PLC_可编程控制器基础知识解析课件.ppt

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1、模块一可编程控制器基础知识,要求 主要介绍可编程控制器基础知识。要求了解可编程控制器的硬件结构、软件系统和用户程序的特点；熟悉可编程控制器的性能指标、扫描周期、I/O响应时间；掌握可编程控制器的扫描工作方式的基本原理。,10/9/2022,1,模块一可编程控制器基础知识 要求 10/9/20221,专题一可编程控制器概述,要求:了解PLC 发展过程、应用领域掌握 PLC的定义,10/9/2022,2,专题一可编程控制器概述要求:10/9/20222,PLC是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前PLC已基本替代

2、了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。,可编程控制器（Programmable Controller）的英文缩写是PC，容易同个人计算机（Personal Computer）混淆，因此通常都称其为PLC（Programmable Logic Controller）。,10/9/2022,3,PLC是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术，,20世纪60年代末，美国通用汽车公司（GM）希望有一种“柔性”的汽车制造生产线来适应汽车型号不断更新的要求，GM提出10条要求，并公开

3、向制造商招标。美国数字设备公司（DEC）根据以上要求，于1969年研制出了第一台可编程控制器PDP14，并在美国通用汽车公司的生产线上取得了成功。它用计算机的软组件的逻辑编程成功取代了继电器控制的硬接线编程，生产硬设备的生产线是“柔性”的愿望终于实现了。,1.1.1 可编程控制器的产生,继电器控制系统用硬件实现控制程序，当产品更新时，必须改变相应的器件和接线。现代社会制造工业迫切需要一种新的更先进的“柔性”的控制系统来取代。,柔性:第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率与无干

4、扰情况下的生产率期望值之比来衡量。,10/9/2022,4,1.1.1 可编程控制器的产生继电器控制系统用硬件实现控制,1.1.2PLC的特点,初期：用来替代继电器控制，进行开关量逻辑控制。70年后：随着微电子技术、计算机技术的发展，PLC以单片机或其它16位、32位的微处理器作为主控芯片,输入/输出等电路也采用LSI(大规模集成电路)或VLSI(超大规模集成电路), 功能有了突飞猛进的发展。PLC除有开关量控制外，还具有数据处理、数据通信、模拟量控制和PID调节等功能。80年： NEMA（美国电气制造商协会）将命名中的“逻辑”一词摘掉，称为Programmable Controller。,1

5、0/9/2022,5,1.1.2PLC的特点初期：用来替代继电器控制，进行开关量,定义：PC是一种数字式的电于装置，它使用可编程序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。,10/9/2022,6,定义：10/9/20226,1.1.2PLC的特点,（1）可靠性高，抗干扰能力强 采用LSI，开关是无触点的，而硬继电器用的是机械触点开关，可靠程度无法比拟。软硬件抗干扰措施：硬件：器件筛选和老化。电路采用光电隔离器，隔断I/O电路与内部电路的直流通路，抑制外部干扰源的影响。电源采取屏蔽、稳压、保护等措施。设置 “看

6、门狗”（watchdog）电路，能把走飞程序拉回来（自动恢复）。结构上采用耐热、密封、防潮、防尘和抗振的外壳封装,适应恶劣工业环境。,10/9/2022,7,1.1.2PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强 10,软件：数字滤波、故障检测与诊断，自动扫描，出错自动处理(报警、保护数据和封锁输出)。采用EEPROM,保护断电后用户程序和数据不会丢失。采用循环扫描的方式。,10/9/2022,8,软件：数字滤波、故障检测与诊断，自动扫描，出错自动处理(报警,（2）编程软件，简单易学 从清晰直观的继电器控制线路演化过来的梯形图程序易学易懂，易修改，深受电器工作人员的欢迎。（3）适应性好，具有柔性

7、生产工艺或设备改变时，不必改变硬设备，只需改变相应的软件就可满足新的控制要求。产品已标准化、系列化和模块化，以适应不同的控制要求。（4）功能完善，接口多样 除基本单元外，还可选配各种特殊适配器，满足不同的需要，如数字量/模拟量输入输出，定时计数， A / D与DA转换，数据处理，通信联网等功能。,10/9/2022,9,（2）编程软件，简单易学 10/9/20229,（5）易于操作，维护方便安装方便：具有DIN标准导轨安装用卡扣。连接方便：具有输入/输出端子排，只要用螺丝刀就可以与不同的控制设备连接。调试方便：输入信号可用开关来模拟，输出信号可观察面板发光二极管。维护方便：完善的自诊断功能和运

8、行故障指示装置。 （6）体积小、重量轻、功耗低 产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。如FX1S20MT型PLC：外形尺寸：75mm90mm87mm，重量：400g，功耗：20W。这种迷你型PLC很容易嵌入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。,10/9/2022,10,（5）易于操作，维护方便10/9/202210,1.1.3 PLC应用,PLC的主要应用有以下5个方面。 （1）开关量逻辑控制 是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等 （2）模拟量过程控制 控制连续变化的模拟

9、量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等均为模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过A/D模块将它们转换为数字量送PLC内部CPU处理，处理后的数字量再经过D/A转换为模拟量进行输出控制。,10/9/2022,11,1.1.3 PLC应用 PLC的主要应用有以下5个方面。1,（3）机械件位置控制用专用的位置控制模块来控制步进电机或伺服电机，实现对各种机械构件的运动控制，如速度、位移、方向等。典型应用有：机器人的运动控制、机械手的位置控制、电梯运动控制等；PLC还可与计算机数控（CNC）装置组成数控机床，以数字控制方式控制零件的加工、金属的切削等等，实现了高精度的加工。

10、,10/9/2022,12,（3）机械件位置控制10/9/202212,（4）现场数据采集处理可以方便地对生产现场的数据进行采集、分析和加工处理。通常用于机器人机械手等（5）通信联网、多级控制PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用专用通信模块，并利用RS232C或RS-422A接口，用双绞线或同轴电缆或光缆将它们联成网络。,10/9/2022,13,10/9/202213,1.1.4 PLC的分类,可以按照结构形式、I/O点数和功能两种形式分类。 1.按结构形式分类 PLC可分为整体式和模块式两种。（1）整体式将CPU、存储器、IO和电源等部件集中于一体，安装在一个金属或塑料的

11、机壳的基本单元内，机壳的上下两侧是输入输出接线端子，并配有反映输入输出状态的微型发光二极管。整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小巧、重量轻、价格低的优势，适用于嵌入控制设备的内部，常用于单机控制。一般小型以下PLC多采用这种结构，如三菱公司的FX2N、FX0N、FX1S系列。,图1.1三菱FX1S系列PLC,10/9/2022,14,1.1.4 PLC的分类 可以按照结构形式、I/O点数和,（2）模块式把各个组成部分CPU、I/O、电源等分开，做成各自独立的模块，各模块做成插件式，插入机架底板的插座上。可按照控制要求，选用不同档次的 CPU模块、各种I/O模块和其它特殊模块，构成不同功能的控

12、制系统。模块式结构的PLC具有配置灵活、组装方便，扩展容易。其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、中型PLC都采用这种结构，如三菱A2NQ系列PLC 。,图1.2三菱A2NQ系列PLC,10/9/2022,15,（2）模块式图1.2三菱A2NQ系列PLC 10/9/20,按I/O点数、内存容量和功能来分，PLC可分为微型、小型、中型、大型和超大型五类，如表1.1所示。小型PLC的存储器容量一般在2KB4KB之间，I/O点数一般在64128之间。小型PLC具有逻辑运算、定时和计数等功能，适合于开关量控制、定时和计数控制等场合，常用于代替继电器控制的单机线路中。,2.按I/O点数和功能分类,10

13、/9/2022,16,2.按I/O点数和功能分类10/9/202216,1.1.4 PLC的分类,表1.1 PLC分类,10/9/2022,17,1.1.4 PLC的分类 表1.1 PLC分类 类型I/,1.1.5 PLC的发展,1.国内外PLC的发展69年：美国设备数字公司(DEC)研制了第一台PLC。70年：日、德和法等国从美国引进这项技术，开始生产PLC。PLC应用几乎覆盖了机械、冶金、矿山、石油化工、轻工、交通运输等所有工业行业，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备，并已跃居现代工业自动化三大支柱的首位。70年：我国研制、生产自己的PLC，如江苏嘉华公司的JH系列PLC等。我

14、国的PLC技术已经进入较快速度的发展阶段，国产机在机床设备、生产自动线等的应用也越来越广泛、占有率也逐步提高。,10/9/2022,18,1.1.5 PLC的发展 1.国内外PLC的发展10/9/,1.1.5 PLC的发展 2,PLC将向着更强大和更小巧的两个方向发展。更强大是指存储容量更大、I/O点数更多、执行速度更高、智能化程度更强，数据更安全。这些大型PLC能与计算机组成多级分布式控制系统、实现对生产全过程的集中管理。大型PLC代表了当今世界的PLC发展的水平。 更小巧是指体积更小、价格更低，但性能却更强的微型化PLC。主要用于取代继电器系统，如注塑机、印刷机、包装机、纺织机和电梯控制等

15、机械配套控制电器上，也能适应复杂单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求。小型和微型PLC使用的数量,代表了PLC普及的程度。,10/9/2022,19,1.1.5 PLC的发展 2PLC将向着更强大和更小巧的,1.1.6 PLC的主要技术指标,PLC的主要性能的可以按照以下6种指标来描述。 1.I/O总点数 指PLC输入信号和输出信号的数量，也就是输入、输出的端子数总和。注意，电源、COM等端子不能作为I/O端子计入.I/O总点数是描述PLC性能的重要指标。 2.存储容量 指用户程序存储器的容量，即用户RAM的存储容量。指令是按“步”存放的，一“步”占用一个地址单元。所以1步2字节。3.扫

16、描速度指PLC扫描1000步指令所需的时间，以毫秒/千步为单位，也有用s/步为单位。,10/9/2022,20,1.1.6 PLC的主要技术指标 PLC的主要性能的可以按,4.内部寄存器 PLC内部寄存器用以存放输入/输出变量的状态、逻辑运算的中间结果、定时器/计数器的数据。内部寄存器的种类多少、容量大小，将影响到用户编程的效率。5.编程语言与指令系统 有梯形图、助词符、SFC(状态转换图)（Sequential Function Chart）以及高级语言等。在PLC的指令系统中，包含的指令种类越多，其功能就越强。 6. 特殊功能模块 PLC除了基本单元外，还可选配各种特殊功能模块。特殊功能模

17、块的种类多少、功能强弱是衡量PLC技术水平高低的一个重要指标。,10/9/2022,21,4.内部寄存器 10/9/202221,要求：了解PLC的一般结构掌握PLC工作原理,专题二PLC的组成与工作原理,10/9/2022,22,要求：了解PLC的一般结构专题二PLC的组成与工作原理 1,2.1.1PLC的硬件系统 PLC是专为工业控制而设计,采用了典型的计算机结构,主要由CPU、存储器、采用扫描方式工作的I/O接口电路和电源等组成。,图1.3 PLC硬件系统结构框图,2.1 PLC的一般结构,10/9/2022,23,2.1.1PLC的硬件系统 图1.3 PLC硬件系统结构,1.微处理器（

18、CPU） CPU由控制器、运算器和寄存器组组成，大多用8位、16位和32位微处理器或单片机作为主控芯片，是系统的控制/运算中心，其它部件，如ROM、RAM和I/O部件等都是通过3总线AB、DB和CB挂靠在CPU上的。2.存储器（ROM和RAM）ROM（Read Only Memory）:存放系统程序，相当于通用计算机中的BIOS。EPROM（Erasable ROM）:可擦除可编程只读存储器EEPROM（Electrical EPROM）：电擦除可编程只读存储器。正常运行时，和普通RAM一样，可随机读写，又能象ROM那样断电后具有信息的非易失性。RAM（Random Access Memory

19、）：放用户应用程序。,10/9/2022,24,1.微处理器（CPU） 10/9/202224,3.输入/输出（IO）单元 IO单元是PLC与输入/输出设备间信息传送的接口。(1)为什么要用输入/输出接口电路？ 数据锁存向外设输出数据时的需要。 电平隔离使外设和CPU电路之间直流电平互不影响。 速度协调使外设和CPU之间，准备好后才传送数据。 数据变换:串/并变换、并/串变换、A/D变换、D/A变换等。,10/9/2022,25,3.输入/输出（IO）单元 10/9/202225, 单元内部已有24V的直流电源，所以输入端子和COM端间可接无电压开关，也可接NPN型集电极开路晶体管，输入接好后

20、，对应的LED就会发亮。,（2）FX系列PLC基本单元输入电路,10/9/2022,26, 单元内部已有24V的直流电源，所以输入端子和COM端间可,输入采用：光电耦合器：耦合交流，隔离直流。RC滤波器：防止输入干扰，引起10ms的I/O响应延迟。X000X017内置数字滤波器：可按功能指令在060ms范围内变动。输入电压/电流： DC24V/7mA X010后： DC24V/5mA。为可靠起见，ON电流分别为： 4.5mA/3.5mAOFF电流为： 1.5m。 利用外接电源驱动光电开关等传感器时，要求外接电源的电压同内部电源电压相同；允许的范围是：DC24V4V。,10/9/2022,27,

21、10/9/202227,（3）FX系列PLC基本单元输出电路输出继电器的输出触点接到PLC的输出端子上，外部负载和工作电源与PLC的输出端子和公共端子COM相连，负载工作与否受PLC程序运行结果的控制。PLC输出形式:继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出 继电器输出优点：电压范围宽，导通压降小，价格也便宜，可控制交直流负载。缺点：触点寿命短，断开有电弧，易产生干扰，转换频率低，响应时间10ms。,10/9/2022,28,10/9/202228,表1.2 PLC分类,。,10/9/2022,29,表1.2 PLC分类 。10/9/202229,当PLC有输出时，输出继电器线圈得电，其主触点闭合，

22、驱动外部负载工作。继电器可以将PLC的内部电路与外部负载电路进行电气隔离。最大负载：纯电阻负载2A/1点；感性负载80VA以下。,图1.5继电器输出电路,10/9/2022,30,当PLC有输出时，输出继电器线圈得电，其主触点闭合，驱动外部, 晶体管输出借光耦使晶体管截止或饱和控制负载，并对内部电路和输出电路光电隔离。最大负载：纯电阻负载0.5A/1点；考虑温度上升的影响，要求总电流0.8A/4点。,图1.6晶体管输出电路,优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，响应快，I/O响应时间为0.2ms。缺点：价格高，过载能力差。,10/9/2022,31, 晶体管输出图1.6晶体管输出电路 优点：

23、寿命长，无触点, 晶闸管输出籍光触发双向晶闸管，使其截止或导通来控制负载。,图1.7晶闸管输出电路,优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，可驱动交流负载。缺点：价格高，负载能力较差。最大负载：纯电阻负载0.3A/1点。,10/9/2022,32,图1.7晶闸管输出电路 优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠,4.电源单元 PLC的内部有一高性能稳压电源，允许外部电源电压额定值：1015。FX1S系列电源规格： 额定电压：AC100240； 电压允许范围：AC85264； 传感器电源：DC24V/400mA。一般小型PLC的电源包含在基本单元内，大中型PLC才配有专用电源。PLC内部还带有锂电池后

24、备电源。,10/9/2022,33,4.电源单元 10/9/202233,2.1.2PLC的软件系统,PLC软件主要分为两大类，系统程序和应用软件。1.PLC的系统程序（1）管理程序管理程序是系统控制中心，它管理PLC的所有资源，控制PLC各部件的操作，输入/输出、数据与代码的传送与存取、算术与逻辑运算等操作，对PLC系统各部件进行自检和故障诊断。（2）编译程序编译程序相当于一个翻译，它能把用户编的梯形图程序、助词符源程序和高级语言源程序翻泽成PLC能够识别的机器语言。,10/9/2022,34,2.1.2PLC的软件系统PLC软件主要分为两大类，系统程,（3）系统调用功能模块系统调用功能模块

25、由许多独立的功能模块组成，通过系统调用实现某种独立的功能，如输入/输出及特殊运算操作。PLC根据不同的控制要求，选用不同的模块完成不同的操作。,10/9/2022,35,（3）系统调用功能模块10/9/202235,2.应用程序,包括PLC厂商开发的供用户使用的在各种平台下使用的软件，以及用户根据控制要求，用PLC的程序设计语言编制的应用程序。（1）本书用到的三菱工控产品的最新实用软件三菱MEDOC230，DOSV2.30版本，用于FX2N、FX1N、FX1S、FX0N、FX0S、A系列PLC编程软件；三菱SW0PC-FXGP/WIN-C FX2N、FX1N、FX1S、FX0N、FX0S系列P

26、LC编程软件，Windows V3.00 中文版 。,10/9/2022,36,2.应用程序包括PLC厂商开发的供用户使用的在各种平台下使,（2）用户程序存储在系统程序指定的存储区内，其最大容量也是由系统程序限定的。在小型PLC中其循环扫描工作方式决定了用户程序通常多为顺序结构，即从第一条指令至最后一条指令，不断循环扫描。大中型PLC的用户程序庞大而复杂，一般都采用模块化结构，就是将一个大程序划分成多个功能模块，然后按功能模块来编程，最后再把各部分调试组合成一个完整的大程序。,10/9/2022,37,（2）用户程序10/9/202237,2.2PLC的基本工作原理,2.2.1 PLC的工作方

27、式PLC采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集中进行输出刷新。I/O映像区分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中各结果的状态。1.PLC循环扫描工作方式一般包括五个阶段：(1)内部处理与自诊断(2)与外设进行通信处理(3)输入采样(4)用户程序执行(5)输出刷新。,10/9/2022,38,2.2PLC的基本工作原理 2.2.1 PLC的工作方式,图1.13 PLC循环扫描的工作过程,10/9/2022,39,图1.13 PLC循环扫描的工作过程 10/9/202239,方式开关置STOP:只执行前2个阶段，即只作内部处理与自诊断与外设进行通信处理；方式开关置RUN:将执行所有阶段。

28、上电复位时，PLC首先作内部初始化处理，清除I/O映像区中的内容；接着作自诊断，检测存储器、CPU及I/O部件状态，确认其是否正常；再进行通信处理，完成各外设（编程器、打印机等）的通信连接；还将检测是否有中断请求，若有则作相应中断处理。在此阶段可对PLC联机或离线编程，如学生实验时的编程阶段。上述阶段确认正常后，并且PLC方式开关置于RUN位置时，PLC才进入独特的循环扫描，即周而复始的执行输入采样、程序执行、输出刷新。,10/9/2022,40,方式开关置STOP:只执行前2个阶段，即只作内部处理与自诊断,10/9/2022,41,10/9/202241,（1）输入采样阶段CPU顺序扫描每个

29、输入端，顺序读取输入端的状态，并将其存入输入映像区单元中。,图1.14 RUN状态下扫描过程,10/9/2022,42,（1）输入采样阶段图1.14 RUN状态下扫描过程 10/9,采样结束后，输入映像区被刷新，其内容将被锁存而保持着，并将作为程序执行时的条件。当进入程序执行阶段后，若输入端又发生变化，则输入映像区相应单元保存的信息，因被输入锁存器隔离而不会跟着改变。只有在下一个扫描周期的输入采样阶段，输入端信息才会被输入锁存器再次送入输入映像区的单元中。因此，为了保证输入脉冲信号能被正确读入，要求脉宽必须大于一个扫描周期。,10/9/2022,43,采样结束后，输入映像区被刷新，其内容将被锁

30、存而保持着，并将作,（2）程序执行阶段 CPU从用户程序第0步开始，顺序逐条扫描用户梯形图程序。扫描每支梯形图，总是按先上后下、先左后右的顺序对由接点构成的控制线路进行逻辑运算。这里接点就是I/O映像区存储单元，由于它对应的是输入端的状态，所以把它称为接点（软触点）。 以接点数据为条件，根据用户程序进行逻辑运算，并把运算结果存入输出映像区单元中。在程序执行阶段，只有输入端在I/O映像区存放的输入采样值不会发生改变，而其它各软组件和输出点在I/O映像区的状态和数据都有可能随着程序的执行而变化。请注意PLC非并行工作的特点，在程序的执行过程中，上面逻辑行中线圈状态的改变，会对其下面逻辑行中对应的接

31、点状态起作用。反之，排在下面的逻辑行中线圈状态的改变，只能等到下一个扫描周期才能对其上面逻辑行对应此线圈的接点状态起作用。,10/9/2022,44,（2）程序执行阶段10/9/202244,（3）输出刷新阶段CPU将输出映像区的状态信息转存到输出锁存器中，刷新其内容，改变输出端子的状态，再通过输出驱动电路驱动被控外设（负载),这才是PLC的实际输出。,10/9/2022,45,（3）输出刷新阶段10/9/202245,2.PLC处理输入输出特点 在用户RAM区中设置I/O映像区，分别存放执行程序之前采样的各输入状态和执行过程中各结果的状态。 输入点在I/O映像区中的数据，取决于输入端子在本扫

32、描周期输入采样阶段所刷新的状态，而在程序执行和输出刷新阶段，其内容不会发生改变。 输出点在I/O映像区中数据，取决于程序中输出指令的执行结果，而在输入采样和输出刷新阶段，其内容不会发生改变。输出锁存电路中的数据，取决于上一个扫描周期输出刷新阶段存入的内容，而在输入采样和程序执行阶段，其内容不会发生改变。直接与外部负载连接的输出端子的状态，取决于输出锁存电路输出的数据。程序执行中所需要的输入/输出状态，取决于由I/O映像区中读出的数据。,10/9/2022,46,2.PLC处理输入输出特点10/9/202246,3.PLC同传统继电器控制的异同继电器控制采用硬逻辑并行运行方式，一个继电器线圈的通

33、断，将会同时影响该继电器的所有常开和常闭触点动作，同触点在控制线路的位置无关。 PLC采用循环扫描工作方式，一个软继电器的线圈通断，只会影响该继电器扫描到的接点动作。但是，由于CPU的运算处理速度很高，使得从外观上看，用户程序似乎是同时执行的。,10/9/2022,47,3.PLC同传统继电器控制的异同10/9/202247,表1.3 PLC控制系统与继电器控制系统比较,10/9/2022,48,表1.3 PLC控制系统与继电器控制系统比较控制系统控制方式,PLC全过程扫描一次所需的时间定为一个扫描周期。上电复位后，首先要进行初始化工作，如自诊断、与外设通信等。当PLC方式开关置于RUN位置时

34、，它才进入输入采样、程序执行、输出刷新，并不断循环重复执行后三个阶段，所以运行后的扫描周期相应的要短一些。,2.2.2 PLC的扫描周期 1.PLC扫描周期的定义,10/9/2022,49,PLC全过程扫描一次所需的时间定为一个扫描周期。上电复位后，,2.PLC扫描周期的计算 一个完整的扫描周期可由自诊断时间、通信时间、扫描I/O时间和扫描用户程序时间相加得到。自诊断时间：同型号的PLC的自诊断时间通常是相同的，如三菱FX2系列机自诊断时间为0.96ms。通信时间:取决于连接的外设数量，若外设为零，则通信时间为0秒。扫描I/O时间:等于扫描的I/O总点数与每点扫描速度的乘积。扫描用户程序时间:

35、等于基本指令扫描速度与所有基本指令步数的乘积；对于扫描功能指令的时间，也同样计算，功能指令扫描速度与指令步数可以查阅相关用户手册。可见，PLC控制系统固定后，扫描周期将主要随着扫描用户程序时间的长短而增减。当机型确定后，扫描速度就确定了，扫描用户程序时间的长短将随着用户梯形图程序的长短而增减了。,10/9/2022,50,2.PLC扫描周期的计算 10/9/202250,表1.3 PLC控制系统与继电器控制系统比较,10/9/2022,51,FX系列机型基本指令扫描速度应用指令扫描速度FX0N1.6至,解：扫描30点I/O所需要的时间为：T13.8S/点30点=0.11ms 扫描2000步程序

36、所需要的时间为：T20.7S步2000步=1.4ms 自诊断所需要的时间为：T31ms通信时间为：T40（不与外设通信）一个扫描周期为：TT1T2T3T40.1141.41ms2.5ms,例1.1 FX1S-30MT，其输入/输出点数为16/14，用户程序为2000步基本指令，PLC运行时不连接上位计算机等外设。I/O扫描速度为3.8S/点，用户程序的扫描速度取表1.4中0.7s步；自诊断所需的时间设为1ms，试计算一个扫描周期所需要的时间为多少？,10/9/2022,52,解：扫描30点I/O所需要的时间为：例1.1 FX1S-3,在实际使用中要精确计算PLC的扫描周期，也是比较麻烦的。特别

37、是对于功能指令，逻辑条件满足与否，执行时间各不相同。为了方便用户，FX系列PLC中，将扫描周期最大值、扫描周期最小值、扫描周期当前值和恒定扫描周期的值分别存入D8012、D8011、D8010和D8039四个特殊数据寄存器中。PLC运行时，用户可以用编程器查看、监控扫描周期的大小及变化。,表1.5有关扫描周期的4个特殊数据寄存器的内容,恒扫描周期就是定时刷新输出，非恒扫描是=输入刷新时间+执行全部程序时间+输出刷新时间。,10/9/2022,53,在实际使用中要精确计算PLC的扫描周期，也是比较麻烦的。特别,例1.2 某FX1S型号的PLC运行时，查得 D8010、D8011、D8012存放的

38、数值如表1.6所示。试计算它的扫描周期最大值、扫描周期最小值、扫描周期当前值和恒定扫描周期的值各为多少？,表1.6例1.2中有关扫描周期的4个特殊数据寄存器内容,10/9/2022,54,例1.2 某FX1S型号的PLC运行时，查得 D8010、D,解：将各数据寄存器中的数值乘以各自的计时单位即可得到所求计时值如表1.6第3列所示。扫描周期当前值：T250.1=2.5ms扫描周期最小值：Tmin200.1=2ms扫描周期最大值：Tmax300.1=3ms恒定扫描周期值：Tconst41=4ms,符合TconstTmax注意，要实现恒定扫描，须同时满足：TconstTmax。TconstWDT（

39、警戒计时器设定值）。PLC的警戒计时器，监视每次扫描是否超过规定时间，如果因故，扫描周期变长，就会发出报警信号。,10/9/2022,55,解：将各数据寄存器中的数值乘以各自的计时单位即可得到所求计时,PLC采用顺序扫描工作方式，软线圈控制其所属接点是扫描到的接点才会动作。这种输入、输出的滞后，会不会影响PLC控制系统正确取代继电接触控制系统呢？通过例1.1的计算：FX小型PLC的扫描周期为毫秒级（每秒可扫描用户程序几十到几百次），被控对象继电器、接触器触点的动作时间：100ms。相对而言，PLC的扫描过程几乎是同时完成。PLC因扫描而引起的响应滞后非但无害，反而可增强系统的抗干扰能力，避免在

40、同一时刻因有几个电器同时动作，而产生触点动作时序竞争现象。但对响应时间要求高的设备，则应选用高速CPU、快速响应模块、高速计数模块，直至采用中断传输方式。,3.PLC扫描周期与继电接触控制系统响应时间比较,10/9/2022,56,PLC采用顺序扫描工作方式，软线圈控制其所属接点是扫描到的接,I/O响应时间：从PLC的输入信号变化开始到引起相关输出端信号的改变所需的时间，它反映了PLC的输出滞后输入的时间。引起输出滞后输入的主要原因是：为了增强PLC的抗干扰能力，PLC的每个开关量输入端都采用电容滤波、光电隔离等技术。由于PLC采用集中I/O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号

41、发生变化，输入映象区的内容也不会改变。响应时间至少要一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。最短的I/O响应时间：输入信号的变化正好在采样阶段结束前发生，所以在本扫描周期能被及时采集，并在本扫描周期的输出刷新阶段开始时就输出。,2.2.3 PLC的I/O响应时间,10/9/2022,57,I/O响应时间：从PLC的输入信号变化开始到引起相关输出端信,图1.15最短的I/O响应时间,图1.16最长的I/O响应时间,最长的I/O响应时间：输入信号正好在采样阶段结束后变化，要在下一扫描周期的采样阶段才能被采集到，在下一扫描周期的输出刷新阶段结束前输出。,10/9/2022,58,图1.15最短

42、的I/O响应时间 图1.16最长的I/O响应,小结,（1）PLC具有可靠性高、抗干扰能力强，简单易学、适应性强、调试维修方便等特点。（2）PLC除了用于开关量控制控制，还能进行模拟量控制、数据处理和通信联网等。（3）PLC有着同通用微机相同的硬件结构，其软件系统也包括系统程序和应用程序。（4）熟悉PLC的主要技术指标：IO总点数、存储容量、扫描速度、内部软组件、特殊功能模块。（5）掌握PLC循环扫描工作方式。扫描梯形图时，总是按先上后下、先左后右的顺序进行。逻辑行间作用特点是：上对下,立即影响；下对上,等待下次。扫描工作方式是产生I/O响应滞后现象的主要原因。（6）会进行扫描周期的计算。,10

43、/9/2022,59,小结（1）PLC具有可靠性高、抗干扰能力强，简单易学、适应性,要求:了解三菱公司FX2N系列PLC特点， FX系列PLC产品简介，FX系列可编程控制器型号命名的基本格式,三菱FX2系列PLC内部软组件，输入/输出继电器区域，专用继电器与辅助继电器区域，数据存储器与扩展数据存储器区域，定时器/计数器,其它组件。,专题三 三菱FX系列PLC,10/9/2022,60,要求:专题三 三菱FX系列PLC10/9/202260,表2.1 三菱小型PLC基本性能一览表,3.1 三菱小型可编程控制器,10/9/2022,61,表2.1 三菱小型PLC基本性能一览表 3.1 三菱小型,三

44、菱小型可编程控制器分F、F1、F2、FX0、FX2、FX0N、FX2C几个系列，其中F系列是早期的产品。各产品的主要基本性能如表2.1所示。 FX2系列PLC是1991年推出的产品，它是整体式和模块式相结合的迭装式结构。FX2型PLC有一个16位微处理器和一个专用逻辑处理器。FX2的执行速度为0.48s/步，是目前运行速度最快的小型PLC之一。FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，最近又推出的FX0N超小型的标准PLC，它继承了超小型Fl的特点和FX2的硬件和软件概念。加强型的小型机FX2C，尺寸更小，性能更高，其基本单元连接采用接插件的输入输出方式，从而减少了接配线工时，FX2C的维护性能

45、极佳。,10/9/2022,62,三菱小型可编程控制器分F、F1、F2、FX0、FX2、FX0,3.2 三菱公司FX2N系列PLC产品简介,FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方面都是相当于FX系列中最高档次的超小型程序装置。除输入输出16256点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。FX2N系列PLC的特点： 系统配置既固定又灵活可进行16256点的灵活输入输出组合。可连接扩展模块，包括FXon系列扩展模块。 编程简单，指令丰富功能指令种类多，有高速处理指令:、便利指令、数据处理:、特殊用途指令等等。,10/

46、9/2022,63,3.2 三菱公司FX2N系列PLC产品简介 FX2N系列, 品种丰富可选用16/32/48/64/80/128/点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。也可根据电源及输出形式，自由选择。 高性能内置程序容量8000步，最大可扩充至16K步, 可输入注释，还有丰富的软组件。 高速运算1个指令运行时间，基本指令只需0.08s，应用指令在1.52s几百s之间。 多种特殊用途FX2N系列中，1台基本单元最多可连接8台扩展模块或特殊功能模块，连接上相关的特殊功能模块后，可应在模拟控制、定位控制等特殊场合。,10/9/2022,64, 品种丰富10/9/202264, 外部机器通

47、讯简单化一台FX2N主机可安装一个机能扩充板，使用FX2N485BD及FXON485ADP的FX2N系列间，可作简易PLC通信连接。 共同的外部设备可以共享FX系列的外部设备，如便携式简易编程器FX10PE、FX20PE（需使用FX20PCAB0作连接线）。用SC09电缆线与微机连接，可使用FXPCS/WIN编程软件。,10/9/2022,65,10/9/202265,3.3 三菱FX系列PLC命名,日本三菱公司的FX系列的PLC基本单元和扩展单元的型号由字母和数字组成，其格式为：FX-其中方框的含义如图2.1所示：,图2.1 FX系列可编程控制器型号命名的基本格式,系列序号： 0、2、ON、

48、2C，如：FX1、FX2、FXON I/O总点数：4256,10/9/2022,66,3.3 三菱FX系列PLC命名 日本三菱公司的FX系列的,单元类型：M 基本单元 E输入、输出混合扩展单元或扩展模块 EX输入扩展模块 EY输出扩展模块 输出形式：R继电器输出 S双向可控硅输出 T晶体管输出 特殊品种区别：D 直流电源 A 交流电源 S 独立端子(无公共端)扩展模块 H 大电流输出扩展模块 V 立式端子排的扩展模块 F输入滤波器1ms的扩展模块LTTL输入型扩展模块A接插口输入输出方式,10/9/2022,67,单元类型：M 基本单元10/9/202267,若无特殊品种区别一项符号，通指AC

49、电源，DC输入，横式端子排，继电器输出为2A/点；晶体管输出为0.5A/点：晶闸管输出为0.3A/点。 例如FX40MR含义为：FX系列，I/O总点数为40点，该模块为基本单元，采用继电器输出。再如：FX8EYR含义为：该模块为FX系列，有8个继电器输出的扩展模块。,10/9/2022,68,若无特殊品种区别一项符号，通指AC电源，DC输入，横式端子,3.4 三菱FX2系列PLC内部软组件,软组件定义：PLC中可被程序使用的所有功能性器件。可将各个软组件理解为具有不同功能的内存单元，对这些单元的操作，就相当于对内存单元进行读写。由于PLC的设计的初衷是为了替代继电器、接触器控制，许多名词仍借用

50、了继电器、接触器控制中经常使用的名称，例如“母线”、“继电器”等。软组件种类：输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、状态组件S、指针P/I、常数K/H、定时器T、计数器C、数据寄存器D和变址寄存器V/Z。需要和外部进行硬件连接的软组件只有输入和输出继电器，其它软组件只能通过程序加以控制。,10/9/2022,69,3.4 三菱FX2系列PLC内部软组件软组件定义：10/9,3.4.1 输入/输出继电器,1输入继电器X（X000X177）输入继电器与PLC的输入端相连，它的代表符号是“X”。输入继电器的外部物理特性就相当于一个开关量的输入点，称为输入接点。外接开关的两个接线点中，一个接到输入