PLC編程與應(yīng)用技術(shù)（三菱FX3U）全套教學(xué)課件

《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》

電子教案第1部分可編程序控制器基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)說明：本章是學(xué)習(xí)PLC的入門知識，因此對初學(xué)者來說顯得特別重要。重點掌握：什么是PLC？PLC與其它控制裝置的區(qū)別？PLC的主要特點？本章內(nèi)容：

1.1概述

1.2PLC系統(tǒng)與繼電器系統(tǒng)比較3.3PLC組成3.4PLC工作原理3.5PLC特點與分類3.6PLC的發(fā)展趨勢1.1概述

1.1.1什么是PLC？可編程序控制器（ProgrammbleController）簡稱PC或PLC■是一種工業(yè)控制裝置

PLC是在電器控制技術(shù)和計算機(jī)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(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置1.1概述

1.1.1什么是PLC？■定義

國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：“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(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(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(kuò)充其功能的原則設(shè)計”。

1.1概述

1.1.1什么是PLC？◆區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)◆區(qū)別于傳統(tǒng)控制裝置

近年來，可編程控制器發(fā)展很快，幾乎每年都推出不少新系列產(chǎn)品，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了定義的范圍。1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展■世界上第一臺PLC

1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）的要求研制成功

◆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)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。

1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展

◆設(shè)計思想：吸取繼電器和計算機(jī)兩者的優(yōu)點☆繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡單易懂、價格便宜；☆計算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；☆采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程，使不熟悉計算機(jī)的人也能很快掌握使用。（梯形圖）1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展◆70年代初期：

僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）◆70年代中期：

微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能

◆80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展◆近年來PLC發(fā)展迅速

PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價格比高、高可靠性的特點，已成為自動化工程的核心設(shè)備。

PLC成為具備計算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。

PLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術(shù)支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展就全世界自動化市場的過去、現(xiàn)在和可以預(yù)見的未來而言，PLC仍然處于一種核心地位。在最近出現(xiàn)在美國、歐洲和國內(nèi)有關(guān)探討PLC發(fā)展的論文中，這個結(jié)論是眾口一詞的，盡管對PLC的未來發(fā)展有著許多不同的意見。

在全球經(jīng)濟(jì)不景氣的時候，PLC的市場銷售仍然堅挺；PC控制有了引人注目的進(jìn)展，但畢竟只能對高端的PLC產(chǎn)品形成競爭；小型、超小型PLC的發(fā)展勢頭令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。

1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC三大流派

自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。各國PLC都有自己的特色?！駳W洲：西門子（Siemens）；法國的TE（Telemecanique）●美國：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）

●日本：三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、FUJI（日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型機(jī)性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜）

目前國內(nèi)市場還有韓國、臺灣等PLC產(chǎn)品1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展■我國PLC發(fā)展情況在70年代末和80年代初，我國隨國外成套設(shè)備、專用設(shè)備引進(jìn)了不少國外的PLC。我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機(jī)制造公司、廈門A-B公司等。在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計中，PLC的應(yīng)用逐年增多，取得良好效果。PLC在我國的應(yīng)用越來越廣泛。1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展■我國PLC發(fā)展情況目前，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家有30余家，并有跡象顯示，更多的來自于原PLC應(yīng)用的技術(shù)人員準(zhǔn)備加入到小型PLC開發(fā)的行列。但在目前上市的眾多PLC產(chǎn)品中，還沒有形成規(guī)?；纳a(chǎn)和名牌產(chǎn)品。從技術(shù)角度來看，國內(nèi)外的小型PLC差距正在縮小。如無錫信捷、蘭州全志等公司生產(chǎn)的微型PLC已經(jīng)比較成熟，有些國產(chǎn)PLC（如和利時、科迪納）已經(jīng)擁有符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件、支持了現(xiàn)場總線技術(shù)等。面對國際廠商數(shù)十年的規(guī)?；a(chǎn)和市場管理經(jīng)驗，國內(nèi)廠商更多地只停留在小批量生產(chǎn)和維系生存的起步階段，離真正批量生產(chǎn)、市場化經(jīng)營乃至創(chuàng)建品牌還有很長的路要走。與此同時，國產(chǎn)PLC的低價優(yōu)勢也正在受到新的挑戰(zhàn)。1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展中國PLC市場（

2004年度）1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展

PLC品牌分布情況的原因：產(chǎn)品覆蓋范圍。排在最前的三個品牌有最豐富的產(chǎn)品系列，而且沒有偏重，用戶很容易得到恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品；其他品牌如Fuji，LG則以小型和微型產(chǎn)品為主，GE和Schneider以中大型產(chǎn)品為主。雖然A－B擁有出色的技術(shù)和全面的產(chǎn)品系列，但是高價格使用戶卻步。中國市場上的歷史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中國市場上傳統(tǒng)的供應(yīng)商，在很多領(lǐng)域占了先機(jī)，相對應(yīng)的是GE，Schneider（其實Modicon進(jìn)入中國也比較早，但沒有完整的銷售和服務(wù)體系）和LG這些后來者雖然市場快速增長，但距先行者仍有一定的差距。行業(yè)分布。某些品牌會側(cè)重于一些行業(yè)，如Schneider更加注重電力行業(yè)，Rockwell在冶金行業(yè)表現(xiàn)出眾。1.1概述

1.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展

2004年度PLC市場研究報告表明：①作為目前國內(nèi)控制市場上的主流控制器，PLC市場的國內(nèi)參與者卻需要尷尬地面對這樣一個局面，即在高達(dá)31億的PLC市場總需求中，國產(chǎn)PLC不到整個市場份額1％。

②在按照I/O數(shù)量劃分的市場總量中，小型PLC（256點以下）的市場巨大，占據(jù)市場總額的64％，而國產(chǎn)PLC的市場貢獻(xiàn)恰恰就在小型PLC的市場中。1.1概述

1.1.3PLC的發(fā)展趨勢向高速度、大容量方向發(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(dá)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(biāo)。在存儲容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。1.1概述

1.1.3PLC的發(fā)展趨勢向超大型、超小型兩個方向發(fā)展當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點數(shù)達(dá)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(qiáng)。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(jì)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(jī)及小型自動控制的需要，如三菱公司α系列PLC、西門子公司的LOGO系列PLC。1.1概述

1.1.3PLC的發(fā)展趨勢大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)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(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)與通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)與和通信有兩類：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(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1.1概述

1.1.3PLC的發(fā)展趨勢增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力根據(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(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性1.1概述

1.1.3PLC的發(fā)展趨勢編程語言多樣化在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(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機(jī)兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢。1.2PLC的特點及控制功能

1.2.1PLC的控制功能

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從PLC應(yīng)用類型看，大致可歸納為以下幾個方面：開關(guān)量邏輯控制運動控制過程控制（PID閉環(huán)控制）數(shù)據(jù)處理通信聯(lián)網(wǎng)（構(gòu)成DCS、FCS系統(tǒng)）

1.2PLC的特點及控制功能

1.2.1PLC的控制功能PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機(jī)械的自動控制，擴(kuò)展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過程控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活相關(guān)的機(jī)器、與環(huán)境相關(guān)的機(jī)器，而且有急速的上升趨勢。值得注意的是，隨著PLC、DCS相互滲透，二者的界線日趨模糊的時候，PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴(kuò)展

1.2PLC的特點及控制功能

1.2.2PLC的特點

PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。①可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

②編程簡單、使用方便

③功能完善、通用性強(qiáng)

④設(shè)計安裝簡單、維護(hù)方便

⑤體積小、重量輕、能耗低1.2.2PLC的特點

①可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是PLC最重要的特點之一。PLC的平均無故障時間可達(dá)幾十萬個小時?！镉布矫妫篒/O接口采用采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等?！镘浖矫妫翰捎脪呙韫ぷ鞣绞?，減少了外界的干擾；設(shè)有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當(dāng)由干擾引起故障時，能立即將當(dāng)前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。1.2.2PLC的特點

②編程簡單、使用方便目前，各種PLC都采用梯形圖語言為第一編程語言，是，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機(jī)知識，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。同時，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。許多PLC還針對具體問題，設(shè)計了各種專用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡化了編程。1.2.2PLC的特點

③功能完善、通用性強(qiáng)現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。同時，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。1.2.2PLC的特點

④設(shè)計安裝簡單、維護(hù)方便由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計、安裝接線工作量大為減少。

PLC的用戶程序大部分可在實驗室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計和調(diào)試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很小；而且PLC具很強(qiáng)的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。1.2.2PLC的特點

⑤體積小、重量輕、能耗低PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備1.3PLC的分類

PLC一般可從其I/O點數(shù)、結(jié)構(gòu)形式和功能三方面進(jìn)行分類：

1.3PLC的分類

1.3.1PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）

根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。1）整體式PLC

將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。1.3PLC的分類及特點

1.3.1PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）2）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。模塊式由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同模塊組成一個系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。1.3PLC的分類

1.3.1PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）3）疊裝式PLC

還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來。

疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。

整體式PLC模塊式PLC

1.3PLC的分類

1.3.2PLC的分類（按I/O點數(shù)分類）根據(jù)PLC的I/O點數(shù)，PLC分為小型、中型和大型三類。1）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）2）中型PLCI/O點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型PLC3）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）這個分類界限不是固定不變的，它隨PLC的發(fā)展而變化。1.3PLC的分類及特點

1.3.2PLC的分類（按功能分類）

1）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。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)系統(tǒng)

2）中檔PLC

具有低檔PLC功能外，具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)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

3）高檔PLC

具有中檔機(jī)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(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。知識拓展

PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較(1)從可靠性來看:PLC的可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)。(2)從適應(yīng)性和通用性來看：要實現(xiàn)某種控制時，繼電器線路是通過許多真正的硬繼電器和它們之間的連線達(dá)到的，控制功能包含在固定線路之中，功能專一，系統(tǒng)擴(kuò)充必須變更硬接線，故靈活性較差；而PLC采用軟件編制程序來完成控制任務(wù)，編程時所用到的繼電器為內(nèi)部軟繼電器(理論上講，其觸點數(shù)量無限，使用次數(shù)任意)，外部只需在端子上接入相應(yīng)的輸入/輸出信號即可。PLC系統(tǒng)在I/0點數(shù)及內(nèi)存容量允許范圍內(nèi)可自由擴(kuò)充，并且可用編程器在線或離線修改程序，以適應(yīng)系統(tǒng)控制要求的改變。同一臺PLC，不改變硬件僅改變軟件，就可適應(yīng)各種控制，故通用性強(qiáng)。(3)從控制速度來看：繼電器控制系統(tǒng)依靠觸點的機(jī)械動作實現(xiàn)控制，觸點的開關(guān)動作一般在幾十毫秒數(shù)量級，另外機(jī)械觸點還會出現(xiàn)抖動問題，故工作頻率低；而PLC是由程序中的指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級，故速度較快。PLC內(nèi)部還有嚴(yán)格的同步控制，故不會出現(xiàn)抖動問題。知識拓展

PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較(4)從工作方式來看：繼電器控制系統(tǒng)是并行的，也就是說，只要接通電源，整個系統(tǒng)就處于帶電狀態(tài)，該閉合的觸點都同時閉合，不該閉合的繼電器都因受某種條件限制而不能閉合；PLC控制系統(tǒng)是串行的，各軟繼電器處于周期性循環(huán)掃描中，受同一條件制約的繼電器的動作順序決定于掃描順序，同它們在梯形圖中的位置有關(guān)。新一代PLC除具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能及易與計算機(jī)接口實現(xiàn)群控外，還可通過附加高性能模塊對模擬量進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能，而布線邏輯的繼電器控制系統(tǒng)是不具備這些功能的。(5)從價格來看：繼電器控制系統(tǒng)使用機(jī)械開關(guān)、繼電器和接觸器，價格較便宜；PLC采用大規(guī)模集成電路，價格相對較高。一般認(rèn)為在少于10個繼電器的裝置中，使用繼電器控制邏輯比較經(jīng)濟(jì)；在需要10個以上的繼電器的場合，使用PLC比較經(jīng)濟(jì)。從上面的比較可知，PLC在性能上比繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)異。特別是它具有可靠性高、設(shè)計施工周期短、調(diào)試修改方便，且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便的優(yōu)點，但其價格高于繼電器控制系統(tǒng)。知識拓展

PLC與微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的比較雖然PLC采用了計算機(jī)技術(shù)和微處理器，但它與計算機(jī)相比又具有明顯的不同，主要表現(xiàn)在以下幾方面。(1)從應(yīng)用范圍來看：微型計算機(jī)除用在控制領(lǐng)域之外，還大量用于科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、計算機(jī)通信等方面；而PLC主要用于工業(yè)控制。(2從工作環(huán)境來看：微型計算機(jī)對工作環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，且具有一定溫度和濕度的室內(nèi)使用；而PLC是專為適應(yīng)工業(yè)控制的惡劣環(huán)境而設(shè)計的，適應(yīng)于工程現(xiàn)場的環(huán)境。(3)從編程語言來看：微型計算機(jī)具有豐富的程序設(shè)計語言，其語法關(guān)系復(fù)雜，要求使用者必須具有一定水平的計算機(jī)軟硬件知識；而PLC采用面向控制過程的邏輯語言，以繼電器邏輯梯形圖為表達(dá)方式，形象直觀、編程操作簡單，可在較短時間內(nèi)掌握它的使用方法和編程技巧。知識拓展

PLC與微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的比較(4)從工作方式來看：微型計算機(jī)一般采用等待命令方式，運算和響應(yīng)速度快；PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，其輸入、輸出存在響應(yīng)滯后，速度較慢。對于快速系統(tǒng)，PLC的使用受掃描速度的限制。另外，PLC一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，可針對不同的對象和控制需要進(jìn)行組合和擴(kuò)展，具有很大的靈活性和很好的性能價格比，維修也更簡便。(5)從價格來看：微型計算機(jī)是通用機(jī)，功能完備，價格較高；而PLC是專用機(jī)，功能較少，價格相對較低。從以上幾個方面的比較可知，PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，易于學(xué)習(xí)和掌握，價格也比一般的微型計算機(jī)便宜。在同一系統(tǒng)中，一般PLC集中在功能控制方面，而微型計算機(jī)作為上位機(jī)集中在信息處理和PLC網(wǎng)絡(luò)的通信管理上，兩者相輔相成。知識拓展

PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)的比較單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜等優(yōu)點，一般用于數(shù)字采集和工業(yè)控制；而PLC是專門為工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設(shè)計的。與單片機(jī)控制系統(tǒng)相比，PLC有以下幾點不同。(1)從使用者學(xué)習(xí)掌握的角度來看：單片機(jī)的編程語言一般為匯編語言或單片機(jī)C語言，這就要求設(shè)計人員具備一定的計算機(jī)硬件和軟件知識，對于只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要相當(dāng)一段時間的學(xué)習(xí)才能掌握；PLC雖然本質(zhì)上是一種微型計算機(jī)系統(tǒng)，但它提供給用戶使用的是機(jī)電控制人員所熟悉的梯形圖語言，使用的術(shù)語仍然是“繼電器”一類的術(shù)語，大部分指令與繼電器觸點的串并聯(lián)相對應(yīng)，這就使得熟悉機(jī)電控制的工程技術(shù)人員一目了然。對于使用者來說，不必去關(guān)心微型計算機(jī)的一些技術(shù)問題，只需用較短時間去熟悉PLC的指令系統(tǒng)及操作方法，就能應(yīng)用到工程現(xiàn)場。知識拓展

PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)的比較(2)從使用簡單程度來看：單片機(jī)用來實現(xiàn)自動控制時，一般要在輸入/輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮現(xiàn)場與單片機(jī)的連接、接口的擴(kuò)展、輸入/輸出信號的處理、接口工作方式等問題，除了要設(shè)計控制程序外，還要在單片機(jī)的外圍做很多軟件和硬件方面的工作，系統(tǒng)的調(diào)試也比較麻煩；而PLC的I/0口已經(jīng)做好，輸入接口可以與輸入信號直接連線，非常方便，輸出接口也具有一定的驅(qū)動能力。(3)從可靠性來看：用單片機(jī)做工業(yè)控制，突出的問題是抗干擾性能差；而PLC是專門應(yīng)用于工程現(xiàn)場的自動控制裝置，在系統(tǒng)硬件和軟件上都采取了抗干擾措施，如光電耦合、自診斷、多個CPU并行操作等，故PLC系統(tǒng)的可靠性較高。雖然PLC在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理通用性相適應(yīng)性等方面不如單片機(jī)，但PLC用于控制時穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便。2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆PLC的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類似：

是一種以微處理器為核心的、用于控制的特殊計算機(jī)◆PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分PLC的硬件：中央處理器（CPU）、存儲器、輸入接口、輸出接口、通信接口、電源等PLC的軟件：系統(tǒng)程序和用戶程序2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)編程器寫入器電源輸入單元輸出單元CPU通信接口擴(kuò)展接口存儲器2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆PLC中常采用的CPU有三類：1)通用微處理器（如Z80、8086、80286等）2)單片微處理器（如8031、8096等）3)位片式微處理器(如AMD29W等)◆小型PLC：大多采用8位通用微處理器和單片微處理器，中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處理器大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（32位）小型PLC為單CPU系統(tǒng)，中、大型PLC則大多為雙CPU或多CPU系統(tǒng)。對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個為字處理器，一般采用8位、16位或32位處理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設(shè)計制造的專用芯片。2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆CPU的作用：按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作。歸納起來主要有以下五個方面：1）接收并存儲編程器或其它外設(shè)輸入的用戶程序或數(shù)據(jù)2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路故障和編程中的語法錯誤等3）接收并存儲從輸入單元（接口）得到現(xiàn)場輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)4）逐條讀取并執(zhí)行存儲器中的用戶程序，并將運算結(jié)果存入存儲器中5）根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位和輸出內(nèi)容，通過輸出接口實現(xiàn)控制、制表打印或數(shù)據(jù)通訊等功能2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆存儲器的作用：

在PLC中，存儲器主要用于系統(tǒng)程序、用戶程序、數(shù)據(jù)◆存儲器的類型：①可讀/寫操作的隨機(jī)存儲器RAM②只讀存儲器ROM、PROM、EPROM和EEPROM2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆輸入/輸出接口通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接通道?！馪LC輸入接口-----可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)

●

PLC輸出接口-----將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆

I/O接口的作用：●電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信號是標(biāo)準(zhǔn)電平信號。

●光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力

●通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)◆I/O接口的類型：

●開關(guān)量輸入/輸出接口●模擬量輸入/輸出接口2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆開關(guān)量輸入/輸出接口●常用開關(guān)量輸入接口：

①直流輸入接口、②交流輸入接口、③交/直流輸入接口●常用開關(guān)量輸出接口：

①繼電器輸出接口：響應(yīng)速度慢、動作頻率低，可驅(qū)動交流或直流負(fù)載②晶體管輸出接口：響應(yīng)速度快、動作頻率高，只能用于驅(qū)動直流負(fù)載

③晶閘管輸出接口：響應(yīng)速度快、動作頻率高，只能用于驅(qū)動交流負(fù)載2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆模擬量輸入/輸出接口●模擬量輸入接口（A/D接口）分辨率（8位、10位、12位等）、量化誤差、偏移誤差、滿刻度誤差、線性度、精度等許多PLC還有與熱電阻或熱電偶配套使用的A/D接口

●模擬量輸出接口（D/A接口）分辨率（8位、10位、12位等）、精度、線性度、穩(wěn)定時間等2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆輸入/輸出（I/O）點數(shù)：●PLC的I/O點數(shù)是指PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)的總和。

●I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一

●當(dāng)I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴(kuò)展接口對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆PLC配有各種通信接口與外部設(shè)備連接

●與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印●與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來●與PLC連接，組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂啤衽c計算機(jī)連接，組成多級分布式控制系統(tǒng)，控制與管理相結(jié)合●與人機(jī)界面（觸摸屏）連接●與智能接口模塊連接。智能接口模塊是一獨立的計算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口，PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等?！衽c編程器連接2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆擴(kuò)展接口（是用于連接護(hù)展單元的接口）。當(dāng)PLC基本單元I/O點數(shù)不能滿足要求時，可通過擴(kuò)展接口連接擴(kuò)展單元以增加系統(tǒng)的I/O點數(shù)2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)通信與擴(kuò)展接口的連接實例2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，以提供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。因此，對于電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15%的范圍內(nèi)波動。◆許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。◆電源的容量2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆編程器的作用：是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的設(shè)備。簡易編程器專用編程器◆編程器智能編程器

通用編程系統(tǒng)：PC上配專用編程軟件包2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)2.1PLC組成及功能

2.1.1PLC的硬件系統(tǒng)◆寫入器:是用來將用戶程序固化到EPROM存儲器中的一種PLC外部設(shè)備?！魹榱耸拐{(diào)試好用戶程序不易丟失，經(jīng)常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)RAM保存到EPROM中。2.1PLC組成及功能

2.1.2PLC中的軟件系統(tǒng)◆系統(tǒng)程序:

系統(tǒng)程序是完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用、管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能。

系統(tǒng)程序由PLC的制造廠家編寫的，在PLC使用過程中不會變動，它和PLC的硬件組成有關(guān)，它關(guān)系到PLC的性能。

系統(tǒng)程序由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。2.1PLC組成及功能

2.1.2PLC中的軟件系統(tǒng)◆用戶程序:●用戶程序是用戶根據(jù)控制對象生產(chǎn)工藝及控制的要求而編制的應(yīng)用程序。它是由PLC控制對象的要求而定的，

●為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運行正常，不需要改變，可將其固化在EPROM中。

●現(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲器。2.2PLC的等效電路

2.2.1接線程序控制、存儲程序控制與可編程序控制器2.2PLC的等效電路

2.2.1接線程序控制、存儲程序控制與可編程序控制器2.2PLC的等效電路

2.2.2PLC等效電路例：三相異步電動機(jī)單向運行電器控制系統(tǒng)

輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

2.2PLC的等效電路

2.2.2PLC等效電路三相異步電動機(jī)單向運行PLC控制系統(tǒng)2.2PLC的等效電路

2.2.2PLC等效電路①控制方法上：硬：軟②工作方式上：

并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：

速度慢：快

④定時和計數(shù)控制上：

精度低：高

⑤可靠性和可維護(hù)性上：可靠性低：高FX-PLCFX0SFX0NFX1S/FX1NFX2NAnSQnA/AnAQnSCC-LINKS7-200S7-300S7-400LOGOCSPC200HCSSLC500

2.3PLC的主要邏輯部件

2.3.1繼電器邏輯1．輸入繼電器X輸入繼電器是PLC專門用來接收外部輸入信號的。它與PLC的輸入端點相連，可提供許多(無限制)常開／常閉觸點供編程時使用(實質(zhì)上是調(diào)用該元件的狀態(tài))。該繼電器由外部輸入信號驅(qū)動，其常開／常閉觸點供編程時使用。等效電路圖如下所示：

2.3PLC的主要邏輯部件

2.3.1繼電器邏輯2．輸出繼電器Y輸出繼電器是專門用來將輸出信號傳遞給外部負(fù)載(具有一定的帶負(fù)載能力)的。外部信號無法驅(qū)動Y，只能在程序內(nèi)部用指令來驅(qū)動。輸出繼電器由程序執(zhí)行結(jié)果激勵，它只有一對輸出觸點能直接帶負(fù)載，這對觸點的狀態(tài)對應(yīng)于輸出刷新階段鎖存電路的輸出狀態(tài)。同時它還有無數(shù)對供編程使用的內(nèi)部常開／常閉觸點，其狀態(tài)與輸出觸點的狀態(tài)相對應(yīng)。等效電路圖如下所示：

2.3PLC的主要邏輯部件

2.3.1繼電器邏輯3．內(nèi)部繼電器(寄存器)RPLC中有很多內(nèi)部繼電器。和輸出繼電器一樣，內(nèi)部繼電器只能由程序驅(qū)動。每個內(nèi)部繼電器也有無數(shù)對常開／常閉觸點專供編程使用。其作用相當(dāng)于控制線路中的中間繼電器。內(nèi)部繼電器的觸點不能直接驅(qū)動外部負(fù)載。內(nèi)部繼電器又可分為通用內(nèi)部繼電器和特殊內(nèi)部繼電器。等效電路圖如下所示：

2.3PLC的主要邏輯部件

2.3.2定時器邏輯PLC中的定時器T相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器，它可提供無數(shù)對常開／常閉觸點供編程使用。定時器一般包括以下幾個內(nèi)容：(1)定時條件——控制定時器操作；(2)定時語句——指定所使用的定時器，給出定時設(shè)定值；(3)定時器的當(dāng)前值——記錄定時時間(經(jīng)過值)；(4)定時繼電器——定時器達(dá)到設(shè)定的時間值時為ON，未開始定時或未達(dá)到設(shè)定值時為0FF。

2.3PLC的主要邏輯部件

2.3.3計數(shù)器邏輯PLC為用戶提供了若干個計數(shù)器。計數(shù)器由軟件來實現(xiàn)，一般采用遞減計數(shù)，它還提供了無數(shù)對常開／常閉觸點供編程使用。一個計數(shù)器有以下幾個內(nèi)容：(1)計數(shù)器的復(fù)位信號；(2)計數(shù)器的計數(shù)信號；(3)計數(shù)器設(shè)定值的記憶單元；(4)計數(shù)器當(dāng)前值(經(jīng)過值)單元。計數(shù)器的計數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時計數(shù)繼電器為ON，復(fù)位或未達(dá)到設(shè)定值時為OFF。

2.3PLC的主要邏輯部件

2.3.4觸發(fā)器邏輯PLC為用戶提供了觸發(fā)器邏輯，用它來記憶某些信息。該觸發(fā)器可以被置位成“1”，也可被復(fù)位成“0”。

2.3PLC的主要邏輯部件

2.3.5移位寄存器PLC為用戶提供了不同長度的移位寄存器，以適應(yīng)不同控制的需要。PLC除可進(jìn)行位運算外，還可進(jìn)行字運算。PLC為用戶提供了若干個數(shù)據(jù)寄存器用于存放數(shù)據(jù)。2.4PLC的編程語言PLC作為一個工業(yè)控制計算機(jī)，采用軟件編程邏輯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬件有線邏輯實現(xiàn)控制。其編程語言是面向被控對象，面向操作者，易于為熟悉繼電器控制電路的廣大電氣技術(shù)人員所掌握，通常PLC的編程語言有梯形圖語言，指令助記符語言，控制系統(tǒng)流程圖語言(功能圖編程語言)，布爾代數(shù)語言等，大型PLC還可用高級語言。不同廠家，甚至不同型號的PLC產(chǎn)品使用的編程語言及編程語言中所采用的符號也不盡相同。2.4PLC的編程語言

2.4.1梯形圖語言梯形圖語言是在接觸器－繼電器控制原理的基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言，它形象、直觀，為廣大電氣人員所熟悉，是中、小型PLC的主要程序語言。它將PLC內(nèi)部的各種編程元件(如輸入繼電器，輸出繼電器，內(nèi)部繼電器，定時器，計數(shù)器等)和命令用特定的圖形符號和標(biāo)注加以描述，并賦予一定的意義，如下圖所示。

2.4PLC的編程語言

2.4.1梯形圖語言1．梯形圖構(gòu)成規(guī)則梯形圖中的和符號分別表示常開和常閉接點，它們既可以是外部開關(guān)(硬開關(guān))，也可以表示內(nèi)部的軟開關(guān)或接點（即“軟器件”接點)，每個開關(guān)都有一個標(biāo)號(如Xl，X2，X3)以示區(qū)別，同一標(biāo)號的開關(guān)可多次使用。--符號為輸出線圈(軟器件線圈)，標(biāo)號為Yl，Y2…每個標(biāo)號只能用一次。2.4PLC的編程語言

2.4.1梯形圖語言2．梯形圖編程的格式和特點(1)梯形圖按自左至右，自上至下的順序書寫，CPU也是按以上順序執(zhí)行程序。(2)每個梯形圖由多層梯級(或稱邏輯行)組成，每層梯級(即邏輯行)起始于左母線，經(jīng)過觸點的各種連接，最后通過一個繼電器線圈終止于右母線。每一邏輯行實際上代表一個邏輯方程。(3)梯形圖中左右兩邊的豎線(稱為左右母線)表示假想的邏輯電源，當(dāng)某一梯級的邏輯運算結(jié)果為“1”時，表示有“概念”電流自左向右流動。2.4PLC的編程語言

2.4.1梯形圖語言2．梯形圖編程的格式和特點(4)梯形圖中某一編號的繼電器線圈一般情況下只能出現(xiàn)一次(除了有跳轉(zhuǎn)指令和步進(jìn)指令等的程序段以外)，而同一編號的繼電器常開、常閉接點則可被無限次使用(即重復(fù)讀取與該繼電器對應(yīng)的存儲單元狀態(tài))。(5)梯形圖中每一梯級的運算結(jié)果，可立即被其后面的梯級所利用。(6)輸入繼電器僅受外部輸入信號控制，不能由各種內(nèi)部接點驅(qū)動，因此梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的接點，而不出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。(7)梯形圖中的輸入接點和輸出繼電器線圈對應(yīng)的是I/O映像寄存器相應(yīng)位的狀態(tài)，而不是物理觸點和線圈?，F(xiàn)場執(zhí)行元件只能通過受控于輸出繼電器狀態(tài)的接口元件(繼電器、晶閘管、晶體管)所驅(qū)動。(8)PLC的內(nèi)部輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等的線圈不能用于輸出控制之用。(9)程序結(jié)束時應(yīng)有結(jié)束符，用“-（ED）-”表示。2.4PLC的編程語言

2.4.1梯形圖語言3．繪制梯形圖要遵循的規(guī)則和設(shè)計技巧(1)梯形圖好似接觸器－繼電器控制展開圖，控制電源的高電位接最左側(cè)豎母線，低電位接最右側(cè)豎母線。一旦回路導(dǎo)通，電流從左側(cè)流向右側(cè)，使繼電器線圈勵磁動作。(2)梯形圖中控制一個繼電器線圈的邏輯電路為一個邏輯行，各邏輯行中所有接點全部在線圈左邊，右邊不能有接點符號，由于線圈總與右側(cè)母線相連，習(xí)慣上常可將右側(cè)母線省略。(3)程序的編寫應(yīng)按自上而下、從左到右的方式進(jìn)行，梯形圖的順序應(yīng)體現(xiàn)“左重右輕、上重下輕”的原則。串聯(lián)多的電路盡量放在上部。并聯(lián)多的電路圖盡量靠近左母線。2.4PLC的編程語言

2.4.1梯形圖語言3．繪制梯形圖要遵循的規(guī)則和設(shè)計技巧(4)梯形圖中不允許畫電流交叉的電路

(5)每個元件的觸點可以多次使用(無數(shù)次)，不必設(shè)計技巧性很強(qiáng)的程序結(jié)構(gòu),而應(yīng)設(shè)計易讀、易懂、便于維護(hù)的程序。(6)輸出線圈只能使用一次，如重復(fù)使用同名線圈則以最后一次的狀態(tài)作為輸出結(jié)果。

2.4PLC的編程語言

2.4.2指令助記符語言它是一種類似微機(jī)的匯編語言的助記符編程表達(dá)式。不同廠家的PLC指令語句表使用的助記符并不相同，但基本上大同小異。編程時，一般先根據(jù)要求編制梯形圖語言，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語言。

2.4PLC的編程語言

2.4.3功能圖編程語言這是一種較新的編程方法。它是用像控制系統(tǒng)流程圖一樣的功能圖表達(dá)一個控制過程，目前國際電工協(xié)會正在實施發(fā)展這種新式的編程標(biāo)準(zhǔn)。不同廠家的PLC對這種編程語言所用的符號和名稱也不一樣。三菱公司的PLC產(chǎn)品中稱為功能圖編程語言，富士公司的PLC產(chǎn)品中稱順序功能圖，而西門子的PLC產(chǎn)品中則稱控制系統(tǒng)流程圖編程語言。書中圖2-17是一個先“與”后“或”操作的功能圖編程語言圖，其優(yōu)點是：(1)特別適宜順序系統(tǒng)的設(shè)計，可以靈活地控制系統(tǒng)流程，實現(xiàn)復(fù)雜控制。(2)易于將傳統(tǒng)的手控方式選擇和自動運行等多種工作模式結(jié)合在一起。(3)有利于提高程序的效率。(4)程序的可讀性好，容易調(diào)試和修改。

2.4PLC的編程語言

2.4.4高級語言編程近幾年推出的PLC產(chǎn)品，尤其是大型PLC，已開始用BASIC高級語言進(jìn)行編程。有的PLC采用類似PASCAL語言的專用語言，系統(tǒng)軟件具有這種專用語言的自動編譯程序。采用高級語言編程后，用戶可以像使用普通微機(jī)一樣操作PLC。除了完成邏輯功能外，還可以進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理以及與上位機(jī)通信等。

2.5PLC工作原理

2.5.1掃描工作方式★當(dāng)PLC運行時，需要進(jìn)行眾多的操作★而PLC的CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，每一刻只能執(zhí)行一個操作。2.5PLC工作原理

2.5.1掃描工作方式★解決的辦法：采用分時操作原理

★由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時完成的。

★這種分時操作的方法稱為掃描工作方式

2.5PLC工作原理

2.5.1掃描工作方式★例如：用戶程序的執(zhí)行（用戶程序的掃描工作過程）

掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。2.5PLC工作原理

2.5.2PLC的掃描工作過程

檢查CPU等內(nèi)部硬件，對監(jiān)視定時器（WDT）復(fù)位以及其它工作與其它智能裝置（如編程器、計算機(jī)等）實現(xiàn)通信

按順序?qū)λ休斎攵说臓顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入相應(yīng)寄存器對用戶程序掃描執(zhí)行，并將結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器將寄存器中與輸出有關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)到輸出鎖存器，輸出驅(qū)動外部負(fù)載

2.5PLC工作原理

2.5.2PLC的掃描工作過程

★整個過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個階段★整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期★掃描周期與CPU運行速度、PLC硬件配置及用戶程序長短有關(guān)。★典型值為1～100ms2.5PLC工作原理

2.5.3PLC執(zhí)行程序的過程2.5PLC工作原理

2.5.4PLC掃描工作方式的特點★集中采樣：

在一個掃描周期中，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入處理階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序處理階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才對輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣?！锛休敵觯?/p>

在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出處理階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。2.5PLC工作原理

2.5.4PLC掃描工作方式的特點(集中采樣、集中輸出的優(yōu)點)

★提高了抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性

PLC工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

2.5PLC工作原理

2.5.4PLC掃描工作方式的特點(集中采樣、集中輸出的缺點)★降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度

PLC輸入／輸出響應(yīng)滯后：當(dāng)PLC輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時間。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。

注意：這種響應(yīng)滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲和輸出接口中驅(qū)動器件動作時間帶來輸出延遲，還與程序設(shè)計有關(guān)。

★

對于小型PLC:

I/O點數(shù)較少、用戶程序較短一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式

★而對于大中型PLC:

I/O點數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，采用定期采樣、定期輸出方式或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式2.5PLC工作原理

2.5.4PLC掃描工作方式的特點2.6PLC的主要技術(shù)指標(biāo)1．I/O點數(shù)2．掃描速度3．內(nèi)存容量4．指令系統(tǒng)5．內(nèi)部寄存器6．編程語言7．編程手段8．功能模塊第二單元三菱FX2N系列PLC的硬件資源三菱PLC主要特點：1．先進(jìn)美觀的外部設(shè)計2．提供多種系列機(jī)型供用戶選擇FX0S、FX0N、FX2N、FX3N3．靈活多變的系統(tǒng)配置用戶除了可以選用不同型號的FX系列PLC外，還可以選用各種擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊，組成不同I/O點和不同功能的控制系統(tǒng)。一、FX系列PLC的系統(tǒng)配置

1．FX系列PLC型號名稱的含義FX系列PLC型號命名的基本格式為：例如FX2N-40MRD，其參數(shù)意義為三菱FX2NPLC，有40個I/O點的基本單元，繼電器輸出型，使用DC24V電源。一、FX系列PLC的系統(tǒng)配置

2．FX系列PLC的基本組成FX系列PLC是由基本單元、擴(kuò)展單元及特殊功能單元構(gòu)成。基本單元包括CPU、存儲器、I/O接口部件和電源，它是PLC的主要組成部分。

擴(kuò)展單元是擴(kuò)展I/O點數(shù)的裝置，內(nèi)部有電源；擴(kuò)展模塊用于增加I/O點數(shù)和改變I/O點數(shù)的比例，內(nèi)部無電源，由基本單元和擴(kuò)展單元供給。特殊功能單元是一些特殊用途的裝置，如進(jìn)行模擬量控制的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，高速計數(shù)模塊（HC），過程控制模塊（PID）等特殊功能單元以FX2N系列為例具體介紹PLC的組成。FX2N系列PLC基本單元型

號輸入點數(shù)輸出點數(shù)擴(kuò)展模塊可用點數(shù)繼電器輸出可控硅輸出晶體管輸出FX2N-16MR-001FX2N-16MS-001FX2N-16MT-0018824~32FX2N-32MR-001FX2N-32MS-001FX2N-32MT-001161624~32FX2N-48MR-001FX2N-48MS-001FX2N-48MT-001242448~64FX2N-64MR-001FX2N-64MS-001FX2N-64MT-001323248~64FX2N-80MR-001FX2N-80MS-001FX2N-80MT-001404048~64FX2N-128MR-001—

FX2N-128MT-001646448~64表2-3FX2N系列PLC擴(kuò)展單元型

號輸入點數(shù)輸出點數(shù)擴(kuò)展模塊可用點數(shù)繼電器輸出可控硅輸出晶體管輸出FX2N-32ERFX2N-32ESFX2N-32ET161624~32FX2N-48ER—FX2N-48ET242448~64表2-4FX2N系列PLC擴(kuò)展模塊型

號輸入點數(shù)輸出點數(shù)輸入繼電器輸出可控硅輸出晶體管輸出FX2N-16EX———16—FX2N-16EX-C———16—FX2N-16EXL-C———16——FX2N-16EYRFX2N-16EYS—16———FX2N-16EYT—16———FX2N-16YET-C—16表2-5FX2N系列PLC特殊功能模塊種類型號功能概要特殊功能單元FX2N-10GM1軸用定位單元FX2N-20GM2軸用定位單元FX2N—1RM-E-SET旋轉(zhuǎn)角度檢測單元模擬量輸入模塊FX2N-2AD2通道模擬量輸入FX2N-4AD4通道模擬量輸入FX2N-4AD-PT4通道溫度傳感器信號輸入（PT100）FX2N-4AD-TC4通道溫度傳感器信號輸入（熱電偶）模擬量輸出模塊FX2N-2DA2通道模擬量輸出FX2N-4DA4通道模擬量輸出功能擴(kuò)展板FX2N-8AV-BD電位器擴(kuò)展板（8點）FX2N-232-BDRS-232通信擴(kuò)展板FX2N-422-BDRS-422通信擴(kuò)展板FX2N-485-BDRS-485通信擴(kuò)展板FX2N-CNV-BD連接通信適配器用的板卡二、三菱FX2N

系列PLC實物認(rèn)知

三菱FX2N系列PLC面板，主要包含型號（Ⅰ區(qū)）、狀態(tài)指示燈（Ⅱ區(qū)）、模式轉(zhuǎn)換開關(guān)與通訊接口（Ⅲ區(qū)）、PLC的電源端子與輸入端子（Ⅳ區(qū)）、輸入指示燈（Ⅴ區(qū)）、輸出指示燈（Ⅵ區(qū)）、輸出端子（Ⅶ區(qū)）。3．FX2N系列PLC的模式轉(zhuǎn)換開關(guān)與通訊接口模式轉(zhuǎn)換開關(guān)用來改變PLC的工作模式，PLC電源接通后，將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到RUN位置上，則PLC的運行指示燈（RUN）發(fā)光，表示PLC正處于運行狀態(tài)；將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到STOP位置上，則PLC的運行指示燈（RUN）熄滅，表示PLC正處于停止?fàn)顟B(tài)，

3．FX2N系列PLC的模式轉(zhuǎn)換開關(guān)與通訊接口通訊線與PLC連接時，務(wù)必注意通訊線接口內(nèi)的“針”與PLC上的接口正確對應(yīng)后才可將通訊線接口用力插入PLC的通訊接口，避免損壞接口，4．FX2N系列PLC的電源端子、輸入端子與輸入指示燈外部電源端子：圖中方框內(nèi)的端子，為PLC的外部電源端子（L、N、地），通過這部分端子外接PLC的外部電源（AC220V）。輸入公共端子COM：在外接傳感器、按鈕、行程開關(guān)等外部信號元件時必須接的一個公共端子。+24V電源端子：PLC自身為外部設(shè)備提供的直流24V電源，多用于三端傳感器。X端子：X端子為輸入（IN）繼電器的接線端子，是將外部信號引入PLC的必經(jīng)通道。輸入指示燈：為PLC的輸入（IN）指示燈，PLC有正常輸入時，對應(yīng)輸入點的指示燈亮。5．FX2N系列PLC的輸出端子與輸出指示燈輸出公共端子COM：此端子為PLC輸出公共端子，在PLC連接交流接觸器線圈、電磁閥線圈、指示燈等負(fù)載時必須連接的一個端子。Y端子：Y端子為PLC的輸出（OUT）繼電器的接線端子，是將PLC指令執(zhí)行結(jié)果傳遞到負(fù)載側(cè)的必經(jīng)通道。輸出指示燈：當(dāng)某個輸出繼電器被驅(qū)動后，則對應(yīng)的Y指示燈就會點亮。I/O點的類別、編號及使用說明I/O端子是PLC與外部輸入、輸出設(shè)備連接的通道。輸入端子（X）位于機(jī)器的一側(cè)，而輸出端子（Y）位于機(jī)器的另一側(cè)。I/O點的數(shù)量、類別隨機(jī)器的型號不同而不同，但編號規(guī)則完全相同。FX2N系列PLC的I/O點編號采用8進(jìn)制，即000～007、010～017、020～027……，輸入點前面加“X”，輸出點前面加“Y”。擴(kuò)展單元和I/O擴(kuò)展模塊，其I/O點編號應(yīng)緊接基本單元的I/O編號之后，依次分配編號。輸入回路及接線輸入回路的實現(xiàn)是將COM通過輸入元件（如按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器的觸點、傳感器等）連接到對應(yīng)的輸入點上，再通過輸入點X將信息送到PLC內(nèi)部。一旦某個輸入元件狀態(tài)發(fā)生變化，對應(yīng)輸入繼電器X的狀態(tài)也就隨之變化，輸出回路及接線輸出回路就是PLC的負(fù)載驅(qū)動回路，輸出回路的連接如下圖所示。通過輸出點，將負(fù)載和負(fù)載電源連接成一個回路，這樣負(fù)載就由PLC輸出點的ON/OFF進(jìn)行控制，輸出點動作負(fù)載得到驅(qū)動。負(fù)載電源的規(guī)格應(yīng)根據(jù)負(fù)載的需要和輸出點的技術(shù)規(guī)格進(jìn)行選擇。在實現(xiàn)輸入/輸出回路時，應(yīng)注意的事項如下：（1）I/O點的共COM問題一般情況下，每個I/O點應(yīng)有兩個端子，為了減少I/O端子的個數(shù)，PLC內(nèi)部已將其中一個I/O繼電器的端子與公共端COM連接。輸出端子一般采用每4個點共COM連接，如圖2-8所示。在負(fù)載使用相同電壓類型和等級時：則將COM1、COM2、COM3、COM4用導(dǎo)線短接起來就可以了。在負(fù)載使用不同電壓類型和等級時：Y0～Y3共用COM1，Y4～Y7共用COM2，Y10～Y13共用COM3，Y14～Y17共用COM4，Y20～Y27共用COM5。對于共用一個公共端子的同一組輸出，必須用同一電壓類型和同一電壓等級，但不同的公共端子組可使用不同的電壓類型和電壓等級。三、FX系列PLC內(nèi)部資源

FX系列PLC內(nèi)部有CPU、存儲器、輸入／輸出接口單元等硬件資源，這些硬件資源在其系統(tǒng)軟件的支持下，使PLC具有很強(qiáng)的功能。對某一特定的控制對象，若用PLC進(jìn)行控制，必須編寫控制程序。在PLC的RAM存儲區(qū)中應(yīng)有存放數(shù)據(jù)的存儲單元。由于PLC是由繼電器接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，而且在設(shè)計時考慮到便于電氣技術(shù)人員容易學(xué)習(xí)與接受，因此將其存放數(shù)據(jù)的存儲單元用繼電器來命名。按存儲數(shù)據(jù)的性質(zhì)把這些數(shù)據(jù)存儲器RAM命名為輸入繼電器區(qū)，輸出繼電器區(qū)，輔助繼電器區(qū)，狀態(tài)繼電器區(qū)，定時器、計數(shù)器區(qū)，數(shù)據(jù)寄存器區(qū)等。我們通常把這些繼電器稱為編程元件，用戶在編程時必須了解這些編程元件的符號與編號。1．輸入繼電器X輸入繼電器〔X)是PLC接收外部輸入設(shè)備輸入信號的窗口。每一個輸入端子對應(yīng)一個輸入繼電器。PLC通過輸入接口將外部輸入信號的狀態(tài)（接通時為“1”，斷開時為“0”）讀入并存儲在輸入映像寄存器中，輸入繼電器必須由外部信號驅(qū)動，不能用程序驅(qū)動，所以在程序中不可能出現(xiàn)其線圈。其觸點的使用次數(shù)不限。FX系列PLC的輸入繼電器以八進(jìn)制進(jìn)行編號，其中，基本單元的輸入繼電器編號是固定的，擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的編號按與基本單元最靠近處順序進(jìn)行編號。例如：基本單元FX2N-48M的輸入繼電器編號為X000-X027（24點），如果接有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，則擴(kuò)展的輸入繼電器從X030開始編號。

2．輸出繼電器Y輸出繼電器(Y)是PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號的窗口，PLC輸出接口的每一個輸出點對應(yīng)一個輸出繼電器。輸出繼電器的線圈只能由程序驅(qū)動，每個輸出繼電器除了為內(nèi)部控制電路提供編程用的常開、常閉觸點外（內(nèi)部觸點使用次數(shù)不受限制），還為輸出電路提供一個常開觸點與輸出接線端連接，驅(qū)動外部負(fù)載動作。FX系列PLC的輸出繼電器也以八進(jìn)制進(jìn)行編號，方法與輸入繼電器相同。

3．輔助繼電器MPLC內(nèi)部有很多輔助繼電器，和輸出繼電器一樣，只能由程序驅(qū)動，每個輔助繼電器也有無數(shù)對常開、常閉接點供編程使用。其作用相當(dāng)于接觸器-繼電器控制線路中的中間繼電器。輔助繼電器的接點在PLC內(nèi)部編程時可以任意使用，但它不能直接驅(qū)動負(fù)載，外部負(fù)載必須由輸出繼電器的輸出接點來驅(qū)動。FX2N系列PLC的輔助繼電器有通用輔助繼電器、斷電保持輔助繼電器和特殊輔助繼電器。（1）通用輔助繼電器FX2N系列PLC的通用輔助繼電器的元件編號為M0~M499（采用十進(jìn)制進(jìn)行編號），共500點。通用輔助繼電器沒有斷電保持功能，如果PLC運行時電源突然斷電，則全部線圈復(fù)位，3．輔助繼電器M（2）斷電保持輔助繼電器與通用輔助繼電器不同的是斷電保持繼電器具有斷電保護(hù)功能，即當(dāng)PLC在運行中若發(fā)生斷電時保持其原有的狀態(tài)，重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。M500~M3071可以用于這種場合。（3）特殊輔助繼電器FX2N系列PLC內(nèi)有256個特殊輔助繼電器，地址編號為M8000~M8255，它們用來表示PLC上的某些狀態(tài)，提供時鐘脈沖和標(biāo)志(如進(jìn)位、借位標(biāo)志等)，設(shè)定PLC的運行方式，或者用于步進(jìn)順控、禁止中斷、設(shè)定計數(shù)器的計數(shù)方式等。特殊輔助繼電器通常分為兩大類。3．輔助繼電器M①只能利用其接點的特殊輔助繼電器此類線圈由PLC自動驅(qū)動，用戶只可以利用其接點。例如：M8000：運行監(jiān)控。PLC運行時M8000接通，停止執(zhí)行時M8000斷開。M8002：初始化脈沖。僅在PLC開始運行的瞬間接通一個掃描周期。M8002的常開觸點通常用于某些元件的復(fù)位與清零，也可作啟動條件。M8011~M8014分別是10ms、100ms、1s和1min時鐘脈沖。3．輔助繼電器M②線圈驅(qū)動型特殊輔助繼電器這類輔助繼電器由用戶程序驅(qū)動其線圈，使PLC執(zhí)行特定的操作。M8033的線圈“通電”時，PLC由RUN進(jìn)入STOP狀態(tài)后，映像寄存器與數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容保持不變。M8034的線圈“通電”時，全部輸出被禁止。M8039的線圈“通電”時，PLC以D8039中指定的掃描時間工作。4．狀態(tài)繼電器S狀態(tài)繼電器（S）是一種在步進(jìn)順序控制程序中表達(dá)“工步”的繼電器，是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后續(xù)的步進(jìn)梯形指令STL配合使用。通常狀態(tài)繼電器軟元件有下面五種類型：（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）停電保持狀態(tài)器S500～S899共400點。（5）報警用狀態(tài)繼電器S900～S999共100點。5．定時器T定時器（T）是用來實現(xiàn)延時功能的編程元件，它相當(dāng)于接觸器-繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器，但是后者有通電延時和斷電延時兩種，而三菱FX2N系列PLC中的定時器只有通電延時功能，必須通過斷電延時程序才能實現(xiàn)斷電延時功能。三菱FX2N系列PLC中的定時器分為通用定時器和積算定時器兩種。它們通過對一定周期的時鐘脈沖進(jìn)行累計而實現(xiàn)定時，時周脈沖周期有1ms，10ms，100ms三種，當(dāng)所計數(shù)達(dá)到設(shè)定值時觸點動作。設(shè)定值可用常數(shù)K或數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容來設(shè)置。（1）通用定時器T0~T245T0~T199為100ms通用定時器，共200點，定時時間范圍為0.1～3276.7s。其中T192~T199為子程序中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ玫亩〞r器；T200~T245為10ms通用定時器，共46點，定時范圍為0.01～327.67s。5．定時器T（2）積算定時器T246～T2551ms積算定時器T246～T249共4點，每點設(shè)定值范圍0.001s～32