可编程序控制器的基本组成与内部软元件

可编程序控制器的基本组成与内部软元件可编程序控制器的基本组成与内部软元件可编程序控制器的基本组成与内部软元件第1章可编程序控制器的基本组成及内部软元件1.1PLC的基本概念及组成1.2PLC的工作方式1.3PLC的内部软元件■1.1.1PLC的基本组成PLC主要由中央微处理器、存储器、输入/输出接口电路、电源等组成。■1.1PLC的基本概念及组成从按钮、传感器来的输入信号送到接触器、继电器线圈、灯等的输出信号编程器电源输入单元输出单元CPU通信接口扩展接口存储器写入器另外，可增加扩展口，扩大PLC的应用对象。■1.1PLC的基本概念及组成■◆PLC中常采用的CPU有三类：

1)通用微处理器（如Z80、8086、80286等）

2)单片微处理器（如8031、8096等）

3)位片式微处理器(如AMD29W等)◆小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位）。小型PLC为单CPU系统，中、大型PLC则大多为双CPU或多CPU系统。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位、16位或32位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。1.1PLC的基本概念及组成■◆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：1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据。2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等。3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据。4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入存储器中。5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接口实现控制、制表打印或数据通讯等功能。1.1PLC的基本概念及组成◆存储器的作用：在PLC中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据。◆存储器的类型：①可读/写操作的随机存储器RAM。②只读存储器ROM、PROM、EPROM和E2PROM、FLASHROM。■1.1PLC的基本概念及组成◆工作数据:●工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。它们存放在RAM中，以适应随机存取的要求。

●在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入/输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。■1.1PLC的基本概念及组成◆系统程序和工作数据及用户无直接联系。◆在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。◆当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。■1.1PLC的基本概念及组成◆输入/输出接口通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC及工业生产现场之间的连接通道。●PLC输入接口-----可以检测被控对象的各种数据，用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据。

●

PLC输出接口-----将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。■1.1PLC的基本概念及组成◆I/O接口的作用：●电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。

●光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力。

●通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。◆I/O接口的类型：

●开关量输入/输出接口●模拟量输入/输出接口■1.1PLC的基本概念及组成◆开关量输入/输出接口●常用开关量输入接口：

①直流输入接口、②交流输入接口、③交/直流输入接口●常用开关量输出接口：

①继电器输出接口：响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载。②晶体管输出接口：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动直流负载。

③晶闸管输出接口：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动交流负载。■1.1PLC的基本概念及组成◆模拟量输入/输出接口●模拟量输入接口（A/D接口）分辨率（8位、10位、12位等）、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度、精度等。许多PLC还有及热电阻或热电偶配套使用的A/D接口。

●模拟量输出接口（D/A接口）分辨率（8位、10位、12位等）、精度、线性度、稳定时间等。■1.1PLC的基本概念及组成◆输入/输出（I/O）点数：●PLC的I/O点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。

●I/O点数是选择PLC的重要依据之一。

●当I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。■1.1PLC的基本概念及组成◆PLC配有各种通信接口及外部设备连接

●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。■1.1PLC的基本概念及组成◆扩展接口（是用于连接护展单元的接口）。当PLC基本单元I/O点数不能满足要求时，可通过扩展接口连接扩展单元以增加系统的I/O点数。■1.1PLC的基本概念及组成通信及扩展接口的连接实例■1.1PLC的基本概念及组成◆PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。及普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±15%的范围内波动。◆许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。◆电源的容量。■1.1PLC的基本概念及组成◆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，及PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。简易编程器专用编程器◆编程器智能编程器

通用编程系统：PC上配专用编程软件包■1.1.2PLC的编程器1.1PLC的基本概念及组成■1.1PLC的基本概念及组成◆写入器:是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。◆为了使调试好用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC内RAM保存到EPROM中。■1.1PLC的基本概念及组成PLC的硬件外型结构：■1.1PLC的基本概念及组成通常有干接触、直流输入、交流输入三种形式。干接触式由内部的直流电源供电，小型PLC的直流输入电路也由内部的直流电源供电，交流输入必须外加电源。■1.1.3PLC的I/O口1.1PLC的基本概念及组成PLC的输出形式有三种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。继电器输出晶体管输出晶闸管输出■1.1PLC的基本概念及组成FX2N-64MR的PLC的外形图■接线端子编程口1.1PLC的基本概念及组成1.1.4PLC的型号1.1PLC的基本概念及组成FX①②③④⑤①:系列名称(FX0S、FX0N、FX1S、FX1N、FX2N)②:输入总点数(4~128点)③:单元区别(M-基本单元;E-输入输出混合扩展单元及扩展模块;EX-输入专用扩展模块;EY-输出专用扩展模块)④:输出形式(R-继电器输出;T-晶体管输出;S-晶闸管输出)⑤:特殊品种区别(D-DC电源DC输入;A1-AC电源AC输入;H-大电流输出扩展模块;V-立式端子排的扩展模块;无记号-AC电源,DC输入,横式端子排)■■FX2N-64MR的PLC的基本单元面板图1.1PLC的基本概念及组成PLC输出点及负载的实际连接示意图四个输出点公用一个COM四个输出点公用一个COM四个输出点公用一个COM■1.1PLC的基本概念及组成1.2.1PLC的基本逻辑图形PLC是按梯形图或指令表进行逻辑运算的.左图为一梯形图，左右两侧为等效的输入输出电路。梯形图中X1、X2是输入继电器X1、X2的常开触头。Y1、Y2为输出继电器，它由线圈、常开触点和常闭触点组成。■1.2PLC的工作方式PLC是以执行一种分时操作、循环扫描的工作方式工作的。每一扫描过程分为三个阶段：输入采样、执行程序、输出刷新。1.2.2PLC的工作方式1.2PLC的工作方式②④

⑤③①X000Y001Y001M100

读

读

输

入

采

样

阶

段

程

序

执

行

阶

段

输

出

刷

新

阶

段输入映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输入端子输出端子■1.3FX系列PLC的内部软元件1.3.1输入继电器（X）和输出继电器（Y）

(1)输入继电器

●输入继电器的编号（地址号）按八进制编号：X0～X7(X000~X007)，X10～X17，…，●各点输入继电器都有无限对常开触点和常闭触点供PLC内部编程使用。

(2)输出继电器●输出继电器的编号（地址号）按八进制编号：Y0～Y7，Y10～Y17，…，●各点输出继电器都有一等效线圈和任意对常开触点和常闭触点供PLC内部编程使用。(I/O点数见表1-1)■输入继电器X和输出继电器Y的使用1.3FX系列PLC的内部软元件■1.3.2辅助继电器（M）辅助继电器（M）有一等效线圈和任意对常开触点和常闭触点供PLC内部编程使用。辅助继电器分为一般用（型），断电保持用（型）和特殊辅助继电器三种:(见表1-2)

(1)一般用辅助继电器一般用辅助继电器特点是：线圈得电触点动作，线圈失电触点复位。FX2N型PLC一般用辅助继电器的编号按十进制:M0～M499.(2)断电保持用辅助继电器断电保持用辅助继电器特点是：当停电时，线圈由后备锂电池维持，当再恢复接通供电时，它就能记忆停电前的状态。FX2N型PLC断电保持用辅助继电器的编号M500～M3071。

(3)特殊辅助继电器

FX2N型PLC特殊辅助继电器的编号M8000～M8255.各个特殊辅助继电器都具有不同的功能。常用的一些特殊辅助继电器有:1.3FX系列PLC的内部软元件■M8000:PLC运行时接通，停止时断开，作运行监视用；

M8002:初始脉冲（仅在运行开始瞬间接通一脉冲周期）；

M8011:产生10ms连续时钟脉冲;

M8012:产生100ms连续时钟脉冲；

M8013:产生1s连续时钟脉冲。

以上特殊功能继电器在使用时，只需利用其触点即可。线圈由PLC驱动。■PLC停止PLC运行PLC停止M8000时序:PLC停止PLC运行PLC停止M8002时序:PLC运行PLC停止线圈断电线圈通电M8013时序:线圈断电线圈断电线圈通电线圈断电1S1.3FX系列PLC的内部软元件1.3FX系列PLC的内部软元件M8028:FX1S、FX0N系列PLC的100ms/10ms定时器的切换；

M8033:当PLC由RUN→STOP(停止时)存储器内容保持不变；

M8034:禁止所有输出，PLC外部输出触点全为OFF。但PLC内部仍可运行;

M8039:PLC以恒定扫描方式运行；

M8040:禁止转移。

以上特殊辅助继电器仅使用线圈。当用户将其线圈驱动，则完成一定的功能。■M000X001X002X001M000Y000X000左母线右母线继电器的使用1.3FX系列PLC的内部软元件

状态继电器是步进顺序控制中的重要软元件，它及步进顺控指令STL组合使用。S继电器的状态只有“1”与“0”两种，当状态为“1”时，可驱动输出继电器或其它软元件。状态继电器S以十进制编号。对FX2N型PLC的编号:

初始化用S0～S9

一般用S10～S499

断电保保持用S500～S899

报警用S900～S999■1.3.3状态继电器（S）1.3FX系列PLC的内部软元件1.3.4定时器（T）

PLC的定时器是根据时钟脉冲累积计时的。时钟脉冲一般有1ms，10ms，100ms等，因此，PLC的定时器有1ms，10ms，100ms定时器之分。

FX系列PLC的定时器有两类：通用定时器和积算定时器。

(1)通用定时器通用定时器是指定时器线圈得电,开始延时，延时时间到，触点动作。线圈失电，触点复位。驱动端控制计时端通用定时器的使用■通用定时器的动作原理如下图所示。

图中，当X0接通，T0线圈得电，开始延时。当延时时间等于设定值（t=0.1s×100=10s）时，T0常开触点闭合，驱动输出继电器Y0.从时序图可见到，定时器线圈在计时过程中一直是得电的，当线圈延时达到设定值，其触点动作。之后计时线圈仍通电，但定时器并不计时，Y0保持得电状态，一直到X0断开，定时器线圈失电，定时器的触点复位，Y0才失电。

定时器的定时设定值可以使用常数K（十进制），也可以使用数据寄存器D.设定值的大小为:1≤设定值≤32767。通用定时器时序图■1.3FX系列PLC的内部软元件■定时器断电延时的基本用法1.3FX系列PLC的内部软元件X000X000T000K100Y000T000Y00010s延时X000T000Y000通用定时器断电延时时序图(2)积算定时器积算定时器的特点是：当驱动定时器线圈的输入触点断开或停电时，积算定时器的当前值能保留。当输入触点再次接通或复电时，计时继续。当两次或多次时间累积之和等于设定值时，定时器的触点动作。其动作原理如下图所示。1.3FX系列PLC的内部软元件

图中当X000两次接通的时间累计等于设定时间时，T250触点动作。此时如果X000继续接通或断开，都不会改变定时器的当前值，一直到X001接通，T250复位，Y002才失电。应注意的是，积算定时器当动作完成之后，一般都要用RST复位。■FX2N系列PLC的定时器的点数如下表所示:定时精度FX2N定时器编号100msT0～T19910msT200～T2451ms积算T246～T249100ms积算T250～T255■1.3FX系列PLC的内部软元件1.3.5计数器（C）PLC的计数器具有计数功能。它由等效的计数线圈、复位线圈、以及对应的常开常闭触点组成。当复位线圈接通，计数器复位。计数器线圈每接通一次，即每次从OFF→ON，计数器计数一次。当计数器的当前值及设定值相同，计数器触点动作。

FX系列PLC的计数器分为16位增计数器，32位增/减计数器以及高速计数器三种。FX2N的计数器编号如下表所表。FX2N增计数器C0C～199增/减计数器C200～C234■1.3FX系列PLC的内部软元件16位增计数器

16位增计数器是一种16位二进制加法计数器，其设定值由1～32767。可由十进制常数K设定，也可由数据寄存器D的当前值设定。16位增计数器的工作原理，如下图所示：清零端计数端驱动端16位增计数器的使用1.3FX系列PLC的内部软元件■16位增计数器时序图

上图中，接通X1，使计数器C2复位。当X2每接通一次，从OFF→ON，计数器计数一次，计数器当前值加1。当计数器当前值等于设定值时，计数器触点动作，驱动输出继电器Y3。此后，当计数器计数线圈输入端X2接通或断开时，C2的当前值均不变。Y3线圈仍得电。一直到复位输入X1再闭合，计数器常开触点C2才复位，Y3失电。■1.3FX系列PLC的内部软元件32位增/减计数器

32位增/减计数器是32位二进制加法器。其计数设定值为

-2147483648～+2147483647（十进制常数K）。32位增/减计数器的编号为C200～C234，它的增/减计数的方向由特殊辅助继电器M8200～M8234的ON/OFF而定。计数器C△△△及特殊辅助继电器M8△△△一一对应。当M8△△△的线圈为OFF时，C△△△作增计数工作，当M8△△△线圈为ON时，C△△△作减计数工作。

32位增/减计数器的工作原理如下图所示。1.3FX系列PLC的内部软元件增/减计数条件清零端驱动端计数端32位增/减计数器的使用■32位增/减计数器的时序图

上图中C210的计数方向由M8210的OFF或ON控制。如图，当X012为OFF，M8210为OFF，C210为增计数。C210的当前值由-6到-5增计数达到设定值（-5）时，计数器C210的常开触点置位为“1”，驱动Y001。当X012接通，M8210为ON，C210为减计数，即C210当前值由-5到-6减少时，计数器C210的常开触点复位为“0”，Y001失电。当X013接通，执行RST指令，计数器C210当前值为0，其触点复位。■1.3FX系列PLC的内部软元件(3)高速计数器(C235～C255)FX系列的高速计数器分为单相单向计数输入，单相双向计数输入和双相（A、B相）双输入三种。它是以一种特定的输入方式（中断输入方式）进行计数的，X0～X7为中断计数输入端，如下表所示。■1.3FX系列PLC的内部软元件①单相单输入（C235～C245）这类高速计数器的计数方向由及之相应的的特殊辅助继电器M8235～M8245切换。当M8△△△为OFF时，C△△△为增计数；当M8△△△为ON时，C△△△为减计数。但其中C235～C240的复位要使用程序；而C241～C245的复位，要用到上表中所示的复位接线端。1.3FX系列PLC的内部软元件增/减计数条件复位端计数允许端单相单输入高速计数器的使用■

图中的复位使用RST指令。其中断输入端用X0。当X12闭合，C235按X0的输入OFF→ON计数，其原理如左图所示，从图可见，当计数器为减计数而通过其设定值时，计数器输出触点复位；当计数器为增计数而通过其设定值时，计数器输出触点置位；当X11接通，执行RST指令，C235复位。

有些高速计数器有外接中断复位端.例如C244的外接中断复位端为X001，当X001闭合时，C244复位清零。■1.3FX系列PLC的内部软元件②单相双输入（C246～C250）

单相双输入计数器有增计数输入端和减计数输入端,有些还有复位端子（R）和起动端子（S）。下图表示了计数器C246的工作原理。■1.3FX系列PLC的内部软元件

图中当X12接通后，C246从X0输入计数信号，对OFF→ON进行增计数。或从X1输入对OFF→ON进行减计数.它没有复位输入端子，故要使用RST命令复位。而C247～C250有复位输入端子,C249及C250还有起动输入端子。单相双输入高速计数器的使用③双相（A、B相）双输入（C251～C255）双相双输入是指当A相输入接通时，B相输入由OFF→ON时为增计数；从ON→OFF时为减计数。而且C△△△的增/减状态，可以通过特殊辅助继电器M8△△△的ON/OFF进行监控。其动作原理如下图所示。图中，当X11接通，C251复位。当X12接通时，C251通过中断进行输入X0（A相）、X1（B相）的动作进行计数。若计数的当前值等于高于设定值，则Y2得电，若当前值小于设定值，则Y2不得电。当增计数方向时，M8251触点接通，Y3得电。当减计数方向时M8251触点断开，Y3不得电。1.3FX系列PLC的内部软元件双相双输入高速计数器的使用■1.3.6数据寄存器（D）

数据寄存器是存贮数据的软元件。这些寄存器都是16位的，可存贮16位二进制数，其最高位为符号位（0为正数，1为负数）。一个存储器能处理的数值为-32768～+32767。将两个相邻的寄存器组合可存储32位二进制数。如果指定低位（例如D0），则紧继低位地址号的高位（D1）便被自动占用。低位指定一般用偶数软元件号（地址号）。32位寄存器可处理的数值为-2147483648～+2147483647。

FX系列PLC的数据寄存器可分为一般用、断电保持用和特殊用三类