PLC的基本结构和工作原理.ppt

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1、3.3.1 开关量输入接口模块 3.3.2 开关量输出接口模块,3.3 PLC的输入输出接口电路,3.2.1 PLC的等效电路 3.2.2 PLC的工作过程 3.2.3 PLC的接线图和梯形图的绘制方法 3.2.4 串行工作方式对梯形图控制结果的影响,3.2 PLC的基本工作原理,3.1 PLC的概述,3.1.1 概述 3.1.2 初步认识可编程控制器（PLC）,第 章 PLC的基本结构和工作原理,3.1 可编程序控制器概述,一、可编程控制器的定义,二、可编程控制器的产生,三、可编程控制器的特点,四、可编程控制器的应用,五、可编程控制器的发展,六、可编程控制器的类型,什么是PLC？,一、可编程

2、控制器的定义,是一种工业控制装置,是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。,通用叫法 中文名称为可编程控制器； 英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。,一、可编程控制器的定义,1987年，国际电工委员会（IEC）定义： “可编程控制器是一种数字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指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

3、可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。,二、可编程控制器的产生,因为继电器逻辑电路配线复杂,二、可编程控制器的产生,背景： 1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。,1968年，GM公司提出十项设计标准： 编程简单，可在现场修改程序； 维护方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争； 可将数据直接送入计算机； 可

4、直接使用115V交流输入电压； 输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； 通用性强，扩展方便; 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。,二、可编程控制器的产生,1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。,二、可编程控制器的产生,Dick Morley之所以被称为“PLC之父”，,1968年，莫利先生发明了第一台PLC，开启了工业自动化的新时代。从此，Modicon（莫迪康）成为了工业自动化的先驱,1996年被施耐德电气收购以后，Modicon系列产品更是进行了全方位的扩展升级，性能也得到了进一步的提高。,“PLC之父” DirkMorley,创新

5、-来源于无限好奇心和无数的问题！,从1968年到2008年期间，从第一台自动化控制器 Modicon 084,到第一个工业现场总线-Modbus、第一套热备PLC-Modicon 584，再到第一次将以太网引入工业自动化方案，40年来，Morley先生率领的团队从未间断对技术革新和产品创新的渴求及探寻。,除了PLC外，他还同时拥有二十多个美国和外国专利，包括并行推理机，手持终端，软驱、汽车ABS和磁性薄膜； 获得美国富兰克林研究所的霍华德波茨奖，并入选自动化名人堂； 他同时担任美国国家生产科学研究所(NCMS)委员会主席，制造工程师协会（SME）理事； Dick Morley成立的高科技公司在

6、其行业内取得了持续领先三十年的革命性创新成果； Dick Morley已成为计算机设计、人工智能、自动化和技术趋势预测等领域国际公认的先驱。,三、 可编程控制器的特点,无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，控制程序可变，使用方便 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 编程简单，容易掌握 系统的设计、安装、调试工作量少 维修工作量小，维护方便 体积小，能耗低.,2、可编程序控制器的发展过程及趋势,2.1 可编程序控制器的发展过程,第一代：从第一台可编程序控制器诞生到70年代初期,第二代：70年代初期到70年代末期,第三代：70年代末期到80年代中期,第四代：80年代中期到90年代中期,

7、第五代：90年代中期至今,PLC发展主要历程时间表：,1968：提出PLC概念； 1969：基于硬件的CPU （Hardware Based CPU）； 1972：源码编辑（Source Code Edit）； 1974：多处理功能的PLC（Multiprocessing PLC）：逻辑运算、定时器/计数器、数据驱动、算术运算、8K存储器、1024点I/O； 1975：远程输入/输出系统； 1977：带逻辑协处理器的基于微处理器的PLC； 1977：位片CPU，中速数据公路； 1980：高性能分布式I/O，带智能I/O模块和块传输的系统； 1981：热后备（Hot Back-up）；,PLC发

8、展主要历程时间表：,1982：多处理器； 1983：“Basic”语言协处理器，海量存储器； 1985：1MHz窄带LAN； 1986：并行处理； 1987：容错系统； 1988：小型独立系统； 1989：控制网络（Control Networking）； 1990：分布式处理（Distributed Processing）；,PLC发展主要历程时间表：,1990年以后： IEC在全世界出版并发行有关PLC的一些标准； 全局（Global）PLC编程和文件系统； 高速通讯； 通用多语种PLC； 分布式控制结构； 人机界面设计的工作环境改造语言（Ergonomic Languages）; 专家相

9、同和人工智能的广泛应用； 模糊逻辑协处理器； 人工神经网络等。,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,四、可编程控制器的应用领域,三、 PLC的现状及发展趋势 1969年美国数据设备公司（DEC）研制了第一台PLC，从此PLC发展迅猛。 我国改革开放后，美国AB、GE、MODICON、TI，日本OMRON、三菱、富士，德国西门子等厂家的产品不断进入我国，并在各行各业的工控系统中占据重

10、要地位。,PLC三大流派 欧洲：德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的施耐德公司 美国：A-B（Allen-Bradly）(其产品约占美国PLC市场50的份额)、GE（General Electric）、德州仪器(T1)公司、 莫迪康(MODICON)公司(已被施耐德收购)、歌德(Gould)公司、 西屋公司 ( Westinghouse ) 日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、 欧姆龙（OMRON）、 富士FUJI 、松下 （日本主要发展中小型PLC，在世界小型PLC市场上， 日本产品约占有70的份额。） 目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品；现在市场上出现了

11、系列化的国产PLC，其价格相对低廉，性价比较高。,西门子PLC外形图,2006-3-3,28,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列PLC,三菱PLC外形图,2006-3-3,29,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PLC,FX1S系列PLC,施耐德PLC系统构成,单机型,分散型,集中型,Zelio Logic,Twido,机床设备 离散控制 批量处理 过程控制,Premium,Quantum,Micro,M340,M238,M258,LMC058,M218,Modicon M340可编程控制器外观,FX-PLC,FX0S,FX0N,FX1S / FX1N

12、,FX2N,AnS,QnA / AnA,QnS,CC-LINK,欧姆龙PLC外形图,C200H系列PLC,CPM1A、CPM2A系列PLC,应用案例,某客户开发一套立式间歇式包装机，现选用Schneider Electric的OEM Solution 方案来集成系统，其具体硬件配置要求如下: 1) 人机接口：选用XBTGT2330； 2) PLC: 选用TM238LFDC24DT; 3) 变频器: 选用ATV303; 4) 伺服驱动器: 选用Lexium23C; 5) 编码器: 选用XCC1510PS11Y；,系统架构拓扑图,元器件清单,1主开关NSC100 2断路器 3开关电源 4断路器 5

13、接触器 6HMI XBTGT 7PLC M218 8PC 9伺服驱动器Lexium23C 10变频器ATV303 11增量编码器,元器件清单列表型号,现场总线的由来,计算机控制系统,检测输入设备,中央计算机,控制输出设备,生产过程,检测变量,操作变量,现场总线的由来,集中式控制系统,检测输入设备,中央计算机,控制输出设备,生产过程,检测变量,操作变量,CRT操作台,现场总线的由来,分布式控制系统（DCS）,现场总线的由来,分布式控制系统（DCS）,现场总线的由来,基于现场总线的分布式控制系统（FCS）,系统架构拓扑图,可编程控制器-应用设计1-水处理介绍,可编程控制器-应用设计1-水处理,14

14、0CPU31110 UNITY 透明就绪,可编程控制器-应用设计2-包装行业(吹瓶机)介绍,工艺顺序为： 理胚上胚加热送胚前进 电动合模吹瓶送胚返回,可编程控制器-应用设计2-包装行业(吹瓶机)方案,可编程控制器-应用设计3-纺织行业(高温织带染色机),高速连续织带染色机具上色、固色、漂洗、烘干为一体的新型染色机， 主要适用于背包带、吊装带、拉力带及花边带的染色、漂洗及烘干,织带染色后要求色泽均匀.,可编程控制器-应用设计3-纺织行业(高温织带染色机)方案,可编程控制器-应用设计4-能源(定日镜)介绍,定日镜:将太阳光线集中反射到固定方向的光学装置，可作赤,纬方向的移动。,可编程控制器-应用设

15、计追日系统,可编程控制器-应用设计5-新能源(多线切割)介绍,多线锯切方机是多线切割的一种，它通过金属丝的高速往复运动，把硅锭切成方形的四方块，供后续工序应用。是太阳能行业重要的、不可缺少的、理想的工作母机,可编程控制器-应用设计5-新能源(多线切割)方案,五、可编程控制器的发展,高性能、高速度、大容量发展 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。 在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。,向小型化和大型化两个方向发展 小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，

16、使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要。 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。,五、可编程控制器的发展,大力开发智能模块，加强联网与通信能力 为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。 PLC的联网与通信有两类： PLC之间联网通信

17、，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段； PLC与计算机之间的联网通信。 为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。,五、可编程控制器的发展,增强外部故障的检测与处理能力 据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。 前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。 而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。,五、可编程控制器的发展,编程语言多样

18、化 在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。 除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。,五、可编程控制器的发展,按功能分 低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 中档PLC 具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信

19、联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。 高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。,六、可编程控制器的类型,按I/O点数分 小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC） 中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC 大型PLC I/O点数为2048以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）,六、可编程控制器的类型,六、可编程控制器的类型,按结构形式分类 整体式PLC

20、：整体式是将PLC的CPU、存储器、I/O单元、电源等安装在同一机体内，构成主机，另外还有I/O扩展单元配合主机使用，用以扩展I/O点数。整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便，但输入输出点数固定，灵活性较低，小型PLC多采用这种结构。,六、可编程控制器的类型,组合式（模块式）PLC：组合式PLC是由一些标准模块单元组成，采用总线结构，不同功能的模块（如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等）通过总线连接起来。 组合式PLC的特点是可以根据功能需要灵活配置，构成具有不同功能和不同控制规模的PLC，多用于大型和中型PLC。,模块式PLC,模块式,施耐德公司Modican 34

21、0,模块式结构PLC的结构,3）叠装式（紧凑式）PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。 叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。,可编程控制器-背板式结构类型展示M340-2,动力强劲海量存储空间！,FTP,可编程控制器-背板式结构类型展示M340-3,基于M340的整体解决方案,HMI,远程I/O,运动控制,其他产品,CANopen MFBs,CANopen, Modbus,CANopen, Modbus, Ethernet,Ethernet Modbus

22、,USB,可编程控制器-一体式结构类型展示M218,M218 本体,TM2 模块转接附件,TM2 扩展模块,M218 扩展模块,可编程控制器-一体式结构类型展示M258-1,高性能 : 双核 CPU, 64 Mb RAM , 128 Mb flash 存储,IO总线 12Mb/s,可编程控制器-一体式结构类型展示M258-2,扩展电缆,发送器,接受器,CPDM,PDM,PDM,1,2,3,4,5,6,最大模块数: 250块 最大距离(两个站点间): 100米 最小循环时间: 100 s,12 Mbits/s,超快运算速度：22ns/布尔指令 超大容量内存：64M RAM 超大存储空间：128M

23、 Flash,七、PLC与其他工业控制系统的比较,PLC与继电器控制系统比较 继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。 PLC控制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。 从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。,与工业计算机比较 工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。 PLC采用了采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用 ，便于推广应用。 PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。 在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较

24、高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。,七、 可编程控制器与其它工业控制装置的比较,1、PLC与继电器控制系统的比较,2、PLC与工业控制计算机的比较,2、PLC与工业控制计算机的比较,3、PLC与集散控制(DCS)系统的比较,继电器逻 辑控制,PLC系统,单回路 仪表控制,DCS系统,FCS系统,目前技术条件下，两者的差异代表产品的类别,3.2 PLC的基本原理及组成,3.2.1 PLC的等效电路,3.2.3 PLC的组成,3.2.2 PLC的工作过程,3.2.4 PLC的接线图和梯形图的绘制方法,3.2.5 串行工作方式对梯形图控制结果的影响,在PLC中有大量的、各种各样的继电器，如输入

25、继电器(X)、输出继电器(Y)、辅助继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作软继电器。 存储器中的某一位就可以表示一个继电器，这种继电器也叫位继电器。 存储器中的一位有两种状态：“0”和“1”。 我们用0表示继电器失电，用1表示继电器得电。把“0”或 “1”写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。 读出该存储器某位的值为0时，表示对应继电器的常开接点断开； 为1时，表示对应继电器的常开接点闭合。而常闭接点的值是对存储器位的取反。 读存储器的次数是不受限制的，所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。

26、,3.2.1 PLC的等效电路,为了区别常规控制电路和PLC控制电路(通常叫梯形图)，PLC一般用专用图形符号来表示，如表3-1所示，其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。,可编程序控制器图形符号,表3- 1常规电器和可编程序控制器的图形符号对照,输入部分元件 热继电器FR、 停止按钮SB1、 起动按钮SB2； 中间逻辑部分元件 中间继电器KA、 时间继电器KT； 输出执行部分元件 接触器KM1、KM2。,电动机降压起动控制,图3- 3 图2-16自耦变压器降压起动控制电路,用PLC控制电动机降压起动控制,用PLC控制电动机降压起动控制等效电路图,图3- 4 PLC等效控制电路,PLC的

27、工作过程示意图,3.2.2 LC的工作过程,图3- 5 PLC等效电路工作过程示意图,梯形图的过程可分为以下三个阶段： 输入采样阶段 程序处理阶段 输出刷新结果输出阶段 PLC完成上述3个阶段称为一个扫描周期。 PLC反复不断地执行上述过程。扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作方式有关，但主要和梯形图的长度及指令的种类有关，一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。 PLC执行梯形图 (读程序) 是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。 常规电器的控制电路中所有的控制电器都是同时工作的，在通电和得电顺序上不存在先后的问题，为并行工作方式。,检查CPU等内

28、部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作,与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信,按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器,对用户程序扫描执行 ，并将结果存入相应的寄存器,将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载,PLC的工作过程分自诊断、与编程器或计算机等通信、输入采样、程序执行和输出刷新五个阶段。,PLC执行用户程序的特点, 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序, 执行程序时所需数据取自于：,输入映像寄存器,元件映像寄存器, 输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据,元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写,输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变,

29、 每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据,PLC扫描工作方式的特点, 集中采样： 在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。,集中输出： 在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。,PLC扫描工作方式的特点(集中采样、集中输出的优点), 提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性 PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提

30、高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。,PLC扫描工作方式的特点(集中采样、集中输出的缺点), 降低了系统的响应速度,PLC输入输出响应滞后：当PLC输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。 注意：这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口滤波环节带来的输入延迟和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟，还与程序设计有关。, 对于小型PLC: I/O点数较少、用户程序较短 一般采用集中采样、集中输出的工作方式, 而对于大中型PLC: I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，

31、采用定期采样、定期输出方式或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式,PLC扫描工作方式的特点,3.2.3 PLC的接线图和梯形图的绘制方法,梯形图采用水平布置画法，梯形图最左边的竖线叫作左母线，右边的竖线叫作右母线，右母线可以省略不画，左右母线相当于电源线。 画梯形图时应注意 ： 1 梯形图中的连接线(相当于导线)不能相互交叉，并且只能 水平或垂直绘制； 2 梯形图中的接点一般只能水平绘制，不能垂直绘制； 3 各种继电器线圈只能与右母线连接，不能与左母线连接； 4 接点不能与右母线连接； 5 接点中的“电流”只的从左向右单方向流动，不能出现反向流动的现象。,图3- 6 PLC的接线

32、图和梯形图,图2-16自耦变压器降压起动控制电路 采用PLC控制的接线图和梯形图,动画演示,PLC 控制电动机启动停止,PLC 控制电动机正反转,动画演示,动画演示,PLC 控制三台电动机顺序启动停止,3.2.4 串行工作方式对梯形图控制结果的影响,梯形图中继电器线圈的接点在线圈之前和在线圈之后，对它的控制结果可能是有影响的。,图3- 7 接点前后顺序对梯形图控制的影响,扫描周期和I/O滞后时间,I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。,PLC在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值

33、为1-100ms。,1. 产生I/O滞后现象的原因,（1） 由于PLC采用循环扫描的工作方式。,PLC只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入/输出，导致输出信号相对输入信号滞后。,（2） 输入滤波器对信号的延迟作用。,滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。,有的PLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。,（3） 输出继电器的动作延迟（继电器输出型PLC）。,从输出锁存器ON、到输出触点ON经历一定时间输出ON延时。,（4）用户程序的长短及语句编排。,要求有较快响应的场合最好不要使用继电器输出型PLC。,I/O滞后现象，对慢速控制系统影响不大。,要求快速响应的场合，需要解决I/O速度问

34、题。,点动控制的电路图和梯形图,图3- 8 点动控制的电路图和梯形图,图3- 9 接点顺序的调整,3.3 PLC硬件系统组成,微处理器（CPU） 接收并存储用户程序和数据； 诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； 接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； 将用户程序的执行结果送至输出端。,系统存储器系统程序存储器+系统数据存储器 存放系统工作程序（监控程序）； 存放模块化应用功能子程序； 存放命令解释程序； 存放功能子程序的调用管理程序； 存放存储系统参数。,用户存储器RAM/EPROM/EEPROM 存放用户工作程序； 存放工作

35、数据。,PLC的输入输出接口电路,PLC的输入输出接口电路是与外部控制电路联络的主要通道。 输入输出接口模块在设计时采取了光电隔离、滤波等抗干扰措施，以提高PLC工作的可靠性，对各种型号的输入输出接口模块，我们可以把它们以不同形式进行归类。 按照信号的种类归类有直流信号输入、输出，交流信号的输入、输出； 按照信号的输入、输出形式分有数字量输入、输出，开关量输入、输出，模拟量输入输出。 下面通过开关量输入、输出模块来说明外部设备与CPU的连接方式。,开关量输入接口模块,输入形式有两种：源型(公共端COM接极)和漏型(公共端COM接极)。 我国一般采用漏型输入形式。 开关量输入设备也有两种型式：

36、一种是无源开关，如各种按钮、继电器接点、控制开关等； 一种是有源开关，如各种接近开关、传感器、编码器、光电开关等。,图3- 10 PLC的开关量输入接口电路,PLC漏型输入的外部接线,图3- 11 PLC漏型输入的外部接线,开关量输出接口模块,开关量输出模块通常有三种形式： 继电器输出可驱动直流30V或交流250V负载，驱动负载大，但响应时间慢。常用于各种电动机、电磁阀、信号灯等负载的控制。 晶体管输出属直流输出，能驱动530V直流负载，驱动负载较小，但响应时间快。多用于电子线路的控制。 双向晶闸管输出为交流输出。能驱动85240V交流负载。驱动负载较大，响应时间较慢。,继电器输出,晶体管输出

37、,双向晶闸管输出,图3- 12 PLC的开关量继电器输出接口电路,通讯及编程接口采用RS-485或RS-422串行总线 连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）； 连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； 连接工控机，实现编程及在线监控； 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； 连接打印机等计算机外设。,I/O扩展接口采用并行通讯方式 扩展I/O模块； 扩展位置控制模块（如F2-30GM）； 扩展通讯模块（如FX-232AW等）； 扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。,3.4 FX2N型PLC的配置,3.4.1 FX2N型PLC的主要种类及型号 1、FX2N型PL

38、C的主要种类 FX2N型PLC按品种可分为： 1 基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成，只有基本单元可以单独使用，当输入输出点数不足时可以进行扩展。 2 扩展单元由内部电源、内部输入输出组成，需要和基本单元一起使用。 3 扩展模块由内部输入输出组成，自身不带电源，由基本单元、扩展单元供电，需要和基本单元一起使用。 4 特殊扩展设备可分为三类： 特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等， 特殊模块主要有模拟量输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块， 特殊单元用于定位脉冲输出。,产品简介-物理描述,串行口1,串行口2,供电电源接入,数字量输出,以太网通讯口,运行/停止拨码开

39、关,Mini-B USB编程口,24V供电输出,数字量输入,2路模拟量输入/输出,模块扩展口,2、FX2N型PLC的型号,FX2N型PLC的型号可表示如下： FX2N128 M R001 PLC系列名称， 输入和输出点数总和，128为64点输入和64点输出， 单元种类： M基本单元， E输入输出混合扩展模块及扩展单元， EX输入专用扩展模块， EY输出专用扩展模块， 输出型式： R继电器输出， S晶闸管输出， T晶体管输出， 其它区分：001专为中国推出的产品。,DDC电源 A1AC电源 H大电流输出扩展模块 V立式端子排的扩展模块 C接插口输入输出方式 F输入滤波器1ms 扩展模块 LTTL

40、输入扩展模块 S独立端子（无公共端）扩展模块,R继电器输出 T晶体管输出 S晶闸管输出,M基本单元 E输入输出混合扩展单元及扩展模块 EX输入专用扩展模块 EY输出专用扩展模块,16256点,0、2、ON、2C、2N,型号的命名方式,3.4.2 FX2N型PLC的产品规格,表3- 4基本单元一览表,3.4.2 FX2N型PLC的产品规格,表3- 5扩展单元一览表,3.4.2 FX2N型PLC的产品规格,表3- 6扩展模块一览表,注：( )中的数字为扩展设备占用点数， 控制电源(DC5V)由由基本单元或扩展单元供电。,PLC的硬件外型结构：,http:/www.mitsubishielectri

41、c- PLC中的软元件,在PLC中软元件有三种类型。 第一种为位元件，PLC中的输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M和状态继电器S为位元件。存储单元中的一位表示一个继电器，其值为“0”或“1”，“0”表示继电器失电，“1”表示继电器得电。 第二种为字元件，最典型的字元件为数据寄存器D，一个数据寄存器可以存放16位二进制数，两个数据寄存器可以存放32位二进制数，在PLC控制中用于数据处理。定时器T和计数器C也可以作为数据寄存器来使用。 第三种为位与字混合元件，如定时器T和计数器C，它们的线圈和接点是位元件，它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。,3.5.1 输入、输出继电器(X、Y),表

42、3- 9 输入继电器和输出继电器元件分配表,输入继电器(X)和输出继电器(Y) 在PLC中各有184点，采用八进制编号。 输入继电器编号为：X0X7、X10X17、X20X27X267。 输出继电器编号为：Y0Y7、Y10Y17、Y20Y27Y267。 但输入继电器和输出继电器点数之和不得超过256， 如接入特殊单元、特殊模块时，每个占8点，应从256点中扣除。,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。,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、

43、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。,例3-1,用PLC控制一个电热水箱，如图3-13所示，电热水箱用3KW电加热器烧水，用2个水位开关检测水位。 控制要求： 首先进水电磁阀得电打开，进水，当水位高于水位开关1时，加热器得电开始加热，当水位高于水位开关2时，进水电磁阀失电关闭，当加热器加热到100度时停止，放水电磁阀得电将放水阀打开，水龙头可以放水。当水位低于水位开关1时，加热器不得加热，进水电磁阀重新得电开始进水。进

44、水时放水电磁阀关闭。,图3- 13 电热水箱示意图,电热水箱PLC的控制,图3- 14电热水箱的控制,3.5.2 辅助继电器(M),辅助继电器(M) 相当于中间继电器，它只能在内部程序(梯形图)中使用，不能对外驱动外部负载，在梯形图用于逻辑变换和逻辑记忆作用。 辅助继电器有通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和特殊辅助继电器。 1、通用辅助继电器 通用辅助继电器的元件编号为M0M499，共500点。它和普通的中间继电器功能一样，运行时如果通用辅助继电器线圈得电，当电源突然中断时线圈失电，若电源再次接通时，线圈仍失电。 可通过参数设定将其改为断电保持辅助继电器。 2、断电保持辅助继电器 断电保持辅

45、助继电器的元件编号为M500M3071 其中M500M1023共524点，可通过参数设定将其改为通用辅助继电器。 M1024M3071共2048点，为专用断电保持辅助继电器。 其中M2800M3071用于上升沿，下降沿指令的接点时，有一种特殊性。,辅助继电器（M） 由内部软元件的触点驱动,常开和常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负载,采用十进制编号。 通用辅助继电器M0M499（500点） 掉电保持辅助继电器M500M1023（524点） 特殊辅助继电器M8000M8255（256点） 只能利用其触点的特殊辅助继电器 可驱动线圈的特殊辅助继电器 通用辅助继电器与掉电保持用辅助继电器的比例

46、，可通过外设设定参数进行调整。,例3-2,用传送带运送产品。传送带由三相鼠笼型电动机控制，在传送带末端安装一个限位开关SQ，工人在传送带首端放好产品，按下起动按钮，传送带开始运行。当产品到达传送带末端并超过限位开关（即产品全部离开传送带）时，皮带停止。,动画演示,图3- 15 传送带示意图,传送带PLC控制接线图和梯形图,图3- 16 传送带PLC控制接线图和梯形图,例3-3 在例3-2用传送带传运送产品控制中，在停电之后再来电时传送带不会自行起动。现要求停电之后再来电时传送带能够继续工作，试画出对应的梯形图。,图3- 17传送带PLC控制梯形图,例3-4,一辆小车在一条线路上运行，如图3-1

47、8所示。线路上有15共5个站点，每个站点各设一个行程开关和一个呼叫按钮。要求无论小车在哪个站点，当某一个站点按下按钮后，小车将自动行进到呼叫点。试用PLC对小车进行控制。,图3- 18 小车行走示意图,小车行走PLC控制图,图3- 19 小车行走PLC控制图,小车行走PLC控制图,图3- 19 小车行走PLC控制图,3、特殊辅助继电器,特殊辅助继电器的元件编号为M8000M8255，共有256点。 特殊辅助继电器通常分为两大类。 (1)接点型(只读型)特殊辅助继电器 此类辅助继电器的接点由PLC定义，在用户程序中只可直接使用其触点。下面介绍几种常用的接点型特殊辅助继电器的定义和应用实例。 M8

48、000：运行监控。常开接点，PLC在运行(RUN)时接点闭合。 M8002：初始化脉冲。常开接点，仅在PLC运行开始时接通一个扫描周期。 M8005：锂电池电压降低。锂电池电压下降至规定值时接点闭合，可以用它的触点和输出继电器驱动外部指示灯，以提醒工作人员更换锂电池。 M8011M8014分别为10 mS、100 mS、1 S、1min时钟脉冲。占空比均为0.5。例M8013为1秒钟时钟脉冲，该接点为0.5秒接通，0.5秒断开。,图3- 20接点型特殊辅助继电器应用举例,(2)线圈型(可读可写型)特殊辅助继电器,这类特殊辅助继电器由用户程序控制其线圈，当其线圈得电时能执行某种特定的操作。如：M8033、M8034的线圈等。 M8030：M8030的线圈得电时，PLC面板上的锂电池电压降低指示灯熄灭。 M8033：M8033的线圈得电时，在PLC停止(STOP)时，元件映象寄存器中(Y、M、C、T、D等)的数据仍保持。 M8034：线圈得电时全部输出继电器失电不输出。 M8035：强制运行(RUN)模式。 M8036：强制运行(RUN)指令。 M8037：强制停止(STOP)指令。 M8039：线圈得电时，PLC以D8039中指定的扫描时间工作。 这类继电