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2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理1第3章PLC的基本结构和工作原理3.1PLC的组成3.1.1概述3.1.2初步认识可编程控制器（PLC）3.2PLC的基本工作原理3.2.1PLC的等效电路3.2.2PLC的工作过程3.2.3PLC的接线图和梯形图的绘制方法3.2.4串行工作方式对梯形图控制结果的影响3.3PLC的输入输出接口电路3.3.1开关量输入接口模块3.3.2开关量输出接口模块3.4FX2N型PLC的配制3.4.1FX2N型PLC的主要种类及型号3.4.2FX2N型PLC的产品规格3.5PLC中的软元件3.5.1输入、输出继电器（X、Y）3.5.2辅助继电器（M）3.5.3状态继电器（S）3.5.4定时器（T）3.5.5计数器（C）3.5.6数据寄存器（D）3.5.7指针（P）、（I）习题2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理23.1PLC的组成3.1.1概述可编程序控制器(ProgrammableController)，简称PC，为了与个人计算机(PersonalComputer)的PC相区别，又称可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC。在国内市场上，欧洲的代表是西门子公司，日本的代表是三菱和欧姆龙公司，美国的代表是AB与GE公司。本书主要介绍三菱公司生产的FX2N型PLC的基本组成，原理与应用。在了解PLC工作原理与特点的基础上，重点介绍小型PLC的应用技术。包括小型PLC的硬件与系统构成、基本性能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设计方法、系统的安装与调试等。PLC实质上是一种工业控制计算机。在初次学习PLC的控制原理时，可以先不必从计算机的角度上去理解它，而把它当作一个由各种控制功能的继电器、开关等控制元件组成的控制装置来看待。3.1.2初步认识可编程控制器(PLC)输入端子输入信号灯输出端子输出信号灯编程电缆运行开关电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯扩展端口锂电池FX2N型PLC外观图3-1FX2N型PLC的外形2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理4各种类型的PLC2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理5中、大型PLC的结构外型中、大型PLC的结构外型，它通常采用积木式结构，可以根据需要将各种标准模块进行搭接，常用的模块有电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块以及各种特殊模块。图3-2中、大型PLC的结构外型2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理63.2PLC的基本工作原理3.2.1PLC的等效电路在PLC中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器(X)、输出继电器(Y)、辅助继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作软继电器。存储器中的某一位就可以表示一个继电器，这种继电器也叫位继电器。储器中的一位有两种状态：“0”和“1”。我们用0表示继电器失电，用1表示继电器得电。把“0”或“1”写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。读出该存储器某位的值为0时，表示对应继电器的常开接点断开；为1时，表示对应继电器的常开接点闭合。而常闭接点的值是对存储器位的取反。读存储器的次数是不受限制的，所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理7为了区别常规控制电路和PLC控制电路(通常叫梯形图)，PLC一般用专用图形符号来表示，如表3-1所示，其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。常开接点常闭接点继电器线圈常规电器可编程序控制器可编程序控制器图形符号表3-1常规电器和可编程序控制器的图形符号对照2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理8输入部分元件热继电器FR、停止按钮SB1、起动按钮SB2；中间逻辑部分元件中间继电器KA、时间继电器KT；输出执行部分元件接触器KM1、KM2。电动机降压起动控制图3-3图2-16自耦变压器降压起动控制电路UVWML1L2L3KM1KM2QSFUFRKM2TSB1SB2KM1KAKTKM1KM2KTFRKM1KAKA2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理9用PLC控制电动机降压起动控制用PLC控制电动机降压起动控制等效电路图X0X1X2Y0Y1Y0Y0T0K50T0M0M0M0X0X1X2FRSB1SB2 －24V＋COM梯形图X0X1X2Y0Y1COM1～220VKM1KM2+-输入量输出量逻辑部分电路可编程控制器输入部分电路输出部分电路Y0Y1图3-4PLC等效控制电路2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理103.2.2ＰLC的工作过程图3-5PLC等效电路工作过程示意图X0X1X2Y0Y1Y0Y0T0K50T0M0M0M0X0X1X2X3X4X27X25X26FRSB1SB2 －24V＋COM输入映像寄存器输出锁存器元件映像寄存器输出继电器辅助继电器状态继电器定时器计数器Y0Y1Y2Y3Y267M8255S999T255C256M0M1M2M3S0S1S2S3T0T1T2T3C0C1C2C3Y0Y1Y2Y3Y0Y1Y2Y3Y27输出（驱动）继电器输出继电器接点Y27123456789101112COM1～220VKM1KM2梯形图可编程控制器内部等效电路输入端接线输出端接线X0X1X2X3X4X27X25X26输入采样程序处理结果输出Y4COM2－＋END一个扫描周期2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理11梯形图的过程可分为以下三个阶段：输入采样阶段程序处理阶段输出刷新结果输出阶段PLC完成上述3个阶段称为一个扫描周期。PLC反复不断地执行上述过程。扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作方式有关，但主要和梯形图的长度及指令的种类有关，一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。PLC执行梯形图(读程序)是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。常规电器的控制电路中所有的控制电器都是同时工作的，在通电和得电顺序上不存在先后的问题，为并行工作方式。3.2.2ＰLC的工作过程2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理123.2.3PLC的接线图和梯形图的绘制方法梯形图采用水平布置画法，梯形图最左边的竖线叫作左母线，右边的竖线叫作右母线，右母线可以省略不画，左右母线相当于电源线。画梯形图时应注意：1梯形图中的连接线(相当于导线)不能相互交叉，并且只能水平或垂直绘制，2梯形图中的接点一般只能水平绘制，不能垂直绘制，3各种继电器线圈只能与右母线连接，不能与左母线连接，4接点不能与右母线连接，5接点中的“电流”只的从左向右单方向流动，不能出现反向流动的现象。2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理13图3-6PLC的接线图和梯形图X0X1X2Y0Y1Y0Y0T0K50T0M0M0M0Y2Y3Y4Y0Y1Y0Y1FRSB1SB2COMX0X1X2COM1～220VKM1KM2Y0Y1Y2Y3Y4COM2KM1KM2HL1HL2HL3～6V(b)PLC接线图(c)PLC控制梯形图UVWML1L2L3KM1KM2QSFUFRKM2T(a)主电路图2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理143.2.4串行工作方式对梯形图控制结果的影响梯形图中继电器线圈的接点在线圈之前和在线圈之后，对它的控制结果可能是有影响的。X1X2X1Y0Y1Y0Y1X1X2X1Y0Y1Y0Y1(a)(b)①②③③④④⑤⑤⑥⑥⑦⑦①②先执行先执行后执行后执行图3-7接点前后顺序对梯形图控制的影响2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理15点动控制的电路图和梯形图KMKMSB1SB2SB3(a)点动控制电路图(b)点动控制梯形图X1X2X3Y0X3Y0图3-8点动控制的电路图和梯形图X1X2M0Y0X3Y0X3M0图3-9接点顺序的调整2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理163.3PLC的输入输出接口电路PLC的输入输出接口电路是与外部控制电路联络的主要通道。。输入输出接口模块在设计时采取了光电隔离、滤波等抗干扰措施，以提高PLC工作的可靠性，对各种型号的输入输出接口模块，我们可以把它们以不同形式进行归类。按照信号的种类归类有直流信号输入、输出，交流信号的输入、输出；按照信号的输入、输出形式分有数字量输入、输出，开关量输入、输出，模拟量输入／输出。下面通过开关量输入、输出模块来说明外部设备与CPU的连接方式。2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理173.3.1开关量输入接口模块输入形式有两种：源型(公共端COM接＋极)和漏型(公共端COM接－极)。我国一般采用漏型输入形式。开关量输入设备也有两种型式：一种是无源开关，如各种按钮、继电器接点、控制开关等；一种是有源开关，如各种接近开关、传感器、编码器、光电开关等。图3-10PLC的开关量输入接口电路＋5V24V(＋)3.3KX0X1同上COM光电耦合器滤波器X27＋－信号灯24VPLC输入继电器X0的内部电路输入继电器X1的内部电路24V(＋)S1S2S3R1R2R3R4R5R6CHN2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理18PLC漏型输入的外部接线图3-11PLC漏型输入的外部接线X0X1COMX324V＋－X23.3KΩ24V输入继电器X的内部简化电路X4接近开关接近开关限位开关按钮继电器接点3.3KΩ3.3KΩ3.3KΩ3.3KΩ2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理193.3.2开关量输出接口模块开关量输出模块通常有三种形式：继电器输出可驱动直流30V或交流250V负载，驱动负载大，但响应时间慢。常用于各种电动机、电磁阀、信号灯等负载的控制。晶体管输出属直流输出，能驱动5～30V直流负载，驱动负载较小，但响应时间快。多用于电子线路的控制。双向晶闸管输出为交流输出。能驱动85～240V交流负载。驱动负载较大，响应时间较慢。COM1Y0Y1Y2Y3PLC负载电源FUCOM1Y0Y1Y2Y3PLC负载～电源FUCOM1Y0Y1Y2Y3PLC负载电源FU+-继电器输出晶体管输出双向晶闸管输出2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理203.3.2开关量输出接口模块光电耦合器R1R2R3R4V1V2KAY0COM1输出锁存器+24VH信号灯图3-12PLC的开关量继电器输出接口电路2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理213.4FX2N型PLC的配制3.4.1FX2N型PLC的主要种类及型号1、FX2N型PLC的主要种类FX2N型PLC按品种可分为：1基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成，只有基本单元可以单独使用，当输入输出点数不足时可以进行扩展。2扩展单元由内部电源、内部输入输出组成，需要和基本单元一起使用。3扩展模块由内部输入输出组成，自身不带电源，由基本单元、扩展单元供电，需要和基本单元一起使用。4特殊扩展设备可分为三类：特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等，特殊模块主要有模拟量输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块，特殊单元用于定位脉冲输出。2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理222、FX2N型PLC的型号FX2N型PLC的型号可表示如下：FX2N－128MR－001①②③④⑤①PLC系列名称，②输入和输出点数总和，128为64点输入和64点输出，③单元种类：M－基本单元，E－输入输出混合扩展模块及扩展单元，EX－输入专用扩展模块，EY－输出专用扩展模块，④输出型式：R－继电器输出，S－晶闸管输出，T－晶体管输出，⑤其它区分：001－专为中国推出的产品。2019/8/4第三章PLC的基本结构和工作原理233.4.2FX2N型