PLC的工作原理

1、第2章 PLC工作原理 2.1 PLC的組成的組成2.1.1 PLC的基本結構的基本結構CPU模塊I/O模塊編程器電源接口第2章 PLC工作原理2.1.2 PLC的的CPU模塊模塊1、中央處理單元CPU CPU是PLC的核心部件，由運算器和控制器組成。主要用于：接收并存儲從編程器輸入的用戶程序；檢查編程過程是否出錯；進行系統(tǒng)診斷；解釋并執(zhí)行用戶程序；完成通信及外設的某些功能。2、存儲器 存儲器有三種 。系統(tǒng)程序存儲器。用于存放系統(tǒng)程序，這些程序在PLC出廠前就已經(jīng)固化到只讀存儲器ROM中。第一部分為系統(tǒng)管理程序；第二部分為用戶指令解釋程序；第三部分為標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序。用戶程序存儲器。

2、用于存儲PLC用戶的應用程序，在調(diào)試階段，用戶程序存放在讀寫存儲器RAM中，可由備用電池（一般為鋰電池）保存23年。工作數(shù)據(jù)存儲器 。工作數(shù)據(jù)存儲器用來存儲工作數(shù)據(jù)，即用戶程序中使用的 ON/OFF 狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。2.1 PLC的組成的組成2.1.3 PLC的的I/O模塊模塊 輸入 / 輸出接口是 PLC 與外界連接的接口。 輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關、行程開關、繼電器觸點、接近開關、光電開關、數(shù)字撥碼開關等的開關量輸入信號。另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變送器等來的模擬量輸入信號。 輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈

3、、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。 2.1 PLC的組成的組成 輸入模塊圖 1 直流輸入接口單元電路 2.1 PLC的組成的組成 輸入模塊圖 2 交 / 直流輸入接口單元電路 圖 3 交流輸入電路 2.1 PLC的組成的組成 輸出模塊圖 4 數(shù)字（開關）量輸出電路 2.1 PLC的組成的組成2.1.4 編程器編程器 編程器是PLC最重要的外圍設備，是PLC不可缺少的部分。編程器的作用是輸入和編輯用戶程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。 編程器一般有兩種類型：簡易編程器和圖形編程器。簡易編程器體積小，便宜，使用方便，適合小型PLC，缺點是需聯(lián)機編程；圖形編程器是指帶有顯示屏的編程器，有液

4、晶顯示（LCD）和陰極射線式（CRT）兩種，可用指令語句編程，也可用梯形圖編程，可聯(lián)機編程也可脫機編程，操作方便，功能強大，還可與打印機、繪圖儀等設備相連，但價格較高，適用于大型PLC。 隨著PLC聯(lián)網(wǎng)功能增強，出現(xiàn)了第三種編程方式，即計算機輔助編程。由于計算機的參與，用PLC編程軟件編程的工作效率和編程量遠非前兩種編程器可比，因此，越來越多的用戶更愿意采用這種編程方式。 2.1 PLC的組成的組成2.1.5 PLC的電源模塊的電源模塊 PLC內(nèi)部配有開關式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來將外部供電電源轉變成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源。 另外，為防止在外部電源發(fā)

5、生故障的情況下，PLC內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失，PLC還帶有鋰電池作為后備電源。 2.1.6 PLC的的I/O模塊的外部接線方式模塊的外部接線方式 外部接線方式有匯點式、分組式和分隔式三種。2.1 PLC的組成的組成2.1.6 PLC的分類的分類1.按硬件結構三菱三菱PC基本單元外形基本單元外形根據(jù)硬件結構的不同，可以將PLC分為整體型、模塊式和疊裝式。 整體式將CPU模塊、IO模塊及電源裝于一個機箱內(nèi)，結構非常緊湊。體積小，價格低，小型PLC一般采用整體式結構。 模塊式PLC用搭積木的方式組成系統(tǒng)，大、中型PLC和部分小型PLC采用模塊式結構。 疊裝式吸取了整體式和模塊式的優(yōu)點，它的基

6、本單元、擴展單元和擴展模塊的高度和深度相同，但寬度不同，它們之間通過扁平電纜連接，使用特別方便。2.1 PLC的組成的組成2.1.6 PLC的分類的分類 2.按I/O點數(shù)分小型PLC：入出總點子數(shù)256中型PLC：入出總點子數(shù)2562048大型PLC：入出總點子數(shù)20483.按功能分 低檔機 中檔機 高檔機三菱三菱PLC外形圖外形圖Q系列系列PLCFX2N系列系列PLCFX1N系列系列PLCFX1S系列系列PLC2.2 PLC的工作原理的工作原理2.2.1 PLC的工作原理的工作原理 PLC有兩種工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶

7、程序來實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直到PLC停機或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序外，每次循環(huán)過程中，PLC不還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5 個階段，如右圖所示。 PLC的這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式掃描工作方式。開始開始自診斷自診斷與編程器通信與編程器通信讀入現(xiàn)場信號讀入現(xiàn)場信號執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序輸出結果輸出結果STOPRUN2.2 PLC的工作原理的工作原理2.2.2 掃描周期掃描周期 在工作狀態(tài)下，執(zhí)行一次上圖所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期掃描周期。

8、其典型值為1-100ms。 2.2 PLC的工作原理的工作原理1.輸入采樣階段。 PLC 首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對應的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段，此時輸入影響寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。 2 程序執(zhí)行階段。 根據(jù) PLC 梯形圖程序”先左后右，先上后下”掃描原則進行逐句掃描。但遇到程序跳轉指令，則根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。當指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時， PLC 就從輸入映像寄存器“讀入”上一階段采入的對應輸入端子狀態(tài)，從元件映

9、像寄存器“讀入”對應元件 ( “軟繼電器” ) 的當前狀態(tài)。然后，進行相應的運算，運算結果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件 ( “軟繼電器” ) 的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 3 輸出刷新階段。 在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通 / 斷開）在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，驅動外部負載。一個掃描周期主要分為三個階段：一個掃描周期主要分為三個階段： 輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段PLCPLC的掃描工作過程的掃描工作過程 2.2 PLC的工作原理的工作原理2.2.3 輸入輸出滯后時間輸入輸出滯后時間 輸入輸出滯

10、后時間又稱系統(tǒng)響應時間，是指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時間到它的控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路的濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式的滯后時間三部分組成。 滯后時間與模塊的類型有關。繼電器輸出電路的滯后時間一般在10ms左右，雙向可控硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間為1ms，負載斷開時的最大滯后時間為10ms，晶體管型輸出電路的滯后時間一般在1ms左右。 由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達2個掃描周期。2.3 FX2N系列系列PLC的性能的性能2.3.1可編程控制器的主要性能指標可編程控制器的主要性能指標 可編程控制器的性能指標較多，不同廠家的

11、可編程控制器產(chǎn)品技術性能各不相同，各有特色。通?？梢杂靡韵聨追N性能指標進行描述。 1 I / O點數(shù) I / O點數(shù)是指可編程控制器組成控制系統(tǒng)時所能接入的輸入輸出信號的最大數(shù)量，即可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)。通常，在總點數(shù)中，輸入點數(shù)大于輸出點數(shù)，且輸入與輸出點不能相互替代。 2 掃描速度 一般以執(zhí)行 1000 步指令所需的時間來衡量，單位為毫秒 / 千步。也有以執(zhí)行一步指令時間計，單位為微秒 / 步。 3 存儲器容量 可編程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一個地址單元，一個地址單元一般占用兩個字節(jié)。如存儲容量為 1000 步的可編程控制器，其存儲容量為 2K 字節(jié)。 2

12、.3 FX2N系列系列PLC的性能的性能2.3.1可編程控制器的主要性能指標可編程控制器的主要性能指標 4 編程語言 可編程控制器采用梯形圖、布爾助記符、菜單圖、功能模塊圖和語言描述等編程語言。不同的可編程控制器產(chǎn)品可能擁有其中一種、兩種或全部的編程方式。常用三種編程方式：梯形圖（ LAD ），步進梯形圖指令（ STL ），功能模塊圖（ SFC ）。 5 指令功能 可編程控制器的指令種類越多，則其軟件的功能就越強，使用這些指令完成一定的控制目標的就越容易。 此外，可編程控制器的可擴展性、使用條件、可靠性、易操作性及經(jīng)濟性等性能指標也是用戶在選擇可編程控制器時須注意的指標。 2.3 FX2N系列

13、系列PLC的性能的性能2.3.2FX系列系列PLC的特點的特點 1.FX系列系列PLC的概述的概述三菱 FX 系列小型可編程控制器，將 CPU 和輸入 / 輸出一體化，使用更為方便。為了進一步迎合不同客戶的要求， FX 系列有多種不同的型號供選擇。另外更有多種不同的特殊功能模塊提供給不同客戶。主要應用于機械配套上如：注塑機、電梯控制、印刷機、包裝機和紡織機等行業(yè)。 三菱公司推出的常用 FX 系列小型、超小型 PLC 有 FX 0 、 FX 2 、 FX 0N 、 FX 0S 、 FX 2C 、 FX 2N 、 FX 2NC 、 FX 1N 、 FX 1S 等系列。2.FX系列系列PLC的特點的

14、特點體積極小的PLC先進美觀的外部結構提供多種子系列供用戶選用靈活多變的系統(tǒng)配置功能強，使用方便. 2.3 FX2N系列系列PLC的性能的性能2.3.2FX系列系列PLC的特點的特點 3.FX系列系列PLC的命名的命名 FX 系列可編程控制器型號命名的基本格式如上： 系列名稱：如 0 、 2 、 ON 、 OS 、 2C 、 2NC 、 1N 、 1S ，即 FX 0 、 FX 2 、 FX 0N 、 FX 0S 、 FX 2C 、 FX 2N 、 FX 2NC 、 FX 1N 和 FX 1S 。 輸入輸出的總點數(shù)： 4 128 點 單元類型： M基本單元；E輸入輸出混合擴展單元及擴展模塊；E

15、X輸入專用擴展模塊； EY輸出專用擴展模塊。 輸出形式（其中輸入專用無記號）： R繼電器輸出；T晶體管輸出；S晶閘管輸出 特殊物品的區(qū)別 D：DC電源，DC輸入 A1：AC電源，AC輸入（AC100120V）或AC輸入模塊 H：大電流輸出擴展模塊 V：立式端子排的擴展模式 C：接插口輸入輸出方式 F：輸入濾波器1ms的擴展模塊 L：TTL輸入型模塊 S：獨立端子（無公共端）擴展模塊2.3 FX2N系列系列PLC的性能的性能 2.3.3 FX2N可編程控制器可編程控制器 FX2N是FX系列中功能最強、速度最快的微型PLC。它的基本指令執(zhí)行時間高達0.08微秒。用戶存儲容量可擴展到16K步，最大可

16、擴展到256個IO點，有5種模擬量輸入輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、4種位置控制模塊、多種串行通信模塊或功能擴展板，以及模擬定時器擴展板。 FX2N有3000多點輔助繼電器、1000點狀態(tài)、200點定時器、200點16位加計數(shù)器、35點32位加、減計數(shù)器、8000多點16位數(shù)據(jù)寄存器、128點跳步指針、15點中斷指針。 有128種功能指令，具有中斷輸入處理、修改輸入濾波器時間常數(shù)、數(shù)學運算、邏輯運算、浮點運算、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排序、PID運算、開方、三角函數(shù)運算、脈沖輸出、脈寬調(diào)制、ASCII碼輸出、BCD與BIN相互轉換、串行數(shù)據(jù)傳送、校驗碼、比較觸點等功能指令。第第1、2章作業(yè)章作業(yè) 1.PLC 有哪些主要特點？ 2.當前 PLC 的發(fā)展趨勢如何？ 3.PLC 的基本結構如何？試闡述其基本工作原理。 4.PLC 主要有哪些