PLC原理及应用(第2、3章)

Date:2020/2/15Page:1第二章PLC的组成及工作原理第一节PLC的组成第二节PLC的工作原理Date:2020/2/15Page:2§2-1PLC的组成Date:2020/2/15Page:3§2-1-1PLC硬件系统组成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件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口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Date:2020/2/15Page:4微处理器（CPU）整个PLC这一计算机系统的控制器与运算器系统核心Date:2020/2/15Page:5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。Date:2020/2/15Page:6用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。Date:2020/2/15Page:7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。Date:2020/2/15Page:8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）。Date:2020/2/15Page:9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。Date:2020/2/15Page:10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）。Date:2020/2/15Page:11§2-1-2PLC软件系统组成系统监控程序运行管理生成用户元件系统内部自检管理程序解释程序标准程序模块、系统调用用户程序自动化系统控制程序数据表格软件系统Date:2020/2/15Page:12§2-2可编程序控制器的工作原理Date:2020/2/15Page:13★当PLC运行时，需要进行众多的操作★而PLC的CPU不可能同时去执行多个操作，每一刻只能执行一个操作。§2-2-1扫描工作方式Date:2020/2/15Page:14★解决的办法：采用分时操作原理★由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。★这种分时操作的方法称为扫描工作方式Date:2020/2/15Page:15★例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。Date:2020/2/15Page:16检查CPU等内部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描执行，并将结果存入相应的寄存器将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载Date:2020/2/15Page:17★整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段★整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期★扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关。★典型值为1～100msDate:2020/2/15Page:18§2-2-2PLC的扫描过程分析可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。01Date:2020/2/15Page:19输入端子X0X1X2输入映象寄存器1读输入处理X0Y0输出元件映象寄存器2读程序执行Y0M03写4读5写输出端子输出锁存器6输出输出处理Y0Y1Y2Date:2020/2/15Page:201、输入采样阶段PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中对应的输入映像寄存器（对应于输入端子状态的数据区）中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，将进入程序执行阶段，在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。即：输入映像存储器每周期刷新一次。PLC扫描周期一般仅几十mS，两次采样之间的间隔时间很短，对一般的开关量而言，可以认为采样是连续的。Date:2020/2/15Page:212、程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按先左后右，先上后下的步序语句逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映像寄存器“读入”对应元件(“软继电器”)的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入输出映像寄存器中。对输出映像寄存器来说，每一个元件(“软继电器”)的状态会随着程序执行过程而变化。Date:2020/2/15Page:223、输出刷新阶段同理，CPU不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中。在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中（称为输出状态刷新），通过一定方式输出，驱动外部负载。即：输出映像存储器——随时刷新输出锁存器——每周期刷新一次（刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新）Date:2020/2/15Page:23由此可以看出，I/O映像存储器的内容，构成I/O状态表，其内容是CPU处理用户程序及数据的依据。注意：输入状态表——采样时刷新输出状态表——随时刷新（中间值和最终结果）输出端子的接通或开断——输出锁存器决定Date:2020/2/15Page:24第三章PLC主要性能指标及三菱FX系列PLC简介Date:2020/2/15Page:25§3-1PLC主要性能指标Date:2020/2/15Page:26§3-1PLC主要性能指标可编程控制器的性能指标较多，不同厂家的可编程控制器产品技术性能各不相同，各有特色。通常可以用以下几种性能指标进行描述。Date:2020/2/15Page:271．输入/输出点数输入/输出点数是指可编程控制器组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数量，即可编程控制器外部输入、输出端子数。它他表示可编程控制器组成控制系统时可能的最大规模。通常，在总点数中，输入点数大于输出点数，且输入与输出点不能相互替代。Date:2020/2/15Page:282．扫描速度一般以执行1000步指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步。也有以执行一步指令时间计，单位为微秒/步。Date:2020/2/15Page:293．存储器容量可编程控制器的存储器包括系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分。可编程控制器产品中可供用户的是用户程序存储器和数据存储器。可编程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如存储容量为1000步的可编程控制器，其存储容量为2K字节。Date:2020/2/15Page:304．编程语言可编程控制器采用梯形图、布尔助记符、菜单图、顺序功能图和语言描述等编程语言。不同的可编程控制器产品可能拥有其中一种、两种或全部的编程方式。常用三种编程方式：梯形图（LAD），布尔助记符（STL），顺序功能图（SFC）。Date:2020/2/15Page:315．指令功能可编程控制器的指令种类越多，则其软件的功能就越强，使用这些指令完成一定的控制目标的就越容易。此外，可编程控制器的可扩展性、使用条件、可靠性、易操作性及经济性等性能指标也是用户在选择可编程控制器时须注意的指标。Date:2020/2/15Page:32§3-2三菱FX系列PLC及性能Date:2020/2/15Page:33FX系列PLC的硬件配置图Date:2020/2/15Page:34FX系列PLC的网络通信能力Date:2020/2/15Page:35§3-2-1FX系列PLC概述Date:2020/2/15Page:36●FX系列家族成员FX0FX2FX2CFX0SFX1SFX0NFX1NFX2NFX2NCDate:2020/2/15Page:37FX系列PLC型号说明FX□─□□□─□系列名I/O点数单元类型输出方式特殊品种如：0S1S0N1N2N等Date:2020/2/15Page:38单元类型：M：基本单元E：输入输出混合扩展单元与扩展模块EX：输入扩展模块EY：输出扩展模块输出方式：R：继电器输出T：晶体管输出S：双向晶闸管输出Date:2020/2/15Page:39特殊品种：D----DC电源，DC输出A----AC电源，AC（AC100~120V）输入或AC输出模块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----输入滤波时间常数为1ms的扩展模块◆如果特殊品种一项无符号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。Date:2020/2/15Page:40I/O扩展FX0N-60MRFX0N-40ERFX0N-8EYR例如：FX0N、FX1N最大可构成的I/O点数为128点基本单元扩展单元扩展模块Date:2020/2/15Page:41FX0N、FX1N系列PLC——FX0N特殊模块及外围设备※FX0N-3A2路模拟输入/1路模拟量输出※FX0N-232ADPRS232通信接口※FX0N-485ADPRS485通信接口※FX-10-P、FX-20-P简易编程器※FXGP/WIN-C编程软件※DU、GOT人机界面※FX0N-16NT16位数据传送接口Date:2020/2/15Page:42※FX0N所有特殊模块与外围设备全部可用于FX1N※扩展板FX1N-232-BD、FX1N-422-BD、FX485-BD，通过RS-232C/422/485和外部设备实现通信※装有8个模拟电位器的FX1N-8AV-BD选件板※可通过FX1N-5DM模块进行时间显示与设定。Date:2020/2/15Page:43§3-2-2FX0N、FX1N系列PLC性能指标项目性能FX0NFX1N用户存储程序存储容量2K步（EEPROM）8K步（EEPROM）可选存储器FX-EEPROM-4(4K)FX1N-EEPROM-8LFX-EEPROM-8(8K)FX-EPROM-8(8K)指令种类基本指令20条27条步进指令2条2条应用指令36种51条89种187条运算速度基本指令1.6~3.6μs/指令0.55~0.7μs/指令应用指令数十μs~数百μs/指令数μs~数百μs/指令一般性能指标Date:2020/2/15Page:44输入性能指标输入点X000-X007X010-输入电流DC24V7mADC24V5mA输入ON电流≥4.5mA≥3.5mA输入OFF电流＜1.5mA＜1.5mA响应时间约10ms约10ms(0---15ms可调)电路隔离光电耦合隔离Date:2020/2/15Page:45输出性能指标①---