PLC原理及应用(第2、3章)

1、第二章 PLC的组成及工作原理,第一节 PLC的组成,第二节 PLC的工作原理,2-1 PLC的组成,2-1-1 PLC硬件系统组成,微处理器（CPU） 整个PLC这一计算机系统的控制器与运算器 系统核心,系统存储器系统程序存储器+系统数据存储器 存放系统工作程序（监控程序）； 存放模块化应用功能子程序； 存放命令解释程序； 存放功能子程序的调用管理程序； 存放存储系统参数。,用户存储器RAM/EPROM/EEPROM 存放用户工作程序； 存放工作数据。,输入单元带光电隔离电路 多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入 DC电源DC24V输入 DC电源DC12V输入 接收开关量及数字量信号（数

2、字量输入单元）； 接收模拟量信号（模拟量输入单元）； 接收按钮或开关命令（数字量输入单元）； 接收传感器输出信号。,输出单元带光电隔离器及滤波器 多种输出方式：晶体管 晶闸管 继电器 驱动直流负载（晶体管输出单元）； 驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）； 驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。,通讯及编程接口采用RS-485或RS-422串行总线 连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）； 连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； 连接工控机，实现编程及在线监控； 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； 连接打印机等计算机外设。,I/O扩展接口采用并行通讯方式

3、扩展I/O模块； 扩展位置控制模块（如F2-30GM）； 扩展通讯模块（如FX-232AW等）； 扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。,2-1-2 PLC软件系统组成,系统监控程序,运行管理,生成用户元件,系统内部自检,管理程序,解释程序,标准程序模块、系统调用,用户程序,自动化系统控制程序,数据表格,软件系统,2-2 可编程序控制器的工作原理, 当PLC运行时，需要进行众多的操作 而 PLC的CPU不可能同时去执行多个操作， 每一刻只能执行一个操作 。,2-2-1 扫描工作方式, 解决的办法：采用分时操作原理 由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看， PLC外部出现

4、的结果似乎是同时完成的。 这种分时操作的方法称为扫描工作方式, 例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程） 扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。,检查CPU等内部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作,与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信,按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器,对用户程序扫描执行 ，并将结果存入相应的寄存器,将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载, 整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段

5、, 整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期, 扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关。, 典型值为1100ms,2-2-2 PLC的扫描过程分析,可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。,1、输入采样阶段,PLC 在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中对应的输入映像寄存器（对应于输入端子状态的数据区）中。此时，输入映像寄存器被刷新。,接着，将进入程序执行阶段，在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才

6、重新写入输入端的新内容。即：输入映像存储器每周期刷新一次。,PLC扫描周期一般仅几十mS，两次采样之间的间隔时间很短，对一般的开关量而言，可以认为采样是连续的。,2、程序执行阶段,根据 PLC 梯形图程序扫描原则， PLC 按先左后右，先上后下的步序语句逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。,当指令中涉及输入、输出状态时， PLC 就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映像寄存器“读入”对应元件 ( “软继电器” ) 的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入输出映像寄存器中。,对输出映像寄存器来说，每一个元件 ( “软继电器

7、” ) 的状态会随着程序执行过程而变化。,3、输出刷新阶段,同理，CPU不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中。,在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通 / 断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中（称为输出状态刷新），通过一定方式输出，驱动外部负载。,即： 输出映像存储器随时刷新 输出锁存器每周期刷新一次（刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新）,由此可以看出，I/O映像存储器的内容，构成I/O状态表，其内容是CPU处理用户程序及数据的依据。 注意：输入状态表采样时刷新 输出状态表随时刷新（中间值和最终结果） 输出端子的接通或开断输出锁存器决定,第三章 PL

8、C主要性能指标及 三菱FX系列PLC简介,3-1 PLC 主要性能指标,3-1 PLC主要性能指标,可编程控制器的性能指标较多，不同厂家的可编程控制器产品技术性能各不相同，各有特色。通常可以用以下几种性能指标进行描述。,1 输入 / 输出点数,输入 / 输出点数是指可编程控制器组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数量，即可编程控制器外部输入、输出端子数。它他表示可编程控制器组成控制系统时可能的最大规模。通常，在总点数中，输入点数大于输出点数，且输入与输出点不能相互替代。,2 扫描速度,一般以执行 1000 步指令所需的时间来衡量，单位为毫秒 / 千步。也有以执行一步指令时间计，单位为微秒

9、 / 步。,3存储器容量,可编程控制器的存储器包括系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分。可编程控制器产品中可供用户的是用户程序存储器和数据存储器。,可编程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如存储容量为 1000 步的可编程控制器，其存储容量为 2K 字节。,4编程语言,可编程控制器采用梯形图、布尔助记符、菜单图、顺序功能图和语言描述等编程语言。不同的可编程控制器产品可能拥有其中一种、两种或全部的编程方式。常用三种编程方式：梯形图（ LAD ），布尔助记符（ STL ），顺序功能图（ SFC ）。,5指令功能,可编程控制器的指令

10、种类越多，则其软件的功能就越强，使用这些指令完成一定的控制目标的就越容易。,此外，可编程控制器的可扩展性、使用条件、可靠性、易操作性及经济性等性能指标也是用户在选择可编程控制器时须注意的指标。,3-2 三菱FX系列PLC 及性能,FX 系列PLC的硬件配置图,FX 系列PLC的网络通信能力,3-2-1 FX系列PLC概述, FX系列家族成员 FX0 FX2 FX2C FX0S FX1S FX0N FX1N FX2N FX2NC,FX系列PLC型号说明,单元类型：,M：基本单元,E：输入输出混合扩展单元与扩展模块,EX：输入扩展模块,EY：输出扩展模块,输出方式：,R：继电器输出,T：晶体管输出

11、,S：双向晶闸管输出,特 殊 品 种：,D - DC电源，DC输出 A - AC电源， AC（AC100120V）输入或 AC输出模块 H - 大电流输出扩展模块 V - 立式端子排的扩展模块 C - 接插口输入输出方式 F - 输入滤波时间常数为1ms的扩展模块 如果特殊品种一项无符号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。,I/O扩展,FX0N-60MR,FX0N-40ER,FX0N-8EYR,例如：,FX0N、FX1N最大可构成的I/O点数为128点,FX0N、FX1N系列PLC FX0N 特殊模块及外围设备, FX0N-3A 2路模拟输入/1 路模拟量输出, FX0N-232AD

12、P RS232通信接口, FX0N-485ADP RS485通信接口, FX-10-P 、 FX-20-P 简易编程器, FXGP/WIN-C 编程软件, DU 、GOT 人机界面, FX0N-16NT 16位数据传送接口, FX0N所有特殊模块与外围设备全部可用于FX1N 扩展板FX1N-232-BD、FX1N-422-BD、FX485-BD，通过RS-232C/422/485和外部设备实现通信 装有8个模拟电位器的FX1N-8AV-BD选件板 可通过FX1N-5DM模块进行时间显示与设定。,3-2-2 FX0N、FX1N系列PLC性能指标,项 目 性 能 FX0N FX1N 用户存储 程序

13、存储容量 2K步（EEPROM） 8K步（EEPROM） 可选存储器 FX-EEPROM-4(4K) FX1N-EEPROM-8L FX-EEPROM-8(8K) FX-EPROM-8 (8K) 指令种类 基本指令 20条 27条 步进指令 2条 2 条 应用指令 36种51条 89种187条 运算速度 基本指令 1.63.6s/指令 0.550.7s/指令 应用指令 数十s数百s/指令 数s数百s/指令,一般性能指标,输入性能指标,输入点 X000-X007 X010- 输入电流 DC24V 7mA DC24V 5mA 输入ON电流 4.5 mA 3.5mA 输入OFF电流 1.5 mA 1

14、.5mA 响应时间 约10ms 约10ms (0-15ms可调) 电路隔离 光 电 耦 合 隔 离,输出性能指标,- 继 电 器 输 出 ( R ),外部电源 AC250V或DC30V以下,驱动能力 2A/1点 8A/4点 8A/8点,最大负载 感性负载 80VA 灯负载 100W,响应时间 约10ms,电路隔离 继电器隔离,输出状态显示 输出ON时LED亮,输出性能指标,- 晶体管输出 (T),外部电源 DC530V 驱动能力 0.5A/1 点 0.8A/4点 最大负载 感性负载 12W/DC24V 灯负载 15W/DC24V 开路漏电流 0.1mA以下 响应时间 0.2ms 大电流OFF时

15、0.4ms 电路隔离 光电耦合器隔离 输出状态显示 输出ON时LED亮,输出性能指标,外部电源 AC85240V 驱动能力 0.3A/点 0.8A/4点 最大负载 感性负载 15VA/AC100V、30VA/AC200V 灯负载 30W 开路漏电流 1mA/AC100V 2mA/AC200V 响应时间 ON：1ms OFF: 10ms 电路隔离 光电晶闸管隔离 输出状态显示 输出ON时LED亮,-晶闸管输出 (S),3-2-2 FX0S、FX1S系列PLC,FX0S、FX1S系列PLC是用于极小规模系统的超小型PLC 只有1030个I/O点，而且不能扩展 它们都有继电器输出和晶体管输出两种输出

16、方式 使用的电源有交流和直流电源两种 型 号 输入点数 输出点数 电源电压 FX0S(1S)-10M(R,T) 6 4 FX0S(1S)-14M(R,T) 8 6 AC 100240V FX0S(1S)-20M(R,T) 12 8 或DC 24V FX0S(1S)-30M(R,T) 16 14,内置RUN/STOP开关 内置用于调整定时器设定时间的模拟电位器（其中FX0S 1个、FX1S 2个） FX1S系列PLC还内置有时钟功能，可以进行时间控制,装上显示模块FX1N-5DM，可进行时间显示与设定 FX1S系列PLC还可选用FX1N系列的各种功能扩展板，具有与上位计算机通信功能。,项目 性能

17、 FX0S FX1S 用户存储器 程序存储容量 800步（EEPROM） 2000步（EEPROM） 可选存储器 FX1N-EEPROM-8L(只能用2K) 指令种类 基本指令 20条 27条 步进指令 2条 2 条 应用指令 35种50条 85种167条 运算速度 基本指令 1.63.6s/指令 0.550.7s/指令 应用指令 数十s数百s/指令 数s数百s/指令,3-2-3 FX2N、FX2NC系列PLC,FX2N是FX系列中功能最强、运行速度最快的PLC 基本指令执行时间高达0.08s，超过了许多大、中型PLC FX2N的用户存贮器容量可扩展到16K FX2N的I/O点数最大可扩展到2

18、56点, FX2N有多种模拟量输入输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、位置控制模块、RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板、模拟定时器扩展板等。使用这些特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能,FX2N有3000多点辅助继电器、1000点状态、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32位加减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针, FX2N有128种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器常数、数学运算、浮点数运算、数据检索、数据排序、PID运算、开平方、三角函数运算、脉冲输出、脉宽调制、

19、ASCll码输出、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令 FX2N内装实时钟，有时钟数据的比较、加减、读出/写入指令，可用于时间控制, FX2N还有矩阵输入、10键输入、16键输入、数字开关、方向开关、7段显示器扫描显示等方便指令, FX2NC的性能指标与FX2N基本相同 FX2NC的基本单元I/O点为16/32/64/96 所不同的是FX2NC采用插件式输入输出，用扁平电缆连接，体积更小,型号规格,类 型 型 号 输入点数 输出点数 电源类型 FX2N-16MR(S、T) 8 8 FX2N-32MR(S、T) 16 16 基本单元 FX2N-48MR(S、T) 24 24 AC 100 FX2N-64MR(S、T) 32 32 240V FX2N-80MR(S、T) 40 40 或DC 24V FX2N-128MR( T ) 64 64 FX2N-16EYT - 16 FX2N-16EYT-C - 16,类 型 型 号