可编程控制器教案.doc

教 案20092010学年第2学期河源理工学校教学系部机电教学部课 程 名 称PlC专 业 班 级08信息授 课 教 师伍懿君教 材 名 称可编程控制器及其应用河 源 理 工 学 校 教 案第 周 星期 第 节 年 月 日 授课：伍懿君课题1-1 可编程控制器的硬件知识教学目的通过教学，使学生明确PLC的定义、特点、及在工业自动控制中的应用。教材分析重点掌握可编程控制器的定义、特点及应用。难点可编程控制器的定义教具授课主要内容、课时分配及板书设计【新课引入】上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制。但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度大，难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要是以继电接触器组成的控制系统。1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车制造公司（GM），为适应汽车型号的不断更新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用 “面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。即：硬件： 减少并相对稳定软件： 简单、灵活并随控制要求而变针对上述设想，通用汽车公司提出了这种新型控制器所必须具备的十大条件有名的“GM10条”： 编程简单，可在现场修改程序 维护方便，最好是插件式 可靠性高于继电器控制柜 体积小于继电器控制柜 可将数据直接送入管理计算机 在成本上可与继电器控制柜竞争 输入可以是交流115V 输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀 在扩展时，原有系统只要很小变更 用户程序存储器容量至少能扩展到4K字节1969年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。【讲授新课】一、可编程控制器的定义定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计”。定义强调了PLC是： 数字运算操作的电子系统也是一种计算 专为在工业环境下应用而设计 面向用户指令编程方便 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作 数字量或模拟量输入输出控制 易与控制系统联成一体 易于扩充概而言之：可编程控制器是通用的、可编写程序的、专用于工业控制的计算机自动控制二、 可编程控制器系统的特点 1、PLC软件简单易学： 编程语言：梯形图和指令语句表。2、使用和维护方便：硬件配置方便，安装方便，维护方便，维护方便。3、运行稳定可靠：PLC是专为工业控制设计的，在设计和制造过程中采用多层次抗干扰和精选元件措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行稳定可靠。4、设计、施工、调试的周期短。三、 可编程控制器的应用范围 随着 PLC 功能的不断完善，性能价格比的不断提高， PLC 的应用面也越来越广。目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。 1、顺序控制 PLC 取代传统的继电器构成顺序控制系统，是PLC最广泛的应用领域。 PLC 可用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制，如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、包装生产线、电镀流水线及电梯控制等。 2、运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。在多数情况下， PLC 把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴或数轴到目标位置，当每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。 运动的编程可用 PLC 的编程语言完成，通过编程器输入。操作员用手动方式把轴移动到某个目标位置，模块就得知了位置和运动参数，之后可用编辑程序来改变速度和加速度等运动参数，使运动平滑。 位置控制模块比 CNC 装置体积更小，价格更低，速度更快，操作更方便。 3、过程控制 PLC 能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。 PID（Proportional-Integral-Derivative） 模块的提供使 PLC 具有闭环控制功能，即一个具有 PID 控制能力的 PLC 可用于过程控制。当控制过程中某个变量出现偏差时，PID 控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。 PID 算法一旦适应了工艺，就不管工艺混乱而保持设定值。 4、数据处理 5、通信和联网 四、可编程控制器的发展趋势1、国外PLC发展概况PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，著名的美国：AB通用电气公司、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等公司；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。2、技术发展动向1、产品规模向大、小两个方向发展大：I/O点数达14336点、32位微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。五、国内发展及应用概况我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器（19731979）一位处理器为主的工业控制器（19791985）八位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，其中部分是随成套设备进口的，如宝钢一、二期工程就引进了500多台套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，PLC在国内的各行各业也有了广泛的应用，技术含量也越来越高。【课堂小结】1、了解PLC的产生和特点2、PLC控制系统的核心思想: 用计算机代替继电器控制盘用程序代替硬接线输入/输出电平可与外部设备直接相连结构易扩展【板书设计】课外作业：课本课后小结：河 源 理 工 学 校 教 案第 周 星期 第 节 年 月 日 授课：伍懿君课题1-1 可编程控制器的硬件知识教学目的通过教学，使学生明确PLC的硬件工作环境，熟悉输入接口电路和输出接口电路，掌握可编程控制器的工作原理和工作过程。教材分析重点可编程控制器I/O接口电路，可编程控制器工作原理难点可编程控制器I/O接口电路，可编程控制器工作原理教具授课主要内容、课时分配及板书设计【复习引入】1、 PLC的特点是？2、PLC以其突出的特性可广泛用于工业控制系统，其结构和工作原理如何？则是本章要讨论的问题。明确可编程控制器的基本结构和工作原理，是编制用户程序的基础【讲授新课】一、 可编程控制器的硬件构成可编程控制器基本组成可编程控制器一般由中央处理单元（CPU）、存储器（ROM/RAM）、输入/输出单元（I/O 单元）、编程器、电源等主要部件组成。1、中央处理器中央处理器简称为CPU，与一般计算机一样，CPU是核心，在整机中起到类似于人的神经中枢的作用，对可编程控制器的整机性能有着决定性影响。CPU一般有控制电路、运算器和寄存器组成，它们被封装在一个集成的芯片上，通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。 2、存储器(1)系统程序存储器系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其他各种管理程序。(2)用户存储器用户存储器是专门提供给用户存放程序和数据的，用户存储器有RAM、ROM、E2PROM三种类型。PLC运行过程中会产生大量的运算数据,用户程序和工作运算数据存放在随机存储器RAM中。E2PROM电可擦写存储器用来存放需要长期保存的重要数据。3、输入接口电路输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种类型.在PLC控制系统中，各种按钮、行程开关和传感器等主令电器直接接到PLC输入接口电路上，操作人员发出的命令或来自生产现场的各种控制信号，通过输入接口电路转化为PLC内部CPU能接受的信号，有CPU进行逻辑处理。抗干扰措施有光电耦合器和阻容滤波电路。4、输出接口电路 PLC的输出接口电路是将CPU产生的小信号放大后输出，驱动电磁阀、接触器等负载工作。PLC的输出有三种形式：一种是继电器输出，可驱动交、直流负载。一种是晶闸管输出(SSR型)，可驱动交流负载。一种是晶体管输出，可驱动直流负载。5、外设接口电路 用于连接计算机、手持编程器或其他图形编程器，并通过外设接口组成PLC控制网络。6、电源 PLC工作电压一般是AC220，50HZ。电压变化范围AC85-264V。 例如：FX0N-40MR MR：继电器二、可编控制器的工作原理1.可编程序控制系统的等效电路可编程序控制系统的等效电路可分为三部分即输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分就是采集输入信号，输出部分就是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同，内部控制电路是由编程实现的逻辑电路，用软件编程代替继电器电路的功能。等效电路简图如图1-1所示。1) 输入部分这一部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端驱动输入继电器。一个输入端对应一个等效电路中的输入继电器，它可提供任意个动合和动断接点供PLC内部控制电路编程用。输入回路的电源可以用PLC电源部件提供的直流100V、48V、24V电压，也可由独立的交流电源220V和100V供电。图1-1 等效电路2) 内部控制电路这部分电路是由用户程序形成的即用软件代替硬件电路。它的作用是按照程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。用户程序通常根据梯形图进行编制，梯形图类似于继电控制电气原理图，只是图中元件符号与继电器回路的元件符号不相同。图1-2给出了几个元件的对应图符。图1-2 几个元件的对应图符 继电器控制线路中，继电器的接点可以是瞬时动作，也可以是延时动作。而PLC电路中的接点是瞬时动作的，延时由定时器实现，即定时器的接点是延时动作，且延时时间远远大于继电器延时的时间范围，延时时间由编程设定。PLC中还设有计数器，辅助继电器等。 PLC的这些器件提供的逻辑控制功能，由编程选择，只能在PLC内部控制电路中使用。 3) 输出部分输出部分由与内部控制电路隔离的输出继电器的外部动合触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。 PLC内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了有为内部控制电路提供编程使用的动合、动断接点外，还为输出电路提供一个动合触点与输出接线端相连。驱动外部负载的电源由外部电源提供。在PLC输出端子上，有接输出电源用的公共端（COM）。2.可编程序控制器的工作方式由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方，若有键按下或有I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。PLC则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为3个阶段。1）输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。2）程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。3）输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。实际上，除了执行程序和I/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测（自诊断功能）并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”，一般在程序执行之后进行。综上述，PLC的扫描工作过程如图1-3所示。图1-3 PLC的扫描工作过程总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们在学习和使用PLC当中都应加强注意。【课堂小结】1.PLC在运行过程中，每一个扫描周期都要经历那几个阶段？2.每个阶段有什么特点【板书设计】课外作业：课本课后小结：河 源 理 工 学 校 教 案第 周 星期 第 节 年 月 日 授课：伍懿君课题1-2 可编程控制器的软件知识教学目的了解PLC编程语言，PLC编程软元件的特性及用途教材分析重点PLC编程软元件的特性及用途难点PLC编程软元件的特性及用途教具授课主要内容、课时分配及板书设计【复习引入】1.可编程序控制器的工作原理。2.一个扫描周期都要经历那几个阶段？各有什么特点【讲授新课】一、PLC的编程语言PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、顺序功能流程图和功能块图。1梯形逻辑图（LAD）梯形逻辑图简称梯形图(Ladder programming)，它是从继电器一接触器控制系统的电气原理图演化而来的，是一种图形语言。它沿用了常开触点、常闭触点、继电器线圈、接触器线圈、定时器和计数器等术语及图形符号，也增加了一些简单的计算机符号，来完成时间上的顺序控制操作。触点和线圈等的图形符号就是编程语言的指令符号。这种编程语言与电路图相呼应，使用简单，形象直观，易编程，容易掌握，是目前应用最广泛的编程语言之一。如图1-7(a)是典型的梯形图，两边垂直的线称为母线，在母线之间通过串并（与、非）关系构成一定的逻辑关系。PLC中还有一个关键的概念“能流”（Power plow）。这仅仅是概念上的能流。如图，把梯形图中左边的母线假想为电源的“火线”，右边的母线假想为“零线”。如果有“能流”，则从左至右流向线圈，线圈被激励。原则线圈未被激励。母线中是否有“能流”流过，即线圈能否被激励，其关键主要取决于母线的逻辑线路是否接通。(a) 梯形图 (b) 语句表图1-3注意：梯形图编程规则1、梯形图的各种符号，要以左母线为起点，右母线为终点自上而下依次写。2、 触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。3、几个串联回路并联时，应该将串联触点多的回路写在上方。几个并联回路串联时，应该将并联触点多的回路写在左方。4、对不可编程的电路，必须对电路进行重新安排，便于正确使用PLC基本指令进行编程5、输出线圈及运算处理框，必须写在一行的最右面，它们右边不能再有任何触点存在 2指令语句表(STL) 指令语句表简称语句表(statementlist，简写为STI。)，类似于计算机的汇编语言，它是用语句助记符来编程的。中、小型PLC一般用语句表编程。每条命令语句包括命令部分和数据部分。命令部分要指定逻辑功能，数据部分要指定功能存储器的地址号或直接数值。3顺序功能流程图(SFC)顺序功能流程图(SFC)编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。使用它可以对具有并发、选择等复杂结构的系统进行编程，许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。目前，国际电工协会(IEC)也正在实施并发展这种语言的编程标准。4.功能块图(FBD)利用FBD可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯形图编程器中的触点和线圈，FBD编程语言有利于程序流的跟踪，但在目前使用较少。这四种编程语言，每一种编程方法都有其自身的特点。读者可以根据具体的控制要求和自身的熟练程度正确合理选用。目前来说前两种编程方法应用比较普遍，而功能块图的应用则比较少。随着IBM计算机与PLC的结合使用，已经开始使用高级语言来编程了。读者若有举，可以去自行研究，在这里就不作说明了。二、FX系列PLC概述三菱电机现有的FX系列产品样本中仅有FX1S、FX1N、FX2N和FX2NC这四个子系列。FX系列的适应面广，FX2N和FX2NC最多扩展256个I/O点，并且有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，是国内使用最广泛的PLC系列产品之一，本模块主要介绍FX2N系列PLC。1. FX系列PLC的型号2.FX2N系列PLC的基本单元3. FX2N系列PLC的编程元件1）输入继电器（X0X177）：PLC的输入端子是从外部开关接收信号的窗口。输入继电器最多可达128点，采用八进制编号，且不能用程序驱动。2）输出继电器（Y0Y177）：PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器最多可达128点，且编号为八进制。外部负载的驱动必须由输出继电器实行。3）辅助继电器（M） 通用辅助继电器M0M499（500点） 停电保持辅助继电器M500 M1023（524点） 特殊辅助继电器M8000M8255（256点）如M8000（运行监视）：当可编程控制器执行用户程序时，M8000为 ON；停止执行时，M8000为 OFF（M8002（初始化脉冲）：M8002仅在M8000由OFF变为ON状态时的一个扫描周期内为ON（如图 3-2）,可以用M8002的常开触点来使有断电保持功能的元件初始化复位和清零。8011-M8014分别是10ms,100ms，ls和lmin时钟脉冲。M8005（锂电池电压降低）：电池电压下降至规定值时变为ON，可以用它的触点驱动输出继电器和外部指示灯，提醒工作人员更换锂电池。4)状态元件（S）在步进顺控系统的编程中状态元件S是重要的软元件。它与后述的步进顺控指令 STL 组合使用。有以下四种类型：初始状态S0S9(10点)；回零S10S19（10点）；通用S20S499(480点)；保持S500S899（400点）5）指针（PI） 分支指令用指针P0P63（64点） 中断用指针I0I8（9点）6）定时器（T）（字、bit） 定时器的动作及元件号在PLC内，定时器是根据时钟脉冲累积计时的，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms,当所计时间到达设定值时，其输出触点动作。定时器的元件号及其设定值和动作如下：（a）（T0T245）100ms定时器T0T199(200点)，设定值0.13276.7秒10ms定时器T200T245(46点)，设定值0.01327.67秒(b)积算定时器（T246T255）7)计数器（C（字、bit） 内部信号计数器内部信号计数器是在执行扫描操作时对内部元件（如X、Y、M、S、T和C）的信号进行计数的计数器。16bit增计数器有两种类型的16bit二进制增计数器：通用：C0C99（100点）停电保持用：C100C199（100点）其设定值在K1K32767之间32bit双向计数器有两种32bit的增/减计数器：通用计数器 C200C219（20点）保持计数器C220C234（15点）其设定值为-2147483648+2147483647，计数的方向由特殊辅助继电器M8200M8234决定。若特殊辅助继电器接通（置1）时为减计数，否则为增计数。 高速计数器虽然C235至C255（共21点）都是高速计数器，但它们共享同一个PLC上的6个高速计数输入端（X0X5）。 8) 数据寄存器（D）（字）可编程控制器用于模拟量控制、位置量控制、数据I时需要许多数据寄存器存贮参数及工作数据。 通用数据寄存器D0D199（200点）只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是，PL 状态由运行（RUN）停止（STOP）时，全部数据均清零。 停电保持数据寄存器D200D511（312点）同上，除非改写，否则原有数据不会丢失。不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容都不变化。在两台 PLC作点对点的通讯时，D490D509被用作通讯操作。 特殊数据寄存器D8000D8255（256点）这些数据寄存器供监控 PLC 中各种元件的运行方式之用。其内容在电源接通（ON）时，写入初始化值（全部先清零，然后由系统ROM安排写入初始化值）。 文件寄存器D1000D2999（2000点）文件寄存器实际上是一类专用数据寄存器，用于存贮大量的数据，例如采集数据、统计计算数据、多组控制参数等。9）变址寄存器（VZ）（字）变址寄存器的作用类似于Z80中的变址寄存器IX、IY，通常用于修改软元件的元件号。 V与Z都是16bit数据寄存器。【课堂小结】1.PLC有那几种编程语言。2.PLC软元件的性质和使用。【板书设计】课外作业：课本课后小结：河 源 理 工 学 校 教 案第 周 星期 第 节 年 月 日 授课：伍懿君课题1-2 可编程控制器的软件知识教学目的了解PLC编程语言，PLC编程软元件的特性及用途教材分析重点PLC编程软元件的特性及用途难点PLC编程软元件的特性及用途教具授课主要内容、课时分配及板书设计【复习引入】1.可编程序控制器的工作原理。2.一个扫描周期都要经历那几个阶段？各有什么特点【讲授新课】一、PLC的编程语言PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、顺序功能流程图和功能块图。1梯形逻辑图（LAD）梯形逻辑图简称梯形图(Ladder programming)，它是从继电器一接触器控制系统的电气原理图演化而来的，是一种图形语言。它沿用了常开触点、常闭触点、继电器线圈、接触器线圈、定时器和计数器等术语及图形符号，也增加了一些简单的计算机符号，来完成时间上的顺序控制操作。触点和线圈等的图形符号就是编程语言的指令符号。这种编程语言与电路图相呼应，使用简单，形象直观，易编程，容易掌握，是目前应用最广泛的编程语言之一。如图1-7(a)是典型的梯形图，两边垂直的线称为母线，在母线之间通过串并（与、非）关系构成一定的逻辑关系。PLC中还有一个关键的概念“能流”（Power plow）。这仅仅是概念上的能流。如图，把梯形图中左边的母线假想为电源的“火线”，右边的母线假想为“零线”。如果有“能流”，则从左至右流向线圈，线圈被激励。原则线圈未被激励。母线中是否有“能流”流过，即线圈能否被激励，其关键主要取决于母线的逻辑线路是否接通。(a) 梯形图 (b) 语句表图1-3注意：梯形图编程规则1、梯形图的各种符号，要以左母线为起点，右母线为终点自上而下依次写。2、 触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。3、几个串联回路并联时，应该将串联触点多的回路写在上方。几个并联回路串联时，应该将并联触点多的回路写在左方。4、对不可编程的电路，必须对电路进行重新安排，便于正确使用PLC基本指令进行编程5、输出线圈及运算处理框，必须写在一行的最右面，它们右边不能再有任何触点存在 2指令语句表(STL) 指令语句表简称语句表(statementlist，简写为STI。)，类似于计算机的汇编语言，它是用语句助记符来编程的。中、小型PLC一般用语句表编程。每条命令语句包括命令部分和数据部分。命令部分要指定逻辑功能，数据部分要指定功能存储器的地址号或直接数值。3顺序功能流程图(SFC)顺序功能流程图(SFC)编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。使用它可以对具有并发、选择等复杂结构的系统进行编程，许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。目前，国际电工协会(IEC)也正在实施并发展这种语言的编程标准。4.功能块图(FBD)利用FBD可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯形图编程器中的触点和线圈，FBD编程语言有利于程序流的跟踪，但在目前使用较少。这四种编程语言，每一种编程方法都有其自身的特点。读者可以根据具体的控制要求和自身的熟练程度正确合理选用。目前来说前两种编程方法应用比较普遍，而功能块图的应用则比较少。随着IBM计算机与PLC的结合使用，已经开始使用高级语言来编程了。读者若有举，可以去自行研究，在这里就不作说明了。二、FX系列PLC概述三菱电机现有的FX系列产品样本中仅有FX1S、FX1N、FX2N和FX2NC这四个子系列。FX系列的适应面广，FX2N和FX2NC最多扩展256个I/O点，并且有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，是国内使用最广泛的PLC系列产品之一，本模块主要介绍FX2N系列PLC。1. FX系列PLC的型号2.FX2N系列PLC的基本单元3. FX2N系列PLC的编程元件1）输入继电器（X0X177）：PLC的输入端子是从外部开关接收信号的窗口。输入继电器最多可达128点，采用八进制编号，且不能用程序驱动。2）输出继电器（Y0Y177）：PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器最多可达128点，且编号为八进制。外部负载的驱动必须由输出继电器实行。3）辅助继电器（M） 通用辅助继电器M0M499（500点） 停电保持辅助继电器M500 M1023（524点） 特殊辅助继电器M8000M8255（256点）如M8000（运行监视）：当可编程控制器执行用户程序时，M8000为 ON；停止执行时，M8000为 OFF（M8002（初始化脉冲）：M8002仅在M8000由OFF变为ON状态时的一个扫描周期内为ON（如图 3-2）,可以用M8002的常开触点来使有断电保持功能的元件初始化复位和清零。8011-M8014分别是10ms,100ms，ls和lmin时钟脉冲。M8005（锂电池电压降低）：电池电压下降至规定值时变为ON，可以用它的触点驱动输出继电器和外部指示灯，提醒工作人员更换锂电池。4)状态元件（S）在步进顺控系统的编程中状态元件S是重要的软元件。它与后述的步进顺控指令 STL 组合使用。有以下四种类型：初始状态S0S9(10点)；回零S10S19（10点）；通用S20S499(480点)；保持S500S899（400点）5）指针（PI） 分支指令用指针P0P63（64点） 中断用指针I0I8（9点）6）定时器（T）（字、bit） 定时器的动作及元件号在PLC内，定时器是根据时钟脉冲累积计时的，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms,当所计时间到达设定值时，其输出触点动作。定时器的元件号及其设定值和动作如下：（a）（T0T245）100ms定时器T0T199(200点)，设定值0.13276.7秒10ms定时器T200T245(46点)，设定值0.01327.67秒(b)积算定时器（T246T255）7)计数器（C（字、bit） 内部信号计数器内部信号计数器是在执行扫描操作时对内部元件（如X、Y、M、S、T和C）的信号进行计数的计数器。16bit增计数器有两种类型的16bit二进制增计数器：通用：C0C99（100点）停电保持用：C100C199（100点）其设定值在K1K32767之间32bit双向计数器有两种32bit的增/减计数器：通用计数器 C200C219（20点）保持计数器C220C234（15点）其设定值为-2147483648+2147483647，计数的方向由特殊辅助继电器M8200M8234决定。若特殊辅助继电器接通（置1）时为减计数，否则为增计数。 高速计数器虽然C235至C255（共21点）都是高速计数器，但它们共享同一个PLC上的6个高速计数输入端（X0X5）。 8) 数据寄存器（D）（字）可编程控制器用于模拟量控制、位置量控制、数据I时需要许多数据寄存器存贮参数及工作数据。 通用数据寄存器D0D199（200点）只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是，PL 状态由运行（RUN）停止（STOP）时，全部数据均清零。 停电保持数据寄存器D200D511（312点）同上，除非改写，否则原有数据不会丢失。不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容都不变化。在两台 PLC作点对点的通讯时，D490D509被用作通讯操作。 特殊数据寄存器D8000D8255（256点）这些数据寄存器供监控 PLC 中各种元件的运行方式之用。其内容在电源接通（ON）时，写入初始化值（全部先清零，然后由系统ROM安排写入初始化值）。 文件寄存器D1000D2999（2000点）文件寄存器实际上是一类专用数据寄存器，用于存贮大量的数据，例如采集数据、统计计算数据、多组控制参数等。9）变址寄存器（VZ）（字）变址寄存器的作用类似于Z80中的变址寄存器IX、IY，通常用于修改软元件的元件号。 V与Z都是16bit数据寄存器。【课堂小结】1.PLC有那几种编程语言。2.PLC软元件的性质和使用。【板书设计】课外作业：课本课后小结：河 源 理 工 学 校 教 案第 周 星期 第 节 年 月 日 授课：伍懿君课题1-2 可编程控制器的软件知识教学目的通过教学，使学生明确PLC系统程序的作用和用户程序，了解并会使用PLC的编程软件。教材分析重点使用PLC的编程软件。难点使用PLC的编程软件。教具多媒体授课主要内容、课时分配及板书设计【复习引入】1.PLC有那几种编程语言？常用的是？梯形图应该注意什么？2.PLC软元件的性质。【讲授新课】一、说明随着PLC技术的发展，其编程软件呈现多样化和高级化发展趋势。由于可编程控制器类型较多，各个不同机型对应的编程软件也是有一定的差别，特别是各个生产厂家的可编程控制器之间，它们的编程软件不能通用，这一点请读者注意的。二、编程软件简介1利用PC-09编程电缆，连接PLC与微机。2启动FXGP/WIN-C软件图1-4运行SWOPC-FXGP/WIN-C软件后，将出现初始启动画面，点击初始启动界面菜单栏中“文件”菜单，并在下拉菜单条中选取“新文件”菜单条，即出现图1-4所示的界面。选择FX2N机型，点击“确认”按钮后，则出现程序编辑主界面，如图3-14所示。主界面包含以下几个分区：菜单栏（包括11个主菜单项），工具栏（快捷操作窗口），用户编辑区，编辑区下边分别是状态栏及功能键栏，界面右侧还可以看到功能图栏。下面分别予以说明。（1）菜单栏菜单栏是以下拉菜单形式进行操作，菜单栏中包含“文件”、“编辑”、“工具”、“查找”、“视图”、“PLC”、“遥控”、“监控及调试”等菜单项。点击某项菜单项，弹出该菜单项的菜单条，如“文件”菜单项包含新建、打开、保存、另存为、打印、页面设置等菜单条，“编辑”菜单项包含剪切、复制、粘贴、删除等菜单条，这两个菜单项的主要功能是管理、编辑程序文件。菜单条中的其他项目，如“视图”菜单项功能涉及编程方式的变换，“PLC”菜单项主要进行程序的下载、上传传送，“监控及调试”菜单项的功能为程序的调试及监控等操作。图1-5（2）工具栏工具栏提供简便的鼠标操作，将最常用的SWOPC-FXGP/WIN-C编程操作以按钮形式设定到工具栏上。可以利用菜单栏中的“视图”菜单选项来显示或隐藏工具栏。菜单栏中涉及的各种功能在工具栏中都能找到。（3）编辑区编辑区用来显示编程操作的工作对象。可以使用梯形图、指令表等方式进行程序的编辑工作。使用菜单栏中“视图”菜单项中的梯形图及指令表菜单条，实现梯形图程序与指令表程序的转换。也可利用工具栏中梯形图及指令表的按钮实现梯形图程序与指令表程序的转换。（4）状态栏，功能键栏及功能图栏编辑区下部是状态栏，用于表示编程PLC类型，软件的应用状态及所处的程序步数等。状态栏下为功能键栏，其与编辑区中的功能图栏都含有各种梯形图符号，相当于梯形图绘制的图形符号库。3程序编辑操作（1）采用梯形图方式时的编辑操作采用梯形图编程是在编辑区中绘出梯形图，打开“文件”菜单项目中的新文件，菜单条时，主窗口左边可以见到一根竖直的线，这就是梯形图中左母线。蓝色的方框为光标，梯形图的绘制过程是取用图形符号库中的符号，“拼绘”梯形图的过程。比如要输入一个常开触点，可点击功能图栏中的常开触点，也可以在“工具”菜单中选“触点”，并在下拉菜单中点击“常开触点”的符号，这时出现图1-6的对话框，在对话框中输入触点的地址及其他有关参数后点击“确认”按钮，要输入的常开触点及其他地址就出现在蓝色光标所在的位置。图1-6如需输入功能指令时，点击工具菜单中的“功能”菜单或点击功能图栏及功能键中的功能按钮，即可弹出如图1-7所示的对话框。然后在对话框中填入功能指令的助记符及操作数，点击“确认”即可。图 1-7这里要注意的是功能指令的输入格式一定要符合要求，如助记符与操作数间要空格，指令的脉冲执行方式中加的“P”与指令间不空格，32位指令需在指令助记符前加“D”且也不空格。梯形图符号间的连线可通过工具菜单中的“连线”菜单选择水平线与竖线完成。另外还需注意，不论绘制什么图形，先要将光标移到需要绘这些符号的地方。梯形图符号的删除可利用计算机的删除键，梯形图竖线的删除可利用菜单栏中“工具”菜单中的竖线删除。梯形图元件及电路块的剪切，复制和粘贴等方法与其他编辑类软件操作相似。还有一点需强调的是，当绘出的梯形图需保存时要先点击菜单栏中“工具”项下拉菜单的“转换”成功后才能保存，梯形图未经转换点击保存按钮存盘即关闭编辑软件，编绘的梯形图将丢失。（2）采用指令表方式的编程操作采用指令表编程时可以在编辑区光标位置直接输入指令表，一条指令输入完毕后，按回车键光标移至下一条指令，则可输入下一条指令。指令表编辑方式中指令的修改也十分方便，将光标移到需修改的指令上，重新输入新指令即可。程序编制完成后可以利用菜单栏中的“选项”菜单项下“程序检查”功能对程序做语法及双线圈的检查，如有问题，软件会提示程序存在的错误。请完成以下程序的输入：4程序的下载程序编辑完成后需下载到PLC中运行，这时需点击菜单栏中“PLC”菜单，在下拉菜单中再选“传送”及“写入”即可将编辑完成的程序下载到PLC中，传送菜单中的“读入”命令则用于将PLC中的程序读入编程计算机中修改。PLC中一次只能存入一个程序。下载新程序后，旧的程序即被删除。5程序的调试及运行监控程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序一经编制就是完善的，只有经过试运行甚至现场运行才能发现程序中不合理的地方并且进行修改。SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件具有监控功能，可用于程序的调试及监控。（1）程序的运行及监控程序下载后仍保持编程计算机与PLC的联机状态并启动程序运行，编辑区显示梯形图状态下，点击菜单栏中“监控/测试”菜单项后，选择“开始监控”菜单条即进入元件的监控状态。此时，梯形图上将显示PLC中各触点的状态及各数据存储单元的数值变化。如图1-8所示，图中有长方形光标显示的位元件处于接通状态，数据元件中的存数则直接标出。在监控状态时点击菜单栏中“监控/测试”菜单项并选择“停止监控”则终止监控状态，回到编辑状态。图 1-8元件状态的监视还可以通过表格方式实现。编辑区显示梯形图或指令表状态下，点击菜单栏中“监控/测试”菜单后再选择“进入元件监控”，进入元件监控状态对话框，这时可在对话框中设置需监控的元件，则当PLC运行时就可显示运行中各元件的状态。（2）位元件的强制状态在调试中可能需要PLC的某些位元件处于ON或OFF状态，以便观察程序的反应。这可以通过“监控/测试”菜单项中的“强制Y输出”及“强制ON/OFF”命令实现。选择这些命令时将弹出对话框，在对话框中设置需强制的内容并点击“确定”即可。（3）改变PLC字元件的当前值在调试中有时需改变字元件的当前值，如定时器、计算器的当前值及存储单元的当前值等。具体操作也是从“监控/测试”菜单中进入，选择“改变当前值”并在弹出的对话框中设置元件及数值后点击“确定”即可。【课堂小结】1、PLC编程软件的使用【板书设计】课外作业：课本课后小结：河 源 理 工 学 校 教 案第 周 星期 第 节 年 月 日 授课：伍懿君课题2-1 基本指令介绍教学目的通过教学，使学生明确PLC基本指令的作用与使用规则，掌握应用基本逻辑指令编程的思想和方法，熟练掌握特定功能程序的设计，学会应用PLC实现一般控制问题的技能。教材分析重点掌握可编程控制器基本编程语句。难点掌握可编程控制器基本编程语句。教具授课主要内容、课时分配及板书设计【复习引入】PLC编程语言中，最常用的语言是梯形图和指令语句表。因梯形图形式上与继电器控制线路很相似，读图方法和习惯也相同，所以，梯形图是使用最多的编程方法。这一章主要介绍FX系列PLC基本指令的形式、功能和编程方法。【讲授新课】1. 逻辑取及输出线圈指令( LD 、LD1、OUT ) LD、LDI、OUT指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序如表2-1所示。 表2-1LD指令是从母线取用常开触点指令，LDI是从母线上取用常闭触点指令，它们还可以与后面介绍的ANB、ORB指令配合用于分支回路的开头；OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态继电器、定时器、计数器的线圈进行驱动的指令，但不能用于输入继电器。图2-1给出了本组指令的梯形图实例，并配有指令表。这儿还需指出的是：OUT指令可连续使用无数次，相当线圈的并联（如图1中的OUT M100和OUT T0）；定时器或计数器的线圈，在使用OUT指令后，必须设定常数K，或指定数据寄存器的地址号。图 2-1 LD、LDI、OUT指令的使用2. 触点串联指令( AND 、 ANI ) AND、ANI指令的功能、电路表示、操作元件、程序步如表2-2所示。 表 2-2AND、ANI指令为单个触点的串联连接指令。AND用于常开触点。ANI用于常闭触点。串联接点的数量无限制。图2-2是使用本组指令的实例。图中OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令（如图的OUT Y004），称之为纵接输出或连续输出。此种纵接输出，如果顺序正确可多次重复。但限于图形编程器和打印机幅面限制，应尽量做到一 行不超过10个接点及一个线圈，总共不要超过24行。 在图 2-2中驱动M101之后可通过触点T1驱动Y004。但是，若驱动顺序换成图2-3的形式，则必须用后述的MPS指令。图 2-2 AND、ANI指令图 2-3 不能使用连续输出的例子3. 触点并