第九章可編程序控制器概述

1、（第9-12章）參考資料:三菱三菱FX系列系列PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)及應(yīng)用ISBN: 9787111311416機(jī)械工業(yè)出版社韓曉新主編9.1可編程序控制器的分類及特點9.2可編程序控制器的組成和工作原理9.3三菱產(chǎn)品概述9.4FX系列PLC的編程器件1.按結(jié)構(gòu)形式分類2.按控制規(guī)模分類3.按實現(xiàn)的功能分類4.按生產(chǎn)地域分類(1)整體式PLC整體式PLC的CPU、存儲器、I/O安裝在同一機(jī)體內(nèi)(如三菱的FX系列)，其特點是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低。(2)組合式PLC組合式PLC為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可安裝一個PLC模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。PLC的

2、CPU、存儲器和電源等做成一個模塊，該模塊在總線板上的位置一般來說是固定的，而且該模塊也是構(gòu)成組合式PLC所需的。其他模塊可根據(jù)PLC的控制規(guī)模、實現(xiàn)的功能進(jìn)行選取，安裝在總線的其他任一總線槽上。組合式PLC的總線板又稱為基板。其特點是：系統(tǒng)構(gòu)成靈活性較高，可構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的PLC，價格較高。(1)小型PLCI/O點數(shù)在256點以下。(2)中型PLCI/O點數(shù)在2562 048點之間。(3)大型PLCI/O點數(shù)在2 048點以上。(1)低檔PLC具有邏輯運算、計時、計數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能，還具有一定的算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳輸，以及比較、通信、遠(yuǎn)程和模擬量處理功能。(2)中檔P

3、LC除了具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳輸和比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程、通信、子程序、中斷處理和回路控制功能。(3)高檔PLC除了具有中檔PLC的功能外，還具有帶符號的算術(shù)運算、矩陣運算、函數(shù)、表格、CRT顯示、打印等功能。(1)美國PLC產(chǎn)品美國是PLC生產(chǎn)大國，有100多家PLC生產(chǎn)廠商，其中著名的有A-B公司、通用電氣(GE)公司、莫迪康(MODICON)公司、德州儀器(TI)公司、西屋公司等。其中A-B公司是美國最大的PLC制造商，其產(chǎn)品約占美國PLC產(chǎn)品市場的一半。(2)歐洲PLC產(chǎn)品德國的西門子(SIEMENS)公司、AEG公司和法國的TE公司是歐洲著名的PLC制造商

4、。德國西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負(fù)盛名，在中、大型PLC產(chǎn)品領(lǐng)域與美國的A-B公司齊名。(3)日本PLC產(chǎn)品日本的小型PLC最具特色，某些需要用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實現(xiàn)的控制，日本的小型機(jī)就可以解決。在開發(fā)復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機(jī)，所以十分受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產(chǎn)品約占有70%的份額9.2.1可編程序控制器的硬件組成9.2.2可編程序控制器的軟件系統(tǒng)和編程語言9.2.3可編程序控制器的工作方式1.單板機(jī)2. I/O接口3.電源4.擴(kuò)展接口5.編程器接口6.存儲器接口7.編程器1.單板機(jī)PL

5、C的單板機(jī)即為CPU板，它包括一臺基本計算機(jī)必須的部件：中央處理器(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、并行接口(PIO)、串行接口(SIO)、時鐘(CTC)。它的作用是對整個PLC的工作進(jìn)行控制，工作分兩部分：一部分是對系統(tǒng)進(jìn)行管理，如自診斷、查錯、信息傳送時鐘、計數(shù)刷新等；另一部分就是根據(jù)用戶程序執(zhí)行輸入輸出操作、程序解釋執(zhí)行操作等。2. I/O接口(1)輸入接口電路直流輸入：無源觸點或傳感器的集電極開路晶體管交流輸入：現(xiàn)場提供交流電源，將交流信號整流后得到直流，再去驅(qū)動光電耦合器2. I/O接口(2)輸出接口電路輸出的形式：繼電器輸出型：繼電器輸出型：CPU接通繼電器的線圈，繼而吸合觸點

6、，而觸點與外線路構(gòu)成回路（接通繼電器的線圈，繼而吸合觸點，而觸點與外線路構(gòu)成回路（直流、交直流、交流）流）利用輸出繼電器的觸點和線圈，將利用輸出繼電器的觸點和線圈，將PLC的內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔的內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔離離晶體管輸出型：晶體管輸出型：通過光電耦合使開關(guān)晶體管通斷以控制外電路通過光電耦合使開關(guān)晶體管通斷以控制外電路（直流負(fù)載）（直流負(fù)載）在在PLC內(nèi)部電路和輸出晶體管之間用光耦合器進(jìn)行隔離內(nèi)部電路和輸出晶體管之間用光耦合器進(jìn)行隔離晶閘管輸出型：晶閘管輸出型：光觸發(fā)型（光觸發(fā)型（交流）交流）在內(nèi)部電路與輸出器件之間用光敏晶閘管進(jìn)行隔離在內(nèi)部電路與輸出器件之間用

7、光敏晶閘管進(jìn)行隔離3.電源PLC的供電電源是AC 220V，也有用DC 24V供電的。PLC對電源穩(wěn)定度要求不高，內(nèi)部有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，電源的交流輸入端一般有尖峰脈沖吸收電路，以提高抗干擾能力。允許電源電壓在額定值-15%10%的范圍內(nèi)波動。現(xiàn)在大部分PLC電源部分還有DC 24V輸出，用于對外部傳感器等供電，但電流一般都不超過100mA。4.擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口是用于擴(kuò)展I/O單元的，它使PLC的點數(shù)規(guī)模配置更為靈活。這種擴(kuò)展接口實際上為總線形式，或以配接開關(guān)量的I/O單元，也可配置如模擬量、高速脈沖等單元以及通信適配器等。在大型機(jī)中，擴(kuò)展接口為插槽擴(kuò)展基板的形式。5.編程器接口PLC本體上通常

8、是不帶編程器的。為了能對PLC編程及監(jiān)控，PLC上專門設(shè)置有編程器接口，通過這個接口可以連接各種形式的編程裝置，還可以利用此接口做一些監(jiān)控的工作。6.存儲器接口為了存儲用戶程序以及擴(kuò)展用戶程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)參數(shù)存儲區(qū)，PLC上還設(shè)有存儲器擴(kuò)展口，可以根據(jù)使用的需要擴(kuò)展存儲器，其內(nèi)部也是接到總線上的。7.編程器最簡單的編程器至少包括一個鍵盤、一些數(shù)碼字符顯示器。這里的鍵盤不是單板機(jī)上的那種鍵盤，而是直接表示PLC指令系統(tǒng)的鍵盤，因而使用很方便；其顯示部分包括三部分，即序號、指令碼和元件號(在講指令系統(tǒng)時詳述)。它具有輸入編輯、檢索程序的功能，同時還具有系統(tǒng)監(jiān)控的功能；有些還設(shè)有存儲轉(zhuǎn)接插口，用于將

9、PLC中的程序轉(zhuǎn)儲到諸如盒帶、軟盤光盤等存儲介質(zhì)中去。1.系統(tǒng)程序2.用戶程序3.編程語言1.系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序是PLC賴以工作的基礎(chǔ)，采用匯編語言編寫，在PLC出廠時就已固化于ROM型系統(tǒng)程序存儲器中，不需用戶干預(yù)。系統(tǒng)程序分為系統(tǒng)監(jiān)控程序和解釋程序。系統(tǒng)監(jiān)控程序用于監(jiān)視并控制PLC的工作，如診斷PLC系統(tǒng)工作是否正常，對PLC各模塊的工作進(jìn)行控制，與外設(shè)交換信息。根據(jù)用戶的設(shè)定使PLC處在編制用戶程序的狀態(tài)或者處在運行用戶程序狀態(tài)等，解釋程序用于把用戶程序解釋成微處理器能執(zhí)行的程序。當(dāng)PLC處在運行狀態(tài)時，系統(tǒng)監(jiān)控程序啟動解釋程序，解釋程序?qū)⒂脩衾锰菪螆D或語句表編制的用戶程序編譯成處理器可

10、以執(zhí)行的由指令組成的程序，處理器執(zhí)行這些處理后的程序來完成用戶的控制任務(wù)。與此同時，系統(tǒng)監(jiān)控程序?qū)@一過程進(jìn)行監(jiān)控并控制，如發(fā)現(xiàn)異常立即進(jìn)行報警并做出相應(yīng)的處理。2.用戶程序用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一特定任務(wù)利用PLC的編程語言而編制的程序。用戶程序通過編程器輸入到PLC的用戶存儲器中，通過PLC的運行而完成這一特定的任務(wù)3.編程語言(1)指令表編程語言(2)梯形圖編程語言(3)SFC順序功能圖編程語言1.輸入處理2.程序處理3.輸出處理1.輸入處理程序執(zhí)行前，PLC的全部輸入端子的通/斷狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。在程序執(zhí)行中，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一

11、掃描周期的輸入處理階段才讀入該變化。輸入觸點從ON到OFF（或從OFF到ON）變化到處于確定狀態(tài)為止，輸入濾波器還有一響應(yīng)延遲時間（約10ms）。2.程序處理對應(yīng)用戶程序存儲器所存的指令，從輸入映像寄存器和其他軟元件的映像寄存器中將有關(guān)軟元件的通/斷狀態(tài)讀出，從0步開始順序運算，每次結(jié)果都寫入有關(guān)的映像寄存器中。因此，各軟元件(X除外)的映像寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行在不斷變化。3.輸出處理全部指令執(zhí)行完畢，將輸出Y的映像寄存器的通/斷狀態(tài)向輸出鎖存寄存器傳送，成為PLC的實際輸出。PLC內(nèi)的外部輸出觸點對輸出軟元件的動作有一個響應(yīng)時間，即要有一個延遲才動作。以上的方式稱為成批輸入/輸出方式(

12、或刷新方式)。9.3.1輸入/輸出繼電器(X/Y)9.3.2輔助繼電器(M)9.3.3狀態(tài)元件(S)9.3.4報警器9.3.5指針(P/I)9.3.6定時器(T)9.3.7計數(shù)器(C)(字，bit)9.3.8數(shù)據(jù)寄存器(D)(字)9.3.9變址寄存器(VZ)(字)9.3.1輸入/輸出繼電器(X/Y)1.輸入繼電器(X0X7，X10X17，X20X27，)PLC的輸入端子是從外部開關(guān)接收信號的窗口。與輸入端子連接的輸入繼電器(X)是光電隔離的電子繼電器，其常開觸點（a觸點）和常閉觸點（b觸點）的使用次數(shù)不限。這些觸點在PLC內(nèi)可以自由使用。FX2N的輸入繼電器最多可達(dá)256點，且不能用程序驅(qū)動。

13、9.3.1輸入/輸出繼電器(X/Y)2.輸出繼電器(Y0Y7，Y10Y17，Y20Y27，)PLC的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號的窗口。輸出繼電器的外部輸出觸點接到PLC的輸出端子上。輸出繼電器的電子常開和常閉觸點使用次數(shù)不限，在PLC中可自由使用；但外部輸出觸點(輸出元件)與內(nèi)部觸點的動作有所不同。FX2N的輸出繼電器最多可達(dá)256點；但輸入、輸出總點數(shù)不可超過但輸入、輸出總點數(shù)不可超過256點。點。9.3.2輔助繼電器(M)1.通用輔助繼電器M0M499(500點)在邏輯運算中經(jīng)常需要一些中間繼電器用于輔助運算，用作狀態(tài)暫存、中間過渡等。通用輔助繼電器的特點是線圈通電，觸點動作；線圈斷電，

14、觸電恢復(fù)；當(dāng)系統(tǒng)斷電時，所有的狀態(tài)也復(fù)位。2.停電保持輔助繼電器M500M1023(524點)停電保持輔助繼電器可用參數(shù)設(shè)置方法改為非停電保持用。PLC在運行中若發(fā)生停電，輸出繼電器和通用輔助繼電器全部成為斷開狀態(tài)。再運行時，除了PLC運行時就接通(ON)的以外，其他仍斷開。但是，根據(jù)不同的控制對象，有的需要保存停電前的狀態(tài)，并在再運行時再現(xiàn)該狀態(tài)的情形。停電保持用輔助繼電器(又名保持繼電器)就是用于這種目的的。停電保持由PLC內(nèi)裝的后備電池支持。9.3.2輔助繼電器(M) 3.停電保持專用輔助繼電器M1024M3071(2048點)停電保持專用輔助繼電器的停電保持特性不可改變。4.特殊輔助繼

15、電器M8000M8255(256點)這些特殊輔助繼電器各自具體有特定的功能，可以分為以下兩大類：(1)只能利用其觸點的特殊輔助繼電器(只讀)線圈由PLC系統(tǒng)驅(qū)動，用戶只可以利用其觸點。例如：M8000運行(RUN)監(jiān)控(PLC運行時接通)M8002初始脈沖(僅在運行開始瞬間接通)M8012100ms時鐘脈沖9.3.2輔助繼電器(M) 3.停電保持專用輔助繼電器M1024M3071(2048點)停電保持專用輔助繼電器的停電保持特性不可改變。4.特殊輔助繼電器M8000M8255(256點)這些特殊輔助繼電器各自具體有特定的功能，可以分為以下兩大類：(1)只能利用其觸點的特殊輔助繼電器(只讀)線圈

16、由PLC系統(tǒng)驅(qū)動，用戶只可以利用其觸點。例如：(2)可驅(qū)動線圈型特殊輔助繼電器(讀寫)用戶驅(qū)動線圈后，PLC作特定動作。例如：M8030使BATT LED(鋰電池欠壓指示燈)熄滅M8033PLC停止時輸出保持M8034禁止全部輸出9.3.3狀態(tài)元件(S)狀態(tài)元件(S)在步進(jìn)順控程序的編程中是重要的軟元件，它與后述的步進(jìn)順控指令STL組合使用。有以下四種類型：初始狀態(tài)S0S9(10點)回零S10S19(10點)通用S20S499(480點)保持S500S899(400點)9.3.4報警器部分狀態(tài)元件可用作外部故障診斷輸出。作報警器用的狀態(tài)元件為S900S999(100點)。S900S999中任意

17、一個置1(ON)，特殊繼電器M8048就動作，接通故障顯示輸出Y10。由外部故障診斷程序接通的狀態(tài)元件可按X5鍵復(fù)位(置0)。每次按下X5鍵，已動作的狀態(tài)按元件號由小到大依次復(fù)位。9.3.5指針(P/I)1.分支指令用指針P0P127(128點)分支指令用指針來指定條件跳轉(zhuǎn)，子程序調(diào)用等分支指令的跳轉(zhuǎn)目標(biāo)。2.中斷用指針FX系列PLC的中斷事件有三種類型：外部輸入中斷、定時器中斷、高速計數(shù)器中斷9.3. 6定時器(T)左右相當(dāng)于一個時間繼電器，它有一個設(shè)定值寄存器（字），一個當(dāng)前值寄存器（字）以及無數(shù)個觸點（bit）。對于每一個定時器，這三個量使用通一名稱但使用場合不一樣，其所指也部一樣。通常

18、在一個PLC中有幾十至數(shù)百個定時器，可用于定時操作。1.普通型定時器T0T2452.積算型定時器T246T2559.3. 6定時器(T)左右相當(dāng)于一個時間繼電器，它有一個設(shè)定值寄存器（字），一個當(dāng)前值寄存器（字）以及無數(shù)個觸點（bit）。對于每一個定時器，這三個量使用通一名稱但使用場合不一樣，其所指也部一樣。通常在一個PLC中有幾十至數(shù)百個定時器，可用于定時操作。1.普通型定時器T0T2452.積算型定時器T246T2559.3. 7計數(shù)器(C)(字，bit)1.內(nèi)部信號計數(shù)器2.高速計數(shù)器3.相計數(shù)器9.3. 7計數(shù)器(C)(字，bit)1.內(nèi)部信號計數(shù)器(1)16bit增計數(shù)器(設(shè)定值：1

19、32767）通用：C0C99(100點)。停電保持用：C100C199(100點)。(2)32bit雙向計數(shù)器(設(shè)定值：-21474836482147483647）通用計數(shù)器：C200C219(20點)。保持計數(shù)器：C220C234(15點)。計數(shù)方向由特殊輔助繼電器M8200M8234設(shè)定。9.3. 7計數(shù)器(C)(字，bit)2.高速計數(shù)器（C235255） 21個高速計數(shù)器共享同一個PLC上的6個高速計數(shù)器輸入端（X0X5）。即如果輸入已被某個計數(shù)器占用，它就不能在用于另一個高速計數(shù)器。因此最多同時用6個高速計數(shù)器。9.3. 7計數(shù)器(C)(字，bit)3.相計數(shù)器 雙向型：設(shè)計成增計數(shù)

20、信號和減計數(shù)信號不會同時發(fā)生。實際上，在特定時刻只使用1相信號。因此，它們可按單相計數(shù)器計算方法來計算頻率總和。A-B相型：是另一種類型的計數(shù)器，它可同時將A相與B相信號解碼，自動確定增計數(shù)或減計數(shù)。9.3. 8數(shù)據(jù)寄存器(D)(字)PLC用于模擬量控制、位置量控制、數(shù)據(jù)I/O時需要許多數(shù)據(jù)寄存器存儲參數(shù)及工作數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)寄存器為16bit，兩個合并組成一個數(shù)據(jù)寄存器對，用于存放32bit數(shù)據(jù)9.3. 8數(shù)據(jù)寄存器(D)(字)(1)用數(shù)據(jù)寄存器D0D199(200點)(可通過參數(shù)設(shè)置改為保持型)(2)停電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器D200D511(312點)(可通過參數(shù)設(shè)置改為通用型)(3)停電保持專用數(shù)據(jù)

21、寄存器D512D7999(7488點）(4)特殊數(shù)據(jù)寄存器D8000D8255(256點)(5)文件寄存器D1000D79999.3. 8數(shù)據(jù)寄存器(D)(字) (1)用數(shù)據(jù)寄存器D0D199(200點)(可通過參數(shù)設(shè)置改為保持型)只要不寫入其他數(shù)據(jù)，已寫入的數(shù)據(jù)不會變化，但是，PLC狀態(tài)由運行(RUN)到停止(STO)時，全部數(shù)據(jù)均清0。(2)停電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器D200D511(312點)(可通過參數(shù)設(shè)置改為通用型)同上，除非改寫，否則原有數(shù)據(jù)不會丟失。不論電源接通與否，PLC運行與否，其內(nèi)容也不變化。在兩臺PLC作點對點的通信時，D490D509被用作通信操作。(3)停電保持專用數(shù)據(jù)寄存器D512D79