PLC与数控机床电器控制 主讲人：张红 中山职业技术学院 机电工程系

模块二 FX2N系列PLC基础知识 项目一 PLC控制实现三相异步电动机的运行设计

任务1： 利用三菱FX2N系列PLC控制实现三相异步电动机的点动运转控制。 01 02 任务分析 什么是三菱FX2N系列PLC 如何实现三相异步电动机点动运转控制 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

知识准备 1. 三菱FX2N系列PLC简介 2. 三菱FX2N系列PLC的结构、工作原理 3. 三菱FX2N系列PLC的安装与接线 4. 三菱FX2N系列PLC的基本指令（LD、LDI、OUT） 5. 三相异步电动机点动运转电气控制电路 6. 三相异步电动机连续运转电气控制电路 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

1. 三菱FX2N系列PLC简介 可编程控制器简称PLC，它是在电气控制技术和计算机技 术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核 心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新 型工业控制装置。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

2. 三菱FX2N系列PLC的结构、工作原理 2.1 PLC的基本组成 2.1.1 型号及意义 型号的命名方式 特殊品种 R—继电器输出 D—DC电源 A1—AC电源 H—大电流输出扩展模块 V—立式端子排的扩展模块 C—接插口输入输出方式 F—输入滤波器1ms 扩展模块 L—TTL输入扩展模块 S—独立端子（无公共端）扩展模块 2.1.1 型号及意义 型号的命名方式 特殊品种 输出形式 单元类型 I/O总点数 系列序号 R—继电器输出 T—晶体管输出 S—晶闸管输出 M—基本单元 E—输入输出混合扩展单元及扩展模块 EX—输入专用扩展模块 EY—输出专用扩展模块 16~256点 0、2、ON、2C、2N 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

2.2 PLC硬件系统组成 PLC系统结构示意图 PLC基本单元 外部设备 现场用户输出设备 微处理器（CPU） 运算器 控制器 输 出 部 入 系 统 存 储 器 用 户 I/O 扩 展 接 口 通 讯 及 编 程 编程设备 计算机 打印机等 传感器 按钮、开关 现场信号 电磁阀 中间继电器 执行器 现场用户输入设备 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块 电源变换器 ～110V/220V市电 PLC基本单元 PLC系统结构示意图 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

FX 系列PLC的硬件配置图 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

2.3 PLC硬件系统组成 微处理器（CPU） 接收并存储用户程序和数据； 诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； 接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； 将用户程序的执行结果送至输出端。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

2.3 PLC硬件系统组成 系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器 存放系统工作程序（监控程序）； 存放模块化应用功能子程序； 存放命令解释程序； 存放功能子程序的调用管理程序； 存放存储系统参数。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

2.3 PLC硬件系统组成 用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM 存放用户工作程序； 存放工作数据。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

输入单元——带光电隔离电路 多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入 DC电源DC24V输入 DC电源DC12V输入 接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）； 接收模拟量信号（模拟量输入单元）； 接收按钮或开关命令（数字量输入单元）； 接收传感器输出信号。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

输出单元——带光电隔离器及滤波器 多种输出方式：晶体管 晶闸管 继电器 驱动直流负载（晶体管输出单元）； 驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）； 驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

2.3 PLC硬件系统组成 通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总线 连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）； 连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； 连接工控机，实现编程及在线监控； 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； 连接打印机等计算机外设。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

I/O扩展接口——采用并行通讯方式 扩展I/O模块； 扩展位置控制模块（如F2-30GM）； 扩展通讯模块（如FX-232AW等）； 扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

2.4 PLC软件系统组成 运行管理 管理程序 生成用户元件 系统内部自检 系统监控程序 解释程序 标准程序模块、系统调用 软件系统 自动化系统控制程序 用户程序 数据表格 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

2.5 PLC的工作原理 一、工作方式—— 周期循环扫描 二、工作过程——自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新 几个外阶段。 三、扫描周期 T =自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算 速度+输出一点时间×输出点数。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

PLC的工作过程示意图 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

3. 三菱FX2N系列PLC的安装与接线 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

4. FX2N系列PLC的基本指令（LD、LDI、OUT） 指令的说明 LD、LDI用于将触点接到母线上。 LD、LDI还与块操作指令ANB、ORB相配合，用于分支电 路的起点。 OUT不能用于X；并联输出OUT指令可连续使用任意次。 OUT指令用于T和C，其后须跟常数K，K为延时时间或计 数次数。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

4.2 LD、LDI、OUT 指令应用 梯形图程序 指令表程序 步序 指令 地址 0 LD X0 1 OUT Y0 2 LDI X1 步序 指令 地址 0 LD X0 1 OUT Y0 2 LDI X1 3 OUT M100 4 OUT T0 K19 7 LD T0 8 OUT Y1 X0 X1 M100 T0 Y1 K19 Y0 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

4.3 AND、ANI 指令 指令的作用 AND：与指令，用于串联单个常开触点； ANI(ANd Inverse)：与反指令，用于串联单个常闭 触点。 编程元件 AND： ANI： X、Y、M、S、T、C 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

4.3 AND、ANI 指令 指令的说明 AND和ANI指令用于单个触点与左边触点的串联，可连 续使用。 执行OUT指令后，通过与指令可驱动其它线圈输出。 若是两个并联电路块（两个或两个以上触点并联连接 的电路）串联，则需用后面的ANB指令。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

4.4 AND、ANI 指令应用 梯形图程序 指令表程序 步序 指令 地址 0 LD X0 1 AND X2 X0 X2 2 OUT Y2 步序 指令 地址 0 LD X0 1 AND X2 2 OUT Y2 3 LD Y2 4 ANI X0 5 OUT M101 6 AND T1 7 OUT Y3 AND X0 Y2 M101 T1 Y3 X2 X1 ANI AND 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

任务设计 5. 三相异步电动机运转电气控制电路 控制思路 电动机的额定电流较大，PLC不能用直接控制主电路，需要主电路。 此处添加页眉信息 任务设计 2018/12/1 5. 三相异步电动机运转电气控制电路 控制思路 电动机的额定电流较大，PLC不能用直接控制主电路，需要主电路。 找出所有输入量和输出量，接入I/O接线图。 为了扩大输出电流，采用继电器输出方式。 热继电器的常闭触点可以作为输入信号进行过载保护，也可以在输出进行保护。 梯形图和指令表。 我们先来讨论用PLC控制三相异步电动机的连续运转的整体思路。 大家知道电动机的额定电流一般比较大，而PLC每点的输出电流最大为2安培，所以不能用PLC直接驱动电动机运转，应该用PLC输出信号驱动接触器的线圈，由接触器的主触点控制电动机运转，所以要有主电路。 现场有哪些输入量送入PLC参加逻辑运算？PLC又有多少输出量去驱动负载？如何进行端子分配？需要I/O接线图。同时我们采用继电器输出方式。 由热继电器对电动机进行过载保护，其常闭触点可以作为输入量接入输入端，用软件实现保护，也可以接在输出端由硬件实现保护。 有了主电路和I/O接线图，然后才有梯形图，否则梯形图的元件没有任何意义。所以，一个完整的PLC控制系统，要有四部分组成，即主电路、I/O接线图、梯形图和指令表。 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系 26 此处添加页脚信息

主电路 下面请看主电路 主电路由： 电源开关 M 熔断器、 3 ~ 接触器 热继电器 电动机组成 QS FU 接触器主触点 电源开关 KM 此处添加页眉信息 2018/12/1 主电路 QS FU L1 L2 L3 接触器主触点 电源开关 KM 熔断器 热继电器热元件 下面请看主电路 主电路由： 电源开关 熔断器、 接触器 热继电器 电动机组成 FR 三相异步电动机 M 3 ~ 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系 27 此处添加页脚信息

热继电器的常闭触点可以作为输入信号进行过载保护，也可以在输出进行保护 此处添加页眉信息 2018/12/1 5.1 三相异步电动机点动运转电气控制电路 I/O接线图 热继电器 SB1 KM1 COM1 Y1 COM X1 FR 按钮 SB1－X1 FR X3 画I/O接线图时，先找出现场的输入量，分别为启动信号和停止信号，进行端子分配。 长方形表示PLC主机， SB1为启动信号接PLC的输入端X1， SB2为停止信号接输入端X2，然后把SB1和SB2另一端连在一起接公共端COM。 注意：这里我们把停止按钮改用常开触点接入输入端。 输出量从输出端YI接接触器KM的线圈。 前面提到过载保护可以通过两种方法完成，这里我们把热继电器的常闭触点串联在接触器的线圈回路中，从硬件进行过载保护。 最后从公共端COM1接电源。 根据控制原理，得到梯形图。 热继电器的常闭触点可以作为输入信号进行过载保护，也可以在输出进行保护 电源 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系 28 此处添加页脚信息

梯形图 指令表程序 步序 指令 地址 0 LD X1 1 OUT Y1 2 END 此处添加页眉信息 2018/12/1 输出线圈 X1 步序 指令 地址 启动 0 LD X1 1 OUT Y1 X1 Y1 2 END 梯形图从左母线开始，接启动信号X1的常开触点，并联常开触点Y1进行自锁，串联停止信号X2的常闭触点，最后接输出线圈YI驱动接触器的线圈。 我们结合时序图来分析梯形图的控制过程。 当按下启动按钮时，输入继电器X1接通（X1的上升沿），常开触点闭合，输出继电器YI接通（Y1的上升沿），送出输出信号，同时Y1常开触点闭合，完成自锁功能。松开启动按钮（X1的下降沿），因为自锁YI也不会断开。 当按下停止按钮时，输入继电器X2接通（X2的上升沿），常闭触点断开，切断输出继电器Y1 （Y1的下降沿） ，停止送输出信号。 从梯形图可以看出与电气控制原理图很相似。 根据梯形图，写出指令表。 从母线取一个常开触点LD X1，并联一个常开触点 OR Y1，串联一个常闭触点 ANI X2，线圈输出 OUT Y1，程序结束 END END 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系 29 此处添加页脚信息

任务2： 利用三菱FX2N系列PLC控制实现三相异步电动机的连续运转控制。 01 02 任务分析 如何实现三相异步电动机连续运转控制 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系

热继电器的常闭触点可以作为输入信号进行过载保护，也可以在输出进行保护 此处添加页眉信息 2018/12/1 5.2 三相异步电动机连续运转电气控制电路 I/O接线图 热继电器 SB1 COM1 Y1 COM X1 X2 KM1 FR 启动按钮 SB1－X1 运行接触器 KM－Y1 SB2 停止按钮 SB2－X2 FR X3 画I/O接线图时，先找出现场的输入量，分别为启动信号和停止信号，进行端子分配。 长方形表示PLC主机， SB1为启动信号接PLC的输入端X1， SB2为停止信号接输入端X2，然后把SB1和SB2另一端连在一起接公共端COM。 注意：这里我们把停止按钮改用常开触点接入输入端。 输出量从输出端YI接接触器KM的线圈。 前面提到过载保护可以通过两种方法完成，这里我们把热继电器的常闭触点串联在接触器的线圈回路中，从硬件进行过载保护。 最后从公共端COM1接电源。 根据控制原理，得到梯形图。 热继电器的常闭触点可以作为输入信号进行过载保护，也可以在输出进行保护 电源 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系 31 此处添加页脚信息

梯形图 指令表程序 步序 指令 地址 0 LD X1 1 OR Y1 2 ANI X2 3 OUT Y1 4 END 此处添加页眉信息 2018/12/1 梯形图 输出线圈 指令表程序 步序 指令 地址 停止 0 LD X1 启动 1 OR Y1 2 ANI X2 X1 X2 3 OUT Y1 Y1 4 END Y1 X1 X2 Y1 梯形图从左母线开始，接启动信号X1的常开触点，并联常开触点Y1进行自锁，串联停止信号X2的常闭触点，最后接输出线圈YI驱动接触器的线圈。 我们结合时序图来分析梯形图的控制过程。 当按下启动按钮时，输入继电器X1接通（X1的上升沿），常开触点闭合，输出继电器YI接通（Y1的上升沿），送出输出信号，同时Y1常开触点闭合，完成自锁功能。松开启动按钮（X1的下降沿），因为自锁YI也不会断开。 当按下停止按钮时，输入继电器X2接通（X2的上升沿），常闭触点断开，切断输出继电器Y1 （Y1的下降沿） ，停止送输出信号。 从梯形图可以看出与电气控制原理图很相似。 根据梯形图，写出指令表。 从母线取一个常开触点LD X1，并联一个常开触点 OR Y1，串联一个常闭触点 ANI X2，线圈输出 OUT Y1，程序结束 END 自锁 END 时序图 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系 32 此处添加页脚信息

电动机的连续运转 此处添加页眉信息 2018/12/1 此处添加页脚信息 下面通过一个模拟运行的画面看整个控制过程。 先合电源开关QS，再按绿色启动按钮SB1，启动信号通过输入端子X1进入PLC，输入继电器X1接通，梯形图中X1的常开触点闭合，输出继电器YI接通，送出输出信号，使接触器KM的线圈通电，主触点闭合，电动机接通电源开始启动并运行。同时自锁触点Y1闭合完成自锁功能，使电动机可以连续运转。 按下停止按钮SB2时，停止信号通过输入端子X2进入PLC，输入继电器X2接通，梯形图中X2的常闭触点断开，输出继电器Y1断开，停止送输出信号，接触器KM的线圈断电，主触点断开，电动机脱离电源停止转动。 再演示一遍。 电动机的连续运转 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系 33 此处添加页脚信息

归纳总结 常闭触点输入信号的处理 前面我们曾经提到，把停止按钮SB2的常开触点接入PLC的输入端X2。 此处添加页眉信息 归纳总结 2018/12/1 端子接线图 X2 X1 SB1 SB2 COM 常闭触点输入信号的处理 电气原理图 KM SB1 SB2 常闭触点 梯形图 前面我们曾经提到，把停止按钮SB2的常开触点接入PLC的输入端X2。 从电气原理图看出，现场用的停止按钮是常闭触点，如果要保留电气原理图的习惯，仍然采用常闭触点做停止信号接入PLC，如I/O接线图中这样。 梯形图要作相应的变动，把梯形图中的停止信号X2改为常开触点就可以。 否则，当PLC一接通电源，输入继电器X2就接通，梯形图中X2的常闭触点断开，一条逻辑线中有两个触点断开，按启动按钮时，电动机将无法正常启动。 X1 Y1 Y0 X2 常开触点 12/1/2018 中山职业技术学院 机电工程系 34 此处添加页脚信息

感谢观映