PLC的基本结构和工作原理

1、PLC 的基本结构和工作原理教学课题：可编程控制器的基本结构和工作原理教学目的：熟悉PLC 的结构组成、内部等效电路；理解掌握 PLC 的工作方式和工作过程教学重点：PLC可编程序控制器的组成和工作过程教学难点：PLC可编程序控制器的工作过程教学方法：讲授教学时间：2 课时教学过程及内容：导入要实现 PLC 的控制需要：输入设备、输出设备、 PLC 硬件和软件（控制程序） 。一、 PLC 的基本组成可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心 的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程控制器就是 一种新型的工业控制计算机。 Memor

2、izer （ RAM,ROM ） , it is the memory devices of the PLC and used to store programs and data.（ 一 ） PLC 的硬件结构士 微处理器（ CPU） 控制器的核心机“存储器 （ RAM 、 ROM ）输入、输出部件（ I/O 部件）一一连接现场设备与 CPU 之间的接口电路电源部件一一为PLC内部电路提供能源 整体结构的PLC四部分装在同一机壳内模块式结构的PLC各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成I/O的能力可按用尸的需要进行扩展和组合 （扩展机）用户程序器储 系统程序存输入部件另外，还必须有

3、编程器一一将用片程序写进规定的存储器内 图1 PLC硬件结构Sy 出 部 件I/O1/C扩扩外.编程椒控制处理单元（CP。）可编程控制器中常用的接CPU主要采用通用微处理器、单盾L和双极型位片照处理器三种类型。口 接 单口 元通用微处理器有 8080、8086、80286、80386等；单片机有 8031、8096等；位片式微处理器的 AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机微处理器CPU接收现场信号.存储器电源部件驱动|受控元件II1基本单元可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用片存储器系统存储器：存放系统管理程序，用只读存储器实现。用尸存储

4、器：存放用尸编制的控制程序，一般用RAM实现或固化到只读存储器中.输入输出接口作用：连接用片输入输出设备和PLC控制器，将各输入信号转换成 PLC标准电平供 PLC处理，再将处理好的输出信号转换成用片设备所要求的信号驱动外部负载。对输入输出接口的要求：良好的抗干扰能力；对各类输入输出信号（开关M、模拟M、宜流M、交流M）的匹配能力。PLC输入输出接口的类型：模拟M输入输出接口、开关M输入输出接口（宜流、交流及交宜流）。用尸应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。开关M输入接口电路各种输入接口均采取了抗干扰措施。如带有光耦合器隔离使PLC与外部输入信号进行隔离；并设有RC滤波器，用以消除

5、输入触点的抖动和外部噪声干扰。通常有三种类型：宜流 （12 24） V输入、交流（100 20） V输入与交流（200边40） V输入 和交宜流（12 24） V输入。宜流输入模块的电源一般由机内 24v电源提供，输入信号 接通时输入电流 一般小于10mA ;交流输入模块的电源一般由用片提供。开关M输出接口电路有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和品闸管输出。开关M输出端的负载电源一般由用片提供，输出电流一般不超过2A开关M输出端的负载电源一般由用片提供，输出电流一般不超过2A输出端子的两种接法：隔离式输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路COM汇点式卜u旧八咆阪全部输入点（输出点

6、）共用一个公共点。或者将输入点（输出点）分成几组，组内各点共用一个公共点。各组的公共点之间相互隔离。组内的各点必须使用同一电压类型和同一电压等级，各组可使用不同电压类型和等级的负载。.电源PLC的供电电源一般是市电，也有用宜流 24V电源供电的。.外围设备：编程器、打印机、演示板等利用编程器可将用六程序输入 PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序 ；利用 编程器还可以监视 PLC的工作状态。.用片输入输出设备：用片输入器件有控制开关和检测元件，即各种开关、按钮、传感器等；用片输出设备 主要有 接触器、电磁阀、指示灯等。二 ) PLC 的软件结构在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部

7、分：.系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用尸指令解释程序和标准程序模块，系统调用。.用尸程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。PLC的内部等效电路外仃电中” MG,以两台电机的启动为例:ePlc的输出端：PLC内部输出端子（0接口）用片输出设备负载电源。内部控制（梯形图）可视为由继电器、接触器等组成的等效SBiNSBiNSA刁输入COM端是机内电源24V的负极端，输出COM端接用三、工作原理（一）基本工年模A ：巾PLC、布行模式和用匕模葩，、PLC的输大编：用户输入疫备 一一 输入端子（I接口）晋 湖北三峡职业技术学院机电系第 2 讲 可

8、编程控制器基本结构和工作原理? PLC 可编程控制技术运行模式：分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段停止模式 当处于停止工作模式时， PLC 只进行内部处理和通信服务等内容。( 二 ) PLC 工作过程：内部处理阶段：在此阶段， PLC 检查 CPU 模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些 其它内部工作。通信服务阶段在此阶段， PLC 与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当 PLC 处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。输入处理阶段输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读取所有输入端子的通断状态，并将所读取的信息存到输入映象寄

9、存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。程序处理阶段按先上后下，先左后右的步序，对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关映像寄存器中。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。输出刷新阶段程序处理完毕后，将所有输出映象寄存器中各点的状态，转存到输出锁存器中， 再通过输出端驱动外部负载。作方式。在运行模式下， PLC 按上述五个阶段进行周而复始的循环工作，称为循环扫描工（三） 点：集中采样、集中输出、周期性循环扫描，PLC 工作方式与特“串行”工作方式?扫描周期：PLC 的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。 每一次扫描所

10、用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC 运行正常时，扫描周期的长短与 CPU 的运算速度有关，与I/O 点的情况有关, 与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用 PLC 执行 1K 指令所需时间来说 明其扫描速度（ 一般110ms/K ） 。. 输出滞后： 指从 PLC 的外部输入信号发生变化至它所控制的外部输出信号发生变化 的时间间隔。一般为几十 一 100ms.弓 I 起输出滞后的因素：输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引起的 滞后。. 由于 PLC 是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象寄存器中的 内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。.

11、 由于 PLC 是串行工作，所以 PLC 的运行结果与梯形图程序的顺序有关。这与继电器控制系统并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争，减少繁琐的联 锁电路。FX 系列可编程控制器三菱公司的 PLC 是最早进入中国市场的产品。小型机FX2N 是近几年推出的高功能整体式小型机。FX 系列 PLC 具有庞大的家族。 基本单元 （主机 ） 有 FX0、 FX0S、 FXON、 FX1、 FX2、 FX2C、 FXis、FX2N、 FX2NC 9 个系列。每个系列又有14、 16、 32、 48、 64、 80、 128 点等不同 输入输出点数的机型，每个系列还有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三

12、种输出形式。1. FX 系列 PLC 型号的含义FX系列可编程控制器型号命名的基本格式为特殊种庄区别 输出电式+单元 类型？I/O总点教V系 列序号#说明：系列序号：0,0S, ON, 1,2,2C, 1S, 2N, 2NCI/O 总点数：14? 256单兀类型：EX-输入专用扩展模块；输出形式:R-继电器输出;E-输入输出混合扩展模块;EY-输出专用扩展模块；T-晶体管输出；S-品闸管输出特殊品种区别:D-DC电源，DC输入；H-大电流输出扩展模块 (1A/1C接插口输入输出方式；L-TTL输入型扩展模块；例如：FX2N-32MRD含义是：DC电源，DC输入的基本单元。AI-AC电源，AC输

13、入；V-立式端子排的扩展模块；F-输入滤波器1ms的扩展模块；S独立端子(无公共端)扩展模块。FX2N系列，输入输出总点数为32点，继电器输出、主要性能指标(1)硬件指标：硬件指标包括般指标、输入特性和输出特性。(2)软件指标：软件指标包括运行方式、速度、程序容M、元件种类和数M、指令类型等。FX系列PLC的一般技术指标FX系列PLC的一般技术指标包括基本性能指标、输入技术指标及输出技术指标，如下表表1 FX系列PLC的基本性能指标项目ItemsFXisFXinFX2N 和 FX2NC运算控制方式 computingcon trol存储程序，反复运算 computingcon trol, it

14、erative operati onI/O Con trol mode 控制方式批处理方式(在执行END指令时)，可以使用I/O刷新指令Batch mode (in the in structio n executi on END), can use the I/O refresh in structio ns运算处理速度process ing基本指令eleme ntary in structi on0.55微秒/指令？ 0.7微秒/指令0.08微秒/指令speed应用指人applicati onin structi on3.7微秒/指令?数百微秒/指令1.52微秒/指令？数百微秒/指令程序语

15、言 programIan guage逻辑梯形图和指令表，可以用步进梯形指令来生成顺序控制指令 Logic ladder diagram and in struct ion list,Can be usedstepper trapezoidin工工xtto gen erate seque neestructioncon trol comma nds程序容M ( EEPROM )内置2KB步Built- in 2KBstep内置8KB步Built- in 8KBstep内置8KB步，用存储盒可达16KB 步 Built-in 8KB step,can up to 16KB step bySTORA

16、GE BOXES指令数Mnumberofinstructions基本eleme ntary 、步进step-by-ste p基本指令 elementaryinstruction 27 条,步进指令 stepinstruction 2 条应用指令85条89条128条I/O设置最多30点最多128点最多256点表2 FX系列PLC的输入技术指标输入电压DC24V 由0%元件号X0 ? X7其他输入点输入信号电压DC24V 由0%输入信号电流DC24V,7mADC24V,5mA输入开关电流OFF-ON 4.5mA3.5mA输入开关电流ON - OFF1.5mA输入响应时间10ms可调节输入响应时间X

17、0? X7 为 0? 60mA (FX2n),其他系列 0? 15mA输入信号形式无电压触点，或NPN集电极开路输出晶体管输入状态显示输入ON时LED灯亮表3 FX系列PLC的输出技术指标项目继电器输出品闸管输出（仅FX2N ）晶体管输出外部电源最大AC240V或DC30VAC85V ? 242VDC5 ? 30V最大负载电阻负载2A/1 点，8A/COM0.3A/1点，0.8A/COM0.5A/1 点，0.8A/COM感性负载80VA , 120/240VAC36VA/AC 240V12W/24V DC灯负载100W30W0.9W/DC240V(FXis ),其他系列1.5W/DC 24V最小负载电压v 5VDC时2mA ,电压 v 24V DC 时5mA (FX2N )2.3VA/240V AC响应时间OFFON10ms1ms0.2ms ; 5 g （仅 Y