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1、第二章第二章 学时：学时：4可编程序控制器的硬件系统可编程序控制器的硬件系统知识回顾知识回顾n n1 1、PLCPLC基本单元由哪几部分组成？他们的作用各是什么基本单元由哪几部分组成？他们的作用各是什么？n n答：基本单元主要由中央处理器（答：基本单元主要由中央处理器（CPUCPU）、总线、存储器、）、总线、存储器、输入输入/输出（输出（I/OI/O）口、通信接口和电源等部分组成。）口、通信接口和电源等部分组成。n nCPUCPU是是PLCPLC的核心部件，控制所有其他部件的操作。的核心部件，控制所有其他部件的操作。n n总线是为了简化硬件电路设计和系统结构，使总线是为了简化硬件电路设计和系统
2、结构，使CPUCPU与各部与各部件和外围设备连接的共用连接线路。件和外围设备连接的共用连接线路。n n存储器是具有记忆功能的半导体器件，用于存放系统程序、存储器是具有记忆功能的半导体器件，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他信息。用户程序、逻辑变量和其他信息。n nI/OI/O单元是单元是PLCPLC进行工业控制的输入信号与输出控制信号的进行工业控制的输入信号与输出控制信号的转换接口。转换接口。n n通信口是为了实现通信口是为了实现“人机人机”或或“机机机机”之间的信息交之间的信息交换。换。2、按结构分，、按结构分，PLC共有几种？他们共有几种？他们各有什么优、缺点？各有什么优、缺点？n
3、 n答：（1）整体式PLC，将中央处理器、存储器、I/O点、电源等硬件都装在一个机壳内，具有结构紧凑、体积小、价廉等优点，但维修不如模块式方便。n n（2）模块式PLC，将PLC的各部分分成若干个单独的模块，具有配置灵活、装配方便、便于扩展及维修等优点，较多用于中型、大型PLC，价格较高。内容提要内容提要 本章以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。n教学要求：教学要求：n了解欧姆PLC的
4、基本单元、扩展设备、编址方法，掌握编程器的基本应用。n教学重点和难点：教学重点和难点：n欧姆龙PLC配置、编址方法与编程器应用。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 特殊扩展单特殊扩展单设备设备导入n什么是整体式PLC？PLC的CPM系列nCPM是日本欧姆龙公司（OMRON）产品中的一种PLC，即：OMRON SYSMAC CPM1A系列PLC，在小规模控制系统中已获广泛应用。第一节第一节 CP系列系列PLC简介简介nCP系列：CPM1A、CPM2A、CPM2AH、CPM2AH-S、CPM2C、CP1H、CP1L和CP1E等。除CPM2C外，都是整体
5、式小型PLC。n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）。n能方便的加装扩展单元。8123456791011121CPU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n40点I/O型有24个输入点，16个输出点，nI/O点按点按3 2配置。配置。n24个输入点共用一个COM端子。n16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，10.
6、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nPWR（绿）电源指示，接通时亮，断开时灭。nRUN（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。nERR/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。nCOMM（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n高速计数器n脉冲输出 n通信 n指令系统 n存储器后备 n
7、模拟设定电位器（定时器、计数器数值）n输入时间常数设定（滤波时间）n外部中断（直接模式、计数模式）n快速响应输入 n间隔定时中断3编程工具编程工具使用编程器 使用计算机编程器和安装了编程软件的个人计算机编程时要通过RS-232通信适配器或专用电缆4型号规格型号规格例：例：CP1H XA40DR-AnCP1H CP1H系列nX 基本型，XA 内置模拟量，Y 带脉冲输入/输出专用端子型n40 内置输入/输出点数nD DC输入nR 继电器输出，T 晶体管输出nA 交流电源，D 直流电源。CPM1A的特点的特点：n1.CPM1A可连接可编程终端，选用通讯适配器以相应的上位Link或高速NT Link与
8、PT之间进行高速通讯。n2.CPM1A有10点至40点多种CPU单元。CPU单元与扩展I/O并用，可完成10点到100点的输入输出要求。并有AC和DC两种电源型号可选择。n3.CPM1A汇集了各种先进的功能，如高速响应功能、高速计数功能、中断功能，还备有2个模拟量设定。n4.CPM1A由充足的程序容量，具有2048字的用户程序存储器和1024字的数据存储器。CPM1A的基本指令：n 1：LD 取指令 n2：LD NOT 取反指令 n3：AND 与指令 n4：AND NOT 与反指令 n5：OUT 输出指令 n6：OUT NOT 输反指令 n7：OR 或指令 n8；OR NOT 或反指令 n9：
9、AND LD 块与指令 n10：OR LD 块或指令 n11：END（01）结束指令 1CPU单元结构单元结构RS-232C串口二、二、CPM2*简介简介外观增加RS-232通信接口PLC设计规范中,RS232通讯的距离是多少?nA、1300MB、200MC、30MD、15M正确答案：DPLC的RS485专用通讯模块的通讯距离呢?nA、1300MB、200MC、500MD、15M正确答案：C2新增加的功能新增加的功能n增加新的指令 n完善中断功能、增加计数频率 n高速脉冲输出功能更加完善，频率达10Hz10kHn增加同步脉冲控制功能 n增加时钟功能n完善通信功能 增加RS-232C串口3编程工
10、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LED3）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nPWR（绿）电源指示，接通时亮，断开时灭。nRUN（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。nERR/ALM（红）错误/警告指
11、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。nINH（黄）负载切断（A500.15）为ON时亮；nBKUP（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。n串行通信功能 n模拟电位器 n7段LED 显示n无电池运行n存储盒n程序保护n故障诊断n时钟 2.功能简介功能简介n中断n高速计数器 50kHz，100kHz n脉冲输出 1100kHz，11M Hz n快速响应输入 30s n模拟输入输出 1/6000，1/12000 n串行通信功能 3编程工具编程工具也可通过RS-232C 选件板CP1
12、W-CIF01编程 4型号规格型号规格例：例：CP1H XA40DR-AnCP1H CP1H系列nX 基本型，XA 内置模拟量，Y 带脉冲输入/输出专用端子型n40 内置输入/输出点数nD DC输入nR 继电器输出，T 晶体管输出nA 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 直流型直流型和和交流型交流型 电压型电压型和和电流型电流型按功能按
13、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：按信号电源的不同分：按信号电源的不同分：直流输入直流输入直流输入直流输入交流输入交流输入交流输入交流输入交直流输入交直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、滤波实现实现电平的转换电平的转换将将DC24V输入信号转
14、换成输入信号转换成TTL（5V）标准信号）标准信号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。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。AC/DC外部电源COM光耦合器输入端PLCLED输入开关CR2内 部 电 路R1内部电路输入模板（二）开关量输出单元（二）开关量输出单元 输出模块组成框图输出模块组成框图 现场执行元件现场执行元件CPU输出锁存器输出锁存器输出电路输出电路输出端子输出端子元件映像寄存器元件映像寄存器输出形式：输出形式：继电器输出继电器输出晶闸管输出晶闸管输出晶体管输出晶体管输出1.继电器输出（继电器输
15、出（交直流交直流）模块）模块 R1R1内内 部部 电电 路路R2R2ACACCOMCOMLEDLED输出端输出端负载负载DCDCKAKA继电器继电器PLCPLCKAKAC C内部电路内部电路输出模板输出模板n继电器继电器既是输出开关器件，又是隔离器件既是输出开关器件，又是隔离器件nR1R1和和LEDLED组成输出状态显示器组成输出状态显示器nR2R2和和C C组成组成RCRC灭弧电路灭弧电路n继电器触点动作的继电器触点动作的响应时间响应时间约为约为10ms10msn继继电电器器输输出出模模块块的的负负载载回回路路，可可选选用用直直流流电电源源，也也可可选选用用交交流流电源电源n在电阻性负载时，
16、输出的在电阻性负载时，输出的最大负载电流最大负载电流为为2A/2A/点点2.晶闸管输出（晶闸管输出（交流交流）模块）模块 ACACC CR1R1LEDLEDR2R2负载负载输出端输出端COMCOMFUFUU U固态继电器固态继电器内内 部部 电电 路路n双双向向晶晶闸闸管管为为输输出出开开关关器器件件，由由它它组组成成的的固固态态继继电电器器（AC AC SSRSSR）具具有有光光电隔离作用电隔离作用nR2R2与与C C组成高频滤波电路组成高频滤波电路n压敏电阻压敏电阻作为消除尖峰电压的浪涌吸收器作为消除尖峰电压的浪涌吸收器n双向晶闸管双向晶闸管开通响应时间开通响应时间1ms1ms，关断响应时
17、间关断响应时间10ms10msn在输出在输出负载回路中的电源负载回路中的电源只能选用交流电源只能选用交流电源3.3.晶体管输出（晶体管输出（直流直流）模块）模块内内 部部 电电 路路R2R2R3R3PLCPLC输出端输出端COMCOMLEDLED光耦合器光耦合器V1V1VSVSVDVDFUFU负载负载DCDCR1R1nV1V1为输出开关器件，为输出开关器件，光耦合器光耦合器为隔离器件为隔离器件nVSVS和和FUFU分别用于输出端的过压保护和过流保护分别用于输出端的过压保护和过流保护n二极管二极管VDVD可禁止负载电源反向接入可禁止负载电源反向接入n晶体管输出模块所带晶体管输出模块所带负载负载只
18、能使用直流只能使用直流电源电源n在电阻性负载时，在电阻性负载时，最大负载电流最大负载电流为为0.5A/0.5A/点，点，通断响应通断响应时间均时间均0.2ms 0.2ms（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输入电压DC24V（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问题的提出n当CPU自带的输入输出点数不够时，怎么办？n可以考虑加装扩展输入输出单元来实现，但扩展的点数随机型不同而不同。123456有40点I/O、20点I/O、8点I、8点O等几种，型号在CPM1A后分别后缀40EDR、40EDT、20EDR、20
19、EDT、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CPM1A的10点、20点，受到系统软件和供电电源的限制，不能扩展。CPM1A的30点、40点，可扩展到100点CP1H型连接限制连接限制1）最大可连接7个单元。（一）扩展（一）扩展I/O单元的使用单元的使用2）占用通道数，输入、输出都必须在15CH以下。5）环境温度的限制。3）合计消耗功率在30W以下。
20、4）高功能单元合计不超过2台。问题：nCP1H最多能加几个扩展单元？最多能扩展到多少个输入点？多少个输出点？答：n接7 个CPM1A 系列的I/O 扩展单元，整体输入/输出最大可达320 点，输入/输出最大扩展280点，但扩展输入、输出都必须在15CH以下。现场模拟信号现场模拟信号变送器变送器V/VI/VA/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能处理的若能处理的若干位数字信号。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
21、V/VV/VV/ID/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（不同的机型有不同的输入输出路单元（不同的机型有不同的输入输出路数）数）模拟量输出单元模拟量输出单元DA003模拟量
22、输入单元模拟量输入单元AD003CPM1A-MAD01 4.内置模拟量内置模拟量I/O单元单元nXA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。n模拟量范围可设置成DC-10V10V、010V、15V、05V、020 mA和 420mA6种，n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 特特殊殊I/OI/O功功能能单单元元作作为为智智能能单单元元，有有自自己己的的CPUCPU、存存储储器器和和控控制制逻逻辑辑，与与I/OI/O接接口口电电路路及及总总线线接接口口电电路路组组成成一一个个完完整的微型计算机系统。整的微型计算
23、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。效效果果：既既实实现现了了特特殊殊I/OI/O单单元元的的独独立立运运行行，减减轻轻了了主主CPUCPU的的负负担担，又又实实现现了了主主CPUCPU单单元元对对整整个个系系统统的的控控制制与与协协调调，从从而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
24、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。
25、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算算法法和和参参数数、操操作作方方式式、PIDPID回回路路数数、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温度传感器单元温度传感器单元TS102TS102作用：作
26、用：通通过过单单元元内内的的变变送送器器和和A/DA/D转转换换器器，将温度值转换为将温度值转换为BCDBCD码传送给码传送给PLCPLC。传感器配置：传感器配置：热电偶或热电阻。热电偶或热电阻。主要技术参数：主要技术参数：输输入入点点数数、温温度度检检测测元元件件、测测温温范范围围、数数据据转转换换范范围围及及误误差差、数数据据转转换换时时间间、温温度度控控制制模模式式、显显示示精精度度、控制周期控制周期五、通信单元五、通信单元 以太网单元以太网单元以太网单元以太网单元ETN22ETN22CONTROLLECONTROLLERLINKRLINK单元单元单元单元CLK23CLK23DEVICE
27、NETDEVICENET主单元主单元主单元主单元DRM21DRM21上位链接（以太网）单元上位链接（以太网）单元 PLC与计算机的互联和通信与计算机的互联和通信n远程远程I/O（CONTROLLER LINK）单元）单元 主站主站PLC与从站与从站PLC远程互联和通信远程互联和通信PLC链接（链接（DEVICE NET）单元）单元 PLC和和PLC之间的互联和通信之间的互联和通信主要技术参数：主要技术参数：数数据据通通信信的的协协议议格格式式、通通信信接接口口传传输输距距离离、数数据据传传输输长长度度、数数据据传传输输速速率率、传传输输数数据校验据校验特殊功能单元和特殊功能单元和I/O链接单元
28、。链接单元。DEVICENETDEVICENET从单元从单元DRT21DRT21A/DA/D、D/AD/A单元单元MAD01MAD01温度传感器单元温度传感器单元TS102本章本章小结小结1.学习PLC，首先要熟悉其硬件结构。2.接线时要分清电源接入端子、输入端子、输出端子，特别是输出公共端。3.三种输出单元对应了不同负载的要求。4.扩展单元的地址分配及对单元的限制。练习n1CP系列PLC包括哪几个型号？n2.在I/O电路中，光电隔离器的主要功能是什么？n3.A/D单元功能是什么？其信号输入范围可分成几种？答案n1.答：CPM1A、CPM2A、CPM2AH、CPM2AH-S、CPM2C、CP1
29、H、CP1L，还有CP1E等。n2.光电隔离器的主要功能是隔离，它起到抗干扰和电平转换的双重作用。n3.模拟量输入单元的作用是把此连续变化的电压、电流信号转换成CPU能处理的若干位数字信号。输入信号可分为：DC 05V、DC 15V、DC 010V、DC-1010V、DC 020mA和DC 420mA等六种。1说明CPM1A-40CDR-A型号的含义。n答：CPM1A型；I/O点数40点；CPU单元，DC输入，继电器输出，交流电源供电。2、举例说明可编程序控制器的现场输入元件和执行元件的种类。n答：输入元件：开关、按钮、传感器等；执行元件：接触器、电磁阀、指示灯等。3、何谓汇点输入？CP1H型PLC是汇点输入吗？n答：汇点式输入是各输入回路公用一个公共端。n是。4、继电器、晶闸管、晶体管输出各具有什么特点？n答：从开关速度、负载电源两方面看：输输出出开关速度开关速度负载电负载电源源继电器低交流或直流晶闸管低交流晶体管高直流5、一台CPM1A基本单元可编程序控制器最多可接多少个输入信号？最多可带多少个负载？n答：24个输入信号，16个负载。设计一个电机正反转的控制如图所示，正确吗？n设计一个窜电阻启动的控制原理图。n要求先窜电阻启动，延时断开电阻运行。参考答案作业nP34n2、3、9谢谢各位！祝祝大家学业有成大家学业有成！