PLC基本组成以及工作原理

电气控制与PLC原理电气控制技术与PLC应用2第一篇PLC的基本组成和工作原理项目一PLC的产生与发展项目二PLC的硬件组成项目三PLC的软元件电气控制技术与PLC应用3①了解PLC产生、特点、应用及分类；②掌握PLC的定义；③了解PLC的硬件配置；④掌握PLC的基本结构、工作原理及性能指标。PLC工作原理与性能指标①PLC的工作方式；②PLC内部软元件资源的使用。基本要求重点难点第一篇PLC的基本组成和工作原理电气控制技术与PLC应用4项目一PLC的产生与发展1.1.1PLC的产生1.1.2PLC的定义1.1.3PLC的主要特点1.1.4PLC的应用场合1.1.5PLC的分类1.1.6PLC的技术指标1.1.7PLC的相关知识电气控制技术与PLC应用51.1.1PLC的产生1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)，为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标，在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。①编程方便，可在现场修改程序；②维护方便，最好采用插件式结构；③可靠性高于继电器控制装置；④数据可直接输入管理计算机；⑤体积小于继电器控制装置；⑥成本可与继电器控制装置竞争；⑦输入电源可为市电（交流115V）；⑧输出电源可为市电，负载电流要求在2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；⑨扩展时，原系统要求变更最少；⑩用户程序存储器容量大于4K字节。电气控制技术与PLC应用61969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。由于可编程序控制器最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制，相当于可编程序逻辑控制器（PLC），另一方面，为了与个人计算机（PC）相区别，因此可编程序控制器简称为PLC。1.1.1PLC的产生电气控制技术与PLC应用71.1.2PLC的定义国际电工委员会(IEC)于82年11月、85年1月和87年2月分别颁发了可编程序控制器标准草稿第一、二稿和第三稿，对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。电气控制技术与PLC应用81.1.3PLC的主要特点①可靠性高、抗干扰能力强；②编程简单易学；③使用维护方便；硬件配置方便安装方便使用方便维护方便④体积小、质量轻、功耗低⑤设计施工周期短电气控制技术与PLC应用91.1.4PLC应用场合1、逻辑开关顺序控制2、机械位移控制3、数据处理4、模拟量控制5、通信联网电气控制技术与PLC应用101.1.5PLC分类1.按结构形式分类①整体式：单元式、箱体式②组合式：模块式③叠装式电气控制技术与PLC应用111.1.5PLC分类2.按I/O点数分类①微型机I/O点数小于32；②微小型机I/O点数在32-128；③小型机I/O点数在128-256；④中型机I/O点数在256-2048；⑤大型机I/O点数在2048以上；⑥超大型机I/O点数在4000以上。3.按生产厂家分类①德国：西门子公司②日本：三菱公司、OMRON公司③美国：GE公司、AB公司电气控制技术与PLC应用12①输入/输出点数（I/O）②存储容量③扫描速度④编程语言与指令系统⑤内部寄存器⑥功能模块⑦可扩展能力1.1.6PLC技术指标电气控制技术与PLC应用13①PLC与继电-接触器控制系统的比较②PLC与微型计算机控制系统的比较1.1.7PLC的相关知识a)可靠性b)适应性通用性c)控制速度d)工作方式e)价格a)应用范围b)工作环境c)编程语言d)工作方式e)价格电气控制技术与PLC应用14③PLC与单片机控制系统的比较④PLC资料与软件的下载的相关知识a)使用者学习掌握的角度b)使用简单程度c)可靠性电气控制技术与PLC应用15项目二PLC的硬件组成1．学习掌握PLC的基本结构。2．学习掌握PLC的基本工作原理。3．了解三菱FX２Ｎ系列PLC的硬件配置。项目目标电气控制技术与PLC应用16项目二PLC的硬件组成1.2.1PLC的基本结构1.2.2PLC的工作原理1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置电气控制技术与PLC应用171.2.1PLC的基本结构系统程序存储器用户程序存储器存储器I/O扩展口外设接口输入单元输出单元用户输出设备中央处理单元（CPU）电源用户输入设备I/O扩展单元特殊功能单元主机编程器盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC可编程终端PT…PLC的硬件系统结构一、中央处理单元二、存储器三、输入/输出模块四、电源五、外部设备①②③③③⑤④③⑤电气控制技术与PLC应用18装有CPU的单元称为CPU模块，其他称为扩展模块。CPU与各扩展模块间通过电缆连接。中、大型机常采用组合式PLC。组合式PLC组成示意图各单元分别做成相应的电路板或模块，插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用191.2.1PLC的基本结构中央处理单元是PLC的主要组成部分，是系统的控制中枢。它的主要功能是：接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。一、中央处理单元(CPU)电气控制技术与PLC应用201.2.1PLC的基本结构(1)取样外部输入信号送入输入映像存储器中存储起来。(2)按存储的先后顺序取出用户指令，进行编译。(3)完成用户指令规定的各种操作。(4)将输出映像存储器中的结果送到输出端子。(5)响应各种外围设备(如编程器、打印机等)的请求。一、中央处理单元(CPU)电气控制技术与PLC应用211．系统程序存储器系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了PLC的功能。系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。二、存储器1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用222．用户程序存储器存放用户编制的梯形图程序或用户数据一般由RAM、EPROM、EEPROM构成。根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。不同机型的PLC的用户程序存储器的容量可能差异较大。根据生产过程或工艺的要求，用户程序经常需要改动，所以用户程序存储器必须可读写。1.2.1PLC的基本结构二、存储器电气控制技术与PLC应用23三、输入/输出模块1.2.1PLC的基本结构输入接口电路由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。输出接口电路由CPU输出电路和功率放大电路组成。电气控制技术与PLC应用24输入/输出模块：(一)开关量I/O模块1.开关量输入模块①直流输入；②交流/直流输入；③交流输入。2.开关量输出模块①继电器输出（交流/直流驱动）；②晶体管输出（直流驱动）；③双向晶闸管输出（交流驱动）。(二)模拟量I/O模块(三)其他功能I/O模块三、输入/输出模块1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用25(一)开关量I/O模块1.开关量输入模块②交流/直流输入电路三、输入/输出模块①直流输入电路③交流输入电路1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用26(一)开关量I/O模块2.开关量输出模块三、输入/输出模块②晶体管输出电路（直流驱动）③双向晶闸管输出电路（交流驱动）①继电器输出电路（交流/直流驱动）1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用27(一)开关量I/O模块3.开关量I/O模块的外部接线三、输入/输出模块1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用28模拟量输入模块结构框图(二)模拟量I/O模块1.模拟量输入模块三、输入/输出模块1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用29模拟量输出模块结构框图(二)模拟量I/O模块2.模拟量输出模块三、输入/输出模块1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用30(二)模拟量I/O模块三、输入/输出模块光耦合器隔离A/D转换器滤波内部回路模拟量输入单元框图信号转换内部回路光耦合器隔离D/A转换器模拟量输出单元框图1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用31电源部件将交流电源转换成PLC的中央处理器、存储器等电路工作所需要的直流电源。电源部件还能使PLC向外部提供24V的直流电源，给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。四、电源打印机、监视器、其他PLC、计算机编程器编程器分为以下三类：①简易编程器②图形编程器③工业控制计算机作为编程器五、其他接口电路1.2.1PLC的基本结构电气控制技术与PLC应用321.2.2PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。电气控制技术与PLC应用33循环扫描工作方式PLC工作状态：运行(RUN)状态，执行应用程序。停止(STOP)状态，编制与修改程序。PLC执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期。典型值1～100ms。其中大部分时间用于完成用户程序的三个阶段。1.2.2PLC的工作原理电气控制技术与PLC应用34等效电路PLC控制接线图PLC控制等效电路图（PLC的I/O配置图）继电器-接触器控制电路图注意SB2→X1输入电路输出电路梯形图1.2.2PLC的工作原理电气控制技术与PLC应用35等效电路PLC的I/O配置图电机控制电路相似相差常用少用1.2.2PLC的工作原理电气控制技术与PLC应用36扫描方式①读①写②读㈠㈢②写①读③读指令表0LDX01ORY02ANIX13OUTY04OUTT0K1007LDT08OUTY19END②读⑥读㈡④写⑤写⑦写⑧写梯形图1.2.2PLC的工作原理电气控制技术与PLC应用37扫描方式㈠㈡㈢1.2.2PLC的工作原理电气控制技术与PLC应用381.2.2PLC的工作原理扫描周期即完成一次扫描(I／O刷新、程序执行和监视服务)所需时间。由PLC的工作过程可知，一个完整的循环扫描周期Ｔ应为决定因素：一是CPU执行指令的速度；二是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长短。扫描周期电气控制技术与PLC应用39扫描周期扫描周期又称为系统响应时间。它由①输入电路的滤波时间、②输出模块的滞后时间③扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。响应延迟时间只有数十毫秒，对一般控制系统影响不大。扫描工作方式产生的滞后1.2.2PLC的工作原理电气控制技术与PLC应用40三菱FX2N系列1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置电气控制技术与PLC应用411.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置1．FX2N系列基本单元基本单元包括CPU、存储器、输入／输出接口及电源。电气控制技术与PLC应用421.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置2．FX2N系列扩展单元扩展单元是用于增加I／O点数或改变I／O点数的比例的装置，扩展单元内有电源，内部没有CPU，只能和基本单元一起使用。电气控制技术与PLC应用431.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置3．FX2N系列扩展模块扩展模块也是用于增加I／O点数或改变I／O点数的比例的装置，扩展模块没有电源，内部没有CPU，只能和基本单元一起使用。扩展模块与扩展单元唯一不同的地方是扩展单元内有电源，两者都是用于扩展基本单元的I／O数量。电气控制技术与PLC应用441.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置位置扩展模块、模拟量控制模块、计算机通信模块等。4．FX2N