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1,第五章可编程序控制器的基本知识,主要内容1、PLC的起源、用途、特点、发展及分类。2、PLC的基本结构、工作原理。3、三菱FX系列PLC的内部元件及编程方法4、三菱FX系列PLC的梯形图编程及基本指令。5、三菱FX系列PLC的编程应用和要求。,2,一、PLC的起源、特点、应用、发展及分类,可编程控制器是一种在传统的继电器控制系统的基础上，与3C技术（Computer，Control，Communication）相结合而不断发展完善起来的新型自动控制装置，具有编程简单、使用方便、通用性强、可靠性高、体积小、易于维护等优点，在自动控制领域应用十分广泛。目前已从小规模的单机顺序控制发展到过程控制、运动控制等诸多领域。无论是老设备的技术改造还是新系统的开发，设计人员都倾向于采用它来进行设计。,3,编程简单方便，可在现场修改程序。硬件维护方便，采用插件式结构。可靠性高于继电器控制系统。体积小于继电器控制系统。可将数据直接送入管理计算机。成本可与继电器控制系统竞争。输入可以是AC115V。输出在AC115V、2A以上，能直接驱动电磁阀和接触器等。扩展时系统只需要很小的改动。用户程序存储器的容量至少可扩展到4KB。,1、PLC的起源1968年，美国汽车制造商通用汽车公司为了适应汽车不断翻新的需求，以求在激烈竞争中占有优势，提出用一种新的控制器取代传统的继电器控制系统。提出了以下10条招标的技术要求。,4,传统接触器-继电器逻辑控制装置接线实物图,5,新型控制器的设想图,6,美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、使用灵活、体积小、寿命长等一系列优点很快就推广到其他工业领域。随后德国、日本等国相继引进这一技术，使PLC迅速在工业控制中得到了广泛应用。在可编程控制器的早期设计中虽然采用了计算机的设计思想，但只能进行逻辑(开关量)控制，主要用于顺序控制，所以被称为可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC。,7,随着技术的迅速发展，微处理器被广泛应用于PLC的设计中，使PLC的功能增强，速度加快，体积减少，成本下降，可靠性提高，更多地具有了计算机的功能。除了常规的逻辑控制功能外，PLC还具有模拟量处理、数据运算、运动控制、PID(Proportional-Integral-Differential)控制和网络通信等功能，易于实现柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem，FMS)。因而与机器人及计算机辅助设计/制造(ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing，CAD/CAM)一起并称为现代控制的三大支柱。,8,为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会(NationalElectricalManufacturersAssociationNEMA)经过调查，将其正式命名为ProgrammableController，简称PC，并给PC作了如下定义。“PC是一个数字式的电子装置。它使用了可编程的记忆体存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、定时、计数与运算等功能，并通过数字或模拟的输入/输出模块控制各种机械或工作过程。一部数字电子计算机若是从事执行PC的功能，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”由于PC容易与个人计算机(PersonalComputer)的缩写相混淆，因而人们仍沿用PLC作为可编程控制器的简称。,9,国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission，IEC)颁布的PLC的定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，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、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，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。总之，可编程控制器是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器并不针对某一具体工业应用。在实际应用时，其硬件应根据具体需要进行选配，软件则根据实际的控制要求或生产工艺流程进行设计。,10,传统的继电器逻辑控制电路与模块化可编程控制电路的直观比较,11,2、PLC的特点可靠性高、抗干扰能力强工业现场的环境十分恶劣，如高温、潮湿、振动、冲击、粉尘和强电磁干扰等，因此工业生产对控制系统的可靠性要求很高。PLC是专为工业控制设计的，PLC采取了以下一系列的抗干扰措施来适应恶劣的工作环境：所有的I/O接口电路均采用光电耦合器进行隔离。输入端采用RC滤波器，滤波时间常数可以用指令设定。各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对器件进行严格的筛选和老化处理。具有软件自诊断功能，一旦发生异常情况，PLC立即采取有效措施进行处理，防止故障扩大。大型PLC采用双CPU构成冗余系统，进一步提高了可靠性。,12,功能强、适应面广PLC综合应用了微电子技术、通信技术和计算机技术，除了具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能外，还具有进行各种算术运算、PID调节、过程监视、网络通信、远程I/O和高速数据处理能力，因此可以满足工业控制中的各种复杂功能要求。编程简单易学PLC的程序设计大多采用类似于继电器控制线路的梯形图语言。梯形图主要由人们熟悉的常开/闭触头、线圈、定时器、计数器等符号组成。只要具有电气控制方面的相关基础知识，而不需要具备计算机方面的专业知识，就很容易理解和掌握。尽管后来的PLC在软件和硬件功能上不断增强，但是梯形图仍被广泛使用。在此基础上又增加了许多高级指令，以满足除了顺序控制以外的其他各种复杂控制功能。,13,安装调试简单，维修方便PLC可以在各种工业环境下直接安装运行，使用时只需根据控制要求编写程序，将现场的各种I/O设备与PLC相应的I/O端相连接，系统便可以投入运行。由于PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。当PLC或外部的输入装置及执行机构发生故障时，如果是PLC本身的原因，在维修时只需要更换插入式模块及其他易损件即可，既方便又减少影响生产的时间。有些PLC还允许带电插拔I/O模块，更方便了实际应用。采用模块化结构为了适应各种工业控制的需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC中的CPU、直流电源、I/O模块(包括特殊功能模块)等各种功能单元均采用模块化设计，由机架、电缆或连接器将各个模块连接起来。系统的规模和功能可以根据实际控制要求方便地进行组合，以达到最高的性价比。,14,接口模块丰富对于工业现场的不同信号(如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等)，PLC都有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备(如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、电机起动器、控制阀等)直接连接。此外，为了适应新的工业控制要求，增加的I/O模块也越来越丰富，如通信模块、位置控制模块、模拟量模块等，进一步提高了PLC的性能。系统设计与调试周期短用PLC进行系统设计时，用程序代替继电器硬接线，控制柜的设计及安装接线工作量大为减少，设计和施工可同时进行，缩短了施工周期。同时，由于用户程序大都可以在实验室中进行模拟调试，调好后再将PLC控制系统在生产现场进行联机调试，调试方便、快速、安全，因此大大缩短了设计、施工、调试和投运周期。,15,3、PLC的应用广泛应用于石油、化工、机械、钢铁、交通、电力、轻工、采矿、水利、环保等各个领域，从单机自动化到工厂自动化，从数控加工、机器人、柔性制造系统到工业控制网络。PLC的应用范围大致包括以下几个方面。开关量控制：逻辑、定时、计数、顺序控制等。过程控制：温度、压力、流量、液位、电流和电压等控制。运动控制：对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，实现单轴、双轴和多轴位置控制。数据处理与监控：可以完成数据的采集、分析和处理。联网通信：包括PLC之间的通信、PLC与上位计算机的通信、PLC与其他智能设备的通信。,16,17,产品自动装配机产品传输带材料注入/填充机X-Y平台控制机械手自动测试装置元件供给机产品外壳成型机切割机旋转台,18,医用灭菌装置药物取放机械医用清洗装置医用自动床步行机电动轮椅医用沐浴设备电梯,19,自动售货机食品烤炉自动切肉机食品传输带自动洗碗机制面机自动炒菜机食品原料搅拌机,20,滑雪场升降机人造降雪机体育场坐椅调节机霓虹灯广告舞台幕帘机娱乐摇摆椅音影光盘租赁分捡机活动玩偶控制,21,纽扣装订机摇扎机衣物装袋机贴标机工业洗衣机展览会演示装置中央空调楼房通风设备,22,自动给饵机果品/鸡蛋分捡机蔬菜包装机蔬菜装袋机水果去核机水果削皮机自动插秧机种子插种机,23,洗车机轮胎清洗机垃圾收集车列车坐椅调整机立体停车库停车场大门控制车辆称重仪货物搬运小车,24,建筑用升降机自动照明系统自动门叉式升降机钢筋焊接机钢筋切割机窗户清洗机,25,4、PLC的发展和发展方向,26,发展的主要趋势编程语言多样化：梯形图、语句指令表、顺序功能图(SFC)、级式编程语言、逻辑图编程语言、高级语言(如BASIC、FORTRAN、PASCAL、C语言)。I/O模块多功能化、智能化。小型化：体积更小、速度更快、功能更强、成本更低大型化：趋向于工业控制计算机(工控机)的性能。网络化：构成整个工厂的自动化控制系统，真正实现管理控制一体化。,27,5、PLC的分类根据I/O点数划分I（input）点数表示PLC可从外部接收多少个输入信号O（output）点数表示PLC可向外部输出多少个输出信号PLC的I/O点数越多，PLC功能越强。,小型PLC：I/O总点数在256点以下中型PLC:I/O总点数在256点1024点之间大型PLC：I/O总点数在1024点以上,28,小型PLC体积小，结构紧凑，整个硬件融为一体。具有逻辑、算术和函数运算、定时、计数、移位等功能，可用来实现条件控制、定时/计数控制、顺序控制等。中型PLC增加了模拟量处理、数据传送、数据通信等功能，可完成既有开关量又有模拟量的复杂控制。中型PLC的编程器有便携式和带有CRT/LCD的智能图形编程器供用户选择。大型PLC功能更加完善，可以进行中断控制、智能控制、远程控制。能实现大规模的过程控制，构成分布式控制系统或整个工厂的集散控制系统，实现工厂管理的自动化。,29,根据结构划分,整体式,模块式,30,整体式小型PLC多为整体式结构。各个单元如CPU、电源、I/O端口等都集中配置在一起。有些则全部装在一块电路板上，结构紧凑，体积小，重量轻，容易装配在设备的内部，适合于设备的单机控制。缺点是主机的I/O点数固定，使用不够灵活，维修也不够方便。模块式大、中型PLC多为模块式结构。各部分以单独的模块分开，如CPU模块、电源模块、输入模块、输出模块及其他高性能模块等。模块式PLC的底板上有若干插座。使用时将各种模块直接插入底板插座即可。也有的为串行连接。这种结构的PLC配置灵活，装配方便，易于扩展，可根据控制要求灵活配置各种模块，构成各种功能不同的控制系统。缺点是结构复杂，成本较高。,31,根据生产厂家划分PLC的生产厂家很多，各个厂家的PLC在I/O点数、容量、功能、指令等方面各有差异，且都自成系列。在选择PLC时最好选择同一系列的产品，这样可使系统构成容易，使用方便。有代表性的PLC：西门子公司的S7系列、三菱公司的FX系列、立石公司的C系列、松下公司的FP系列等等。本教材主要介绍三菱FX系列PLC的内部功能单元、指令系统和编程方法,三菱FX系列PLC,32,FX系列小型PLC的型号命名的基本格式,33,FX系列小型PLC的型号命名的基本格式,系列序号：0、0N、1、1S、2、2C、2N、3U等I/O总点数：14256。单元类型：M基本单元E输入输出混合扩展单元EX输入专用扩展单元EY输出专用扩展单元输出形式：R继电器输出T晶体管输出S晶闸管输出,34,FX系列小型PLC的型号命名的基本格式,特殊品种区别：D直流电源；直流输入A交流电源，交流输入H大电流输出扩展模块(IA/点)V立式端子排扩展模块F输入滤波器1ms的扩展模块LTTL输入型扩展模块S独立端子(无公共端)扩展模块C接插口输入输出方式,35,FX1S系列小型机的型号及规格,36,FX2N系列小型机的型号及规格,37,二、PLC的基本结构和工作原理,1、基本结构,38,微处理器（CPU）PLC的核心部件，是PLC的运算、控制中心。用来实现逻辑运算、算术运算并对整机进行协调控制。存储器主要用来存放PLC的系统程序、用户程序以及工作参数。常用的存储器主要有ROM（只读存储器）、RAM（随机存储器-可读写）等两种。通讯接口与外部设备进行连接，传输程序、工作参数等数据的电路。,39,输入接口与以开关量为输出形式的电气元件（如按钮、行程开关、电磁式电器的触头等）进行连接并接收控制信号的电路。输出接口与执行电气元件（电磁式电器的线圈、电磁阀等）进行连接并输出控制信号的电路。扩展接口用于扩展PLC的功能和规模的电路。电源将输入的单相交流电源转换成所需要的直流电源。,40,后备电池断电时由备用锂电池维持供电，来保存RAM的数据。外部设备编程器用于编写PLC程序。有手持式和图形式两种。手持式编程器体积小，携带方便，在现场调试时更显其优越性，但在程序输入或阅读分析时，比较繁琐。图形式编程器功能强，可视化程度高，使用也很方便，但其价格高，通用性差。上位机就是装有PLC编程软件的通用计算机（台式或笔记本）。计算机进行PLC的编程、通信、监控更具优势，计算机除可进行PLC的编程外，还可作为一般计算机使用，兼容性好，利用率高。,41,功能扩展单元或模块扩展单元用于增加I/O点数，内部有电源。扩展模块用于增加I/O点数，内部无电源。如FXON-40ER为输入24点输出16点的扩展单元，FXON-8EX为扩展模块，输入8点。A/D模块是把模拟信号转换成数字信号的功能模块；如FX2N-2AD、FX2N-4AD。D/A模块是把数字信号转换成模拟信号的功能模块；如FX2N-2DA、FX2N-4DA。PLC还提供了如热电阻、热电偶、高速计数器、位置控制、以太网、现场总线、远程I/O控制、温度控制、中断控制、声音输出、打印机等多种专用型或智能型的I/O模块，用以满足各种控制要求。,42,开关元件利用按钮、行程开关、电器的触头、温度、压力检测开关等电气元件的闭合和断开状态，产生控制信号。控制PLC的程序执行。执行元件执行PLC程序产生输出控制信号，控制电磁式电器（小电流）的吸合或释放。通过电磁式电器的触头通断控制电机、电磁铁（大电流）等设备的工作状态。而指示灯、小型电磁阀的工作电流较小，PLC可以直接控制。,43,44,2、基本工作原理工作方式早期的PLC主要用于替代传统的继电器-接触器构成的控制装置，但两者的运行方式不同。继电器控制装置采用硬逻辑并行运行方式，如果继电器的线圈吸合或释放，该继电器的所有(常开/常闭)触头都会立即同时动作。而PLC采用了一种循环扫描工作方式，即逐条顺序周而复始地扫描用户程序。如果一个软元件的线圈吸合或释放，该软件的所有触头不会立即动作，必须等扫描到该触头时才会动作。为了消除二者之间的这种差异，扫描用户程序的时间一般均小于100ms。用户程序按先后顺序存放，在没有中断或跳转指令时，PLC从第一条指令开始顺序执行，直到程序结束后又返回到第一条指令，如此周而复始不断循环执行程序。,45,工作过程包括输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称为一个扫描周期。PLC以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。PLC的面板上都有工作方式的开关。当PLC的方式开关置于RUN(运行)时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP(停止)时，不执行这3个阶段。此时可进行通信处理，如对PLC进行离线编程或联机操作。在进入扫描之前，PLC首先执行自检操作。,46,输入采样阶段PLC以扫描方式依次地读入所有输入的状态和数据，并将它们存入I/O缓冲区中相应的单元内。输入采样结束后，系统转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使外部的输入状态和数据发生变化，输入缓冲区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，输入信号均被有效采集。扫描周期的长度取决于程序的长度。PLC的存储器中有一个专门存放I/O数据的缓冲区。对应于输入端的为输入映象寄存器。PLC在采样时，输入信号进入缓冲区，即数据输入的状态刷新。,47,程序执行阶段通常把PLC内部的各种存储器称为“软继电器”或“软元件”。“软继电器”实际上是存储器中的一位触发器，其0、1对应继电器线圈的断与通；或者是触头的断开与闭合。在传统的继电器控制系统中，输出是由物理器件加导线连接而成的电路来实现的。而在PLC中是用CPU和存储器来代替继电器控制线路，由用户程序来控制。PLC顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条指令时，是按从左到右、从上到下的顺序进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该继电器在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该继电器在I/O缓冲区中对应位的状态；或者确定是否要执行该指令所规定的特殊功能操作。,48,X-输入，Y-输出,梯形图是PLC中应用程序设计的一种标准语言，是一种图形化的编程语言，沿用了传统的电气控制原理图中的继电器触头、线圈、串联和并联等术语和一些图形符号构成因与继电器电路很相似，具有直观易懂的特点，很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字逻辑控制，但不适于编写控制功能复杂的大型程序。,49,PLC长动控制电路,50,X0X1Y0,Y0,SB1SB2KM,继电器线路图与梯形图,KM,51,输出刷新阶段在用户程序扫描执行结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照输出缓冲区中对应的状态和数据刷新所有的输出映象寄存器并锁存，再经输出电路控制连接的外部电气元件或设备。对应于输出端的为输出映象寄存器。PLC输出时，将输出缓冲区的内容输出到输出寄存器，即数据输出的状态刷新。,52,3、输入接口电路及工作方式输入接口电路由光电隔离电路、滤波电路、发光二极管指示（LED）电路组成。光电隔离电路、滤波电路增强抗干扰能力。指示电路指示输入信号的有无。,直流输入交流输入交直流输入,工作方式,53,直流输入电路,54,交流输入电路,55,交直流输入电路,56,开关输入信号的接线图,57,4、输出接口电路及工作方式各类输出接口都具有隔离耦合、滤波、发光指示电路，特别注意的是，输出接口本身都不带电源，因此，负载外接电源时，需考虑输出接口工作方式的类型。,继电器输出（M）晶体管输出（T）晶闸管输出（S）,工作方式,58,继电器输出方式（M）主要由指示、光电隔离、放大电路和继电器组成。具有带负载能力强、抗干扰能力强、适应交直流负载、响应速度慢（10ms）、动作频率低(3600次/h）、触头寿命低等特点。,59,继电器输出接线方式,60,晶体管输出方式（T）主要由指示、光电隔离、放大、晶体三极管、二极管吸收保护、检测、故障指示等电路组成。具有动作频率高、响应速度快（2ms）、带负载能力弱、只适应于直流负载等特点。,61,晶闸管输出方式（S）主要由指示、光电隔离、晶闸管、检测、故障指示电路和晶闸管等组成。具有带负载能力较强、响应速度快、只适应于交流负载等特点。,62,5、三菱FX2N系列PLC,-型号-状态指示灯-转换开关与通讯接口-电源与输入端口-输入指示灯-输出指示灯-输出端口,63,状态指示灯,64,转换开关与通讯接口,转换开关用来改变PLC的工作模式，PLC电源接通后，将转换开关打到RUN位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）发光，表示PLC正处于运行状态；将转换开关打到STOP位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）熄灭，表示PLC正处于停止状态。,65,通讯接口用来连接手持式编程器或电脑，通讯线一般有手持式编程器通讯线和电脑通讯线两种，通讯线与PLC连接时，务必注意通讯线接口内的“针”与PLC上的接口正确对应后才可将通讯线接口用力插入PLC的通讯接口，避免损坏接口。,转换开关与通讯接口,66,电源端、输入端口与输入指示灯,外接电源端子：图中黄色方框内的端子，为PLC的外部电源端子（L、N、地），接PLC的外部电源（AC220V）。输入公共端口COM：在外接传感器、按钮、行程开关等外部信号元件时必须接的一个公共端。+24V电源端子：PLC自身为外部设备提供的直流24V电源，多用于扩展模块、传感器。,67,X端子：X端子为输入（IN）继电器的接线端子，是将外部信号引入PLC的必经通道。“.”端子：带有“.”符号的端子表示该端子未被使用，不具功能。输入指示灯：为PLC的输入（IN）指示灯，PLC有正常输入时，对应输入点的指示灯亮。,电源端、输入端口与输入指示灯,68,输出端口与输出指示灯,输出公共端COM：此端子为PLC输出公共端子，在PLC连接交流接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等负载时必须连接的一个端子。负载使用相同电压类型和等级时，则将COM1、COM2、COM3、COM4用导线短接起来。,69,70,三、三菱FX系列PLC的内部元件及编程方法,1、内部软元件输入继电器（X）作用：接受外部输入信号。,71,使用规则：输入继电器的线圈不能使用，只能使用常开和常闭触头，触头在程序中的使用次数不限。常开和常闭触头的状态（闭合或断开）由外部输入信号控制，不受程序控制。如果外部连接按钮或开关，当按钮或开关闭合时，常开触头闭合，常闭触头断开。常开和常闭触头用“X”+“数字编号”表示。可使用的编号由PLC的型号决定。例如，FX1S-30MR的输入继电器的触头编号为X0X7和X10X17共16个输入端子。在梯形图程序中，输入继电器的触头用下图所示的图形文字符号表示。,（a)常开触头(b)常闭触头,X01,X01,72,输出继电器（Y）作用：将PLC的输出信号传给外部设备。,73,使用规则：输出继电器的线圈由程序控制，除子程序或特殊指令外，线圈在程序中只能出现一次。常开和常闭触头在程序中的使用次数不限。常开和常闭触头的状态（闭合或断开）由线圈控制，当线圈通电时，常开触头闭合，常闭触头断开。线圈、常开和常闭触头用“Y”+“数字编号”表示。可使用的编号由PLC的型号决定。例如，FX1S-30MR的输出继电器的编号为Y0Y7和Y10Y15共14个输出端子。梯形图程序中，输出继电器的线圈和触头用下图所示的图形文字符号表示,（a)常开触头(b)常闭触头(c)线圈,Y01,Y01,Y01,Y01,74,辅助继电器（M）作用：在PLC内部传递信号。有一般通用型、失电保持型、特殊用途型等三种。,75,使用规则：辅助继电器的线圈由程序控制，除子程序或特殊指令外，线圈在程序中只能出现一次。常开和常闭触头在程序中的使用次数不限。常开和常闭触头的状态（闭合或断开）由线圈控制，当线圈通电时，常开触头闭合，常闭触头断开。线圈、常开和常闭触头用“M”+“数字编号”表示。可使用的编号由PLC的型号决定。例如，FX1S-30MR的通用型编号为M0M383共384个。断电保持型编号为M384M511共128个。特殊用途型编号为M8000M8255共256个。辅助继电器只能在程序中使用，不能用于输入和输出。失电保持型由备用电池供电，因此在PLC断电后，能保持断电前的工作状态。一般通用型和特殊用途型不具备此功能。特殊用途型的工作状态由系统程序控制，用户程序只能引用其触头。,76,定时继电器（T）作用通电延时控制。定时器根据时钟脉冲计时，线圈通电就开始累计加法计时，当所计时间达到设定值时，常开触头闭合，常闭触头断开。定时器线圈断电时，触头复位。定时器根据时钟脉冲的不同有1ms、10ms和100ms、1s等四种。根据工作方式有普通型和断电保持型两种。,77,使用规则：定时继电器的线圈由程序控制，除子程序或特殊指令外，线圈在程序中只能出现一次。PLC的定时器是通电延时型。其触头都是通电延时型，没有通电瞬时型。即定时器线圈通电时，触头延时动作；线圈断电时，触头瞬时复位。可用编程构成断电延时型。线圈、触头用“T”+“数字编号”表示，数字编号由PLC的型号决定。例如，FX1S-30MR的定时器编号为T0T31共32个100ms，编号为T32T62共30个10ms，编号为T63的1个1ms。定时器的计时时间=时钟脉冲时间设定值。设定值可采用用户程序中的常数，也可以用数据寄存器的内容。例如，T0的设定值为K100，那么T0的计时时间=100ms100=10s。表明T0线圈通电10s后触头动作（常开闭合，常闭断开）。,78,定时器线圈,时间设定值计时时间=100100msK:十进制，H:十六进制,延时闭合瞬时断开常开触头,延时断开瞬时闭合常闭触头,79,计数继电器（C）作用计数继电器又称计数器，作用是提供计数操作。计数器根据条件进行计数，条件每满足一次，就计数一次。当计数值=设定值时，计数器的触头就动作，常开触头闭合，常闭触头断开。有些计数器线圈断电，触头就能复位，有些计数器由备用电池供电，因此需要对计数器进行复位操作，计数器的触头才能复位。有累计加法（增量）和累计双向（加减）两种计数器。,80,使用规则：计数器的线圈由程序控制，除子程序或特殊指令外，线圈在程序中只能出现一次。常开和常闭触头在程序中的使用次数不限。常开和常闭触头的状态（闭合或断开）由计数控制，当计数值=设定值时，常开触头闭合，常闭触头断开。计数器复位时，触头复位。线圈、触头用“C”+“数字编号”表示。数字编号由PLC的类型决定，例如，FX1S-30MR编号为C0C15共16个为一般型增量（加法）计数器。编号为C16C31共16个为保持型增量计数器。编号为C235C255共20个为32位高速型可逆（既可设为加法，也可设为减法）计数器。,81,增量计数器工作原理,82,其它软元件状态元件S：是编制步进程序的重要元件。数据寄存器D：用于存储输入输出处理、模拟量控制、位置量控制的数据和参数。变址寄存器V/Z：用于存储变址寻址时的数据寄存器的地址修正量。指针P/I：用于表示程序命令行的位置，供程序跳转指令使用。常数：K型（十进制）-16位的范围为-3276732767；32位的范围为-21474836482147483648。H型（十六进制）-16位的范围为0FFFFH；32位的范围为0FFFFFFFFH。,83,2、编程语言梯形图（LadderDiagram)及其格式类似于继电器、接触器线路图。由母线、常开触头、常闭触头、继电器线圈和图形指令组合。具有逻辑运算、算术运算、数据传送、变换与外部输出等功能。继电器、接触器线路图与梯形图有两个重要区别：继电器、接触器线路图为并行工作方式。梯形图为串行工作方式。继电器、接触器线路图中常开、常闭触头的数量有限。梯形图中各类软元件用于内部编程的常开、常闭触点使用次数不受限制。,84,PLC长动控制电路工作原理,X0、X1-输入接线端Y0-输出接线端COM-公共接线端,85,X0X1Y0,Y0,SB1SB2KM,继电器线路图与梯形图,KM,86,87,X0X1Y0,Y0,SB1SB2KM,KM,88,X0X1Y0,Y0,SB1SB2KM,KM,89,X0X1Y0,Y0,SB1SB2KM,KM,90,91,X0X1Y0,Y0,SB1SB2KM,KM,92,X0X1Y0,Y0,SB1SB2KM,KM,93,注意：在梯形图左右两侧的直线称为左右母线。相当于继电器线路图中的左右电源线。与左母线相连的控制线路通常是一个由常开、常闭触头组成的逻辑电路。与右母线相连接的是输出线圈、其他各类软器件的逻辑线圈或功能指令块。在梯形图中右母线有时也可以省略。,94,指令语句及其格式是梯形图的一种派生语言，类似于汇编语言。用助记符形式的各类指令语句来描述梯形图的逻辑运算、算术运算、数据传送与处理或程序执行中的某些特定功能。基本格式：操作码操作数规律：与梯形图之间有着严格的一一对应关系。特点：便于用户程序的输入、读出与修改。,95,梯形图可以用下述语句来描述：序号操作码操作数程序步数指令功能0LDX01从母线开始取用X0的常开触头1ORY01并联Y0常开触点（“或”运算）2ANIX11串联X1的常开触头（“与”运算）3OUTY01Y0线圈输出,96,PLC梯形图,97,对应的指令语言表,98,顺序功能图及其格式(SFC)顺序功能图又称为功能表图或状态转移图。近年国际电工协会（IEC）大力推广的新编程标准。将一个完整的控制过程分解为若干个阶段（状态）。各阶段有不同的动作或其他各种控制内容，阶段之间有一定的转换条件。一旦条件满足就实现状态的自动转移，上一阶段结束，下一阶段动作开始直至完成整个过程的控制要求。特别适用于复杂的顺序控制过程。其中状态器是实现SFC编程功能的专用编程软元件。顺序功能图与梯形图和指令语句之间有一一对应关系，能够相互转换。,99,机械手自动方式下的顺序功能图,1,这是一个PLC控制机械手动作状态顺序功能图，在自动方式下只要满足一定条件就置初态S2为1，从下降开始直到左移回到原位，自动完成整个控制过程。,100,机械手自动方式下的顺序功能图,101,级式编程语言类似功能图的图形编程语言，沿用了梯形图编程方法。在PLC内部开发了供编程使用的通用与专用编程元件和指令（状态元件、级式指令）。,102,逻辑图编程语言一种图形编程语言，采用逻辑电路规定的“与”、“或”、“非”等逻辑图符号依控制顺序组合而成。也是国际电工协会（IEC）颁布的PLC编程语言之一。类似于数字逻辑电路。,高级编程语言中、大型PLC已采用BASIC、FORTRAN、PASCAL、C等高级语言的PLC专用编程语言。,103,四、三菱FX系列PLC的梯形图编程及基本指令,1、梯形图母线梯形图左右两侧的直线称为左右母线。相当于继电器线路图中的左右电源线。默认的假想电流方向从左母线到右母线。与左母线相连的控制线路通常是一个由常开、常闭触头组成的逻辑电路。与右母线相连接的是输出线圈、其他各类软器件的逻辑线圈或功能指令块。在梯形图中右母线有时也可以省略。每行程序执行顺序从左母线到右母线。程序按照从第一行到最后一行的顺序执行。,104,编程规则梯形图的每一个逻辑行从左母线出发，以LD或LDI指令开始，到右母线以OUT指令或功能指令结束。所有软元件触头的使用次数不限。继电器的线圈不能直接与左母线相连，如有需要可通过一个没有使用的辅助继电器的常闭触头与之连接。线圈只能并联使用，不能串联使用。同一个编号的线圈不能重复使用。子程序或特殊指令除外。输入继电器的线圈不能使用。,105,编程步骤第一步，根据控制要求，确定需要完成任务的输入、输出设备，来确定PLC的输入、输出点数。一般是输入/输出设备与输入/输出点有一一对应关系。如果为降低成本，可采用多对一关系。第二步，进行PLC的输入、输出分配，也就是把输入、输出设备分配到具体的I/O点。绘制PLC的控制电路图。用编程软件编写梯形图程序。并进行仿真调试和修改，达到控制要求。将调试成功的程序通过数据线或通信网络传到PLC，进行通电运行。,106,2、基本指令LD、LDI、OUT指令LD：取指令，从左母线开始，取用常开触头。LDI：取反指令，从左母线开始，取用常闭触头。OUT：线圈驱动指令，用于继电器、定时器、计数器的线圈输出。,0LDX01OUTY02LDIX13OUTM1004OUTT0K20LDT0OUTY1,027,107,X1,X2,T2,027,Y1M101T2K20Y2,与母线相连驱动指令驱动（定时器）指令设定常数，延时设定2s与母线相连驱动指令,108,X1,除特殊指令外,Y3,X2,Y3Y4Y3,输出处理Y3=OFFY4=ON,输入处理X1=ONX2=OFF,1st2nd,不允许线圈重复使用,109,LD、LDI、OUT指令的使用规则LD、LDI指令既适用于与左母线相连接的触头，也适用于分支电路的起始触头。LD、LDI指令的操作数是：X、Y、M、S、T、C。OUT指令可以连续使用，无次数限制，此为并行输出。OUT指令的操作数是：Y、M、S、T、C。在对定时器、计数器使用OUT指令后，一定要设定常数。K表示十进制，H表示十六制。,110,1LDX12ANIX33OUTY04LDIX25ANDX46OUTY1,AND、ANI指令AND：与指令，用于单个常开触头的串联。ANI：与非指令，用于单个常闭触头的串联。AND、ANI的操作数：X、Y、M、S、T、C。,04,111,0LDX01ORX12ORIX23ANIX34OUTY2,OR、ORI指令OR：或指令，用于单个常开触头的并联。ORI：或非指令，用于单个常闭触头的并联。OR、ORI指令的操作数：X、Y、M、S、T、C。,0,112,0LDX00LDX01ANDX11ANDX2LDX22LDX23ANIX33ANIX34ORB4LDIX45LDIX45ANDX56ANDX56ORB7ORB7ORB8OUTY18OUTY1（ORB指令分散使用）（ORB指令集中使用）,ORB指令电路块或指令，用于两个串联电路块的并联。用ORB指令写指令语句表时，若分散使用，使用次数不受限制；若集中使用，使用次数不能超过8次。ORB指令没有操作数。各个串联电路块之间的并联要用ORB指令才能完成。,0,113,0LDX00LDX01ORIX11ORIX12LDIX22LDIX23ORX33ORX34ANB4LDX45LDX45ORX56ORX56ANB7ANB7ANB8OUTY08OUTY0（AND指令分散使用）（AND指令集中使用）,ANB指令电路块与指令，用于两个并联电路块的串联。用ANB指令写指令语句表时，若分散使用，使用次数不受限制；若集中使用，使用次数不能超过8次。ANB指令没有操作数。各并联电路块之间的串联要用ANB指令才能完成。,0,114,MPS、MRD、MPP指令设计程序时，通常有某一触头或触头组的状态需多次使用的情况，在PLC中专门设置了3条完成此类任务的指令，即栈操作指令。它是把运算结果暂时存入栈存储器中，用户可以随时调用，这样可以使用户程序编写简单，功能更强。FX系列小型机PLC中，有11个栈存储器。MPS：进栈指令，用于将前面触头或触头组的运算结果存入第一个栈存储器。执行一次MPS指令，各栈存储器中的内容依次下移一层，最后一个存储器中的内容丢弃。MRD：读栈指令，用于将第一个栈存储器中的数据读出。各栈存存储器中的内容保持不变。MPP：出栈指令，用于将第一个栈存储器中的数据弹出。各栈存储器中的内容依次上移一层。,115,使用规则：MPS和MPP指令必须成对使用，缺一不可。MPS、MPP指令连续使用次数最多不能超过11次，MRD指令连续使用次数没有限制。MPS、MRD和MPP指令没有操作数。,116,14LDX615MPS16ANDX717OUTY418MRD19ANDX1020OUTY521MRD22ANDX1123OUTY624MPP25ANDX1226OUTY7,0LDX01ANDX12MPS3ANDX24OUTY05MPP6OUTY17LDX38MPS9ANDX410OUTY211MPP12ANDX513OUTY3,MPS,MPP,MPS,MPP,0714,117,MC、MCR指令MC指令：主控指令，用于公共串联触头的连接。在主控电路块始点使用。使用后母线移至公共串联触头之后。,Nn-嵌套级数，选择范围为N0N7。YM目的操作数，选择范围为输出继电器线圈Y和辅助继电器线圈M（特殊用途型辅助继电器不能使用）。MCR指令：主控复位指令，在主控电路块终点使用。使用后母线返回公共串联触头之前。,118,使用规则：当X0闭合时，执行MC指令。当M100=1（闭合）时，执行MC与MCR之间的指令。MC指令后，母线移至MC触头之后。MC、MCR指令必须成对出现。MC指令内再使用MC指令时，嵌套级数N的编号必须依次增大，返回时用MCR指令，从大的嵌套级数开始解除。,119,0LDX21SETY02LDX33RSTY0,SET、RST指令SET：置位指令，用于驱动继电器线圈，使其自锁。RST：复位指令，用于继电器线圈的复位。使用规则：SET指令的操作数是Y、M、S。RST指令的操作数是Y、M、S、T、C、D、V、Z。SET和RST指令的输入条件同时成立时，RST指令优先执行。,120,X000,SET,Y000,X001,RST,Y000,X002,SET,M0,X003,RST,M0,X004,SET,S0,X005,RST,S0,X006,RST,D0,X0,X1,Y0,121,PLS、PLF指令PLS：上升沿微分指令，当输入信号到来时（上升沿），使其操作的继电器线圈接通，该继电器的常闭、常开触也动作，持续时间为一个扫描周期（脉冲式）。,PLF：下降沿微分指令，当输入信号消失时（下降沿），使其操作的继电器线圈接通，该继电器的常闭、常开触也动作，持续时间为一个扫描周期（脉冲式）。,使用规则：可操作的继电器为Y、M，不能使用特殊用途辅助继电器。,122,0LDX21PLSM03PLFM15LDM06ORY07ANIM18OUTY0,当触头X2接通时，辅助继电器MO的线圈、常开触头接通一个扫描周期，使输出继电器线圈Y0接通；当触头X2断开时，辅助继电器M1的线圈接通一个扫描周期，M1的常闭触头断开一个扫描周期。使输出继电器线圈Y0断开。,123,X000,M0,M0,PLS,X001,M1,Y000,RST,Y000,SET,M1,PLF,X000X001M0M1Y000,一个扫描周期,一个扫描周期,124,NOP、END指令NOP:空操作指令。在串联电路中，与ANI、AND联合使用，可把串联电路中的触头短路掉。在并联电路中，与LD、LDI联合使用，可把并联电路中的触头去掉。因此该指令可用于修改程序。END：程序结束指令，用于防止程序结束后，还继续执行无用的空操作。每个程序的结尾处必须有这个指令，否则编程软件会报错。,AND-NOP,ANI-NOP,接点短路,切断后与前面的回路相接,LD（LDI）NOP,125,五、三菱FX系列PLC的基本编程应用,1、编程实例电机双重联锁正反转控制第一步，控制要求按下SB2，电机切换成正转。按下SB3，电机切换成反转。按下SB1电机停转。要有过载和短路保护。第二步，PLC的I/O分配,126,第三步，设计主电路和控制电路,主电路,127,为了防止因2个交流接触器同时动作形成短路。要求在PLC内进行程序联锁外，还要在外部电路也要实施联锁。,控制电路,LN,128,第四步，梯形图程序,PL梯形图程序之一,129,梯形图程序之一的工作原理：FR常闭触头闭合时，X00常开触头闭合。SB1未按下时，X01常闭触头闭合。串联X02、X03的常闭触头起着按钮联锁作用。串联的Y01、Y02常闭触头起着内部继电器互锁作用。按下SB2，X02常开触头闭合，Y01通电吸合自锁。KM1通电吸合，电机正转。X02和Y01常闭触头同时断开，Y02不能通电吸合。按下SB3，X03常闭触头断开，Y01断电释放，KM1断电释放，X03常开触头同时闭合，Y02通电吸合自锁。KM2通电吸合，电机反转。当再次按下SB2时，电机切换成正转。按下SB1，电机停转。当电机过载时，FR常闭触头断开，X00常开触头断开，电机停转，达到过载保护目的。,130,第四步，梯形图程序,梯形图程序之二,131,梯形图程序之二的工作原理：FR常闭触头闭合，X00常闭触头断开，SB1未按下时，X01常开触头断开，不执行Y01、Y02复位操作。SET指令串联的Y01、Y02常闭触头起着内部继电器互锁作用。串联的X02、X03常闭触头起着按钮联锁作用。按下SB2时，X02常开触头闭合，先执行Y02复位操作，然后执行Y01置位操作。KM1通电吸合，KM2断电释放，电机正转。按下SB3时，X03常开触头闭合，先执行Y01复位操作，然后Y02置位操作。KM1断电释放，KM2能电吸合，电机反转。按下SB1，X01常开触头闭合，执行Y01、Y02复位操作。交流接触器断电释放，电机停转。当电机过载时，FR常闭触头断开，X00常闭触头闭合，执行Y01、Y02复位操作，KM1或KM2断电释放，电机停转，达到过载保护目的。,132,PLC控制信号灯第一步，控制要求工作方式1：按下SB2，按L1L2L3L1方式循环交替发光，每只发光3S后熄灭，轮到下一只发光。直到按下SB1后，所有信号灯熄灭。工作方式2：按下SB3，按L3L2L1L3方式循环交替发光，每只发光3S后熄灭，轮到下一只发光。直到按下SB1后，所有信号灯熄灭。工作方式3：按下SB4，按L1L2L3L1方式循环交替发光，每只发光1S后熄灭，轮到下一只发光。循环10次后所有信号灯自动熄灭。要有必要的短路保护装置。,133,第二步，PLC的I/O分配,134,第三步，设计控制电路,135,第四步，编制PLC梯形图程序,工作方式1梯形图程序,136,工作方式1梯形图程序的工作原理：按下SB2，X03闭合，M0通电自锁。MO(第84步)常开触头闭合，Y0通电吸合，L1发光。T0也同时通电开始计时，3S后T0延时常闭触头断开，T0和MO断电释放。Y0断电释放，L1断电熄灭。T0延时常开触头闭合，使M1通电自锁。M1(第88步)常开触头闭合，Y1通电吸合，L2发光。T1也同时通电开始计时，3S后T1延时常闭触头断开，T1和M1断电释放。Y1断电释放，L2断电熄灭。T1延时常开触头闭合，使M2通电自锁。M2(第92步)常开触头闭合，Y2通电吸合，L3发光。T2也同时通电开始计时，3S后T2延时常闭触头断开，T2和M2断电释放。Y2断电释放，L3熄灭。T2延时常开触头闭合，使M