PLC的基本組成和工作原理

第一篇PLC的基本組成和工作原理項目一PLC的產生與發(fā)展項目二PLC的硬件組成項目三PLC的軟元件目前一頁\總數七十四頁\編于十五點①了解PLC產生、特點、應用及分類；②掌握PLC的定義；③了解PLC的硬件配置；④掌握PLC的基本結構、工作原理及性能指標。

PLC工作原理與性能指標

①PLC的工作方式；

②PLC內部軟元件資源的使用。基本要求重點難點第一篇PLC的基本組成和工作原理目前二頁\總數七十四頁\編于十五點項目一PLC的產生與發(fā)展1.1.1PLC的產生1.1.2PLC的定義1.1.3PLC的主要特點1.1.4PLC的應用場合1.1.5PLC的分類1.1.6PLC的技術指標1.1.7PLC的相關知識目前三頁\總數七十四頁\編于十五點1.1.1PLC的產生1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM)，為了適應汽車型號不斷更新的需要，提出了十條技術指標，在社會上公開招標，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。

①編程方便，可在現(xiàn)場修改程序；

②維護方便，最好采用插件式結構；

③可靠性高于繼電器控制裝置；

④數據可直接輸入管理計算機；

⑤體積小于繼電器控制裝置；

⑥成本可與繼電器控制裝置競爭；

⑦輸入電源可為市電（交流115V）；

⑧輸出電源可為市電，負載電流要求在2A以上，能直接驅動電磁閥、接觸器等；

⑨擴展時，原系統(tǒng)要求變更最少；

⑩用戶程序存儲器容量大于4K字節(jié)。目前四頁\總數七十四頁\編于十五點1969年美國數字設備公司（DEC）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。1980年美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）正式將其命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡稱PC。由于可編程序控制器最初只具備邏輯控制、定時、計數等功能，主要是用來取代繼電接觸器控制，相當于可編程序邏輯控制器（PLC），另一方面，為了與個人計算機（PC）相區(qū)別，

因此可編程序控制器簡稱為PLC。1.1.1PLC的產生目前五頁\總數七十四頁\編于十五點1.1.2PLC的定義

國際電工委員會(IEC)于82年11月、85年1月和87年2月分別頒發(fā)了可編程序控制器標準草稿第一、二稿和第三稿，對可編程序控制器作了如下的定義：

“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，

并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，

易于擴充功能的原則而設計”。目前六頁\總數七十四頁\編于十五點1.1.3PLC的主要特點

①可靠性高、抗干擾能力強；

②編程簡單易學；③使用維護方便；硬件配置方便安裝方便使用方便維護方便

④體積小、質量輕、功耗低

⑤設計施工周期短目前七頁\總數七十四頁\編于十五點1.1.4PLC應用場合1、邏輯開關順序控制2、機械位移控制3、數據處理4、模擬量控制5、通信聯(lián)網目前八頁\總數七十四頁\編于十五點1.1.5PLC分類1.按結構形式分類

①整體式：單元式、箱體式

②組合式：模塊式

③疊裝式目前九頁\總數七十四頁\編于十五點1.1.5PLC分類2.按I/O點數分類①微型機I/O點數小于32；

②微小型機I/O點數在32-128；

③小型機I/O點數在128-256；

④中型機I/O點數在256-2048；

⑤大型機

I/O點數在2048以上；⑥超大型機I/O點數在4000以上。3.按生產廠家分類

①德國：西門子公司

②日本：三菱公司、OMRON公司

③美國：GE公司、AB公司目前十頁\總數七十四頁\編于十五點輸入/輸出點數（I/O）存儲容量掃描速度編程語言與指令系統(tǒng)內部寄存器功能模塊可擴展能力1.1.6PLC技術指標目前十一頁\總數七十四頁\編于十五點PLC與繼電-接觸器控制系統(tǒng)的比較PLC與微型計算機控制系統(tǒng)的比較1.1.7PLC的相關知識可靠性適應性通用性控制速度工作方式價格應用范圍工作環(huán)境編程語言工作方式價格目前十二頁\總數七十四頁\編于十五點PLC與單片機控制系統(tǒng)的比較PLC資料與軟件的下載http://

1.1.7PLC的相關知識使用者學習掌握的角度使用簡單程度可靠性目前十三頁\總數七十四頁\編于十五點項目二PLC的硬件組成1．學習掌握PLC的基本結構。2．學習掌握PLC的基本工作原理。3．了解三菱FX２Ｎ系列PLC的硬件配置。項目目標目前十四頁\總數七十四頁\編于十五點項目二PLC的硬件組成1.2.1PLC的基本結構1.2.2PLC的工作原理1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置目前十五頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.1PLC的基本結構

PLC的硬件系統(tǒng)結構

一、中央處理單元二、存儲器三、輸入/輸出模塊四、電源五、外部設備①②③③③⑤④③⑤目前十六頁\總數七十四頁\編于十五點裝有CPU的單元稱為CPU模塊，其他稱為擴展模塊。CPU與各擴展模塊間通過電纜連接。中、大型機常采用組合式PLC。

組合式PLC組成示意圖

各單元分別做成相應的電路板或模塊，插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。1.2.1PLC的基本結構目前十七頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.1PLC的基本結構中央處理單元是PLC的主要組成部分，是系統(tǒng)的控制中樞。它的主要功能是：接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并診斷用戶程序的語法錯誤。一、中央處理單元(CPU)目前十八頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.1PLC的基本結構(1)取樣外部輸入信號送入輸入映像存儲器中存儲起來。(2)按存儲的先后順序取出用戶指令，進行編譯。(3)完成用戶指令規(guī)定的各種操作。(4)將輸出映像存儲器中的結果送到輸出端子。(5)響應各種外圍設備(如編程器、打印機等)的請求。一、中央處理單元(CPU)目前十九頁\總數七十四頁\編于十五點1．系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序是廠家根據其選用的CPU的指令系統(tǒng)編寫的，它決定了PLC的功能。系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調用管理、邏輯運算、通信及各種參數設定系統(tǒng)程序存儲器是只讀存儲器，用戶不能更改其內容。二、存儲器1.2.1PLC的基本結構目前二十頁\總數七十四頁\編于十五點2．用戶程序存儲器存放用戶編制的梯形圖程序或用戶數據一般由RAM、EPROM、EEPROM構成。根據控制要求而編制的應用程序稱為用戶程序。

不同機型的PLC的用戶程序存儲器的容量可能差異較大。根據生產過程或工藝的要求，用戶程序經常需要改動，

所以用戶程序存儲器必須可讀寫。1.2.1PLC的基本結構二、存儲器目前二十一頁\總數七十四頁\編于十五點三、輸入/輸出模塊1.2.1PLC的基本結構輸入接口電路由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。輸出接口電路由CPU輸出電路和功率放大電路組成。目前二十二頁\總數七十四頁\編于十五點輸入/輸出模塊：(一)開關量I/O模塊

1.開關量輸入模塊①直流輸入；②交流/直流輸入；③交流輸入。

2.開關量輸出模塊①繼電器輸出（交流/直流驅動）；②晶體管輸出（直流驅動）；③雙向晶閘管輸出（交流驅動）。(二)模擬量I/O模塊(三)其他功能I/O模塊三、輸入/輸出模塊1.2.1PLC的基本結構目前二十三頁\總數七十四頁\編于十五點(一)開關量I/O模塊

1.開關量輸入模塊②交流/直流輸入電路三、輸入/輸出模塊①直流輸入電路③交流輸入電路1.2.1PLC的基本結構目前二十四頁\總數七十四頁\編于十五點(一)開關量I/O模塊

2.開關量輸出模塊三、輸入/輸出模塊②晶體管輸出電路（直流驅動）③雙向晶閘管輸出電路（交流驅動）①繼電器輸出電路（交流/直流驅動）1.2.1PLC的基本結構目前二十五頁\總數七十四頁\編于十五點(一)開關量I/O模塊

3.開關量I/O模塊的外部接線三、輸入/輸出模塊1.2.1PLC的基本結構目前二十六頁\總數七十四頁\編于十五點模擬量輸入模塊結構框圖(二)模擬量I/O模塊

1.模擬量輸入模塊三、輸入/輸出模塊1.2.1PLC的基本結構目前二十七頁\總數七十四頁\編于十五點模擬量輸出模塊結構框圖(二)模擬量I/O模塊

2.模擬量輸出模塊三、輸入/輸出模塊1.2.1PLC的基本結構目前二十八頁\總數七十四頁\編于十五點(二)模擬量I/O模塊三、輸入/輸出模塊模擬量輸入單元框圖模擬量輸出單元框圖1.2.1PLC的基本結構目前二十九頁\總數七十四頁\編于十五點電源部件將交流電源轉換成PLC的中央處理器、存儲器等電路工作所需要的直流電源。電源部件還能使PLC向外部提供24V的直流電源，給輸入單元所連接的外部開關或傳感器供電。四、電源打印機、監(jiān)視器、其他PLC、計算機編程器編程器分為以下三類：

①簡易編程器

②圖形編程器

③工業(yè)控制計算機作為編程器五、其他接口電路1.2.1PLC的基本結構目前三十頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.2PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。目前三十一頁\總數七十四頁\編于十五點循環(huán)掃描工作方式

PLC工作狀態(tài)：

運行(RUN)狀態(tài)，執(zhí)行應用程序。

停止(STOP)狀態(tài)，編制與修改程序。

PLC執(zhí)行一次掃描操作所需的時間稱為掃描周期。

典型值1～100ms。

其中大部分時間用于完成用戶程序的三個階段。

1.2.2PLC的工作原理目前三十二頁\總數七十四頁\編于十五點等效電路PLC控制接線圖PLC控制等效電路圖（PLC的I/O配置圖）繼電器-接觸器控制電路圖注意SB2→X1輸入電路輸出電路梯形圖1.2.2PLC的工作原理目前三十三頁\總數七十四頁\編于十五點等效電路PLC的I/O配置圖電機控制電路相似相差常用少用1.2.2PLC的工作原理目前三十四頁\總數七十四頁\編于十五點掃描方式①讀①寫②讀㈠㈢②寫①讀③讀指令表0LDX01ORY02ANIX13OUTY04OUTT0K1007LDT08OUTY19END②讀⑥讀㈡④寫⑤寫⑦寫⑧寫梯形圖1.2.2PLC的工作原理目前三十五頁\總數七十四頁\編于十五點掃描方式㈠㈡㈢1.2.2PLC的工作原理目前三十六頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.2PLC的工作原理掃描周期即完成一次掃描(I／O刷新、程序執(zhí)行和監(jiān)視服務)所需時間。由PLC的工作過程可知，一個完整的循環(huán)掃描周期Ｔ應為決定因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是每條指令占用的時間；三是執(zhí)行指令條數的多少，即用戶程序的長短。掃描周期目前三十七頁\總數七十四頁\編于十五點掃描周期掃描周期又稱為系統(tǒng)響應時間。

它由①輸入電路的濾波時間、②輸出模塊的滯后時間

③掃描工作方式產生的滯后時間

三部分所組成。

響應延遲時間只有數十毫秒，對一般控制系統(tǒng)影響不大。掃描工作方式產生的滯后1.2.2PLC的工作原理目前三十八頁\總數七十四頁\編于十五點三菱FX2N系列1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置目前三十九頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置1．FX2N系列基本單元基本單元包括CPU、存儲器、輸入／輸出接口及電源。

目前四十頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置2．FX2N系列擴展單元擴展單元是用于增加I／O點數或改變I／O點數的比例的裝置，擴展單元內有電源，內部沒有CPU，只能和基本單元一起使用。目前四十一頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置3．FX2N系列擴展模塊擴展模塊也是用于增加I／O點數或改變I／O點數的比例的裝置，擴展模塊沒有電源，內部沒有CPU，只能和基本單元一起使用。擴展模塊與擴展單元唯一不同的地方是擴展單元內有電源，兩者都是用于擴展基本單元的I／O數量。目前四十二頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置位置擴展模塊、模擬量控制模塊、計算機通信模塊等。4．FX2N系列特殊模塊目前四十三頁\總數七十四頁\編于十五點1.2.3三菱FX2N系列PLC的硬件配置目前四十四頁\總數七十四頁\編于十五點項目三PLC的軟元件項目目標：1．掌握FX2N系列PLC性能指標。2．學會使用FX2N系列PLC內部軟元件資源。目前四十五頁\總數七十四頁\編于十五點項目三PLC的軟元件一、FX2N系列PLC的性能指標二、FX2N系列PLC的編程元件目前四十六頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.1FX2N系列PLC的性能指標

在選擇和使用PLC時應注意PLC的性能指標，這樣才能保證其工作正常。目前四十七頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.1FX2N系列PLC的性能指標

目前四十八頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

PLC采用軟元件，通過程序將各元件聯(lián)系起來實現(xiàn)各種控制功能，F(xiàn)X2N系列PLC內部軟元件資源即PLC的內部寄存器(軟元件)，從工業(yè)控制的角度來看PLC，可把其內部寄存器看成是不同功能的繼電器(即軟繼電器)，由這些軟繼電器執(zhí)行指令，從而實現(xiàn)PLC的各種控制功能。目前四十九頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

１.輸入繼電器(X0～X267)輸入繼電器的作用是將外部開關信號或傳感器的信號輸入到PLC，供PLC編制控制程序使用。輸入繼電器必須由外部信號驅動，不能用程序驅動，所以在程序中不可能出現(xiàn)其線圈。由于輸入繼電器(X)為輸入映像寄存器中的狀態(tài)，所以其觸點的使用次數不限。目前五十頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

１.輸入繼電器(X0～X267)FX2N系列PLC的輸入繼電器以八進制進行編號，F(xiàn)X2N輸入繼電器的編號范圍為X0～X267(184點)，注意，它與輸出繼電器的和不能超過256點。在使用三菱FXGP編程軟件輸入梯形圖程序或語句表程序時，輸入／輸出繼電器的編號是以三位數的形式出現(xiàn)的。

目前五十一頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

2．輸出繼電器(Y0～Y267)輸出繼電器的作用是將PLC的執(zhí)行結果向外輸出，驅動外部設備(如接觸器、電磁閥等)動作。輸出繼電器必須由PLC控制程序執(zhí)行的結果來驅動。輸入／輸出繼電器有無數個動合／動斷觸點，在編程時可隨意使用。

目前五十二頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

2．輸出繼電器(Y0～Y267)

FX2N系列PLC的輸出繼電器也是八進制編號，其中FX2N編號范圍為Y0～Y267(184點)。與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號也是按與基本單元連接的部分開始順序進行編號。在實際使用中，輸入／輸出繼電器的數量，要看具體系統(tǒng)的配置情況。

目前五十三頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

3．輔助繼電器M

輔助繼電器M是用軟件實現(xiàn)的，其作用與繼電器一接觸器中的中間繼電器相似，故又稱中間繼電器。它們不能接收外部的輸入信號，也不能驅動外部輸出，只能在PLC內部使用。輔助繼電器有無數個動合／動斷觸點，在編程時可隨意使用。另外，輔助繼電器還具有一些特殊功能。輔助繼電器的地址采用十進制編號。目前五十四頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

3．輔助繼電器M

(1)通用輔助繼電器M0～M499，共500點，非保持型。(2)斷電保持型輔助繼電器M500～M1023，共524點，保持型，由鋰電池支持。通過參數沒定，可以變更為非保持型輔助繼電器。(3)斷電保持型輔助繼電器M1024～M3071，共2048點，固定保持型，不能通過參數設定而．改變保持特性。目前五十五頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

3．輔助繼電器M(4)特殊輔助繼電器M8000～M8255，共256點，通常分為下面兩大類：①觸點利用型的特殊輔助繼電器，這些繼電器的線圈由PLC自行驅動，用戶只可以利用其觸點。如：M8000為運行監(jiān)控用，PLC運行時M8000接通。M8002為僅在運行開始時瞬間接通的初始脈沖繼電器。M8012為產生100ms時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。

目前五十六頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

3．輔助繼電器M②線圈驅動型特殊輔助繼電器，用戶驅動線圈后，PLC作特定運行。如：M8030當鋰電池電壓躍落時。M8030動作，指示燈亮，提醒用戶及時更換鋰電池。M8033為PLC停止時輸出保持特殊輔助繼電器。M8034為輸出全部禁止特殊輔助繼電器。M8039為定時掃描特殊輔助繼電器。目前五十七頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

4．狀態(tài)器S

狀態(tài)器S是用于編制順序控制程序的一種編程元件（狀態(tài)標志），它與步進指令配合使用。不用步進指令時，與輔助繼電器一樣，可作為普通的觸點／線圈進行編程。目前五十八頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

4．狀態(tài)器S狀態(tài)器的地址采用十進制編號。(1)初始狀態(tài)繼電器S0～S9，共10點。(2)回零狀態(tài)繼電器S10～S19，共10點。(3)通用狀態(tài)繼電器S20～S499，共480點，沒有斷電保持功能，但是用程序可以將它們設定為有斷電保持功能狀態(tài)。(4)斷電保持狀態(tài)繼電器S500～S899，共400點。(5)報警用狀態(tài)器S900～S999，共100點。這100個狀態(tài)器也可用做外部故障診斷輸出。輔助繼電器是PLC中數量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電一接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。

目前五十九頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

4．狀態(tài)器S在使用狀態(tài)器時應注意：①狀態(tài)器與輔助繼電器一樣有無數個動合／動斷觸點。②狀態(tài)器不與步進順控指令STL配合使用時，可作為輔助繼電器M使用。③FX2N系列PLC可通過程序設定將S20～S499設置為有斷電保持功能的狀態(tài)器。目前六十頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

5．定時器T定時器T相當于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的時間繼電器。FX2N系列PLC給用戶提供最多256個定時器，這些定時器為加計數型預置定時器，定時時間按下式計算：定時時間=時間脈沖單位×預置值其中：時間脈沖單位有l(wèi)ms、10ms、100ms三種；預置值(設定值)為十進制常數K，取值范圍為K1～K32767。也可用做數據寄存器(D)的內容進行間接指定。在PLC中有兩個與定時器有關的存儲區(qū)，即設定值寄存器和當前值寄存器。目前六十一頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

5．定時器T定時器的地址采用十進制編號。(1)常規(guī)定時器T0～T245。100ms定時器T0～T199，共200點，定時時間0.1～3276.7s：10ms定時器T200～T245，共46點，定時時間0.01～327.67s。目前六十二頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

【例1.3.1】分析圖中所示定時器T200應用實例的工作原理。工作原理：如圖所示，當觸發(fā)信號X0接通時，定時器T200開始工作，當前值寄存器對10ms時鐘脈沖進行累積計數，當該值與設定值K123相等時，定時時間到，定時器觸點動作，即動合觸點閉合，動斷觸點斷開。觸發(fā)信號斷開，定時器復位，觸點恢復常態(tài)。目前六十三頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

5．定時器T(2)積算定時器T246～T255。1ms積算定時器T246~T249，共4點，定時時間0.001~32.767s：100ms積算定時器T250～1255，共6點，定時時間0.1～3276.7s。目前六十四頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

【例1.3.2】分析圖中所示定時器T250應用實例的工作原理。工作原理：如圖所示，當觸發(fā)信號X1接通時，定時器開始工作，當前值寄存器對100ms時鐘脈沖進行累積計數，當該值與設定值相等時，定時時間到，定時器觸點動作，即動合觸點閉合，動斷觸點斷開。若計數中間觸發(fā)信號斷開，當前值可保持。輸入觸發(fā)信號再接通或復電時，計數繼續(xù)進行。當復位觸發(fā)信號X2接通時，定時器復位，觸點恢復常態(tài)。目前六十五頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

6．計數器C

內部計數器C用來對PLC的內部影像寄存器（X、Y、M、S）提供的觸點信號的上升沿進行計數，這種計數操作是在掃描周期內進行的，因此計數的頻率受掃描周期制約，即需要計數的觸點信號相鄰的兩個上升沿的時間必須大于PLC的掃描周期，否則將出現(xiàn)計數誤差。目前六十六頁\總數七十四頁\編于十五點1.3.2FX2N系列PLC的編程元件

6．計數器C(1)16位遞加計數器：通用型C0～C99，共100點；斷電保持型C100～C199，共100點。設定值范圍：K1~K32767。【例1.3.3】分析圖中所示通用計數器C0應用實例的工作原理。工作原理：如圖所示，當觸發(fā)信號X11每輸入一個上升沿脈沖時，C0當前值寄存器進行累積計數，當該值與設定值相等時，計數器觸點動作，即動合觸點閉合，同時控制了Y1的輸出。復位觸發(fā)信號X10接通時，計數器C0復位，觸點恢復常態(tài)，Y1停止輸出。目前六十七頁\總數七十四頁\編于十五點

6．計數器C(2)32位加／減計數器：通用型C200～C219，共20點；斷電保持型C220~C2