《電氣控制與PLC》課件-任務(wù)二 三菱FX3U系列PLC硬件認(rèn)知

三菱FX3U系列PLC硬件認(rèn)知

PLC認(rèn)知任務(wù)內(nèi)容以三菱FX3U系列中的FX3U-32MPLC為例認(rèn)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(shí)點(diǎn)1.PLC的硬件組成

如：按鈕傳感器行程開(kāi)關(guān)等等如：打印機(jī)圖形監(jiān)控器上位計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)模塊等

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（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(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務(wù)。（2）存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序及運(yùn)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(chǎng)各類(lèi)信號(hào)連接的部分。輸入接口用來(lái)接收生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)。輸出接口用來(lái)送出可編程控制器運(yùn)算后得出的控制信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)控制。

開(kāi)關(guān)量輸入接口是把現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出接口：其內(nèi)部參考電路如下圖所示。各類(lèi)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(dòng)電源時(shí)，還需考慮輸出器件的類(lèi)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(dòng)的場(chǎng)合；圖（c）為可控硅型輸出型，僅適用于交流驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)模擬量輸入接口：其作用是把現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合可編程控制器內(nèi)部處理的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是指符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通用交互用電壓電流信號(hào)值，如4～20mA的直流電流信號(hào)，1～10V的直流電壓信號(hào)等。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中模擬量信號(hào)的變化范圍一般是不標(biāo)準(zhǔn)的，在送入模擬量接口時(shí)一般都需經(jīng)過(guò)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(hào)輸入后一般經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)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(hào)。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)模擬量輸出接口：它的作用是將可編程控制器運(yùn)算處理后的若干位數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號(hào)輸出，以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)控制信號(hào)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(hào)驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。其原理圖見(jiàn)下圖。模擬量輸入輸出接口一般安裝在專(zhuān)門(mén)的模擬量工作單元上。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（4）擴(kuò)展接口用于擴(kuò)展I/O單元的，可以配接開(kāi)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(jī)中，擴(kuò)展接口為插槽擴(kuò)展基板的形式。（5）編程器接口通過(guò)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(chǔ)器接口

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

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（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(kāi)關(guān)電源及為掉電保護(hù)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(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)操作。

2）其他外部設(shè)備盒式磁帶機(jī)用以記錄程序或信息。打印機(jī)用以打印程序或制表。EPROM寫(xiě)入器用以將程序?qū)懭氲接脩?hù)EPROM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(yùn)行狀態(tài)。

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

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

擴(kuò)展單元（ExtensionUnit）是用于增加I/O點(diǎn)數(shù)的裝置，內(nèi)部無(wú)電源，用電由基本單元供給。

擴(kuò)展模塊（ExtensionModule）用于增加I/O點(diǎn)數(shù)及改變I/O比例，內(nèi)部無(wú)電源，必須與基本單元一起使用。

特殊功能單元（SpecialFunctionUnit）是一些專(zhuān)門(mén)用途的裝置。如位置控制模塊、模擬量控制模塊、計(jì)算機(jī)通信模塊等。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)3.FX系列PLC的型號(hào)（1）FX系列PLC型號(hào)名稱(chēng)的含義如下：（a）系列序號(hào)：如1S、1N、2N、3U（b）I/O總點(diǎn)數(shù)：10~256（c）單元類(lèi)型：M為基本單元E為I/O混合擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊EX為輸入專(zhuān)用擴(kuò)展模塊EY為輸出專(zhuān)用擴(kuò)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(shí)點(diǎn)（e）電源形式:E為AC100~240V電源/DC24V輸入型D為DC24V電源/DC24V輸入U(xiǎn)A1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(duì)于晶體管而言）輸出SS:DC5~30V漏型/源型輸入、源型（對(duì)于晶體管而言）輸出

FX3U-16MR/ES

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)5.PLC工作原理（1）PLC工作方式

PLC有運(yùn)行（RUN）與停止（STOP）兩種基本的工作模式。PLC是以分時(shí)處理及循環(huán)掃描方式來(lái)完成工作任務(wù)。圖3-15循環(huán)掃描過(guò)程

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（2）PLC工作過(guò)程1）內(nèi)部處理階段公共處理階段包括PLC自檢，執(zhí)行來(lái)自外設(shè)命令，對(duì)警戒時(shí)鐘又稱(chēng)監(jiān)視定時(shí)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(shí)，只執(zhí)行以上兩個(gè)操作；當(dāng)PLC處于運(yùn)行模式時(shí)還要完成以下三個(gè)階段的操作。3）輸入處理階段順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào)，并將信號(hào)寫(xiě)入輸入映像寄存器（集中批處理）

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)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(hù)程序的順序逐條執(zhí)行用戶(hù)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(xiě)元件映像寄存器輸出結(jié)果：讀、寫(xiě)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(hù)程序的結(jié)果同時(shí)從輸出映像寄存器送到輸出鎖存器，再同時(shí)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(shí)點(diǎn)（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(guò)程所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。2）影響掃描周期的因素：時(shí)鐘頻率、系統(tǒng)配置

、用戶(hù)程序長(zhǎng)短(主要因素)3）響應(yīng)時(shí)間：從PLC的輸入端有一個(gè)輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC的輸出端對(duì)該輸入變化做出反應(yīng)所需的時(shí)間，也稱(chēng)滯后時(shí)間。它由輸入電路的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)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(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路任務(wù)分析（4）PLC的等效電路圖

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（1）PLC的定義國(guó)際電工委員會(huì)(InternationalElectricalCommittee)在1987年頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC作了如下定義：“PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令。并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（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(lái)，它是一種以微處理器為核心，集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(dòng)化三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）的首位?！?/p>

PLC的發(fā)展趨勢(shì)1）向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)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(cuò)性、高可靠性方面發(fā)展。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（3）PLC的特點(diǎn)

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

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（4）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

1）開(kāi)關(guān)量邏輯控制；2）模擬量過(guò)程控制；3）運(yùn)動(dòng)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(shí)點(diǎn)（5）PLC的分類(lèi)

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

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（5）PLC的分類(lèi)

2）中型機(jī)

I/O總點(diǎn)數(shù)：PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)在256～2048點(diǎn)之間，雙CPU，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量為4-16KB。特點(diǎn)：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(qiáng)，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(guó)通用電氣的GE-Ⅲ型；日本立石的500；德國(guó)西門(mén)子的S7-300、SU-5、SU-6等。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（5）PLC的分類(lèi)

3）大型機(jī)

I/O總點(diǎn)數(shù)：I/O總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，多CPU，16位或32位處理器，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到16KB以上。特點(diǎn)：采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的自診斷功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)。舉例：美國(guó)通用電氣的GE-Ⅳ型；日本立石的C-2000；德國(guó)西門(mén)子的S7-400系列等。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（5）PLC的分類(lèi)

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(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元。

特點(diǎn)：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(diǎn)數(shù)較少的機(jī)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(shí)點(diǎn)（5）PLC的分類(lèi)

2）疊裝式

固定I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元上有擴(kuò)展接口，通過(guò)擴(kuò)展電纜和擴(kuò)展單元相連。

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

舉例：日本三菱的FX1N、FX2N、FX3U系列等。

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3）模塊式

用一塊帶有插槽的母板把PLC的獨(dú)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(gè)完整的PLC。

特點(diǎn)：系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴(kuò)展、維修方便。I/O點(diǎn)一般可以達(dá)到1024點(diǎn)以上