第2章 PLC组成与原理.ppt

1、介绍 PLC技术的基本组成、原理与应用，了解 PLC 工作原理与特点的基础上，重点介绍小型 PLC 的应用技术。 包括小型 PLC 的硬件与系统构成、基本性 能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设 计方法、系统的安装与调试、PLC 网络与通讯。,第二章 可编程序控制器的 组成与工作原理,第一节 PLC 概述 一、PLC 的由来与定义 1、 PLC 的由来 1968年通用汽车公司提出 利用计算机的功能和继电器控制系统的简单易懂相结合。面向控制过程、面向问题的“自然语句”进行编程，使得不熟悉计算机的人也能方便地使用。指标： 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）

2、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柜竞争。 7）输入可以是交流 115V 。 8）在扩展时，原有系统只需作很小变更。 9）输出交流 115V 以上，2A 以上，能直接驱动电磁阀。 10）用户程序存储器容量至少能扩展到 4Kb。,美国数字设备公司（DEC）率先研制出第一台 PLC 表2-1 各代 PLC 的特点与应用范围,输入电路,输出电路,继电器控制电路,生 产 现 场,继电器控制系统结构框图,输入电路,输出电路,可编程序控制器,生 产 现 场,集中型PLC控制系统结构框图,2、 PLC 的定义 国际电工委员会IE

3、C对PLC下的定义 （1987年2月） 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。,二、PLC 的特点（7点） 1、可靠性高，抗干扰能力强 1）采用循环扫描，集中采样，集中输出 2）硬件设计采用模块式结构，采取屏蔽、 滤波、隔离、联锁等抗干扰技术，增加 输出联锁、环境检测与故障诊断电路 3）软件设计中设置实时监控、

4、自诊断、信 息保护、恢复等程序与硬件电路配合实 现各种故障诊断、处理、报警显示及保 护功能,能在下列条件下可靠工作： 电源电压： AC 220V 15 抗振强度： 1055Hz 0.5mm 3轴方向各2h 抗冲击强度：10g 3轴方向各3次 抗干扰强度：1000Vp_p、脉宽1s，30100Hz噪声 工作温度： 055 存放温度： 2070 湿度： 3090（不结雾） 耐压： AC1500V 1min（各端子与地端之间）,2、编程简单，易于掌握 梯形图编程与继电器逻辑电路图类似 直观、清晰、修改方便、易掌握 3、组合灵活使用方便 采用标准化模块结构 控制系统接线简单，工作量小，使用、维护方便,

5、4、功能强，通用性好 具备很强的信息处理能力、输出控制能力 具有智能 I/O 功能模块：温度、位置高 速计数、高速模拟量转换、远程 I/O 、通 信等模块 具有逻辑运算、定时、计数、步进等功能 可完成 A/D、D/A 转换、数字运算、数据 处理、通信联网、生产过程监控 可开关量、模拟量、单台、生产线、机群控制 可现场、远距离、简单系统、复杂系统控制,5、开发周期短，成功率高 只要正确、合理选用各种模块组成系统，采用软件控制 6、体积小、重量轻、功耗低 供编程使用的软继电器（千个） 状态器（千个） 定时器（几百个） 计数器（几百个） 数据寄存器（几千个）,7、安装简单，维修方便 采用模块结构 安

6、装时只需将相应I/O端口相连接即可构成PLC控制系统 运行故障指示（灯），可方便用户了解运行情况和故障诊断,X5 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,SB1 SB2,KM,X5 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,继电器线路图与梯形图,KM,1,SB1 (X0) KM (Y0),SB2(X1),Y0,SB1 SB2,PLC的I/O端口接线,KM,X0 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,SB1 SB2,KM,X0 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,X0,X0

7、常开接通 常闭断开,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,SB1 SB2,KM,X0 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,X1,X1 常开接通 常闭断开,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,三、PLC 产品分类 1、按结构型式分类 1）整体式 PLC （单元式、箱体式） 将电源、CPU、存储器、I/O装在一起 特点：结构紧凑、体积小、

8、价格低、 2）模块式 PLC （积木式） 各个部分按功能做成独立模块 电源模块、CPU模块、I/O模块等 特点：配置灵活、装配维护方便,2、按I/O点数和存储器容量分类 1）小型 PLC I/O点数 256点，存储器 2kB步 应用：逻辑控制、定时、计数、顺序控制 2）中型 PLC I/O点数在2562048点，存储器28kB步 具有：逻辑运算、算术运算、数据传 送、中断、数据通信、模拟量处理等功能 应用：开关量、数字量、模拟量混合控制 的较复杂系统,2）大型 PLC I/O点数在 2048点，存储器 8kB步 具有：数据运算、模拟调节、联网通信、 监视记录、打印等功能 应用：大规模控制、自动

9、化网络控制 3、按功能划分 1）低档机 2）中档机 3）高档机,四、PLC 的应用与发展 1、 PLC 的应用范围 1）用于开关量逻辑控制 应用：组合机床、电机控制中心、自动化生产线 2）用于闭环过程控制 带有 PID 调整功能 应用：锅炉、冷冻、反应堆、水处理、酿酒、 闭环位置控制和速度控制 3）PLC 配合数字控制 应用：数字控制（NC）及计算机数控（CNC） 组成一体,4）用于工业机器人控制 5）用于组成多级控制系统 应用：工厂自动化网络（FA）系统实现分层控制 2、PLC 的发展方向 （1）在功能和技术指标方面发展 1）高速、大容量方向发展 扫描速度 0.1s/步，存储器容量几十兆字节

10、 2）加强联网和通信能力 PLC 与 PLC、PLC 与 计算机,3）智能 I/O 功能模块 提高系统速度 4）增强外部故障的检测与处理能力 故障CPU占5，I/O通道占15，传感 器占45，执行器件占30，线路占5 5）编程语言的多样化 梯形图、步进顺序语句、流程图语言、 汇编、BASIC、C 等语言 6）软PLC技术,（2）在经济指标与产品类型方面发展 1）研制大型 PLC 系统庞大、技术完善、功能强、价格昂贵 2）大力发展简易、经济的超小微型 品种规格多、应用面广、价格便宜 3）提高功能价格比,第二节 PLC 的基本组成 PLC 是一种为工业控制而设计的专 用计算机 一、 PLC 主机的

11、硬件组成与各部分作用 （图2-1 是 PLC 的基本组成的简化图） 组成主机（基本单元）I/O扩展模 块外部设备端口,主机（M） 总线,I/O 扩 展 接 口,微处理器（CPU）,运算器,控制器,输 入 单 元,输 出 单 元,用 户 输 入 设 备,用 户 输 出 设 备,存储器,EPROM （系统程序）,RAM （用户程序）,电 源,I/O 扩 展 几 E,外 设 I/O 接 口,编程器,磁带机 打印机 写入器 图形 上位机,外 部 设 备,图2-1 PLC的硬件结构简化框图,1、中央处理单元（CPU） （1）CPU是运算与控制中心 1）接收用户程序、数据等信息 2）自诊断电源、内部电路、

12、编程中的语法错误 3）运行时，从存储器中逐条读取用户程序 解释产生控制信号控制电路完 成用户程序中规定的逻辑运算、算术运算 根据运算结果更新标志位数据寄存器、 输出寄存器内容由输出寄存器的位状态 或寄存器的有关内容实现输出控制,CPU 的性能决定 PLC 的功能档次 PLC 中常用的 CPU 有3种： 1）单片机芯片8031、8096 2）通用微处理器8080、8086、80386 3）双极型位片式微处理芯片AMD-29xx,2、存储器 （1）存储器作用 1）系统程序存储器（固化在 EPROM 区） 存程序，只读 2）应用软件存储器（又称为系统 RAM 区） 由3部分组成： 1） I/O映像区

13、（开关量I/O、模拟量I/O）； 2） 编程软件存储区； 3） 用户与数据存储区。,（2）存储器类型 1） EPROM 系统程序及需永久保存的用户程序 2） RAM 存放用户程序或数据 3） EEPROM 兼有1）、2）优点。,3、输入、输出单元 （I/O 单元） 输入进入 PLC 输出控制外部设备 作用电平变换、速度匹配、驱动 功率放大、信号隔离等,17 16 15 14 10 0704 03 02 01 00,输入、输出继电器接线端子,4、电源单元 交流电压波动1015 直流DC12V、DC24V 作用工作、内部、外部供电,二、PLC控制系统的组成 1、I/O扩展模块和扩展单元 I/O扩展

14、为增加输入输出口模块 表2-2 基本单元型号规格 表2-3 扩展单元型号规格 表2-4 基本模块型号规格,表2-1 基本单元型号规格,表2-2 扩展单元型号规格,表2-3 扩展模块型号规格,2、I/O特殊功能模块 应用模拟量输入/输出、数字通信、 联网。 详细见第四章 3、编程器及其他外围设备 见图2-1所示,三、 PLC 的编程软器件 继电器逻辑器件硬件电路器件 PLC 逻辑器件 软件编程器件 软件编程器件 有输入继电器、输出 继电器、定时器、 计数器 每个器件编号（按区） 编程器件名称、用途、数量、编号、 使用方法,1、输入继电器 X0X267（八进制） 作用专门用于接收和存储（记忆，对输

15、入映 像寄存器的某一位）外部开关量信号 （FX2N系列用8位编码，地址为X0X267） 数量无数对常开、常闭触点编程 输入继电器线圈与 PLC 输入端子相对应 特点状态只能由外部信号驱动，无法用程 序驱动 触点只能用于内部编程，无法驱动外 部负载 响应时间 10ms 图2-2 输入、输出继电器等效电路图,COM,X0,COM,Y0,X0,Y0,X0常开触点,X0常闭触点,Y0常开触点,Y0常闭触点,输 入 信号,输 入 端子,输 出 端子,负载,外部电源,输入继电器,输出继电器,程序例,X0 X1 Y0,PLC,图2-2 输入、输出继电器等效电路图,2、输出继电器 Y0Y267（八进制） 作用

16、只能提供一副触点驱动外部负载 （FX2N系列用8位编码，地址为Y0Y267） 数量无数对常开、常闭触点编程 输出继电器外部触点或输出管与 PLC 输出 端子相对应 特点状态只能由程序驱动，无法用外部信 号驱动（改变状态） 响应时间 10ms 图2-2 输入、输出继电器等效电路图,3、辅助继电器 M0M3071，M8000M8255(十进制) 作用相当中间继电器，用于状态暂存、移 位、辅助运算、特殊功能 数量无数对常开、常闭触点编程 辅助继电器线圈由程序驱动 一般三类： （共3328点） （1）通用型 （用十进制编码，为M0M499、M1024M3071） （2）掉电保持型（用十进制，为M500

17、M1023） （3）特殊用途( M8000M8255 共 256点) 1）线圈由 PLC 系统程序自驱动 用户只能用其触点 常用如下：,M8000 PLC 一旦运行（RUN）即为“1”， 用于运行显示。 M8002 PLC 运行的第一个周期产生一个脉冲 脉冲宽度为一个周期，用于初始化。 M801114 产生 10ms、100ms、1s、1min 脉冲时钟。 M8005 理电池电压低于一定值时动作， 其触点点燃 PLC 面板指示灯。 2）由用户程序驱动的辅助继电器 M8033 “通电” PLC 停止运行使输出保持。 M8034 “通电” 使输出全部禁止。,4、状态器 S0S999（十进制） （可

18、作为辅助继电器使用） 作用构成状态转移图，用于步进顺序控制， 当不用SFC编程时，可作普通M使用。 数量无数对常开、常闭触点编程。 五种状态软器件： （1）初始状态器 S0S9 共10点 （2）回零状态器 S10S19 共10点 （3）通用状态器 S20S499 共480点 （4）保持状态器 S500S899 共400点 （5）故障诊断和报警状态器 S900S999 共100点,5、常数 K/H K 十进制数，如：345K345 H 十六进制数，如：345H159 6、定时器 T0T255 （十进制）共256点 作用相当通电延时型时间继电器用于定时控制 数量T0T255共256点 动作设定计时

19、时间到，常开闭合、常闭打开 1）普通型定时器（非积算式） 100ms 定时器，T0T199（200点） 设定0.13276.7s 10ms 定时器，T200T245（46点） 设定0.01327.67s 原理图2-3 a、b,2）保持型定时器（积算式） 1ms 保持型定时器（积算）T246T249 （4点）设定0.00132.767s（中断动作） 100ms 定时器，T250T255（6点） 设定0.13276.7s（中断动作） 原理图2-4 a、b 原理X1T250对100ms计数 K345 时T250动作触点接通,1,X0,10ms时钟脉冲,图2-3 普通型定时器的工作原理与动作时序,&,

20、复位输入,计数器,设定值K,T200,X0,T200,K123 设定值,X0,T200,K123,T200,Y0,X0 设定值 T200 当前值 Y0,1.23s,计数数据输入,比较器,输出触点,1,输出触点,X1,100ms时钟脉冲,图2-4 保持型定时器的工作原理与动作时序,&,复位输入,计数器,设定值K,T250,X1,T250,K345,X1,T250,K345,T250,Y1,X1 设定值 T250 累加值 当前值 Y1 X2,t1 t2,X2,计数数据输入,比较器,X2,RST,T250,RST,T250,X2,t1t234.5s,7、计数器 C （C0C255共256点） （1）

21、内部信号计数用计数器 原理执行扫描时对内部器件 （X、Y、M、S、T、C）的信号 （通/断）进行计数 注意计数时间 扫描时间 1）16位单向加计数器 通用型16位加法计数，C0C99共100点 掉电保持型16位加法计数， C100C199共100点,注意两种计数器设定值在 K1K32767 范围内， K0与K1含义相同，即在第 一次计数时，其输出触点动作。 图2-5表示加计数器的动作过程： 输入X11接通一次计数器1 到设定值输出触点动作。 复位X10接通执行 RST 指令 计数器复位当前值0 输出触点断开。,C0当前数据,图2-5 加计数器动作过程图,X10,C0,K10,C0,Y0,1 2

22、 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13,X11,RST,C0,0,X10,X11,Y0,1,3,4,5,6,7,8,9,10,2,图2-6表示加/减计数器的动作过程 方向设定X12 复位信号X13 输入信号X14 若计数器从 2147483647 再进行加计数 当前值就变成 2147483648 同样从 2147483648再减 当前值就变成 2147483647 。 称为循环计数 注意：32位计数器 可当做32位数据寄存器使用， 但不能用于16位指令中的操作元件。,C200当前数据,图2-6 加/减计数器工作过程,X13,C200,K3,C200,Y1,1 2 3 4 5 6

23、7 8 9 10 11 12 13,X14,RST,C200,0,X13,X14,Y1,1,2,3,2,1,0,1,M8200,X12,X12,2,3,4,5,1,2,3,4,0,若输出已经接通,加 减 加,从3再往下 减，则输出断开。 由4再加到3，则输出接通。,（2）高速计数器 输入点X0X5、C235C255共21点 类型： 1）1相无起动/复位端子 C235C240 。 2）1相带起动/复位端子 C241C245 。 3）1相双向输入 C246C250 。 4）2相输入 （A-B型） C251C255 。 注意：最高计数受 2 个因素限制 输入响应速度； 全部高速计数器的处理速度。 有

24、关T、C组成工作过程及其应用在第五节中进一步介绍。,注意：,8、数据寄存器 D （D0D7999、D8000D8255共8256点） （1）通用型数据寄存器 D0D199 当由RUNSTOP时全部为“0”， 其中 M8033 (置“1”）。 （2）掉电保持型数据寄存器 D200D999 当由RUNSTOP时全部“保持”。,（3）文件寄存器 D1000D7999 占用用户RAM存储器内的某一存储区间。 用以存放用户专用数据以生成用户数据区。 例如存放采集数据、统计计算数据、多组 控制数据（如多种原种配方）等。以500点为 一组，可用编程器进行数据的设置或修改，也 可用编程软件进行读、写操作。在P

25、LC运行 中，不能改写其内容，但可用BMOV指令将其 内容送到指定的普通数据寄存器中。,（4）特殊用途数据寄存器 D8000D8255 有特定含义在PLC运行中有专门用途 与特殊用途辅助继电器类似，可分为以下两型： 1）一类的内容是由系统程序写入，用户只能视 作源操作数使用，只能读取而不能改写。 如D8061D8067在PLC运行中用于存放出错 代码供用户读取，以了解PLC 的故障原因。 2）另一类的内容是由用户程序写入。在编制用 户程序时，用户不得将它视作源操作数使用，只能视 作目的操作数使用， 如D8039内数据表示恒定扫描周期长短，该值 是由用户程序写入（利用MOV指令），当M8039状

26、 态位“1”时PLC就自动将数据作为恒定扫描周期来扫 描用户程序。,9、变址寄存器 V/Z 用于改变器件的地址编号， V/Z 都是 16 位数据寄存器，可读写，进 行 32 位操作时， V 在前 Z 在后。 （ V、Z 是给定的可变化数值） 如图27 变址方式数据传送,X10,若 V8， Z14 则 5813，101424 传送执行 D13D24,MOV,D5V,D10Z,图2-7 变址寻址方式数据传送,10、指针 P/I 有 2 种类型 1）分支指令用指针 P0P63 作用作标号，指定跳转指令 JC 或子 程序调用指令 CALL 的跳转目 标，占用空间。 2）中断用指针 I0I8共 9 点

27、格式如下：,例如，I001为输入X0从OFFON 变化时，执行由该指针作 为标号后面的中断程序， 并根据 IRET 指令返回。,I,外部输入信号中断 0：下降沿中断 1：上升沿中断 输入号 （05） 每个输入只能 用 1 次,0,I,内部定时器中断 1099ms 定时器中断号（68） 每个定时器只能用 1 次,例如，I610即为每隔10ms就执行 标号为I610后面的中断程序， 并根据 IRET 指令返回。,图2-8 中断服务子程序指针标号的应用,图2-8 中断服务子程序指针标号的应用,软器件存储器中某一单元 状态量存储单元的某一位状态（0、1） 数据量由位组合的16位32位数据寄存器 （数值

28、、地址或指令） 图2-9 FX2N 系列的存储器分配 表2-5 表示电源（OFF/ON） 表2-6 PLC（RUN/STOP）状态对存储器的 影响和所有元器件的编号分布。,图2-9 FX2N 系列 PLC存储器分配,D0D199,D200D7999（B/U）,D800D8255,K,H,P,I,N,参数 程序 文件寄存器 注释,D1000 D7999,CPU,系统软件,程序存储器 RAM EPROM EEPROM,A,B/U,数据寄存器,数据存储器 RAM,CAB,V,Z,变址寄存器,BB,T0T199（B/U）,T200T245,定时器当前值,CC,T0T199（B/U）,T200T245,

29、积算型定时器当前值,AA,C0C99,C100C199（B/U）,C200C219,CAC A A,C200C234（B/U）,C235C255（B/U）,计数器当前值,定时器触点 计数器线圈,触点映像,定时器触点 计数器线圈 复位线圈,计数器触点 计数器线圈 复位线圈,位存储器 RAM,CC C A B C C A A,A A,A A,C A C A A,输入触点 输出 辅助触点 状态 报警器 100ms 10ms 1ms 积算 100ms积算 bit U bit U 高速 U/D,B/U 理电池保持 U 加计数 U/D 加、减双向计数,表2-4 电源ON/OFF及PLC RUN/STOP对

30、各存储区的影响,表2-6 FX2系列PLC元件编号一览表,第三节、 PLC 的基本工作原理 一、PLC 的基本控制原理与工作方式 继电器系统： 输入开关电器； 逻辑继电器触点； 输出电磁阀、接触器、信号灯等。 1、PLC的工作方式 循环扫描、集中输入/输出方式。,早期PLC主要用于替代由继电器接触器 组成的控制装置，它们的外部功能与控制过 程基本相同 如图2-10 图 2-10 继电器与PLC装置控制框图 PLC采用周期循环扫描 、集中输入与 集中输出的工作方式 如图2-11 图 2-11 PLC 控制流程 一旦进入正常运行状态就采用周期循环 方式执行用户程序 如图2-12 图 2-12 PL

31、C用户程序扫描工作过程,PLC 系统的3个阶段 ： 输入采样 收集保存被控制对象运行的数据 状态和控制所需的各种命令信号； 注意：输入脉冲信号宽度一定 T 扫描周期 用户程序执行 程序处理输入、输出及内部相关元 件组成的逻辑，判断输出、记忆。 输出刷新 提供实时操作处理输出信号（电 平）。,M,（微处理器） （寄存器） （存储器） PLC,M,输入部分 逻辑运算部分 输出部分,输入部分 输入变换器 逻辑运算部分 输出变换器 输出部分 图2-10 继电器与PLC装置控制图,合上电源,开始,内部处理,通信服务,1,1,程序执行,输入处理,停机？,CPU 动作方式？,STOP,否,否,是,图2-11

32、 PLC工作框图,自诊断,输出处理,停机处理,正常？,RUN,是,输 入 端 子,输入 映象 寄存器,X0 X1 X2,M0,Y0,元件 映象 寄存器,读 X0 Y0,读,写 读 写,辅助继电器,输 出 端 子,输出 锁存 存储器,Y0 Y1 Y2,输出,反复一个周期 称为扫描周期,程序执行中读 X,程序执行完写所有 Y,图2-12 PLC 用户 程序扫描 工作过程,2、PLC 的工作方式与信息处理规则 PLC 在I/O信息处理中遵循的原则： 1) 输入映像寄存器开关状态、数据 取决于输入口在输入阶段的状 态、采样数据。 2） 程序执行结果取决于用户程序结构 和输入寄存器及内部元件寄存器内 容

33、。,3） I/O 映像区输出寄存器内容取决 于所有输出指令的执行结果。 4) 输出锁存器内容取决于上一次输出 刷新阶段输出映像寄存器的内容。 5） 所有输出端口的状态、数据由输出 锁存器决定。,3、 PLC 与 MC 的主要区别 1） 用途 PLC 与 MC的区别 通用机 MC 专用机 PLC 2）工作方式 梯形图与继电器控制图的区别 相同处： 结构形式基本相同。 梯形图大致沿用了继电器控制电路元件符号，仅个别处有些不同。 信号输入、输出形式及控制的功能相同。,不同处： 控制核心组成器件不同 强电硬件继电器、易磨损， 弱电电子系统软件继电器（对应“0”“1”） 无磨损。 工作方式不同 继电器电

34、源通处于约束状态并行 PLC 周期扫描动作顺序决定于 程序中控制继电器的顺序串行工作 触点数量不同 继电器 数量有限， PLC 数量无限。,电路结构不同 左右(上下）母线是电源线， PLC 左右(上下） 母线是界线假想电流自左向右。 制约关系不同 继电器联锁 PLC 扫描工作方式不存在几个 并列支路 设计简单。 控制手段不同 功能单一 逻辑单一、修改困难 PLC 程序更改容易适应性强,二、扫描周期 扫描周期的长短是影响PLC 响应速度的一 个重要因素。图2-11 一个扫描周期 自诊断、外部通信采样 输入、程序执行、输出 刷新等。 自诊断时间 通常可以忽略不计。 扫描周期T 输入采样程序执行输出

35、 刷新。,输入采样和输出刷新时间 决定于输入滤波时间常数和 I/O点数。 程序执行时间 是扫描周期 T 的最大组成部分 是一个随机变量 每个扫描周期长短不一 程序的长短复杂程度扫描速 度每一个扫描周期不同的执行 情况。,扫描周期T FX系列PLC在投入运行后 CPU分别将当前扫描周期 T 、 最小扫描周期Tmin 和最大扫描周期Tmax存入 专用数据寄存器 D8010 、D8011 、D8012中 并作为源操作数供用户编 程使用 计时单位均为0.1ms,WPT 专用的警戒定时器 设定值稍大于恒定扫描周期值 便能实现程序运行的监视和自 诊断功能 一旦程序运行出现故障 发出超时报警信号 下图 PL

36、C控制系统硬件组成框（补充1） 补充图 PLC内部工作示意,被 控 对 象,系 统 总 线,开关量 输入模块,模拟量 输入模块,开关量 输出模块,模拟量 输出模块,其它模块,采样 设备,执行 装置,检测 装置,电源 模块,主控模块 （CPU、存 储器、用户 存储器、 通信接口）,编程器,计算机 可编程 终端或 外围设 备,PLC,图 补充 PLC控制系统硬件组成框图,合上电源,I/O和内部继电器清 零所有定时器复位,检查I/O单元连接,复位时间监视器,检查硬件和用户 程序存储器,采集输入信号刷新 I/O数据更新输出信号,1,1,检查合格？,监控定时器复位T1,执行用户程序指令,程序结束？,监控

37、定时器复位T1,服务于外设命令,错误标志置位， 出错灯亮,程序结束？,严重故障,报警,否,否,是,是,图2-1X1 PLC内部工作示意图,三、PLC的I/O响应时间和提高I/O速度的措施 1. PLC的I/O响应时间 输入输出接口的滤波时间常数 （一般为1020ms） PLC的I/O响应速度要比微型机算计控 制系统慢得多。 图2-14 波形图可知PLC的I/O响应最小 时间时一个T输入、输出滤 波时间常数。 图中 t1为输入采样阶段 t2为程序执行阶段 t3为输出刷新阶段,图2-14 PLC的I/O响应时间 a)图形图 b)最小响应时间波形 c)一般情况时间波形,Y2 Y1 Y0,Y2 Y1

38、Y0 X0,T3 t1 t2 t3 t1 t2 t3 t1 t2 t3 t1 t2 t3 T T T T,Y2 Y1 Y0 X0,t1 t2 t3 t1 t2 t3 t1 t2 t3 t1 t2 t3 t1 T T T T,a),b),c),Y1 Y0 X0,2. 提高I/O响应速度的主要措施 硬件和软件 硬件措施： （1） 提高扫描速度 （2） 提供高速输入端口以减小输入滤波 时间 （3） 提供高速处理的特殊功能模块供用 户选择使用,软件措施： （1） 采用I/O立即刷新指令 （图2-15所示） （2） 采用修改滤波时间常数指令 （3） 采用中断技术 （图2-16所示） （4） 采用I/O直

39、接刷新工作方式 （图2-17所示）,图2-15 插入I/O立即刷新指令后的I/O响应 a)图形图 b) 波形图,Y10,X10 Y10,t2 t3 t1 t2 t3 t1 t2 T T T,a),b),M8000 X10 M8000,300 306 308,REF,X10,K8,REF,Y10,K8,300 tT 308,图2-16 PLC处理等待状态,a),b),M8000 X6,P1,WDT,REFF,K0,CJ,P1,X6=1?,图2-17 直接刷新方式下的I/O响应 a) 梯形图 b) 响应时间最短 c) 响应时间最长,Y2 Y1 Y0,Y2 Y1 Y0 X0,T 204 T T T

40、T,Y2 Y1 Y0 X0,T 204 T T T T,a),b),201,Y1 Y0 X0,200 202 204,203,205,201,203,205,c),四、PLC 的技术指标： PLC 选型与应用程序设计 PLC 一般技术指标 功能技术指标两类： 1一般技术指标 （表2 -6 ） 对工业环境的适应程度 2性能技术指标 （表2-7、表2-8、表2-9、表2-10 ） 输入指标输出指标电源指 标功能指标 超高速、超大容量、体积小、功能强 （ FX2N 表2-12）,表2-6 一般技术指标,表-7 输入技术指标, 输入端X0X7的响应时间可由程序调整为060ms,表-8 输出技术指标,表

41、2-9 电源技术指标,表2-10 FX2N功能技术指标,表2-10 FX2N功能技术指标,第四节 PLC的I/O系统 是工业现场各种设备与PLC之间传输 信息的通道 一、I/O寻址方式 工业现场各I/O端口 PLC内部I/O 映像区之间的对应地址关系所采用的方式 寻址方式： 1 固定的I/O寻址方式 整体式结构的小型PLC多采用这种 寻址方式 （图2-18所示 ）,图2-18 包含有特殊功能模块和扩展 单元的I/O端口地址分配,No.0 No.1,注意：当 FX-32ER 与 FX-16EX 位置对换时，两模块的I/O标号将改变。,2开关设定的I/O寻址方式 美国的西屋公司的PC-700型 3

42、.用编程器设定的I/O寻址方式 I/O地址分配表方式来确定各I/O 端口与PLC内部I/O映象区的对应 地址关系,二、开关量I/O系统 PLC内部I/O映像区状态信号存储单元与 输入、输出的开关量信号之间的接口电路 1、开关量或数字输入接口电路 3种输入方式 （1） 直流输入方式 输入电路（图2-19） 带扩展模块的输入侧的接线图（图2-20） 组成 光电隔离、滤波、发光二极管指 示（LED）,传 感 器,COM,5V LED, ,COM,X,24V,DC 24V,放大器,R R,R R,C,图2-19 直流输入电路,供给扩展模块的电源,基本单元,+24V,COM,RUN,X0,X1,X2,扩

43、展模块,+24V,X3,X0,X1,X2,接 近开关,扩展电源,公共COM线,图2-20 带有扩展模块的输入侧的接线图,（2） 交流输入方式 输入电路（图2-21） 组成 整流、光电隔离、滤波和发光二 极管 （LED）、外接交流电源供电 （3） 交直流输入方式 输入电路（图2-22） 组成 整流、光电隔离、滤波和发光二 极管 （LED）、外接交流或直流 电源供电,注意：3种输入电路 R-C滤波电路 因为PLC有1020ms的 输入响应延迟时间,AC,COM,5V LED,X17,X9,X0,放大器,R,R R,C,图2-21 交流输入电路,1 : : : 9 17,R C,R,R,AC/DC,

44、COM,5V LED,X17,X9,X0,放大器,R,R R,C,图2-22 交直流输入电路,1 : : : 9 17,R,R,2.开关量输出接口电路 （1）继电器输出方式（R） 输出电路如图2-23 组成 指示、光电隔离、放大、继电 器 特点 负载能力强、抗干扰能力强、 适应交直流、动作频率低 （3600次/h）、响应速度 慢（10ms）、接点寿命低,（2）晶体管输出方式（T） 输出电路如图2-24 组成 指示、光电隔离、放大、二极 管吸收保护、检测、故障指示 特点 只适应于直流负载、动作频率 高、响应速度快（2ms）、 负载能力较小,R,图2-23 继电器输出电路,5V,R,. . . .

45、 . .,A,0V,R,图2-24 晶体管输出电路,5V,R,A,0V,B,R,+5V,R,R,FU,. . . . . .,（3）晶闸管输出方式 输出电路如图2-25 组成 指示、光电隔离、放大、二 极管吸收保护、检测、故障 指示 特点 只适应于交流负载、负载能 力较强、响应速度快,注意： 直流感性负载 并联续流二极管 交流感性负载 并联RC （0.1F、100120） 正反转接触器负载 在PLC内进行程序联锁 外部电路也要实施联锁,R,图2-25 晶闸管输出电路,5V,R,A,0V,B,R,+5V,R,R,FU,. . .,三、模拟量I/O系统 模拟量 用于如温度、压力、速度、流量 等信号

46、的处理与控制 传感器将连续变化的物理量转换成 标准的电压或电流信号 通常有两种设置I/O映象区方式： 1、 通过 FROM 指令，读入PLC 2、 通过 TO 指令，写入 D/A 转换器,工作过程： 首先 传感器将连续变化的物理量 转换成标准的电压或电流信号 通过 模数转换模块（A/D转换输入模 块）将标准电信号转换成数字量 D/A 数模转换成电流或电压信号,图2-26 分离式输出接线方式,Y0,Y0,Y1,Y1,Y2,Y2,Y3,Y3,Y4,Y4,Y5,Y5,Y6,Y6,Y7,Y7,PLC （FX-16MR）,图2-27 分组式输出接线方式,第五节 PLC的定时器与计数器 定时与计数控制 是

47、PLC的基本功能 近代PLC一般都提供几百个乃至 几千个不同类型的定时器与计数器 掌握 定时器、计时器的数量、类型、 基本组成、工作原理与特点及使 用方式,一、PLC的定时器 FX2N 内部提供两种类型的定时器共256个 T0T245共246点为普通型定时器 计时分辨率分别为： 100ms(T0T199) 和10ms(T200T245) 另一类： T246T255共10点为保持型定时器 计时分辨率分别为 1ms（T246249） 和100ms(T250T255),1定时器的组成与计时方式 构成 由软件 每个定时器在系统软件RAM区中 占用二个16位数据寄存器 其中一个具有失电保护功能 （保持型

48、数据寄存器） 用于存放计时设定值 另一个普通型数据寄存器 （构成普通定时器用于存放当前值） 或采用保持型数据寄存器 （构成保持型定时器）,同时每个定时器还要占用三个位元件 一个为复位位 当该位状态为1 则当前值寄存器清零 第二位为计时位 若该位为1同时复位位为0 表示计时条件满足 该定时器开始计时 若该位状态为0 则表示计时条件不满足，定时器不工作 第三位是定时器线圈的逻辑状态位 该位为0表示定时时间未到 该位为1则表示定时时间到,采用16位保持型数据寄存器来存放设定值时： K值设定范围是132767 K值计算方法是： K=定时值（S）/计时分辨率（S） 同样定时要求 采用不同计时分辨率的定时器 设定值大小是不相同 例如： 要求定时10s，采用T0计时K=100。而采用T246计时，则K10000。 注意：也可以采用两个保持型数据寄存器串联构成32 位寄存器来存放计时设定值。,2定时器当前值和线圈逻辑状态位得刷新方式 微机硬件计时器计时值是： 实时刷新方式 PLC的定时器当前值只有 扫描到END或FE