可编程控制器硬件系统

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1、内容提要内容提要 以OMRON公司的CPM1A、CPM2A、CP1H为例讲解PLC的硬 件结构、基本功能和型号规格，剖析基本I/O单元，介 绍模拟量I/O 单元和特殊扩展设备。通过对典型机型 的学习，熟悉PLC的硬件配置，为进一步学习指令系统 和设计PLC控制系统打好基础。 第一节第一节 CP系列系列PLC简介简介 第二节第二节 输入输入/输出单元输出单元 第三节第三节 特殊扩展单设备特殊扩展单设备 第一节第一节 CP系列系列PLC简介简介 CP系列：CPM1A、CPM2A、CPM2AH、CPM2AH-S、 CPM2C、CP1H、CP1L和CP1E等。除CPM2C外，都 是整体式小型PLC。

2、由电源、CPU、输入/输出口和程序存储器组成，称为 CPU单元（或称基本单元）。 能方便的加装扩展单元。 8 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 1CPU单元结构单元结构 一、一、CPM1A简介简介 1功能接地端子 2电源输入端子 3保护接地端子 4状态显示LED 5输入LED 6输入端子 7扩展连接器 8输出端子 9输出LED 10直流输出电源端子 11外设端口 12模拟设定电位器 I/O配置配置 40点I/O型有24个输入点，16个输出点， I/O点按32配置。 24个输入点共用一个COM端子。 16个输出点分为六组，共有六个COM端，其中10.00、 10.01各占有一个，

3、10.02、10.03合用一个，10.04、 10.05、10.06、10.07和11.00、11.01、11.02、11.03和 11.04、11.05、11.06、11.07分别各四点合用一个 COM端。 状态显示状态显示 PWR（绿）电源指示，接通时亮，断开时灭。 RUN（绿）工作状态指示，处在运行或监控状态时 亮，处在编程状态或运行异常时灭。 ERR/ ALM（红）错误/警告指示，正常时灭，出现致 命性错误时，指示灯亮； 出现警告性错误时，指示 灯闪烁时。 COMM（橙）通信指示，PLC通过外设端口与外部设 备通信时闪烁，不通信时灭。 2功能简介功能简介 高速计数器 脉冲输出 通信 指

4、令系统 存储器后备 模拟设定电位器 输入时间常数设定 外部中断 快速响应输入 间隔定时中断 3编程工具编程工具 使用编程器 使用计算机 4型号规格型号规格 例：CPM1A-40CDR-A CPM1A 系列 40 输入/输出总点数 C CPU单元 D DC输入 R 继电器输出； T 晶体管输出 A 交流电源供电； D 直流电源供电 1CPU单元结构单元结构 RS-232C 串口 二、二、CPM2* 简介简介 2新增加的功能新增加的功能 增加新的指令 完善中断功能、增加计数频率 高速脉冲输出功能更加完善，频率达10Hz10kH 增加同步脉冲控制功能 增加时钟功能 完善通信功能 增加RS-232C串

5、口 3编程工具编程工具 4型号规格型号规格 表示方法和CPM1A一致 1CPU单元结构单元结构 三、三、CP1H 简介简介 1）电池盖 2）工作指示LED 3）外围设备USB端口 4）7 段LED显示 5）模拟电位器 6）外部模拟设定输入 8）内置模拟输入输出 9）内置模拟输入切换开关 10）存储盒槽位 11）供给电源/输出端子台 12）输出指示LED 13）扩展I/O 单元连接器 14）选件板槽位 15）电源、接地、输入端 16）输入指示LED 状态显示状态显示 PWR（绿）电源指示，接通时亮，断开时灭。 RUN（绿）工作状态指示，处在运行或监控状态时亮， 处在编程状态或运行异常时灭。 ER

6、R/ ALM（红）错误/警告指示，正常时灭，出现致命 性错误时，指示灯亮； 出现警告性错误时，指示灯闪 烁时。 INH（黄）负载切断（A500.15）为ON时亮； BKUP（黄）程序、参数、数据内存向内置闪存（备份 存储器）写入、访问和复位时亮；PRPHL（黄）在USB 端口通信时闪烁，平时灭。 串行通信功能 模拟电位器 7段LED 显示 无电池运行 存储盒 程序保护 故障诊断 时钟 2. 功能简介功能简介 中断 高速计数器 50kHz ， 100kHz 脉冲输出 1100kHz ， 11M Hz 快速响应输入 30s 模拟输入输出 1/6000， 1/12000 串行通信功能 3编程工具编程

7、工具 也可通过RS-232C 选件板CP1W-CIF01编程 4型号规格型号规格 例：例：CP1H XA40DR-A CP1H CP1H系列 X 基本型，XA 内置模拟量 ，Y 带脉冲输入/输出专用 端子型 40 内置输入/输出点数 D DC输入 R 继电器输出，T 晶体管输出 A 交流电源，D 直流电源。 第二节第二节 输入输入/ /输出单元输出单元 一、开关量基本一、开关量基本I/O单元单元 I/O单元分类单元分类: 按信号的流向按信号的流向 输入单元输入单元和和输出单元输出单元 按信号的形式按信号的形式 开关量开关量I/O单元单元和和模拟量模拟量I/O单元单元 按电源形式按电源形式 直流

8、型直流型和和交流型、电压型交流型、电压型和和电流型电流型 按功能按功能 基本基本I/O单元单元和和特殊特殊I/O单元单元 （一）开关量输入单元（一）开关量输入单元 输入模块组成框图输入模块组成框图 现场输入现场输入 信号信号 输入端子输入端子 输入电路输入电路 输入映像寄存器输入映像寄存器 CPU 按信号电源的不同分：按信号电源的不同分： 直流输入直流输入 交流输入交流输入 交直流输入交直流输入 直流输入模块电原理图直流输入模块电原理图 R1R1、R2R2、C C作用：作用：分压、限流、滤波。分压、限流、滤波。 双向光耦合器作用双向光耦合器作用: :整流、隔离和电平转换。整流、隔离和电平转换。

9、 隔离隔离抗干扰，将电信号转换为光信号进行传输；抗干扰，将电信号转换为光信号进行传输； 电平转换电平转换将将DC24VDC24V输入信号转换成输入信号转换成TTLTTL（5V5V）标准信号。）标准信号。 AC/DC 外部电源 COM 光耦合器 输入端 PLC LED 输入开关 C R2 内 部 电 路 R1 内部电路 输入模板 （三）（三）I/O单元规格单元规格 1输入单元规格输入单元规格 （1）继电器输出规格）继电器输出规格 （2）晶体管输出规格）晶体管输出规格 2输出单元规格输出单元规格 1 2 3 4 5 6 有40点I/O、20点I/O、 8点I、8点O等几种， 型号在CPM1A后分别

10、后 缀40EDR、40EDT、 20EDR、20EDT、8ED、 8ER、8ED，其中E表示 为扩展单元。 1-输入端子 2-输入LED 3-扩展 连接器 4-输出LED 5-输出端 子 6-扩展I/O连接电缆 （一）扩展（一）扩展I/O单元简介单元简介 二、开关量扩展二、开关量扩展I/O单元单元 CPM1A型 （二）扩展（二）扩展I/O单元的使用单元的使用 CP1H型 连接限制连接限制 1）最大可连接7个单元。 2）占用通道数，输入、输出都必须在15CH以下。 3）合计消耗功率在30W以下。 4）高功能单元合计不超过2台。 5）环境温度的限制。 （一）扩展（一）扩展I/O单元的使用单元的使用

11、 现场模拟现场模拟 信号信号 变送器变送器 V/V I/V A/D 光电隔离光电隔离 输入暂存输入暂存 CPU 三、模拟量三、模拟量I/O单元单元 1.模拟量输入单元模拟量输入单元 作用：作用：连续变化的电压、电流信号转换成连续变化的电压、电流信号转换成CPU能处理的能处理的 若干位数字信号。若干位数字信号。 组成组成 ： 2. 模拟量输出单元模拟量输出单元 CPUCPU V/VV/V V/I D/AD/A 光电隔离光电隔离 输出锁存输出锁存 电压输出电压输出 电流输出电流输出 作用：作用：把把CPU处理后的若干位数字信号，转换成相应的模处理后的若干位数字信号，转换成相应的模 拟量信号输出。拟

12、量信号输出。 组成：组成： A/DA/D、D/AD/A模块的主要参数：模块的主要参数： 分辨率分辨率 精度精度 转换速度转换速度 输入阻抗输入阻抗 输出阻抗输出阻抗 最大允许输入范围最大允许输入范围 模拟通道数模拟通道数 内部电流消耗内部电流消耗 3. 外置模拟量外置模拟量I/O单元单元 模拟量输出单元模拟量输出单元 DA003 模拟量输入单元模拟量输入单元 AD003 CPM1A-MAD01 4. 内置模拟量内置模拟量I/O单元单元 XA型CP1H CPU单元内 置具有4路输入、路输入、2路输路输 出出的拟量I/O单元。 模拟量范围可设置成 DC-10V10V、010V、 15V、05V、0

13、20 mA和 420mA6种， 分辨率有1/6000和 1/12000两种。 第三节第三节 特殊扩展设备特殊扩展设备 特殊特殊I/OI/O功能单元作为智能单元功能单元作为智能单元，有自己的有自己的CPUCPU、存储存储 器和控制逻辑器和控制逻辑，与与I/OI/O接口电路及总线接口电路组成一个完接口电路及总线接口电路组成一个完 整的微型计算机系统整的微型计算机系统。 作用：作用： 1）在自己的CPU和控制程序的控制下，通过I/O接口完成 相应的输出、输入和控制功能； 2）通过总线接口与PLC单元的主CPU进行数据交换，接受 主CPU发来的命令和参数，并将执行结果和运行状态返回 主CPU。 效果：

14、效果：既实现了特殊既实现了特殊I/OI/O单元的独立运行单元的独立运行，减轻了主减轻了主CPUCPU的的 负担负担，又实现了主又实现了主CPUCPU单元对整个系统的控制与协调单元对整个系统的控制与协调，从而从而 大幅度地增强了系统的处理能力和运行速度大幅度地增强了系统的处理能力和运行速度。 一、高速计数单元一、高速计数单元 用途：用途： 用于脉冲或方用于脉冲或方波计数器、实时时钟、脉冲波计数器、实时时钟、脉冲 发生器、数字码盘等输出信号的检测和处发生器、数字码盘等输出信号的检测和处 理，及快速变化过程中的测量或精确定位理，及快速变化过程中的测量或精确定位 控制。控制。 主要技术参数：主要技术参

15、数： 计数脉冲频率、计数范围、计数方式、输计数脉冲频率、计数范围、计数方式、输 入信号规格、独立计数器个数入信号规格、独立计数器个数 二、位置控制单元二、位置控制单元 作用：作用： 用于位置控制的智能用于位置控制的智能I/OI/O单元，能改变被单元，能改变被 控点的位移速度和位置，适用于步进电动机或控点的位移速度和位置，适用于步进电动机或 脉冲输入的伺服电动机驱动器。脉冲输入的伺服电动机驱动器。 主要参数：主要参数： 占用占用I/OI/O点数、控制轴数、输出控制脉冲点数、控制轴数、输出控制脉冲 数、脉冲速率、脉冲速率变化、间隙补偿、定数、脉冲速率、脉冲速率变化、间隙补偿、定 位点数、位置控制范围、最大速度、加位点数、位置控制范围、最大速度、加/ /减速减速 时间时间 三、三、PID控制单元控制单元 作用：作用： 多用于执行闭环控制的系统中多用于执行闭环控制的系统中。 技术指标：技术指标： PIDPID算法和参数算法和参数、操作方式操作方式、PIDPID回路数回路数、控控 制速度制速度 四、温度传感器单元四、温度传感器单元 温度传感器单元温度传感器单元 TS102 作用：作用： 通过单元内的变送器和通过单元内的变送器和A/DA/D转换器转换器，