电气控制与可编程控制器(第3章)

第三章PLC的组成与工作原理12020/6/22介绍PLC技术的基本组成、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、PLC网络与通讯。2020/6/2221、中央处理单元（CPU）（1）CPU——是运算与控制中心1）接收用户程序、数据等信息2）自诊断电源、内部电路、编程中的语法错误3）运行时，从存储器中逐条读取用户程序——解释——产生控制信号——控制电路——完成用户程序中规定的逻辑运算、算术运算根据运算结果——更新标志位数据寄存器、输出寄存器内容——由输出寄存器的位状态或寄存器的有关内容——实现输出控制2020/6/223CPU的性能——决定PLC的功能档次PLC中常用的CPU有3种：1）单片机芯片——8031、80962）通用微处理器——8080、8086、803863）双极型位片式微处理芯片——AMD-29xx2020/6/2242、存储器（1）存储器作用1）系统程序存储器（固化在EPROM区）——存程序，只读2）应用软件存储器（又称为系统RAM区）由3部分组成：1）I/O映像区（开关量I/O、模拟量I/O）；2）编程软件存储区；3）用户与数据存储区。2020/6/225（2）存储器类型1）EPROM——系统程序及需永久保存的用户程序2）RAM——存放用户程序或数据3）EEPROM——兼有1）、2）优点。2020/6/2263、输入、输出单元（I/O单元）输入——进入PLC输出——控制外部设备作用——电平变换、速度匹配、驱动功率放大、信号隔离等2020/6/22717161514~1007~0403020100输入、输出继电器接线端子2020/6/2284、电源单元交流——电压波动＋10％～－15％直流——DC12V、DC24V作用——工作、内部、外部供电2020/6/229二、PLC控制系统的组成1、I/O扩展模块和扩展单元I/O扩展——为增加输入输出口模块型号输入点数输出点数扩展模块最大I/O点数继电器输出晶体管输出FX2N-16MRFX2N-24MRFX2N-32MRFX2N-48MRFX2N-64MRFX2N-80MRFX2N-128MRFX2N-16MTFX2N-24MTFX2N-32MTFX2N-48MTFX2N-64MTFX2N-80MTFX2N-128MT812162432406481216243240641616163232322020/6/2210型号输入点数（DC24V）输出点数扩展模块最大I/O点数FX2N-32ERFX2N-48ERFX2N-48ET16242416（继电器）24（继电器）24（晶体管）1632322020/6/2211型号输入点数（DC24V）输出点数FX2N-8EXFX2N-16EXFX2N-8EYRFX2N-8EYTFX2N-8EYSFX2N-16EYRFX2N-16EYTFX2N-16EYSFX2N-8ER816－－－－－－4－－8（继电器）8（晶体管）8（晶闸管）16（继电器）16（晶体管）16（晶闸管）4（继电器）2020/6/22122、I/O特殊功能模块应用——模拟量输入/输出、数字通信、联网。3、编程器及其他外围设备2020/6/2213三、PLC的编程软器件继电器逻辑器件——硬件电路器件PLC逻辑器件——软件编程器件软件编程器件——有输入继电器、输出继电器、定时器、计数器每个器件——编号（按区）编程器件——名称、用途、数量、编号、使用方法2020/6/22142020/6/22151、输入继电器X0～X267（八进制）作用——专门用于接收和存储（记忆，对输入映像寄存器的某一位）外部开关量信号（FX2N系列用8位编码，地址为X0～X267）数量——无数对常开、常闭触点编程输入继电器线圈——与PLC输入端子相对应特点——状态只能由外部信号驱动，无法用程序驱动——触点只能用于内部编程，无法驱动外部负载响应时间——10ms2020/6/22162、输出继电器Y0～Y267（八进制）作用——只能提供一副触点驱动外部负载（FX2N系列用8位编码，地址为Y0～Y267）数量——无数对常开、常闭触点编程输出继电器外部触点或输出管——与PLC输出端子相对应特点——状态只能由程序驱动，无法用外部信号驱动（改变状态）响应时间——10ms2020/6/2217COMX0COMY0X0Y0X0常开触点X0常闭触点Y0常开触点Y0常闭触点输入信号输入端子~输出端子负载外部电源输入继电器输出继电器程序例X0X1Y0PLCPLC输入、输出继电器等效电路图2020/6/22183、辅助继电器M0～M3071，M8000～M8255(十进制)作用——相当中间继电器，用于状态暂存、移位、辅助运算、特殊功能数量——无数对常开、常闭触点编程辅助继电器线圈——由程序驱动一般三类：（共3328点）（1）通用型（用十进制编码，为M0～M499、M1024～M3071）（2）掉电保持型（用十进制，为M500～M1023）（3）特殊用途(M8000～M8255共256点)1）线圈由PLC系统程序自驱动——用户只能用其触点常用如下：2020/6/2219M8000——PLC一旦运行（RUN）即为“1”，用于运行显示。M8002——PLC运行的第一个周期产生一个脉冲——脉冲宽度为一个周期，用于初始化。M8011～14——产生10ms、100ms、1s、1min脉冲时钟。M8005——理电池电压低于一定值时动作，——其触点点燃PLC面板指示灯。2）由用户程序驱动的辅助继电器M8033“通电”——PLC停止运行使输出保持。M8034“通电”——使输出全部禁止。2020/6/22204、状态器S0～S999（十进制）（可作为辅助继电器使用）作用——构成状态转移图，用于步进顺序控制，当不用SFC编程时，可作普通M使用。数量——无数对常开、常闭触点编程。五种状态软器件：（1）初始状态器S0～S9——共10点（2）回零状态器S10～S19——共10点（3）通用状态器S20～S499——共480点（4）保持状态器S500～S899——共400点（5）故障诊断和报警状态器S900～S999——共100点2020/6/22215、常数K/HK——十进制数，如：345——K345H——十六进制数，如：345——H1596、定时器T0～T255（十进制）共256点作用——相当通电延时型时间继电器用于定时控制数量——T0～T255共256点动作——设定计时时间到，常开闭合、常闭打开1）普通型定时器（非积算式）100ms定时器，T0～T199（200点）设定0.1～3276.7s10ms定时器，T200～T245（46点）设定0.01～327.67s2020/6/22221X0~10ms时钟脉冲普通型定时器的工作原理与动作时序&复位输入计数器设定值KT200X0T200K123↓设定值X0T200K123T200Y0X0设定值T200当前值Y01.23s计数数据输入比较器输出触点2020/6/22232）保持型定时器（积算式）1ms保持型定时器（积算）T246～T249（4点）设定0.001～32.767s（中断动作）100ms定时器，T250～T255（6点）设定0.1～3276.7s（中断动作）例：原理——X1＋——T250＋——对100ms计数＝K345时——T250动作——触点接通2020/6/22241输出触点X1~100ms时钟脉冲保持型定时器的工作原理与动作时序&复位输入计数器设定值KT250X1T250K345X1T250K345T250Y1X1设定值T250累加值当前值Y1X2t1t2X2计数数据输入比较器X2RSTT250RSTT250X2t1＋t2＝34.5s2020/6/22257、计数器C（C0～C255共256点）（1）内部信号计数用计数器原理——执行扫描时——对内部器件（X、Y、M、S、T、C）的信号（通/断）进行计数注意——计数时间扫描时间1）16位单向加计数器①通用型16位加法计数，C0～C99共100点②掉电保持型16位加法计数，C100～C199共100点2020/6/2226注意——两种计数器设定值在K1～K32767范围内，K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点动作。输入——X11接通一次——计数器＋1——到设定值——输出触点动作＋。复位——X10接通——执行RST指令——计数器复位——当前值＝0——输出触点断开－。2020/6/2227C0当前数据加计数器动作过程图X10C0K10C0Y012345678910111213X11RSTC00X10X11Y0134567891022020/6/2228图表示加/减计数器的动作过程方向设定——X12复位信号——X13输入信号——X14若计数器从＋2147483647再进行加计数——当前值就变成－2147483648同样——从－2147483648再减——当前值就变成＋2147483647。——称为循环计数注意：32位计数器——可当做32位数据寄存器使用，——但不能用于16位指令中的操作元件。2020/6/2229C200当前数据加/减计数器工作过程X13C200K－3C200Y112345678910111213X14RSTC2000X13X14Y1123210－1M8200X12X12－2－3－4－5－1－2－3－40若输出已经接通加减加从－3再往下减，则输出断开。由－4再加到－3，则输出接通。2020/6/2230（2）高速计数器输入点——X0～X5、C235～C255共21点类型：1）1相无起动/复位端子C235～C240。2）1相带起动/复位端子C241～C245。3）1相双向输入C246～C250。4）2相输入（A-B型）C251～C255。注意：最高计数受2个因素限制①——输入响应速度；②——全部高速计数器的处理速度。有关T、C组成工作过程及其应用在第五节中进一步介绍。2020/6/22318、数据寄存器D（D0～D7999、D8000～D8255共8256点）（1）通用型数据寄存器D0～D199当由RUN——STOP时——全部为“0”，其中M8033(置“1”）。（2）掉电保持型数据寄存器D200～D999当由RUN——STOP时——全部“保持”。2020/6/2232（3）文件寄存器D1000～D7999占用用户RAM存储器内的某一存储区间。用以存放用户专用数据以生成用户数据区。例如存放采集数据、统计计算数据、多组控制数据（如多种原种配方）等。以500点为一组，可用编程器进行数据的设置或修改，也可用编程软件进行读、写操作。在PLC运行中，不能改写其内容，但可用BMOV指令将其内容送到指定的普通数据寄存器中。2020/6/22339、变址寄存器V/Z用于改变器件的地址编号，V/Z都是16位数据寄存器，可读写，进行32位操作时，V在前Z在后。（V、Z是给定的可变化数值）X10若V＝8，Z＝14则5＋8＝13，10＋14＝24传送执行D13→D24MOVD5VD10Z变址寻址方式数据传送2020/6/223410、指针P/I有2种类型1）分支指令用指针P0～P63作用——作标号，指定跳转指令JC或子程序调用指令CALL的跳转目标，占用空间。2）中断用指针I0□□～I8□□——共9点格式如下：2020/6/2235例如，I001为输入X0从OFF→ON变化时，执行由该指针作为标号后面的中断程序，并根据IRET指令返回。I外部输入信号中断0：下降沿中断1：上升沿中断输入号（0～5）每个输入只能用1次0I内部定时器中断10～99ms定时器中断号（6～8）每个定时器只能用1次例如，I610即为每隔10ms就执行标号为I610后面的中断程序，并根据IRET指令返回。2020/6/2236中断服务子程序指针标号的应用2020/6/2237FX2N系列PLC存储器分配D0～D