電氣控制與PLC應(yīng)用（FX5U） 課件 第4章 PLC概述

《電氣控制與PLC應(yīng)用（FX5U)》

PLC控制技術(shù)篇123目錄CONTENTS第4章

PLC概述45PLC的概念及發(fā)展PLC的分類與主要產(chǎn)品PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理三菱FX5U系列PLC硬件及接線PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較34.1PLC的概念及發(fā)展一、PLC的定義1968年，美國最大的汽車制造商-通用汽車公司(GM公司)，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，提出要用一種新型的工業(yè)控制器取代繼電接觸器控制裝置。第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC公司)研制出了第一臺(tái)可編程序控制器，并在美國通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，取得滿意的效果，可編程序控制器自此誕生。44.1PLC的概念及發(fā)展一、PLC的定義早期的可編程序控制器稱為ProgrammableLogicController（可編程邏輯控制器），簡(jiǎn)稱PLC。國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程序控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的或模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。54.1PLC的概念及發(fā)展一、PLC的定義上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持在30%-40%。這一時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力等方面得到大幅度提高，同時(shí)PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些方面逐步取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的集散控制系統(tǒng)（DCS）。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多個(gè)品種的PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車、糧食加工、化學(xué)、制藥、金屬、礦山和造紙等許多行業(yè)。64.1PLC的概念及發(fā)展二、PLC的特點(diǎn)1.抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高硬件方面，PLC采用大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路，采用了隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施，以及隔熱、防潮、防塵、抗振等措施。軟件上，

PLC采用周期掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起的故障；并在系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；以及采用數(shù)字濾波等抗干擾措施。74.2PLC的概念及發(fā)展二、PLC的特點(diǎn)2.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便在PLC控制系統(tǒng)中，只需在PLC的輸入/輸出端子上接入相應(yīng)的信號(hào)線，用于采集輸入信號(hào)和驅(qū)動(dòng)負(fù)載，無需連接時(shí)間繼電器、中間繼電器之類的電壓電器和大量復(fù)雜的硬件接線，大大簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。PLC體積小、質(zhì)量輕，安裝與維護(hù)也極為方便。另外PLC的編程大多采用類似于繼電接觸器控制線路的梯形圖形式，這種編程語言形象直觀、容易掌握，編程非常方便。84.2PLC的概念及發(fā)展PLC內(nèi)部有大量可供用戶使用的編程元件，具有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。另外PLC的產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件模塊或裝置供用戶使用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的控制系統(tǒng)。二、PLC的特點(diǎn)3.功能強(qiáng)大、通用性好94.1PLC的概念及發(fā)展三、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域1、邏輯控制通過“與”、“或”、“非”等邏輯指令的組合，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時(shí)控制與順序邏輯控制，這是PLC最初能完成的基本功能。例如印刷機(jī)、注塑機(jī)、組合機(jī)床、電鍍流水線和電梯控制等。2.運(yùn)動(dòng)控制PLC可以使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸的位置進(jìn)行控制。PLC把描述位置的數(shù)據(jù)傳給模塊，使其輸出移動(dòng)一軸或多軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。例如應(yīng)用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人和電梯等場(chǎng)合。104.1PLC的概念及發(fā)展3.過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的控制。對(duì)于溫度、壓力、流量等模擬量，PLC提供有模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換通道或模塊，使PLC可以很方便的處理這些模擬量；PLC還提供了PID功能指令，可以很方便的進(jìn)行閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)過程控制。4.分布式控制系統(tǒng)PLC能與計(jì)算機(jī)、PLC及其他智能裝置聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，使設(shè)備級(jí)的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠管理層的控制連成一個(gè)整體，支持多廠商、多品牌的產(chǎn)品和設(shè)備作為分布式控制系統(tǒng)的一部分，形成控制自動(dòng)化與管理自動(dòng)化的有機(jī)集成，從而創(chuàng)造更高的企業(yè)效益。114.2PLC的分類與主要產(chǎn)品一、PLC的分類1.按PLC的點(diǎn)數(shù)分類根據(jù)PLC及可擴(kuò)展的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，可以將PLC分為小型、中型和大型三類，由于PLC種類、系統(tǒng)使用的規(guī)模不同及PLC本身的發(fā)展，各廠家、各行業(yè)對(duì)PLC小型、中型和大型點(diǎn)數(shù)的劃分不盡相同。小型PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下；中型PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般在256～2048個(gè)點(diǎn)；大型PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般在2048點(diǎn)以上。124.3PLC的分類與主要產(chǎn)品2.按PLC的結(jié)構(gòu)分類按PLC的結(jié)構(gòu)分類，PLC可分為整體式和模塊式。整體式PLC將電源、CPU、存儲(chǔ)器、I/O系統(tǒng)都集中在一個(gè)小箱體內(nèi)，小型PLC多為整體式PLC；模塊式PLC是按功能分成若干模塊，如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等，再根據(jù)系統(tǒng)要求，組合不同的模塊，形成不同用途的PLC，大中型的PLC多為模塊式PLC。134.2PLC的分類與主要產(chǎn)品二、PLC主要產(chǎn)品及三菱FX系列產(chǎn)品目前全球PLC生產(chǎn)廠家有200多家，比較著名的有德國的西門子（SIEMENS），法國的施耐德（SCHNEIDER），美國的羅克韋爾（AB）、通用（GE），日本的三菱電機(jī)（MITSUBISHIELECTRIC）、歐姆龍（OMRON）、富士電機(jī)（FujiElectric）等。我國從20世紀(jì)90年代開始生產(chǎn)PLC，也擁有較多的PLC自主品牌，如無錫信捷、深圳匯川、北京的和利時(shí)和凱迪恩（KDN）等；國產(chǎn)品牌主要為小型PLC產(chǎn)品，2021年市場(chǎng)份額已超過20%。144.2PLC的分類與主要產(chǎn)品二、PLC主要產(chǎn)品及三菱FX系列產(chǎn)品20世紀(jì)80年代三菱電機(jī)推出了F系列小型PLC，其后經(jīng)歷了F1、F2、FX2系列，在硬件和軟件功能上不斷完善和提高，后來推出了諸如FX1N、FX2N等系列的第二代產(chǎn)品PLC，實(shí)現(xiàn)了微型化和多品種化，可滿足不同用戶的需要。2012年三菱電機(jī)官網(wǎng)發(fā)布三菱FX2N停產(chǎn)通知，作為老一代經(jīng)典機(jī)型，已經(jīng)慢慢退出市場(chǎng)。154.2PLC的分類與主要產(chǎn)品二、PLC主要產(chǎn)品及三菱FX系列產(chǎn)品相比于FX2N，F(xiàn)X3U在接線的靈活性、用戶存儲(chǔ)器、指令處理速度等方面性能得到了提高；三菱FX5U作為FX3U系列的升級(jí)產(chǎn)品，以基本性能的提升、與驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的連接、軟件環(huán)境的改善作為亮點(diǎn)，于2015年問世。與FX3U相比，F(xiàn)X5U顯著特點(diǎn)如下：

1）PLC基本單元FX5UPLC基本單元內(nèi)置12位的2路模擬量輸入和1路模擬量輸出；內(nèi)置以太網(wǎng)接口、RS-485接口及四軸200kHz高速定位功能；支持結(jié)構(gòu)化程序和多程序執(zhí)行，并可寫入ST語言和FB功能塊。2）系統(tǒng)總線傳輸速度FX5UPLC系統(tǒng)總線傳輸速度為1.5kB/ms，約為FX3U的150倍，同時(shí)最大可擴(kuò)展16塊智能擴(kuò)展模塊（FX3U為7塊）164.2PLC的分類與主要產(chǎn)品二、PLC主要產(chǎn)品及三菱FX系列產(chǎn)品3）內(nèi)置SD存儲(chǔ)卡槽FX5UPLC內(nèi)置SD存儲(chǔ)卡槽，通過該卡可以更加方便地實(shí)現(xiàn)固件升級(jí)、CPU的引導(dǎo)運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。4）編程軟件FX3UPLC支持CC-Link通信，可以使用GXDeveloper和GXWorks2編程軟件。而FX5UPLC支持CC-LinkIE通信，使用GXWorks3編程軟件編程；174.3PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理一、PLC的基本結(jié)構(gòu)184.3PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理一、PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的輸入接口電路PLC的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時(shí)間比較短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用于在油霧、粉塵等惡劣環(huán)境下使用。194.3PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理一、PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的輸出接口電路

輸出接口電路通常有3種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。

繼電器輸出的優(yōu)點(diǎn)是電壓范圍寬、導(dǎo)通壓降小、價(jià)格便宜，既可以控制直流負(fù)載，也可以控制交流負(fù)載；缺點(diǎn)是觸點(diǎn)壽命短、轉(zhuǎn)換頻率低。

晶體管輸出的優(yōu)點(diǎn)是壽命長、無噪聲、可靠性高、轉(zhuǎn)換頻率快，可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載；缺點(diǎn)是過載能力較差，且價(jià)格高。

晶閘管輸出的優(yōu)點(diǎn)是壽命長、無噪聲、可靠性高，可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載；缺點(diǎn)是過載能力較差，且價(jià)格高。204.3PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理二、PLC的工作原理PLC的本質(zhì)是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其功能是從輸入設(shè)備接收信號(hào)，根據(jù)用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果，輸出信號(hào)去控制外圍設(shè)備的整個(gè)控制流程。214.3PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理二、PLC的工作原理一般來說，當(dāng)PLC運(yùn)行后，其工作過程可分為輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，完成上述3個(gè)階段即稱為一個(gè)掃描周期。224.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線一、FX5UPLC型號(hào)1）FX模塊名稱，如3U、3UC、5U、5UC等。其中U代表標(biāo)準(zhǔn)型；C是緊湊型，適合于空間比較狹小的地方。2）連接形式：無符號(hào)代表端子排連接，C代表連接器。3）輸入輸出的總點(diǎn)數(shù)。4）單元類型：M為CPU模塊，E為輸入輸出混合擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊，EX為輸入專用擴(kuò)展模塊，EY為輸出專用擴(kuò)展模塊。5）輸出形式：R為繼電器輸出，T為晶體管輸出。6）電源及輸入輸出形式。234.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線二、FX5U模塊及系統(tǒng)組建要求

CPU模塊硬件結(jié)構(gòu)244.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線二、FX5U模塊及系統(tǒng)組建要求擴(kuò)展模塊254.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線二、FX5U模塊及系統(tǒng)組建要求以FX5UCPU模塊為基礎(chǔ)，配合擴(kuò)展模塊、擴(kuò)展板、轉(zhuǎn)換模塊等擴(kuò)展設(shè)備，可組成所需的PLC控制系統(tǒng)。264.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線FX5U-32MT/ES型號(hào)的端子排列274.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線284.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線PLC輸入回路接線漏型輸入接線（AC電源）a)使用供給電源b)使用外部電源294.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線PLC輸入回路接線源型輸入接線（AC電源）a)使用供給電源b)使用外部電源304.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線PLC輸入回路接線DC電源輸入接線a)漏型輸入接線b)源型輸入接線314.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線PLC輸入回路接線輸入接線示例324.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線PLC輸出回路接線334.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線PLC輸出回路接線344.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線PLC輸出回路接線354.4三菱FX5U系列PLC硬件及接線三、FX5U系列PLC的外部接線PLC輸出回路接線364.5PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較

繼電接觸器控制是采用硬件和接線來實(shí)現(xiàn)的，它通過選用合適的分立元件（接觸器、主令電器、各類繼電器等），然后按照控制要求采用導(dǎo)線將觸點(diǎn)相互連接，從而形成并實(shí)現(xiàn)既定的邏輯控制；如控制要求改變，硬件構(gòu)成及接線都需相應(yīng)調(diào)整。

PLC控制系統(tǒng)采用程序?qū)崿F(xiàn)控制，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在