电气控制与PLC技术课件 第13次课 PLC硬件组成及工作原理20180309第五版

上节课重要知识点：复习ProgrammableLogicControllerPLC英文名称:通用性强，使用方便可靠性高，搞干扰能力强编程方法简单，易掌握PLC控制系统的设计、修改、安装、调试和维修工作少，极为方便。体积少、重量轻、功耗低逻辑控制功能定时、计数功能数据处理功能步进控制功能通讯联网功能监控、反馈功能停电记忆功能故障诊断功能PLC特点基本功能3计数继电器4资料来源天猫产品:/item.htm?spm=a220m.1000858.1000725.1.eefc30ddFbLUUf&id=545850116837&areaId=510600&user_id=2096502371&cat_id=2&is_b=1&rn=9910c2ea99fac3a5ed1bc4e72e94bd6256①可编程控制器与微机的比较学习难易程度不同

PLC继承“继电—接触器控制系统”的基本思想，有继电器控制经验的人易掌握。微机需要更多的知识储备（C语言、控制算法设计、通信编程等）通用性不同

PLC一般是由电气控制制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。微机由通用计算机推广应用发展而来，标准化程度高，兼容性强。运行方式不同

PLC不能直接使用微机的许多软件。PLC一般具有模块结构，可针对不同对象进行组合和扩展。微机可使用各种通用编程语言，对要求快速，实时性强、复杂的工业对象的控制占有优势，但要求使用者具有一定计算机专业知识。关于PLC的几个比较

②可编程控制与继电接触器控制的比较继电器控制采用硬接线方式装配，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程改变，控制柜必须重新设计，重新配线。而PLC由于应用了微电子技术和计算机技术，各种控制功能都是通过软件来实现的，只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。另外，从适应性、可靠性、安装维护等各方面比较，PLC都有显著的优势。

传统的继电器控制系统被PLC控制系统所取代已是必然趋势。

◆控制逻辑不同--

PLC为“软接线”技术，继电为硬接线逻辑

PLC：同一个器件的“线圈”数相同“触点”无数且不同时动作继电：同一继电器的触点数量有限且同时动作◆控制速度–

PLC：速度极快；继电：速度较慢◆定时/计数–PLC：定时精度高，计数范围大（电子定时）继电：定时精度低，范围小（机械定时）◆设计与施工

PLC：现场施工与程序设计同步进行，周期短，调试和维修方便继电：设计、现场施工、调试必须依次进行，周期长，修改困难◆可靠性和维护性

PLC连线少，使用方便，并具有自诊断作用等◆价格--

PLC：贵（长远利益）继电：便宜（短期利益）10新课讲解编程器、

PLC、IPC、OP……111.PLC基本组成

中央处理单元CPU

——核心存储器I/O接口

模拟量输入模块

模拟量输出模块

开关量输入模块

开关量输出模块

智能模块接口和扩展接口模块电源模块编程工具

专用编程器

专用编程软件系统总线CPU主机图PLC组成的原理框图RAMEPROME2PROM通信接口外设接口PIO接口PLC、IPC、OP……编程器、打印机……变送器、执行器等现场仪表电源模块CPU模块通信接口模块I/O模块I/O模块智能I/O模块……系统总线电源线图

模块化PLC结构示意图121.2存储器PLC常用的存储器主要有PROM、EPROM、E2PROM、RAM等几种，多数都直接集成在CPU单元内部。

用于存放：系统程序、用户程序和工作数据系统程序：指PLC的操作系统，用户不能直接访问或修改，一般存储在只读存储器ROM、PROM或EPROM。用户程序：指用户根据系统功能编制的应用程序，在正式投运之前往往需要经常调试和改动，多存放于RAM中，并配有后备电池以防止电源丢失程序；调试完毕，可以将其转存于EPROM或E2PROM之中，以免用户程序被随意改动。

工作数据：指PLC在工作过程中经常变化、需要经常存取的数据，如：参数测量结果、运算结果、设定值……，这部分数据一般存放在RAM之中。

PLC存储器的配置形式基本相同，但存储器容量随PLC规模有较大差别

132.PLC何时怎样感知外部的输入信号？1.外部的输入/输出信号接哪些，不接哪些？为什么？3.怎样选用PLC？

交流负载（如交流接触器KM）

必须接电压等级匹配的交流电源直流负载（如小功率直流电机）必须接电压等级匹配的直流电源思考题

需对PLC型号选择及分组接线②③④还需对PLC?选择14(1)开关量输入模块（DI）DI作用：将现场(按钮、行程开关、万能转换开关、光电传感器等）过程来的数字量信号（“1”/“0”）转换成PLC内部的TTL标准电平的二进制信号转换过程：现场信号

电平和格式的转换

光电隔离和滤波

输入缓冲区（映像区）以扫描方式按顺序从输入锁存器中读入所有输入端子的状态或数据,并将其存入输入状态映像区中,这一过程称为输入采样（输入刷新）,随后关闭输入端口,进入程序执行阶段输入采样笔记：1.3I/O接口I/O模块的主要类型包括：模拟量输入模块（AI） 模拟量输出模块（AO） 开关量输入模块（DI） 开关量输出模块（DO）15直流电压输入DI+KR2R1CRDWD1+5V滤波数据锁存器数据总线T⒈当开关K闭合以后，输入现场信号“1”⒉外部电压经R1、R2分压，稳压二极管DW形成稳定的输入电压⒊输入指示二极管D1和光电耦合器T的发光二极管点亮，并驱动光电三极管导通，把现场开关量信号转换为CPU需要的TTL标准信号。⒋电容C和R2构成了输入滤波电路，可以滤除输入信号的高频干扰16交流电压输入DI（交直流二选一讲）⒈电容C为隔直电流，对交流信号相当于短路⒉D1是二个反向并联连接的发光二极管，实现输入信号指示⒊光电耦合器T的发光二极管也是通过二个发光二极管反向并联连接而成，所以该输入单元可以接收交流输入信号KR2R1CRD1+5V滤波数据锁存器数据总线T17(2)开关量输出模块（DO）DO作用：将PLC（CPU）内部信号电平转换成过程所需要的外部信号电平，驱动电磁阀、继电器、接触器、指示灯、小型电机等各种负载设备。输出信号类型：晶体管输出T（直流）晶闸管输出S（交流）

继电器输出R（无源接点交直流）转换过程：现场信号

电平和格式的转换

光电隔离

输出缓冲区（映像区）PLC将输出映像区中的输出变量送入输出锁存器

笔记：输出刷新18晶体管输出DOD1是输出指示二极管，D2是负载续流二极管，D3是保护二极管⒈当输出状态为“1”时，输出指示二极管D1点亮，光电耦合器T导通，三极管T1饱和导通，负载电源接通；⒉当输出状态为“0”时，D1指示灯灭，T、T1均截止，负载电源断开数据锁存器D1数据总线负载TD2D3T1R1R2R324VDC19晶闸管输出DO(略)D1输出指示二极管，R2C阻容吸收电路，T双向光控晶闸管(可控硅)⒈当输出状态为“1”时，输出指示二极管D1点亮，光电耦合器T导通，外接电源交流电源可以双向导通，负载电源接通；⒉当输出状态为“0”时，D1指示灯灭，T截止，负载电源断开。数据锁存器数据总线D1TR1R2C负载AC阳极阴极门极20继电器输出DOD1是输出指示二极管，J是小型直流继电器输出一对无源触点⒈当输出状态为“1”时，输出指示二极管D1点亮，继电器J的线圈上电，继电器触点吸合，负载回路闭合；⒉输出状态为“0”时，D1灭，J触点断开，负载回路断开。数据锁存器数据总线D1R1J负载ACDC哪种开关量输出模块更好？2122比较◎从响应速度看：晶体管输出响应最快，继电器输出响应最慢

◎晶体管为无触点输出，使用寿命长，继电器触点的电气寿命有限，一般为10~30万次，在动作频繁的场合不宜选用继电器输出的DO模块

◎从安全效果和应用灵活型的角度出发，以继电器触点输出最优，通常用户也可以在晶体管输出电路上外接继电器。

23思考题⑴如何在同一块开关量输出模块上产生多种不同类型的开关量输出信号（直流电压、交流电压、无源触点）。

分组接线⑵如何在开关量输出端口加接AM切换和手动操作部件。DO输出总线Ch0Chn梯形图程序设计预备知识已知传统的继电接触器控制线路，如何转换成梯形图？简单举例并练习。常开触点、常闭触点、线圈的表示方法PLC如何区分不同的开关量输入输出信号?（脚标数字）PLC与传统继电接触器控制系统的主电路相同PLC将原控制电路变成了I/O接线图+梯形图十进制数（DEC:DECimalnumber），常用于：定时器/计数器的设定值；辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）、状态（S）等软元件的地址号；应用指令的数值型操作数及指令动作常数（K）。十六进制数（HEX:HEXdecimalnumber）

与十进制数一样，用于指定应用指令的数值型操作数及指令动作常数（H）。数据结构二进制数（BIN:BINarynumber）

PLC内部数据类型，通过外设进行监视时，各软元件的数值自动变换为十进制数或十六进制数。八进制数（OCT:OCTalnumber）——用于输入继电器和输出继电器的软元件编号。输入继电器用X00~X07、X10~X17、X20~X27等八进制格式进行编号；输出继电器用Y00~Y07、Y10~Y17、Y20~Y27等八进制格式进行编号。数据结构BCD码（BCD:BINaryCodeDecimal）——用二进制形式表示的十进制数，常采用8421BCD码。常用BCD码编码开关将BCD码数据送入PLC；PLC常以BCD码格式将输出数据送数码显示器显示。浮点数据（标绘值）二进制浮点数常用于高精度浮点运算；十进制浮点数用于实施监视。数据结构输入继电器（X）在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开和常闭触点。输入继电器不能用程序驱动。软元件（逻辑元件）输出继电器（Y）输出继电器采用八进制编号，有内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之分，由程序驱动。在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。软元件（逻辑元件）只能利用其触点的特殊辅助继电器M8000：运行监控用，PLC运行时M8000接通。M8002：仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器。M8012：产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。可驱动线圈的特殊辅助继电器M8030：锂电池电压指示灯特殊继电器。M8033：PLC停止时输出保持特殊辅助继电器。M8034：止全部输出特殊辅助继电器。M8039：时扫描特殊辅助继电器。软元件（逻辑元件）状态（S）状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元件，采用十进制编号。与步进指令STL配合使用；状态有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随意使用；状态不用于步进阶梯指令时，可作辅助继电器使用。状态同样有通用状态和掉电保持用状态，其比例分配可由外设设定。软元件（逻辑元件）状态继电器（S）状态有五种类型：初始状态S0～S9共10点回零状态S10～S19共10点通用状态S20～S499共480点保持状态S500～S899共400点报警用状态S900～S999共100点软元件（逻辑元件）定时器（T）定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部1ms、10ms和100ms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。定时器可以用用户程序存储器内的常数k或H作为设定值，也可以用数据寄存器D的内容作为设定值。普通定时器（T0～T245）100ms定时器T0～T199共200点，设定范围0.1～3276.7s；10ms定时器T200～T245共46点，设定范围0.01～327.67s。积算定时器（T246～T255）1ms定时器T246～T249共4点，设定范围0.001～32.767s；100ms定时器T250～T255共6点，设定范围为0.1～3276.7s。软元件（逻辑元件）加法计数器设定值K、H或D触点动作TxTx时钟脉冲驱动T10K123X0T10Y1相等比较器普通定时器的工作原理T10软元件（逻辑元件）T250设定值K计数器1100ms时钟脉冲X2X1触点动作Tx相等比较器积算定时器的工作原理RSTT250K345X1X2T250Y1T250软元件（逻辑元件）计数器（C）

计数器可分为通用计数器和高速计数器。高速计数器C216位通用加计数器，C0～C199共200点，设定值：1～32767。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点动作。32位通用加/减计数器，C200～C234共135点，设定值：-2147483648～+2147483647。35～C255共21点，共享PLC上6个高速计数器输入（X000～X005）。高速计数器按中断原则运行。软元件（逻辑元件）16位加计数器通用型：C0~C99共100点断电保持型：C100~C199共100点16位计数器工作过程示意图软元件（逻辑元件）32位双向计数器有两种32位加/减计数器，设定值：-2147483648～+2147483647。通用计数器：C200～C219共20点保持计数器：C220～C234共15点计数方向由特殊辅助继电器M8200～M8234设定。加减计数方式设定：对于C△△△，当M8△△△△接通（置1）时，为减计数器，断开（置0）时，为加计数器。计数值设定：直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为计数值。间接设定时，要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。软元件（逻辑元件）32位加/减计数器工作过程示意图软元件（逻辑元件）数据寄存器（D）通用数据寄存器D0~D199共200点。只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是PLC状态由运行→停止时，全部数据均清零。断电保持数据寄存器D200~D511共312点，只要不改写，原有数据不会丢失。特殊数据寄存器D8000~D8255共256点这些数据寄存器供监视PLC中各种元件的运行方式用。文件寄存器D1000~D2999共2000点。软元件（逻辑元件）变址寄存器（V/Z）变址寄存器的作用类似于一般微处理器中的变址寄存器（如Z80中的IX、IY），通常用于修改元件的编号。V0~V7、Z0~Z7共16点16位变址数据寄存器。进行32位运算时，与指定Z0~Z7的V0~V7组合，分别成为（V0、Z0），（V1、Z1）…（V7、Z7）。软元件（逻辑元件）43PLC控制的基本概念

既然最初PLC的产生是为了取代继电器控制，以下就以一个继电器控制电路为实例，来认识“PLC控制的原理”。M13~M23~KM1KM2QS要求：有一个启动按钮，有一个停止按钮，按动启动按钮，电机M1运转，过10s钟电机M2运转按动停止按钮，电机M1、M2同时停止。设计：继电器控制回路。44PLC(FX2N)SB2X001SB1X000COM24VDCKM1KM2～COM220VACY000Y001PLC接线原理图KM1SB1SB2KM1KTKM2KT10S(45PLC控制等效电路图梯形图是从继电器控制电路的原理图演变而来的。PLC内部的继电器并不是实际的硬继电器，每个继电器是PLC内部存储单元的一位，因此称为“软继电器”。梯形图是由这些“软继电器”组成的控制线路，但它们并不是真正的物理连接，而是逻辑关系上的连接，称为“软接线”。当存储单元的某位状态为1时，相当于某个继电器线圈得电；当状态为0时，相当于该继电器线圈断电。软继电器的常开触点、常闭触点可以在程序中使用无数多次。PLC为用户提供的继电器一般有：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、特殊功能继电器、移位寄存器等。其中，输入、输出继电器一般与外部输入、输出设备相连接，而其它继电器与外部设备没有直接联系。笔记：①工作方式

——

周期循环扫描②工作过程

——自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个阶段。③扫描周期——T=自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。PLC工作原理PLC的产品很多，不同型号、不同厂家的PLC在结构特征上各不相同，但绝大多数PLC的工作原理都基本相同。

PLC的工作过程示意图PLC工作原理48PLC控制等效电路图输入部分输出