的硬件与工作原理

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1、 PLC原理及应用1-1PLCPLC原理及应用原理及应用 多多 媒媒 体体 教教 案案邵阳学院 电气工程系罗庆跃罗庆跃 主讲主讲第第2 2章章 PLCPLC的硬件与工作原理的硬件与工作原理电电 话：话：1397355461913973554619E-mailE-mail：PLC原理及应用1-2第第2 2章章 PLCPLC的硬件与工作原理的硬件与工作原理重点内容重点内容 1 1、PLCPLC的工作原理的工作原理 2 2、开关量、开关量I/OI/O模块电路的工作模块电路的工作原理、特性原理、特性3 3、PLCPLC的的I/OI/O响应时间响应时间 授课时数授课时数 7 78 8课时课时PLC原理及

2、应用1-32.1 PLC2.1 PLC的物理结构的物理结构整体式整体式叠装式叠装式模块式模块式 PLCPLC的物理结构可分下列三种：的物理结构可分下列三种：PLC原理及应用1-4一、一、整体式整体式（又称单元式或箱体式） 将CPU模块、I/O模块和电源安装在一个箱状机壳内，结构紧凑。小型PLC一般采用整体式结构，如三菱公司的F1系列。 二、二、模块式模块式将PLC的各部分做成模块，供选用。用搭积木的方式组成系统，由框架（基板）和模块组成。选择灵活，维修更换方便，但价格较高，一般大、中型PLC采用此种结构。如欧姆龙公司的如欧姆龙公司的C2000C2000系列系列PLC原理及应用1-5吸收了整体式

3、和模块式的优点吸收了整体式和模块式的优点基本单元、扩展单元、扩展模块等高等宽，但长度不同（基本单元、扩展单元、扩展模块等高等宽，但长度不同（如如FXFX系列见书系列见书P8P8图图2.22.2所示）。所示）。如三菱公司的如三菱公司的FX0NFX0N、FX2NFX2N系列系列仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。基本单元：包含CPU模块、I/O模块和电源扩展单元：只包含I/O模块和电源扩展模块：只有I/O模块，电源由基本单元或扩展单元提供 三、三、叠装式叠装式 PLC原理及应用1-62.2 CPU2.2 CPU模块模块一、组成：由由C

4、PUCPU和存贮器组成。和存贮器组成。 二、功能 指挥和协调指挥和协调PLCPLC的程序运行；控制输入的程序运行；控制输入/ /输出操作；监视输出操作；监视PLCPLC工作状态。工作状态。 三、微处理器（CPU） 小型机一般使用8位微处理器，如8080； 大中型采用16-32位微处理器，如80286。通用 微处理器价格便宜，通用性强。 单片微处理器集成度高、体积小、价 格低，如8051等。 运算速度快，如AMD2900系列，很适合 于以顺序扫描方式工作的PLC使用。通用微处理器 单片微处理器位片式微处理器 PLC原理及应用1-7四、四、存贮器存贮器1 1、系统程序存贮器系统程序存贮器 存放工业

5、控制机的操作系统，不能由用户更改。存放工业控制机的操作系统，不能由用户更改。各厂家的各厂家的PLCPLC、不同型号、不同型号PLCPLC的系统程序各不相同。的系统程序各不相同。 存放用户程序，以字为单位。小型机存贮容量一般为几k，大型机存贮容量高达几百k。另外用户可根据需要进行扩展。 2 2、用户、用户程序存贮器程序存贮器PLC原理及应用1-8注：注：根据需要，部分数据表寄存器在停电时用后备电池维持当前值，即具有掉电自保持功能。如FX0N系列：S0-S127等。 4 4、高速暂存存贮器、高速暂存存贮器 用来存放临时结果和一些统计资料。 用来存贮PLC的开关量I/O和定时器、计 数器、辅助继电器

6、等内部继电器的 ON/OFF状态，占用存贮单元中的一个 位（bit）。 用来存放各种数据。每一个数据占一个字（16 bit），如定时器、计算器的当前值和设定值 元件映像表（器元件映像表（器 ） 数据表数据表 3 3、数据表寄存器（、数据表寄存器（Data Table MemoryData Table Memory） PLC原理及应用1-92.3 2.3 开关量开关量I/OI/O模块模块开关量I/O模块的信号仅有接通（“1”态）和断开（“0”态）两种状态。电压等级有直流5V、12V、24V24V、48V和交流110V、220V等（注：FXON-24MR/FX2N-48等开关量输入模块由内部电源2

7、4V供电）。输入输出电压很宽。 PLC原理及应用1-10一、一、I/OI/O模块的外部接线（有三种形式）模块的外部接线（有三种形式） 汇点式 分隔式 分组式 I/OI/O点分为若干组，每组的点分为若干组，每组的I/OI/O电路有一个公共点，电路有一个公共点， 它们共用一个电源。各组之间是分隔的，可以分别使用它们共用一个电源。各组之间是分隔的，可以分别使用 不同的电源。不同的电源。有一个公共点，各输入或输出共用一个电源有一个公共点，各输入或输出共用一个电源 。如如FXON-24MRFXON-24MR输入点采用此方式输入点采用此方式。 各I/O之间相互隔离，每一I/O都可以单独使用电源。 PLC原

8、理及应用1-11问题探讨：问题探讨：1 1、FX0N-24MRFX0N-24MR输出点采作分组式与分隔式的结合输出点采作分组式与分隔式的结合3 3、若分组式或分隔式要共用电源，应如何接线？、若分组式或分隔式要共用电源，应如何接线？如图如图2-12-1（c c）中）中Y0Y0点和点和Y2Y2点要共用一个电源，请画出点要共用一个电源，请画出外部接线图。外部接线图。2 2、接线和电源选择最灵活的是分隔式，其次是、接线和电源选择最灵活的是分隔式，其次是分组式。分组式。PLC原理及应用1-12二、输入模块 设有设有RCRC滤波电路滤波电路 防止输入抖动或外部干扰引起的错误 的输入信号。滤波延迟时间的典型

9、值，上升沿：10-20ms，下 降沿：20-50ms，输入电流约为10mA。 如左 图示：0 是输入继 电器的编 号，不需 要外接电 源（称为 无源式输 入单元）1、直流输入电路 PLC原理及应用1-13工作原理：工作原理：当外部输入触点闭合时，指示灯亮，光敏三极管饱和导当外部输入触点闭合时，指示灯亮，光敏三极管饱和导通，对应的输入映象寄存器的内容为通，对应的输入映象寄存器的内容为“ “1”1”；当外部输入触点；当外部输入触点断开时，指示灯灭，光敏三极管截止，对应的输入映象寄存断开时，指示灯灭，光敏三极管截止，对应的输入映象寄存 器的内容为器的内容为“ “0”0”。在输入采样阶段在输入采样阶段

10、FXONFXON系列也采用上述电路，电源：直流系列也采用上述电路，电源：直流24V24V（由内部供（由内部供电），电），X0X7X0X7为为7mA7mA，X10X10以上为以上为5mA5mA，滤波时间，滤波时间0-15ms0-15ms内内变动（变动（D8020D8020）。）。能不能将滤波时间设为能不能将滤波时间设为“ “0”0”？注：注：PLC原理及应用1-142、交流输入电路 如图2-3所示，光电耦合器中有两个反并联的发光二极管。PLC原理及应用1-15三、输出模块三、输出模块 接受来自CPU的数字信号，将这些信号转换为驱动信号。包括：隔离、电平转换、放大等电路。 输出模块具有隔离和功率放

11、大功能，输出电流的典型值为0.5-2A，负载电源由外部现场提供。根据输出电路所用开关器件的不同可分下列三种： 继电器输出电路（R） 晶体管输出电路（T） 双向可控硅输出电路双向可控硅输出电路 (S)(S)PLC原理及应用1-161、继电器输出电路（R） 当对应于J的输出 映象寄存器状态为“1” 时，输出指示灯亮，J 得电吸合，其常开触点 闭合，负载得电。当对应于J的输出 映象寄存器状态为“0” 时，输出指示灯灭，J 失电，其常开触点断开 ，负载失电。 1）工作原理与触点并联的与触点并联的RCRC串联电路和压敏电阻用来消除触点断开时串联电路和压敏电阻用来消除触点断开时 产生的电弧。产生的电弧。

12、PLC原理及应用1-17负载电源可根据需要选用直流或交流；触点电气寿命一般为10-30万次（有触点输出有触点输出），因此需要输出点频繁通断的场合（如脉冲输出），应使用晶体管输出电路；负载能力强（2A）;存在输出延迟（FXON-24MR输出响应时间为10ms）。 2 2）输出特性）输出特性PLC原理及应用1-182、晶体管输出电路（T） 当对应于T的输 出映象寄存器状态为 “1”时，输出指示灯 亮，三极管T饱和导 通，负载得电。当对应于T的输 出映象寄存器状态为 “0”时，输出指示灯 灭，三极管T截止， 负载失电。 1 1）工作原理）工作原理PLC原理及应用1-19负载电源只能选用直流；为无触点

13、输出，使用寿命长；负载能力弱（0.5A）；响应速度快（FXON-24MT输出响应时间为1ms）。 2 2）输出特性）输出特性PLC原理及应用1-203 3、双向可控硅输出电路、双向可控硅输出电路 (S)(S)用光电可控硅实现隔离。与双向 可控硅并联的RC串联电路和压敏电阻 用来消除可控硅的 关断过电压（感性 负载）和外部的浪 涌电压。 注：当负载电流过小时，可控硅不能导通，可以在负载两 端并联电阻。 负载电源只能选用交流。 PLC原理及应用1-212.4 PLC2.4 PLC的工作原理的工作原理（重点）（重点）可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图很相似，

14、梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等。 在在PLCPLC梯形图程序中实现的梯形图程序中实现的“ “软继电器软继电器” ”与继电器与继电器系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。因系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。因此首先简要介绍物理继电器。此首先简要介绍物理继电器。 PLC原理及应用1-22一、继电器 2 2、工作原理、工作原理 当线圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常开触点闭合，常闭触点断开。当电源消失时，复位弹簧使衔铁返 回到原来的位置，从而使常开触点断开，常闭触点闭合。 1 1、组成、组成 主要由电磁线圈、铁芯、触点和复位弹簧组成主要

15、由电磁线圈、铁芯、触点和复位弹簧组成 。PLC原理及应用1-233 3、继电器在控制系统的作用、继电器在控制系统的作用 1）功率放大（触点：220V，2A） 2）电气隔离（触点和线圈完全隔离）3）逻辑运算 异步电动机启动异步电动机启动保持保持-停止电路（简称启保停止电路（简称启保停电路）设计停电路）设计 举例：举例：（1）用继电器控制（2）用PLC控制 PLC原理及应用1-24（1）用继电器控制，如图2-8所示 其逻辑代数表达式为： 高电平，表示高电平，表示“ “1”1”态（线圈通电，按钮被按下）态（线圈通电，按钮被按下）低电平，表示低电平，表示“ “0”0”态（线圈断电，按钮被放开）态（线圈断电，按钮被放开）此电路在此电路在PLCPLC的梯形图中被广泛采用。的梯形图中被广泛采用。 PLC原理及应用1-25（2 2）PLCPLC控制（控制（FXON24MRFXON24MR）图）图2-92-9所示所示 其逻辑代数表达式为： PLC原理及应用1-26二、二、PLCPLC的工作原理的工作原理 1 1、继电器、接触器控制装置与、继电器、接触器控制装置与PLCPLC控制装置的区别控制装置的区别 上述两种控制装置的运行方式是不同的。上述两种控制装置的运行方式是不同的。1）继电器、接触器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式。继电器、接触器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式。即