可编程控制器的硬件系统

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章,可编程序控制器的硬件系统,内容提要,本章以OMRON公司的CPM1A、CPM2A、CP1H为例讲解PLC的硬件结构、基本功能和型号规格，剖析基本I/O单元，介绍模拟量I/O 单元和特殊扩展设备。通过对典型机型的学习，熟悉PLC的硬件配置，为进一步学习指令系统和设计PLC控制系统打好基础。,第一节 CP系列PLC简介,第二节 输入/输出单元,第三节 特殊扩展单设备,第一节 CP系列PLC简介,CP系列：CPM1A、CPM2A、CPM2AH、CPM2AH-S、CPM2C、CP1H、CP1L和CP1E等。除CPM2C外，都是整体式小型PLC。,由电源、CPU、输入/输出口和程序存储器组成，称为CPU单元（或称基本单元）。,能方便的加装扩展单元。,8,1,2,3,4,5,6,7,9,10,11,12,1CPU单元结构,一、CPM1A简介,1功能接地端子,2电源输入端子,3保护接地端子,4状态显示LED,5输入LED,6输入端子,7扩展连接器,8输出端子,9输出LED,10直流输出电源端子,11外设端口,12模拟设定电位器,I/O配置,40点I/O型有24个输入点，16个输出点，,I/O点按32配置。,24个输入点共用一个COM端子。,16个输出点分为六组，共有六个COM端，其中10.00、10.01各占有一个，10.02、10.03合用一个，10.04、10.05、10.06、10.07和11.00、11.01、11.02、11.03和11.04、11.05、11.06、11.07分别各四点合用一个COM端。,状态显示,PWR（绿）电源指示，接通时亮，断开时灭。,RUN（绿）工作状态指示，处在运行或监控状态时亮，处在编程状态或运行异常时灭。,ERR/ ALM（红）错误/警告指示，正常时灭，出现致命性错误时，指示灯亮； 出现警告性错误时，指示灯闪烁时。,COMM（橙）通信指示，PLC通过外设端口与外部设备通信时闪烁，不通信时灭。,2功能简介,高速计数器,脉冲输出,通信,指令系统,存储器后备,模拟设定电位器,输入时间常数设定,外部中断,快速响应输入,间隔定时中断,3编程工具,使用编程器 使用计算机,4型号规格,例：,CPM1A,-,40,C,D,R,-,A,CPM1A,系列,40,输入/输出总点数,C,CPU单元,D,DC输入,R,继电器输出；,T,晶体管输出,A,交流电源供电；,D,直流电源供电,1CPU单元结构,RS-232C,串口,二、CPM2* 简介,2新增加的功能,增加新的指令,完善中断功能、增加计数频率,高速脉冲输出功能更加完善，频率达10Hz10kH,增加同步脉冲控制功能,增加时钟功能,完善通信功能 增加RS-232C串口,3编程工具,4型号规格,表示方法和CPM1A一致,1CPU单元结构,三、CP1H 简介,1）电池盖,2）工作指示LED,3）外围设备USB端口,4）7 段LED显示,5）模拟电位器,6）外部模拟设定输入,8）内置模拟输入输出,9）内置模拟输入切换开关,10）存储盒槽位,11）供给电源/输出端子台,12）输出指示LED,13）扩展I/O 单元连接器,14）选件板槽位,15）电源、接地、输入端,16）输入指示LED,状态显示,PWR（绿）电源指示，接通时亮，断开时灭。,RUN（绿）工作状态指示，处在运行或监控状态时亮，处在编程状态或运行异常时灭。,ERR/ ALM（红）错误/警告指示，正常时灭，出现致命性错误时，指示灯亮； 出现警告性错误时，指示灯闪烁时。,INH（黄）负载切断（A500.15）为ON时亮；,BKUP（黄）程序、参数、数据内存向内置闪存（备份存储器）写入、访问和复位时亮；PRPHL（黄）在USB端口通信时闪烁，平时灭。,串行通信功能,模拟电位器,7段LED 显示,无电池运行,存储盒,程序保护,故障诊断,时钟,2. 功能简介,中断,高速计数器 50kHz ，100kHz,脉冲输出 1100kHz ， 11M Hz,快速响应输入 30s,模拟输入输出 1/6000，1/12000,串行通信功能,3编程工具,也可通过RS-232C 选件板CP1W-CIF01编程,4型号规格,例：CP1H ,XA,40,D,R,-,A,CP1H,CP1H系列,X,基本型，,XA,内置模拟量 ，,Y,带脉冲输入/输出专用端子型,40,内置输入/输出点数,D,DC输入,R,继电器输出，,T,晶体管输出,A,交流电源，,D,直流电源。,第二节 输入/输出单元,一、开关量基本I/O单元,I/O单元分类:,按信号的流向,输入单元,和,输出单元,按信号的形式,开关量,I/O,单元,和,模拟量,I/O,单元,按电源形式,直流型,和,交流型、电压型,和,电流型,按功能,基本,I/O,单元,和,特殊,I/O,单元,（一）开关量输入单元,输入模块组成框图,现场输入,信号,输入端子,输入电路,输入映像寄存器,CPU,按信号电源的不同分：,直流输入,交流输入,交直流输入,直流输入模块电原理图,R1,、,R2,、,C,作用：,分压、限流、滤波。,双向光耦合器作用,:,整流、隔离和电平转换。,隔离,抗干扰，将电信号转换为光信号进行传输；,电平转换,将,DC24V,输入信号转换成,TTL,（,5V,）,标准信号。,AC/DC,外部电源,COM,光耦合器,输入端,PLC,LED,输入开关,C,R2,内 部 电 路,R1,内部电路,输入模板,（二）开关量输出单元,输出模块组成框图,现场执行元件,CPU,输出锁存器,输出电路,输出端子,元件映像寄存器,输出形式：,继电器输出,晶闸管输出,晶体管输出,1.,继电器输出（交直流）模块,R1,内 部 电 路,R2,AC,COM,LED,输出端,负载,DC,KA,继电器,PLC,KA,C,内部电路,输出模板,继电器,既是输出开关器件，又是隔离器件,R1,和,LED,组成输出状态显示器,R2,和,C,组成RC灭弧电路,继电器触点动作的,响应时间,约为10ms,继电器输出模块的,负载回路,，可选用直流电源，也可选用交流电源,在电阻性负载时，输出的,最大负载电流,为2A/点,2.晶闸管输出（交流）模块,AC,C,R1,LED,R2,负载,输出端,COM,FU,U,固态继电器,内 部 电 路,双向晶闸管,为输出开关器件，由它组成的固态继电器（AC SSR）具有光电隔离作用,R2,与,C,组成高频滤波电路,压敏电阻,作为消除尖峰电压的浪涌吸收器,双向晶闸管,开通响应时间,1ms，,关断响应时间,10ms,在输出,负载回路中的电源,只能选用交流电源,3.晶体管输出（直流）模块,内 部 电 路,R2,R3,PLC,输出端,COM,LED,光耦合器,V1,VS,VD,FU,负载,DC,R1,V1,为输出开关器件，,光耦合器,为隔离器件,VS,和,FU,分别用于输出端的过压保护和过流保护,二极管,VD,可禁止负载电源反向接入,晶体管输出模块所带,负载,只能使用直流,电源,在电阻性负载时，,最大负载电流,为0.5A/点，,通断响应,时间均0.2ms,（三）I/O单元规格,1输入单元规格,（1）继电器输出规格,（2）晶体管输出规格,2输出单元规格,1,2,3,4,5,6,有,40,点,I/O,、,20,点,I/O,、,8,点,I,、,8,点,O,等几种，,型号在,CPM1A,后分别后缀,40EDR,、,40EDT,、,20EDR,、,20EDT,、,8ED,、,8ER,、,8ED,，其中,E,表示为扩展单元。,1-输入端子 2-输入LED 3-扩展连接器 4-输出LED 5-输出端子 6-扩展I/O连接电缆,（一）扩展I/O单元简介,二、开关量扩展I/O单元,CPM1A型,（二）扩展I/O单元的使用,CP1H型,连接限制,1）最大可连接7个单元。,2）占用通道数，输入、输出都必须在15CH以下。,3）合计消耗功率在30W以下。,4）高功能单元合计不超过2台。,5）环境温度的限制。,（一）扩展I/O单元的使用,现场模拟信号,变送器,V/V,I/V,A/D,光电隔离,输入暂存,CPU,三、模拟量I/O单元,1.模拟量输入单元,作用：,连续变化的电压、电流信号转换成CPU能处理的若干位数字信号。,组成 ：,2. 模拟量输出单元,CPU,V/V,V/I,D/A,光电隔离,输出锁存,电压输出,电流输出,作用：,把CPU处理后的若干位数字信号，转换成相应的模拟量信号输出。,组成：,A/D、D/A模块的主要参数：,分辨率 精度 转换速度 输入阻抗,输出阻抗 最大允许输入范围 模拟通道数,内部电流消耗,3. 外置模拟量I/O单元,模拟量输出单元,DA003,模拟量输入单元,AD003,CPM1A-MAD01,4. 内置模拟量I/O单元,XA,型,CP1H CPU,单元内置具有,4,路输入、,2,路输出,的拟量,I/O,单元。,模拟量范围可设置成,DC-10V10V,、,010V,、,15V,、,05V,、,020,mA,和,420mA6,种，,分辨率有,1/6000,和,1/12000,两种。,第三节 特殊扩展设备,特殊I/O功能单元作为智能单元，有自己的CPU、存储器和控制逻辑，与I/O接口电路及总线接口电路组成一个完整的微型计算机系统。,作用：,1）在自己的CPU和控制程序的控制下，通过I/O接口完成相应的输出、输入和控制功能；,2）通过总线接口与PLC单元的主CPU进行数据交换，接受主CPU发来的命令和参数，并将执行结果和运行状态返回主CPU。,效果：,既实现了特殊I/O单元的独立运行，减轻了主CPU的负担，又实现了主CPU单元对整个系统的控制与协调，从而大幅度地增强了系统的处理能力和运行速度。,一、高速计数单元,用途：,用于脉冲或方,波计数器、实时时钟、脉冲,发生器、数字码盘等输出信号的检测和处理，及快速变化过程中的测量或精确定位控制。,主要技术参数：,计数脉冲频率、计数范围、计数方式、输入信号规格、独立计数器个数,二、位置控制单元,作用：,用于位置控制的智能I/O单元，能改变被控点的位移速度和位置，适用于步进电动机或脉冲输入的伺服电动机驱动器。,主要参数：,占用I/O点数、控制轴数、输出控制脉冲数、脉冲速率、脉冲速率变化、间隙补偿、定位点数、位置控制范围、最大速度、加/减速时间,三、PID控制单元,作用：,多用于执行闭环控制的系统中。,技术指标：,PID算法和参数、操作方式、PID回路数、控制速度,四、温度传感器单元,温度传感器单元,TS102,作用：,通过单元内的变送器和A/D转换器，将温度值转换为BCD码传送给PLC。,传感器配置：,热电偶或热电阻。,主要技术参数：,输入点数、温度检测元件、测温范围、数据转换范围及误差、数据转换时间、温度控制模式、显示精度、控制周期,五、通信单元,以太网单元,ETN22,CONTROLLERLINK单元,CLK23,DEVICENET主单元,DRM21,上位链接（以太网）单元,PLC,与计算机的互联和通信,远程,I/O,（,CONTROLLER LINK,）单元,主站,PLC,与从站,PLC,远程互联和通信,PLC,链接（,DEVICE NET,）单元,PLC,和,PLC,之间的互联和通信,主要技术参数：,数据通信的协议格式、通信接口传输距离、数据传输长度、数据传输速率、传输数据校验,特殊功能单元和,I/O,链接单元。,DEVICENET从单元,DRT21,A/D、D/A单元MAD01,温度传感器单元,TS102,本章小结,1.学习PLC，首先要熟悉其硬件结构。,2.接线时要分清电源接入端子、输入端子、输出端子，特别是输出公共端。,3.三种输出单元对应了不同负载的要求。,4.扩展单元的地址分配及对单元的限制。,