第二讲 PLC的基本结构和工作原理

《PLC技术与与应用》课件第二讲可编程控制器的基本结构和工作原理组成：输入设备、输出设备、PLC硬件和软件程序导入《PLC技术与与应用》课件PLC的基本结构和工作原理一、PLC的基本组成二、PLC的内部等效电路四、FX系列的PLC三、PLC的工作原理《PLC技术与与应用》课件一、PLC的组成PLC的硬件结构PLC的软件结构系统监控程序用户程序基本单元《PLC技术与与应用》课件中央控制单元(CPU)存储器输入输出接口电路电源编程器1、中央处理单元（CPU）通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。其工作主要有：(1)诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。(2)采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。(3)逐条读取指令，完成各种运算和操作。(4)将处理结果送至输出端。(5)响应各种外部设备的工作请求。《PLC技术与与应用》课件2、存储器（两种）（1）系统程序存储器（ROM）：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据，PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。（2）用户存储器（RAM）：包括用户程序存储区和工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。掉电会丢失存储的内容，一般用锂电池来保持。注意：PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。《PLC技术与与应用》课件作用：连接用户输入输出设备和PLC控制器，将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理，再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。对输入输出接口的要求：良好的抗干扰能力；对各类输入输出信号（开关量、模拟量、直流量、交流量）的匹配能力。3．输入输出接口《PLC技术与与应用》课件各种输入接口均采取了抗干扰措施：光耦合器隔离RC滤波器输入输出接口类型：模拟量输入输出接口开关量输入输出接口（直流、交流及交直流）。开关量直流输入电路开关量输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。PLC的输入接口电路（直流输入型）《PLC技术与与应用》课件直流输入的电源一般由机内24v电源提供，输入电流一般小于10mA。开关量输出接口电路《PLC技术与与应用》课件PLC的开关量输出有三种形式：继电器输出型晶体管输出型晶闸管输出型•开关量输出端的负载电源一般由用户提供，输出电流一般不超过2A。继电器输出型既可以接直流负载又可以接交流负载《PLC技术与与应用》课件无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载晶闸管输出型《PLC技术与与应用》课件为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流电源负载。晶体管输出型《PLC技术与与应用》课件晶体管输出型与晶闸管输出型的外部电源比较：《PLC技术与与应用》课件4、电源PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。5、外围设备——编程器将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；监视PLC的工作状态。6、用户输入输出设备用户输入器件有控制开关和检测元件，即各种开关、按钮、传感器等；用户输出设备主要有接触器、电磁阀、指示灯等。《PLC技术与与应用》课件专用编程器通用编程系统：PC上配专用编程软件包简易编程器智能编程器输出单元输入单元电源微处理器（CPU）运算器控制器存储器EPROM（系统程序）RAM（用户程序）I/O扩展接口外设I/O接口编程器盒式磁带机打印机EPROM写入器图形监控系统PLC或上位计算机用户输入设备用户输出设备主机I/O扩展机外部设备PLC的组成《PLC技术与与应用》课件以两台电机的启动为例二、PLC的内部等效电路《PLC技术与与应用》课件PLC的工作方式循环扫描方式：PLC的工作过程程序处理阶段内部处理阶段通信服务阶段输入处理阶段输出处理阶段：PLC的工作模式三、PLC的工作原理运行模式停止模式：《PLC技术与与应用》课件1、PLC的运行模式PLC的运行模式运行模式停止模式《PLC技术与与应用》课件程序处理阶段内部处理阶段通信服务阶段输入处理阶段输出处理阶段2．PLC的工作过程《PLC技术与与应用》课件检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。也叫输入采样，CPU顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。按先上后下、先左后右的顺序（跳转指令除外），对梯形图程序进行逐句扫描并根据各映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关的映像寄存器中。将所有输出映象寄存器中的Y寄存器的状态，转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。采用循环扫描方式（也称串行工作方式）扫描周期的长短与CPU的运算速度有关，与I/O点的情况有关，与用户程序的长短及编程情况等均有关。通常用PLC执行1K指令所需时间来说明其扫描速度(一般1~10ms/K)。3.PLC的工作方式《PLC技术与与应用》课件PLC处于运行状态时，CPU循环完成内部处理、通信服务、输入采样、程序处理、输出处理五个阶段的工作，每完成一次循环所需时间称为一个扫描周期。4．PLC的工作特点由于PLC是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象寄存器中的内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。注意由于PLC是串行工作方式，所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关。这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争，减少了繁琐的联锁电路。《PLC技术与与应用》课件集中采样、集中输出、周期性循环扫描(串行工作方式)I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。一般为几十～100ms。《PLC技术与与应用》课件输入端子输入映象区输出映象区输出锁存输出端子......输入信号输出信号注意输出滞后引起输出滞后的因素：（1）输入滤波器有时间常数（2）输出继电器有机械滞后（3）PC循环操作时，进行公共处理、I/O刷新和执行用户程序等产生扫描周期（4）程序语句的安排，也影响响应时间四、FX系列可编程控制器三菱公司的PLC是最早进入中国市场的产品。FX2N是近几年推出的高功能整体式小型机。FX系列PLC具有庞大的家族。基本单元(主机)有FX0、FX0S、FXON、FX1、FX2、FX2C、FX1S、FX2N、FX2NC9个系列；每个系列又有14、16、32、48、64、80、128点等不同输入输出点数的机型；每个系列还有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种输出形式。《PLC技术与与应用》课件FX系列可编程控制器型号格式如下：FX□—□□□□-□系列名I/O总点数14~256点单元功能特殊品种区别输出类型R：继电器输出T：晶体管输出S：晶闸管输出M：基本单元E：输入输出混合扩展模块EX：输入专用扩展模块EY：输出专用扩展模块FX2N—32MRD含义？1．FX系列PLC型号的含义《PLC技术与与应用》课件系列序号：0,0S，0N，1,2,2C，1S，2N，2NC特殊品种说明：《PLC技术与与应用》课件D------DC电源，DC输入；AI-----AC电源，AC输入；H------大电流输出扩展模块(1A/1点)；V------立式端子排的扩展模块；C------接插口输入输出方式；F------输入滤波器1ms的扩展模块；L------TTL输入型扩展模块；S------独立端子(无公共端)扩展模块。FX2N---32MRD：表示FX2N系列，输入输出总点数为32点，继电器输出、DC电源，DC输入的基本单元。2．主要性能指标(1)硬件指标：硬件指标包括一般指标、输入特性和输出特性。(2)软件指标：软件指标包括运行方式、速度、程序容量、元件种类和数量、指令类型等。《PLC技术与与应用》课件最多256点最多128点最多30点I/O设置128条89条85条应用指令基本指令27条，步进指令2条基本、步进指令数量内置8KB步，用存储盒可达16KB步内置8KB步内置2KB步程序容量（EEPROM）逻辑梯形图和指令表，可以用步进梯形指令来生成顺序控制指令程序语言1.52微秒/指令～数百微秒/指令3.7微秒/指令～数百微秒/指令应用指令0.08微秒/指令0.55微秒/指令～0.7微秒/指令基本指令运算处理速度批处理方式（在执行END指令时），可以使用I/O刷新指令I/O控制方式存储程序，反复运算运算控制方式FX2N和FX2NCFX1NFX1S项目FX系列PLC的基本性能指标《PLC技术与与应用》课件FX系列PLC的输入技术指标输入ON时LED灯亮输入状态显示无电压触点，或NPN集电极开路输出晶体管输入信号形式X0～X7为0～60mA（FX2N），其他系列0～15mA可调节输入响应时间10ms输入响应时间1.5mA输入开关电流ON→OFF3.5mA＞4.5mA输入开关电流OFF→ONDC24V,5mADC24V,7mA输入信号电流DC24V±10%输入信号电压其他输入点X0～X7元件号DC24V±10%输入电压《PLC技术与与应用》课件FX系列PLC的输出技术指标输出动作显示光耦合器隔离光电晶闸管隔离继电器隔离电路隔离0.1mA/30VDC2mA/240VAC…开路漏电流0.2ms；5μs(仅Y0，Y1)10ms10msON→OFF0.2ms；5μs(仅Y0，Y1)1ms10msOFF→ON响应时间……2.3VA/240VAC电压＜5VDC时2mA，电压＜24VDC时5mA（FX2N）最小负载0.9W/DC24V（FX1S），其他系列1.5W/DC24V30W100W灯负载12W/24VDC36VA/AC240V80VA，120/240VAC感性负载0.5A/1点，0.8A/COM0.3A/1点，0.8A/COM2A/1点，8A/COM电阻负载最大负载DC5～30VAC85V～242V最大AC240V或DC30V外部电源晶体管输出晶闸管输出（仅FX2N）继电器输出项目《PLC技术与与应用》课件《PLC技术与与应用》课件六、思考与作业1、PLC的硬件结构由哪几部分组成？各有什么作用？2、开关量输入输出接口有哪几种类型？3、简述PLC的扫描周期。引起PLC输出滞后响应的因素有哪些？4、PLC运行模式下的工作过程分为哪几个阶段？5、PLC的工作特点有哪些？6、FX--4EYSAI含义是什么？7、找一找：身边接触到的PLC的输入设备有哪些？