第1章PLC基础及系统结构

普通高等教育电气信息类系列教材

《PLC基础及应用教程》

（三菱FX2N系列）

第1章PLC基础及系统结构

可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。PLC以微处理器为核心，以存储程序控制的方式执行逻辑运算、定时、计数、模拟信号处理、PID运算及通信等功能，是一种新型工业自动化控制装置。

本章1.1继电接触式控制系统1.2PLC概述1.3PLC的系统结构及工作原理1.4一个简单的FX2N系列PLC应用示例

1.1继电接触式控制系统1.1.1继电接触式控制系统的结构继电器是根据特定形式输入信号的变化，通过自身容量较小的触点，接通或断开控制电路，从而实现自动控制和保护主电路中电力装置的控制电器。电气电路常用继电器主要有中间继电器、、热继电器、速度继电器交流接触器等。

中间继电器KA控制接触器KM电路如下：

继电接触式控制系统的组成：

被控对象输入部分（按钮、位置开关、传感器等）控制部分输出部分（接触器、电磁阀、指示灯等）（由继电器、触点和硬接线组成）

1.1.2继电接触式控制系统的典型实例

三相异步电动机自锁单向启动控制系统电路电气控制系统中最典型电路之一。（包含主电路、控制电路、保护环节）FU2M3～FRKMFU1SB2SB1FU2KMKMFRL1L2L3QF1QF2原理图

控制电路增加漏电保护

电路实物接线图1.2PLC概述

PLC产生的初衷是取代规模庞大的继电器接触式控制系统，但随着计算机技术的飞速发展及强劲的市场需求，PLC已经发展成为一种新型、专用的工业控制装置。1.2.1PLC特点及应用特点：编程方法简单易学:梯形图是最常用的可编程控制器的编程语言，其编程符号和表达方式与继电器电路原理图相似。

功能强，性能价比高:一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。硬件配套齐全，适应性强可靠性高，抗干扰能力强维护方便工作量小系统的设计、安装、调试工作量小体积小，功耗低应用：（1）开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是PLC最基本、最广泛的应用领域。用它取代传统的继电控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。（2）运动控制（3）模拟量及闭环过程控制（4）数据处理（5）联机通讯1.2.2PLC的分类根据硬件结构形式的不同，可大致将PLC分为整体式和模块式。根据PLC的功能强弱不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为：

小型机：小型PLC——I/O点数小于256点；单CPU、8位或16位处理器

中型机：I/O点数256-2048点；双CPU，用户存储器容量2-8KB

大型机。1.2.3PLC控制和继电器控制的区别1.组成器件不同2.触点数量不同3.实施控制的方法不同4.工作方式不同继电器控制系统采用硬逻辑的并行工作方式，继电器线圈通电或断电，都会使该继电器的所有常开和常闭触点立刻动作；PLC采用循环扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其触点只有等到扫描到该触点时才会动作。1.2.4PLC控制与单片机控制的区别

PLC本身就是一个复杂的、成功的、可靠的单片机系统，它是建立在单片机之上的产品，是单片机应用系统的一个特例，在选择两者时不具有可比性，只是在不同情况下根据需要进行选择。

1）

PLC是工业控制领域的主力军。但其价格较高，可靠性高；单片机因其体积小、价格便宜适用于小型产品自动控制装置及无线控制领域。

2）PLC控制抗干扰能力比一般的单片机抗干扰能力要强的多更适用于安全系数高的控制系统。

3）PLC系统设计简单生产商提供各种不同功能模块，便于组合，方便，因而设计周期短；单片机系统硬件接口电路繁多，适应外电路更广，但设计周期长，可靠性显然较差。

4）PLC专用的编程软件，编程简单、易学，程序易于开发；单片机语言编程较难，但可以灵活地优化程序，软件设计繁杂。

5）不同厂家或型号的PLC有相同的工作原理、功能和指标，外部端口接线类似，有一定的互换性；单片机应用系统则千差万别，使用和维护不太方便。

6）PLC更适用于控制强电设备，如电动机等；单片机更适用于工作在弱电控制系统，如频率计，数字电压表等。1.2.5常用PLC简介

常用PLC产品：三菱公司：PLC包括FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC系列产品。其中FX2N系列PLC以其功能强大、使用灵活及整体式小型机等优势在我国有着广泛的应用市场。其升级（三代）微型PLC包括FX3U、FX3UC、FX3G系列产品，具有很好的扩展性及其兼容性，可以连接FX2N系列的I/O扩展模块和特殊功能模块，组合出性价比高的控制系统。西门子（SIEMENS）公司：西门子PLC主要产品是S7系列，该系列PLC功能强大、其性能价格比高。其中S7-200系列及S7-1200系列属于微型PLC，在我国得到广泛应用。。我国有许多厂家、科研院所从事PLC的研制与开发，如中国科学院自动化研究所的PLC-0088，北京1.3PLC系统结构及工作原理

PLC是由硬件和软件两大部分组成。1.3.1.PLC硬件结构

PLC的硬件主要由：中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。

（1）

整体式PLC结构如下。（2）模块式PLC结构（3）输入/输出单元开关量输入单元开关量输出单元

1.3.2PLC软件1.系统软件系统软件又分为系统管理程序、编程软件和标准程序库。2．用户程序用户程序是指用户根据工艺生产过程的控制要求，按照使用的PLC所规定的编程语言或指令系统而编写的应用程序。用户程序除了PLC的控制逻辑程序外，对于需要操作界面3．PLC的编程语言

国际电工委员会于1994年规定了PLC标准编程语言为梯形图、指令表、顺序功能图、功能模块图和结构化语句共5种编程语言。

本书使用的是梯形图、指令表及顺序功能图编程语言。1.3.3PLC扫描工作原理1.扫描工作原理

用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从程序第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束，然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。2PLC工作流程图

1)内部处理阶段

2)通信服务阶段

3)输入采样阶段

4)程序执行阶段

5)输出处理阶段扫描过程示意图1.3.3PLC扫描工作原理1.扫描工作原理

用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从程序第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束，然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。2PLC工作流程图

1)内部处理阶段

2)通信服务阶段

3)输入采样阶段

4)程序执行阶段

5)输出处理阶段

1.3.4执行过程特点示意图在输入采样阶段，PLC把所有外部输入电路的状态读入输入映像寄存器。在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）输出处理阶段，CPU按照程序执行后的数据刷新I/O映象存储区内对应的输出映像寄存器（也称输出继电器），1.4一个简单的PLC应用示例电动机起动控制电路PLC的输入开关量X0、X1检测来自按钮SB1和SB2输入信号，PLC的输出开关量Y0用于驱动外部控制接触器KM，通过KM的动合触点控制主电路三相异步电动机起动和停止。为安全起见，一般实验电路只需要根据指示灯显示来判断电路逻辑关系是否正确。（1）I/O资源分配：起动按钮SB1-X0停止按钮SB2-X1控制继电器KM-Y0（2）电路接线图（3）编辑梯形图图1-17梯形图控制