模拟量控制和位置控制

PLC综述可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种以微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。

它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、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和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是电子技术、计算机技术与继电器逻辑自动控制系统相结合的产物。

它不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时又照顾一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编辑方式，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。

使用者可根据生产过程和工艺要求编制控制程序。

程序运行后，PLC就根据现场输入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他传感信号）按照预先编入的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行控制。

一、PLC简介及其特点：1、PLC简介:可编程控制器（Programmable Logic Controller ，简称PLC，下同）是电气自动控制的新技术，目前公开发行适用于技校的教材较少，给广大师生的学习带来诸多不便。

本文介绍PLC的编程设计方案，使电气工程技术人员特别是初学者对PLC技术加深了解和认识；同时帮助学生更好地解决学习PLC技术中最难掌握的编程难题，达到能够牢固掌握、熟练运用、提高应用设计能力和加快推广应用的目的。

程序设计是整个系统设计的关键环节，在PLC程序设计中，可采用梯形图、指令表、SFC（程序流程图）进行编程。

2、可编程控制器的主要功能这是PLC的基本功能，也是最广泛的应用，如机车的电气控制、包装机械的控制、电梯的控制等（1）用于模拟量的控制：PLC通过模拟量I/O模块，实现模数转换，并对模拟量进行控制。

如闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制（2）用于工业机器人的控制：PLC作为一种工业控制器，适用于工业机器人。

第五章可编程序控制器及其工作原理5-1 可编程序控制器具有哪些特点？答：可编程序控制器特点：1）抗干扰能力强，可靠性高；2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；3）编程方便，易于使用；4）功能完善，扩展能力强；5）PLC控制系统设计、安装、调试方便；6) 维修方便，维修工作量小；7) 体积小、重量轻，易于实现机电一体化。

5-2 整体式PLC、组合式PLC由哪几部分组成？各有何特点？答：整体式结构的PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、I∕O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。

另外还有独立的I/O扩展单元等通过扩展电缆与主机上的扩展端口相连，以构成PLC不同配置与主机配合使用。

整体式结构的PLC结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。

小型机常采用这种结构。

组合式结构的PLC是将CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I∕O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块可以插在带有总线的底板上。

装有CPU的模块称为CPU模块，其他称为扩展模块。

组合式的特点是配置灵活，输入接点、输出接点的数量可以自由选择，各种功能模块可以依需要灵活配置。

5-3 PLC控制与继电器控制比较，有何相同之处？有何不同之处？答：PLC控制与继电器控制的比较见下表：5-4 PLC的硬件指的是哪些部件？它们的作用是什么？答：PLC的基本结构由中央处理器（CPU），存储器，输入、输出接口，电源，扩展接口，通信接口，编程工具，智能I/O接口，智能单元等组成。

1）中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）其主要作用有①接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。

②诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误。

③用扫描的方式通过I∕O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中。

④PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，解释并按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

在不同场景下，伺服电机的控制方式各有不同，在进行选择之前你需要先了解伺服电机是三种控制方式各有其特点，下面小编就给大家介绍一下伺服电机的三种控制方式。

伺服电机控制方式有脉冲、模拟量和通讯控制这三种1、伺服电机脉冲控制方式在一些小型单机设备，选用脉冲控制实现电机的定位，应该是最常见的应用方式，这种控制方式简单，易于理解。

基本的控制思路：脉冲总量确定电机位移，脉冲频率确定电机速度。

都是脉冲控制，但是实现方式并不一样：第一种，驱动器接收两路(A、B路)高速脉冲，通过两路脉冲的相位差，确定电机的旋转方向。

如上图中，如果B相比A相快90度，为正转；那么B相比A相慢90度，则为反转。

运行时，这种控制的两相脉冲为交替状，因此我们也叫这样的控制方式为差分控制。

具有差分的特点，那也说明了这种控制方式，控制脉冲具有更高的抗干扰能力，在一些干扰较强的应用场景，优先选用这种方式。

但是这种方式一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口，对高速脉冲口紧张的情况，比较尴尬。

第二种，驱动器依然接收两路高速脉冲，但是两路高速脉冲并不同时存在，一路脉冲处于输出状态时，另一路必须处于无效状态。

选用这种控制方式时，一定要确保在同一时刻只有一路脉冲的输出。

两路脉冲，一路输出为正方向运行，另一路为负方向运行。

和上面的情况一样，这种方式也是一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口。

第三种，只需要给驱动器一路脉冲信号，电机正反向运行由一路方向IO信号确定。

这种控制方式控制更加简单，高速脉冲口资源占用也最少。

在一般的小型系统中，可以优先选用这种方式。

2、伺服电机模拟量控制方式在需要使用伺服电机实现速度控制的应用场景，我们可以选用模拟量来实现电机的速度控制，模拟量的值决定了电机的运行速度。

模拟量有两种方式可以选择，电流或电压。

电压方式，只需要在控制信号端加入一定大小的电压即可。

实现简单，在有些场景使用一个电位器即可实现控制。

《电气控制与PLC控制技术》课程教学大纲一、课程的地位、作用和任务《电气控制与PLC控制技术》是自动化、机电类等专业的一门核心课程，是集计算机技术、自动控制技术和网络通信技术于一体的综合性课程。

通过学习使学生掌握常用电器的使用、控制电路的基本环节、常见故障分析、PLC的构成、指令系统及编程方法，形成控制电路的设计、安装、调试、故障处理能力和应用可编程控制器实现电气自动控制要求的能力。

二、教学内容及教学要求（一）常用低压电器1．知识点和教学要求（1）掌握各种常用低压电器的工作原理，图形和文字符号及使用方法。

（2）理解各种常用低压电器的组成和结构特点。

（3）了解各种常用低压电器的一般技术指标。

2．能力培养要求使学生具有选择和使用各种常用低压电器的能力和简单故障判断能力。

（二）电气控制电路的基本控制环节1．知识点和教学要求（1）掌握电气控制原理图的基本知识和绘图方法，电动机启动和制动控制方法，各种保护环节，控制系统中常用的控制原则。

（2）理解三相绕线式异步电动机的启动控制方法。

（3）了解直流电动机的启动、反转、调速和制动的控制方法。

2．能力培养要求使学生具有分析和设计简单电气控制电路图的能力。

（三）常用机床电气控制系统1．知识点和教学要求（1）掌握阅读和分析电气控制原理的方法和步骤。

（2）理解常用机床电气控制原理。

（3）了解常用机床电气控制系统故障分析。

2．能力培养要求培养学生具有阅读和分析电气控制原理图的能力、常见电气故障诊断和分析的能力。

（四）桥式起重机电气控制1．知识点和教学要求（1）理解桥式起重机的电气控制原理，凸轮控制器和主令控制器的工作原理。

（2）了解桥式起重机的结构、电气控制要求、电动机的几种工作状态。

2．能力培养要求使学生初步具有分析和操作桥式起重机电气控制线路的能力。

（五）可编程控制器概述1．知识点和教学要求（1）理解PLC的定义和特点。

（2）了解PLC的来源、应用范围、发展趋势以及在工业自动控制领域中的地位和作用。

三菱伺服MR-ES系列产品简介三菱通用AC伺服MR-ES系列是MR-E的基础上开发的，保持了高性能但是限定了功能的AC伺服系列。

MR-ES系列从控制模式上又可分成MR-E-A（位置控制模式和速度控制模式），MR-E-AG（模拟量输入的速度控制模式和转矩控制模式）。

MR-ES系列的配套伺服电机的最新编码器采用131072脉冲/转分辨率的增量位置编码器，频率响应从原来的300HZ提升到500HZ。

1、高性能（继承了MR-J2S的高性能）●高响应性，从原来的300HZ提升到了500HZ。

●高精度定位●高水平自动调谐，能轻易实现增益设置●采用自适应震动抑制控制，降低震动●通过在个人电脑上安装的软件实现最佳调谐●脉冲序列输入（位置、速度控制），模拟量输入（速度、力矩控制）两种用途.2、简化操作（操作简单）●插座配置在前面板上，方便连接●采用插座方式，接线容易●设置方法与J2-SUPER具有互换性。

3、国际标准●已取得EN、UL、cUL认证。

三菱伺服MR-E系列配套产品型号● MR-E-A-KH003 具有位置控制和速度控制模式● MR-E-AG-KH003 具有位置控制和速度控制模式功率/KW 型号功率KW型号0.1MR-E-10A(G)-KH0030.2MR-E-20A(G)-KH003 HF-KE13BJW1-S100HF-KE23BJW1-S100 MR-J3ENCBL5M-A1-L MR-J3ENCBL5M-A1-L MR-PWS1CBL2M-A1-L MR-PWS1CBL2M-A1-L MR-ECNP1-B MR-ECNP1-BMR-ECNP2-B MR-ECNP2-BMR-ECN1MR-ECN1MR-BKS1CBL5M-A1-L MR-BKS1CBL5M-A1-L0.4MR-E-40A(G)-KH0030.5MR-E-70A(G)-KH003 HF-KE43BJW1-S100HF-SE52BJW1-S100 MR-J3ENCBL5M-A1-L MR-ESCBL5M -L MR-PWS1CBL2M-A1-L MR-PWCNS4MR-ECNP1-B MR-ECNP1-BMR-ECNP2-B MR-ECNP2-B MR-ECN1MR-ECN1 MR-BKS1CBL5M-A1-L MR-BKCNS10.75MR-E-70A(G)-KH0031MR-E-100A(G)-KH003 HF-KN73BJW1-S100HF-SE102BJW1-S100 MR-J3ENCBL5M-A1-L MR-ESCBL5M -LMR-PWS1CBL2M-A1-L MR-PWCNS4MR-ECNP1-B MR-ECNP1-BMR-ECNP2-B MR-ECNP2-BMR-ECN1MR-ECN1MR-BKS1CBL5M-A1-L MR-BKCNS11.5MR-E-200A(G)-KH0032MR-E-200A(G)-KH003 HF-SE152BJW1S-100HF-SE202BJW1-S100 MR- ESCBL5M –L MR- ESCBL5M –L MR-PWCNS4MR-PWCNS5MR-ECNP1-B1MR-ECNP1-B1MR-ECNP2-B1MR-ECNP2-B1MR-ECN1MR-ECN1MR-BKCNS1MR-BKCNS1MR-ES伺服放大器技术规格伺服放大器型号MR-ES-KH00310A20A40A70A100A200A伺服放大器主回路电源电压、频率三相AC200～230V/50/60Hz或单相AC230V/50/60Hz三相AC200～230V50/60Hz允许电压波动范围三相AC170～253V/50/60Hz或单相AC207～253V/50/60Hz三相AC170～253V50/60Hz容许频率波动±5%以内控制方式正弦波PWM控制,电流控制方式动力制动器内装式内装再生制动器无无有有有有保护功能过电流断路，,再生过电压断路、过负载断路（电子热保护）、检测器异常保护,再生异常保护,电压不足或瞬时停电保护,超速保护,误差过大保护位置控制模式最大输入脉冲频率500Kpps(差动式接收器时）,200Kpps（集电极开路接收时）定位反馈脉冲编码器、伺服电机每转的分辨率：131,072p/rev指令脉冲倍率电子齿轮A/B倍A＝1～10000、B＝1～50000,1/50＜A/B＜50定位到位范围设置0～±50000脉冲(指令脉冲单位)误差过大±2.5转转矩限制参数设置速度控制模式速度控制范围内部速度指令1：5000速度波动率±0.01%以下（负载波动0～100%)）0%(电源波动±10%)转据限制参数设置结构自冷，开放（IP00）强冷、开放式(IP00)环境周围温度0～55℃(不结冰)、保存温度：－20～65℃（不结冰）周围湿度90%RH以下（无结露）,保存湿度：90%RH以下（无结露）空气室内（无阳光直射）、没有腐蚀性气体、易燃气体、油雾及尘埃标高海拔1000m以下振动 5.9m/s?以下重量(kg)0.70.7 1.1 1.7 1.7 2.0。

PLC编程的3大量：开关量、模拟量、脉冲量讲解1、 开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF（开关量只有两种状态0/1，包括开入量和开出量，反映的是状态）。

它是最常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC最基本的应用。

开关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。

所以，有时也称其为顺序控制。

而顺序控制又分为手动、半自动或自动。

而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。

2、 模拟量是指一些连续变化的物理量（数字量是不连续的。

反映的是电量测量数值），如电压、电流、压力、速度、流量等。

PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开关量控制。

由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。

由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。

模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。

所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。

如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。

同时还要有模拟量输入单元(A/D)，把这些标准的电信号变换成数字信号。

模拟量输出单元(D/A)，以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。

所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。

这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。

例如：PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0—10V，所要检测的是温度值0—100℃。

那么0—32767对应0—100℃的温度值。

然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。

如果想把温度值精确到0.1℃，把327.67/10即可。

模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。

这些都是PLC内部数字量的计算过程。

PLC通用数据寄存器D数据寄存器(D)在模拟量检测与控制以及位置控制等场合用来储存数据和参数，数据寄存器可储存16位二进制数或一个字，两个数据寄存器合并起来可以存放32位数据(双字)，在：D0和D1组成的双字中，D0存放低16位，D1存放高16位。

字或双字的最高位为符号位，该位为0时数据为正，为1时数据为负。

将数据写入通用数据寄存器后，其值将保持不变，直到下一次被改写。

PLC从RUN状态进入STOP状态时，所有的通用数据寄存器的值被改写为0。

如果特殊辅助继电器M8033为ON，PLC从RUN状态进入STOP状态时，通用数据寄存器的值保持不变PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。

数据寄存器为16位，最高位为符号位。

可用两个数据寄存器来存储32位数据，最高位仍为符号位。

数据寄存器有以下几种类型：1．通用数据寄存器（D0～D199）共200点。

当M8033为ON时，D0～D199有断电保护功能；当M8033为OFF时则它们无断电保护，这种情况PLC由RUN →STOP或停电时，数据全部清零。

2.断电保持数据寄存器（D200～D7999）共7800点，其中D200～D511（共12点）有断电保持功能，可以利用外部设备的参数设定改变通用数据寄存器与有断电保持功能数据寄存器的分配；D490～D509供通信用；D512～D7999的断电保持功能不能用软件改变，但可用指令清除它们的内容。

根据参数设定可以将D1000以上做为文件寄存器。

3.特殊数据寄存器（D8000～D8255）共256点。

特殊数据寄存器的作用是用来监控PLC的运行状态。

如扫描时间、电池电压等。

未加定义的特殊数据寄存器，用户不能使用。

具体可参见用户手册。

4.变址寄存器（V/Z）FX2N系列PLC有V0～V7和Z0～Z7共16个变址寄存器，它们都是16位的寄存器。

变址寄存器V/Z实际上是一种特殊用途的数据寄存器，其作用相当于微机中的变址寄存器变，用于改变元件的编号（变址），例如V0=5，则执行D20V0时，被执行的编号为D25（D20+5）。