矿井维修电工技师7

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四、可编程控制器的工作原理与编程语言 1、可编程控制器的工作原理 可编程控制器是一种工业控制计算机，下面将通过实例来说明。 假设有两只按钮SB1、SB2，要求按下其中的任一个都将立即接通红灯电源， 5s后自动接通绿灯电源。 根据上述要求，用两只按钮，两只通用继电器和一只时间继电器构成图7-6所 示的电路。对相同的控制对象和控制要求，继电器控制方式与PLC控制方式 工作过程完全不同。 继电器控制方式的工作过程：当按下SB1或SB2后，通用继电器KA1的线圈得 电，其触点接通红灯电源，同时时间继电器KT开始通电延时。延时时间一到， KT的触点接通通用继电器KA2的线圈，KA2得电，其触电接通绿灯电源，整 个过程完成。 PLC控制方式的工作过程：先检测 与按钮SB1、SB2相对应的输入继电器的状态，然后对输入继电器的状态进 行逻辑运算，若条件满足，线圈KA1得电，KA1的触点将红灯电源接通。在 延时时间未到时，KT触点接通的条件不满足，因此KA2线圈不通电，绿灯不 亮；图7-6延时控制电路延时时间一到，KT的触点将线圈KA2接通，KA2的触 点将绿灯电源接通 。
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第三部分 高级技师知识要求
• 第七章 可编程序控制器 • 第一节 可编程序控制器基础 • 第二节 可编程控制器
第一节 可编程序控制器基础
• 一、可编程控制的功能及特点 • 1、可编程控制器的功能 • 可编程控制器（以下简称PLC）是电子技术、计算机技术与逻辑自动 控制系统相结合的产物。采用梯形图或状态流程图等编程方式，使 PLC的使用始终保持大众化的特点。PLC可以用于单台机电设备的控 制，也可以用于生产流水线的控制。 • PLC的型号繁多，各种型号的PLC功能不尽相同，但目前的PLC一般 都具备下列功能： • （1）条件控制。PLC具有逻辑运算功能，它能根据输入继电器触点 的与（AND）、或（OR）等逻辑关系决定输出继电器的状态（ON） 或（OFF），故它可代替继电器进行开关控制。 • （2）定时控制。为满足生产工艺对定时控制的需要，一般PLC都为 用户提供足够的定时器。 • （3）计数控制。为满足对计数控制的需要，PLC向用户提供上百个 功能较强的计数器。 • （4）步进控制。步进顺序控制是PLC最基本的控制方式，许多PLC 为方便用户编制较复杂的步进控制程序，设置了专门的步进控制指令。
图7-1可编程控制的硬件结构示意图
图7-2输入接口电路
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4、输出接口电路 编程控制的输出有3种形式：一种是继电器输出，一种是晶闸管输出，一种是 晶体管输出。 1）输出接口电路的隔离方式 继电器输出型是利用继电器线圈与输出触点，将PLC内部电路与外部负载电 路进行电气隔离；SSR输出型是采用光控晶闸管，将PLC的内部电路与外部 负载电路进行电气隔离；晶体管输出型在采用光电耦合器将PLC内部电路与 输出晶体管进行隔离。 2）输出接口电路的主要技术参数 （1）响应时间。响应时间是表示PLC输出口在件从ON状态转变为OFF状态， 或从OFF状态转变为ON状态所需要的时间。 （2）输出电流。继电器型具有较大的输出电流。对交流电路中的感性负载因 在负载两端并接RC（一般R取120Ω，C取0.1µF）浪涌吸收电路，对直流电 路中的感性负载要在负载两端并接续流二极管。 （3）开路漏电流。开路漏电流指PLC输出处于OFF状态时，输回路中的电流。 3）输出公共端 PLC的输出端子有两种接法：一种输出端无公共端，每一路输出都是各自独 立的；另一种是若干路出构成一组，公用一个公共端，各组的公共端用编号 区分如COM1、COM2……，各组公共端间相互隔离。对共用一个公共端的 同一组输出，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共端组可使 用不同的电压类型和电压等级。 4）输出连接举例 图7-3所示为各路独立的输出方式，图7-4所示为每4路输出公共用1个公共端 的输出方式。
• 五、可编程控制的性能指标与分类 • 1、硬件指标 • 硬件指标主要指PLC对外部条件的要求指标及自身的一些 物理指标，如温度、湿度、电源、耐压、耐振性、尺寸、 重量等。 • 2、软件指标 • 软件指标包括PLC的运行方式、运行速度、存储容量、元 件种类和数量、指令类型等。这些指标没有统一的技术标 准，不同型号的产品其软件指标差异悬殊。软件指标反映 了PLC的运算规模和控制功能。 • 3、分类 • 可编程控制器若按输入出点数不同可分为小型、中型、大 型3类。 • 一般将输入/输出总点数在128点以内的PLC称为小型PLC； 输入/输出总点数大于128点、小于1024点的PLC称为中型 PLC；输入/输出总点数超过1024点的PLC称为大型的 PLC。 • 除按输入/输出总点数分类外，通常还还按PLC的结构分 为单元式、模块式和叠装式3类。
• 5、电源 • 一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作， 另一部分用于向外提供给现场传感器等工作。PLC对电源的基本要求 如下： • （1）能有效控制、消除电网电源带来的各种噪声。 • （2）不会因电源发生故障而导致其他部分产生故障。 • （3）能在较宽的电压波动范围内保持输出电压稳定。 • （4）电源本身的功耗应尽可能低，以降低整体的温升。 • （5）内部电源及PLC向外提供的电源与外部电源回应完全隔离。
• 输入接口电路中一个不容忽视的参数是输入灵敏度，也就是输入的动 作电流。 • 应当注意，不要将输出的COM端相FX2型PLC的输出接口电路共有3种形式，分别是继电器输出型、晶 闸管输出型（SSR输出型）、晶体管输出型。 • 6、输入输出继电器 • 图7-9所示为输入输出继电器的动作示意图
图7-6延时控制电路延
• 根据PLC控制方式的工作过程可知，PLC工作过程周期需 要3个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶 段。 • 这种工作方式称为扫描工作方式。PLC一个扫描周期内的 工作过程可用图7-7表示。3个阶段的工作过程简要说明如 下：
图7-7PLC的扫描工作过程
• （1）输入处理。程序执行前，把PLC的全部输入端子的 通断状态读入输入映像寄存器。在程序执行中，输入映像 寄存器的内容也不会变，直到进行下一扫描周期的输入采 样阶段，才读入这一变化。 • （2）程序处理。根据用户程序存储器所存的指令，从输 入映像寄存器和其他软件的映像寄存器中将有关软元件的 通、断状态读出，从第0步开始顺序运算，每次运算结果 都写入有关的映像寄存器，因此各软元件（X除外）的映 像寄存器的内容是随着程序的执行在不断变化的。 • （3）输出处理。全部指令执行完毕，将输出映像寄存器 的通、断状态向输出锁存寄存器传送，成为PLC的实际输 出。 • 2、可编程控制器常用的编程语言 • 可编程控制具有丰富的编程语言，如梯形图、指令语句表、 状态转移图以及计算机兼容的BASIC语言、C语言、汇编 语言等高级语言。最常用到的编程语言是梯形图和指令语 句表。
• 5、输入输出接口电路 • 1）输入接口电路 • FX2型PLC输入接口电路如图7-8所示。电路中光耦的输出端设有RC 滤波器，这是为防止由于输入点的抖及信号输入线中混入的噪声引起 误动作而设计的，所以输入信号从ON→OFF或OFF→ON变化时， PLC输入接口电路内部约有10ms的响应滞后。
图7-8 FX2型PLC 输入接口电路
图7-3各路独立的输出方式
图7-4每四路共用一个公共的输出方式 （6）有较强的自身保护功能。
• 三、可编程控制器控制系统的组成 • 以可编程控制器为核心单元的控制系统称为可编程控制系 统。可编程控制系统一般由控制器、编程器、信号输入部 件、输出执行部件等组成，如图7-5所示。
图7-5 PLC控制系统的组成
• （5）数据处理。PLC具有较强的数据处理能力，除能进行加减乘除 四则运算甚至开方运算外，还能进行字操作、移位操作、数制转换、 译码等数据处理。 • （6）通信和联网。由于PLC采用了通信技术，可进行远程的I/O控制。 • （7）对控制系统的监控。PLC具有较强制监控功能，它能记忆某些 情况或在发生异常情况时自动终止运行。 • 2、可编程控制器的特点 • PLC主要有以下特点： • （1）可靠性高。PLC的平均无故障时间可达几十万小时。 • （2）编程方便，对一般电气控制线路，可采用梯形图编程。 • （3）对环境要求低。PLC可大较大的温度、湿度变化范围内正常工 作，抗震动、抗冲击性能好，对电源电压的稳定性要求低，特别是抗 电磁干扰能力强。 • （4）与其他装置配置连接方便。PLC与其他装置、配置的连接基本 都是直接的。 • 可编程控制的结构 • 可编程控制硬件组成与微型机相似，图7-1是可编程控制器的硬件结 构示意图。 • 1、中央处理器 • 中央器简称为CPU。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心。
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六、FX系列可编程控制器的基本构成 （一）硬件构成 1、单片机 PLC中的单片机包含了中央处理器、随机存储器、只读存 储器、串行接口SIO、时钟CTC等，是PLC的指挥系统。 2、电源 FX2系列PLC基本单元带有3个可与外部装置相连的通信接 口，一个是连接编程器的接口，一个是连接扩展单元或扩 展模块的接口，还有一个是连接特殊功能适配器的接口。 殊功能适配器是一种特殊功能模块，常用的特殊功能适配 器有光纤通信适配器FX2-40AP、双绞线通信适配器FX240AM、变量设置单元FX-8AV等，这些特殊功能适配器可 根据需要选用。 4、编程器 编程器的主要功能是编写用户程序，并将用户程序送入 PLC基本单元的用户存储器中，有些编程器还兼有监控和 向主机发出各种命令的功能。
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1、控制器 控制器是控制系统的核心，它将逻辑运算、算术运算、顺序控制、定时、计 数等控制功能以一系列指令形式存放在存储器中，然后根据检测到的输入条 件按存储的程序，通过输出部件对生产过程进行控制。检测输入部件的状态 如何、输出部件将以怎样的方式工作等都是控制器的职能。 2、编程器 编程器是开发、维护可编程自动控制系统不可缺少的外部设备。编程器的工 作方式有下列3种： （1）编程方式。编程器在这种方式下可以把用户程序送入PLC主机的内存， 也可以对原有的程序进行显示、修改、插入、删除等编辑操作。 （2）命令方式。此方式可对PLC发出各种命令，如向PLC发出运行、暂停、 出错复位等命令。 （3）监视命令。此方式可对PLC进行检索，观察各个输入、输出点的通、断 状态和内部线圈、计数器、定时器、寄存器的工作状况及当前值，也可跟踪 程序的运行过程，对故障进行检测等。 3、信号输入部件 信号输入部件时指安装在现场的按钮、行程开关、接近开关以及各种传感器 等。信号输入部件的作用是接收系统的运行条件，并将这些条件传给PLC。 4、输出执行部件 输出执行部件是指接触器以及安装在现场的电磁阀等部件。其作用是在PLC 输出驱动下控制设备的运行，输出执行部件是PLC的直接控制对象。