PLC技术及应用（欧姆龙机型）第3版 课件 戴一平第1、2章 可编程序控制器基础、可编程控制器的硬件系统

第一章可编程序控制器基础

可编程序控制器可编程序（ProgrammableLogicController）简称为PLC。是一种集微电子技术、计算机技术和通信技术于一体的新型的自动控制装置，具有功能强、可靠性高、操作灵活、编程简单等一系列优点，广泛应用于机械制造、汽车、电力、轻工、环保、电梯等工农业生产和日常生活，受到广大用户的欢迎和重视。内容提要

本章在介绍PLC的发展、流派、特点、基本构成等概况的同时，着重介绍PLC的等效电路、工作原理以及技术规格与类别。第一节PLC概述第二节PLC的基本构成及工作原理第三节PLC的技术规格与分类一、PLC的发展简史1968年，美国通用汽车公司提出招标要求。第一节PLC概述

1）编程简单，可在现场修改程序；

2）维护方便，最好是插件式；

3）可靠性高于继电器控制柜；

4）体积小于继电器控制柜；

5）可将数据直接送入管理计算机；

6）在成本上可与继电器控制竞争；

7）输入可以是交流115V（美国电网电压为110V）；

8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；

9）在扩展时，原系统只需作很小变更；

10）用户程序至少能扩展到4K以上。GM10条

20世纪70年代初开始的近四十年里，PLC

已发展成一个巨大的产业。

1969年，美国数字设备公司按招标要求完

成了研制工作。二、PLC的定义（1982年11月、1985年1月和1987年2月国际电工委员会（IEC）可编程控制器标准草案第一、二、三稿）1.是一种数字运算操作的电子系统2.为工业环境应用而设计3.采用计算机的软硬件结构4.达到各类机械或生产过程的控制目的三、PLC的流派

按地域分为三种流派：1.美国的PLC：如罗克韦尔(Rockwell)公司（包括AB公司）产品，通用电气（GE）产品。2.欧洲的PLC：如西门子（Siemens)公司产品，施耐德(Schneider)公司的产品。如欧姆龙（OMRON）公司的产品，三菱（Mitsubishi)公司的产品。3.日本的PLC：四、PLC控制与继电器控制的区别继电器控制电路KMKMSB1SB2PLC梯形图0.000.0110.0010.00控制电路比较(3)输入、输出逻辑关系基本一致(1)图形符号基本类似(2)结构形式基本相同相同点(1)组成器件不同(2)触点情况不同(3)工作电流不同(4)接线方式不同(5)工作方式不同继电器控制：I/O逻辑关系是由实际的布线实现；PLC控制：I/O逻辑关系是由存储在PLC内的用户程序（梯形图）实现。不同点五、PLC的主要优点1.编程简单2.可靠性高3.通用性好4.功能强5.易于远程监控6.设计、施工和调试周期短六、PLC的应用

水处理交通能源等领域（1）逻辑控制（2）位置控制和运动控制（3）过程控制（4）监控系统（5）集散控制七、PLC的发展趋势

向控制与管理功能一体化方向发展向小型化、低成本、简单易用方向发展向网络化、高可靠性、多功能方向发展向编程语言标准化方向发展第二节PLC的基本构成及工作原理一、PLC的基本构成

系统程序用户程序编程器存储器输入口CPU输出口通信口系统总线电源软件系统基本单元硬件系统CPU存储器总线I/O口通信接口编程器电源扩展设备……系统软件用户软件硬件系统软件系统FRKMKMAFU2SB2SB1BSB1SB2FR24VCOM0.000.02PLCCOM10.000.01输入模块输出模块LNBAQSFU1KMFRM3~L3L2L1NFU2KMFU3拆除原控制回路安装PLC接入输入元件接入输出元件对PLC供电编写程序（梯形图）写入PLCPLC控制实例

二、PLC控制的等效电路输入元件负载SB1SB2FRKM负载电源PLC内部控制电路（用户程序）等效输出继电器0.00PLCCOMDC24V0.000.010.020.010.0210.0010.0010.00COM等效输入继电器END三、PLC的工作原理（一）PLC的工作方式

*PLC的扫描周期与用户程序的长短和该PLC的扫描速度紧密相关。PLC一次扫描的过程，包括公共处理、执行程序、扫描周期计算处理、I/O刷新、外设端口服务共五个阶段，其所需时间称为一个工作周期（或扫描周期）。初始化（1）公共处理（2）执行程序（3）扫描周期计算处理（4）I/O刷新（5）外设端口服务异常正常警告异常否是无有（二）I/O信号传递的滞后现象(1)I/O信号的传递过程读写读写20000010000100000000输入映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出端子输入端子输入电路输出电路从PLC的输入端有一个输入信号发生变化，到PLC输出端对该变化做出响应，需要一段响应时间。最小I/O响应时间=输入ON延时+扫描时间+输出ON延时I/O刷新I/O刷新执行指令/其他处理扫描时间PLC输入触点输入滤波输出锁存器输出触点执行指令/其他处理扫描时间输入ON延时输出ON延时I/O响应时间响应现象一：PLC输入／输出响应的滞后现象：最大I/O响应时间=输入ON延时+扫描时间×2+输出ON延时I/O响应时间I/O刷新I/O刷新执行指令/其他处理扫描时间PLC输入触点输入滤波输出锁存器输出触点执行指令/其他处理扫描时间输入ON延时输出ON延时I/O刷新执行指令/其他处理扫描时间响应现象二：

输入滤波器有时间常数

输出电路存在滞后

循环扫描工作方式(2)I/O信号传递滞后的原因四、PLC的工作模式1）程序模式（PROGRAM）程序模式是程序的停止状态，PLC的初始设定、程序传送、程序检查、强制置位／复位等程序执行前的准备，要在该模式下进行。2）监视模式（MONITOR）

监视模式是程序的执行状态，可进行联机编辑、强制置位／复位、I/O存储器的当前值变更等操作。试运行时的调整等可在该模式下进行。3）运行模式（RUN）

运行模式为程序的执行状态。第三节PLC的技术规格与分类一、PLC的一般技术规格

电源电压允许电压范围消耗功率冲击电流绝缘电阻耐压抗干扰性

抗振动耐冲击环境温度环境湿度环境气体状况保存温度电源保持时间

二、PLC的基本技术性能

输入/输出控制方式

编程语言

指令长度

指令种类

扫描速度

程序容量

中断处理

模拟量

特殊功能模块

内部继电器种类及数量

最大I/O点数三、PLC的分类1．按I/O总点数分

256、2048、小型、中型、大型2．按组成结构分

整体式、模块式3．按功能分

低档、中档、高档本章小结1.PLC发展于汽车制造业，以计算机和电子技术的发展为基础2.PLC相对于继电器控制最大不同是：I/O逻辑关系是存储在PLC内的用户程序（梯形图）实现3.PLC的基本构成：硬件和软件4.PLC的等效电路5.PLC的工作原理：循环扫描6.PLC的应用领域精品课程——《可编程序控制器技术》第二章可编程序控制器的硬件系统内容提要

本章以OMRON公司的CPM1A、CP1H为例讲解PLC的硬件结构、基本功能和型号规格，剖析基本I/O单元，介绍模拟量I/O单元和特殊扩展设备。通过对典型机型的学习，熟悉PLC的硬件配置，为进一步学习指令系统和设计PLC控制系统打好基础。第一节CP系列PLC简介第二节输入/输出单元第三节特殊扩展单设备第一节CP系列PLC简介CP系列：CPM1A、CPM2A、CPM2AH、CPM2AH-S、CPM2C、CP1H、CP1L和CP1E等。除CPM2C外，都是整体式小型PLC。由电源、CPU、输入/输出口和程序存储器组成，称为CPU单元（或称基本单元）。能方便的加装扩展单元。8123456791011121．CPU单元结构一、CPM1A简介1—功能接地端子2—电源输入端子3—保护接地端子4—状态显示LED5—输入LED6—输入端子7—扩展连接器8—输出端子9—输出LED10—直流输出电源端子11—外设端口12—模拟设定电位器I/O配置40点I/O型有24个输入点，16个输出点，I/O点按3∶2配置。24个输入点共用一个COM端子。16个输出点分为六组，共有六个COM端，其中10.00、10.01各占有一个，10.02、10.03合用一个，10.04、10.05、10.06、10.07和11.00、11.01、11.02、11.03和11.04、11.05、11.06、11.07分别各四点合用一个COM端。状态显示PWR（绿）电源指示，接通时亮，断开时灭。RUN（绿）工作状态指示，处在运行或监控状态时亮，处在编程状态或运行异常时灭。ERR/ALM（红）错误/警告指示，正常时灭，出现致命性错误时，指示灯亮；出现警告性错误时，指示灯闪烁时。COMM（橙）通信指示，PLC通过外设端口与外部设备通信时闪烁，不通信时灭。2．功能简介高速计数器脉冲输出通信指令系统存储器后备模拟设定电位器输入时间常数设定外部中断快速响应输入间隔定时中断3．编程工具使用编程器使用计算机4．型号规格例：CPM1A-40CDR-ACPM1A

系列40

输入/输出总点数CCPU单元DDC输入R

继电器输出；T

晶体管输出A

交流电源供电；D

直流电源供电1．CPU单元结构二、CP1H简介1）电池盖2）工作指示LED3）外围设备USB端口4）7段LED显示5）模拟电位器6）外部模拟设定输入8）内置模拟输入输出9）内置模拟输入切换开关10）存储盒槽位11）供给电源/输出端子台12）输出指示LED13）扩展I/O单元连接器14）选件板槽位15）电源、接地、输入端16）输入指示LED状态显示PWR（绿）电源指示，接通时亮，断开时灭。RUN（绿）工作状态指示，处在运行或监控状态时亮，处在编程状态或运行异常时灭。ERR/ALM（红）错误/警告指示，正常时灭，出现致命性错误时，指示灯亮；出现警告性错误时，指示灯闪烁时。INH（黄）负载切断（A500.15）为ON时亮；BKUP（黄）程序、参数、数据内存向内置闪存（备份存储器）写入、访问和复位时亮；PRPHL（黄）在USB端口通信时闪烁，平时灭。串行通信功能模拟电位器7段LED显示无电池运行存储盒程序保护故障诊断时钟2.功能简介中断高速计数器50kHz，100kHz脉冲输出1~100kHz，1~1MHz快速响应输入30μs模拟输入输出1/6000，1/12000串行通信功能3．编程工具也可通过RS-232C选件板CP1W-CIF01编程4．型号规格例：CP1H–XA40DR-ACP1HCP1H系列X

基本型，XA

内置模拟量，Y带脉冲输入/输出专用端子型40

内置输入/输出点数DDC输入R

继电器输出，T晶体管输出A

交流电源，D直流电源。1.RS-232C、RS-422A/485选件板三、CP1H选件板

简介RS-232C选件板RS-422A/485选件板用于上位链接、NT链接(1:N模式)、无协议、串行PLC链接从站、串行PLC链接主站、串行网关和外设总线，RS-232C和RS-422A/485选件板的应用2.LCD选件板LCD选件板选件板的安装无需连接CX-Programmer即可监控各种数据及变更当前值、设定值，并可使用PLC未配备的特殊定时器，从而拓展SYSMACCP系列的用途范围，3.Ethernet选件板Ethernet选件板选件板的应用Ethernet上最多可连接254台CP1H/CP1LPLC、CS/CJ系列PLC或上位计算机Ver.2.0以上版本在CP1HCPU单元中可安装2块选件板第二节输入/输出单元

一、开关量基本I/O单元I/O单元分类:按信号的流向

输入单元和输出单元按信号的形式

开关量I/O单元和模拟量I/O单元按电源形式

直流型和交流型、电压型和电流型按功能

基本I/O单元和特殊I/O单元

（一）开关量输入单元

输入模块组成框图

现场输入信号输入端子输入电路输入映像寄存器CPU按信号电源的不同分：直流输入交流输入交直流输入直流输入模块电原理图R1、R2、C作用：分压、限流、滤波。双向光耦合器作用:整流、隔离和电平转换。隔离——抗干扰，将电信号转换为光信号进行传输；电平转换——将DC24V输入信号转换成TTL（5V）标准信号。

AC/DC外部电源COM光耦合器输入端PLCLED输入开关CR2内部电路R1内部电路输入模板（二）开关量输出单元

输出模块组成框图

现场执行元件CPU输出锁存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出形式：继电器输出晶闸管输出晶体管输出1.继电器输出（交直流）模块

R1内部电路R2ACCOMLED输出端负载DCKA继电器PLCKAC内部电路输出模板继电器既是输出开关器件，又是隔离器件R1和LED组成输出状态显示器R2和C组成RC灭弧电路继电器触点动作的响应时间约为10ms继电器输出模块的负载回路，可选用直流电源，也可选用交流电源在电阻性负载时，输出的最大负载电流为2A/点2.晶闸管输出（交流）模块

ACCR1LEDR2负载输出端COMFUU固态继电器内部电路双向晶闸管为输出开关器件，由它组成的固态继电器（ACSSR）具有光电隔离作用R2与C组成高频滤波电路压敏电阻作为消除尖峰电压的浪涌吸收器双向晶闸管开通响应时间≤1ms，关断响应时间≤10ms在输出负载回路中的电源只能选用交流电源3.晶体管输出（直流）模块内部电路R2R3PLC输出端COMLED光耦合器V1VSVDFU负载DCR1V1为输出开关器件，光耦合器为隔离器件VS和FU分别用于输出端的过压保护和过流保护二极管VD可禁止负载电源反向接入晶体管输出模块所带负载只能使用直流电源在电阻性负载时，最大负载电流为0.5A/点，通断响应时间均＜0.2ms（三）I/O单元规格

1．输入单元规格（1）继电器输出规格（2）晶体管输出规格2．输出单元规格123456有40点I/O、20点I/O、8点I、8点O等几种，型号在CPM1A后分别后缀40EDR、40EDT、20EDR、20EDT、8ED、8ER、8ED，其中E表示为扩展单元。1-输入端子2-输入LED3-扩展连接器4-输出LED5-输出端子6-扩展I/O连接电缆（一）扩展I/O单元简介二、开关量扩展I/O单元CPM1A型（二）扩展I/O单元的使用CP1H型连接限制1）最大可连接7个单元。2）占用通道数，输入、输出都必须在15CH以下。3）合计消耗功率在30W以下。4）高功能单元合计不超过2台。5）环境温度的限制。（一）扩展I/O单元的使用现场模拟信号变送器V/VI/VA/D光电隔离输入暂存CPU三、模拟量I/O单元1.模拟量输入单元

作用：连续变化的电压、电流信号转换成CPU能处理的若干位数字信号。

组成：2.模拟量输出单元CPUV/VV/ID/A光电隔离输出锁存电压输出电流输出作用：把CPU处理后的若干位数字信号，转换成相应的模拟量信号输出。组成：

A/D、D/A模块的主要参数：

分辨率精度转换速度输入阻抗输出阻抗最大允许输入范围模拟通道数内部电流消耗……

3.外置模拟量I/O单元模拟量输出单元DA003模拟量输入单元AD003CPM1A-MAD01

4.内置模拟量I/O单元XA型CP1HCPU单元内置具有4路输入、2路输出的拟量I/O单元。模拟量范围可设置成DC-10V~10V、0~10V、1~5V、0~5V、0~20mA和4~20mA6种，分辨率有1/6000和1/12000两种。第三节特殊扩展设备

特殊I/O功能单元作为智能单元，有自己的CPU、存储器和控制逻辑，与I/O接口电路及总线接口电路组成一个完整的微型计算机系统。作用：1）在自己的CPU和控制程序的控制下，通过I/O接口完成相应的输出、输入和控制功能；

2）通过总线接口与PLC单元的主CPU进行数据交换，接受主CPU发来的命令和参数，并将执行结果和运行状态返回主CPU。效果：既实现了特殊I/O单元的独立运行，减轻了主CPU的负担，又实现了主CPU单元对整个系统的控制与协调，从而大幅度地增强了系统的处理能力和运行速度。一、高速计数单元