PLC硬件结构及工作原理

admin 2024-11-19 11:48:0911 185

1、PLC结构及各部件功能

FX系列PLC

A系列PLC

Q系列PLC

1PLC的分类：

A:从组成结构上分：

①固定式：PLC各部件组合成一个不可拆卸的整体

②组合式（模块式）：PLC的各部件按照一定规则组合配置。

B:按I/O点数及内存容量分:

①超小型PLC②小型PLC③中型PLC④大型PLC⑤超大型PLC

C:按输出形式分:

①继电器输出:为有触点输出方式，适用于低频大功率直流或交流负载

②晶体管输出:为无触点输出方式，适用于高频小功率直流负载

③晶闸管输出:为无触点输出方式，适用于高速大功率交流负载

PLC包括1-中央处理器(CPU)、2-输入输出(I/O)、3-存储器、4-电源等

PLC结构图

1、CPU

CPU是PLC的核心，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成

A、接受从编程设备输入的用户程序和数据。

B、诊断电源，内部电路、程序的语法错误。

C、通过输入接口,读取外部输入信号的状态,存入输入映象寄存器。

D、读取用户程序,逐条逐步的执行,并把计算结果存入输出状态寄存器。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

2、I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O种类有开关量输入(DI)开关量输出(DO)模拟量输入(AI)模拟量输出(AO)等

开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

输入:接收外部信号的状态。

输出:发出信号.控制外部设备。

开关量输入举例：按钮，转换开关，限位开关，数字开关等。

开关量输出举例：指示灯，显示器，电磁阀，继电器等。

模拟量举例：温度、电压、电流、流量、压力等。

3、内存

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC期内存大小也不尽相同。

4、电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

5、底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

6、PLC系统的其它设备

编程设备：手持型编程器，计算机，人机界面。

3．APLC的输入输出分配

APLC的I/O分配根据模块所在的插槽位置及模块本身占用的I/O点数来定义。

I/O地址由主基板的0号槽开始，向右展开，输入为X□□□,输出为Y□□□.

特殊功能模块默认情况下占用32个I/O点。

基本I/O编号分配如下图所示

当使用扩展基板时，各基板都应作8个槽处理。并且第一块扩展基板的首地址应顺接主基板的末地址。

例如在一块主基板是5槽的基板后装入一个扩展基板，则主基板后3个插槽也应分配相应I/O点，然后扩展基板的I/O地址紧随在主基板最后的地址后面。

QPLC的输入输出编号分配

Q00JCPU可由1块主基板和2块扩展基板，合计3块基板来构建系统

但是可以使用的插槽数（模块数）为16个插槽。其中包括空槽。

Q00/Q01CPU可由1块主基板和4块扩展基板，合计5块基板来构建系统

但是可以使用的插槽数（模块数）为24个插槽。其中包括空槽。

AnS系列PLC主基板和扩展基板固定为8个插槽，因此，即使只是用3个插槽或者5个插槽的基板，任须占用8个插槽。

基本型QPLC占用基板可以装载的插槽数，因此，使用3个插槽的基板就占用3个插槽。

Q系列PLC的I/O的分配与模块安装的插槽有直接的关系，下图解释不同模块安装在不同插槽时的I/O地址分配。

A、Q系列PLC的I/O地址可以通过外部设备(如三菱GPP编程软件)来设置。其优先等级高于该槽实际插装的I/O组件设备。

例如：

某插槽装入32点的I/O设备，如通过外部设备设置成16点，则I/O设备的16个点将不能使用

若某插槽装入16点的I/O设备，若设置成32点。则多余的16点视为虚点。

Q系列PLC的输入输出分配与FX系列不同，输入输出分配没有交叉点，并且它按各模块所占用的点数及排布在基板插槽上的位置进行自动分配。

其中空槽（未插入模块）默认状态下占用16点，也可通过软件对其进行修改。

智能功能模块占用32点

注：当有扩展基板使用时，注意扩展板上有拨码开关，拨码的设定直接影响I/O分配的不同

5输入输出接线：

不同的I/O模块，其接线方式也不同。

下面主要介绍常用的输入输出组件的基本接法:我们以常见的输入模块QX41为例:以下是它插入基板的第一个插槽内的情况：

图左边是QX41正面外观,上方是每个I/O点对应的指示灯,当I/O接通时,它对应的指示灯自动会亮,我们可以根据指示灯的状态,来判断外部信号的通/断状态。

图的右边是模块的每个针脚对应的I/O点位。

图中间是模块的接线原理,其COM(公共端)点接的是DC24V的正电源。

一般的二线制端接模块针脚的信号点,另一端接0V信号。对于三线制开关,如光电、接近开关等,一般选用NPN型,因为NPN型信号输出的是0V。

PNP是指当有信号触发时，信号输出线out和电源线VCC连接，相当于输出高电平。

NPN是指当有信号触发时，信号输出线out和0V线连接，相当于输出低电平-0V

2.PLC工作原理

1、PLC的工作原理：PLC采用顺序扫描,不断循环的工作方式.

PLC工作的基本步骤为：1自诊断2通讯3输入采样4程序执行5输出刷新.

工作过程：CPU按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用循环扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

一般来说，PLC的扫描周期如下图所示，一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

比较下二个程序的异同：