第1章PLC组成原理

1、2022-5-25三菱小型可编程序控制三菱小型可编程序控制器器第二篇第二篇三菱小型可编程序控制器三菱小型可编程序控制器2022-5-25内容内容 介介 绍绍n第三章 三菱小型PLCn第四章 FX2N的基本指令、步进指令n第五章 FX2N的功能指令n第六章 FX2N的编程器和编程软件n第七章 FX2N的特殊功能模块和通信 网络n第八章 FX2N控制系统的应用设计2022-5-25第二章第二章 2022-5-25本章内容本章内容可编程序控制器概述可编程序控制器的基本结构和工作原理2022-5-25第一节第一节可编程序控制器概述可编程序控制器概述n可编程序控制器的n可编程序控制器的n可编程序控制器的

2、n可编程序控制器的n可编程序控制器的2022-5-25n美国通用汽车公司1969年公开招标新的控制装置取代继电器控制装置，提出十项招标指标：1.编程简单，可在现场修改程序；2.维护方便，采用插件式结构；3.可靠性高于继电器控制柜；4.体积小于继电器控制柜；5.成本可与继电器控制柜竞争；6.可将数据直接送入计算机；7.可直接用115V交流输入；8.输出采用交流115V，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；9.通用性强，扩展时很方便；10.程序要能存储，存储器容量可扩展到4K字节。n可编程序控制器的产生2.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述2022-5-252.1 2.1 可编程序控制器

3、概述可编程序控制器概述1969年末，美国DEC公司研制出世界第一台PLCPDP-14 1971年，日本第一台DCS-8 1973年，德国第一台PLC1974年，中国第一台PLC 2022-5-25n可编程序控制器的特点n高可靠性、抗干扰能力强；n丰富的输入/输出接口模块；n采用模块化结构；n编程简单；n安装简单，维护方便。2.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述2022-5-25三菱三菱n按输入和输出（I/O）点数分为：n按结构形式分为：厢体式（单元式或整体式）模块式n底座或机架n电源模块、CPU模块、I/O模块、功能模块n可编程序控制器的分类类型超小型小 型中 型大 型超大型I/

4、O点数8192存储器容量/KB12288161664642562.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述2022-5-25 FX2N-64MRFX2N-16EX基本单元：CPU模块、IO模块、电源扁平电缆扩展单元：IO模块、电源2.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述2022-5-252.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 2022-5-25n可编程序控制器的应用2.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述n开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制。 n模拟量控制 温度、压力、流量、液位和速

5、度等都是模拟量。A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 n运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。如各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 2022-5-252.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述n过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。大中型PLC都有PID模块，过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 n数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据

6、的采集、分析及处理；数据处理通常用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器人控制系统等。n通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 2022-5-25n可编程序控制器的发展2.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述n发展方向产品规模向两极分化n向微型化、专业化的方向发展n向大型化、高速度、高性能方向发展软、硬件日趋标准化与其他工业控制产品更加融合n（1）PLC与PC的融合n（2）PLC与DCS的融合n（3）PLC与CNC（数控机床）的融合与现场总线相结合通讯接口和智能模块，增强通讯联网能力Schneider

7、2022-5-252.1 2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器概述ABBOMRON2022-5-25第二节第二节可编程序控制器可编程序控制器基本结构和工作原理基本结构和工作原理n可编程序控制器的n可编程序控制器的n可编程序控制器的2022-5-25n可编程序控制器的基本结构2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理一、中央处理单元二、存储器三、输入/输出电路四、电源五、编程器2022-5-25工作指示灯工作指示灯输出端子输出端子输入端子输入端子I/O状态指示灯状态指示灯2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和

8、工作原理结构和工作原理中央处理单元中央处理单元（CPU）输入电路输入电路输出电路输出电路系统程序存储器系统程序存储器用户程序存储器用户程序存储器电源电源按钮按钮继电器触点继电器触点接触器线圈接触器线圈指示灯指示灯PLC2022-5-25一、中央处理器PLC的控制中枢nCPU的功能：接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；诊断电源、PC内部电路的工作状态和编程的语法错误；用扫描的方式接收输入信号，送入PC的数据寄存器保存起来；PC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。2.2 PLC2.2 PLC结构和工作

9、原理结构和工作原理2022-5-25n可编程控制器常用的几类CPU芯片：通用微处理器（如8080、8086、80285、80386等）单片机（如8031、8096等）双极型位片式微处理器（如AM2900、AM2901、AM2903等）n小型PLC的CPU多采用单片机或专用CPU，n大型PLC的CPU多采用位片式结构。2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-25中央处理单元中央处理单元（CPU）输入电路输入电路输出电路输出电路系统程序存储器系统程序存储器用户程序存储器用户程序存储器电源电源PLC二、存储器nPLC中的存储器分为：系统程序存储器n存放，即用来控制和完成

10、PLC各种功能的程序用户程序存储器n存放，即用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序n存储器类型：随机存储器RAM；只读存储器ROM；n可擦除只读存储器EPROM；n可电擦除的只读存储器EEPROM （或E2PROM） 2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-25nPLC存储空间的分配系统程序存储区n厂商固化的系统软件，PLC的“操作系统”；系统RAM存储区nI/O映像区n系统存储区：逻辑线圈、数据寄存器、定时器与计数器用户程序存储区2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-25三、输入/输出电路n输入接口电路有三种类型：直流

11、（ 1224）V 交流（100120）V、（200240）V交直流（1224）Vn输入信号 数字量（开关量）模拟量（420mA，10+10V）2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理+24V输入口输入口COMPLC接近开关接近开关内部电路内部电路2022-5-25n输出接口电路继电器输出（响应最慢） n交流、直流负载n负载电流一般不超过2A晶体管输出n直流负载n负载电流一般在0.3 0.5A之间晶闸管输出n交流负载n负载电流一般在0.3 0.5A之间注：输出电路的负载电源由提供!2.2 PLC2.2 PL

12、C结构和工作原理结构和工作原理2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理COM负载负载2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理COM负载负载2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理COM负载负载2022-5-25四、电源n外部电源PLC的供电电源是一般市电；直流24V供电的；PLC对电源稳定度要求不高，一般允许电源电压额定值在1015的范围内波动。n内部电源一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-25五、编程器n

13、主要用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PC的内部状态和参数，与PC进行人机对话。n编程器一般有两类：专用编程器:n手持编程器（FX-10P-E，FX-20P-E）n图形编程器个人计算机：安装相关编程软件2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-25n可编程序控制器的编程语言2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理一、梯形图编程语言（LAD）二、指令语句表编程语言（STL）三、功能块图编程语言（FBD）四、顺序功能图编程语言（SFC）五、结构化文本编程语言（ST）2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作

14、原理一、梯形图n梯形图是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从电气控制系统中常用继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来。梯形图中使用的继电器、定时器、计数器等而是由软件实现的，其状态由PLC存储器中的存储位代表，故称为软器件。2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理X0X0Y0Y0X1X1Y1Y1 X0为常开触点，X0=1时表示常开触点闭合，输出继电器线圈通电，Y0有输出，Y0=1 X1为常闭触点，X1=1时表示常闭触点断开，输出继电器线圈断电，Y1无输出，Y1=0左母线右母线n读梯形图程序时总是从左至右，从上至下读；n右

15、边母线接的元件必须是输出元件。输出元件2022-5-25n梯形图（LD）的特点梯形图中的继电器等并物理元件；梯形图中的母线并不接任何电源；软器件的触点在用户程序中可无限次引用；软器件的触点和线圈状态对应的是I/O映像区中的存储位；软器件 “1”状态表示继电器线圈通电、常开接点闭合、常闭接点断开。2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理SB1SB2KM2KM1KM1KM1KM2Y1Y2Y1Y1X1X2 继电器控制电路图继电器控制电路图 PLC梯形图梯形图继电器接触器符号继电器接触器符号三菱梯形图符号三菱梯形

16、图符号符号名称符号名称常开触点常开触点常闭触点常闭触点线圈线圈2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理二、指令语句表n采用助记符来表示操作功能，类似于计算机编程语言。与梯形图有一一对应关系；便于在编程器的键盘上输入，易于操作，可在无计算机的场合进行编程设计。n指令语句由操作码和操作数组成。LD X1；OR X2操作码操作码操作数操作数2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理三、功能块图n类似于数字逻辑电路的编程语言。ORANDSRS1 Q1R StartTest1Test2Sw1Reset%1X32022-5-252.2 PL

17、C2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理四、顺序功能图n用功能表图来描述程序的一种编程语言，属于图形语言。采用功能表图的描述，从功能入手，控制系统被分为若干个子系统，使系统的操作具有明确的含义，便于设计思想的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。n顺序功能图三要素：步、执行和转换。n特点：以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通。只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间。常用于系统规模较大，程序关系较复杂的场合。2022-5

18、-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理五、结构化文本n结构化文本(Structured Text)描述编程语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种编程语言。它是一种类似于高级语言的编程语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述编程语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。2022-5-25一、循环扫描技术二、PLC扫描周期的中断处理三、PLC的I/O响应时间四、PLC的I/O寻址方式n可编程序控制器的工作原理2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理LG2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原

19、理结构和工作原理一、循环扫描技术nPLC是一种工业控制计算机，其工作任务管理和应用程序执行都是采用循环扫描的工作方式完成的。系统管理系统管理数据输入数据输入（输入采样）（输入采样）用户程用户程序执行序执行数据输出数据输出（输出刷新）（输出刷新）编程器编程器服务服务系统通信系统通信自诊断自诊断PLC扫描时间扫描时间开始下次扫描2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理输入采样输入端子输入映像X0X1输出锁存输出端子输出刷新Y0Y1元件映像Y1M0Y1X12022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-25n输入采样阶段依次读

20、入所有输入端子的状态和数据（接通/断开），存入输入映像寄存器；在一个扫描周期中，只有采样阶段输入映像寄存器中的内容才与输入信号一致；在一个扫描周期中，输入信号采样结束后改变，则下一个扫描周期的采样时刻才能被读入；信号宽度必须超过一个扫描周期，才不会丢失。n程序执行阶段在没有跳转指令时，CPU按上到下，左到右的顺序顺次扫描执行；在执行指令时，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。当出现扫描失控或死循环时，WDT会发出超时报警信号，使程序重新开始执行；若出现不可恢复的确定性故障，则系统会自动停止执行用户程序，切断外部负载，发出故障信号，等待处理。n输出刷新阶段CPU按输出映像区的对应的状态和数据刷新所有输出锁存电路，从而经输出电路隔离和功率放大后驱动相应被控负载。2.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理2022-5-252.2 PLC2.2 PLC结构和工作原理结构和工作原理M1M2M1X1M3M2M4M3M2M3M2M1M4M3M1X1M4M3M2M3M2M1M1X1输入扫描程序执行输出第一次循环扫描X1=1M1=1M1=1第二次循环扫描M2=1M2=1第三次循环扫描M3=1M3=1第四次循环扫描M4=1 M4=1输入扫描程序执