第二章 PLC基本结构及工作原理

2.1 概述 ☆ 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜； 2.1 概述 ◆设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点 ☆ 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜； ☆ 计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难； ☆ 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）

2.1 概述 ◆70年代初期： 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ◆70年代中期： 微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 ◆80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。 ◆现在……..可编程自动化控制器 （Programmable Automation Controller， PAC/PC）

2.1 概述 ■ 是一种工业控制装置 被称为现代工业控制的四大支柱之一 ◆ 区别于一般微机控制系统 ◆ 区别于传统控制装置 PLC 机器人 2.1 概述 被称为现代工业控制的四大支柱之一 PLC 机器人 CAD/CAM 数控机床 ■ 是一种工业控制装置 ◆ 区别于一般微机控制系统 ◆ 区别于传统控制装置

2.1 概述 IEC 1987年对可编程控制器定义如下： 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC三大流派 2.1 概述 ●欧洲：西门子（Siemens）； 法国的TE（Telemecanique） 2.1 概述 2004年国内市场 PLC三大流派 ●欧洲：西门子（Siemens）； 法国的TE（Telemecanique） ●美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（General Electric） ●日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、 欧姆龙（OMRON）、 FUJI ● 韩国、台湾等PLC产品 选用PLC

FX-PLC

FX1S / FX1N/FX 2N 微型机

AnS 大中型机

微型机 S7-200 S7-400 S7-300 中型机 大型机 S7-300

C CS C200H SP

2.2 PLC的基本结构

PLC控制与继电接触控制区别 PLC控制程序并不能替代整个控制系统的输入和输出部件，如输入部件行程开关、按钮等，输出部件接触器，电磁换向阀，信号灯等，这些输入输出部件需接在PLC的输入输出接线端子上，而PLC程序是用来实现输入部件与输出部件间的控制逻辑的，即输入部件采取了什么动作命令，通过控制逻辑，输出部件执行什么样的操作。但是在传统继电接触控制系统中，只起控制逻辑的部件，如该例的中间继电器KA和时间继电器KT，PLC软件程序就可替代它们，完成其控制逻辑。

三菱FX-2N系列PLC内部的等效电路 Y0 输入继电器的状态惟一地取决于外部输入信号 对比 PLC的输入输出部分与继电接触控制系统的大致相同，PLC的控制部分用微处理器和存储器取代了继电器控制线路，其控制作用是通过用户软件来实现的。 “PLC的输入输出部分与继电接触控制系统的大致相同，PLC的控制部分用微处理器和存储器取代了继电器控制逻辑线路，其控制作用是通过用户软件来实现的。”

建议尽可能用常开触头作PLC的输入信号，这样梯形图的程序表达就与传统继电接触控制电路的表达习惯一致了。例如把左图的热继电器KH的触头改成常开触头。 Y0 如果输入继电器X002外接的是热继电器KH的触头是常闭触头而不是常开触头，梯形图中与Y0串联的X002的触点还用常闭触点就错了。为啥？当电动机没有过载时，热继电器KH的常闭触头不动作，X002的线圈得电，X002常闭触点是断开的，Y0线圈是失电的，与Y0相连的接触器KM线圈不得电，KM的3个常开主触头也是常态断开，电机不转。不对啊！当电机没有过载时，电机是一直停止的，应该是电机过载时，电机停下来。如何修正呢？

Y0 输入继电器的状态惟一地取决于外部输入信号的状态，不可能受到用户程序的控制，因此在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈。 梯形图中每个输出软继电器Y，都对应了一个输出硬件模块，当输出软继电器Y的线圈得电，则对应的输出硬件模块仅有的一个“硬件”常开触头闭合，使外部负载工作。但是在梯形图中，每个输出软继电器Y的常开“软”触点和常开“软”触点都可以多次使用。

2.2 PLC的基本结构 -- I / O 接口 ◆ 开关量输入/输出接口 ●常用开关量输入接口： 输入接口用来完成输入信号的引入、滤波及电平转换。输入接口电路的主要器件是光电耦合器。光电耦合器可以提高PLC的抗干扰能力和安全性能，进行高低电平(24V／5V)转换。 ●常用开关量输出接口： ①继电器输出接口： 响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载 ②晶体管输出接口： 响应速度快、动作频率高，只能用于驱动直流负载 ③晶闸管输出接口： 响应速度快、动作频率高， 只能用于驱动交流负载

2.2 PLC的基本结构 -- I / O 接口 ◆ 模拟量输入/输出接口 ●模拟量输入接口（A/D接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度、精度等 许多PLC还有与热电阻或热电偶配套使用的A/D接口 ●模拟量输出接口（D/A接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、精度、线性度、稳定时间等

2.2 PLC的基本结构 通信与扩展接口的连接实例

2.3 PLC性能指标及分类 PLC按结构可分为整体式和模块式。整体式的PLC具有结构紧凑、体积小，价格低的优势，适合常规电气控制。整体式的PLC也称为PLC的基本单元，在基本单元的基础上可以加装扩展模块以扩大使用范围。 模块式是把CPU、输入接口、输出接口等做成独立的单元块，具有配置灵活、组装方便的优势，适合输入／输出点数差异较大的控制系统。

这个分类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。 根据PLC的I/O点数，PLC分为小型、中型和大型三类。 1）小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC） 2）中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC 3）大型PLC I/O点数为2048以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC） 这个分类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。

2.4 PLC的主要应用 (1)开关量逻辑控制。这是PLC最基本的控制，可以取代传统的继电器控制系统。

2.5 PLC工作原理 循环扫描工作方式： 扫描是从第一条程序开始，直到遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。每一周期称为一个扫描周期。 ★ 当PLC运行时，需要进行众多的操作 ★而 PLC的CPU不可能同时去执行多个操作， 每一刻只能执行一个操作 。 ★ 解决的办法：采用分时操作原理 ★由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看， PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。 ★这种分时操作的方法称为扫描工作方式

2.5 PLC工作原理

2.6 FX2N系列PLC基本单元的型号与端子排列 2.6.1 FX2N系列PLC基本单元的型号 例如：FX2N-16MR表示为FX2N系列的基本单元，I/O总接口数为16，继电器输出方式。

2.6.2 FX2N系列PLC基本单元的端子排列

(1)电源及输入端子 (2)输出端子 L、N、 ：分别接电源相线、中线和接地线。 24+：24V电源正极。为外部传感器供电。 COM：24V电源负极。接外部传感器的负极。也称为输入信号公共端 X：输入信号端子。输入信号接在X端和COM端之间。 。：带点的端子上不要外接导线，以免损坏PLC。 (2)输出端子 从图可以看出，FX2N-16MR采用各路独立输出方式。FX2N-32MR和FX2N-48MR采用分组输出方式。每组输出公共端按COM1、COM2、COM3……的顺序编号，输出各组之间是互相分开的，这样可以使用多个电压系列(例如AC220V、DC12V)的负载。 独立输出方式和公共端输出方式如图所示。

2.7 一个简单的PLC控制例子

思考题（1） 1、目前哪些公司进口品牌的PLC？ 2、简述PLC的周期扫描工作方式。 3、按钮和接触器分别与PLC什么端口连接? 4、为什么输入继电器X的线圈不能在程序中出现?输入、输出继电器中存在X8、X9、Y8、Y9地址编号吗?

思考题（2） 5、可编程序控制器的常用编程语言有哪几种?继电器控制电路图与PLC梯形图有何相似点?试举例说明。

思考题（3） 6、简述输入继电器X、输出继电器Y的特点及用途。