1、第2章 可編程控制器基礎(chǔ) 教學(xué)提示：可編程控制器是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。本章主要介紹了關(guān)于PLC的基礎(chǔ)知識(shí)，包括可編程控制器的由來和發(fā)展，性能指標(biāo)與分類， 其特點(diǎn)和基本應(yīng)用以及可編程控制器的工作原理，本章的最后對(duì)之后章節(jié)所運(yùn)用的三菱FX系列可編程控制器做了相關(guān)介紹。這些知識(shí)都是PLC的入門知識(shí)，因此對(duì)初學(xué)者來說顯得特別重要。 教學(xué)目標(biāo)：本章重點(diǎn)介紹了PLC的歷史發(fā)展、功能特點(diǎn)、工作原理、硬件結(jié)構(gòu)和編程語言。通過對(duì)本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使得

2、PLC的初學(xué)者了解到：什么是PLC，PLC與其它控制裝置的區(qū)別以及PLC的工作機(jī)制。2.1 可編程控制器的由來可編程控制器的由來 2.2 可編程控制器的發(fā)展可編程控制器的發(fā)展 2.3 可編程控制器的性能指標(biāo)與分類可編程控制器的性能指標(biāo)與分類 2.4 可編程控制器的特點(diǎn)和基本應(yīng)用可編程控制器的特點(diǎn)和基本應(yīng)用 2.5 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理 2.6 三菱三菱FX系列可編程控制器介紹系列可編程控制器介紹 2.1 可編程控制器的由來 可編程序控制器（Programmble Controller）簡(jiǎn)稱PC，為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱PC作區(qū)分，所以多數(shù)書中還是沿用可編程序控制器的舊稱PL

3、C。 1968年，美國(guó)通用汽車公司首先提出了可編程控制器的概念，并提出了它的相關(guān)指標(biāo)： 1) 編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序； 2) 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； 3) 可靠性高于繼電器控制裝置； 4) 體積小于繼電器控制裝置； 5) 數(shù)據(jù)可直接接入管理計(jì)算機(jī)； 6) 成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)； 7) 輸入可以為市電； 8) 輸出為市電，輸出電流在2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等； 9) 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需要少量的變更； 10) 用戶程序存儲(chǔ)量至少能擴(kuò)展到4KB。2.2 可編程控制器的發(fā)展 可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1. 從技術(shù)上來看 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)更多地應(yīng)用到PLC的設(shè)

4、計(jì)和制造上，PLC會(huì)向速度快、容量大、功能廣、性能穩(wěn)定、性價(jià)比高的方向發(fā)展。 2. 從規(guī)模上看 隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，PLC會(huì)向兩個(gè)方向發(fā)展： 一個(gè)是向小型化、專用化和低價(jià)格的方向發(fā)展，以進(jìn)行單機(jī)控制； 另一個(gè)是向大型化、高速度、多功能和分布式全自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代化的大型工廠、企業(yè)自動(dòng)化的需求。 3. 從配套上看 現(xiàn)代工業(yè)要求為其生產(chǎn)控制與生產(chǎn)管理提供一種統(tǒng)一的解決方案，因而各大PLC廠商均努力提高全面解決問題的能力。有的廠商提出了全集成自動(dòng)化的概念。隨著PLC功能的不斷擴(kuò)大，PLC產(chǎn)品會(huì)向規(guī)格更齊備，品種更豐富的方向發(fā)展。4. 從標(biāo)準(zhǔn)上來看 隨著IEC1

5、131標(biāo)準(zhǔn)的誕生，各廠家或同一廠家不同型號(hào)的PLC將打破互不兼容的格局，使PLC的通用信息、設(shè)備特性、編程語言等向IEC1131標(biāo)準(zhǔn)的方向靠攏，而最終實(shí)現(xiàn)通用。5. 從網(wǎng)絡(luò)通信上來看 隨著PLC和其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組構(gòu)成大型控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展，PLC將向著網(wǎng)絡(luò)化和通信簡(jiǎn)易的方向發(fā)展。 2.3 可編程控制器的性能指標(biāo)與分類 2.3.1 可編程控制器的性能指標(biāo)可編程控制器的性能指標(biāo) 2.3.2 可編程控制器的分類可編程控制器的分類 2.3.1 可編程控制器的性能指標(biāo) PLC的技術(shù)性能指標(biāo)有一般指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)兩種。 一般指標(biāo)主要指PLC的結(jié)構(gòu)功能情況，是用戶選用PLC時(shí)必須首先了解的。 技術(shù)

6、指標(biāo)又可分為一般的性能規(guī)格和具體的性能規(guī)格： 一般性能規(guī)格是指使用PLC時(shí)應(yīng)注意的問題，主要包括電源電壓、允許電壓波動(dòng)范圍、耗電情況、直流輸出電壓、絕緣電壓、耐壓情況、抗噪聲性能、耐機(jī)械振動(dòng)及沖擊情況、使用環(huán)境溫度和濕度、接地要求、外型尺寸、質(zhì)量等硬件指標(biāo)。 具體性能規(guī)格是指PLC所具有的技術(shù)能力，也就是軟件指標(biāo)，機(jī)型不同該指標(biāo)相差懸殊。這項(xiàng)指標(biāo)的高低反映PLC的運(yùn)算規(guī)模。 1. I/O點(diǎn)數(shù) I/O點(diǎn)數(shù)是指PLC的外部輸入、輸出端子數(shù)。 2. 內(nèi)部繼電器和內(nèi)部寄存器 包括輔助繼電器、特殊的輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和通用寄存器、特殊寄存器、變址寄存器等。 3. 用戶程序存儲(chǔ)量 PLC用戶程序存

7、儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)通過編程器編入的用戶程序。通常用K字（KW）、K字節(jié)（KB）、K位來表示。4. 掃描時(shí)間 掃描時(shí)間是指PLC執(zhí)行一次解讀用戶邏輯程序所需的時(shí)間，反映了PLC的掃描速度。 5. 編程語言及指令系統(tǒng) PLC常用的語言有梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言及某些高級(jí)語言等，目前使用最多的是前兩種。不同的PLC具有不同的編程語言。 6. 特殊功能模塊 PLC除了具有實(shí)現(xiàn)基本功能的主控模塊外，還可配置特殊功能模塊來實(shí)現(xiàn)一些專門功能。 7. 工作環(huán)境 一般PLC的工作溫度為055，最高為60；儲(chǔ)藏溫度為-20+85；相對(duì)濕度為5%95%；空氣條件：周邊不能混有可燃性、易爆性和腐蝕性氣體。 8.

8、耐振動(dòng)、沖擊性能 一般PLC能承受的振動(dòng)、沖擊頻率為1055Hz，振幅為0.5mm，加速度為2g，沖擊為10g（1g=10m/s2）。 1. 按結(jié)構(gòu)形式分類1) 整體式（箱體式） 整體式結(jié)構(gòu)的PLC是將PLC基本部件，如CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出部件和電源等集中配置在一起，安裝在一個(gè)金屬或塑料機(jī)殼內(nèi)，機(jī)殼的上下兩側(cè)是輸入輸出接線端子，配有反映輸入輸出狀態(tài)的微型發(fā)光二極管，構(gòu)成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。 整體式結(jié)構(gòu)的PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、重量輕、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，適用于嵌入控制設(shè)備的內(nèi)部，常用于單機(jī)控制。 2.3.2 可編程控制器的分類 2) 模塊式 模塊式PLC是把各個(gè)組成部分

9、CPU、I/O、電源等分開，做成獨(dú)立的功能模塊，各模塊做成插件式，插入機(jī)架底板的插座上。用戶可以按照控制要求，選用不同檔次的CPU模塊、各種I/O模塊和其他特殊模塊，構(gòu)成不同功能的控制系統(tǒng)。 模塊式結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活、組裝方便、擴(kuò)展容易，其I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大得多。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)也較高，所以系統(tǒng)復(fù)雜。要求較高的大、中型PLC都采用這種結(jié)構(gòu)3) 疊裝式PLC 將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，就構(gòu)成了所謂的疊裝式PLC。 疊裝式PLC集整體式PLC與模塊式PLC優(yōu)點(diǎn)于一身，它不但系統(tǒng)配置靈活，而且體積較小，安裝方

10、便。 2. 按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分類 1) 小型PLC其存儲(chǔ)器容量一般在24KB之間，I/O點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下。小型PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)和計(jì)數(shù)等功能，適合于開關(guān)量控制、定時(shí)和計(jì)數(shù)控制等場(chǎng)合，常用于代替繼電器控制的單機(jī)線路中。2) 微型PLCI/O點(diǎn)數(shù)小于32點(diǎn)的PLC稱為微型（超小型）PLC。這種迷你型的PLC適用于最小的封裝，是希望低成本的用戶在有限的I/O范圍內(nèi)尋求功能強(qiáng)大的控制的首選機(jī)種。3) 中型PLC中型PLC的存儲(chǔ)容量一般8KB左右，I/O點(diǎn)數(shù)一般在128512之間。除具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)和計(jì)數(shù)功能外，還具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、通信聯(lián)網(wǎng)和模擬量輸入輸出等功能。適用于既有開關(guān)量又有

11、模擬量的較為復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)的過程控制場(chǎng)合。 4) 大型PLC 大型PLC的存儲(chǔ)器容量一般在1664KB之間，I/O點(diǎn)數(shù)一般在5128192之間。其性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，除具有上述中型機(jī)的功能外，還具有多種類、多信道的模擬量控制以及強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制等功能，有些PLC還具有冗余能力。 5) 超大型PLC 存儲(chǔ)器容量和I/O點(diǎn)數(shù)比大型PLC更大、更高的PLC稱為超大型PLC。 3. 按PLC的功能強(qiáng)弱分類 1) 低檔 PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量的模擬量I/O、算術(shù)運(yùn)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

12、控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。 2) 中檔 PLC 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量I/O、算術(shù)運(yùn)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。有些還可增設(shè)中斷控制、PID（比例、積分、微分控制）控制等功能，可完成既有開關(guān)量又有模擬量的控制任務(wù)，以適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。3) 高檔PLC 除具有中檔PLC的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)、表格、CRT（Cathode Ray Tube，意為陰極射線管）顯示、打印和更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于遠(yuǎn)程控制、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(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 4. 按生產(chǎn)廠家分 德國(guó)西門子公司 日本

13、OMRON公司 日本三菱公司 美國(guó)GE公司 德國(guó)莫迪康公司（施奈德） 美國(guó)AB（AlienBradley）公司 日本松下公司 國(guó)內(nèi)PLC廠家最有影響的是無錫的華光公司 2.4 可編程控制器的特點(diǎn)和基本應(yīng)用 2.4.1 可編程控制器的特點(diǎn)可編程控制器的特點(diǎn) 2.4.2 可編程控制器的基本應(yīng)用可編程控制器的基本應(yīng)用 1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 1) 軟件措施 (1) PLC設(shè)計(jì)了故障檢測(cè)軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境。如掉電、欠電壓、強(qiáng)干擾信號(hào)等，以便及時(shí)進(jìn)行處理。 (2) PLC偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，由于其具有信息保護(hù)和恢復(fù)軟件，將對(duì)PLC內(nèi)部信息進(jìn)行保護(hù)，以防遭到破壞；當(dāng)故障條件消失，將恢復(fù)原來的信

14、息，使系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。 (3) PLC中設(shè)置有警戒時(shí)鐘WDT，當(dāng)某次循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了WTD規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示程序進(jìn)入死循環(huán)，則立即報(bào)警。 (4) 對(duì)程序進(jìn)行檢查和檢測(cè)，一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警并停止執(zhí)行。2.4.1 可編程控制器的特點(diǎn) 2) 硬件措施 (1) PLC的電源變壓器、內(nèi)部CPU、編程器等主要部件均采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。 (2) PLC內(nèi)部的微處理器和輸入輸出電路之間，均采用了光電隔離措施，有效地隔離了輸入輸出間電的聯(lián)系，減少了故障和誤動(dòng)作。 (3) PLC的輸入輸出線路采用了多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾。 (4) PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有助于在故障

15、情況下快速修復(fù)或更換。2. 編程方便，易于使用 梯形圖語言延續(xù)使用繼電器控制的許多符號(hào)和規(guī)定，其形象直觀、易學(xué)易懂。電氣工程師和具有一定基礎(chǔ)的技術(shù)操作人員都可以在短期內(nèi)學(xué)會(huì)，使用起來得心應(yīng)手。 PLC除了可以遠(yuǎn)程通信控制，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，利用便攜式編程器，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)邊調(diào)試邊修改程序，以適應(yīng)生產(chǎn)需要。3. 通用性強(qiáng)，配套齊全 PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，其開發(fā)制造商為用戶配備了品種齊全的I/O模塊和配套部件。用戶只需要在硬件系統(tǒng)選定的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)滿足控制對(duì)象要求的應(yīng)用程序。對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，當(dāng)控制要求改變時(shí)，只需修改相關(guān)程序，就能變更其控制功能。 4. 安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量

16、小 由于PLC用軟件代替繼電器控制系統(tǒng)中的大量硬件，使得控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 PLC軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試可以在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，而且現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題可通過修改程序來解決。 由于PLC本身的可靠性高，又有完善的自我診斷能力，一旦發(fā)生故障，可以根據(jù)報(bào)警信息，快速查明故障原因。 1. 開關(guān)量邏輯控制 用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。 2. 模擬量過程控制 除了數(shù)字量之外，PLC還能通過模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換，并控制連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、速度、流量、液位、電壓和電流等。通過各種傳感器將相應(yīng)的模擬量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過PLC的A/

17、D模塊將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送PLC內(nèi)部CPU處理，處理后的數(shù)字量再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為模擬量進(jìn)行輸出控制。 3. 機(jī)械件位置控制位置控制是指PLC使用專用的指令或運(yùn)動(dòng)控制模塊來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)控制，與順序控制功能有機(jī)的結(jié)合在一起，如控制構(gòu)件的速度、位移、運(yùn)動(dòng)方向等。 2.4.2 可編程控制器的基本應(yīng)用 4. 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理 目前PLC都具有數(shù)據(jù)處理指令、數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)與邏輯運(yùn)算指令、位移與循環(huán)位移指令等，所以由PLC構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)，可以方便地對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和加工處理。 5. 通信聯(lián)網(wǎng)、多級(jí)控制 PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間通

18、信，要采用其專用通信模塊，并利用RS-232C或RS-422A接口，用雙絞線或同軸電纜或光纜將它們連成網(wǎng)絡(luò)。 2.5 可編程控制器的工作原理 2.5.1 PLC的工作方式的工作方式 2.5.2 PLC的掃描周期的掃描周期 2.5.3 PLC的的I/O響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 1. PLC的循環(huán)掃描工作方式 PLC循環(huán)掃描的工作過程如右圖所示，包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理與自診斷、與外設(shè)進(jìn)行通信處理、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新。 PLC有運(yùn)行（RUN）和停止（STOP）兩種基本的工作模式。 2.5.1 PLC的工作方式 STOPRUN內(nèi)部處理通信服務(wù)輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新圖2.2 PLC循環(huán)掃描的工作

19、過程 下圖反映了RUN狀態(tài)下掃描的全部過程。 按鈕X0X0X1X1X1X0Y0Y0Y0COMCOM行程開關(guān)程序執(zhí)行程序執(zhí)行輸入刷新輸出刷新1個(gè)掃描周期輸入鎖存電路輸入映像區(qū)輸出鎖存電路輸出映像區(qū)電源圖2.3反映了RUN狀態(tài)下掃描的全部過程。 2. PLC輸入/輸出的特點(diǎn) PLC采取集中輸入采樣，集中輸出刷新的掃描方式。因此PLC對(duì)輸入/輸出處理有著如下特點(diǎn)。1) 在映像存儲(chǔ)區(qū)中設(shè)置I/O映像區(qū)，分別存放執(zhí)行程序之前采樣的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行程序后各元件的狀態(tài)。2) 輸入點(diǎn)在I/O映像存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子在本掃描周期輸入采樣階段所刷新的狀態(tài)，而在程序執(zhí)行和輸出刷新階段，其內(nèi)容不會(huì)發(fā)生改變。

20、3) 輸出點(diǎn)在I/O映像存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，取決于程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果，而在輸入采樣和輸出刷新階段，其內(nèi)容不會(huì)發(fā)生改變。4) 輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)，取決于上一個(gè)掃描周期輸出刷新階段存入的內(nèi)容，而在輸入采樣和程序執(zhí)行階段，其內(nèi)容不會(huì)發(fā)生改變。5) 直接與外部負(fù)載連接的輸出端子的狀態(tài)，取決于輸出鎖存電路輸出的數(shù)據(jù)。6) 程序執(zhí)行中所需要的輸入/輸出狀態(tài)，取決于由I/O映像存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。 3. PLC同傳統(tǒng)繼電器控制的異同 控制系統(tǒng)控制方式線圈通電繼電器硬邏輯并行運(yùn)行方式所有常開/常閉觸點(diǎn)立即動(dòng)作PLC循環(huán)掃描工作方式CPU掃描到的接點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作表2.2 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 1.

21、PLC掃描周期的定義PLC全過程掃描一次所需的時(shí)間定為一個(gè)掃描周期。 2. PLC掃描周期的計(jì)算一個(gè)完整的掃描周期可由自診斷時(shí)間、通信時(shí)間、掃描I/O時(shí)間和掃描用戶程序時(shí)間相加得到 。3. PLC掃描周期與繼電器控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間比較傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)采用硬邏輯并行工作方式，線圈控制其所屬觸點(diǎn)同時(shí)動(dòng)作。PLC控制系統(tǒng)采用順序掃描工作方式，軟線圈控制其所屬接點(diǎn)串行動(dòng)作。PLC的掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢，產(chǎn)生了輸入、輸出的滯后。這種響應(yīng)滯后非但無害，反而可增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，避免了在同一時(shí)刻因有幾個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作而產(chǎn)生的觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)序競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作而引起的工藝過程波動(dòng)。 2.5.2

22、PLC的掃描周期 I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的輸入信號(hào)變化開始到引起相關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間，它反映了PLC的輸出滯后輸入的時(shí)間。 引起輸入/輸出滯后的主要原因是： 1) 為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用電容濾波、光電隔離等技術(shù)。2) 由于PLC采用集中I/O刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變。這樣，就導(dǎo)致了輸出信號(hào)滯后于輸入信號(hào)，其響應(yīng)時(shí)間至少要一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。3) 由于程序設(shè)計(jì)不當(dāng)，產(chǎn)生了附加影響。 2.5.3 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間 當(dāng)前掃描周期下一個(gè)掃描周期輸入采樣程序執(zhí)行

23、輸出刷新輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新最短響應(yīng)時(shí)間圖2.4 最短的I/O響應(yīng)時(shí)間 當(dāng)前掃描周期下一個(gè)掃描周期輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間圖2.5 最長(zhǎng)的I/O響應(yīng)時(shí)間 2.6 三菱FX系列可編程控制器介紹 2.6.1 FX系列型號(hào)名稱的含義系列型號(hào)名稱的含義 2.6.2 FX2N系列可編程控制器的基本構(gòu)成系列可編程控制器的基本構(gòu)成 2.6.3 FX系列可編程控制器的編程語言系列可編程控制器的編程語言 2.6.1 FX系列型號(hào)名稱的含義 FX系列PLC型號(hào)名稱的含義如下： FX 1 2 3 4 5 1系列序號(hào)：如1S、1N、2N、3U、3G等； 2I/O總點(diǎn)數(shù)：1025

24、6； 3單元類型：M為基本單元，E為I/O混合擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊，EX為輸入專用擴(kuò)展模塊，EY為輸出專用擴(kuò)展模塊； 4輸出形式：R為繼電器輸出，T為晶體管輸出，S為雙向晶閘管輸出； 5特殊品種區(qū)別：D為DC24V電源，AC輸入；A1為AC電源，AC輸入；H為大電流輸出擴(kuò)展模塊（1A/1點(diǎn)）；V為立式端子排的擴(kuò)展模塊；C為接插口輸入輸出方式；F為輸入濾波器1ms的擴(kuò)展模塊；S為獨(dú)立端子（無公共端）擴(kuò)展模塊；無標(biāo)記為AC電源，DC輸入，橫式端子排。1. PLC的硬件組成 下圖為PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。2.6.2 FX2N系列可編程控制器的基本構(gòu)成CPUROM RAM電 源按鈕繼電器觸點(diǎn)行程開關(guān)編程

25、器或外圍設(shè)備接觸器電磁閥指示燈輸 入 電 路輸 出 電 路圖2.6 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 1) 中央處理器（CPU） 同計(jì)算機(jī)一樣，CPU由控制器、運(yùn)算器和寄存器組組成。 在PLC中CPU是按照固化在ROM中的系統(tǒng)程序所賦予的功能來工作的，它能監(jiān)測(cè)和診斷電源、內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序中的語法錯(cuò)誤，它能按照掃描方式來完成用戶程序。 2) 存儲(chǔ)器（ROM和RAM） PLC系統(tǒng)中配有兩種存儲(chǔ)器：只讀存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM。ROM用來存放系統(tǒng)管理程序，是軟件固化的載體，用戶不能訪問和修改這部分存儲(chǔ)器里的內(nèi)容；RAM則用來存放用戶編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)、狀態(tài)。 3) 輸入/輸出（I/O

26、）單元 輸入/輸出單元是PLC與輸入/輸出設(shè)備之間信息傳送的接口。 (1) PLC輸入單元電路 PLC以開關(guān)量順序控制為特長(zhǎng)，其輸入電路基本相同，有直流輸入方式、交流輸入方式和交直流輸入方式。 如右圖所示，為直流輸入方式。 圖2.7 直流輸入方式的電路圖 (2) PLC輸出單元電路PLC的外接負(fù)載和工作電源與PLC的輸出端子和公共端子COM相連，負(fù)載工作受PLC程序運(yùn)行結(jié)果的控制。其輸出電路有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種形式，三種輸出方式的技術(shù)指標(biāo)如右表所示。 形式指標(biāo)繼電器輸出晶閘管輸出晶體管輸出內(nèi)部電源AC250V、DC30V以下AC85242VDC530V最大負(fù)載電阻負(fù)載2A/

27、1點(diǎn)8A/4點(diǎn)（COM）8A/8點(diǎn)（COM）0.3A/1點(diǎn)0.8A/4點(diǎn)0.5A/1點(diǎn)，0.8A/4點(diǎn)1.6A/8點(diǎn)（Y0、Y1以外）0.3A/1點(diǎn)（Y0、Y1）感性負(fù)載80VA15VA/AC100V 30VA/AC200V50VA/AC100V 100VA/AC200V12W/DA24V（Y0、Y1外）7.2W/DC24V（Y0、Y1）燈負(fù)載100W30W100W1.5W/DC24V（除Y0、Y1）0.9W/DC24V（Y0、Y1）開路漏電流-1mA/AC100V 2mA/AC200V0.1mA/DC30V最小負(fù)載DC5V/2mA0.4VA/AC100V 1.6VA/AC200V響應(yīng)時(shí)間OF

28、FON約10ms1ms以下0.2ms以下15s(Y0、Y1)ONOFF10ms以下0.2ms以下30s(Y0、Y1)電路隔離機(jī)械隔離光電晶閘管隔離光電耦合器隔離輸出時(shí)顯示LED燈亮LED燈亮LED燈亮 繼電器輸出 繼電器輸出電路如右圖所示。 繼電器輸出電路的優(yōu)點(diǎn)是電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降小，價(jià)格也便宜，既可以控制交流負(fù)載，也可控制直流負(fù)載； 其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)壽命短，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。COMY000負(fù)載圖2.8 繼電器輸出電路 晶體管輸出 晶體管輸出電路如右圖所示。 晶體管輸出屬直流輸出，只能接直流負(fù)載。 其優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，無噪聲，可靠性高，響應(yīng)快； 其缺點(diǎn)是價(jià)格高，過載能力差。 +COMY000負(fù)載圖2.9

29、晶體管輸出電路 晶閘管輸出 晶閘管輸出電路如右圖所示。 晶閘管輸出屬于交流輸出。 優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，無噪聲，可靠性高，可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載； 缺點(diǎn)是價(jià)格高，負(fù)載能力較差。COMY000負(fù)載圖2.10 晶閘管輸出電路 4) 電源單元 由于PLC內(nèi)部各部件都需要電源單元來提供穩(wěn)定的直流電壓和電流，所以電源單元在PLC中是極為重要的。PLC的內(nèi)部有一個(gè)高性能的穩(wěn)壓電源，因此對(duì)外部電源的穩(wěn)定性要求不高 。5) 編程器 編程器是PLC的最重要的外圍設(shè)備，最少包括鍵盤和顯示兩部分，用于對(duì)用戶程序進(jìn)行輸入、讀出、檢驗(yàn)和修改。 一般分為便攜式編程器和圖形編程器兩類。 2. 軟件組成 1) 監(jiān)控程序 它是每一個(gè)PLC成品

30、必須包括的部分，是由PLC的制造者編制的，用于控制PLC本身的運(yùn)行 (1) 系統(tǒng)管理程序 它是監(jiān)控程序中最重要的部分，整個(gè)PLC的運(yùn)行都受它控制。其中又包括運(yùn)行管理、存儲(chǔ)空間管理和系統(tǒng)自檢程序。 (2) 用戶指令解釋程序 任何計(jì)算機(jī)最終都是根據(jù)機(jī)器語言來執(zhí)行的，在PLC中用戶可采用梯形圖語言編程，將人們易懂的梯形圖程序變?yōu)闄C(jī)器能懂的機(jī)器語言就是解釋程序的任務(wù)。 (3) 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用 PLC的各種具體工作都是由這部分程序來完成的，它的功能強(qiáng)弱也就決定了PLC性能的強(qiáng)弱。 2) 用戶程序 用戶程序是PLC的使用者編制的針對(duì)控制問題的程序，它可以通過多種編程語言形式來編制，它的最大容量由監(jiān)

31、控程序所限制。3) 用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由監(jiān)控程序生成的。 (1) 用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要分三類： 一類是bit數(shù)據(jù)，這是一類邏輯量 ； 另一類為字?jǐn)?shù)據(jù)。其數(shù)制、位長(zhǎng)有多種形式。； 第三類是“字”與“bit”的混合，即同一個(gè)元件既有bit元件又有字元件。 第三類是“字”與“bit”的混合，即同一個(gè)元件既有bit元件又有字元件。 1. 梯形圖語言 1) 從繼電接觸控制圖到梯形圖 梯形圖語言是在繼電器控制電路圖的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。 它最大的優(yōu)點(diǎn)就是形象直觀，使用簡(jiǎn)便，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員掌握、使用，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。 2.6.3 FX系列可編程控制器的編程語言 例：圖2.13是常見的電

32、機(jī)起-停繼電接觸控制線路，現(xiàn)準(zhǔn)備改用PLC來控制電機(jī)的起-停，試將其控制部分線路改用與其等效的PLC控制的梯形圖。圖2.13 電機(jī)的起-停控制電路圖 圖2.14 電機(jī)起-?？刂铺菪螆D 比較例題中的繼電器控制圖2.13和梯形圖2.14，可以得出結(jié)論以下結(jié)論：(1) 對(duì)于同一控制電路，繼電器控制原理圖和梯形圖的輸入、輸出信號(hào)完全相同，其輸入/輸出點(diǎn)的分配對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2.3所示。(2) 對(duì)于同一控制電路，繼電器控制原理圖和梯形圖的控制邏輯相同。(3) 兩者的區(qū)別在于，前者使用硬器件，靠接線連接形成控制程序；而后者使用PLC中的內(nèi)部存儲(chǔ)器組成的軟器件，靠軟件實(shí)現(xiàn)控制程序。PLC的存儲(chǔ)過程控制具有很高的

33、柔性，不需改變接線即能改變控制過程。(4) 梯形圖中不存在實(shí)際的電流，而是一種假想的能流（Power Flow）來模擬繼電接觸控制邏輯。輸 入輸 出名 稱輸入點(diǎn)名 稱輸出點(diǎn)啟動(dòng)按鈕SB2X000輸出接觸器KMY000停止按鈕SB1X001熱繼電器常閉FRX002表2.3 輸入/輸出點(diǎn)分配表 2) 梯形圖中的圖元符號(hào)梯形圖中的圖元符號(hào)是對(duì)繼電接觸控制圖中的圖形符號(hào)的簡(jiǎn)化和抽象。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件；線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果。兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。表2.4 繼電接觸控制圖符號(hào)與梯形圖圖元符號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系從表2.4可以得出如下結(jié)論：(1) 對(duì)應(yīng)繼電接觸控制圖中的各種常開符號(hào)，在梯形圖中一律抽象為一

34、種圖元符號(hào)來表示。 (2) 不同的PLC編程軟件（或版本），在其梯形圖中使用的圖元符號(hào)可能會(huì)略有不同。 名稱梯形圖中的圖元符號(hào)繼電接觸控制圖中的符號(hào)常開常閉線圈3) 梯形圖的格式梯形圖用接點(diǎn)的連接組合表示條件，用線圈的輸出表示結(jié)果，從而繪制出若干邏輯行組成順控電路圖。梯形圖的繪制必須按規(guī)定的格式進(jìn)行：(1) PLC程序按從上到下，從左到右的順序編寫，梯形圖左邊垂直線稱為起始母線（或稱左母線）、右邊垂直線稱為終止母線（或稱右母線）。每一邏輯行都是從起始母線開始，終止于終止母線。(2) 梯形圖中起始母線接輸入觸點(diǎn)或內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)，表示控制條件。右端的起始母線連接輸出線圈，表示控制的結(jié)果，且同一標(biāo)識(shí)

35、的輸出線圈只能使用一次。(3) 梯形圖中各軟元件的常開和常閉觸點(diǎn)均可無限多次重復(fù)使用。 (4) 梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串聯(lián)和并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。(5) 在梯形圖的最后一個(gè)邏輯行要用程序結(jié)束符“END”，以告訴編譯系統(tǒng)，用戶程序到此結(jié)束。 2. 助記符語言 助記符語言是以一種與微型計(jì)算機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)式來表示控制程序的程序設(shè)計(jì)語言。 表2.5是針對(duì)圖2.14梯形圖的助記符指令程序，該程序共占用6個(gè)程序步。 步 序操 作 碼操 作 數(shù)說 明0LDX000邏輯行開始，輸入X000常開接點(diǎn)1ORY000并聯(lián)Y000的自保接點(diǎn)2ANIX001串聯(lián)X001的常閉接點(diǎn)3ANIX002串聯(lián)X002的常閉接點(diǎn)4OUTY000輸出