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CH6电气控制及PLC


第六章 PLC的基本原理及组成
第一节 PLC的基本原理 PLC的基本原理 第二节 PLC的组成 PLC的组成

Date: 2011-5-1

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第一节

PLC的基本原理 PLC的基本原理

一、工作方式—— 周期循环扫描 工作方式—— 工作过程——

自诊断、输入采样、程序扫描、 ——自诊断 二、工作过程——自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新 几个外阶段。 几个外阶段。 三、扫描周期 自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数× T =自检时间+ 读入一点时间× 输入点数+ 程序步数× 运 算速度+输出一点时间×输出点数。 算速度+输出一点时间×输出点数。

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输入处理
输 入 端 子 输 入 映 像 寄 存 器

程序处理
执 行 用 户 程 序 内 部 存 储 器 刷 新

输出处理
输 出 映 像 寄 存 器 输 出 端 子 输 出 信 号

输 入 信 号

PLC的工作过程示意图 的工作过程示意图

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第二节
一、型号及意义
型号的命名方式
FX

PLC的组成 PLC的组成
DC电源 D—DC电源 DC A1—AC AC电源 A1 AC电源 H—大电流输出扩展模块 大电流输出扩展模块 V—立式端子排的扩展模块 立式端子排的扩展模块 C—接插口输入输出方式 接插口输入输出方式 输入滤波器1ms F—输入滤波器1ms 扩展模块 输入滤波器 TTL输入扩展模块 L—TTL输入扩展模块 TTL 独立端子( S—独立端子(无公共端)扩展模块 独立端子 无公共端)

特殊品种 输出形式 单元类型

R—继电器输出 M—基本单元 基本单元 T—晶体管输出 E—输入输出混合扩展单元 输入输出混合扩展单元 S—晶闸管输出 16~256点 点 及扩展模块
EX—输入专用扩展模块 输入专用扩展模块 2C、2N

I/O总点数 0、2、ON、 总点数 EY—输出专用扩展模块 输出专用扩展模块 系列序号

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一、型号及意义
I/O点数:16~256点 I/O点数 点数: ~ 点 单元类型
M——表示基本单元 表示基本单元 E——表示扩展单元及扩展 模块 表示扩展单元及扩展 EX——扩展输入单元 扩展输入单元 EX EY——扩展输出单元 扩展输出单元 EY

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一、型号及意义
型号变化
DS——24VDC,世界型 24VDC, DS 24VDC ES——世界型(晶体管型为漏输出) 世界型(晶体管型为漏输出) ES 世界型 ESS——世界型(晶体管型为源输出) 世界型(晶体管型为源输出) ESS 世界型 输出形式 R——继电器输出 继电器输出 T——晶体管输出 晶体管输出 S——晶闸管输出 晶闸管输出
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二、PLC硬件系统组成 硬件系统组成
PLC基本单元 基本单元
~110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 微处理器(CPU) 运算器 控制器 输 出 部 件 电源变换器 现场用户输出设备 执行器 中间继电器 电磁阀 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块

PLC系统结构示意图 系统结构示意图
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FX 系列 系列PLC的硬件配置图 的硬件配置图

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FX 系列 系列PLC的网络通信能力 的网络通信能力

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二、PLC硬件系统组成 硬件系统组成
微处理器(CPU) 微处理器(CPU)
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、PLC工作状态及编程的语法错误; 诊断电源、PLC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, 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。

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二、PLC硬件系统组成 硬件系统组成
系统存储器——系统程序存储器 系统数据存储器 系统程序存储器+系统数据存储器 系统存储器 系统程序存储器
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。

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二、PLC硬件系统组成 硬件系统组成
用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM 用户存储器
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。

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输入单元——带光电隔离电路 带光电隔离电路 输入单元
多种辅助电源类型:AC电源DC24V输入 多种辅助电源类型:AC电源DC24V输入 电源DC24V DC电源DC24V输入 DC电源DC24V输入 电源DC24V DC电源DC12V输入 DC电源DC12V输入 电源DC12V 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。

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输出单元——带光电隔离器及滤波器 带光电隔离器及滤波器 输出单元 多种输出方式:晶体管
晶闸管 继电器 驱动直流负载(晶体管输出单元); 驱动直流负载(晶体管输出单元); 驱动非频繁动作的交/直流负载(继电器输出单元); 驱动非频繁动作的交/直流负载(继电器输出单元); 驱动频繁动作的交/直流负载(晶闸管输出单元)。 驱动频繁动作的交/直流负载(晶闸管输出单元)。

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二、PLC硬件系统组成 硬件系统组成
通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总线 采用RS-485或RS-422串行总线 通讯及编程接口 采用RS 连接专用编程器(FX-20P、FX-10P) 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; 连接个人电脑(PC),实现编程及在线监控; ),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; 连接网络设备(如调制解调器),实现远程通讯; ),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。

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I/O扩展接口 I/O扩展接口——采用并行通讯方式 扩展接口 采用并行通讯方式 扩展I/O模块 扩展I/O模块; I/O
扩展位置控制模块( F2-30GM); 扩展位置控制模块(如F2-30GM); 扩展通讯模块( FX-232AW等 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)。 扩展模拟量控制模块( FX-2DA、FX-4AD等

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三、PLC软件系统组成 软件系统组成
运行管理 管理程序 系统监控程序 软件系统 用户程序 数据表格 解释程序 标准程序模块、 标准程序模块、系统调用 自动化系统控制程序 生成用户元件 系统内部自检

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四、数据结构
十进制数( 十进制数(DEC:DECimal number),常用于: ) 常用于:
定时器/计数器的设定值; 定时器 计数器的设定值; 计数器的设定值 辅助继电器( ) 定时器( ) 计数器( ) 辅助继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)、状 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)。

十六进制数( 十六进制数(HEX:HEXdecimal number) )
与十进制数一样, 与十进制数一样 , 用于指定应用指令的数值型操作 数及指令动作常数( ) 数及指令动作常数(H)。

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四、数据结构
二进制数( 二进制数(BIN:BINary number) )
PLC内部数据类型,通过外设进行监视时,各软元件 内部数据类型,通过外设进行监视时, 内部数据类型 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。

八进制数( 八进制数(OCT:OCTal number)——用于输入继电 ) 用于输入继电 器和输出继电器的软元件编号。 器和输出继电器的软元件编号。
输入继电器用X00~X07、X10~X17、X20~X27等八进制 、 输入继电器用 、 等八进制 格式进行编号; 格式进行编号; 输出继电器用Y00~Y07、Y10~Y17、Y20~Y27等八进制 、 输出继电器用 、 等八进制 格式进行编号。 格式进行编号。

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四、数据结构
BCD码(BCD:BINary Code Decimal)——用二进 码 ) 用二进 制形式表示的十进制数,常采用8421BCD码。 制形式表示的十进制数,常采用 码
常用BCD码编码开关将 常用 码编码开关将BCD码数据送入 码数据送入PLC; ; 码编码开关将 码数据送入 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。 常以 码格式将输出数据送数码显示器显示

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。

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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
输入继电器( ) 输入继电器(X)
PLC内部 内部, 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。 八进制编号 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。
公共端
COM X0

电源

梯形图
X1 Y0

公共端
COM1

输入继电器
X0 X0

Y0

输出继电器
Y0

X0

常开触点 常闭触点

Y0 Y0

输入信号 输入端子

X0

输出负载 输出端子

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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
输出继电器( ) 输出继电器(Y)
输出继电器采用八进制编号 输出继电器采用八进制编号,有内部触点和外部输出触 八进制编号, 继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件) 点(继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件)之 由程序驱动。 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 PLC内部 外部输出触点与输出端子相连, 内部, 载输出信号, 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。 出触点。 输出继电器有无数个内部常开和常闭触点, 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。 意使用。

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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
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 但不能直接驱动外部负载,采用十进制编号。 十进制编号 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M0~M499(500点 通用辅助继电器M0~M499(500点) M0 掉电保持辅助继电器M500~M1023(524点) 掉电保持辅助继电器M500~M1023(524点 M500 特殊辅助继电器M8000~M8255(256点 特殊辅助继电器M8000~M8255(256点) M8000 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,可通 过外设设定参数进行调整。
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只能利用其触点的特殊辅助继电器 M8000:运行监控用,PLC运行时M8000接通。 8000:运行监控用,PLC运行时M8000接通。 运行时 接通 M8002:仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助 8002: 继电器。 继电器。 M8012:产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。 8012:产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。 100ms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 M8030:锂电池电压指示灯特殊继电器。 8030:锂电池电压指示灯特殊继电器。 M8033:PLC停止时输出保持特殊辅助继电器。 8033:PLC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 M8034:止全部输出特殊辅助继电器。 8034:止全部输出特殊辅助继电器。 M8039:时扫描特殊辅助继电器。 8039:时扫描特殊辅助继电器。
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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
状态( ) 状态(S)
状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元件, 状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元件, 步进型控制进行简易编程的内部软元件 十进制编号 STL配合使用 采用十进制编号。与步进指令STL配合使用; 采用十进制编号。与步进指令STL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。 状态同样有通用状态和掉电保持用状态, 状态同样有通用状态和掉电保持用状态,其比例分配可 由外设设定。 由外设设定。

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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
状态( ) 状态(S)
状态有五种类型: 状态有五种类型: 五种类型 初始状态S0~S9共10点 初始状态S0~S9共10点 S0 回零状态S10~S19共10点 回零状态S10~S19共10点 S10 通用状态S20~S499共480点 通用状态S20~S499共480点 S20 保持状态S500~S899共400点 保持状态S500~S899共400点 S500 报警用状态S900~S999共100点 报警用状态S900~S999共100点 S900

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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
定时器( ) 定时器(T)
定时器实际是内部脉冲计数器,可对内部1ms、10ms 100ms ms和 定时器实际是内部脉冲计数器,可对内部1ms、10ms和100ms 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,触点动作。 定时器可以用用户程序存储器内的常数k 作为设定值, 定时器可以用用户程序存储器内的常数k或H作为设定值,也 可以用数据寄存器D的内容作为设定值。 可以用数据寄存器D的内容作为设定值。 普通定时器(T0~T245) 普通定时器( 245)
100ms定时器T 100ms定时器T0~T199共200点,设定范围0.1~3276.7s; ms定时器 199共200点 设定范围0 3276. 10ms定时器T200~ 245共46点 设定范围0 01~327.67s ms定时器 10ms定时器T200~T245共46点,设定范围0.01~327.67s。

积算定时器( 246~ 255) 积算定时器(T246~T255)
1ms定时器T246~T249共4点,设定范围0.001~32.767s; ms定时器T246~ 249共 定时器 设定范围0 001~32.767s 100ms定时器T250~ 255共 ms定时器 设定范围为0 3276. 100ms定时器T250~T255共6点,设定范围为0.1~3276.7s。

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T10

驱动

Tx 加法计数器 相等 比较 器 Tx 触点动作

时钟脉冲 K、H或D 、 或 设定值

X0 T10 K123 T10 Y1

普通定时器的工作原理
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T250 X2 1 X1 计数器 设定值K 相等 比较器 Tx 触点动作

100ms时钟脉冲

X1
T250

K345
T250

X2 RST T250
Y1

积算定时器的工作原理
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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
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位通用加计数器, C0~C199共200点,设定值:1~ 位通用加计数器, ~ 共 点 设定值: ~ 位通用加计数器 32767。 设定值 与 K1含义相同 , 即在第一次计数时 , 含义相同, 。 设定值K0与 含义相同 即在第一次计数时, 其输出触点动作。 其输出触点动作。 32位通用加 减计数器 , C200~C234共 135点 , 设定值 : 位通用加/减计数器 位通用加 减计数器, ~ 共 点 设定值: -2147483648~+2147483647。 ~ 。 高速计数器C235~ C255共 21点 , 共享 ~ 高速计数器 共 点 共享PLC上 6个高速 上 个高速 计数器输入( 计数器输入 (X000~X005)。 高速计数器按中断原则 ~ ) 运行。 运行。
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16位加计数器 位加计数器 通用型: 通用型:C0~C99共100点 共 点 断电保持型: 断电保持型:C100~C199共100点 共 点
X10 RST C0 X11 C0 C0 Y0 K10
设定值 也可以间接设定
0 Y0 X10 X11 8 9 10

C0当前值
1 2 3

4

5

6

7

16位计数器工作过程示意图 位计数器工作过程示意图
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32位双向计数器 32位双向计数器
有两种32位加 减计数器 设定值: 有两种 位加/减计数器 , 设定值 : -2147483648~ 位加 减计数器, ~ +2147483647。 。 通用计数器: 通用计数器:C200~C219共20点 ~ 共 点 保持计数器: 保持计数器:C220~C234共15点 ~ 共 点 计数方向由特殊辅助继电器M8200~M8234设定。 ~ 设定。 计数方向由特殊辅助继电器 设定 加减计数方式设定:对于C△△△ △△△, 加减计数方式设定:对于 △△△,当M8△△△△ △△△△ 接通( 为减计数器, 断开( 接通 ( 置 1) 时 , 为减计数器 , 断开 ( 置 0) 时 , 为 ) ) 加计数器。 加计数器。 计数值设定: 直接用常数K或间接用数据寄存器 或间接用数据寄存器D 计数值设定 : 直接用常数 或间接用数据寄存器 的内容作为计数值。 间接设定时, 的内容作为计数值 。 间接设定时 , 要用元件号紧连 在一起的两个数据寄存器。 在一起的两个数据寄存器。

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X12

上升

下降

上升

X12
M8200 X13 X14

X13
RST C200 2 C200当前值 1 0 3 4

5

4

3

2

1

0 -1 -2 -3 -4 -3

0

X14
C200 K-5 设定值也可以间接设定 Y1 Y1

-5

-6

C200

-7

若输出已经接通

-8

-7

-6

-5

-4

32位加 减计数器工作过程示意图 位加/减计数器工作过程示意图 位加

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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
数据寄存器( ) 数据寄存器(D)
通用数据寄存器D0~D199共200点。 只要不写入其 共 通用数据寄存器 点 它数据,已写入的数据不会变化。但是PLC状态由 它数据,已写入的数据不会变化。但是 状态由 运行→停止时 全部数据均清零。 停止时, 运行 停止时,全部数据均清零。 断电保持数据寄存器D200~D511共312点,只要不改 共 断电保持数据寄存器 点 原有数据不会丢失。 写,原有数据不会丢失。 特殊数据寄存器D8000~D8255共256点 这些数据寄 共 特殊数据寄存器 点 存器供监视PLC中各种元件的运行方式用。 中各种元件的运行方式用。 存器供监视 中各种元件的运行方式用 文件寄存器D1000~D2999共2000点。 共 文件寄存器 点

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软元件(逻辑元件) 五、软元件(逻辑元件)
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 存器( 中的IX、 ), ),通常用于修改元件的 存器(如Z80中的 、IY),通常用于修改元件的 中的 编号。 编号。 V0~V7、Z0~Z7共16点16位变址数据寄存器。 、 共 点 位变址数据寄存器。 进行32位运算时,与指定 组合, 进行 位运算时,与指定Z0~Z7的V0~V7组合,分 的 组合 别成为( 、 ),( ),(V1、 ) ( 、 )。 别成为(V0、Z0),( 、Z1)…(V7、Z7)。

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本章小结
本章主要介绍了PLC的基本原理、FX系列 的基本原理、 系列 系列PLC型号命名、 型号命名、 本章主要介绍了 的基本原理 型号命名 PLC的组成。说明了 系列 的组成。 系列PLC内部各类软元件资源,如输 内部各类软元件资源, 的组成 说明了FX系列 内部各类软元件资源 入继电器、输出继电器、定时器、计数器、辅助继电器等。 入继电器、输出继电器、定时器、计数器、辅助继电器等。

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