PLC工作原理ch2PLC

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(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)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(yùn)算器和控制器組成。主要用于：接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序；檢查編程過(guò)程是否出錯(cuò)；進(jìn)行系統(tǒng)診斷；解釋并執(zhí)行用戶程序；完成通信及外設(shè)的某些功能。2、存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器有三種 。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序。用戶程序存儲(chǔ)器。

2、用于存儲(chǔ)PLC用戶的應(yīng)用程序，在調(diào)試階段，用戶程序存放在讀寫存儲(chǔ)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(chǔ)器 。工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)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(lái)接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)，一類是由按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)等的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來(lái)的模擬量輸入信號(hào)。 輸出接口用來(lái)連接被控對(duì)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(kāi)關(guān)）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(shè)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(guò)程。 編程器一般有兩種類型：簡(jiǎn)易編程器和圖形編程器。簡(jiǎn)易編程器體積小，便宜，使用方便，適合小型PLC，缺點(diǎn)是需聯(lián)機(jī)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(yǔ)句編程，也可用梯形圖編程，可聯(lián)機(jī)編程也可脫機(jī)編程，操作方便，功能強(qiáng)大，還可與打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備相連，但價(jià)格較高，適用于大型PLC。 隨著PLC聯(lián)網(wǎng)功能增強(qiáng)，出現(xiàn)了第三種編程方式，即計(jì)算機(jī)輔助編程。由于計(jì)算機(jī)的參與，用PLC編程軟件編程的工作效率和編程量遠(yuǎn)非前兩種編程器可比，因此，越來(lái)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(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來(lái)將外部供電電源轉(zhuǎn)變成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲(chǔ)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(diǎn)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(jié)構(gòu)三菱三菱PC基本單元外形基本單元外形根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)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(gè)機(jī)箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)非常緊湊。體積小，價(jià)格低，小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。 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(jié)構(gòu)。 疊裝式吸取了整體式和模塊式的優(yōu)點(diǎn)，它的基

6、本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和深度相同，但寬度不同，它們之間通過(guò)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(diǎn)數(shù)分小型PLC：入出總點(diǎn)子數(shù)256中型PLC：入出總點(diǎn)子數(shù)2562048大型PLC：入出總點(diǎn)子數(shù)20483.按功能分 低檔機(jī) 中檔機(jī) 高檔機(jī)2.2 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(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷

7、地重復(fù)執(zhí)行，直到PLC停機(jī)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(guò)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(gè)階段，如右圖所示。 PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式掃描工作方式。開(kāi)始開(kāi)始自診斷自診斷與編程器通信與編程器通信讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序輸出結(jié)果輸出結(jié)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(shí)間稱為掃描周期掃描周期。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

8、子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，此時(shí)輸入影響寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)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(jìn)行逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 就從輸入映像寄存器“讀入”上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)元件 ( “軟繼電器” ) 的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存

9、器中。對(duì)元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件 ( “軟繼電器” ) 的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)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(kāi)）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。2.2 PLC的工作原理的工作原理2.2.3 輸入輸出滯后時(shí)間輸入輸出滯后時(shí)間 輸入輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)間到它的控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路的濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式的滯后時(shí)間三部分組成。 滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)。繼電器輸出電路的滯后時(shí)間

10、一般在10ms左右，雙向可控硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間為1ms，負(fù)載斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms，晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間一般在1ms左右。 由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)2個(gè)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(biāo)可編程控制器的主要性能指標(biāo) 可編程控制器的性能指標(biāo)較多，不同廠家的可編程控制器產(chǎn)品技術(shù)性能各不相同，各有特色。通?？梢杂靡韵聨追N性能指標(biāo)進(jìn)行描述。 1 I / O點(diǎn)數(shù) I / O點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器組成控制系統(tǒng)時(shí)所能接入的輸入輸出信號(hào)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(diǎn)數(shù)中，輸入點(diǎn)數(shù)大于輸出點(diǎn)

11、數(shù)，且輸入與輸出點(diǎn)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(shí)間來(lái)衡量，單位為毫秒 / 千步。也有以執(zhí)行一步指令時(shí)間計(jì)，單位為微秒 / 步。 3 存儲(chǔ)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(gè)地址單元，一個(gè)地址單元一般占用兩個(gè)字節(jié)。如存儲(chǔ)容量為 1000 步的可編程控制器，其存儲(chǔ)容量為 2K 字節(jié)。 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(biāo)可編程控制器的主要性能指標(biāo) 4 編程語(yǔ)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(yǔ)言描述等編程語(yǔ)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

12、式。常用三種編程方式：梯形圖（ LAD ），布爾助記符（ 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(qiáng)，使用這些指令完成一定的控制目標(biāo)的就越容易。 此外，可編程控制器的可擴(kuò)展性、使用條件、可靠性、易操作性及經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo)也是用戶在選擇可編程控制器時(shí)須注意的指標(biāo)。 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(diǎn)的特點(diǎn) 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(jìn)一步迎合不同客戶的要求， FX 系列有多種不同的型號(hào)供選擇。另外更有

13、多種不同的特殊功能模塊提供給不同客戶。主要應(yīng)用于機(jī)械配套上如：注塑機(jī)、電梯控制、印刷機(jī)、包裝機(jī)和紡織機(jī)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(diǎn)的特點(diǎn)體積極小的PLC先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu)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(qiáng)，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(diǎn)的特點(diǎn) 3.FX系列系列PLC的命名的命名 FX 系列可編程控制器型號(hào)命名的基本

14、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(diǎn)數(shù)： 4 128 點(diǎn) 單元類型： M基本單元；E輸入輸出混合擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊；EX輸入專用擴(kuò)展模塊； EY輸出專用擴(kuò)展模塊。 輸出形式（其中輸入專用無(wú)記號(hào)）： 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(kuò)展模塊 V：立式端子排的擴(kuò)展模式 C：接插口輸入輸出方式 F：輸入濾波器1ms的擴(kuò)展模塊 L：TTL輸入型模塊 S：獨(dú)立端子（無(wú)公共端）擴(kuò)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(qiáng)、速度最快的微型PLC。它的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08微秒。用戶存儲(chǔ)容量可擴(kuò)展到16K步，最大可擴(kuò)展到256個(gè)IO點(diǎn)，有5種模擬量輸入輸出模塊、高速計(jì)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