第2章PLC工作原理2.1PLC的組成2.1.1PLC的基本結(jié)構(gòu)CPU模塊I/O模塊編程器電源接口第2章PLC工作原理2.1.2PLC的CPU模塊1、中央處理單元CPUCPU是PLC的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成。主要用于：接收并存儲從編程器輸入的用戶程序；檢查編程過程是否出錯；進(jìn)行系統(tǒng)診斷；解釋并執(zhí)行用戶程序；完成通信及外設(shè)的某些功能。 2、存儲器存儲器有三種。系統(tǒng)程序存儲器。用于存放系統(tǒng)程序，這些程序在PLC出廠前就已經(jīng)固化到只讀存儲器ROM中。第一部分為系統(tǒng)管理程序；第二部分為用戶指令解釋程序；第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序。用戶程序存儲器。用于存儲PLC用戶的應(yīng)用程序，在調(diào)試階段，用戶程序存放在讀寫存儲器RAM中，可由備用電池（一般為鋰電池）保存2～3年。工作數(shù)據(jù)存儲器。工作數(shù)據(jù)存儲器用來存儲工作數(shù)據(jù)，即用戶程序中使用的ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。2.1PLC的組成2.1.3PLC的I/O模塊輸入/輸出接口是PLC與外界連接的接口。輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號。另一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來的模擬量輸入信號。輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。2.1PLC的組成輸入模塊圖2交/直流輸入接口單元電路圖3交流輸入電路2.1PLC的組成輸出模塊圖4數(shù)字（開關(guān)）量輸出電路2.1PLC的組成2.1.4編程器編程器是PLC最重要的外圍設(shè)備，是PLC不可缺少的部分。編程器的作用是輸入和編輯用戶程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器一般有兩種類型：簡易編程器和圖形編程器。簡易編程器體積小，便宜，使用方便，適合小型PLC，缺點(diǎn)是需聯(lián)機(jī)編程；圖形編程器是指帶有顯示屏的編程器，有液晶顯示（LCD）和陰極射線式（CRT）兩種，可用指令語句編程，也可用梯形圖編程，可聯(lián)機(jī)編程也可脫機(jī)編程，操作方便，功能強(qiáng)大，還可與打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備相連，但價格較高，適用于大型PLC。隨著PLC聯(lián)網(wǎng)功能增強(qiáng)，出現(xiàn)了第三種編程方式，即計(jì)算機(jī)輔助編程。由于計(jì)算機(jī)的參與，用PLC編程軟件編程的工作效率和編程量遠(yuǎn)非前兩種編程器可比，因此，越來越多的用戶更愿意采用這種編程方式。2.1PLC的組成2.1.6PLC的分類1.按硬件結(jié)構(gòu)三菱PC基本單元外形根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體型、模塊式和疊裝式。

整體式將CPU模塊、IO模塊及電源裝于一個機(jī)箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)非常緊湊。體積小，價格低，小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。

模塊式PLC用搭積木的方式組成系統(tǒng)，大、中型PLC和部分小型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。

疊裝式吸取了整體式和模塊式的優(yōu)點(diǎn)，它的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和深度相同，但寬度不同，它們之間通過扁平電纜連接，使用特別方便。2.1PLC的組成2.1.6PLC的分類2.按I/O點(diǎn)數(shù)分小型PLC：入出總點(diǎn)子數(shù)256中型PLC：入出總點(diǎn)子數(shù)256~2048大型PLC：入出總點(diǎn)子數(shù)>20483.按功能分低檔機(jī)中檔機(jī)高檔機(jī)2.2PLC的工作原理2.2.1PLC的工作原理PLC有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到PLC停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序外，每次循環(huán)過程中，PLC不還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段，如右圖所示。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。開始自診斷與編程器通信讀入現(xiàn)場信號執(zhí)行用戶程序輸出結(jié)果STOPRUN2.2PLC的工作原理1.輸入采樣階段。PLC首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，此時輸入影響寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。2．程序執(zhí)行階段。根據(jù)PLC梯形圖程序”先左后右，先上后下”掃描原則進(jìn)行逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器“讀入”上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件(“軟繼電器”)的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件(“軟繼電器”)的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。3．輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負(fù)載。2.2PLC的工作原理2.2.3輸入輸出滯后時間輸入輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時間，是指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時間到它的控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路的濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式的滯后時間三部分組成。滯后時間與模塊的類型有關(guān)。繼電器輸出電路的滯后時間一般在10ms左右，雙向可控硅型輸出電路在負(fù)載接通時的滯后時間為1ms，負(fù)載斷開時的最大滯后時間為10ms，晶體管型輸出電路的滯后時間一般在1ms左右。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達(dá)2個掃描周期。2.3FX2N系列PLC的性能2.3.1可編程控制器的主要性能指標(biāo)

可編程控制器的性能指標(biāo)較多，不同廠家的可編程控制器產(chǎn)品技術(shù)性能各不相同，各有特色。通常可以用以下幾種性能指標(biāo)進(jìn)行描述。1．I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器組成控制系統(tǒng)時所能接入的輸入輸出信號的最大數(shù)量，即可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)。通常，在總點(diǎn)數(shù)中，輸入點(diǎn)數(shù)大于輸出點(diǎn)數(shù)，且輸入與輸出點(diǎn)不能相互替代。2．掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需的時間來衡量，單位為毫秒/千步。也有以執(zhí)行一步指令時間計(jì)，單位為微秒/步。3．存儲器容量可編程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一個地址單元，一個地址單元一般占用兩個字節(jié)。如存儲容量為1000步的可編程控制器，其存儲容量為2K字節(jié)。2.3FX2N系列PLC的性能2.3.2FX系列PLC的特點(diǎn)

1.FX系列PLC的概述三菱FX系列小型可編程控制器，將CPU和輸入/輸出一體化，使用更為方便。為了進(jìn)一步迎合不同客戶的要求，F(xiàn)X系列有多種不同的型號供選擇。另外更有多種不同的特殊功能模塊提供給不同客戶。主要應(yīng)用于機(jī)械配套上如：注塑機(jī)、電梯控制、印刷機(jī)、包裝機(jī)和紡織機(jī)等行業(yè)。三菱公司推出的常用FX系列小型、超小型PLC有FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2C、FX2N、FX2NC、FX1N、FX1S等系列。2.FX系列PLC的特點(diǎn)體積極小的PLC先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu)提供多種子系列供用戶選用靈活多變的系統(tǒng)配置功能強(qiáng)，使用方便.2.3FX2N系列PLC的性能2.3.2FX系列PLC的特點(diǎn)3.FX系列PLC的命名FX系列可編程控制器型號命名的基本格式如上：①系列名稱：如0、2、ON、OS、2C、2NC、1N、1S，即FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2C、FX2N、FX2NC、FX1N和FX1S。②輸入輸出的總點(diǎn)數(shù)：4～128點(diǎn)③單元類型：

M－基本單元；E－輸入輸出混合擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊；EX－輸入專用擴(kuò)展模塊；

EY－輸出專用擴(kuò)展模塊。④輸出形式（其中輸入專用無記號）：

R－繼電器輸出；T－晶體管輸出；S－晶閘管輸出⑤特殊物品的區(qū)別

D：DC電源，DC輸入A1：AC電源，AC輸入（AC100－120V）或AC輸入模塊

H：大電流輸出擴(kuò)展模塊V：立式端子排的擴(kuò)展模式

C：接插口輸入輸出方式F：輸入濾波器1ms的擴(kuò)展模塊

L：TTL輸入型模塊S：獨(dú)立端子（無公共端）擴(kuò)展模塊2.3FX2N系列PLC的性能2.3.3FX2N可編程控制器FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最快的微型PLC。它的基本指令執(zhí)行時間高達(dá)0.08微秒。用戶存儲容量可擴(kuò)展到16K步，最大可擴(kuò)展到256個IO點(diǎn)，有5種模擬量輸入輸出模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、4種位置控制模塊、多種串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，以及模擬定時器擴(kuò)展