《電氣控制與PLC》課件-任務(wù)二 三菱FX3U系列PLC硬件認知

三菱FX3U系列PLC硬件認知

PLC認知任務(wù)內(nèi)容以三菱FX3U系列中的FX3U-32MPLC為例認知PLC的硬件。圖3-11三菱FX3U系列PLC的外形結(jié)構(gòu)圖

相關(guān)知識點1.PLC的硬件組成

如：按鈕傳感器行程開關(guān)等等如：打印機圖形監(jiān)控器上位計算機等等如：

繼電器線圈電磁閥線圈指示燈等等如：A/D、D/A模塊通信模塊高速計數(shù)模塊等

相關(guān)知識點（1）中央處理器（CPU）中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學(xué)運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務(wù)。（2）存儲器

存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運算數(shù)據(jù)的單元。

（3）輸入輸出接口

輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。輸入接口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。輸出接口用來送出可編程控制器運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。

開關(guān)量輸入接口是把現(xiàn)場的開關(guān)量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。

相關(guān)知識點開關(guān)量輸出接口：其內(nèi)部參考電路如下圖所示。各類輸出接口中也都具有光電耦合電路。特別需要指出的是，輸出接口本身不帶電源。在考慮外驅(qū)動電源時，還需考慮輸出器件的類型。圖（a）為繼電器式輸出型，可用交直流兩種電源，但通、斷頻率低；圖（b）為晶體管式輸出型，有較高的通、斷頻率，但只適用于直流驅(qū)動的場合；圖（c）為可控硅型輸出型，僅適用于交流驅(qū)動場合。

相關(guān)知識點模擬量輸入接口：其作用是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成適合可編程控制器內(nèi)部處理的二進制數(shù)字信號。標(biāo)準(zhǔn)信號是指符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通用交互用電壓電流信號值，如4～20mA的直流電流信號，1～10V的直流電壓信號等。工業(yè)現(xiàn)場中模擬量信號的變化范圍一般是不標(biāo)準(zhǔn)的，在送入模擬量接口時一般都需經(jīng)過變送處理才能使用，下圖是模擬量輸入接口的內(nèi)部電路框圖。模擬量信號輸入后一般經(jīng)運算放大器放大后進行A／D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)光電耦合后為PLC提供一定位數(shù)的數(shù)字量信號。

相關(guān)知識點模擬量輸出接口：它的作用是將可編程控制器運算處理后的若干位數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需要。模擬量輸出接口一般由光電隔離、D／A轉(zhuǎn)換和信號驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成。其原理圖見下圖。模擬量輸入輸出接口一般安裝在專門的模擬量工作單元上。

相關(guān)知識點（4）擴展接口用于擴展I/O單元的，可以配接開關(guān)量I/O單元，也可配置如模擬量、高速脈沖等單元以及通信適配器等。在大型機中，擴展接口為插槽擴展基板的形式。（5）編程器接口通過編程器接口，連接各種形式的編程裝置，并利用此接口做一些監(jiān)控的工作。（6）存儲器接口

為了存儲用戶程序以及擴展用戶程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)參數(shù)存儲區(qū)，可編程控制器上還設(shè)有存儲器擴展口，可以根據(jù)使用的需要擴展存儲器，其內(nèi)部也是接到總線上的。

相關(guān)知識點（7）電源可編程控制器的電源包括為可編程控制器各工作單元供電的開關(guān)電源及為掉電保護電路供電的后備電源，后備電源一般為電池。（8）外部設(shè)備1）編程器編程器除了編程以外，還具有一定的調(diào)試及監(jiān)控功能，能實現(xiàn)人機對話操作。

2）其他外部設(shè)備盒式磁帶機用以記錄程序或信息。打印機用以打印程序或制表。EPROM寫入器用以將程序?qū)懭氲接脩鬍PROM中。高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)。

相關(guān)知識點2.PLC的基本構(gòu)成FX系列PLC由基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元構(gòu)成。

基本單元（BasicUnit）包括CPU、存儲器、輸入輸出口及電源，是PLC的主要部分。

擴展單元（ExtensionUnit）是用于增加I/O點數(shù)的裝置，內(nèi)部無電源，用電由基本單元供給。

擴展模塊（ExtensionModule）用于增加I/O點數(shù)及改變I/O比例，內(nèi)部無電源，必須與基本單元一起使用。

特殊功能單元（SpecialFunctionUnit）是一些專門用途的裝置。如位置控制模塊、模擬量控制模塊、計算機通信模塊等。

相關(guān)知識點3.FX系列PLC的型號（1）FX系列PLC型號名稱的含義如下：（a）系列序號：如1S、1N、2N、3U（b）I/O總點數(shù)：10~256（c）單元類型：M為基本單元E為I/O混合擴展單元與擴展模塊EX為輸入專用擴展模塊EY為輸出專用擴展模塊（d）輸出形式：R為繼電器輸出T為晶體管輸出S為雙向晶閘管輸出FX□□-□□

□

□/□

□□(a)(b)(c)(d)(e)(f)

相關(guān)知識點（e）電源形式:E為AC100~240V電源/DC24V輸入型D為DC24V電源/DC24V輸入UA1為AC100~240V電源/AC100V~200V輸入（f）輸入輸出方式：S:DC5~30V漏型/源型輸入、漏型（對于晶體管而言）輸出SS:DC5~30V漏型/源型輸入、源型（對于晶體管而言）輸出

FX3U-16MR/ES

相關(guān)知識點5.PLC工作原理（1）PLC工作方式

PLC有運行（RUN）與停止（STOP）兩種基本的工作模式。PLC是以分時處理及循環(huán)掃描方式來完成工作任務(wù)。圖3-15循環(huán)掃描過程

相關(guān)知識點（2）PLC工作過程1）內(nèi)部處理階段公共處理階段包括PLC自檢，執(zhí)行來自外設(shè)命令，對警戒時鐘又稱監(jiān)視定時器，WDT清零等。2）通信服務(wù)階段處理PLC與其他的智能裝置的通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)PLC處于停止模式時，只執(zhí)行以上兩個操作；當(dāng)PLC處于運行模式時還要完成以下三個階段的操作。3）輸入處理階段順序逐個采集所有輸入端子上的信號，并將信號寫入輸入映像寄存器（集中批處理）

相關(guān)知識點4）程序執(zhí)行階段可編程控制器根據(jù)本周期讀入的輸入數(shù)據(jù)，依用戶程序的順序逐條執(zhí)行用戶程序。執(zhí)行的結(jié)果均存入元件映像寄存器輸入信息：讀輸入映像寄存器中間結(jié)果：讀、寫元件映像寄存器輸出結(jié)果：讀、寫輸出映像寄存器5）輸出處理階段

可編程控制器將本周期執(zhí)行用戶程序的結(jié)果同時從輸出映像寄存器送到輸出鎖存器，再同時輸出到輸出端子，控制外部執(zhí)行元件。（集中批處理）

相關(guān)知識點（3）可編程控制器的掃描周期和滯后影響

1）掃描周期：PLC在RUN工作狀態(tài)，執(zhí)行一次完整的掃描工作過程所需的時間稱為掃描周期。2）影響掃描周期的因素：時鐘頻率、系統(tǒng)配置

、用戶程序長短(主要因素)3）響應(yīng)時間：從PLC的輸入端有一個輸入信號發(fā)生變化到PLC的輸出端對該輸入變化做出反應(yīng)所需的時間，也稱滯后時間。它由輸入電路的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分所組成。任務(wù)分析（1）繼電接觸器控制分析圖3-2繼電器控制系統(tǒng)框圖任務(wù)分析（2）用PLC完成控制任務(wù)圖3-3PLC控制系統(tǒng)框圖任務(wù)分析（3）用PLC完成控制任務(wù)圖3-4

PLC控制電動機單向運轉(zhuǎn)控制電路任務(wù)分析（4）PLC的等效電路圖

相關(guān)知識點（1）PLC的定義國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee)在1987年頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC作了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令。并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

相關(guān)知識點（2）PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC是在繼電接觸器控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來，它是一種以微處理器為核心，集自動控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)等為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，PLC已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）的首位。★

PLC的發(fā)展趨勢1）向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開放性方向發(fā)展；2）向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展；3）向高速度、大容量、高性能方面發(fā)展；4）向自診斷、容錯性、高可靠性方面發(fā)展。

相關(guān)知識點（3）PLC的特點

1）可靠性高，抗干擾能力強；2）配套齊全，功能完善，適用性強；3）編程語言簡單易學(xué)，便于掌握；4）系統(tǒng)設(shè)計周期短，改造容易，維護方便。

相關(guān)知識點（4）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

1）開關(guān)量邏輯控制；2）模擬量過程控制；3）運動控制；4）數(shù)據(jù)采集與處理；5）通信及聯(lián)網(wǎng)。

相關(guān)知識點（5）PLC的分類

按輸入/輸出點數(shù)分1）小型機I/O總點數(shù)：一般在256點以下，單CPU、8位或16位處理器，用戶程序存儲器容量在4KB左右。特點：體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體。舉例：美國通用電氣的GE-I型；日本三菱的FX系列；德國西門子的S7-200系列等。

相關(guān)知識點（5）PLC的分類

2）中型機

I/O總點數(shù)：PLC的I/O總點數(shù)在256～2048點之間，雙CPU，用戶程序存儲器容量為4-16KB。特點：采用模塊化結(jié)構(gòu)，能與更多的特殊功能模塊連接，通信聯(lián)網(wǎng)功能強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。舉例：美國通用電氣的GE-Ⅲ型；日本立石的500；德國西門子的S7-300、SU-5、SU-6等。

相關(guān)知識點（5）PLC的分類

3）大型機

I/O總點數(shù)：I/O總點數(shù)在2048點以上，多CPU，16位或32位處理器，用戶程序存儲器容量達到16KB以上。特點：采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有極強的自診斷功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能更強，可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)。舉例：美國通用電氣的GE-Ⅳ型；日本立石的C-2000；德國西門子的S7-400系列等。

相關(guān)知識點（5）PLC的分類

按結(jié)構(gòu)形式分1）整體式

將PLC的基本部件，如CPU、電源、RAM、ROM、I／O接口、電源、指示燈等都裝配在一個標(biāo)準(zhǔn)機殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體，組成PLC的一個基本單元。

特點：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、成本低、安裝方便，適用于I/O控制要求固定、點數(shù)較少的機電一體化設(shè)備。

舉例：日本三菱的FX1S-10/14/20/30系列等。

相關(guān)知識點（5）PLC的分類

2）疊裝式

固定I/O點數(shù)的基本單元上有擴展接口，通過擴展電纜和擴展單元相連。

特點：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、安裝方便，還具有I/O點數(shù)與控制功能的擴展容易的優(yōu)點。

舉例：日本三菱的FX1N、FX2N、FX3U系列等。

相關(guān)知識點（5）PLC的分類

3）模塊式

用一塊帶有插槽的母板把PLC的獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、通訊模塊按需選取后插到母板上，就構(gòu)成了一個完整的PLC。

特點：系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴展、維修方便。I/O點一般可以達到1024點以上