PLC組成基本工作原理

主講：陳昌松電話Q：583014127可編程控制器PLC簡介0一、可編程控制器概述

可編程控制器（ProgrammableLogicController簡稱PLC），是在繼電器控制和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展起采的以微處理器為核心，集微電子技術(shù)，自動化技術(shù)，計算機技術(shù)，通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動化控制為目標的新型高可靠性工業(yè)自動化控制裝置。其控制能力強、可靠性高、配置靈活、編程簡單、使用方便、易于擴展、通用性強。PLC以其優(yōu)異的性能，低廉的價格和高可靠性等優(yōu)點，在機械制造、冶金、礦山、化工、煤炭、汽車、紡織、食品等諸多行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。正在迅速改變工業(yè)自動控制的面貌和進程。與機器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。1一、可編程控制器概述本章主要介紹可編程控制器的定義、可編程控制器產(chǎn)生的背景、可編程控制器的特點、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域、主要類型、發(fā)展趨勢及概況，介紹了PLC的基本原理、FX系列PLC型號命名、PLC的組成。FX系列PLC內(nèi)部各類軟元件資源，如輸入繼電器、輸出繼電器、定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等。2什么是PLC？1.可編程控制器的定義是一種工業(yè)控制裝置是在電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。通用叫法中文名稱為可編程控制器；英文名稱為ProgrammableLogicController，簡稱PLC。一、可編程控制器概述

31.可編程控制器的定義1987年，國際電工委員會（IEC）定義：

“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計”。42.可編程控制器的產(chǎn)生因為繼電器邏輯電路配線復(fù)雜52.可編程控制器的產(chǎn)生背景：1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。

61968年，GM公司提出十項設(shè)計標準：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；維護方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競爭；可將數(shù)據(jù)直接送入計算機；可直接使用115V交流輸入電壓；輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等；通用性強，擴展方便;能存儲程序，存儲器容量可以擴展到4KB。2.可編程控制器的產(chǎn)生71969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制第一臺可編程控制器，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。83.可編程控制器的特點１．無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強具有較強的抗干擾能力，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均無故障時間高，故障恢復(fù)時間短。（１）所有的Ｉ／Ｏ接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與ＰＬＣ內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（２）各輸入端均采用ＲＣ濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為１０～２０ｍｓ。（３）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（４）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（５）對采用的器件進行嚴格的篩選。（６）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，ＣＰＵ立即采用有效措施，以防止故障擴大。（７）簡化編程語言，對信息進行保護和恢復(fù)，設(shè)置警戒時鐘ＷＤＴ。對程序和動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備9２．豐富的Ｉ／Ｏ接口模塊，硬件配套齊全，適應(yīng)性強ＰＬＣ具有針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。有相應(yīng)的Ｉ／Ｏ模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通信聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。10３．采用模塊化結(jié)構(gòu)硬件配套齊全使用方便適應(yīng)性強為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型ＰＬＣ以外，絕大多數(shù)ＰＬＣ均采用標準化、系列化、模塊化結(jié)構(gòu)。ＰＬＣ的各個部件，包括ＣＰＵ、電源、Ｉ／Ｏ等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合且擴充方便、組合靈活，用戶可根據(jù)需要靈活方便的象搭積木一樣進行系統(tǒng)配置。就象組裝一臺電腦一樣簡單。11４．編程方法簡單易學(xué)，ＰＬＣ的編程大多采用類似于繼電器控制線路形式的梯形圖編程，形象直觀，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。一般只需要五六天的訓(xùn)練課程即能學(xué)會編程和使用。現(xiàn)在許多ＰＬＣ還提供功能很強的其他編程手段，以滿足各種不同的需要。另外，當生產(chǎn)流程改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用非常方便、靈活。125、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝調(diào)試工作量少，調(diào)試簡單PLC的接線極其方便，只需將產(chǎn)生輸入信號的設(shè)備（如按鈕、開關(guān)等）與PLC的輸入端子連接，將接收輸出信號的被控設(shè)備（如接觸器、電磁閥等）與PLC的輸出端子連接，僅用螺絲刀即可完成全部接線工作。PLC的用戶程序可在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用開關(guān)來模擬，輸出信號可以觀察PLC的發(fā)光二極管。調(diào)試后再將PLC在現(xiàn)場安裝通調(diào)。調(diào)試工作量要比繼電器控制系統(tǒng)少得多。PLC的故障率很低，并且有完善的自診斷功能和運行故障指示裝置。一旦發(fā)生故障，可以通過PLC機上各種發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)迅速查明原因，排除故障136．維護方便，維修工作量?。校蹋霉收下实?，有完善的自診斷能力。不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與ＰＬＣ相應(yīng)的Ｉ／Ｏ端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以迅速的查明故障，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。147．體積小、重量輕、速度快，能耗低由于ＰＬＣ是專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用計算機，其結(jié)構(gòu)緊密、堅固、小巧、抗干擾能力強，易于裝入機械設(shè)備內(nèi)部，因而成為“機電一體化”較理想的控制設(shè)備，廣泛用于數(shù)控、機器人、過程流程控制等領(lǐng)域。是“機電一體化”特有的產(chǎn)品。而且ＰＬＣ采用軟件控制，其控制速度取決于內(nèi)部ＣＰＵ運行速度和掃描周期（一般小于１００ｍｓ），比繼電器的動作快得多。153.可編程控制器的特點無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強通用性強，控制程序可變，使用方便硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強編程簡單，容易掌握系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少維修工作量小，維護方便體積小，重量輕、速度快、能耗低.16PLC的發(fā)展歷程誕生于20世紀60年代末:MODICON084是世界上第一種投入生產(chǎn)的PLC。崛起于20世紀70年代：首先在汽車流水線上大量應(yīng)用。成熟于20世紀80年代：全面采用微電子處理器技術(shù)，得到大量推廣應(yīng)用，年銷售始終以高于20%的增長率上升，奠定了其在工業(yè)控制中不可動搖的地位。突破于20世紀90年代：從傳統(tǒng)的單機向多CPU和分布式及遠程控制系統(tǒng)發(fā)展；編程語言和應(yīng)用多樣化。17我國ＰＣ技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展始于１９７３年，近年來引進了一些國外的ＰＣ產(chǎn)品，主要有：美國的ＧＥ系列、Ｍ系列；德國西門子公司的Ｓ系列；日本三菱公司的ＦX系列、Ａ系列、ＥＸ系列及松下、歐姆龍等PLC。已自行開發(fā)出國產(chǎn)化產(chǎn)品，如ＧＫ４０，ＭＰＣ－１０，ＭＰＣ－００１Ａ，ＫＢ－４０，ＢＣＭ－ＰＩＣ等系列可編程序控制器，得到用戶好評，取得了良好的經(jīng)濟效益184.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域PLC的應(yīng)用范圍極其廣闊，經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、電力、礦山、機械制造、汽車、交通運輸、輕紡、環(huán)保等各行各業(yè)。幾乎可以說，凡是有控制系統(tǒng)存在的地方就有PLC概括起來，PLC的應(yīng)用主要有以下5個方面。194.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域201．開關(guān)量控制這是PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，可用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機控制、多機群控和自動生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實例，如機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械的控制、注塑機的控制、電梯的控制、飲料灌裝生產(chǎn)線、家用電器（電視機、冰箱、洗衣機等）自動裝配線的控制、汽車、化工、造紙、軋鋼自動生產(chǎn)線的控制等。212．模擬量控制目前，很多PLC都具有模擬量處理功能，通過模擬量I/O模塊可對溫度、壓力、速度、流量等連續(xù)變化的模擬量進行控制，而且編程和使用都很方便。大、中型的PLC還具有PID閉環(huán)控制功能，運用PID子程序或使用專用的智能PID模塊，可以實現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)過程控制。隨著PLC規(guī)模的擴大，控制的回路已從幾個增加到幾十個甚至上百個，可以組成較復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的模擬量控制功能已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個行業(yè)，例如自動焊機控制、鍋爐運行控制、連軋機的速度和位置控制等都是典型的閉環(huán)過程控制的應(yīng)用場合。223．運動控制運動控制是指PLC對直線運動或圓周運動的控制，也稱為位置控制，早期PLC通過開關(guān)量I/O模塊與位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)的連接來實現(xiàn)這一功能，現(xiàn)在一般都使用專用的運動控制模塊來完成。目前，PLC的運動控制功能廣泛應(yīng)用在金屬切削機床、電梯、機器人等各種機械設(shè)備上，典型的如PLC和計算機數(shù)控裝置（CNC）組合成一體，構(gòu)成先進的數(shù)控機床。234．數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，能夠完成數(shù)學(xué)運算（函數(shù)運算、矩陣運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)的移位、比較、傳遞、數(shù)值的轉(zhuǎn)換和查表等操作，對數(shù)據(jù)進行采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理通常用在大、中型控制系統(tǒng)中，如柔性制造系統(tǒng)、機器人的控制系統(tǒng)等。245．通信聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng)是指PLC與PLC之間、PLC與上位計算機或其他智能設(shè)備間的通信，利用PLC和計算機的RS—232或RS—422接口、PLC的專用通信模塊，用雙絞線和同軸電纜或光纜將它們聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)相互間的信息交換，構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，建立工廠的自動化網(wǎng)絡(luò)。254.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域264.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域274.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域284.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域294.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域304.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域314.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域324.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域334.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域345.可編程控制器的發(fā)展1）、高性能、高速度、大容量發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。352）、向小型化和大型化兩個方向發(fā)展小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數(shù)為8～16點，以適應(yīng)單機及小型自動控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進行綜合性的自動控制?，F(xiàn)已有I/O點數(shù)達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。5.可編程控制器的發(fā)展363）、大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)與通信能力為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類：①PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；②PLC與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信。為了加強聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLC生產(chǎn)廠家也在協(xié)商制訂通用的通信標準，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

5.可編程控制器的發(fā)展374)、增強外部故障的檢測與處理能力據(jù)統(tǒng)計資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實現(xiàn)檢測、處理。而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。

5.可編程控制器的發(fā)展385)、編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖、語句表（指令）語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程（順序功能圖）語言、面向過程控制的流程圖（SFC圖）、結(jié)構(gòu)文本等與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。5?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展39目前在美國、日本、德國和英國等世界先進工業(yè)國家，PLC成為工業(yè)自動控制的標準設(shè)備，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了機械、冶金、礦山、石油化工、輕工、交通運輸?shù)人泄I(yè)行業(yè)，成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制設(shè)備，并已躍居現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）的首位。應(yīng)用PLC技術(shù)是當今世界潮流，必將對生產(chǎn)、科研和社會生活等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生巨大而深遠的影響。401）、按I/O點數(shù)分小型PLCI/O點數(shù)為256點以下的為小型PLC

（其中I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLC）中型PLCI/O點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型PLC大型PLCI/O點數(shù)為2048以上的為大型PLC

（其中I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC）6.可編程控制器的類型412、）按結(jié)構(gòu)形式分整體式PLC

將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低等特點。6.可編程控制器的類型426.可編程控制器的類型模塊式PLC

將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。436.可編程控制器的類型緊湊式PLC

還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來。443、）按功能分低檔PLC

具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。中檔PLC

具有低檔PLC功能外，增加模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。高檔PLC

具有中檔機功能外，增加帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能。6.可編程控制器的類型45特殊品種輸出形式單元類型I/O總點數(shù)系列序號D—DC電源A1—AC電源H—大電流輸出擴展模塊V—立式端子排的擴展模塊C—接插口輸入輸出方式F—輸入濾波器1ms擴展模塊L—TTL輸入擴展模塊S—獨立端子（無公共端）擴展模塊R—繼電器輸出T—晶體管輸出S—晶閘管輸出M—基本單元E—輸入輸出混合擴展單元及擴展模塊EX—輸入專用擴展模塊EY—輸出專用擴展模塊16~256點0、2、ON、2C、2N型號的命名方式7、PLC的型號及意義46型號及意義型號變化DS——24VDC，世界型ES——世界型（晶體管型為漏輸出）ESS——世界型（晶體管型為源輸出）輸出形式R——繼電器輸出T——晶體管輸出S——晶閘管輸出47I/O點數(shù)：16～256點單元類型

M——表示基本單元E——表示擴展單元及擴展模塊

EX——擴展輸入單元

EY——擴展輸出單元48FX2N系列PLC基本單元49

三菱公司的FX0、FX0S、FX0N和FX2N等系列實現(xiàn)了微型化和多品種化，可以滿足不同用戶的需要F1系列和FX2系列早已屬于淘汰產(chǎn)品三菱電機現(xiàn)在的FX系列產(chǎn)品樣本中僅有FX1S、FX1N、FX2N和FX2NC這4個子系列，與過去的產(chǎn)品相比，在性能價格比上又有明顯的提高。FX2N和FX2NC最多可以擴展256個I/O點，并且有很強的網(wǎng)絡(luò)通信功能，能夠滿足大多數(shù)要求較高的系統(tǒng)的需要，F(xiàn)X系列是國內(nèi)使用最廣泛的PLC系列產(chǎn)品之一，本模塊以FX2N系列作為主要講授對象。50硬件軟件+二、PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的組成由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的PLC系統(tǒng)它們相輔相成，缺一不可。沒有軟件的PLC系統(tǒng)稱為裸機系統(tǒng)，不起任何作用，猶如無米之鍋。反之，如果沒有硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)也失去了基本的外部條件，程序根本無法運行51（一）、PLC的硬件結(jié)構(gòu)和各部分的作用1.中央處理器(CPU)

2.存儲器

3.輸入/輸出單元

4.通信接口

5.智能接口模塊

6.編程設(shè)備

7.電源

8.其他外部設(shè)備52PLC硬件系統(tǒng)組成外部設(shè)備現(xiàn)場用戶輸出設(shè)備微處理器（CPU）運算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲器用戶存儲器I/O擴展接口通訊及編程接口編程設(shè)備計算機打印機等傳感器按鈕、開關(guān)現(xiàn)場信號電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場用戶輸入設(shè)備擴展設(shè)備擴展單元通訊模塊功能模塊電源變換器～110V/220V市電PLC基本單元PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖53中央處理單元輸入輸出接口編程器接口I/O擴展接口電源編程器系統(tǒng)總線通信接口1.PLC的硬件系統(tǒng)541、微處理器（CPU）：PLC的核心部件，起著總指揮的作用，是PLC的運算和控制中心。接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷電源、PLC工作狀態(tài)及編程的語法錯誤；接收輸入信號，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存；運行時順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序的各種操作；將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。

PLC硬件系統(tǒng)組成552、存儲器系統(tǒng)存儲器RAM/ROM——系統(tǒng)程序存儲器+系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器。是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其它一些信息。存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）；存放模塊化應(yīng)用功能子程序；存放命令解釋程序；存放功能子程序的調(diào)用管理程序；存放存儲系統(tǒng)參數(shù)。PLC硬件系統(tǒng)組成56用戶存儲器——RAM/EPROM/EEPROM存放用戶工作程序；存放工作數(shù)據(jù)。3、輸入接口。這是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路。用戶設(shè)備需輸入PLC的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其它一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量(要通過模數(shù)變換進入機內(nèi))等，通過輸入電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理單元能夠接收和處理的信號。PLC硬件系統(tǒng)組成57輸入單元——帶光電隔離電路多種輔助電源類型：AC電源DC24V輸入

DC電源DC24V輸入

DC電源DC12V輸入接收開關(guān)量及數(shù)字量信號（數(shù)字量輸入單元）；接收模擬量信號（模擬量輸入單元）；接收按鈕或開關(guān)命令（數(shù)字量輸入單元）；接收傳感器輸出信號。58直流輸入接口電路示意圖內(nèi)部電路輸入LEDININ

COM59交流輸入接口電路示意圖內(nèi)部電路輸入LEDIN

IN

COM～604、輸出接口電路：帶光電隔離器及濾波器，將中央處理單元送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機、指示燈等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。為保證安全，輸出電路需要采取電氣隔離措施輸出電路可分為繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種形式。

驅(qū)動直流負載（晶體管輸出單元）；驅(qū)動非頻繁動作的交/直流負載（繼電器輸出單元）；驅(qū)動頻繁動作的交/直流負載（晶閘管輸出單元）。61繼電器輸出接口電路示意圖內(nèi)部電路輸出LED～OUT

OUTCOMLL62晶體管輸出接口電路示意圖L+OUTOUTCOMLL輸出LED內(nèi)部電路63雙向晶閘管輸出接口電路示意圖輸出LED～OUT

OUTCOMLL內(nèi)部電路645、輸入/輸出（I/O）擴展接口

中小型的PLC輸入輸出接口都是與中央處理單元CPU制造在一起的，為了滿足被控設(shè)備輸入輸出點數(shù)較多的要求，常需要擴展數(shù)字量輸入輸出模塊；為了滿足模擬量控制的需要，常需要擴展模擬量輸入輸出模塊，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊等；I/O擴展接口就是為連接各種擴展模塊而設(shè)計的。65I/O擴展接口——采用并行通訊方式擴展I/O模塊；擴展位置控制模塊（如F2-30GM）；擴展通訊模塊（如FX-232AW等）；擴展模擬量控制模塊（如FX-2DA、FX-4AD等）。66I/O擴展接口的連接67中央處理單元輸入輸出接口編程器接口I/O擴展接口電源編程器系統(tǒng)總線通信接口6、通信接口

用于PLC與計算機、PLC、變頻器、觸摸屏等智能設(shè)備之間的連接，以實現(xiàn)PLC與智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送和通信。PLC的硬件系統(tǒng)68通訊及編程接口——采用RS-485或RS-422串行總線連接專用編程器（FX-20P、FX-10P）；連接個人電腦（PC），實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接工控機，實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），實現(xiàn)遠程通訊；連接打印機等計算機外設(shè)。PLC硬件系統(tǒng)組成69通信接口的連接70輸入輸出接口I/O擴展接口中央處理單元編程器接口電源編程器系統(tǒng)總線通信接口7、編程接口用于將編程器與PLC進行連接，以實現(xiàn)編程器對PLC的操作。71中央處理單元輸入輸出接口編程器接口I/O擴展接口電源編程器系統(tǒng)總線通信接口8、編程器用作用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)，它經(jīng)過編程器接口與中央處理器單元聯(lián)系，完成人機對話操作。PLC的硬件系統(tǒng)72PLC手持編程器液晶顯示窗工作方式開關(guān)指令鍵數(shù)字鍵編輯鍵通信電纜73計算機編程軟件通過串行通訊口使計算機與PLC連接用計算機編寫、修改程序，監(jiān)控PLC的運行74.PLC的硬件系統(tǒng)中央處理單元輸入輸出接口編程器接口I/O擴展接口電源編程器系統(tǒng)總線通信接口9、電源

電源部件將220V的交流電源轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器、存儲器等電子電路工作所需要的直流電源，同時還向各種擴展模塊提供24V直流電源。由輸入濾波、整流濾波、開關(guān)電源先行穩(wěn)壓等幾部分組成。75（二）.PLC的軟件組成系統(tǒng)管理程序用戶指令解釋程序標準化模塊程序開關(guān)量邏輯控制程序模擬量運算控制程序閉環(huán)控制程序工作站初始化程序2）用戶程序

PLC由硬件系統(tǒng)組成，由軟件系統(tǒng)支持，硬件和軟件共同構(gòu)成了PLC系統(tǒng)。PLC的軟件系統(tǒng)可分為：

1）系統(tǒng)程序76●系統(tǒng)管理程序系統(tǒng)管理程序主要功能是運行時序分配管理、存儲空間分配管理和系統(tǒng)自檢等?！裼脩糁噶罱忉尦绦蛴脩糁噶罱忉尦绦?qū)⒂脩艟幹频膽?yīng)用程序翻譯成機器指令供CPU執(zhí)行。●供系統(tǒng)調(diào)用的標準程序模塊標準程序模塊具有獨立的功能，使系統(tǒng)只需調(diào)用輸入、輸出、特殊運算等程序模塊即可完成相應(yīng)的具體工作。77系統(tǒng)程序可分為管理程序、編譯程序、標準程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用三部分。管理程序是系統(tǒng)程序中最重要的部分。PLC的運行都由它控制，主要對PLC的輸入、輸出、運算等操作運行，進行時間上先后順序的管理，規(guī)定各種數(shù)據(jù)、程序的存放地址，生成用戶環(huán)境以及系統(tǒng)診斷等。編譯程序用來把梯形圖程序、語句表程序等編程語言翻譯成PLC能夠識別的機器語言。標準程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用，這部分由許多獨立的程序模塊組成，每個程序模塊完成一種單獨的功能，如輸入、輸出及特殊運算等。PLC根據(jù)不同的控制要求，選用這些模塊完成相應(yīng)的工作782．用戶程序用戶程序就是由用戶根據(jù)控制要求，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序，以實現(xiàn)所需的控制目的。用戶程序存儲在系統(tǒng)程序指定的存儲區(qū)內(nèi)，它的最大容量也是由系統(tǒng)程序限定的。79二、用戶程序梯形圖（LAD）編程符號對照80工作站初始化程序是用戶為PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換和信息管理而編制的初化程序，在PLC廠商提供的通信程序的基礎(chǔ)上進行參數(shù)設(shè)定，一般采用高級語言實現(xiàn)?！耖_關(guān)量邏輯控制程序開關(guān)量邏輯控制程序一般采用PLC生產(chǎn)廠商提供的如梯形圖、語句表等編程語言編制。●模擬量運算控制和閉環(huán)控制程序模擬量運算控制和閉環(huán)控制程序是大中型PLC系統(tǒng)的高級應(yīng)用程序，通常采用PLC廠商提供的相應(yīng)程序模塊及主機的匯編語言或高級語言編制?！窆ぷ髡境跏蓟绦?1小結(jié)可編程控制器是當今工業(yè)領(lǐng)域使用最廣泛的一種新型自動控制裝置，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展是PLC出現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)和物質(zhì)基礎(chǔ)，GM10是促使其問世的直接原因。PLC具有高可靠性、強抗干擾能力，編程語言簡單易學(xué)、適應(yīng)性強、調(diào)試維修方便等特點，主要應(yīng)用于開關(guān)量控制、模擬量控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。硬件結(jié)構(gòu)上可以分成微處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出部件等組成部分；軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分。PLC按結(jié)構(gòu)形式分為整體式和模塊式兩類，按功能和I/O點數(shù)可分為低檔機（小型、超小型）、中檔機（中型）和高檔機（大型、超大型）三種?？捎糜脩舫绦虼鎯θ萘?，I/O總點數(shù)、掃描速度等指標衡量其性能。當前，PLC正朝標準化、小型化、模塊化和大容量、高速度、多功能等方面發(fā)展。82三、PLC的基本工作原理工作方式——周期循環(huán)掃描工作過程——自診斷、輸入采樣、程序掃描、輸出刷新幾個階段。掃描周期T=自檢時間+讀入一點時間×輸入點數(shù)+程序步數(shù)×運算速度+輸出一點時間×輸出點數(shù)。83可編程序控制器就是一種存儲程序控制器。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們直接連接到可編程序控制器的輸入端子和輸出端子（可編程序控制器的輸入和輸出接口已經(jīng)做好，接線簡單、方便），在可編程序控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，要實現(xiàn)一個控制任務(wù)，需要針對具體的控制對象，分析控制系統(tǒng)要求，確定所需的用戶輸入輸出設(shè)備，然后運用相應(yīng)的編程語言（如梯形圖、語句表、控制系統(tǒng)流程圖等）編制出相應(yīng)的控制程序，利用編程器或其他設(shè)備（如EPROM寫入器、與PLC相連的個人計算機等）寫入可編程序控制器的程序存儲器中。每條程序語句確定一個順序，運行時CPU依次讀取存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容解釋并加以執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果用以驅(qū)動輸出設(shè)備，控制被控對象工作?？删幊炭刂破魇峭ㄟ^軟件實現(xiàn)控制邏輯的，84PLC的工作過程示意圖851、輸入接線端子2、內(nèi)置輸入控制回路直流電源3、輸入等效繼電器驅(qū)動線圈4、輸入等效繼電器工作觸點5、程序“工作電源”6、輸出繼電器驅(qū)動線圈7、輸出繼電器輔助觸點8、輸出繼電器主觸點9、輸出繼電器接線端子10、負載工作電源1、PLC的等效電路861）．輸入回路這一部分由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經(jīng)PLC輸入接線端子驅(qū)動輸入繼電器。一個輸入端子對應(yīng)一個等效電路中的輸入繼電器，它可提供任意個常開和常閉接點，供PLC內(nèi)部控制電路編程時使用。由于輸入繼電器反映輸入信號的狀態(tài)，如輸入繼電器接通即表示傳送給PLC一個接通的輸入信號，因此習(xí)慣上經(jīng)常將兩者等價使用。輸入回路的電源可用PLC電源部件提供的直流電壓，也可由獨立的交流電源供電。872）、內(nèi)部控制電路這部分電路是由用戶程序形成的。它的作用是按照程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進行運算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出。用戶程序通常采用梯形圖編寫，梯形圖在形式上類似于繼電器控制原理圖，兩者在電路結(jié)構(gòu)及線圈與接點的控制關(guān)系上都大致相同，只是梯形圖中元件符號及其含義與繼電器控制回路中的元件不同。883）．輸出回路輸出部分由與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開觸點、輸出接線端子和外部電路組成，用來驅(qū)動外部負載。PLC內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器。每個輸出繼電器除了有為內(nèi)部控制電路提供編程用的常開、常閉接點外，還為輸出電路提供一個常開接點與輸出接線端相連。驅(qū)動外部負載的電源由用戶提供。在PLC的輸出端子排上，有接輸出電源用的公共端。需要注意的是，PLC等效電路中的繼電器并不是實際的物理繼電器（硬繼電器），它實際上是存儲器中的每一位觸發(fā)器。該觸發(fā)器為“1”態(tài)，則相當于繼電器接通；該觸發(fā)器為“0”態(tài)，則相當于繼電器斷開89自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機2、PLC的掃描工作方式

PLC經(jīng)過五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進行。90自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機

每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I／0部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。91PLC檢查是否有與編程器、計算機等的通信請求，若有則進行相應(yīng)處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯信息等發(fā)送給編程器進行顯示。如果有與計算機等的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)。自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機92

PLC的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將所有輸入端的狀態(tài)送到輸入映象寄存器。

自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機93

中央處理器CPU將逐條執(zhí)行用戶指令程序，即按程序要求對數(shù)據(jù)進行邏輯、算術(shù)運算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中。自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機94

當所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出映象寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。

自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機95PLC經(jīng)過這五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進行。在不考慮第二個因素（通訊處理）時，掃描周期T的大小為：

T=（讀入一點時間×輸入點數(shù)）+（運算速度×程序步數(shù)）+（輸出一點時間×輸出點數(shù)）+故障診斷時間顯然掃描周期主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于工業(yè)設(shè)備通常沒有什么影響。但對控制時間要求較嚴格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確的計算響應(yīng)時間，細心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的響應(yīng)延時等不良影響。96（）程序執(zhí)行輸入電路輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出電路接觸器按鈕按鈕輸入掃描執(zhí)行程序輸出刷新3、PLC的程序執(zhí)行過程971．輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)（“0”或“1”，表現(xiàn)在接線端上是否承受外加電壓）讀入輸入映像寄存器區(qū)。這個過程稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在輸入采樣階段結(jié)束后，即使輸入信號狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會發(fā)生改變。982．程序執(zhí)行階段

在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描，又稱程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序?qū)τ山狱c構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM區(qū)對應(yīng)位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時發(fā)生改變。993．輸出刷新階段當程序執(zhí)行后，進入輸出刷新階段。PLC將輸出映像寄存器區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再通過輸出端驅(qū)動用戶輸出設(shè)備(負載)，這就是PLC的實際輸出。100四、FX2N系列PLC編程元件PLC可以將它看成由繼電器、定時器、計數(shù)器和其他功能模塊構(gòu)成，它與繼電器控制的根本區(qū)別在于PLC采用軟器件，通過程序?qū)⒏髌骷?lián)系起來。這里按習(xí)慣分別將PLC中的軟器件仍稱為繼電器、定時器、計數(shù)器等，它們并不是實際的物理實體，稱它們?yōu)椤败涊斎?輸出繼電器”、“軟定時器”、“軟計數(shù)器”等。對于上述器件在使用時都必須用編號來加以識別。下面介紹編址方法：每個編程元件（軟器件）的編碼由字母和數(shù)字組成。字母X表示輸入繼電器，Y表示輸出繼電器，M表示中間繼電器，T表示定時器，C表示計數(shù)器，S表示狀態(tài)繼電器，D表示數(shù)據(jù)寄存器，SPM表示專用輔助繼電器，數(shù)字為采用八進制的編號101

FX2N系列PLC的編程元件1．輸入繼電器X輸出繼電器Y2．輔助繼電器M（1）通用輔助繼電器。（2）掉電保持輔助繼電器。（3）特殊功能輔助繼電器。3．定時器T（1）通用定時器。（2）累積定時器。4．計數(shù)器C（1）16位加計數(shù)器。（2）32位雙向計數(shù)器。（3）高速計數(shù)器。5．狀態(tài)寄存器S（1）初始狀態(tài)用：（2）回歸原點用（3）一般通用（4）保持用6．數(shù)據(jù)寄存器D（1）通用型數(shù)據(jù)寄存器（2）保持型數(shù)據(jù)寄存器（3）特殊功能寄存器7．變址寄存器V和Z8．指針P/I（1）用于子程序調(diào)用的“P”標號的指針（2）用于中斷服務(wù)程序入口的“I”標號指針9．常數(shù)K/H1021、輸入繼電器（X）在PLC內(nèi)部，與輸入端子相連的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，采用八進制編號，由X000—X177有128個個常開和常閉觸點。是PLC用來接收用戶設(shè)備發(fā)來的輸入信號.輸入繼電器用X00~X07、X10~X17、X20~X27等八進制格式進行編號；輸入繼電器只有觸點沒有線圈，不能用程序驅(qū)動。只能用外部輸入設(shè)備驅(qū)動四、FX2N系列PLC編程元件103FX2N系列PLC編程元件2、輸出繼電器Y（Y000~Y177

）用來將輸出信號傳給負載的元件。輸出繼電器的外部輸出觸點接到PLC的輸出端子上。輸出繼電器采用八進制編號，有內(nèi)部觸點和外部輸出觸點（繼電器觸點、雙向可控硅、晶體管等輸出元件）之分，由程序驅(qū)動。在PLC內(nèi)部，外部輸出觸點與輸出端子相連，向外部負載輸出信號，且一個輸出繼電器只有一個常開型外部輸出觸點。輸出繼電器有無數(shù)個內(nèi)部常開和常閉觸點，編程時可隨意使用。輸出繼電器用Y00~Y07、Y10~Y17、Y20~Y27等八進制格式進行編號。1043．輔助繼電器M

PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器。輔助繼電器和PLC外部無任何直接聯(lián)系，它的線圈只能由PLC內(nèi)部程序控制，它的常開和常閉兩種觸點只能在PLC內(nèi)部編程時使用，但可以無限次地自由使用。它與輸出繼電器不同，輔助繼電器的觸點不能直接驅(qū)動外部設(shè)備。外部負載只能由輸出繼電器觸點驅(qū)動。105

輔助繼電器由內(nèi)部軟元件的觸點驅(qū)動,常開和常閉觸點使用次數(shù)不限，但不能直接驅(qū)動外部負可分為：通用型、斷電保持型和特殊輔助繼電器三種，輔助繼電器按十進制編號。（1）通用輔助繼電器M0~M499（500點）（2）斷電保持輔助繼電器M500~M1023（524點）。（3）特殊輔助繼電器M8000~M8255（256點）只能利用其觸點，可驅(qū)動線圈的特殊輔助繼電器106只能利用其觸點的特殊輔助繼電器M8000：運行監(jiān)控用，PLC運行時M8000接通。M8002：僅在運行開始瞬間接通的初始脈沖特殊輔助繼電器。M8012：產(chǎn)生100ms時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。可驅(qū)動線圈的特殊輔助繼電器M8030：鯉電池電壓指示燈特殊繼電器。M8033：PLC停止時輸出保持特殊輔助繼電器。M8034：止全部輸出特殊輔助繼電器。M8039：時掃描特殊輔助繼電器。1074．狀態(tài)繼電器S

狀態(tài)繼電器S

是對工序步進型控制進行簡易編程的內(nèi)部軟元件，且具有失電保持功能采用十進制編號它與步進指令STL配合使用

狀態(tài)繼電器有下列五種類型：1）初始狀態(tài)繼電器：S0~S9共10點

2）回零狀態(tài)繼電器：S10~S19共10點

3）通用狀態(tài)繼電器：S20~S499共480點

4）保持狀態(tài)繼電器：S500~S899共400點5）報警用狀態(tài)繼電器：S900~S999共100點

狀態(tài)有無數(shù)個常開觸點與常閉觸點，編