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1、第2章 PLC的工作原理及组成第一节第一节第一节第一节 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理第二节第二节第二节第二节 PLCPLCPLCPLC的组成的组成的组成的组成一、工作方式一、工作方式 周期循环扫描周期循环扫描二、工作过程二、工作过程自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新。自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新。三、扫描周期三、扫描周期 T T=自自检检时时间间+读读入入一一点点时时间间输输入入点点数数+程程序序步步数数运运算速度算速度+输出一点时间输出一点时间输出点数。输出点数。第一节第一节 PLCPLC的工作原理的工作原理PLC的工作过程示意图的工作过程示意图
2、PLC控制系统与电器控制系统的比较电器控制系统组成P LC控制系统与电器控制系统的比较PLC控制系统组成P LC控制系统与电器控制系统的比较PLC等效电路例：三相异步电动机单向运行电器控制系统 输入设备输入设备 输出设备输出设备 P LC控制系统与电器控制系统的比较PLC等效电路三相异步电动机单向运行PLC控制系统P LC控制系统与电器控制系统的比较PLC控制系统与电器控制系统的区别 控制方法上：控制方法上：硬硬硬硬 ：软软软软工作方式上：工作方式上：并行工作方式并行工作方式并行工作方式并行工作方式 ：串行工作方式串行工作方式串行工作方式串行工作方式控制速度上：控制速度上：速度速度速度速度 慢
3、慢慢慢 ：快快快快 定时和计数控制上：定时和计数控制上：精度精度精度精度 低低低低 ：高高高高 可靠性和可维护性上：可靠性和可维护性上：可靠性可靠性可靠性可靠性 低低低低 ：高高高高一、型号及意义一、型号及意义特殊品种特殊品种输出形式输出形式单元类型单元类型I/O总点数总点数系列序号系列序号DDCDDC电源电源A1ACA1AC电源电源HH大电流输出扩展模块大电流输出扩展模块VV立式端子排的扩展模块立式端子排的扩展模块CC接插口输入输出方式接插口输入输出方式FF输入滤波器输入滤波器1 1ms ms 扩展模块扩展模块LTTLLTTL输入扩展模块输入扩展模块SS独立端子（无公共端）扩展模块独立端子（
4、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基本单元基本单元E输入输出混合扩展单元输入输出混合扩展单元及扩展模块及扩展模块EX输入专用扩展模块输入专用扩展模块EY输出专用扩展模块输出专用扩展模块16256点点0、2、ON、2C、2Nv型号的命名方式型号的命名方式第二节第二节 PLCPLC的组成的组成一、型号及意义一、型号及意义vvI/OI/O点数：点数：点数：点数：16256点点vv单元类型单元类型单元类型单元类型M M表示基本单元表示基本单元E E表示扩展单元及扩展表示扩展单元及扩展 模块模块EXEX扩展输入单元扩展输入单元EYEY扩展输出单元扩展输出单元一、型号及意义一、型号及
5、意义vv型号变化型号变化型号变化型号变化DSDS24VDC24VDC，世界型世界型ESES世界型（晶体管型为漏输出）世界型（晶体管型为漏输出）ESSESS世界型（晶体管型为源输出）世界型（晶体管型为源输出）v输出形式输出形式R R继电器输出继电器输出T T晶体管输出晶体管输出S S晶闸管输出晶闸管输出二、二、PLC硬件系统组成硬件系统组成外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器110V/220
6、V市电PLC基本单元基本单元PLC系统结构示意图系统结构示意图FX 系列系列PLC的硬件配置图的硬件配置图FX 系列系列PLC的网络通信能力的网络通信能力v微处理器（微处理器（CPUCPU）接收并存储用户程序和数据；接收并存储用户程序和数据；诊断电源、诊断电源、PLCPLC工作状态及编程的语法错误；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；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；程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。将用户程序的执行结果送至输出端。二、二、PLC硬
7、件系统组成硬件系统组成v系统存储器系统存储器系统程序存储器系统程序存储器+系统数据存储器系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。存放存储系统参数。二、二、PLC硬件系统组成硬件系统组成v用户存储器用户存储器RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序存放用户工作程序；存放工作数据。存放工作数据。二、二、PLC硬件系统组成硬件系统组成v输入单元输入单元带光电隔离电路带光电隔离电路多种辅助电源类型
8、：多种辅助电源类型：ACAC电源电源DC24VDC24V输入输入 DCDC电源电源DC24VDC24V输入输入 DCDC电源电源DC12VDC12V输入输入接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。接收传感器输出信号。v输出单元输出单元带光电隔离器及滤波器带光电隔离器及滤波器多种输出方式多种输出方式：晶体管：晶体管 晶闸管晶闸管 继电器继电器驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动直流负载（晶体管
9、输出单元）；驱动非频繁动作的交驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）；直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。直流负载（晶闸管输出单元）。v通讯及编程接口通讯及编程接口采用采用RS-485RS-485或或RS-422RS-422串行总线串行总线连接专用编程器（连接专用编程器（FX-20PFX-20P、FX-10PFX-10P）；连接个人电脑（连接个人电脑（PCPC），），实现编程及在线监控；实现编程及在线监控；连接工控机连接工控机，实现编程及在线监控；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；连接网络设备（如调制解
10、调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。连接打印机等计算机外设。二、二、PLC硬件系统组成硬件系统组成vI/OI/O扩展接口扩展接口采用并行通讯方式采用并行通讯方式扩展扩展I/OI/O模块模块；扩展位置控制模块（如扩展位置控制模块（如F2-30GMF2-30GM）；）；扩展通讯模块（如扩展通讯模块（如FX-232AWFX-232AW等）；等）；扩展模拟量控制模块（如扩展模拟量控制模块（如FX-2DAFX-2DA、FX-4ADFX-4AD等）。等）。三、三、PLC软件系统组成软件系统组成系统监控程序系统监控程序 运行管理运行管理 生成用户元件生成用户元件系统内部自检系统内部自检管理程序管理
11、程序 解释程序解释程序标准程序模块、系统调用标准程序模块、系统调用用户程序用户程序自动化系统控制程序自动化系统控制程序数据表格数据表格软件系统软件系统四、数据结构四、数据结构v十进制数（十进制数（DEC:DECimal number），），常用于：常用于：定时器定时器/计数器的设定值；计数器的设定值；辅辅助助继继电电器器（M）、定定时时器器（T）、计计数数器器（C）、状状态态（S）等软元件的地址号；等软元件的地址号；应用指令的数值型操作数及指令动作常数（应用指令的数值型操作数及指令动作常数（K）。）。v十六进制数（十六进制数（HEX:HEXdecimal number）与与十十进进制制数数一一
12、样样，用用于于指指定定应应用用指指令令的的数数值值型型操操作作数数及指令动作常数（及指令动作常数（H）。）。四、数据结构四、数据结构v二进制数（二进制数（BIN:BINary number）PLC内内部部数数据据类类型型，通通过过外外设设进进行行监监视视时时，各各软软元元件件的数值自动变换为十进制数或十六进制数。的数值自动变换为十进制数或十六进制数。v八八进进制制数数（OCT:OCTal number）用用于于输输入入继继电电器器和和输出继电器的软元件编号。输出继电器的软元件编号。输输入入继继电电器器用用X00X07、X10X17、X20X27等等八八进进制制格式进行编号；格式进行编号；输输出
13、出继继电电器器用用Y00Y07、Y10Y17、Y20Y27等等八八进进制制格式进行编号。格式进行编号。四、数据结构四、数据结构vBCD码码（BCD:BINary Code Decimal）用用二二进进制制形形式表示的十进制数，常采用式表示的十进制数，常采用8421BCD码。码。常用常用BCD码编码开关码编码开关将将BCD码数据送入码数据送入PLC；PLC常以常以BCD码格式将输出数据送数码显示器显示。码格式将输出数据送数码显示器显示。v浮点数据（标绘值）浮点数据（标绘值）二进制浮点数常用于高精度浮点运算；二进制浮点数常用于高精度浮点运算；十进制浮点数用于实施监视。十进制浮点数用于实施监视。v输
14、入继电器（输入继电器（X）在在PLCPLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用电器，采用八进制八进制编号，有无数个常开和常闭触点。编号，有无数个常开和常闭触点。输入继电器不能用程序驱动输入继电器不能用程序驱动。五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）v输出继电器（输出继电器（Y）输输出出继继电电器器采采用用八八进进制制编编号号，有有内内部部触触点点和和外外部部输输出出触触点点（继继电电器器触触点点、双双向向可可控控硅硅、晶晶体体管管等等输输出出元元件件）之之分，由程序驱动。分，由程序驱动。在在PLCPLC内内部部，外
15、外部部输输出出触触点点与与输输出出端端子子相相连连，向向外外部部负负载载输输出出信信号号，且且一一个个输输出出继继电电器器只只有有一一个个常常开开型型外外部部输输出触点。出触点。输输出出继继电电器器有有无无数数个个内内部部常常开开和和常常闭闭触触点点，编编程程时时可可随随意使用。意使用。五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）v辅助继电器（辅助继电器（M）由内部软元件的触点驱动由内部软元件的触点驱动,常开和常闭触点使用次数不常开和常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负载限，但不能直接驱动外部负载,采用采用十进制十进制编号。编号。通用辅助继电器通用辅助继电器M0M0M499M499（50
16、0500点）点）掉电保持辅助继电器掉电保持辅助继电器M500M500M1023M1023（524524点）点）特殊辅助继电器特殊辅助继电器M8000M8000M8255M8255（256256点）点）只能利用其触点的特殊辅助继电器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，可通过外设设定参数进行调整。五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）&只能利用其触点的特殊辅助继电器只能利用其触点的特殊辅助继电器1M8000M8000：运行监控用，运行监控用，PLCPLC运行时运行时M8000M8000接通。接通。1M8
17、002M8002：仅仅在在运运行行开开始始瞬瞬间间接接通通的的初初始始脉脉冲冲特特殊殊辅辅助助继电器。继电器。1M8012M8012：产生产生100100msms时钟脉冲的特殊辅助继电器。时钟脉冲的特殊辅助继电器。&可驱动线圈的特殊辅助继电器可驱动线圈的特殊辅助继电器1M8030M8030：锂电池电压指示灯特殊继电器。锂电池电压指示灯特殊继电器。1M8033M8033：PLCPLC停止时输出保持特殊辅助继电器。停止时输出保持特殊辅助继电器。1M8034M8034：禁止全部输出特殊辅助继电器。禁止全部输出特殊辅助继电器。1M8039M8039：定时扫描特殊辅助继电器。定时扫描特殊辅助继电器。v状
18、态（状态（S）状状态态是是对对工工序序步步进进型型控控制制进进行行简简易易编编程程的的内内部部软软元元件件，采用采用十进制十进制编号。与步进指令编号。与步进指令STLSTL配合使用；配合使用；状态有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随意使用；状态有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随意使用；状态不用于步进阶梯指令时，可作辅助继电器使用。状态不用于步进阶梯指令时，可作辅助继电器使用。状状态态同同样样有有通通用用状状态态和和掉掉电电保保持持用用状状态态，其其比比例例分分配配可可由外设设定。由外设设定。五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）v状态（状态（S）状态有状态有五种五种类型：类型：初始
19、状态初始状态S0S0S9S9共共1010点点回零状态回零状态S10S10S19S19共共1010点点通用状态通用状态S20S20S499S499共共480480点点保持状态保持状态S500S500S899S899共共400400点点报警用状态报警用状态S900S900S999S999共共100100点点 五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）1.定时器（定时器（T）1.1.定定时时器器实实际际是是内内部部脉脉冲冲计计数数器器，可可对对内内部部1 1msms、10ms10ms和和100100msms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触
20、点动作。2.2.定定时时器器可可以以用用用用户户程程序序存存储储器器内内的的常常数数k k或或H H作作为为设设定定值值，也也可以用数据寄存器可以用数据寄存器D D的内容作为设定值。的内容作为设定值。3.3.普通定时器（普通定时器（T0T0T245T245）1.1.100ms100ms定时器定时器T0T0T199T199共共200200点，设定范围点，设定范围0.10.13276.73276.7s s；2.2.10ms10ms定时器定时器T200T200T245T245共共4646点，设定范围点，设定范围0.010.01327.67327.67s s。4.4.积算定时器（积算定时器（T246T
21、246T255T255）1.1.1ms1ms定时器定时器T246T246T249T249共共4 4点，设定范围点，设定范围0.0010.00132.76732.767s s；2.2.100ms100ms定时器定时器T250T250T255T255共共6 6点，设定范围为点，设定范围为0.10.13276.73276.7s s。五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）加法计数器加法计数器设定值设定值K、H或或D触点动作触点动作TxTx时钟脉冲时钟脉冲驱动驱动T10K123X0T10Y1相等相等比较器比较器普通定时器的工作原理普通定时器的工作原理T10T10T250T250设定值K计数器计数器
22、1100ms时钟脉冲X2X1触点动作触点动作Tx相等相等比较器比较器积算定时器的工作原理积算定时器的工作原理RSTT250K345X1X2T250Y1T250思考思考:如何实现断电延时如何实现断电延时?如：如：如：如：X0X0接通时，接通时，接通时，接通时，Y0Y0马上得电；马上得电；马上得电；马上得电；X0X0断开时，断开时，断开时，断开时，Y0Y0过过过过2020S S后断电后断电后断电后断电v计数器（计数器（C）计数器可分为通用计数器和高速计数器。计数器可分为通用计数器和高速计数器。16位位通通用用加加计计数数器器，C0C199共共200点点，设设定定值值：132767。设设定定值值K0
23、与与K1含含义义相相同同，即即在在第第一一次次计计数数时时，其输出触点动作。其输出触点动作。32位位通通用用加加/减减计计数数器器，C200C234共共135点点，设设定定值值：-2147483648+2147483647。高高速速计计数数器器C235C255共共21点点，共共享享PLC上上6个个高高速速计计数数器器输输入入（X000X005）。高高速速计计数数器器按按中中断断原原则则运运行。行。五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）&16位增计数器位增计数器1通用型：通用型：C0C99共共100点点 1断电保持型：断电保持型：C100C199共共100点点 16位计数器工作过程示意图位
24、计数器工作过程示意图&3232位双向计数器位双向计数器1有有两两种种32位位加加/减减计计数数器器，设设定定值值：-2147483648+2147483647。通用计数器：通用计数器：C200C219共共20点点保持计数器：保持计数器：C220C234共共15点点 1计数方向由特殊辅助继电器计数方向由特殊辅助继电器M8200M8234设定。设定。1加加减减计计数数方方式式设设定定：对对于于C，当当M8接接通通（置置1）时时，为为减减计计数数器器，断断开开（置置0）时时，为为增增计数器。计数器。1计计数数值值设设定定：直直接接用用常常数数K或或间间接接用用数数据据寄寄存存器器D的的内内容容作作为
25、为计计数数值值。间间接接设设定定时时，要要用用元元件件号号紧紧连连在在一起的两个数据寄存器。一起的两个数据寄存器。32位加位加/减计数器工作过程示意图减计数器工作过程示意图v数据寄存器（数据寄存器（D）通用数据寄存器通用数据寄存器D0D199共共200点。点。只要不写入其它只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是数据，已写入的数据不会变化。但是PLC状态由运状态由运行行停止时，全部数据均清零。停止时，全部数据均清零。断电保持数据寄存器断电保持数据寄存器D200D511共共312点，只要不改点，只要不改写，原有数据不会丢失。写，原有数据不会丢失。特殊数据寄存器特殊数据寄存器D8000D82
26、55共共256点点 这些数据寄存这些数据寄存器供监视器供监视PLC中各种元件的运行方式用。中各种元件的运行方式用。文件寄存器文件寄存器D1000D2999共共2000点。点。五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）v变址寄存器（变址寄存器（V/Z）变址寄存器的作用类似于一般微处理器中的变址寄变址寄存器的作用类似于一般微处理器中的变址寄存器（如存器（如Z80中的中的IX、IY），），通常用于修改元件的通常用于修改元件的编号。编号。V0V7、Z0Z7共共16点点16位位变址数据寄存器。变址数据寄存器。进行进行32位位运算时，与指定运算时，与指定Z0Z7的的V0V7组合，分组合，分别成为别成为（V0、Z0），（），（V1、Z1）（V7、Z7）。）。V0=8,K20V0即为即为K28；若若V1=K30，常数常数H30V1=H4E五、软元件（逻辑元件）五、软元件（逻辑元件）本章小结 本本章章主主要要介介绍绍了了PLC的的基基本本原原理理、PLC的的组组成成。说说明明了了FX系系列列PLC内内部部各各类类软软元元件件资资源源，如如输输入入继继电电器器、输输出出继继电电器、定时器、计数器、辅助继电器等。器、定时器、计数器、辅助继电器等。作业：作业：定时定时30秒，采用秒，采用T100时定时常数为？采用时定时常数为？采用T200呢？呢？T248呢？呢？