1PLC的结构与工作原理

模块1PLC的结构与工作原理可编程控制器由哪几部分组成？硬件软件存储器CPUI/O口编程器电源系统程序用户程序1.1.1PLC的硬件组成外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图硬件FX系列PLC的硬件配置图FX系列PLC的网络通信能力电源开关PLC主机输入端PLC主机输出端并关和按钮指示灯交通灯面板自动送料面板PLC内部主要部件功能PLC中的CPU作用及分类CPU的作用：按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：中央处理单元（CPU）

(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。存储器（ROM/RAM）

（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。可编程控制器输入端口电路

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。

可编程控制器输出接口电路开关量输出接口电路：

采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：第三:继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。可编程控制器输出接口电路第二:晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载

可编程控制器输出接口电路第一:晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。可编程控制器模拟量接口电路（3）模拟量输入接口：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的有若干位二进制数字表示的信号标准的模拟量信号：电流信号：4~20mA

电压信号：1~10V

（4）模拟量输出接口：将PLC运算处理的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制的要求信号

（5）智能输入输出接口：自带CPU，由专门的处理能力，与主CPU配合共同完成控制任务，可减轻主CPU工作负担，又可提高系统的工作效率电源PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备（传感器）提供标准电源。PLC输入与输出接线：输入信号显示灯输入接线端输出接线端输出信号显示灯电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯电源开关PLC主机输入端PLC主机输出端三菱FX2N-48MRPLC继电器配置

输入、输出继电器：

输入继电器为：X0-X7；X10-X17；X20-X27输出继电器为：Y0-Y7；Y10-Y17；Y20-Y27这一点很重要，我们一定要记住！编程器编程器用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。专业编程器由PLC生产厂家提供，一般都是手持式的LCD字符显示编辑器。编程软件有：FX-FCS/WIN-E/-C、SWOPC-FXGP/WIN-C、GXDeveloper、GXSimulator等等。编程器编程器是PLC最常用的外设，也是PLC中唯一不需要通过功能模块而直接与总线相联接的外设。它通过主机上的编程器接口直接与主机相连。

编程器上有一个方式选择开关，用于控制PLC主机的工作方式。PLC编程器及作用

编程器的作用：是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。

它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。专用编程器FX系列PLC的手持式编程器FX-10P-E和FX-20P-E的体积小、重量轻、价格便宜、功能强。编程软件1．FX-FCS/WIN-E/-C和SWOPC-FXGP/WIN-C：FX系列专用的编程软件。2．GXDeveloper（GX开发器）用于开发三菱所有的PLC编程。3．GXSimulator（GX模拟器）与GXDeveloper配套使用，可以在计算机中模拟三菱PLC的运行。掌上电脑编程器可编程终端高档可编程终端掌上电脑编程器可编程终端高档可编程终端◆PLC配有各种通信接口与外部设备连接

与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印与监视器连接，可将控制过程图像显示出来与PLC连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合与人机界面（触摸屏）连接与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。与编程器连接1.系统程序监控程序、编译程序和诊断程序2.用户程序现场控制和公司需要介绍几个网站：WWW.PLC100.COM

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1.1.2PLC的软件组成图1-5扫描过程1.2PLC的工作过程外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态。输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。某一编程元件对应的映像寄存器为1状态时，称该编程元件为ON；对应的映像寄存器为0状态时，称该编程元件为OFF。2．扫描周期PLC在RUN工作模式时，执行一次扫描操作需的时间称为扫描周期。LD X0 //接在左侧母线上的X0的常开触点OR Y0 //与X0的常开触点并联的Y0的常开触点ANI X1 //与并联电路串联的X1的常闭触点ANI X2 //串联的X2的常闭触点OUT Y0 //Y0的线圈图1-6中的梯形图完成的逻辑运算为读读读写写执行用户程序

I/O刷新I/O刷新

I/O刷新I/O刷新0100101000000000000101000输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器

用户输出设备从输入端子到输出端子的信号传递过程~KM线圈通电SB1闭合00000闭合接点闭合KMFUKH

M3~QKM通电KM通电触点闭合电动机转触点闭合PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM~KM线圈断电00001断开接点断开KMFUKH

M3~QKM通电KM断电触点断开电动停转触点断开PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合继电器PLC是从继电器控制系统发展而来的。当绕圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常闭触点断开，常开触点闭合。线圈电流消失后，复位弹簧使衔铁返回原来的位置，常开触点断开，常闭触点闭合。

在自动化生产线、各种功能的机械手和机床等设备的自动控制过程中大多以电动机作为动力。其中以各种有触点的继电器、接触器、行程开关等自动控制电器组成的控制线路称为继电接触器控制方式。图1-3异步电动机控制电路用交流接触器控制异步电动机电路原理：按下启动按钮SB1，常开触点通电，接触器KM线圈得电，主电路的KM主触点闭合，电动机得电运转，同时，控制电路中的KM常开自锁触点也闭合，锁定KM线圈得电，SB1断开后KM线圈仍可得电。按下停止按钮SB2，接触器KM线圈失电，主电路的KM主触点断开，电动机失电停转，同时，控制电路中的KM常开自锁触点也断开，解除自锁，SB2闭合后KM线圈无法得电。用PLC控制异步电动机逻辑运算

图1-4基本逻辑运算

PLC与其他工业控制系统的比较比较内容PLC控制系统继电器控制系统单片机控制系统功能用程序可以实现各种复杂控制用大量继电器布线逻辑实现顺序控制用程序实现各种复杂控制，功能最强改变控制内容修改程序较简单容易改变硬件接线，工作量大修改程序，技术难度大可靠性平均无故障工作时间长受机械触点寿命限制一般比PLC差工作方式顺序扫描顺序控制中断处理，响应最快接口直接与生产设备相连直接与生产设备相连要设计专门的接口环境适应性可适应一般工业生产现场环境环境差，会降低可靠性和寿命要求有较好的环境，如机房、实验室、办公室抗干扰一般不用专门考虑抗干扰问题能抗一般电磁干扰要专门设计抗干扰措施，否则受干扰影响比较内容PLC控制系统继电器控制系统单片机控制系统维护现场检查、维修方便定期更换继电器，维修费时技术难度较高系统开发设计容易、安装简单、调试周期短图样多，安装接线工作量大，调试周期长系统设计复杂，调试难度大，需要有系统的计算机知识通用性较好、适应面广一般是专用要进行软、硬件技术改造才能作其他用硬件成本比单片机控制系统高少于30个继电器时成本较低一般比PLC低1.3三菱FX系列PLC的规格及技术性能1.3.1三菱FX系列PLC规格和分类三菱PLC输入输出模块FX3U三菱PLC输入输出模块FX2N1.三菱FX系列PLC的规格FX系列型号命名方法与输入输出技术指标①子系列名称，例如1S，1N，2N等。②输入输出的总点数。③单元类型：④输出形式：R为继电器输出，T为晶体管输出，S为双向可控硅输出。⑤电源和输入、输出类型等特性。2.PLC的分类（1）按I/O点数分类微型、小型、中型、大型（2）按结构分类整体式结构、模块式结构（3）按功能分类低档、中档、高档三菱PLC输入输出模块整体式PLC三菱PLC输入输出模块模块式PLCFX1S与FX1N系列PLCFX1S是超小型PLC，10～30个I/O点，用户存储器(EEPROM)容量为2000步。可以使用一块I/O点扩展板、串行通信扩展板或模拟量扩展板。FX1N可以组成14～128个I/O点的系统，能使用特殊功能模块、显示模块和扩展板。用户存储器(EEPROM)容量为8000步，有内置的实时钟。FX1N和FX1S有两个内置的设置参数用的小电位器。同时可以输出2点60kHz的高速脉冲。1.3.2三菱FX系列PLC的性能和参数FX2N系列PLCFX2N系列的功能强、速度高。用户存储器8K步，可以扩展到16K步，最大可以扩展到256个I/O点，有多种特殊功能模块或功能扩展板，可以实现多轴定位控制。有实时钟，指令功能强。FX1N和FX2N可以接入CC-Link和AS-i网络，与RS-232C和RS-485设备通信，实现FX系列PLC之间的简易链接、并联链接、计算机链接和I/O链接通信。FX2NC与F