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1、电气控制与PLC原理,第一篇 PLC的基本组成和工作原理,项目一 PLC的产生与发展 项目二 PLC的硬件组成 项目三 PLC的软元件, 了解PLC产生、特点、应用及分类； 掌握PLC的定义； 了解PLC的硬件配置； 掌握PLC的基本结构、工作原理及性能指标。,PLC工作原理与性能指标, PLC的工作方式； PLC内部软元件资源的使用。,第一篇 PLC的基本组成和工作原理,项目一 PLC的产生与发展,1.1.1 PLC的产生1.1.2 PLC的定义1.1.3 PLC的主要特点1.1.4 PLC的应用场合1.1.5 PLC的分类1.1.6 PLC的技术指标1.1.7 PLC的相关知识,1.1.1
2、 PLC的产生,1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)， 为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标， 在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。 编程方便，可在现场修改程序； 维护方便，最好采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制装置； 数据可直接输入管理计算机； 体积小于继电器控制装置； 成本可与继电器控制装置竞争； 输入电源可为市电（交流115V）； 输出电源可为市电，负载电流要求在2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等； 扩展时，原系统要求变更最少； 用户程序存储器容量大于4K字节。,1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控
3、制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。由于可编程序控制器最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制，相当于可编程序逻辑控制器（PLC），另一方面，为了与个人计算机（PC）相区别，因此可编程序控制器简称为PLC。,1.1.1 PLC的产生,1.1.2 PLC的定义,国际电工委员会(IEC)于82年11月、85年1月和87年2月 分别颁发了可编程序控制器标准草稿第一、二稿和第三稿， 对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字
4、运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。,1.1.3 PLC的主要特点,可靠性高、抗干扰能力强；编程简单易学；使用维护方便；硬件配置方便安装方便使用方便维护方便体积小、质量轻、功耗低设计施工周期短,1.1.4 PLC应用场合,1、逻辑开关顺序控制2、机械位移控制3、数据处理4、模拟量控制5、通信联网,1.1.5 PLC分类,1.按结构
5、形式分类整体式：单元式、箱体式组合式：模块式 叠装式,1.1.5 PLC分类,2.按I/O点数分类微型机 I/O点数小于32；微小型机 I/O点数在32-128；小型机 I/O点数在128-256 ；中型机 I/O点数在256-2048；大型机 I/O点数在2048以上；超大型机 I/O点数在4000以上。 3.按生产厂家分类德国：西门子公司日本：三菱公司、OMRON公司美国：GE公司、AB公司,输入/输出点数（I/O）存储容量扫描速度编程语言与指令系统内部寄存器功能模块可扩展能力,1.1.6 PLC技术指标,PLC与继电-接触器控制系统的比较PLC与微型计算机控制系统的比较,1.1.7 PL
6、C的相关知识,可靠性 适应性 通用性 控制速度 工作方式 价格,应用范围 工作环境 编程语言 工作方式 价格,PLC与单片机控制系统的比较PLC资料与软件的下载 http:/ http:/,1.1.7 PLC的相关知识,使用者学习掌握的角度 使用简单程度 可靠性,项目二 PLC的硬件组成,1学习掌握PLC的基本结构。 2学习掌握PLC的基本工作原理。 3了解三菱FX系列PLC的硬件配置。,项目目标,项目二 PLC的硬件组成,1.2.1 PLC的基本结构1.2.2 PLC的工作原理1.2.3 三菱FX2N系列PLC的硬件配置,1.2.1 PLC的基本结构,PLC的硬件系统结构,一、中央处理单元
7、 二、存储器 三、输入/输出模块 四、电源 五、外部设备,装有CPU的单元称为CPU模块，其他称为扩展模块。CPU与各扩展模块间通过电缆连接。中、大型机常采用组合式PLC。,组合式PLC组成示意图,各单元分别做成相应的电路板或模块，插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。,1.2.1 PLC的基本结构,1.2.1 PLC的基本结构,中央处理单元是PLC的主要组成部分，是系统的控制中枢。它的主要功能是：接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。,一、中央处理单元(CPU),1.2.1 PLC的基本结构,(1)取样外部输入
8、信号送入输入映像存储器中存储起来。(2)按存储的先后顺序取出用户指令，进行编译。(3)完成用户指令规定的各种操作。(4)将输出映像存储器中的结果送到输出端子。(5)响应各种外围设备(如编程器、打印机等)的请求。,一、中央处理单元(CPU),1系统程序存储器系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了PLC的功能。系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定 系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。,二、存储器,1.2.1 PLC的基本结构,2用户程序存储器存放用户编制的梯形图程序或用户数据一般由RAM、EPROM、EEPROM构成。 根据控制要求而
9、编制的应用程序称为用户程序。不同机型的PLC的用户程序存储器的容量可能差异较大。根据生产过程或工艺的要求，用户程序经常需要改动，所以用户程序存储器必须可读写。,1.2.1 PLC的基本结构,二、存储器,三、输入/输出模块,1.2.1 PLC的基本结构,输入接口电路 由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。输出接口电路 由CPU输出电路和功率放大电路组成。,输入/输出模块： (一)开关量 I/O模块 1. 开关量输入模块 直流输入； 交流/直流输入； 交流输入。2. 开关量输出模块 继电器输出（交流/直流驱动）； 晶体管输出（直流驱动）； 双向晶闸管输出（交流驱动）。 (二)模拟量 I/O模块
10、(三)其他功能I/O模块,三、输入/输出模块,1.2.1 PLC的基本结构,(一)开关量 I/O模块 1. 开关量输入模块,交流/直流输入电路,三、输入/输出模块,直流输入电路,交流输入电路,1.2.1 PLC的基本结构,(一)开关量 I/O模块 2. 开关量输出模块,三、输入/输出模块,晶体管输出电路（直流驱动）,双向晶闸管输出电路（交流驱动）,继电器输出电路 （交流/直流驱动）,1.2.1 PLC的基本结构,(一)开关量 I/O模块 3. 开关量I/O模块的外部接线,三、输入/输出模块,1.2.1 PLC的基本结构,模拟量 输入模块 结构框图,(二)模拟量 I/O模块 1. 模拟量输入模块
11、,三、输入/输出模块,1.2.1 PLC的基本结构,模拟量 输出模块 结构框图,(二)模拟量 I/O模块 2. 模拟量输出模块,三、输入/输出模块,1.2.1 PLC的基本结构,(二)模拟量 I/O模块,三、输入/输出模块,模拟量输入单元框图,模拟量输出单元框图,1.2.1 PLC的基本结构,电源部件将交流电源转换成PLC的中央处理器、存储器等电路工作所需要的直流电源。电源部件还能使PLC向外部提供24V的直流电源，给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。,四、电源,打印机、监视器、其他PLC、计算机编程器 编程器分为以下三类： 简易编程器 图形编程器 工业控制计算机作为编程器,五、其他接口电
12、路,1.2.1 PLC的基本结构,1.2.2 PLC的工作原理,PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。,循环扫描工作方式,PLC工作状态： 运行(RUN)状态，执行应用程序。停止(STOP)状态，编制与修改程序。PLC执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期。典型值1100ms。其中大部分时间用于完成用户程序的三个阶段。,1.2.2 PLC的工作原理,等效电路,PLC控制接线图,PLC控制 等效电路图,（PLC的I/O配置图）,继电器-接触器控制电路图,输入 电路,输出 电路,梯形图,1.2.2 PLC的工作原理,等效电路,PLC的I/O配置图,电机 控制 电路,1.2.2 PLC
13、的工作原理,扫描方式,读,写,读,写,读, 读,0 LD X0 1 OR Y0 2 ANI X1 3 OUT Y0 4 OUT T0 K100 7 LD T0 8 OUT Y1 9 END,读,读, 写, 写, 写, 写,1.2.2 PLC的工作原理,扫描方式,1.2.2 PLC的工作原理,1.2.2 PLC的工作原理,扫描周期即完成一次扫描(IO刷新、程序执行和监视服务)所需时间。由PLC的工作过程可知，一个完整的循环扫描周期应为,决定因素： 一是CPU执行指令的速度；二是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长短。,扫描周期,扫描周期,扫描周期又称为系统响应时间。它由 输
14、入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间扫描工作方式产生的滞后时间 三部分所组成。响应延迟时间只有数十毫秒，对一般控制系统影响不大。,扫描工作方式产生的滞后,1.2.2 PLC的工作原理,三菱 FX2N系列,1.2.3 三菱FX2N系列PLC的硬件配置,1.2.3 三菱FX2N系列PLC的硬件配置,1FX2N系列基本单元,基本单元包括CPU、存储器、输入输出接口及电源。,1.2.3 三菱FX2N系列PLC的硬件配置,2FX2N系列扩展单元,扩展单元是用于增加IO点数或改变IO点数的比例的装置，扩展单元内有电源，内部没有CPU，只能和基本单元一起使用。,1.2.3 三菱FX2N系列PLC的硬件配置,
15、3FX2N系列扩展模块,扩展模块也是用于增加IO点数或改变IO点数的比例的装置，扩展模块没有电源，内部没有CPU，只能和基本单元一起使用。扩展模块与扩展单元唯一不同的地方是扩展单元内有电源，两者都是用于扩展基本单元的IO数量。,1.2.3 三菱FX2N系列PLC的硬件配置,位置扩展模块、模拟量控制模块、计算机通信模块等。,4FX2N系列特殊模块,1.2.3 三菱FX2N系列PLC的硬件配置,项目三 PLC的软元件,项目目标：1掌握FX2N系列PLC性能指标。2学会使用FX2N系列PLC内部软元件资源。,项目三 PLC的软元件,一、FX2N系列PLC的性能指标 二、FX2N系列PLC的编程元件,1.3.1 FX2N系列PLC的性能指标,在选择和使用PLC时应注意PLC的性能指标，这样才能保证其工作正常。,1.3.1 FX2N系列PLC的性能指标,1.3.2 FX2N系列PLC的编程元件,PLC采用软元件，通过程序将各元件联系起来实现各种控制功能，FX2N系列PLC内部软元件资源即PLC的内部寄存器(软元件)，从工业控制的角度来看PLC，可把其内部寄存器看成是不同功能的继电器(即软继电器)，由这些软继电器执行指令，从而实现PLC的各种控制功能。,
