1、电气控制与电气控制与PLC应用技术应用技术电子教案电子教案主主 编编 伍金浩伍金浩 曾庆乐曾庆乐中等职业教育机电技术应用专业规划教材中等职业教育机电技术应用专业规划教材丛书主编丛书主编 李乃夫李乃夫第第4章章 FX2N系列系列PLC的硬的硬件系统配置件系统配置现代工业生产自动化三大支柱 机器人PLC计算机辅设计与制造第第4章章 FX2N系列系列PLC的硬件系统配置的硬件系统配置PLC PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。是一种专门用于工业控制的计算机。为满足不断发展的大规模工业生产柔性控制的要求而逐步发展起来的。最早用于取代继电器控制线路 其功能基本限于开关量逻辑控制，仅执行逻辑运算、定时
2、、计数等顺序控制功能。但随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，的功能已大大超出了原先的逻辑运算。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，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。第第4章章 FX2N系列系列PLC的硬件系统配置的硬件系统配置第第4章章 FX2N系列系列PLC的硬件系统配置的硬件系统配置FX2N是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器
3、。它的基本指令执行速度高达 0.08s，远远超过了很多大型可编程控制器，用户储存容量可扩展到 16K 步，最大可以扩展到 256 个 I/O 点，有 5 种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4 种位置控制控制模块、多数 RS232C/RS422/RS485 串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板。使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。4.1 PLC的基本结构的基本结构CPU存储器电源部分输入单元输出单元编程器或其他设备按钮接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点4.1 PLC的基本结构的基本结构中央处理单元（CPU）存储器输入、输
4、出（I/O）单元 电源1.中央处理单元（CPU）将各种输入信号取入存储器。将各种输入信号取入存储器。编译、执行指令。编译、执行指令。把结果送到输出端。把结果送到输出端。响应各种外部设备的请求响应各种外部设备的请求2.存储器PLC 内部存储器内部存储器系统程序存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器用户程序及数据存储器 系统程序存储器：系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器：用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应
5、主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。用程序及各种暂存数据、中间结果。3.输入、输出（I/O）单元 1.开关量输入接口 直流输入单元 交流输入单元 作用：把现场的开关量信号变成内部处理的标准信号直流输入单元 内部电路COM输入1输入 nPLC输入端,开关类元件工作电流流向交流输入单元 内部电路COM输入1输入n.上上“”下下“”下下“”上上“”开关量输出口 1.开关量输出接口1.继电器输出方式2.晶体管输出方式3.晶闸管输出方式n作用：把内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号继电器输出方式PLC继电器负载COM内部电路外围电路继电器型输出接口用于交/直流两种电源,但接通
6、断开频率低晶体管输出方式PLC负载COM24V晶体管输出方式有较高的接通断开频率,但只适于直流驱动场合用于将扩充外部输入用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。与基本单元（即主机）联接在一起。4.电源PLC一般采用高质量的开关式稳压电源为内部电路供电，向CPU、存储器及输入输出接口提供各自所需的直流电压。电源的性能将直接影响PLC的功能和工作的可靠性。4.2FX2N系列的内部寄存器配置系列的内部寄存器配置 输入输出（输入输出（I/O）继电器）继电器 辅助继电器（辅助继电器（M）状态寄存器（状态寄存器（S）定时器（定时器（T）计数器（计数器（C）数
7、据寄存器（数据寄存器（D）指针（指针（P、I）4.2.1输入输出（输入输出（I/O）继电器）继电器输入继电器（X）作用作用是将用户输入设备发来的开关信号输入PLC 编号采用八进制八进制数表示 触点数在编程时没有限制，即有无数无数对动合和动断触点供编程使用 4.2.1输入输出（输入输出（I/O）继电器）继电器 输出继电器（Y）作用作用是将PLC程序的结果输出传给负载只能由内部程序指令来驱动，不能由外部信号驱动不能由外部信号驱动 有无数无数对动合和动断触点供编程使用 输出继电器的线圈只能使用一次一次 4.2.2辅助继电器（辅助继电器（M）辅助继电器不能直接驱动外部负载，供辅助继电器不能直接驱动外部
8、负载，供内部编程使用内部编程使用触点在触点在PLC内部编程时可无限次使用内部编程时可无限次使用线圈在一个程序中只能使用一次线圈在一个程序中只能使用一次 采用十进制编号采用十进制编号4.2.2辅助继电器（辅助继电器（M）通用辅助继电器通用辅助继电器M0M0M499M499（500500点）点）掉电保持辅助继电器掉电保持辅助继电器M500M500M1023M1023（524524点）点）特殊辅助继电器特殊辅助继电器M8000M8000M8255M8255（256256点）点）4.2.2辅助继电器（辅助继电器（M）特殊辅助继电器特殊辅助继电器触点型触点型特殊辅助继电器特殊辅助继电器M8000：运行监
9、视器（在：运行监视器（在PLC运行中接通）运行中接通）M8002：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通）M8011：产生10ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。线圈型特殊辅助继电器线圈型特殊辅助继电器M8033：PLC停止时保持输出映像存储器和数据寄存器内容。停止时保持输出映像存储器和数据寄存器内容。M8034：将：将PLC的输出全部禁止。的输出全部禁止。M8039：PLC按按D8039中指定的扫描时间工作中指定的扫描时间工作4.2.3状态寄存器（状态寄存器（S）它用来记录系统运行中的状态，与步进顺控指令STL配合应用 状态寄存器与辅助继电器一样有无数的动合和动断触点状态寄存器不与步进顺控指令STL配合
10、使用时，可作为辅助继电器M使用FX2N系列可通过程序设定将S0S499设置为有断电保持功能的状态器 4.2.3状态寄存器（状态寄存器（S）状态有状态有五种五种类型：类型：初始状态初始状态S0S0S9S9共共1010点点回零状态回零状态S10S10S19S19共共1010点点通用状态通用状态S20S20S499S499共共480480点点保持状态保持状态S500S500S899S899共共400400点点报警用状态报警用状态S900S900S999S999共共100100点点4.2.4定时器（定时器（T）FX2N系列中定时器时可分为通用定时器系列中定时器时可分为通用定时器和积算定时器。和积算定时
11、器。定时器实际是内部脉冲计数器，可对定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部内部1ms1ms、10ms10ms和和100ms100ms时钟脉冲进行时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点加计数，当达到用户设定值时，触点动作。动作。4.2.4定时器（定时器（T）通用定时器通用定时器的特点是不具备断电保持功能，即当输入的特点是不具备断电保持功能，即当输入电路断开或电路断开或停电停电时定时器复位。时定时器复位。通用定时器（通用定时器（T0T0T245T245）100ms100ms定时器定时器T0T0T199T199共共200200点，设定范围点，设定范围0.10.13276.7s3276.7s10m
12、s10ms定时器定时器T200T200T245T245共共4646点，设定范围点，设定范围0.010.01327.67s327.67s。4.2.4定时器（定时器（T）积算定时器具有积算定时器具有计数累积计数累积功能功能在定时过程中如果断电或定时器线圈在定时过程中如果断电或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈前的计数值（当前值），通电或定时器线圈ON后继续累积，即后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。积算定时器（积算定时器（T246T246T255
13、T255）1ms1ms定时器定时器T246T246T249T249共共4 4点，设定范围点，设定范围0.0010.00132.767s32.767s 100ms 100ms定时器定时器T250T250T255T255共共6 6点，设定范围为点，设定范围为0.10.13276.7s3276.7s4.2.4 定时器（定时器（T）积算定时器积算定时器当当X0接通时，接通时，T253当前值计数器当前值计数器开始累积开始累积100ms时钟脉冲的个数。时钟脉冲的个数。当当PLC电源经电源经t0后断开，而后断开，而T253尚尚未计数到设定值未计数到设定值K345，则当前计，则当前计数值保留。数值保留。电源接
14、通并使电源接通并使X0再次接通后，再次接通后，T253从保留的当前计数值开始继从保留的当前计数值开始继续累积。续累积。经过经过t1时间，当前计数值达到时间，当前计数值达到K345时，定时器的常开触头时，定时器的常开触头T253接通，使线圈接通，使线圈Y0接通。接通。累积总时间为累积总时间为3450.1s=34.5s。当复位输入当复位输入X1接通时，定时器才接通时，定时器才复位，当前值变为复位，当前值变为0，常开触头也，常开触头也随之复位。随之复位。4.2.5计数器（计数器（C）FX2N系列计数器分为内部计数器和高速计数器两类 内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如X、Y、M、S、T等）进行
15、计数 16位增计数器（C0C199）共200点，其中C0C99为通用型，C100C199共100点为断电保持型 32位增/减计数器（C200C234）共有35点，其中C200C219（共20点）为通用型，C220C234（共15点）为断电保持型。4.2.5计数器（计数器（C）16位增计数器位增计数器 X0为复位信号，当为复位信号，当X0为为0N时时C0复位为零开始进入计数状态。复位为零开始进入计数状态。Xl是计数输入，每当是计数输入，每当X1接通一接通一次计数器当前值增加次计数器当前值增加1。若计数器计数设定为若计数器计数设定为10，则计，则计数当前值到达数当前值到达10后计数器后计数器C0的
16、的常开触头接通，使线圈常开触头接通，使线圈Y0接通。接通。即使输入即使输入X1再接通，计数器的再接通，计数器的当前值也保持不变直至复位输当前值也保持不变直至复位输入入X0再次接通，执行再次接通，执行RST复位复位指令为止。指令为止。4.2.5计数器（计数器（C）X10X10控制控制M8200M8200实现计数方实现计数方式选择，若式选择，若X10X10闭合，为减闭合，为减计数方式。计数方式。X12X12为计数输入，为计数输入，C210C210的设的设定值为定值为5 5。X10X10断开，控制断开，控制M8200M8200为为OFFOFF，置为加计数方式。置为加计数方式。当当X12X12计数输入
17、累加至计数输入累加至5 5时，时，计数器的常开触头计数器的常开触头C200C200接接通，输出继电器线圈通，输出继电器线圈Y0Y0通通电。电。32位增位增/减计数器减计数器 4.2.5计数器（计数器（C）当前值大于当前值大于5 5时计数器时计数器仍为仍为ONON状态，只有当状态，只有当前值由减至前值由减至4 4时，计数时，计数器才变为器才变为OFFOFF，输出保，输出保持为持为OFFOFF状态。状态。复位输入复位输入X11X11接通时，接通时，计数器的当前值为计数器的当前值为0 0，输出触点也随之复位。输出触点也随之复位。32位增位增/减计数器减计数器 4.2.6数据寄存器（数据寄存器（D）通
18、用数据寄存器（D0D199）只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是PLCPLC状态由状态由运行运行停止时，全部数据均清零。停止时，全部数据均清零。断电保持数据寄存器（D200D7999）只要不改写，原有数据不会丢失。只要不改写，原有数据不会丢失。特殊数据寄存器（D8000D8255）这些数据寄存器供监视这些数据寄存器供监视PLCPLC中各种元件的运行方式用中各种元件的运行方式用变址寄存器（V/Z）用于改变元件的编号（变址）。变址寄存器可以像其它数据寄存用于改变元件的编号（变址）。变址寄存器可以像其它数据寄存器一样进行读写器一样进行读写 4.2.7指针（指针（P、I）作用：指示分支指令的跳转目标和中断程序的入口标号。分类分支用指针输入中断指针定时中断指针记数中断指针。指针（指针（P、I）分支用指针共128点分支用指针。它用来指示跳转指令（JUMP）的跳转目标或子程序调用指令（CALL）调用子程序的入口地址。中断指针中断指针是用来指示某一中断程序的入口位置。执行中断后遇到IRET（中断返回）指令，则返回主程序。
