《PLC 可编程控制技术》

《PLC可编程控制技术》 湖北三峡职业技术学院精品课机电工程系

可编程控制器的基本结构和工作原理 第二讲

导入 组成：输入设备、输出设备、PLC硬件和软件程序

PLC的基本结构和工作原理 一、PLC的基本组成二、PLC的内部等效电路三、PLC的工作原理四、FX系列的PLC

存储器 电源编程器 PLC的硬件结构输入输出接口电路中央控制单元(CPU) 系统监控程序用户程序 PLC的软件结构一、PLC的组成基本单元

1．中央控制处理单元(CPU) 可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。

2．存储器 PLC配有两种存储器：系统存储器：存放系统管理程序（ROM或 EPROM）用户存储器：存放用户编制的控制程序（RAM，后备电池或固化在只读中）。

3．输入输出接口 • 作用：连接用户输入输出设备和PLC控制器，将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理，再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。 • 对输入输出接口的要求： • 良好的抗干扰能力； • 对各类输入输出信号（开关量、模拟量、直流量、交流量）的匹配能力。

输入输出接口 • 各种输入接口均采取了抗干扰措施。 • 光耦合器隔离 • RC滤波器 • 输入输出接口类型： • 模拟量输入输出接口 • 开关量输入输出接口（直流、交流及交直流）。 • 用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。

开关量直流输入接口电路 • 直流输入的电源一般由机内24v电源提供，输入电流一般小于10mA。

开关量输出接口电路 • PLC的开关量输出有三种形式：继电器输出型晶体管输出型晶闸管输出型 • 开关量输出端的负载电源一般由用户提供，输出电流一般不超过2A。

继电器输出型 • 既可以接直流负载又可以接交流负载

4．电源 PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。 5．外围设备——编程器将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；监视PLC的工作状态。 6 ．用户输入输出设备用户输入器件有控制开关和检测元件，即各种开关、按钮、传感器等；用户输出设备主要有接触器、电磁阀、指示灯等。

PLC硬件结构图

PLC的软件结构 在PLC中，软件分为两大部分： 1．系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。 2．用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。

二、PLC的内部等效电路 • 以两台电机的启动为例

运行模式 ： PLC的工作模式停止模式内部处理阶段通信服务阶段： PLC的工作过程输入处理阶段程序处理阶段输出处理阶段： PLC的工作方式循环扫描方式三、PLC的工作原理

运行模式 PLC的运行模式停止模式 1. PLC的运行模式

2．PLC的工作过程 (1)内部处理阶段：检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。 (2)通信服务阶段在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。

(3)输入处理阶段 也叫输入采样阶段。 CPU顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。 (4)程序处理阶段按先上后下、先左后右的顺序（跳转指令除外），对梯形图程序进行逐句扫描并根据各映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关的映像寄存器中。 (5)输出处理阶段将所有输出映象寄存器中的Y寄存器的状态，转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

3. PLC的工作方式 采用循环扫描方式（也称串行工作方式） PLC处于运行状态时，CPU循环完成内部处理、通信服务、输入采样、程序处理、输出处理五个阶段的工作，每完成一次循环所需的时间称为一个扫描周期。扫描周期的长短与 CPU 的运算速度有关，与 I/O 点的情况有关，与用户程序的长短及编程情况等均有关。通常用 PLC 执行 1K 指令所需时间来说明其扫描速度 ( 一般 1~10ms/K) 。

4．PLC的工作特点 集中采样、集中输出、周期性循环扫描串行工作方式注意由于PLC是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象寄存器中的内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。由于PLC是串行工作方式，所以 PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关。这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争，减少了繁琐的联锁电路。

输出滞后 注意从PLC的外部输入信号发生变化至它所控制的外部输出信号发生变化的时间间隔。一般为几十—100ms. • 引起输出滞后的因素：输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引起的滞后

四、FX系列可编程控制器 • 三菱公司的PLC是最早进入中国市场的产品。FX2N是近几年推出的高功能整体式小型机。 • FX系列PLC具有庞大的家族。 • 基本单元(主机)有FX0、FX0S、FXON、FX1、FX2、FX2C、FX1S、FX2N、FX2NC9个系列； • 每个系列又有14、16、32、48、64、80、128点等不同输入输出点数的机型； • 每个系列还有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种输出形式。

1．FX系列PLC型号的含义 FX□－□□□□ 特殊品种的区别输出形式单元类型 I/O总点数14～256 系列序号0, 1,2,2C,2N…

说明： • 系列序号：0,0S，0N，1,2,2C，1S，2N，2NC。 • I/O总点数：14～256。 • 单元类型：M-----基本单元； E----输入输出混合扩展模块； EX----输入专用扩展模块； EY---输出专用扩展模块； • 输出类型: R-----继电器输出； T----晶体管输出； S-----晶闸管输出

特殊品种区别 D------DC电源，DC输入； AI-----AC电源，AC输入； H------大电流输出扩展模块(1A/1点)； 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的扩展模块； L------TTL输入型扩展模块； S------独立端子(无公共端)扩展模块。如：FX2N---32MRD 表示FX2N系列，输入输出总点数为32点，继电器输出、DC电源，DC输入的基本单元。

2．主要性能指标 (1)硬件指标：硬件指标包括一般指标、输入特性和输出特性。 (2)软件指标：软件指标包括运行方式、速度、程序容量、元件种类和数量、指令类型等。

项目 FX1S FX1N FX2N和FX2NC 运算控制方式存储程序，反复运算 I/O控制方式批处理方式（在执行END指令时），可以使用I/O刷新指令运算处理速度基本指令 0.55微秒/指令～0.7微秒/指令 0.08微秒/指令应用指令 3.7微秒/指令～数百微秒/指令 1.52微秒/指令～数百微秒/指令程序语言逻辑梯形图和指令表，可以用步进梯形指令来生成顺序控制指令程序容量（EEPROM）内置2KB步内置8KB步内置8KB步，用存储盒可达16KB步指令数量基本、步进基本指令27条，步进指令2条应用指令 85条 89条 128条 I/O设置最多30点最多128点最多256点 FX系列PLC的基本性能指标

输入电压 DC24V±10% 元件号 X0～X7 其他输入点 FX系列PLC的输入技术指标输入信号电压 DC24V±10% 输入信号电流 DC24V,7mA DC24V,5mA ＞4.5mA 输入开关电流OFF→ON >3.5mA 输入开关电流ON→OFF <1.5mA 输入响应时间 10ms 可调节输入响应时间 X0～X7为0～60mA（FX2N），其他系列0～15mA 输入信号形式无电压触点，或NPN集电极开路输出晶体管输入状态显示输入ON时LED灯亮

项目 继电器输出晶闸管输出（仅FX2N）晶体管输出外部电源最大AC240V或DC30V AC85V～242V DC5～30V FX系列PLC的输出技术指标电阻负载 2A/1点，8A/COM 0.3A/1点，0.8A/COM 0.5A/1点，0.8A/COM 最大负载 12W/24VDC 感性负载 80VA，120/240VAC 36VA/AC240V 灯负载 100W 30W 0.9W/DC240V（FX1S），其他系列1.5W/DC 24V 最小负载电压＜5VDC时2mA，电压＜24VDC时5mA（FX2N） 2.3VA/240V AC …… 响应时间 OFF→ON 10ms 1ms <0.2ms；<5μs(仅Y0，Y1) ON→OFF 10ms 10ms <0.2ms；<5μs(仅Y0，Y1) 开路漏电流 … 2mA/240V AC 0.1mA/30V DC 电路隔离继电器隔离光电晶闸管隔离光耦合器隔离输出动作显示

思考与作业 • PLC的硬件结构由哪几部分组成？各有什么作用？ • CPU模块由哪几部分组成？ • 开关量输入输出接口有哪几种类型？ • 简述PLC的扫描周期。引起PLC输出滞后响应的因素有哪些？ • PLC运行模式下的工作过程分为哪几个阶段？ • PLC的工作特点有哪些？为什么说PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关？ • FX-----4EYSAI含义是什么？

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