PLC应用技术三菱课件认识
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第一单元 认识PLC
任务一 PLC控制器常识 任务二 PLC的内部结构和控制系统 任务三 一个简单的PLC系统
—异步电动机点动运行电路
任务一 PLC控制器常识
一、PLC的产生和应用
自20世纪60年代起，各种生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器接触器 控制系统构成的，产品的每一次改型都直接导致继电器接触器控制系统的重新设计和 安装。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC（Programmable Logic Controller），用它取代传统的继电器接触器控制系统在美国通用汽车公司的汽 车自动装配线上使用，取得了巨大成功。 这种新型的工业控制装置以其简单易懂， 操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快在其他工 业领域推广应用。
图1-29 直流输入接口
2）交直流输入接口 图1-30 交直流输入接口
3）交流输入接口 图1-31 交流输入接口
（2）开关量输出接口
开关量输出电路的作用是将PLC的输出信号传送到用户输出设备（负载），开 关量输出电路可分为三类：直流输出接口，交流输出接口，交直流输出接口。按输 出开关器件的种类不同，开关量输出电路也可分为三类：晶体管输出型，继电器输 出型，双向晶闸管输出型。
4．我国PLC产品
图1-22 24点混合型通用PLC
图1-25 凯迪恩PLC
任务二 PLC的内部结构和控制系统 一、PLC的内部结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器（或编程软件）组成， CPU模块通过输入模块将外部控制现场的控制信号读入CPU模块的存储器中，经过用 户程序处理后，再将控制信号通过输出模块来控制外部控制现场的执行机构。如图126是PLC控制系统的示意图。
图1-36 PLC构成的控制系统
对用户来说，不必考虑PLC内部由CPU、RAM、ROM等组成的复杂的电路，只 要将PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，以便用梯形图编程。“软继 电器”的线圈和触点的符号如图1-37所示。所谓“软继电器”，实质上是存储器中 的每一位触发器(统称为映像寄存器)，该位触发器为“1”状态，相当于继电器接通； 该位触发器为“0”状态，相当于继电器断开。
1）直流输出接口（晶体管型）
图1-32 直流输出接口
2）交直流输出接口（继电器型） 图1-33 交直流输出接口
3）交流输出接口（双向晶闸管型） 图1-34 交流输出接口
二、PLC的控制系统
1．接线程序控制系统
在传统的继电器和电子逻辑控制系统中，完成控制任务的逻辑控制部分是将继 电器、接触器、电子元件等用导线连接起来的。这种控制系统称为接线程序控制系 统，逻辑程序就在导线连接中，所以也称为接线程序，如图1-35所示。在接线程序 控制系统中，控制功能的更改必须通过改变导线的连接才能实现。
图1-26 PLC控制系统的示意图
1．CPU模块
PLC的CPU模块由CPU芯片和存储器组成。
CPU是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下 进行的，CPU的主要任务：
1） 接收从编程软件或编程器输入的用户程序和数据，并存储在存储器中。 2）用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并存入相应的数据寄存器或输 入映像寄存器。 3）监测电源、PLC内部电路工作状态和用户程序编制过程中的语法错误。 4）在PLC的运行状态，执行用户程序，完成用户程序规定的各种算术逻辑运算、 数据的传输和存储等。 5）按照程序运行结果，更新相应的标志位和输出映像寄存器，通过输出部件实 现输出控制、制表打印和数据通信等功能。
国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的可编程控制器标准草案的第三稿中将 PLC定义为：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应 用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、 定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系 统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”
2．开关量输入/输出接口
PLC与工业过程相连接的接口即为I/O接口，I/O接口有两个要求：一是接口有 良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求，所以接口电路 一般都包含光电隔离电路和RC滤波电路。
（1）开关量输入接口 开关量输入电路的作用是将现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。 开关量输入电路可分为三类：直流输入接口，交流输入接口，交直流输入接口。 1）直流输入接口
图1-4 GE公司90-30模块式PLC
图1-5 GE公司90-70模块式PLC
2．欧州PLC产品
图1-9 西门子S7-300 PLC
图1-8 西门子S7-200 PLC
图1-10 西门子S7-400 PLC
3．日本PLC产品
图1-12 FX1N系列PLC
图1-13 FX1S系列PLC
图1-15 FX2N系列PLC
图1-35 继电器控制系统
2．存储程序控制系统
所谓存储程序控制，就是将控制逻辑以程序语言的形式存放在存储器中，通过执 行存储器中的程序实现系统的控制要求。在存储程序控制系统中，控制功能的更改只 需改变程序而不必改变导线的连接就能实现。可编程控制系统就是存储程序控制系统， 如图1-36所示。它由输入设备、可编程序控制器内部控制电路、输出设备三部分组成。
PLC的存储器有两种，一种是存放系统程序的存储器，另一种是存放用户程序的 存储器。系统程序存储器用只读存储器（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）实现。 用户程序存储器一般用随机存储器（RAM）实现，以方便用户修改程序，为了使在 RAM中的信息不丢失，RAM都有后备电池。固定不变的用户程序和数据也可固化在只 读存储器中。
图1-1是四台PLC通信联网的示意图，图1-2和图1-3是两个应用实例。
图1-1 PLC的通信联网
图1-2 选用GE公 司PLC的某开关量 控制盘
图1-3 选用A-B 公司PLC的某造纸 厂控制柜
二、常用的PLC控制器
目前，世界上PLC产品可按地域分成三大流派：美国、欧洲和日本产品。
1．美国PLC产品
任务一 PLC控制器常识 任务二 PLC的内部结构和控制系统 任务三 一个简单的PLC系统
—异步电动机点动运行电路
任务一 PLC控制器常识
一、PLC的产生和应用
自20世纪60年代起，各种生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器接触器 控制系统构成的，产品的每一次改型都直接导致继电器接触器控制系统的重新设计和 安装。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC（Programmable Logic Controller），用它取代传统的继电器接触器控制系统在美国通用汽车公司的汽 车自动装配线上使用，取得了巨大成功。 这种新型的工业控制装置以其简单易懂， 操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快在其他工 业领域推广应用。
图1-29 直流输入接口
2）交直流输入接口 图1-30 交直流输入接口
3）交流输入接口 图1-31 交流输入接口
（2）开关量输出接口
开关量输出电路的作用是将PLC的输出信号传送到用户输出设备（负载），开 关量输出电路可分为三类：直流输出接口，交流输出接口，交直流输出接口。按输 出开关器件的种类不同，开关量输出电路也可分为三类：晶体管输出型，继电器输 出型，双向晶闸管输出型。
4．我国PLC产品
图1-22 24点混合型通用PLC
图1-25 凯迪恩PLC
任务二 PLC的内部结构和控制系统 一、PLC的内部结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器（或编程软件）组成， CPU模块通过输入模块将外部控制现场的控制信号读入CPU模块的存储器中，经过用 户程序处理后，再将控制信号通过输出模块来控制外部控制现场的执行机构。如图126是PLC控制系统的示意图。
图1-36 PLC构成的控制系统
对用户来说，不必考虑PLC内部由CPU、RAM、ROM等组成的复杂的电路，只 要将PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，以便用梯形图编程。“软继 电器”的线圈和触点的符号如图1-37所示。所谓“软继电器”，实质上是存储器中 的每一位触发器(统称为映像寄存器)，该位触发器为“1”状态，相当于继电器接通； 该位触发器为“0”状态，相当于继电器断开。
1）直流输出接口（晶体管型）
图1-32 直流输出接口
2）交直流输出接口（继电器型） 图1-33 交直流输出接口
3）交流输出接口（双向晶闸管型） 图1-34 交流输出接口
二、PLC的控制系统
1．接线程序控制系统
在传统的继电器和电子逻辑控制系统中，完成控制任务的逻辑控制部分是将继 电器、接触器、电子元件等用导线连接起来的。这种控制系统称为接线程序控制系 统，逻辑程序就在导线连接中，所以也称为接线程序，如图1-35所示。在接线程序 控制系统中，控制功能的更改必须通过改变导线的连接才能实现。
图1-26 PLC控制系统的示意图
1．CPU模块
PLC的CPU模块由CPU芯片和存储器组成。
CPU是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下 进行的，CPU的主要任务：
1） 接收从编程软件或编程器输入的用户程序和数据，并存储在存储器中。 2）用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并存入相应的数据寄存器或输 入映像寄存器。 3）监测电源、PLC内部电路工作状态和用户程序编制过程中的语法错误。 4）在PLC的运行状态，执行用户程序，完成用户程序规定的各种算术逻辑运算、 数据的传输和存储等。 5）按照程序运行结果，更新相应的标志位和输出映像寄存器，通过输出部件实 现输出控制、制表打印和数据通信等功能。
国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的可编程控制器标准草案的第三稿中将 PLC定义为：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应 用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、 定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系 统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”
2．开关量输入/输出接口
PLC与工业过程相连接的接口即为I/O接口，I/O接口有两个要求：一是接口有 良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求，所以接口电路 一般都包含光电隔离电路和RC滤波电路。
（1）开关量输入接口 开关量输入电路的作用是将现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。 开关量输入电路可分为三类：直流输入接口，交流输入接口，交直流输入接口。 1）直流输入接口
图1-4 GE公司90-30模块式PLC
图1-5 GE公司90-70模块式PLC
2．欧州PLC产品
图1-9 西门子S7-300 PLC
图1-8 西门子S7-200 PLC
图1-10 西门子S7-400 PLC
3．日本PLC产品
图1-12 FX1N系列PLC
图1-13 FX1S系列PLC
图1-15 FX2N系列PLC
图1-35 继电器控制系统
2．存储程序控制系统
所谓存储程序控制，就是将控制逻辑以程序语言的形式存放在存储器中，通过执 行存储器中的程序实现系统的控制要求。在存储程序控制系统中，控制功能的更改只 需改变程序而不必改变导线的连接就能实现。可编程控制系统就是存储程序控制系统， 如图1-36所示。它由输入设备、可编程序控制器内部控制电路、输出设备三部分组成。
PLC的存储器有两种，一种是存放系统程序的存储器，另一种是存放用户程序的 存储器。系统程序存储器用只读存储器（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）实现。 用户程序存储器一般用随机存储器（RAM）实现，以方便用户修改程序，为了使在 RAM中的信息不丢失，RAM都有后备电池。固定不变的用户程序和数据也可固化在只 读存储器中。
图1-1是四台PLC通信联网的示意图，图1-2和图1-3是两个应用实例。
图1-1 PLC的通信联网
图1-2 选用GE公 司PLC的某开关量 控制盘
图1-3 选用A-B 公司PLC的某造纸 厂控制柜
二、常用的PLC控制器
目前，世界上PLC产品可按地域分成三大流派：美国、欧洲和日本产品。
1．美国PLC产品