示，则总是按先左后右、先上后下的顺序进行 扫描； 每扫描到一条指令时，所需要的输入元件状态或其它元件的状态分 别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而将执行结果写入 到元件映像寄存器中； 元件映像寄存器中寄存的内容，随程序执行的进程而动态变化。
1.1.3 电源
可编程控制器的电源包括: * 为可编程控制器各工作单元供电的开关电源 * 为掉电保护电路供电的后备电源，一般为电池
1.1.4 外部设备
可编程控制器一般可配备的外部设备： 编程器
编程器
盒式磁带机，用以记录程序或信息
打印机，用以打印程序或制表
EPROM写入器，用以将程序写入用户EPROM中
PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出信号刷新一次。 这就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存寄存器的 内容或数据保持不变。
1.2.1 扫描工作方式
扫描工作方式的特点： 简单直观，简化了程序的设计，并为PLC的可靠运行提供 了保证； 所扫描到的指令被执行后，其结果马上就可以被将要扫描 到的指令所利用；
二、可编程控制器的特点
可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，使用方便 模块化结构，组合灵活 编程简单，易学易用
系统设计、建造工作量小，改造容易
体积小，重量轻，能耗低
三、可编程控制器的应用
开关逻辑控制 运动控制 闭环过程控制 数据处理 通讯及联网
四、可编程控制器的发展前景
技术
速度更快、存储容量更大、可靠性更高
高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监视有关部 分的运行状态
1.2 可编程控制器的工作原理
1.2.1 扫描工作方式 1.2.2 程序执行过程 1.2.3 输入／输出的处理规则 1.2.4 信息刷新方式 1.2.5 输入／输出滞后时间
1.2.1 扫描工作方式
扫描：
从0000号存贮地址开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存 贮地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序直到程序结束。
部电源和编程
用 户
设备几部分构
输
入
成
设
备
编程器
主机
电源
输
微 处 理 器 (CPU) 输
入
运算器
出
单
单
元
控制器
元
盒式磁带机 打印机
EPROM写 入 器 图形监控系统 PLC或 上 位 计 算 机
图1.2
外设
I/O 接口
存储器
I/O EPROM RAM 扩 展 (系 统 程 序 ()用 户 程 序 )接 口
开关量输出接口 其作用是把可编程内部的标准信号转换成现场执行 机构所需的开关量信号。
开关量输出接口按可编程控制器机内使用的器件不同，分为继电器 型、晶体管型和可控硅型。
1.1.2 输入输出接口
1．开关量输入接口
R1
光耦合器
C R2 VD 电源
PLC内 部电路
图1.3 直流开关量输入单元
LED
1.1.2 输入输出接口
ROM：只读存储器，只读，不能写。 EPROM：可擦除程序的只读存储器，用紫外线照射芯片上的透 镜窗口，可以擦除已写入的内容，而写入新的程序。
EEPROM：可电擦除的只读存储器，兼有ROM的非易失性和 RAM的随机存取的优点。
ROM存放系统程序
RAM存放用户程序
1.1.2 输入输出接口
输入输出接口是PLC与工业控制现场各类信号连接的部分。 输入接口用来接受生产过程的各种参数（输入信号）。
系统监视定时器WDT可监视每次扫描的时间，并在每个扫 描周期内都要对WDT进行复位操作。如果系统的硬件或用 户软件发生了故障，WDT就会超时自动报警，并停止PLC的 运行，从而避免了程序进入死循环的故障。
1.2.3 输入／输出的处理规则
1.1 1可.1.编1 程CP控U制模器块的硬件构成
1.1.2 输入输出接口电路 1.1.3 电源 1.1.4 外部设备
1.1 可编程控制器的硬件构成
可编程 控制器
主机
可编程 控制器 编程器
图1.1 可编程控制器及编程器
外部设备
1.1 可编程控制器的硬件构成
PLC由CPU、
存储器、输入/
输出接口、内
●
存 器
X0 Y0
④读
Y0 M0
● ● ●
元 件 映 像 寄 ⑤写 存 器
⑥刷新
输 出 锁 存 电
输 出 ●端 子 ●
●
Y0
Y1
● ● ●
路
Yn
输入采样
程序执行 一个扫描周期
图1.11 PLC 的扫描工作过程
输出处理
1.2.2 程序执行过程
输入采样阶段： PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（开或 关、即ON或OFF、“1”或“0”）读入到输入映像寄存器中 寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷新。 接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态变 化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只 能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。
执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产 生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作；
响应外部设备的请求。
1.1.1 CPU模块
存储器用于存放系统程序、用户程序和运行中的数据。包括只读 存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。
RAM： 随机存储器，可读可写，没有断电保持功能。
完成一次扫描程序后，再从头开始扫描，并周而复始地重复。 一个循环扫描过程称为扫描周期。扫描过程分为三个阶段进行：即 输入采样（输入处理）阶段，程序执行（程序处理）阶段，输出刷 新（输出处理）阶段。
输入采样
程序执行
输出刷新
1.2.2 程序执行过程 ②读
①采样
③写
X0
输 X1 入
端 ●
●
●子
Xn
输 入 映 ●像 寄 ●
程控制器内部处理的二进制数字信号。 模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A／D转换，再 经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。
滤 波
A /D 转 换 器
光 耦 合 器 隔 离
内 部 回 路
图1.8 模拟量输入单元框图
1.1.2 输入输出接口
４．模拟量输出接口（ D／A模块） 模拟量输出接口将PLC运算处理后的数字信号转换为相应的模
拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量 输出接口一般由光电隔离、D／A转换和信号驱动等环节组成。
内 部 回 路ຫໍສະໝຸດ 光 耦 合 器 隔 离D /A 转 换 器
信 号 转 换
图1.9 模拟量输出单元框图
1.1.2 输入输出接口
５．智能输入输出接口（特殊功能模块）
为了适应更复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智能控 制单元，如PID单元、高速计数器单元、温度控制单元、通信单元、定 位单元等。特殊功能模块都是独立的工作单元，它们和普通输入输出接 口的区别在于都带有独立的CPU，有专门的处理能力。
1.2.2 程序执行过程
输出刷新阶段： 程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像寄存器中所
有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器，再去驱动用户输出设备 （负载），这就是PLC的实际输出。 扫描周期：
PLC重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工作周期 （或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短、指令的种类和CPU执 行的速度有关。一个扫描过程中，执行指令程序的时间占了绝大部分。
可控硅型的输出接口仅用于交流驱动的场合，适用快速、频繁动作 和大电流的场合。
1.1.2 输入输出接口
1.继电器型输出接口
LED
PLC内 部电路
VD
KS
图1.6 继电器型输出单元
L
~
交流电源
1.1.2 输入输出接口
输出接口接线方式（分组式）
图1.7 PLC的输出接口
1.1.2 输入输出接口
３．模拟量输入接口（A／D模块） 模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量信号转换成适合可编