机床电气控制及PLC第四章三菱FX系列PLC简介.ppt

第4章 三菱FX系列PLC简介,1.FX系列PLC的硬件配置及其技术指标2.FX系列PLC内部编程元件的功能,FX系列PLC内部编程元件的功能,教学重点:,教学难点:,4.1 FX系列可编程序控制器概述,4.2 FX系列可编程序控器基本组成,4.3 FX系列可编程序控制器软元件,4.4 FX系列可编程序控制器工作原理,4.1 FX系列系列可编程序控制器概述,1、FX 系列PLC的命名,特殊品种：DDC24V直流电源输入。无标记为AC电源,2、FX 系列PLC一般技术指标,可编程控制器的性能指标较多，通常可以用以下几种性能指标进行描述。,1）输入/输出点数,输入/输出点数是指可编程控制器组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数量，即可编程控制器外部输入、输出端子数。它表示可编程控制器组成控制系统时可能的最大规模。通常，在总点数中，输入点数大于输出点数，且输入与输出点不能相互替代。,2）扫描速度,一般以执行1 000步指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步。也有以执行一步指令时间计，单位为微秒/步。,可编程控制器的存储器包括系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分。可编程控制器产品中可供用户使用的是用户程序存储器和数据存储器。,3）存储器容量,4编程语言,可编程控制器采用梯形图、布尔助记符、菜单图、功能模块图和语言描述等编程语言。不同的可编程控制器产品可能拥有其中一种、两种或全部的编程方式,可编程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如存储容量为1 000步的可编程控制器，其存储容量为2 K字节。,5）指令功能,可编程控制器的指令种类越多，则其软件的功能就越强，使用这些指令完成一定的控制目标就越容易。,此外，可编程控制器的可扩展性、使用条件、可靠性、易操作性及经济性等性能指标也是用户在选择可编程控制器时须注意的指标。,返回,4.2FX 系列PLC的基本构成,可编程控制器的基本组成可以划分为两大部分，即硬件系统和软件系统。,世界各国生产的可编程控制器外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件系统都大体相同主要由中央处理器模块、存储器模块、输入输出模块、编程器和电源等几部分构成。,1、PLC硬件组成,RS232口,电池座,电源输入端子,输出端子,直流电源输出端子,输入端子,I/O状态指示灯,扩展插座,方式选择开关,运行监视指示灯,电位器（V0、V1）,波特率选择开关,编程工具连接插座,情景模拟,接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。,微处理器（CPU）,存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释程序、功能子程序的调用管理程序、存储系统参数。,存储器 系统存储器+用户存储器,存放用户工作程序、工作数据。,多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入 DC电源DC24V输入 DC电源DC12V输入接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。,输入单元带光电隔离电路,多种输出方式：晶体管 晶闸管 继电器驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。,输出单元带光电隔离器及滤波器,连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）；连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。,通讯及编程接口 采用RS-485或RS-422串行总线,扩展I/O模块；扩展位置控制模块（如F2-30GM）；扩展通讯模块（如FX-232AW等）；扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。,I/O扩展接口采用并行通讯方式,编程器接口,主要用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PC的内部状态和参数，与PC进行人机对话。编程器一般有两类：专用编程器和个人计算机。专用编程器:(1)手持编程器：FX-10P-E,FX-20P-E(2)图形编程器个人计算机：安装相关编程软件,电源单元,可编程控制器使用220V交流电源或24V直流电源，内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（5V直流）。,2、PLC软件系统组成,系统监控程序,运行管理,生成用户元件,系统内部自检,管理程序,解释程序,标准程序模块、系统调用,用户程序,自动化系统控制程序,数据表格,软件系统,返回,4.3FX系列PLC的软元件,PLC内部有许多具有不同功能的器件：输入继电器X、输出继电器Y、定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态寄存器S等。为了与实际的物理器件相区别，我们把上述PLC的内部器件称为软元件。,X 0,功能字母,数字,FX2N系列PLC编程元件的编号：,PLC,继电器,可编程控制器的编程元件,1、输入继电器X,输入继电器采用八进制编址，FX系列PLC最多184点。,输入继电器线圈只能由外部输入信号所驱动，只有当外部信号接通时，对应的输入继电器才得电，不能用指令来驱动。,在程序中绝对不可能出现输入继电器的线圈，只能出现输入继电器的触点。,每个输入继电器的常开与常闭触点均可无数次使用。,基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块是按与基本单元最靠近开始顺序进行编号的,2输出继电器Y,输出继电器也采用八进制编址，FX系列PLC为Y0Y177，最多184点。,输出继电器电路,输出继电器线圈是只能由PLC内部程序驱动，而不能由外部信号所驱动。,输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。,由内部软元件的触点驱动,常开和常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负载,采用十进制编号。通用辅助继电器M0M499（500点）掉电保持辅助继电器M500M3071（2572点）特殊辅助继电器M8000M8255（256点）只能利用其触点的特殊辅助继电器可驱动线圈的特殊辅助继电器通用辅助继电器与掉电保持用辅助继电器的比例，可通过外设设定参数进行调整。,3、辅助继电器（M）,特殊辅助继电器,触点利用型,M8000 运行标志,M8002初始脉冲,M8002初始脉冲,线圈驱动型,M8012 100ms脉冲,M8013 1s时钟脉冲,M8030 电池欠压,M8033 输出保持,M8034 禁止输出,线圈由PLC自行驱动，用户只能利用其触点,用户程序驱动线圈后，PLC作特定动作,只能利用其触点的特殊辅助继电器M8000(M8001)：运行监控用，PLC运行时M8000得电(M8001断电)，PLC停止时M8000失电(M8001得电)。,M8002（M8003)：仅在运行开始第一个扫描周期瞬间得电（断电），其余时间断电（得电）的初始脉冲特殊辅助继电器。,M8011、M8012、M8013、M8014分别为产生周期为10 ms、100 ms、1 s、1 min脉冲的特殊辅助继电器(当PLC为RUN时工作)。,M8004出错特殊继电器。,当PLC出现硬件出错、参数出错、语法出错、电路出错、操作出错、运算出错等时，M8004得电。,10ms脉冲的特殊辅助继电器,可驱动线圈的特殊辅助继电器M8030：锂电池电压指示灯特殊继电器。M8033：PLC停止时输出保持特殊辅助继电器。M8034：止全部输出特殊辅助继电器。当M8034线圈被接通时，则PLC的所有输出自动断开。M8039：恒定扫描周期的特殊辅助继电器。当M8039线圈被接通时，则PLC以恒定的扫描方式运行，恒定扫描周期值由D8039决定。,状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元件，采用十进制编号。与步进指令STL配合使用；状态有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随意使用；状态不用于步进阶梯指令时，可作辅助继电器使用。状态同样有通用状态和掉电保持用状态，其比例分配可由外设设定。,4、状态继电器（S）,状态有五种类型：初始状态S0S9，10点回零状态S10S19，10点通用状态S20S499，480点保持状态S500S899，400点报警用状态S900S99，100点,定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部1ms、10ms和100ms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。,5、定时器（T）,定时器可以用用户程序存储器内的常数k或H作为设定值，也可以用数据寄存器D的内容作为设定值。普通定时器（T0T245）100ms定时器T0T199共200点，设定范围0.13276.7s；10ms定时器T200T245共46点，设定范围0.01327.67s。积算定时器（T246T255）1ms定时器T246T249共4点，设定范围0.00132.767s；100ms定时器T250T255共6点，设定范围为0.13276.7s。,加法计数器,设定值,K、H或D,触点动作,Tx,Tx,时钟脉冲,驱动,相等比较器,普通定时器的工作原理,T10,T250,设定值K,计数器,1,100ms时钟脉冲,X2,X1,触点动作,Tx,相等比较器,积算定时器的工作原理,思考:1.如何实现断电延时?,X0接通时，Y0马上得电；X0断开时，Y0过20S后断电。,思考:2.当一个定时器的定时时间不够时，怎么办?,X0接通，Y0过5000S后得电并保持，至到X1接通为止。,计数器可分为通用计数器和高速计数器。16位通用加计数器，C0C199共200点，设定值：132767。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点动作。32位通用加/减计数器，C200C234共35点，设定值：-2147483648+2147483647。高速计数器C235C255共21点，共享PLC上6个高速计数器输入（X000X005）。高速计数器按中断原则运行。,6、计数器（C）,16位加计数器通用型：C0C99共100点 断电保持型：C100C199共100点,32位双向计数器有两种32位加/减计数器，设定值：-2147483648+2147483647。通用计数器：C200C219共20点保持计数器：C220C234共15点 计数方向由特殊辅助继电器M8200M8234设定。加减计数方式设定：对于C，当M8接通（置1）时，为减计数器，断开（置0）时，为加计数器。计数值设定：直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为计数值。间接设定时，要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。,通用数据寄存器D0D199共200点。只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是PLC状态由运行停止时，全部数据均清零。但是当特殊辅助继电器M8033置1，PLC由运行转向停止时，数据可以保持。断电保持数据寄存器D200D511共312点，只要不改写，原有数据不会丢失。利用参数设定，可改变断电保持的数据寄存器的范围。特殊数据寄存器D8000D8255共256点 这些数据寄存器供监视PLC中各种元件的运行方式用。文件寄存器D1000D2999共2000点。,7、数据寄存器（D）,变址寄存器的作用类似于一般微处理器中的变址寄存器（如Z80中的IX、IY），通常用于修改元件的编号。V0V7、Z0Z7共16点16位变址数据寄存器。进行32位运算时，与指定Z0Z7的V0V7组合，分别成为（V0、Z0），（V1、Z1）（V7、Z7）。,8、变址寄存器（V/Z）,9常数K/H,K十进制数；H十六进制数。常数也作为元件处理，因为它占用一定的存储空间。常数的表示：十进制常数用K表示，如常数123表示为K123。十六进制常数则用H表示，如常数345表示为H159。FX系列PLC的常数范围如下。14位K：-32 74832 747，H：0 000FF FFH 32位K：-21474834482147483447，H：00 000 000FF FFF FFF,1、扫描工作方式：,从0000号存贮地址开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存贮地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序直到程序结束。,可编程控制器在开机后，完成内部处理、通信处理、输入刷新、程序执行、输出刷新五个工作阶段，称为一个扫描周期。完成一次扫描后，又重新执行上述过程，可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。,4.4FX系列PLC的工作原理,清华大学出版社,LOGO,内部处理阶段,PLC接通电源后，在进行循环扫描之前，首先确定自身的完好性，若发现故障，除了故障灯亮之外，还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出联系。确定内部硬件正常后，进行清零或复位处理，清除各元件状态的随机性；检查I/O连接是否正确；启动监控定时器，执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序，然后监控定时器复位，允许扫描用户程序。,清华大学出版社,LOGO,通讯服务阶段,PLC在通信服务阶段检查是否有与编程器和计算机的通信请求，若有则进行相应处理，如果有与计算机等的通信要求，也在这段时间完成数据的接收和发送任务。可编程控制器处于停止状态时，只执行以上的操作。可编程控制器处于运行状态时，还要完成下面三个阶段的操作。,输入映像寄存器,采样,元件映像寄存器,写,写,读,输出锁存电路,输出端子,输入端子,2、程序执行过程,读,PLC 的扫描工作过程,刷新,1）输入采样阶段：PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（开或关、即ON或OFF、“1”或“0”）读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷新。接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。,2）程序执行阶段：程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描；如果程序用梯形图表示，则总是按先左后右、先上后下的顺序进行扫描；每扫描到一条指令时，所需要的输入元件状态或其它元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而将执行结果写入到元件映像寄存器中；元件映像寄存器中寄存的内容，随程序执行的进程而动态变化。,3）输出刷新阶段：程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器，再去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。,3、输入输出的处理规则,1）输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在输入采样阶段所刷新的状态；2）输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定；3）输出锁存寄存器中的数据，由上一个工作周期输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据来确定；4）输出端子的输出状态，由输出锁存寄存器中的数据来确定；5）程序执行中所需的输入、输出状态（数据），从输入映像寄存器或输出映像寄存器中读出。,4、输入输出滞后时间,1）输入输出滞后时间又称为系统响应时间，是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它所控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的时间间隔。2）输入输出滞后时间由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。,输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引起的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生抖动引起的不良影响。滤波时间常数决定了输入滤波时间的长短,其典型值为10ms左右。,滤波时间：,继电器型输出电路的滞后时间一般最大值在10ms左右。双向可控硅型输出电路的滞后时间在负载被接通时的滞后时间约为1ms，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms。晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms左右。,输出模块的滞后时间：,说明:输入信号在第一个扫描周期的输入采样阶段之后才出现，故在第一个扫描周期内，各映像寄存器的均为“0”状态，使Y0、Y1、Y2输出端的状态为OFF（“0”）状态,Y1,Y0,X0,Y1,Y1,Y2,输入信号,X0,Y1,Y2,Y0,输入采样,说明:在第二个扫描周期的输入采样阶段，输入继电器X0的状态为ON（“1”）状态，程序执行阶段，Y1、Y2依次接通，故Y1、Y2输出端的状态为ON（“1”）状态。,说明:在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于的接通使接通，可见从外部输入触点接通到驱动的负载接通，程序执行阶段，响应延迟达两个多扫描周期,扫描工作方式产生的滞后时间：,本章小结,本章以FX系列PLC为载体，讲述了三菱可编程控制器的发展历史，FX系列PLC的型号含义及其技术指标；重点讲述了FX系列PLC的软元件及其使用规则以及FX系列PLC的工作原理。,