第3課 PLC的基本原理及組成

PLC的基本原理及組成第一節(jié)PLC的基本原理第二節(jié)PLC的組成一、工作方式——周期循環(huán)掃描二、工作過(guò)程——自診斷、輸入采樣、程序掃描、輸出刷新幾個(gè)外階段。三、掃描周期T=自檢時(shí)間+讀入一點(diǎn)時(shí)間×輸入點(diǎn)數(shù)+程序步數(shù)×運(yùn)算速度+輸出一點(diǎn)時(shí)間×輸出點(diǎn)數(shù)。第一節(jié)PLC的基本原理PLC的工作原理開(kāi)始自診斷與編程器通信讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶(hù)程序輸出結(jié)果STOPRUN

PLC有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶(hù)程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到PLC停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶(hù)程序外，每次循環(huán)過(guò)程中，PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段，如右圖所示。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱(chēng)為掃描工作方式。PLC的工作過(guò)程示意圖1.輸入采樣階段。PLC首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，此時(shí)輸入影響寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫(xiě)入輸入端的新內(nèi)容。2．程序執(zhí)行階段。根據(jù)PLC梯形圖程序”先上后下,先左后右”掃描原則進(jìn)行逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿(mǎn)足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器“讀入”上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)元件(“軟繼電器”)的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對(duì)元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件(“軟繼電器”)的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。3．輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開(kāi)）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。一、型號(hào)及意義特殊品種輸出形式單元類(lèi)型I/O總點(diǎn)數(shù)系列序號(hào)D—DC電源A1—AC電源H—大電流輸出擴(kuò)展模塊V—立式端子排的擴(kuò)展模塊C—接插口輸入輸出方式F—輸入濾波器1ms擴(kuò)展模塊L—TTL輸入擴(kuò)展模塊S—獨(dú)立端子（無(wú)公共端）擴(kuò)展模塊R—繼電器輸出T—晶體管輸出S—晶閘管輸出M—基本單元E—輸入輸出混合擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊EX—輸入專(zhuān)用擴(kuò)展模塊EY—輸出專(zhuān)用擴(kuò)展模塊16~256點(diǎn)0、2、ON、2C、2N型號(hào)的命名方式第二節(jié)PLC的組成一、型號(hào)及意義I/O點(diǎn)數(shù)：16～256點(diǎn)單元類(lèi)型M——表示基本單元E——表示擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊EX——擴(kuò)展輸入單元EY——擴(kuò)展輸出單元一、型號(hào)及意義型號(hào)變化DS——24VDC，世界型ES——世界型（晶體管型為漏輸出）ESS——世界型（晶體管型為源輸出）輸出形式R——繼電器輸出T——晶體管輸出S——晶閘管輸出二、PLC硬件系統(tǒng)組成外部設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)用戶(hù)輸出設(shè)備微處理器（CPU）運(yùn)算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲(chǔ)器用戶(hù)存儲(chǔ)器I/O擴(kuò)展接口通訊及編程接口編程設(shè)備計(jì)算機(jī)打印機(jī)等傳感器按鈕、開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)用戶(hù)輸入設(shè)備擴(kuò)展設(shè)備擴(kuò)展單元通訊模塊功能模塊電源變換器～110V/220V市電PLC基本單元PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖FX系列PLC的硬件配置圖FX系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信能力微處理器（CPU）接收并存儲(chǔ)用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；診斷電源、PLC工作狀態(tài)及編程的語(yǔ)法錯(cuò)誤；接收輸入信號(hào)，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存；運(yùn)行時(shí)順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶(hù)程序，完成用戶(hù)程序的各種操作；將用戶(hù)程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。

二、PLC硬件系統(tǒng)組成系統(tǒng)存儲(chǔ)器——系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器+系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）；存放模塊化應(yīng)用功能子程序；存放命令解釋程序；存放功能子程序的調(diào)用管理程序；存放存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)。二、PLC硬件系統(tǒng)組成用戶(hù)存儲(chǔ)器——RAM/EPROM/EEPROM存放用戶(hù)工作程序；存放工作數(shù)據(jù)。二、PLC硬件系統(tǒng)組成輸入單元——帶光電隔離電路多種輔助電源類(lèi)型：AC電源DC24V輸入

DC電源DC24V輸入

DC電源DC12V輸入接收開(kāi)關(guān)量及數(shù)字量信號(hào)（數(shù)字量輸入單元）；接收模擬量信號(hào)（模擬量輸入單元）；接收按鈕或開(kāi)關(guān)命令（數(shù)字量輸入單元）；接收傳感器輸出信號(hào)。輸出單元——帶光電隔離器及濾波器多種輸出方式：晶體管晶閘管繼電器驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載（晶體管輸出單元）；驅(qū)動(dòng)非頻繁動(dòng)作的交/直流負(fù)載（繼電器輸出單元）；驅(qū)動(dòng)頻繁動(dòng)作的交/直流負(fù)載（晶閘管輸出單元）。通訊及編程接口——采用RS-485或RS-422串行總線(xiàn)連接專(zhuān)用編程器（FX-20P、FX-10P）；連接個(gè)人電腦（PC），實(shí)現(xiàn)編程及在線(xiàn)監(jiān)控；連接工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)編程及在線(xiàn)監(jiān)控；連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊；連接打印機(jī)等計(jì)算機(jī)外設(shè)。二、PLC硬件系統(tǒng)組成I/O擴(kuò)展接口——采用并行通訊方式擴(kuò)展I/O模塊；擴(kuò)展位置控制模塊（如F2-30GM）；擴(kuò)展通訊模塊（如FX-232AW等）；擴(kuò)展模擬量控制模塊（如FX-2DA、FX-4AD等）。三、PLC軟件系統(tǒng)組成系統(tǒng)監(jiān)控程序

運(yùn)行管理

生成用戶(hù)元件系統(tǒng)內(nèi)部自檢管理程序

解釋程序標(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用用戶(hù)程序自動(dòng)化系統(tǒng)控制程序數(shù)據(jù)表格軟件系統(tǒng)四、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十進(jìn)制數(shù)（DEC:DECimalnumber），常用于：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值；輔助繼電器（M）、定時(shí)器（T）、計(jì)數(shù)器（C）、狀態(tài)（S）等軟元件的地址號(hào)；應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動(dòng)作常數(shù)（K）。十六進(jìn)制數(shù)（HEX:HEXnumber）與十進(jìn)制數(shù)一樣，用于指定應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動(dòng)作常數(shù)（H）。四、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二進(jìn)制數(shù)（BIN:BINarynumber）

PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)類(lèi)型，通過(guò)外設(shè)進(jìn)行監(jiān)視時(shí)，各軟元件的數(shù)值自動(dòng)變換為十進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制數(shù)（OCT:OCTalnumber）——用于輸入繼電器和輸出繼電器的軟元件編號(hào)。輸入繼電器用X00~X07、X10~X17、X20~X27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號(hào)；輸出繼電器用Y00~Y07、Y10~Y17、Y20~Y27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號(hào)。四、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)BCD碼（BCD:BINaryCodeDecimal）——用二進(jìn)制形式表示的十進(jìn)制數(shù)，常采用8421BCD碼。常用BCD碼編碼開(kāi)關(guān)將BCD碼數(shù)據(jù)送入PLC；PLC常以BCD碼格式將輸出數(shù)據(jù)送數(shù)碼顯示器顯示。浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（標(biāo)繪值）二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)常用于高精度浮點(diǎn)運(yùn)算；十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)用于實(shí)施監(jiān)視。輸入繼電器（X）在PLC內(nèi)部，與輸入端子相連的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，采用八進(jìn)制編號(hào)，用無(wú)數(shù)個(gè)常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)。輸入繼電器不能用程序驅(qū)動(dòng)。五、軟元件（邏輯元件）輸出繼電器（Y）輸出繼電器采用八進(jìn)制編號(hào)，有內(nèi)部觸點(diǎn)和外部輸出觸點(diǎn)（繼電器觸點(diǎn)、雙向可控硅、晶體管等輸出元件）之分，由程序驅(qū)動(dòng)。在PLC內(nèi)部，外部輸出觸點(diǎn)與輸出端子相連，向外部負(fù)載輸出信號(hào)，且一個(gè)輸出繼電器只有一個(gè)常開(kāi)型外部輸出觸點(diǎn)。輸出繼電器有無(wú)數(shù)個(gè)內(nèi)部常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，編程時(shí)可隨意使用。五、軟元件（邏輯元件）輔助繼電器（M）由內(nèi)部軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng),常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限，但不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載,采用十進(jìn)制編號(hào)。通用輔助繼電器M0～M499（500點(diǎn)）掉電保持輔助繼電器M500～M1023（524點(diǎn)）特殊輔助繼電器M8000～M8255（256點(diǎn)）只能利用其觸點(diǎn)的特殊輔助繼電器可驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈的特殊輔助繼電器通用輔助繼電器與掉電保持用輔助繼電器的比例，可通過(guò)外設(shè)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。五、軟元件（邏輯元件）只能利用其觸點(diǎn)的特殊輔助繼電器M8000：運(yùn)行監(jiān)控用，PLC運(yùn)行時(shí)M8000接通。M8002：僅在運(yùn)行開(kāi)始瞬間接通的初始脈沖特殊輔助繼電器。M8012：產(chǎn)生100ms時(shí)鐘脈沖的特殊輔助繼電器?？沈?qū)動(dòng)線(xiàn)圈的特殊輔助繼電器M8030：鋰電池電壓指示燈特殊繼電器。M8033：PLC停止時(shí)輸出保持特殊輔助繼電器。M8034：禁止全部輸出特殊輔助繼電器。M8039：時(shí)掃描特殊輔助繼電器。狀態(tài)（S）狀態(tài)是對(duì)工序步進(jìn)型控制進(jìn)行簡(jiǎn)易編程的內(nèi)部軟元件，采用十進(jìn)制編號(hào)。與步進(jìn)指令STL配合使用；狀態(tài)有無(wú)數(shù)個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)，編程時(shí)可隨意使用；狀態(tài)不用于步進(jìn)階梯指令時(shí)，可作輔助繼電器使用。狀態(tài)同樣有通用狀態(tài)和掉電保持用狀態(tài)，其比例分配可由外設(shè)設(shè)定。五、軟元件（邏輯元件）狀態(tài)（S）狀態(tài)有五種類(lèi)型：初始狀態(tài)S0～S9共10點(diǎn)回零狀態(tài)S10～S19共10點(diǎn)通用狀態(tài)S20～S499共480點(diǎn)保持狀態(tài)S500～S899共400點(diǎn)報(bào)警用狀態(tài)S900～S999共100點(diǎn)

五、軟元件（邏輯元件）定時(shí)器（T）定時(shí)器實(shí)際是內(nèi)部脈沖計(jì)數(shù)器，可對(duì)內(nèi)部1ms、10ms和100ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到用戶(hù)設(shè)定值時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作。定時(shí)器可以用用戶(hù)程序存儲(chǔ)器內(nèi)的常數(shù)k或H作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容作為設(shè)定值。普通定時(shí)器（T0～T245）100ms定時(shí)器T0～T199共200點(diǎn)，設(shè)定范圍0.1～3276.7s；10ms定時(shí)器T200～T245共46點(diǎn)，設(shè)定范圍0.01～327.67s。積算定時(shí)器（T246～T255）1ms定時(shí)器T246～T249共4點(diǎn)，設(shè)定范圍0.001～32.767s；100ms定時(shí)器T250～T255共6點(diǎn)，設(shè)定范圍為0.1～3276.7s。五、軟元件（邏輯元件）加法計(jì)數(shù)器設(shè)定值K、H或D觸點(diǎn)動(dòng)作TxTx時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)T10K123X0T10Y1相等比較器普通定時(shí)器的工作原理T10T250設(shè)定值K計(jì)數(shù)器1100ms時(shí)鐘脈沖X2X1觸點(diǎn)動(dòng)作Tx相等比較器積算定時(shí)器的工作原理RSTT250K345X1X2T250Y1T250計(jì)數(shù)器（C）

計(jì)數(shù)器可分為通用計(jì)數(shù)器和高速計(jì)數(shù)器。16位通用加計(jì)數(shù)器，C0～C199共200點(diǎn)，設(shè)定值：1～32767。設(shè)定值K0與K1含義相同，即在第一次計(jì)數(shù)時(shí)，其輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。32位通用加/減計(jì)數(shù)器，C200～C234共135點(diǎn)，設(shè)定值：-2147483648～+2147483647。高速計(jì)數(shù)器C235～C255共21點(diǎn)，共享PLC上6個(gè)高速計(jì)數(shù)器輸入（X000～X005）。高速計(jì)數(shù)器按中斷原則運(yùn)行。五、軟元件（邏輯元件）16位加計(jì)數(shù)器通用型：C0~C99共100點(diǎn)斷電保持型：C100~C199共100點(diǎn)16位計(jì)數(shù)器工作過(guò)程示意圖32位雙向計(jì)數(shù)器有兩種32位加/減計(jì)數(shù)器，設(shè)定值：-2147483648～+2147483647。通用計(jì)數(shù)器：C200～C219共20點(diǎn)保持計(jì)數(shù)器：C220～C234共15點(diǎn)計(jì)數(shù)方向由特殊輔助繼電器M8200～M8234設(shè)定。加減計(jì)數(shù)方式設(shè)定：對(duì)于C△△△，當(dāng)M8△△△△接通（置1）時(shí)，為減計(jì)數(shù)器，斷開(kāi)（置0）時(shí)，為加計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)值設(shè)定：直接用常數(shù)K或間接用數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容作為計(jì)數(shù)值。間接設(shè)定時(shí)，要用元件號(hào)緊連在一起的兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。32位加/減計(jì)數(shù)器工作過(guò)程示意圖數(shù)據(jù)寄存器（D）通用數(shù)據(jù)寄存器D0~D199共200點(diǎn)。只要不寫(xiě)入其它數(shù)據(jù)，已寫(xiě)入的數(shù)據(jù)不會(huì)變化。但是PLC狀態(tài)由運(yùn)行→停止時(shí)，全部數(shù)據(jù)均清零。斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器D200~D511共312點(diǎn)，只要不改寫(xiě)，原有數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。特殊數(shù)據(jù)寄存器D8000~D8255共256點(diǎn)這些數(shù)據(jù)寄存器供監(jiān)視PLC中各種元件的運(yùn)行方式用。文件寄存器D1000~D2999共2000點(diǎn)。五、軟元件（邏輯元件）變址寄存器（V/Z）變址寄存器的作用類(lèi)似于一般微處理器中的變址寄存器（如Z80中的IX、IY），通常用于修改元件的編號(hào)。V0~V7、Z0~Z7共16點(diǎn)16位變址數(shù)據(jù)寄存器。進(jìn)行32位運(yùn)算時(shí)，與指定Z0~Z7的V0~V7組合，分別成為（V0、Z0），（V1、Z1）…（V7、Z7）。五、軟元件（邏輯元件）本章小結(jié)

本章主要介紹了PLC的基本原理、