什么是PLC PLC的组成及工作原理是什么？.doc

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1、什么是PLC? PLC的组成及工作原理是什么？ 2010-08-13 14:38:29| 分类： 三菱PLC | 标签： |字号大中小 订阅 PLC是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中一些编程元件也沿用了继电器这一名称。如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、状态继电器、时间继电器、记数器等。这种用计算机内部资源描述成继电器，实际上是一种“软继电器”与继电器系统中的物理继电器在功能上有相似之处。由于以上原因，在介绍PLC工作原理之前，首先介绍物理继电器和其他常用电器元件的结构和工作原理。 2.1 继电器及常用电器元件 2.1.1 按钮 按钮是手动开关，在自

2、动控制系统中，它常用来作为开始启动或最后停止的命令。由于这种命令一般由操作人员发出，故做成手动开关。按钮一般分为常开按钮、常闭按钮及复合按钮等几种形式，其图形及文字说明如图2.1所示。 常开按钮：平时触点是分开的，手动按下去后触点闭合，手离开触点又恢复原状。 常闭按钮：平时触点是闭合的，手动按下去后触点分开，手离开触点又恢复原状。 复合按钮：把常开和常闭装在一起的按钮。2.1.2 行程开关 行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器。它的作用原理与按钮类似，当运动部件运动到某一位置，正好碰撞行程开关的顶杆时，行程开关触点动作，发出控制信号，行程开关和按钮不同点在于行程开关是靠外加的机

3、械力使触点动作，而按钮是靠人工动手而动作。行程开关的图形和文字符号如图2.2所示。现在常用光电耦合、电磁感应等原理做成无触点的行程开关。 2.1.3 接近开关 接近开关（无触点开关）是利用晶体管的导通和截止来控制设备的启、停。当接近开关作为PLC的输入点信号，其接线方法如图2.3所示。只要把它的“输出”、“地”分别接在PLC的输入端子X0与COM上，电源接在PLC的“+24V”端子即可。接近开关利用其晶体管的导通与截止来控制PLC输入信号X0的有无。 2.1.4 电磁阀 继电器和电磁阀作为PLC的主要输出器件，在自动控制领域广泛应用。电磁阀就是一个控制水管、油管和汽管的龙头开关加一个线圈，只有

4、开和闭两种状态。利用电磁原理，给线包加电，阀门吸合，打开管路：线包失电，管路关闭。我们家里使用的全自动洗衣机，它的进水合出水全靠电磁阀控制。 2.1.5 熔断器 熔断器又称保险丝，是一种利用熔化作用切断电路的保护器，起原理是当通过的电流过大时，会产生足够大的热量使熔片或熔丝熔化，从而使电路断开，保护电器设备的安全。其图形及文字符号如图2.4所示。 2.1.6 继电器 图2.5（a）是继电器结构示意图，它主要由电磁线圈、铁芯、触点和复位弹簧组成。继电器有两种不同触点，在线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点（如图2.5（a、b）中的触点3、4），处于闭合状态的触点称为常闭触点（如图2.5（a、

5、b）中的触点1、2）。 当线圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常闭触点断开，常开触点闭合，线圈电流消失及复位弹簧使衔铁返回原来的位置。常开触点断开，常闭触点闭合。图2.5（b） 为继电器的线圈、常开触点、常闭触点在电路图中的符号。一只继电器可能有若干对常开触点和常闭触点，在继电器电路图中，一般用相同的由字母、数字组成的文字符号（KM2）来标注同一个继电器的线圈和触点。 2.1.7 接触器 图2.6是用交流接触器控制异步电动机的主电路，控制电路和有关波形图。接触器的结构和工作原理与继电器基本相同。区别仅在于继电器触点的额定电流小，而接触器是用来控制大电流负载的，它可以控制额定电流为几十安至几

6、千安的异步电机。按下启动按钮A1，它的常开触点接通，电流经过A1的常开和停止按钮A2，作为过载保护用的热继电器JR的常开触点，流过交流接触器KM的线圈接触器的衔铁被吸合，使主电路中的3对常开触点闭合。异步电动机M的三相电流被接通电动机开始运行，控制电路中接触器KM的辅助常开触点同时接通，放开启动按钮及A1的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和A2，JR的常闭触点流过KM的线圈。电动机继续运行，KM的辅助常开触点实现的这种功能为“自保”或“自锁”。它使继电器电路具有类似于R-S触发器的记忆功能。 在电动机运行时按停止按钮A2，它的常闭触点断开，使KM的线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的

7、三相电流被切断，电动机停止运行，同时控制电路中的KM辅助常开触点断开。当停止按钮A2被放开，其常闭触点闭合及KM线圈仍然失电，电动机继续保持停止运行状态。图2.6给出了有关信号的波形图。 图中用高电平表示“1”状态（线圈通电，按钮被按下）用低电平表示“0”状态（线圈断电，按钮被放开）。图2.6中的控制电路在继电器系统和PLC的梯形图中被大量使用，它被称为“启动-保持-停止”电路。2.1.8 时间继电器、 又称“延时继电器”，其机构与电磁式继电器非常相似，它利用各种延时的方法，使得线圈中的电流变化缓慢，从而使得衔铁在线圈通电或断电瞬间不能立即吸合或释放，时间继电器的图形及文字符号如图2.7所示。

8、它在PLC中又称定时器，当定时器的输入接通时开始定时，定时时间到，即定时器接通定时器相应的触点动作。 2.1.9 中间继电器 通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他执行元件，中间继电器的触头容量小，触点数目多，用于控制线路，中间继电器的图形及文字符号说明如图2.8所示。 2.1.10 常用的典型控制电路 电器控制系统实际上是一种开关电路，系统中的许多电路按照一定的逻辑关系动作，电器控制电路是由“与”“或”“非”逻辑电路组合而成的，可用逻辑代数式描述。 1“与”逻辑电路 逻辑电路如图2.9（a）所示，在继电器电路中，若用K表示结果，用X表示原因则“与”的关系可表

9、之为K1=X1X2，若X1及X2都闭合，则继电器K因线圈通电而吸合，X1或X2只要有一个不闭合，继电器就不动作。有触点的继电器控制电路中触点的串联接线就能实现“与”的控制，又称为“与”逻辑关系。 2“或”逻辑电路 逻辑电路如图2.9（b）所示，在继电器电路中，若用K表示结果，用X表示原因则“或”的关系可表之为K2=X3+X4，只要X3或X4任意一个闭合，继电器K2就会因线圈通电而吸合。X3和X4都不闭合，继电器就不动作。 3“非”逻辑电路 逻辑电路如图2.9（c）所示，在继电器电路中，若用K表示结果，用X表示原因，则“非”关系可表示为K0=X0，触点不动作时是闭合状态，继电器线圈K通电，而当触

10、点动作为断开状态时，继电器断电，常闭触点实现了“非”控制。 4启动、停止、自锁电路 逻辑电路如图2.9（d）所示，前面已讲过的启动、停止、自锁电路，其逻辑代表式为：K1=（X1+X2）X2。 2.2 PLC工作原理 2.2.1 PLC的工作方式 PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当P

11、LC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。如图2.10所示。 1） 自诊断 每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错。若自诊断正常，则继续向下扫描。 2） 通讯服

12、务 PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则进行相应处理。 3） 输入处理 PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变。变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。 4） 输出处理 同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区。当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器

13、中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。 5） 程序执行 PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。 2.2.2 扫描周期 扫描周期即完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需要的时间，由PLC

14、的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为： T=（输入一点时间输入点数）+（运算速度程序步数） +（输出一点时间输出点数）+监视服务时间 扫描周期的长短主要取决于三个要素：一是CPU执行指令的速度；而是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫

15、描周期才响应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应带来的不良影响。 总之，采用循环扫描工作方式，是PLC区别于微型计算机和其他控制设备的最大特点。 PLC的组成及工作原理PLC的组成PLC由三个基本部分组成：输入部分、逻辑处理部分、输出部分。基本结构示意图参见图2-1所示。输入部分是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。逻辑处理部分用于处理输入部分取得的

16、信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。输出部分是指驱动各种电磁线圈、交 / 直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接，图2-2为一般PLC组成系统的原理框图。（由图2-2可看出，PLC的组成结构和计算机差不多，故PLC可看成用于工业控制的专用计算机）PLC主要部件功能CPUCPU是PLC的核心部件之一， 它的主要功能有： 采集输入信号； 执行用户程序； 刷新系统输出； 执行管理和诊断程序； 与外界通信。PLC常用的CPU芯片主要有：通用微处理器如INTEL（

17、8080、8085、8086、8088，80386、80486、80586）、Zilog（Z80、Z8000）、Motorola（6800、6809、68000）等。通用微处理器芯片的通用性强、价格便宜、货源充足。单片微处理器如 INTEL（8031、8039、8049、8051、8089），单片微处理器又叫单片机，它将ROM、RAM、接口电路、时钟电路、串行口甚至A/D都集成在一个很小的芯片上，自成一个小的微处理机系统；另外，单片机有大量的位寻址单元和丰富的位操作指令，它为PLC在位处理方面提供了最佳的功能和速度，所以特别适用于PLC；此外，单片机集成度高、体积小、通用性强、价格低、可扩充性

18、好、货源足。位片式微处理器如 AMD（2900、2901、2903、N8300），位片式微处理器是独立于微型机的另一分支，因为它采用双极型工艺，所以比一般的MOS型微机处理器在速度上要快一个数量级。上述两种微处理器的字长、结构、指令系统是固定的，而位片机是具有CPU的一切必要附件(如寄存器、算术逻辑部件ALU等)，位片的宽度有2、4、8位几种，用几个位片机级联，可组成任意字长的微处理器。还可通过改变微程序存储器的内容来改变机器的指令系统(即指令系统对用户开放)；位片式结构可使用多个微处理器，将任务分成几个部分让其并行处理，即重叠操作，这样能更有效地发挥其快速的特点；其缺点是：集成度低，用的芯片

19、较多，功耗也较大。目前小型PLC一般采用8位CPU如：8080、8085、Z80、6800、MCS48、51系列，而大、中型PLC常采用位片式微处理器、16/32位通用微处理器。存储器存储器是保存系统程序、用户程序、中间运算结果的器件，据其在系统中的作用，可将它们分为下列4种：系统程序存储器、用户程序存储器、数据表存储器、高速暂存存储器。系统程序存储器系统程序存储器用来存放PLC的监控程序，可分为：系统管理程序、命令解释程序、故障检测、诊断程序、通信程序。系统程序由PLC厂家设计，并固化在ROM / PROM / EPROM存储器中，用户不必对它作细致的了解，更不能改变它。用户程序存储器用户程

20、序存储器用来存放用户编制的控制程序。PLC术语中讲的存储器容量及型式就是指的用户程序存储器。常用的用户存储器型式有：EPROM、E2ROM、带掉电保护的RAM等。EPROM作程序存储器的优点是：写入程序不会因停电而丢失，但其成本较高，主要体现在两个方面：1） 调试时仍要用RAM作程序存储器，而且最好用带电容/电池后备的RAM，这样用户实质上是购了两套用户程序存储器。2） 对许多PLC而言，往往还要另外配套购置专用的EPROM写入装置和擦除装置。E2PROM是非易失性的且可电擦除的存储器，它兼有ROM的非易失性和RAM随机存取之优点，它的写入或擦除不需特殊装置，用它作用户程序存储器，在程序调试阶

21、段，可用编程器直接修改程序，程序确定下来投入运行后。这是它的优越之处，不足的是，它的写入时间较长(约为ms 级)，但对手工输入或修改程序而言，这点是不成问题的。一般而言，用户的控制程序必须经过多次的调试和修改才能确定下来，据此特点，在控制程序没确定以前，常先采用带掉电保护的RAM作用户程序存储器，待程序确定后，再由厂家提供的EPROM写入器将程序固化到EPROM中，并将该EPROM插入PLC中运行。EPROM插入PLC后，PLC则运行EPROM中的用户程序，若没EPROM插入，PLC则运行RAM区中的用户程序。许多用户用掉电保护的RAM作用户程序存储器，因为它比另两种价格便宜，一旦电源停电，靠

22、后备电池/电容可以保存RAM中的程序数年 / 数十天，只要做到停电时间不超过这期限即可。这点对于一般的工矿企业而言是容易做到的。例如：OMRON公司的C200H-MR431/831是全电池后备RAM存储器，C200H-MR431 / 831是电容后备RAM存储器，它们在25的坏境下，可以保存程序的时间分别是23年、20天。数据表存储器 (I/O映像存储器)数据表存储器用来存放开关量I/O状态表，定时器、计算器的预置值表，模拟量I/O数值等。高速暂存储器高速暂存储器主要存放运算的中间结果，统计数据、故障诊断的标志位等。其中，3、4两类存储器，常用RAM，这其中部分或全部有后备电源。I/O部分PL

23、C的I/O部分，因用户的需求不同有各种不同的组合方式，通常以模块的形式供应，一般可分为： 开关量I/O模块 模拟量I/O模块 数字量I/O模块（包括TTL电平I/0模块、拨码开关输入模块、LED/LCD/CRT显示控制模块、打印机控制模块） 高速计数模块 精确定时模块 快速响应模块 中断控制模块 PID模块 位置控制模块 轴向定位模块   通信模块。1开关量I/O模块(部分)开关量输入模块(部分) 的作用是接收现场设备的状态信号、控制命令等，如限位开关、操作按钮等，并且将此开关量信号转换成CPU能接收和处理的数字量信号。开关量输出模块(部分)的作用是将经过CPU处理过的结果转换成开关

24、量信号送到被控设备的控制回路去，以驱动阀门执行器、电动机的启动器和灯光显示等设备。开关量I/O模块(部分)的信号仅有通、断两种状态，各I/O点的通/断状态用发光二极管在面板上显示。输入电压等级通常有DC（5V、12V、24V、48V）或AC（24V、120V、220V）等。每个模块可能有4、8、12、16、24、32、64点，外部引线连接在模块面板的接线端子上，有些模块使用插座型端子板，在不拆去外部连线的情况下，可迅速地更换模块，便于安装、检修。（1）开关量输入模块按与外部接线对电源的要求不同，开关量输入模块可分为AC输入，DC输入，无压接点输入， AC/DC输入等几种型式，参见图2-3。每个

25、输入点均有滤波网络、LED显示器、光电隔离管。从图2-3?中可以看出无压接点输入是开关触点直接接在公共点和输入端，不另外接电源，电源由内部电路提供(公共点有?、之分，图2-3?中为)。输入模块的主要技术指标有：输入电压：指PLC外接电源的电压值。输入点数：指输入模块开关量输入的个数。AC频率：指输入电压的工作频率，一般为5060Hz。输入电流：指开关闭合时，流入模块内的电流。一般为510mA。输入阻抗：指输入电路的等效阻抗。ON电压：指逻辑“1”之电压值，开关接通时为“1”。OFF电压：指逻辑“0”之电压值，开关断开时为“0”。OFFON的响应时间，指开关由断通时，导致内部逻辑电路由“0”“1

26、”的变化时间。ONOFF的响应时间，指开关由通断时，导致内部逻辑电路由“1”“0”的变化时间。内部功耗：指整个模块所消耗的最大功率。（2）开关量输出模块：开关量输出通常有3种型式： 继电器输出 晶体管输出 可控硅输出。每个输出点均有LED发光管、隔离元件(光电管 / 继电器)、功率驱动元件和输出保护电路，见图2-4。图a为继电器输出电路，继电器同时起隔离和功放的作用；与触点并联的R、C和压敏电阻在触点断开时起消弧作用。图b为晶体管输出电路，大功率晶体管的饱和导通 / 截止相当于触点的通 / 断；稳压管用来抑制过电压，起保护晶体管作用。图c为可控硅输出电路，光电可控硅，起隔离、功放作用；R、C和

27、压敏电阻用来抑制SSR关断时产生的过电压和外部浪涌电流。输出模块最大通断电流的能力大小依次为继电器、可控硅、晶体管。而通断响应时间的快慢则刚好相反。使用时应据以上特性选择不同的输出型式。输出模块的主要技术指标有：工作电压：指输出触点所能承受的外部负载电压。最大通断能力：指输出触点在一定的电压下，能通过的最大电流，一般给出的电压等级有AC120V 、AC220V 、AC / DC24V 。漏电流：指当输出点断开时(逻辑“O”)，触点所流过的最大电流。此参数主要针对晶体管、可控硅型输出模块，无保护电路的继电器输出模块漏电流为0 ，有保护电路的继电器输出模块为12mA。接通压降：指当输出点接通时(逻

28、辑“1”)，触点两端的压降。回路数：等于公共点的个数。独立式模块，等于输出点数。OFFON响应时间：同输入模块。ONOFF响应时间：同输入模块。内部功耗  同输入模块。输出模块按外部接线方式分有：汇点式：输出有1个公共点，各输出点属同一个回路，共用1个电源。独立式：输出无公共点，各输出点回路不同，可以使用不同电压等级的电源。2模拟量I/O模块模拟量I/O模块常用的有：A/D、D/A、热电偶 / 热电阻输入等几种模块。A/D模块是将传感器测量的电流或电压信号转换成数字量给PLC的CPU处理；D/A模块是将CPU处理得到的数字量转变为电流或电压信号；热电偶 / 热电阻输入模块，可以直接连

29、接热电偶 / 热电阻等测温传感器，外部不需放大电路和线性化电路，能自动进行冷端补偿和调零，并且具有开路检查、输入越限报警功能，内部有A/D电路。模拟量I/O模块的量程一般是IEC标准信号(0-5V、1-5 V 、0-10V、10mA、4-20mA等)。也有双极性信号(如50mv、5v、10v、10mv、20mA等)。A/D、D/A的转换位数通常为8、10、12、16位，并且在数字量I/O处用光电管将PLC的内部核心电路与外围接口电路隔离。3数字量I/O模块常用的有TTL电平I/O模块、拨码开关输入模块、LED/LCD/CRT显示控制模块、打印机控制模块等。TTL电平I/O模块是将外围设备输入的

30、TTL电平数据进行处理，或将处理的结果以TTL电平形式输出给外围设备进行控制、执行。拨码开关输入模块是TTL电平输入，专用于BCD拨码开关的输入模块，用来输入若干组拨码开关的BCD码，有若干个输入地址选择信号输出，某位(十进制)选择信号有效时，读入相应位的BCD码信息。LED / LCD / CRT显示控制模块是TTL电平输出，专用于LED / LCD / CRT等显示设备的输入模块，有相应的控制信号输入 / 输出，能直接驱动LED数码管、液晶显示器、CRT显示器等。打印机控制模块是专用于通用打印机的接口模块，是TTL电平的并行接口，除并行输出的数据信息外还有相应的I/O控制信号(有的PLC采

31、用串行接口或编程器上的接口与打印机连接)。4高速计数模块高速计数模块是工控中最常用的智能模块之一，过程控制中有些脉冲变量(如旋转编码器、数字码盘、电子开关等输出的信号)的变化速度很高(可达几十KHZ、几MHZ)，已小于PLC的扫描周期，对这类脉冲信号若用程序中的计数器计数，因受扫描周期的限制，会丢失部分脉冲信号。因此使用智能的高速计数模块，可使计数过程脱离PLC而独立工作，这一过程与PLC的扫描过程无关，可准确计数。PLC可通过程序对它设定计数预置值，并可控制计数过程的启、停。计数器的当前值等于、大于预置值时，均有开关量输出给PLC，PLC得到此信号后便可进行相应的控制。5精确定时模块精确定时

32、模块是智能模块，能脱离PLC进行精确的定时，定时时间到后会给出信号让PLC检测。例如：OMRON的模拟定时单元C200H-TM001提供4个精确定时器，可通过DIP开关设定成0.11S、110S 1060S 110mm，定时值可通过内 / 外可调电阻进行设定。6快速响应模块PLC的输入 / 输出量之间存在着因扫描工作方式而引起的延迟，最大延迟时间可达2个扫描周期，这使PLC对很窄的输入脉冲难以监控。快速响应模块则可检测到窄脉冲，它的输出与PLC的扫描工作无关，而由输入信号直接控制，同时它的输出还受用户程序的控制。7中断控制模块它适用于要求快速响应的控制系统，接收到中断信号后，暂停正在运行的PL

33、C用户程序，运行相应的中断子程序，执行完后再返回来继续运行用户程序。8PID调节模块过程控制常采用PID控制方式，PID调节模块是一种智能模块，它可脱离PLC独立执行PID调节功能，实际上可看成1台或多台PID调节器，P、I、D参数可调。通常的输入信号种类是：直流电压(0-10v / 1-5v)、直流电流(0-10mA / 4-20mA)、热电偶 / 热电阻、脉冲 / 频率以及有控制作用的开关量I/O。9位置控制模块位置控制模块是用来控制物体的位置、速度、加速度的智能模块，可以控制直线运动(单轴)、平面运动(双轴)、甚至更复杂的运动(多轴)。位置控制一般采用闭环控制，常用的驱动装置是伺服电机或

34、步进电机、模块从参数传感器得到当前物体所处的位置，速度/加速度，并与设定值进行比较，比较的结果再用来控制驱动装置，使物体快进、慢进、快退，慢退、加速、减速、停止等，实现定位控制。10轴向定位模块轴向定位模块是一种能准确地检测出高速旋转转轴的角度位置，并根据不同的角度位置控制开关ON/OFF(可以多个开关)。例如：美国三菱公司的F2-32RM型凸轮控制器，它可准确检测出720度/转角位置信号，同时控制32个开关ON/OFF。允许最高转速是：1方式时为830rpm，0.5方式时为415 rpm。它实质上很象一种机械凸轮：共有32个凸轮盘，每轮可多至360齿。 11通信模块通信模块大多是带CPU的智

35、能模块，用来实现PLC与上位机、下位机或同级的其它智能控制设备通信，常用通信接口标准有RS-232C 、RS422、RS-485、ProfiBus、以太网等几种。编程工具编程工具是一种人机对话设备，用户用它来输入、检查、修改、调试PLC的用户程序，它还可用来监视PLC的运行情况。PLC投入正常运行后，通常不要编程工具一起投入运行，因此，编程器都是独立设计的，而且是专用的，PLC生产厂家提供的专用编程器只能用在自己厂生产的某些型号的PLC。专用编程器分为简易编程器和图形编程器。1简易编程器它类似于计算器，上面有命令键、数字键、功能键及LED显示器 / LCD显示屏。使用时可直接插在PLC的编程器

36、插座上，也可用电缆与PLC相连。调试完毕后，或取下或将它安在PLC上一起投入运行。用简易的编程器输入程序时，先将梯形图程序转换为指令表程序，再用键盘将指令程序打入PLC。2图形编程器常用的图形编程器是液晶显示图形编程器(手持式的)，它有一个大型的点阵式液晶显示屏。除具有简易型的功能外，还具有可以直接打入和编辑梯形图程序，使用起来更方便，直观。但它的价格较高，操作也较复杂。也有用CRT作显示器的台式图形编程器，它实质是一台专用计算机，它的功能更强，使用更方便，但价格也十分昂贵。3用专用编程软件在个人计算机(PC)上实现编程功能随着PC的日益普及，最新发展趋势是使用专用的编程软件，在通用的PC上实

37、现图形编程器的功能。这一编程方法的最大特点是：充分利用PC机的软、硬件资源(如：硬盘、打印及各种功能软件)，大大降低了编程器的成本，同时也大大增强了编程器的功能，使用十分方便。一般的PC添置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、修改PLC的梯形图程序，存贮、打印程序文件(清单)，与PLC联机调试及系统仿真等。并且用户程序可在PC、PLC之间互传。具有以上功能后，PLC的程序(特别是大型程序)编程、调试就显得十分方便和轻松。电源电源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首要条件。当电网有强烈波动遭强干扰时，输出电压要保持平稳。因此在PLC的电源中要加入许多稳压抗扰措施，如浪涌吸收器、隔离变压器、

38、开关电源技术等。PLC的工作原理与其它计算机系统一样，PLC的CPU以分时操作方式处理各项任务，程序要按指令逐条执行，PLC的输入、输出就有时差。整个PLC的程序执行时问有多长？输入 / 输出的响应时间有多大？我们要很好地应用PLC，就必须对这些有清楚的认识。PLC的工作过程PLC是采用循环扫描方式工作的，图2-6为一般PLC的工作流程框图：其循环过程为： 内部处理 通迅服务输入刷新 执行用户程序输出刷新。1内部处理:CPU对PLC内部的硬件作故障检查，复位WDT等。2通信服务：与外围设备、编程器、网络设备等进行通信。3输入刷新：将接在输入端子上传感器、开关、按钮等输入元件状态读入，并保存在“

39、输入状态表” (I/O映像存储器)中，给本扫描周期用户程序运行时提供最新的输入信号。4执行用户程序：CPU逐条解释并执行用户程序。根据I/O状态表(属数据表状态存储器)中ON / OFF信息，按用户程序给定的逻辑关系运算，将运算结果写入I/O状态表。注意：“I/O状态表”这个概念，用户程序中的部分输入、输出“元件”是它，但它当前的状态值和与它对应I/O端子上的元件之状态不一定相同。(这点在学过I/O响应时间之后就明白了)。5输出刷新将“输出状态表” (I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路，以驱动输出端子上的输出元件，实现控制。“输出状态表”中的内容是本次扫描周期用户程序运行的结果。现举例说

40、明如下。若程序经前一扫描周期的运行的I/O点状态被刷新成如图2-7中所示。输入信号X00点的状态在后续的5个扫描周期中分别被刷新为1，1，0，0，0，试分析输出点Y00Y02的输出状况情况：分析：已知，第0扫描周期中：I/O点状态被刷新为X00(0)0 Y00(0)0 Y01(0)0 Y02(0)0在每一扫描周期内，用户程序是按梯形图，从头开始由左右，由上下，逐条执行，直至程序结束。根据梯形图逻辑每个周期程序执行的结果是： 表2-1 状态表I/O周期号X00Y00Y01Y02000001101121111301004000050000Y00(N)=Y01(N-1) Y01(N)=X00(N)

41、Y02(N)=Y01(N)已知： X00(0)=1 X00(1)=1 X00(2)=1X00(3)、(4)、(5)=0所以：第一周期的结果是Y00(1)0 Y01(1)1 Y02(1)1( Y00(1)=Y01(0)=0; Y01(1)=X00(1)=1; Y02(1)=Y01(1)=1)同理可得：第2-5周期的输出结果是：Y00(2)=1   Y01(2)=1 Y02(2)=1Y00(3)=1 Y01(3)=0 Y02(3)=0Y00(4)=0 Y01(4)=0 Y02(4)=0Y00(5)=0 Y01(5)=0 Y02(5)=0用状态表列出（见表2-1）。扫描周期的计算方法扫描周

42、期的长短，对PLC系统的性能有一定的影响，例如较长的扫描时间对I/O响应时间，对系统运行的精确性均会产生不利的影响。见表2-2。表2-2 PLC扫描时间对内部功能的影响扫描时间ms产生的不利影响10内部0.01s时钟脉冲不起作用100内部0.1s时钟脉冲不起作用200内部0.2s时钟脉冲不起作用6500超过WDT定时值，迫使CPU停机扫描周期(T)的计算公式是：扫描周期（T）= 内部处理时间 + 通信服务时间 + 输入刷新时间 + 用户程序时间 + 输出刷新时间其中：内部处理时间：是固定的（例OMRON C200H为2.6ms）通信服务时间：若系统安装了外设、网络通信等模块，则有固定的时间（例

43、OMRON C200H为0.8ms(max) 、8ms(max)），否则为0。输入刷新时间：将接在输入端子上元件的状态读入，并保存在“输入状态表” (I/O映像存储器)中所耗费的时间。（例OMRON C200H输入0.07ms/8点，三菱FX2N输入50s/8点）。用户程序执行时间：取决于程序的长度和指令的种类，一般PLC均提供各指令的执行时间表。（例OMRON C200H LD、OUT指令，其执行时间分别为0.75、1.13s；三菱FX2N基本指令0.08s/条，应用指令1.52 数100s/条）输出刷新时间：将“输出状态表” (I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路中所耗费的时间。（例O

44、MRON C200H输出0.04ms/8点）例1 C200H PLC配置：4个8点输入模块+2个16点输入模块O、 5个8点输出模块+2个16点输出模块、程序5K个地址(且仅使用LD、OUT指令，其执行时间分别为0.75、1.13s)解：当编程器要在上面运行时：T = 2.6+0.8 + (0.75+1.13) / 2 5.120 + 0.07 8 + 0.04 9 = 9.1 ms没有外设：T = 2.6 + (0.75+1.13) / 25.120 + 0.07 8 + 0.049 = 8.3ms系统响应时间PLC系统的响应时间是指输入信号有效后，到输出元件动作所需要的时间。所以系统响应时

45、间的长短与系统的扫描周期、输入响应时间、输出响应时间有关。例如图2-8，如当SB接通有效后，直到与Y00对应的输出元件有效输出的时间即为该系统的响应时间系统最小响应时间若PLC在一次输入刷新前，输入点能建立起有效输入信号，现经扫描周期中程序的处理，经输出点输出，直到内部输出元件(J ,SSR, T)给出有效的输出为止 (见图2-9 (a)，这种响应时间为系统最小响应时间。最小响应时间 = 输入响应时间 + 1个周期的扫描时间 + 输出响应时间系统最大响应时间若在输入刷新刚完成后，输入点才建立起有效的输入信号，则必须在下一周扫描周期的输入刷新时才能将这一信号写入I/O状态表。这种响应时间为系统的

46、最大响应时间。(见图2-9 (b) 最大响应时间 = 输入响应时间 + 2个周期的扫描时间 + 输出响应时间如：输入响应时间为 1.5ms ； 输出响应时间 15ms ； 扫描周期 10ms系统最小响应时间 = 1.5+10+15 = 26.5 ms系统最大响应时间 = 1.5+210+15 = 36.5 ms由以上分析表明：从外部输入触点动作有效到内部输出元件(继电器、晶体管、可控硅)的有效输出，响应延迟时间可长达2个多扫描周期，可达几十ms，这点对一般的应用场合无关紧要。但在某些特殊应用场合，这么大的延时是不允许的，此时应考虑选用智能化的快速响应I/O模块或选用更高速的PLC机型。三菱FX

47、2N PLC简介及编程元件的地址FX1、FX2、FX2C、FX2N系列是日本三菱公司近年来推出的高性能小型整体式PLC，FX0N、FX0系列微型PLC，它们间的关系如下图所示。FX2N系列PLC名称体系、种类基本单元基本单元一览表：I/O总点数输入点数输出点数AC电源，DC输入（内部供电）继电器输出可控硅输出晶体管输出1688FX2N-16MR-001FX2N-16MT-001321616FX2N-32MR-001FX2N-32MS-001FX2N-32MT-001482424FX2N-48MR-001FX2N-48MS-001FX2N-48MT-001643232FX2N-64MR-001FX2N-64MS-001