Transcript 项目1－1 FX2N系列可编程控制器软硬件介绍

可编程控制器应用技术
三菱FX系列PLC教学课件
模块一：PLC的结构与工作原理
项目1－1 FX2N系列可编程控制器软硬件介绍
项目1-2
项目1-3
PLC工作方式的研究
编程软件的使用
一、引言:
1、PLC的定义
1987年国际电工委员会（IEC）给出定义如下：
“可编程控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算
操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存
储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等
操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生
产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系
统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计”
2 、可编程控制器的用途
（1）开关量的逻辑控制
（2）运动控制
代替继电器,可用于单机控制、多机群控、自动化生产线的控制
具有运动控制模块，可驱动步进或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,应用于各种机械、
机床、机器人、电梯等场合。
（3）过程控制
大中型可编程控制器一般都有PID闭环控制功能，可完成模拟量的闭环控制
（4）数据处理
各种运算功能，可以完成数据的采集、分析及处理
（5）通信联网
可以组成“集中管理、分散控制的分布式控制系统，以满足工厂自动化
系统发展的需要
（6）在计算机集成制造系统中的应用
计算机集成制造系统简称CIMS，共分为6级子系统，
前三级为生产控制级EIC，PLC就是实现EIC综合控
制系统的整机设备
二、情景模拟：
本课题将通过完成下面指定的控制任务来使学生了解三菱FX2N系列可编程控
制器的基本结构及初步认识PLC的软硬件。
控制要求如下：
（1）按下启动按钮SB,运料小车电机M正转，小车前进，
碰到限位开关SQ1后，小车电机M反转，小车后退。
（2）小车后退碰到限位开关SQ2后，小车电机M停转，
小车停车，停5S，第二次前进，碰到限位开关SQ3，再
次后退。
（3）当后退再次碰到限位开关SQ2时，小车停止。
小车往返示意图
前进Y1
启动SB(X0)
后退Y2
停5秒
A地 SQ2(X2)
B地SQ1(X1)
C地SQ3(X3)
forward 19
【引导问题】
1、如果使用继电器控制电路完成此小车的控制任务，需要准备哪些元器件？试着运
用前面所学电力拖动的有关知识画出该小车控制的主电路及控制电路。
2、如果将该小车的继电器控制改造成由PLC控制，需要准备哪些元器件？
只需考虑所应使用的输入和输出器件，而完成控制的逻辑电路由PLC内部程序来完成，
此举会大量减少了控制设备的接线，使控制系统设计和建造的周期大大缩短。
三、知识准备
1、PLC控制系统的组成
一个最简单的PLC控制系统：主要由输入接口电
路，PLC主机（基本单元）及输出接口电路三部分
组成
PLC主机（基本单元）
（1）PLC主机分类
PLC按结构形式不同，可分为整体式和模块式两类
PLC按控制规模大小，可分为小型、中型和大型三种类型
小型PLC的I/O点数在256点以下，存储容量在8K步以内，具有
逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断和监控等基本功能
（2）FX系列小型机的外部特征
FX2N系列PLC的面板由三部分组
成，即外部接线端子、指示部
分和接口部分。
1）外部接线端子。外部接线端子包括PLC电
源(L、N 、E)、输入用直流电源（24＋、
COM）、输入端子（X）、输出端子（Y）和机
器接地等。
2）指示部分。指示部分包括各输入输出点的状态指示、机器电源指示（POWER）、
机器运行状态指示（RUN）、用户程序存储器后备电池指示（BATT.V）和程序错误
或CPU错误指示（PROG-E、CPU-E）
3）接口部分。主要包括编程器接口、存储器接口、扩展接口和特殊功能模块接
口等。在机器面板上，还设置了一个PLC运行模式转换开关SW(RUN/STOP)，RUN使
机器处于运行状态（RUN指示灯亮）；STOP使机器处于停止状态（RUN指示灯灭）
2、PLC硬件组成
一套PLC系统的硬件一般由基本单元（包括CPU、储存器、输入/输出接
口及内部电源等）、I/O扩展模块、扩展单元、转换电缆接口、特殊适配
器和特殊功能模块等外部设备组成。
（1）中央处理器（CPU）
目前常用的可编程机型一般多为8位或16位机，可编程器的档次越高，
CPU位数越多，运算速度也越快，指令功能也越强。
（2）存储器
1) 只读存储器（ROM): 存放系统程序，系统程序是指PLC生产厂家编写并固
化在ROM内，用户不能更改的程序，它使PLC具有基本功能，完成PLC设计者
规定的各项工作。
2)随机读写存储器(RAM):存放用户程序及系统运行中产生的临时数据,配备
电池，使用户程序脱离电源也能够保持。
（3）输入输出端口
1）输入端口
数字量输入接口
（a)直流输入接口单元电路
(b) 交/直流输入接口单元电路
(c) 交流输入电路
2）输出端口
数字（开关）量输出接口
(a) 继电器输出：可用于交流和直
流两种电源，但接通断开效率低
(b) 晶体管输出：只适用于直流驱动的
场合，有较高的接通断开频率
(c) 晶闸管输出：仅适用于交流驱
动场合，有较高的接通断开频率
（4）电源部分
FX2N系列PLC机器上有两组电源端子
1）用于PLC工作电源的输入：L、N 、E是PLC的电源输入端子，额定电压
为AC100～240V
2）输入回路所用电源：24＋、COM是机器为输入回路提供的直流24V电源
3、I/O端子使用说明
FX2N系列PLC的 I/O点编号采用8进制，以FX2N-48点的PLC为例：
输入寄存器为：X000～X007、X010～X017、X020～X027共24点
错误！！
如果将图中PNP型传感器换成
NPN，如何接线？
FX系列 PLC接NPN型传感器
FX系列 PLC接PNP型传感器
FX2N系列PLC输入对低电平有效，应该采用NPN型传感器件；如果
要使用PNP型传感器件，需要外加电源或者将PLC输入电路板打开，
改变S/S与选择端的连接。
输出寄存器为：Y000～Y007、Y010～Y017、Y020～Y027共24点。
1 、根据负载性质分组输出
2 、输出电路应具有相应的保护
3 、负载电源的规格应根据负载的需要来选择
4、FX2N可编程控制器软件认识
（1）系统程序
管理程序、用户指令解释程序以及供系统调用的专用标准程序
(2) 用户程序
用户使用PLC编程的软元件和编程语言（如梯形图）编制的应用程序
（3）工作数据区
PLC对各类数据的存储位置有着严格的划分
详见附录A FX系列PLC基本性能
5、PLC型号命名方式
16 M
FX
R
ES UL
±ê×¼ÐÍ
ϵÁÐÃû
I / Oµã×ÜÊý
Ðͺű仯
µ¥Ôª¹¦ ÄÜ
M:»ù±¾µ¥Ôª
E: À©Õ¹µ¥Ôª
EX: À©Õ¹ÊäÈëµ¥Ôª
EY: À©Õ¹Êä³öµ¥Ôª
Êä³öÀàÐÍ
R: ¼ÌµçÆ÷
S: ¾§Õ¢¹Ü
T: ¾§Ìå ¹Ü
ES→输出COM端接直
流电源负极
DS: 24V DC£¬ÊÀ½çÐÍ
ES: ÊÀ½çÐÍ£¨ ¾§Ìå ¹ÜÐÍΪ ©Êä³ö£©
ESS: ÊÀ½çÐÍ£¨ ¾§Ìå ¹ÜÐÍΪ Ô´Êä³ö£©
ESS→输出COM端接
直流电源正极
PNP
接近开关
NPN
½Ó
½ü¿ª ¹Ø
24V
0V
S/S
X0 X1
24V
0V
S/S
PC
PC
漏型输入
源型输入
X0 X1
表1-1 FX2N系列基本单元一览表
输入输
出总点
数
输入 输出
点数 点数
FX2N系列
AC电源 DC输入
继电器输出
三端双向晶闸
管开关元件
晶体管输出1
16
8
8
FX2N-16MR-001
-
FX2N-16MT-001
32
16
16
FX2N-32MR-001
FX2N-32MS-001
FX2N-32MT-001
48
24
24
FX2N-48MR-001
FX2N-48MS-001
FX2N-48MT-001
64
32
32
FX2N-64MR-001
FX2N-64MS-001
FX2N-64MT-001
80
40
40
FX2N-80MR-001
FX2N-80MS-001
FX2N-80MT-001
128
64
64
FX2N-128MR-001
FX2N-128MT-001
续表
输入输出
总点数
输入
点数
输出
点数
FX2N系列
DC电源 AC输入型
继电器输出
晶体管输出
32
16
16
FX2N-32MR-D
FX2N-32MT-D4
48
24
24
FX2N-48MR-D
FX2N-48MT-D6
64
32
32
FX2N-64MR-D
FX2N-64MT-D8
80
40
40
FX2N-80MR-D
FX2N-80MT-D
表1-2 扩展单元一览表
输入输出
总点数
输入
点数
输出
点数
AC电源 DC输入
继电器输出
三端双向晶闸管
开关元件
晶体管输出
32
16
16
FX2N-32ER
—
FX2N-32ET
48
24
24
FX2N-48ER
—
FX2N-48ET
表1-3 扩展模块一览表
输入
输出
总点
数
输
入
点
数
输
出
点
数
继电器输
出
8(16) 4(8) 4(8)
输入
FX0N-8ER
晶体
管输
出
三端双
向晶闸
管开关
元件
输入
信号
电压
连接形式
—
—
DC24V
横端子台
8
8
0
—
FX0N-8EX
—
—
DC24V
横端子台
8
0
8
FX0N-8EYR
—
FX0N8EYT
—
—
横端子台
16
16
0
—
FX0N-16EX
—
—
DC24V
横端子台
16
0
16
FX0N16EYR
—
FX0N16EYT
—
—
横端子台
16
16
0
—
FX2N-16EX
—
—
DC24V
纵端子台
16
0
16
FX2N16EYR
—
FX2N16EYT
FX2N16EYS
—
纵端子台
表1-4 特殊功能单元一览表
区
分
特
殊
功
能
板
型 号
名
称
占有点数
耗电
输入 输出
DC5V
FX2N-8AV-BD
8点模拟电位器功能扩展板
—
20mA
FX2N-422-BD
RS422通讯板
—
60mA
FX2N-485-BD
RS485通讯板
—
60mA
FX2N-232-BD
RS232通讯板
—
20mA
FX2N-CNV-BD
连接特殊适配器的功能扩展板
—
—
特 FX0N-3A
殊 FX -16NT
0N
模
板 FX0N-4AD
FX0N-4DA
2ch模拟输入、1ch模拟输出
—
M- NET/ M1N1用(绞合导线)
8
8
—
30mA
8
20mA
4ch模拟输入
—
8
—
30mA
4ch模拟输出
—
8
—
30mA
FX0N-4AD-PT
4ch温度传感器输入( PT-100) —
8
—
30mA
FX0N-4AD-TC
4ch温度传感器输入(热电偶)
—
8
—
30 mA
续表
区
分
型 号
特 FX2N-1HC
殊 FX -1PG
2N
模
板 FX2N-232IF
FX-16NP
名
称
占有点数
耗电
输入 输出
DC5V
50k Hz2相高速计数器
—
8
—
90mA
100kpps脉冲输出模块
—
8
—
55mA
RS232C通讯接口
—
8
—
40mA
M-NET/M1N1用(光纤)
16
8
80mA
FX-16NT
M-NET/M1N1用(绞合导线)
16
8
80mA
FX-16NP-S3
M-NET/N1NT-S3用(光纤)
8
8
8
80mA
FX-16NT-S3
M-NET/N1NT-S3用(绞合导线)
8
8
8
80mA
FX-1D1F
1D1F接口
8
8
8
130mA
定位脉冲输出单元(1轴)
—
8
—
自给
定位脉冲输出单元(1轴)
—
8
—
自给
定位脉冲输出单元(2轴)
—
8
—
自给
特 FX-1GM
殊 FX-10GM
单
元 FX-20GM
三、任务实施
1、工作过程分析
（1）分析被控对象工艺条件和控制要求。
（2）根据被控对象对PLC控制系统的功能要求和所需输入/输出
的点数，选择适当类型的PLC。
（3）分配输入/输出点，绘制控制系统的接线图。
（4）根据被控对象的工艺条件和控制要求，设计梯形图或状态转移图。
（5）根据梯形图，用选定机型的指令编程程序。
（6）使用编程器或者计算机将指令程序录入PLC。
（7）调试系统。首先按系统接线图连接好系统，然后根据控制要求
对控制系统进行调试，直到符合要求
三、任务实施
完成一个PLC控制系统的设计、安装与调试，简而言之，有以
下四大步骤的工作：
第一步：分析被控对象工艺条件和控制要求，根据被控对象对PLC控
制系统的功能要求和所需输入/输出的点数，选择适当类型的PLC。
第二步：分配输入/输出点（I/O地址），绘制控制系统的接线图
（包含主电路、电源电路、PLC外部接线图等）。
第三步：根据被控对象的工艺条件和控制要求，选择适当的编程语言
设计程序（梯形图或状态转移图）并转化为PLC能接受的形式。
第四步：安装与调试
（1）使用编程设备（首选安装编程软件的计算机）将已转化好的程序下
载到PLC。
（2）按系统接线图连接好系统，然后根据控制要求对控制系统进行调试，
直到符合要求
2、实训内容
（1）分发元器件，根据元件布局图安装元器件。
FU2
QF
KM1
KM2
XT2
PLC
FR
SB1
XT1
SQ1 SQ2 SQ2
（2）参照PLC系统接线图及主电路接线图，请同学们按照安装图
自行画出实际接线图。
L
220V~
N
1）先进行PLC I/O输入电路的布线
由于开关、按钮等器件都是无源器件，PLC内部电源能为每个输入点提供约7MA
工作电流。因此输入电路不需要另外加装熔断器来进行保护。
说明
输入
表1－1－1 I/O分配表
输出
说明
SB
X0
启动开关
KM1
Y1
前进
SQ1
X1
限位开关
KM2
Y2
后退
SQ2
X2
限位开关
SQ3
X3
限位开关
FR
X4
热继电器保护
2）按照下图编写梯形图或指令程序，并将其下载至PLC并运行，观察程序
是否符合控制要求。
3）进行PLC I/O输出电路的布线
由于PLC输出口上连接的器件主要是继电器、接触器、电磁
阀的线圈。这些器件均需要PLC机外的专用电源供电。输出
口连接线圈种类多，所需的电源种类及电压不同。但PLC输
出口的电流定额一般为2A，大电流的执行器件须配装中间继
电器，因此输出电路必须加熔断器进行短路保护。
4) 最后进行主电路部分的布线。
5) 全系统接线图
XT2
L
L1
N
N
FU
QF
COM
L1
KM2
KM1
PLC
COM1
COM1
Y1
Y1
X4
X3
X2
Y2
Y2
X1
X0
SQ1
FR
SQ2
SQ3
SB1
XT1 L1 L2 L3 U
V W
COM X4
3、评分标准
项
目
要
配
求
分
评
分
标
准
系统控制原理图设计
原理图绘制规范
10
不完整规范，每处扣1分
I/O地址表编写
I/O地址表完整
10
不完整规范，每处扣1分
I/O接线
主电路接线
控制系统调试
运行分析
1、输入设备接线
2、输出设备接线
1、电器安装与连接
2、电机接线
调试程序符合控制要求
1、PLC控制系统组成
2、程序运行步骤
20分
输入设备接线正确10分
输出设备接线正确10分
10分
电器元件安装与连接5分
电机接线5分
30
第一次调试不合格扣10分
第二次调试不合格扣20分
第三次调试不合格扣30分
20分
说明系统组成10分
程序运行步骤正确10分
时间
90min，每超时5min,扣5分（延长时间不超过10min）
安全文明
通电检测，发现人为短路故障，酌情扣15~20分
结束
开始时间
时
间
总分
得 分
四、小结
◎PLC控制系统的组成
◎FX2N可编程控制器硬件认识
◎I/O端子使用说明
◎FX2N可编程控制器软件认识
◎PLC型号命名方式
◎PLC各部分的认识
◎PLC的外部连线
五、思考题
1、FX2N可编程控制器主要由哪些部分组成，各有哪些用途？
2、FX2N可编程控制器内部寄存器有哪些？
3、为什么说可编程序控制器是通用的工业控制计算机？和一
般的计算机就系统相比，PLC有哪些特点？
4、可编程控制器的发展方向是什么？
5、可编程控制器主要应用于哪些领域？
六、作业
1、上网或查询参考资料，解释一款PLC FX1N-40MR
型号各部分的含义。（要求指出厂家、基本或扩展
类型、输出方式类型、I/O点的个数、每个输出端子
最大的带负载能力是多大？）
六、作业
2、某企业一台进口设备即将进行PLC改造，若你是
该企业电气技术员或PLC销售员，请为该设备进行最
佳的PLC系统的硬件配置（提示1：配置原则-满足要
求的前提下考虑经济型；提示2：选择PLC厂家、型
号，考虑是否需要扩展？）
设备情况：某厂1978从德国进口一批SFM7702超精机，
该机床当时采用分立的电子元件实现逻辑控制，使
用多年后，电气系统因老化而故障频繁，但机械性
能好，可以采用PLC对电气控制系统进行改造。原机
床的按钮、行程开关等开关量输入信号有80个，接
触器、电磁阀、指示灯等开关量输出信号有52个，
另外，一台导轮电机和一台摆动电机在每个循环过
程中需要进行自动调速，所有输出负载不属于频繁
通断。
七、作业指导及参考答案
PLC系统的硬件配置
1、考虑输入、输出点的类型
输入只有开关量，输出有2路模拟量，输出负载
不是频繁通断，所以选R（继电器）型
2、考虑输入、输出点的数量
输入、输出点都需考虑10%～20%的裕量，根据80
点输入，至少需准备88点；52点输出，至少需准
备57点。
3、配置方案
PLC系统往往需要的输入点多、输出点少，考虑
经济性，一般尽量选基本单元再进行 输入 、输出、
特殊功能的扩展，为了方便存储程序，可以采购外
置存储卡。
七、作业指导及参考答案
4、硬件配置的参考方案
（1）考虑选基本单元：选FX2n-128MR-001 输入
64点；输出64点
（2）I/O扩展模块：选2块 FX2n-16EX
（3）特殊功能模块：选1块FX0N-4DA
有4路模
拟量输出
（4）外置存储卡：选1块8M与FX2n匹配的EEPROM