《电气可编程控制原理与应用》课件3..ppt

1、2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,1,第3章 PLC的基本结构和工作原理,3.1 PLC的组成3.1.1 概述3.1.2 初步认识可编程控制器（PLC）3.2 PLC的基本工作原理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3.3 PLC的输入输出接口电路3.3.1 开关量输入接口模块3.3.2 开关量输出接口模块3.4 FX2N型PLC的配制3.4.1 FX2N型PLC的主要种类及型号3.4.2 FX2N型PLC的产品规格3.5 PLC中的软元件3.5.1 输入、输出

2、继电器（X、Y）3.5.2 辅助继电器（M）3.5.3 状态继电器（S）3.5.4 定时器（T）3.5.5 计数器（C）3.5.6 数据寄存器（D）3.5.7 指针（P）、（I）习题,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,2,3.1 PLC的组成,3.1.1 概述可编程序控制器(Programmable Controller)，简称PC，为了与个人计算机(Personal Computer)的PC相区别，又称可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。在国内市场上，欧洲的代表是西门子公司，日本的代表是三菱和欧姆龙公司，美国的代

3、表是AB与GE公司。本书主要介绍三菱公司生产的FX2N型PLC的基本组成，原理与应用。在了解PLC工作原理与特点的基础上，重点介绍小型PLC的应用技术。包括小型PLC的硬件与系统构成、基本性能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设计方法、系统的安装与调试等。PLC实质上是一种工业控制计算机。在初次学习PLC的控制原理时，可以先不必从计算机的角度上去理解它，而把它当作一个由各种控制功能的继电器、开关等控制元件组成的控制装置来看待。,3.1.2 初步认识可编程控制器(PLC),输入端子,输入信号灯,输出端子,输出信号灯,编程电缆运行开关,电源指示灯,运行指示灯,电池指示灯,出错指示灯,扩展端口

4、,锂电池,FX2N型PLC外观,图3-1 FX2N型PLC的外形,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,4,各种类型的PLC,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,5,中、大型PLC的结构外型,中、大型PLC的结构外型，它通常采用积木式结构，可以根据需要将各种标准模块进行搭接，常用的模块有电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块以及各种特殊模块。,图3-2中、大型PLC的结构外型,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,6,3.2 PLC的基本工作原理,3.2.1 PLC的等效电路在PLC中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器(X)

5、、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。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。,2022/10/16,第三

6、章 PLC的基本结构和工作原理,7,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,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,8,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,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,9,用PL

7、C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,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,10,3.2.2 LC的工作过程,图3-5 PLC等效电路工作过程示意图,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,11,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)

8、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。,3.2.2 LC的工作过程,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,12,3.2.3 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

9、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。,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,13,图3-6 PLC的接线图和梯形图,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,14,3.2.4 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,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,15,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

10、序的调整,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,16,3.3 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。,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,17,3.3.1 开关量

11、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：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,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,18,PLC漏型输入的外部接线,图3-11 PLC漏型输入的外部接线,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,19,3.3.2 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

12、，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,双向晶闸管输出,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,20,3.3.2 开关量输出接口模块,图3-12 PLC的开关量继电器输出接口电路,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,21,3.4 FX2N型PLC的配制,3.4.1 FX2N型PLC的主要种类及型号1、FX2N型PLC的主要种类FX2

13、N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。,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,22,2、FX2N型PLC的型号,FX2N型PLC的型号可表示如下：FX

14、2N128 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。,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,23,3.4.2 FX2N型PLC的产品规格,表3-4基本单元一览表,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,24,3.4.2 FX2N型PLC的产品规格,表3-5扩展单元一览表,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,2

15、5,3.4.2 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。,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,26,3.5 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

16、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。,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,27,3.5.1 输入、输出继电器(X、Y),表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。,2022/10/16,第三章 PLC的基本结构和工作原理,28,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