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第 2 章 PLC 的硬件

第 2 章 PLC 的硬件. 2.1 PLC的硬件结构 2.2 FX系列PLC性能简介 2.3 特殊功能模块 2.4 编程设备与人机界面. 2.1 PLC 的硬件结构. 2.1.1 PLC 的物理结构 2.1.2 CPU 模块与存储器 2.1.3 输入模块 2.1.4 输出模块. 2.1.1 PLC 的物理结构. 整体式. 整体式 模块式. 模块式. 1 ．整体式 PLC. 小型PLC一般 属此 结构 有 基本单元和扩展单元 之分 基本单元 ： 有CPU模块、I/O模块和电源 扩展单元 ： 有I/O模块和电源

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第 2 章 PLC 的硬件

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Presentation Transcript

  1. 第2章 PLC的硬件 2.1 PLC的硬件结构 2.2 FX系列PLC性能简介 2.3 特殊功能模块 2.4 编程设备与人机界面

  2. 2.1 PLC的硬件结构 2.1.1 PLC的物理结构 2.1.2 CPU模块与存储器 2.1.3 输入模块 2.1.4 输出模块

  3. 2.1.1 PLC的物理结构 整体式 • 整体式 • 模块式 模块式

  4. 1．整体式PLC 小型PLC一般属此结构 有基本单元和扩展单元之分 基本单元：有CPU模块、I/O模块和电源 扩展单元：有I/O模块和电源 选择有关单元，满足不同要求。

  5. 2．模块式PLC 大、中型PLC一般用模块式结构。 用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块。

  6. 2.1.2 CPU模块 CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。 CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出； 存储器用来储存程序和数据。

  7. 1．CPU芯片 (1)通用微处理器，如Intel公司的8086，80186到Pentium系列芯片； (2)单片微处理器(单片机)，如Intel公司的MCS51/96系列单片机; (3)位片式微处理器，如AMD2900系列位片式微处理器。

  8. 2．存储器 存储器分为RAM和ROM。 ROM一般用于存储系统程序。 RAM一般用于存储用户程序。 其容量一般以字为单位，三菱的FX系列称为步(Step，即字)。小型的容量在1K字左右，大型的可达数M(兆)字。

  9. 2.1.3 输入/输出模块 1. 开关量I/O模块的外部接线方式 • 汇点式 • 各个I/O电路有一个公共点，共用一个电源。 • 分组式 • I/O分成若干组，每组I/O共用一个电源，各组电源可以不同。 • 分割式 • 各个I/O点之间相互隔离，每个I/O可以使用独立电源。

  10. 2.开关量输入模块 输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。 直流输入电路图

  11. 交流输入电路图

  12. 3. 开关量输出模块 输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。 • 继电器输出：低速大功率 • 直流、交流负载（隔离、功率放大） • 晶体管集电极输出：高速小功率 • 直流负载 • 双向可控硅输出：高速大功率 • 交流负载

  13. 内 部 电 路 内 部 电 路 J Y COM - 以继电器形式为例 继电器输出 PLC + 交流电源或直流电源 输出接口电路

  14. 继电器输出电路

  15. 晶体管输出电路

  16. 数字信号 现场仪表模拟信号 数字信号 端口 (地址) 工程量 工程化转换 CPU 0～4095 0～1023 …… 0～4095 0～1023 …… 0～100℃ ?～??kPa …… 4～20mA 0～10mA 1～5VDC mV、Ω …… 模数转换 (A/D、AI) 软件实现 硬件滤波 如：RC滤波 软件滤波 如：中值滤波 软件RC滤波 …… 4. 模拟量输入模块（A/D、AI） A/D作用：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号0~10mA、4~20mA、1~5VDC等转化为计算机可以处理的数字信号 检测仪表 变送器： 温度变送器 压力变送器 流量变送器 液位变送器 成分分析仪 传感器： Pt100 Cu50 热电偶 ……

  17. 光电 隔离 输入信号1 前置放大 采样保持 内、外 补偿 数据 驱动 锁存 数据 总线 多路 转换 ADC 输入信号n 控制 总线 控制单元 A/D组成：一般是由多路转换开关、前置放大器、采样保持器、ADC（Analog to Digital Converter）等组成 A/D转换通常有二种方式：① 逐次比较型 ② 双积分型

  18. A/D转换的性能指标 分辨力*――A/D接口变化一个LSB（二进制最低有效位）时输入模拟量的最小变化量 例：12位A/D转换器，输入范围0～10VDC，分辨力＝10/212＝2.44mV （通常分辨率以输入二进制数的位数来表示 ：10位、12位分辨率） 线性误差――实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差 包括偏移误差（0输入非0输出）、非线性误差等。 线性误差通常以LSB的分数表示：如1/2LSB、1LSB等 转换时间*――从启动转换到转换结束完成一次A/D转换所需要的时间 信号的隔离* 模块包含的A/D通道数* 输入信号类型――单极性、双极性、信号范围、信号制

  19. 数字信号 工程量 数字信号 端口 (地址) 工程化反变换 CPU 0～4095 0～1023 …… 0～100％ …… 0～4095 0～1023 …… 执行器控制信号 数模转换 (D/A、AO) 软件实现 4～20mA 0～10mA 1～5VDC 0～10VDC …… 5. 模拟量输出模块（D/A、AO） D/A作用：将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号4~20mA等 如： 12位数字量（0～4095） → 4~20mA 2047 对应的转换结果： 12mA 调节阀 变频器 ……

  20. D/A转换的性能指标 分辨力――二进制变化一个LSB（最低有效位）时D/A输出模拟量的最小变化量 （通常分辨率以输入二进制数地位数来表示 ：10位、12位D/A转换器） 线性误差――实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差 包括偏移误差（0输入非0输出）、非线性误差等。 线性误差通常以LSB的分数表示：如1/2LSB、1LSB等 建立时间――当输入数字量变化时，输出的模拟信号稳定在相应的数值范围之内 （0.5x LSB）所经历的时间 模块包含的D/A通道数 输出信号类型――电流、电压及输出范围

  21. 2.2 FX系列PLC性能简介 2.2.1 三菱电机公司小型PLC 2.2.2 FX系列PLC的特点 2.2.3 FX系列型号名称的含义 2.2.4 FX系列PLC的—般技术指标 2.2.5 FX1S系列PLC 2.2.6 FX1N系列PLC 2.2.7 FX2N系列PLC 2.2.8 FX2NC系列PLC

  22. ● FX系列家族成员 FX0 FX2 FX2C FX0S FX1S FX0N FX1N FX2N FX2NC 叠装式结构

  23. 2.2.1 三菱电机公司小型PLC FX系列的适应面广，有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，FX系列是国内使用得最多的PLC系列产品之一。

  24. 2.2.2 FX系列PLC的特点 1．体积极小的微型PLC 90×75×60mm，很适合于在机电一体化产品中使用。

  25. 2．美观的外部结构 三菱公司的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。它们之间用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。

  26. 3.提供多个子系列供用户选用 FX1S，FX1N和FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别 。

  27. FX1S，FX1N，FX2N和FX2NC的性能比较

  28. FX1S最多30个I/O点，有通信功能，可用于一般的紧凑型PLC不能应用的地方;FX1S最多30个I/O点，有通信功能，可用于一般的紧凑型PLC不能应用的地方; FX1N最多可配置128个I/O点，可用于要求较高的中小型系统； FX2N的功能最强，可用于要求很高的系统； FX2NC的结构紧凑，基本单元有16点、32点、64点和96点4种，可扩展到256点，有很强的通信功能。

  29. 4．灵活多变的系统配置 用户除了可选不同的子系列外，还可以选用多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不同功能的控制系统，各种配置都可以得到很高的性能价格比。

  30. FX系列有许多特殊模块，如模拟量输入输出模块、热电阻/热电偶温度传感器用模拟量输入模块、温度调节模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、定位控制器、可编程凸轮开关、RS-232C通信接口模块、RS-232C适配器、RS-485通信板适配器、RS-232C/RS-485转换接口等。FX系列有许多特殊模块，如模拟量输入输出模块、热电阻/热电偶温度传感器用模拟量输入模块、温度调节模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、定位控制器、可编程凸轮开关、RS-232C通信接口模块、RS-232C适配器、RS-485通信板适配器、RS-232C/RS-485转换接口等。

  31. 5．功能强，使用方便 FX系列内置高速计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能。可直接控制步进电动机或伺服电动机。可设置8位数字密码，以防止别人对用户程序的误改写或盗用，保护设计者的知识产权。

  32. FX1S和FX1N系列PLC使用EEPROM，不需要定期更换锂电池，成为几乎不需要维护的电子控制装置；FX1S和FX1N系列PLC使用EEPROM，不需要定期更换锂电池，成为几乎不需要维护的电子控制装置； FX2N系列使用带后备电池的RAM。若采用可选的存储器扩充卡盒，FX2N的用户存储器容量可扩充到16K步，可选用RAM，EPROM和EEPROM储存器卡盒。

  33. 2.2.3 FX系列型号名称的含义 ① 系列名称：如 0 、 2 、 ON 、 OS 、 2C 、 2NC 、 1N 、 1S ，即 FX 0 、 FX 2 、 FX 0N 、 FX 0S 、 FX 2C 、 FX 2N 、 FX 2NC 、 FX 1N 和 FX 1S 。 ② 输入输出的总点数： 4 ～ 128 点 ③ 单元类型： M－基本单元；E－输入输出混合扩展单元及扩展模块；EX－输入专用扩展模块； EY－输出专用扩展模块。 ④ 输出形式（其中输入专用无记号）： R－继电器输出；T－晶体管输出；S－晶闸管输出 ⑤ 特殊物品的区别 D：DC电源，DC输入 A1：AC电源,AC输入（AC100～120V）或AC输入模块 H：大电流输出扩展模块 V：立式端子排的扩展模式 C：接插口输入输出方式 F：输入滤波器1ms的扩展模块 L：TTL输入型模块 S：独立端子（无公共端）扩展模块

  34. 例如： FX0N-60MR FX0N-40ER FX0N-8EYR 基本单元 扩展单元 扩展模块

  35. 2.2.4 FX系列PLC的—般技术指标 FX系列PLC输入技术指标

  36. FX系列PLC输出技术指标

  37. 2.2.5 FX1S系列PLC FX1S系列PLC是用于极小规模系统的超小型PLC，可降低成本。 该系列有16种基本单元，10～30个I/O点，用户存储器(EEPROM)容量为2000步。 FX1S可使用一块I/O点扩展板、串行通信扩展板或模拟量扩展板，可同时安装显示模块和扩展板，有两个内置的设置参数用的小电位器。一个单元可同时输出2点100kHz的高速脉冲，有7条特殊的定位指令。

  38. FX1S系列的基本单元

  39. 2.2.6 FX1N系列PLC FX1N有13种基本单元，可组成14～128个I/O点的系统，并能使用特殊功能模块、显示模块和扩展板。用户存储器容量为8000步，有内置的实时钟。

  40. FX1N系列基本单元

  41. 2.2.7 FX2N系列PLC FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC。 它的基本指令执行时间高达0.08μs每条指令，内置的用户存储器为8K步，可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，有多种特殊功能模块或功能扩展板，可实现多轴定位控制。 机内有实时钟，PID指令可实现模拟量闭环控制。有功能很强的数学指令集，如浮点数运算、开平方和三角函数等。每个FX2N基本单元可扩展8个特殊单元。

  42. FX2N系列基本单元

  43. FX1N和FX2N系列带电源的I/O扩展单元

  44. FX1N和FX2N系列的扩展I/O模块

  45. 2.2.8 FX2NC系列PLC FX2NC具有很高的性能体积比和通信功能，可安装到比标准的PLC小很多的空间内。 I/O型连接器可降低接线成本，节约接线时间。I/O点数可扩展到256点，可选用实时时钟，最多可连接4个特殊功能模块。利用内置的功能，可控制两轴(包括插补功能)，通过增加扩展单元可控制多轴。

  46. FX2NC系列基本单元

  47. FX2NC系列扩展模块

  48. 2.2.9 FX3U与FX3UC系列PLC 三菱公司第三代微型PLC，性能有大幅度提高，处理速度达到0.065微秒/基本指令，内置64k步的RAM，提供209条应用指令，有7680点辅助继电器、4096点状态、512点定时器、40768点数据寄存器，还可选用64K的存储器卡盒。 FX3U属于整体式PLC，FX3UC属于模块式PLC。

  49. FX3U的基本单元

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