fx系列plc的基本工作理

1、第五章 fx系列plc的工作原理 陕西理工学院陕西理工学院 电气系电气系第5章 fx系列plc的工作原理5.1 plc5.2 5.3 plc的组成的组成5.4 plc的性能指标的性能指标v什么是什么是plcplc？5.1 plc概述概述 可编程控制器简称可编程控制器简称plcplc（programmable logic programmable logic controllercontroller）, , 是一种新型工业控制装置。它与是一种新型工业控制装置。它与computer-aided design(cadcad)/ / computer-aided manufacturing (cam(

2、cam)、工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱。工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱。 plc plc是一种是一种工工业控制装置，业控制装置，是在是在电器控制技术电器控制技术和和计算机技术计算机技术的基础上开发的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。5.1.1 5.1.1 可编程控制器的的产生和定义可编程控制器的的产生和定义v 19871987年，国际电工委员会（年，国际电工委员会（ieciec）对）对pldpld的

3、的定义定义： “可编程控制器可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、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，并通过数字式和模拟式计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于

4、扩充其功能的原则设计成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。 v可编程控制器的产生背景：可编程控制器的产生背景：19681968年美国通用汽车公司年美国通用汽车公司（gmgm），为了适应汽车型号），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。降低成本，缩短周期。 可编程控制器的产生可编程控制器的产生6060年代年代继电

5、接触控制系统继电接触控制系统接线复杂接线复杂 改变设计困难改变设计困难简单简单 易懂易懂 价格便宜价格便宜v19681968年，年，gmgm公司提出公司提出十项设计标准十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可将数据直接送入计算机；可直接使用可直接使用115v115v交流输入电压；交流输入电压；输出采用输出采用115v115v交流电压，能直接驱动电

6、磁阀、交流交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；接触器等；通用性强，扩展方便通用性强，扩展方便; ;能存储程序，存储器容量可以扩展到能存储程序，存储器容量可以扩展到4kb4kb。v 19691969年，美年，美国数字设备公司国数字设备公司研制第一台可编程控制器，研制第一台可编程控制器， 应用于通用汽车公司汽车装配流水线。当时叫应用于通用汽车公司汽车装配流水线。当时叫plcplc（programmable logic controller)programmable logic controller)。随后，有哥德随后，有哥德（gouldgould）、）、爱伦爱伦布瑞德雷（布瑞德雷（a ab

7、b）公司、德国、公司、德国、日本的公司相继推出自己的产品，适应激烈竟争的生产日本的公司相继推出自己的产品，适应激烈竟争的生产需要。需要。2020世纪世纪7070年代中末期，年代中末期，plcplc进入了实用化发展阶段进入了实用化发展阶段2020世纪世纪8080年代初，年代初，plcplc在先进工业国家广泛应用在先进工业国家广泛应用2020世纪末期，世纪末期，plcplc已适应现代工业控制的需要已适应现代工业控制的需要2121世纪初的几年，随着计算机通讯技术的发展，世纪初的几年，随着计算机通讯技术的发展，plcplc重点重点发展了网络通讯能力，并广泛应用于工业控制系统的各发展了网络通讯能力，并广

8、泛应用于工业控制系统的各个领域个领域目前世界上生产品牌目前世界上生产品牌plcplc的著名公司：的著名公司： 美国艾伦美国艾伦- -布拉德利公司布拉德利公司（ a-b a-b ：allen-bradleyallen-bradley） 德国西门子公司（德国西门子公司（siemenssiemens） 法国的施耐德公司法国的施耐德公司（ te te ：telemecaniquetelemecanique） 日本三菱公司（日本三菱公司（mitsubishimitsubishi） 日本欧姆龙公司（日本欧姆龙公司（omronomron） 日本富士电机公司（日本富士电机公司（fuji electricfuj

9、i electric） 日本东芝公司（日本东芝公司（toshibatoshiba） 日本松下电工公司（日本松下电工公司（mewmew）等等各种类型的plc中、大型plc的结构外型 中、大型中、大型plcplc的结构外型，它通常采用积木式结构，可以的结构外型，它通常采用积木式结构，可以根据需要将各种标准模块进行搭接，常用的模块有根据需要将各种标准模块进行搭接，常用的模块有电源电源模块模块、cpucpu模块模块、输入模块输入模块、输出模块输出模块以及各种以及各种特殊模块特殊模块。 图3- 2中、大型plc的结构外型v按按i/oi/o点数分点数分小型小型plcplc i/o i/o点数为点数为256

10、256点以下的为小型点以下的为小型plcplc （其中（其中i/oi/o点数小于点数小于6464点的为超小型或微型点的为超小型或微型plcplc）中型中型plcplc i/o i/o点数为点数为256256点以上、点以上、20482048点以下的为中型点以下的为中型plcplc大型大型plcplc i/o i/o点数为点数为20482048以上的为大型以上的为大型plcplc （其中（其中i/oi/o点数超过点数超过81928192点的为超大型点的为超大型plcplc）5.1.2 plc的结构与特点的结构与特点可编程控制器的类型可编程控制器的类型v按结构形式分按结构形式分整体式整体式plcpl

11、c 将电源、将电源、cpucpu、i/oi/o接口等部件都集中装在接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。模块式模块式plcplc 将将plcplc各组成部分分别作成若干个单独的各组成部分分别作成若干个单独的模块，如模块，如cpucpu模块、模块、i/oi/o模块、电源模块（有的含在模块、电源模块（有的含在cpucpu模块中）以及各种功能模块。模块中）以及各种功能模块。紧凑式紧凑式plcplc 还有一些还有一些plcplc将整体式和模块式的特点结将整体式和模块式的特点结合起来。合起来。v按功能分按功能分低档低档plcp

12、lc 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 中档中档plcplc 具有低档具有低档plcplc功能外，增加模拟量输入功能外，增加模拟量输入/ /输输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程i/oi/o、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、pidpid控制等功能。控制等功能。 高档高档plcplc 具

13、有中档机功能外，增加带符号算术运算、具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档函数运算、制表及表格传送等。高档plcplc机具有更强机具有更强的通信联网功能。的通信联网功能。 可编程控制器的特点可编程控制器的特点可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强; ;通用性强，使用方便通用性强，使用方便; ;模块化结构，组合灵活模块化结构，组合灵活; ;编程简单，易学易用编程简单，易学易用; ;体积小，重量轻，能耗低体积小，重量轻，能耗低. .系统设计、建造工作量小，改造容易系统设

14、计、建造工作量小，改造容易; ;5.1.3 plc5.1.3 plc的应用与发展的应用与发展可编程控制器的应用可编程控制器的应用开关逻辑控制开关逻辑控制运动控制运动控制闭环过程控制闭环过程控制数据处理数据处理通讯及联网通讯及联网可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域速度更快、存储容量更大、可靠性更高速度更快、存储容量更大、可靠性更高向超小型和超大型方向发展向超小型和超大型方向发展规范化、标准化，出现通用编程语言规范化、标准化，出现通用编程语言通讯、联网能力更强，与工业控制计算机组网通讯、联网能力更强，与工业控制计算机组网出现出现plcplc品牌垄断国际市场的局面品牌垄断国际市场的局面技技

15、 术术规规 模模产产 品品通通 讯讯市市 场场可编程控制器的发展可编程控制器的发展v高性能、高速度、大容量发展高性能、高速度、大容量发展为了提高为了提高plcplc的处理能力，要求的处理能力，要求plcplc具有更好的响应速具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的度和更大的存储容量。目前，有的plcplc的扫描速度可的扫描速度可达达0.1ms/k0.1ms/k步左右。步左右。plcplc的扫描速度已成为很重要的一的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。个性能指标。在存储容量方面，有的在存储容量方面，有的plcplc最高可达几十兆字节。为最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了

16、磁泡存储器或硬了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。盘。 v向小型化和大型化两个方向发展向小型化和大型化两个方向发展小型小型plcplc由整体结构向小型模块化结构发展，使配置由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型超小型微型plcplc，最小配置的，最小配置的i/oi/o点数为点数为8 81616点，以点，以适应单机及小型自动控制的需要。适应单机及小型自动控制的需要。 大型化是指大中型大型化是指大中型plc plc 向大容量、智能化和网络化发向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算

17、机组成集成控制系统，对大规模、展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有复杂系统进行综合性的自动控制。现已有i/oi/o点数达点数达1433614336点的超大型点的超大型plcplc，其使用，其使用3232位微处理器，多位微处理器，多cpucpu并行工作和大容量存储器，功能强。并行工作和大容量存储器，功能强。v大力开发智能模块，加强联网与通信能力大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程块，如高速计数模块、温度控制模块、远程i/o

18、i/o模块、模块、通信和人机接口模块等。通信和人机接口模块等。plcplc的联网与通信有两类：的联网与通信有两类： plcplc之间联网通信，各之间联网通信，各plcplc生产厂家都有自己的专有联网手段；生产厂家都有自己的专有联网手段； plcplc与计与计算机之间的联网通信。算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，为了加强联网与和通信能力，plcplc生产厂家也在协商生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。 v增强外部故障的检测与处理能力增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在据统计资料表明：在plcplc控制系统的故障

19、中，控制系统的故障中，cpucpu占占5%5%，i/oi/o接口占接口占15%15%，输入设备占，输入设备占45%45%，输出设备占，输出设备占30%30%，线，线路占路占5%5%。前二项共前二项共20%20%故障属于故障属于plcplc的内部故障，它可通过的内部故障，它可通过plcplc本本身的软、硬件实现检测、处理。身的软、硬件实现检测、处理。而其余而其余80%80%的故障属于的故障属于plcplc的外部故障。的外部故障。plcplc生产厂家都生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。进一步提高系统的可

20、靠性。 v编程语言多样化编程语言多样化在在plcplc系统结构不断发展的同时，系统结构不断发展的同时，plcplc的编程语言也越的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。来越丰富，功能也不断提高。除了大多数除了大多数plcplc使用的使用的梯形图梯形图、语句表语句表语言外，为了适语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程步进编程语语言、面向过程控制的言、面向过程控制的流程图流程图语言、与计算机兼容的高语言、与计算机兼容的高级语言（级语言（basicbasic、c c语言等）等。多种编程语言并存、语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是互补与发

21、展是plcplc进步的一种趋势。进步的一种趋势。5.2.1 5.2.1 扫描的概念扫描的概念当当plcplc运行时，需要进行众多的操作运行时，需要进行众多的操作, ,而而 plcplc的的cpucpu不可能不可能同时去执行多个操作，同时去执行多个操作， 每一刻只能执行一个操作每一刻只能执行一个操作 。 将将cpucpu在处理多个作业时，按程序规定的顺序依次处理的在处理多个作业时，按程序规定的顺序依次处理的工作方式称为工作方式称为扫描工作方式扫描工作方式。扫描一个循环所用的时间称为扫描一个循环所用的时间称为扫描周期扫描周期。循环扫描工作方式循环扫描工作方式是是plcplc的基本工作方式的基本工作

22、方式. .例如：例如：用户程序的执行（用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）用户程序的扫描工作过程）扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。5.2 plc5.2 plc的工作原理的工作原理 5.2.1 扫描工作方式输入采样输入采样程序执行程序执行输出刷新输出刷新5.2.25.2.2可编程控制器的扫描工作过程可编程控制器的扫描工作过程

23、 基本上是用户程序的执行过程。在系统软件控制下，基本上是用户程序的执行过程。在系统软件控制下，扫描过程分为三个阶段进行，扫描过程分为三个阶段进行，依次扫描各输入点状态（依次扫描各输入点状态（输入输入采样采样），按用户程序解算控制逻辑（），按用户程序解算控制逻辑（程序执行程序执行），然后顺序），然后顺序向各输出点发出相应控制信号（向各输出点发出相应控制信号（输出刷新输出刷新）。）。 plc plc执行梯形图执行梯形图 ( (读程序读程序) ) 是一步一步进行的，所以它的是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。 为提

24、高工作可靠性和及时接收外部控制命令，每个扫描为提高工作可靠性和及时接收外部控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断（自诊断），处理与编程器、计算周期还要进行故障自诊断（自诊断），处理与编程器、计算机的通信请求（与外设通信）。机的通信请求（与外设通信）。输入采样输入采样程序执行程序执行输出处理输出处理一个扫描周期一个扫描周期y0y1yn输输入入映映像像寄寄存存器器采样采样元元件件映映像像寄寄存存器器写写写写读读x0y0y0m0输输出出锁锁存存电电路路输输出出端端子子输输入入端端子子5.2.2 程序执行过程读读图图1.11 1.11 plc plc 的扫描工作过程的扫描工作过程x0x1xn刷新刷新

25、输入采样阶段：输入采样阶段： plc plc以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（开或关、即（开或关、即onon或或offoff、“1 1”或或“0 0”）读入到输入映）读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样采样，或称，或称输入刷新输入刷新。 接着转入程序执行阶段，接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段入状态的变化只能在下一个工作周期

26、的输入采样阶段才被重新读入。才被重新读入。 程序执行阶段：程序执行阶段： 程序执行阶段，程序执行阶段，plcplc对程序按顺序进行扫描；对程序按顺序进行扫描； 如果程序用梯形图表示，则总是按先左后右、先上后如果程序用梯形图表示，则总是按先左后右、先上后下的顺序进行扫描；下的顺序进行扫描； 每扫描到一条指令时，所需要的输入元件状态或其它每扫描到一条指令时，所需要的输入元件状态或其它元件的状态分别由元件的状态分别由输入映像寄存器输入映像寄存器和和元件映像寄存器元件映像寄存器中中读出，而将执行结果写入到读出，而将执行结果写入到元件映像寄存器元件映像寄存器中；中； 元件映像寄存器中寄存的内容，随程序执

27、行的进程而元件映像寄存器中寄存的内容，随程序执行的进程而动态变化。动态变化。 输出刷新阶段：输出刷新阶段： 程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器，再寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器，再去驱动用户输出设备（负载），这就是去驱动用户输出设备（负载），这就是plcplc的实际输出。的实际输出。 扫描周期：扫描周期： plcplc重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短、个工作周期

28、（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短、指令的种类和指令的种类和cpucpu执行的速度有关。一个扫描过程中，执行执行的速度有关。一个扫描过程中，执行指令程序的时间占了绝大部分。指令程序的时间占了绝大部分。 plcplc在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出信号在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出信号刷新一次。这就保证了刷新一次。这就保证了plcplc在执行程序阶段，输入映像寄存在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存寄存器的内容或数据保持不变。器和输出锁存寄存器的内容或数据保持不变。 5.2.3 输入输出的处理规则 输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在输入采样阶段输入映像寄存器的数

29、据，取决于输入端子在输入采样阶段所刷新的状态；所刷新的状态； 输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定；定； 输出锁存寄存器中的数据，由上一个工作周期输出刷新阶输出锁存寄存器中的数据，由上一个工作周期输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据来确定；段存入到输出锁存电路中的数据来确定； 输出端子的输出状态，由输出锁存寄存器中的数据来确定；输出端子的输出状态，由输出锁存寄存器中的数据来确定； 程序执行中所需的输入、输出状态（数据），从输入映像程序执行中所需的输入、输出状态（数据），从输入映像寄存器或输出映像寄存器中读出。寄存器或输出映像寄

30、存器中读出。扫描工作过程如图示扫描工作过程如图示. .1.1.自诊断自诊断每次扫描用户程序前，对每次扫描用户程序前，对cpucpu、存贮器、存贮器、i io o模块等进行模块等进行故障诊断，发现故障或异常情况则转入处理程序，保留现行故障诊断，发现故障或异常情况则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，停机并显示出错信息。工作状态，关闭全部输出，停机并显示出错信息。2 2. .与外设通信与外设通信自诊断正常后，自诊断正常后，plcplc对编程器、上位机等通信接口进行扫对编程器、上位机等通信接口进行扫描，如有请求便响应处理。图描，如有请求便响应处理。图plcplc的扫描工作过程。的扫描工作过

31、程。 3 3. .输入采样输入采样完成前两步后，完成前两步后，plcplc扫描各输入点，将各点状态和数据扫描各输入点，将各点状态和数据（开关的通断、（开关的通断、a ad d转换值、转换值、bcdbcd码数据等），读入到寄码数据等），读入到寄存输入状态的输入映象寄存器中存贮，称为采样。存输入状态的输入映象寄存器中存贮，称为采样。4 4程序执行程序执行plcplc从用户程序存贮器的最低地址（从用户程序存贮器的最低地址（00000000h h）开始顺序扫开始顺序扫描（无跳转情况），并分别从输入映象寄存器和输出映象寄描（无跳转情况），并分别从输入映象寄存器和输出映象寄存器中获得所需的数据进行运算、处

32、理，再将程序执行的结存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入输出映象寄存器中保存。果写入输出映象寄存器中保存。5 5输出刷新输出刷新 执行完用户程序后，执行完用户程序后，plcplc将输出映象寄存器中的内容将输出映象寄存器中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备，送到寄存输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备，称为输出刷新。称为输出刷新。 扫描不断循环，实现对设备的连续控制。扫描不断循环，实现对设备的连续控制。 扫描周期:tt1t2t3t4t5，为上述五步操为上述五步操作时间之和。作时间之和。plc的工作过程示意图的工作过程示意图输 入 处 理程 序 处 理

33、输 出 处 理输输入入端端子子输输入入映映像像寄寄存存器器执执行行用用户户程程序序输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出信信号号内内部部存存储储器器刷刷新新输输入入端端子子输输入入映映像像寄寄存存器器执执行行用用户户程程序序输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出信信号号内内部部存存储储器器刷刷新新输 入 处 理程 序 处 理输 出 处 理输输入入端端子子输输入入映映像像寄寄存存器器执执行行用用户户程程序序输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出信信号号内内部部存存储储器器刷刷新新输输入入端端子子输输入入映映

34、像像寄寄存存器器执执行行用用户户程程序序输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出信信号号内内部部存存储储器器刷刷新新 集中采样：集中采样：在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当处理阶段进行。当plcplc进入程序处理阶段后输入端将被封锁，进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。采样。 顺序执行：顺序执行：程序执行阶段，对用户程序按照从左到右，从上程序执行阶段，对用户程序按照从左到右，从上到下顺序依次执行

35、。根据输入采集映像寄存器和元件映像寄到下顺序依次执行。根据输入采集映像寄存器和元件映像寄存器中状态进行逻辑运算控制量，并将结果送入元件映像寄存器中状态进行逻辑运算控制量，并将结果送入元件映像寄存器。存器。 集中输出：集中输出：在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。干扰作用到对象上干扰作用到对象上取决于干扰源、传播路径和干扰对象三个条件，三个缺一不取决于干扰源、

36、传播路径和干扰对象三个条件，三个缺一不可，降低干扰措施往往是从降低干扰源影响、切断干扰传播可，降低干扰措施往往是从降低干扰源影响、切断干扰传播路径和提高对象抗干扰能力三方面着手。路径和提高对象抗干扰能力三方面着手。plcplc工作时大多数工作时大多数 5.2.45.2.4扫描工作方式的特点：扫描工作方式的特点： 时间与外部输入时间与外部输入/ /输出设备隔离，切断了干扰传播途径，增强输出设备隔离，切断了干扰传播途径，增强了系统的可靠性。了系统的可靠性。降低了系统的响应速度：由于集中降低了系统的响应速度：由于集中扫描、集中输出方式决定扫描、集中输出方式决定了了plcplc输入端输入信号发生变化到

37、输入端输入信号发生变化到plcplc输出端对该输入变化作出输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。但更主要是反应，需要一段时间。但更主要是plcplc输入接口滤波环节和输出输入接口滤波环节和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟接口中驱动器件动作时间带来输出延迟，还与程序设计有关。，还与程序设计有关。对于小型对于小型plc: i/oplc: i/o点数较少、用户程序较短，点数较少、用户程序较短，一般采用一般采用集中集中采样、集中输出采样、集中输出的工作方式的工作方式而对于大中型而对于大中型plc:plc: i/o i/o点数较多，控制功能强，用户程序较点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提

38、高系统响应速度，采用长，为提高系统响应速度，采用定期采样、定期输出方式定期采样、定期输出方式或或中中断输入、输出断输入、输出以及采用智能以及采用智能i/oi/o接口等多种方式接口等多种方式 5.2.5 输入输出滞后时间 输入输出滞后时间输入输出滞后时间又称为又称为系统响应时间系统响应时间，是指从，是指从plcplc外部外部输入信号发生变化的时刻起至它所控制的有关外部输出信号输入信号发生变化的时刻起至它所控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的时间间隔。发生变化的时刻止之间的时间间隔。 输入输出滞后时间由输入电路的滤波时间、输出模块的滞输入输出滞后时间由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间

39、和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。 输入模块的输入模块的rcrc滤波电路用来滤除由输入端引起的干扰噪滤波电路用来滤除由输入端引起的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生抖动引起的不良影响。声，消除因外接输入触点动作时产生抖动引起的不良影响。滤波时间常数决定了输入滤波时间的长短滤波时间常数决定了输入滤波时间的长短, ,其典型值为其典型值为10ms10ms左左右。右。 输出模块的滞后时间与模块开关元件的类型有关：输出模块的滞后时间与模块开关元件的类型有关： 继电器型输出电路继电器型输出电路的滞后时间一般最大值在的滞后时间一般最大值在10m

40、s10ms左右。左右。 双向可控硅型输出电路双向可控硅型输出电路的滞后时间在负载被的滞后时间在负载被接通接通时的时的滞后时间约为滞后时间约为1ms1ms，负载由导通到，负载由导通到断开断开时的最大滞后时时的最大滞后时间为间为10ms10ms。 晶体管型输出电路晶体管型输出电路的滞后时间一般在的滞后时间一般在1ms1ms左右。左右。5.3.1 型号及意义型号及意义 fx 特殊品种特殊品种输出形式输出形式单元类型单元类型i/o总点数总点数系列序号系列序号d ddcdc电源电源a1a1acac电源电源h h大电流输出扩展模块大电流输出扩展模块v v立式端子排的扩展模块立式端子排的扩展模块c c接插口

41、输入输出方式接插口输入输出方式f f输入滤波器输入滤波器1ms 1ms 扩展模块扩展模块l lttlttl输入扩展模块输入扩展模块s s独立端子（无公共端）扩展模块独立端子（无公共端）扩展模块r继电器输出t晶体管输出s晶闸管输出m基本单元基本单元e输入输出混合扩展单元输入输出混合扩展单元及扩展模块及扩展模块ex输入专用扩展模块输入专用扩展模块ey输出专用扩展模块输出专用扩展模块16256点点0、2、on、2c、2nv型号的命名方式型号的命名方式5.3 plc5.3 plc的组成的组成m m表示基本单元表示基本单元e e表示扩展单元及扩展表示扩展单元及扩展 模块模块exex扩展输入单元扩展输入单

42、元eyey扩展输出单元扩展输出单元dsds24vdc24vdc，世界型，世界型eses世界型（晶体管型为漏输出）世界型（晶体管型为漏输出）essess世界型（晶体管型为源输出）世界型（晶体管型为源输出）v输出形式输出形式r r继电器输出继电器输出t t晶体管输出晶体管输出s s晶闸管输出晶闸管输出5.3.2 硬件组成硬件组成外部设备现场用户输出设备微处理器（cpu）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器i/o扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器110v/220v市电plc基

43、本单元基本单元plc系统结构示意图系统结构示意图fx 系列系列plc的硬件配置图的硬件配置图fx 系列系列plc的网络通信能力的网络通信能力v微处理器（微处理器（cpucpu）接收并存储用户程序和数据；接收并存储用户程序和数据；诊断电源、诊断电源、plcplc工作状态及编程的语法错误；工作状态及编程的语法错误；按扫描工作方式接收输入信号，送入数据寄存器并保按扫描工作方式接收输入信号，送入数据寄存器并保存；存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。将用户程序的执行结果送至输出端。 v

44、系统存储器系统存储器系统程序存储器系统程序存储器+系统数据存储器系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。存放存储系统参数。ramram： 随机存储器，可读可写，没有断电保持功能。随机存储器，可读可写，没有断电保持功能。 romrom：只读存储器，只读，不能写。只读存储器，只读，不能写。 epromeprom：可擦除程序的只读存储器，用紫外线照射芯片上可擦除程序的只读存储器，用紫外线照射芯片上的透镜

45、窗口，可以擦除已写入的内容，而写入新的程序。的透镜窗口，可以擦除已写入的内容，而写入新的程序。eepromeeprom：可电擦除的只读存储器，兼有可电擦除的只读存储器，兼有romrom的非易失性和的非易失性和ramram的随机存取的优点。的随机存取的优点。v用户存储器用户存储器ram/eprom/eeprom存放用户工作程序；存放用户工作程序；存放工作数据。存放工作数据。v输入单元输入单元带光电隔离电路带光电隔离电路多种辅助电源类型：多种辅助电源类型：acac电源电源dc24vdc24v输入输入 dcdc电源电源dc24vdc24v输入输入 dcdc电源电源dc12vdc12v输入输入接收开关

46、量及数字量信号（数字量输入单元）；接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。接收传感器输出信号。图图 直流开关量输入单元直流开关量输入单元光 耦 合 器plc内部 电 路ledcr2r1vd电 源图图 交流开关量输入单元交流开关量输入单元双向耦合器plc内部电路ledcr3r1vd交流电源r2图图 输入电路的连接输入电路的连接v输出单元输出单元带光电隔离器及滤波器带光电隔离器及滤波器多种输出方式多种输出方式：继电器：继电器 最慢，约

47、最慢，约10ms； 晶闸管晶闸管 最快最快，约，约02ms以下以下 可控硅可控硅 较快，约较快，约1ms以下以下驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动非频繁动作的交驱动非频繁动作的交/ /直流负载（继电器输出单元）；直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交驱动频繁动作的交/ /直流负载（晶闸管输出单元）。直流负载（晶闸管输出单元）。图图 继电器型输出单元继电器型输出单元plc内部电路ledvd交流电源ksl图图 plc plc的输出接口的输出接口v通讯及编程接口通讯及编程接口采用采用rs-485rs-485或或rs-422rs-422串行总线串行总线连接专用编

48、程器（连接专用编程器（fx-20pfx-20p、fx-10pfx-10p）；连接个人电脑（连接个人电脑（pcpc），实现编程及在线监控；），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。连接打印机等计算机外设。vi/oi/o扩展接口扩展接口采用并行通讯方式采用并行通讯方式扩展扩展i/oi/o模块模块；扩展位置控制模块（如扩展位置控制模块（如f2-30gmf2-30gm）；）；扩展通讯模块（如扩展通讯模块（如fx-232awfx-232aw等）；等

49、）；扩展模拟量控制模块（如扩展模拟量控制模块（如fx-2dafx-2da、fx-4adfx-4ad等）。等）。5.3.3 plc软件系统组成软件系统组成系统监控程序系统监控程序 运行管理运行管理 生成用户元件生成用户元件系统内部自检系统内部自检管理程序管理程序 解释程序解释程序标准程序模块、系统调用标准程序模块、系统调用用户程序用户程序自动化系统控制程序自动化系统控制程序数据表格数据表格软件系统软件系统v 十进制数（十进制数（decdec:decimal:decimal number number），常用于：），常用于：定时器定时器/ /计数器的设定值；计数器的设定值；辅助继电器（辅助继电器（

50、m m）、定时器（）、定时器（t t）、计数器（）、计数器（c c）、状态）、状态（s s）等软元件的地址号；）等软元件的地址号；应用指令的数值型操作数及指令动作常数（应用指令的数值型操作数及指令动作常数（k k）。）。v 十六进制数（十六进制数（hexhex:hexdecimal:hexdecimal number number） 与十进制数一样，用于指定应用指令的数值型操作与十进制数一样，用于指定应用指令的数值型操作数及指令动作常数（数及指令动作常数（h h）。）。1、数据结构、数据结构v 二进制数（二进制数（binbin:binary:binary number number） plcp

51、lc内部数据类型，通过外设进行监视时，各软元件内部数据类型，通过外设进行监视时，各软元件的数值自动变换为十进制数或十六进制数。的数值自动变换为十进制数或十六进制数。v 八进制数（八进制数（octoct:octal:octal number number）用于输入继电器和输用于输入继电器和输出继电器的软元件编号。出继电器的软元件编号。输入继电器用输入继电器用x00-x07x00-x07、x10-x17x10-x17、x20-x27x20-x27等八进制格等八进制格式进行编号；式进行编号；输出继电器用输出继电器用y00-y07y00-y07、y10-y17y10-y17、y20-y27y20-y2

52、7等八进制格等八进制格式进行编号。式进行编号。v bcdbcd码（码（bcdbcd:binary code decimal:binary code decimal）用二进制形式用二进制形式表示的十进制数，常采用表示的十进制数，常采用8421bcd8421bcd码。码。常用常用bcdbcd码编码开关将码编码开关将bcdbcd码数据送入码数据送入plcplc；plcplc常以常以bcdbcd码格式将输出数据送数码显示器显示。码格式将输出数据送数码显示器显示。v 浮点数据（标绘值）浮点数据（标绘值）二进制浮点数常用于高精度浮点运算；二进制浮点数常用于高精度浮点运算；十进制浮点数用于实施监视。十进制浮

53、点数用于实施监视。2、软元件（逻辑元件）、软元件（逻辑元件） 输入继电器输入继电器x x输出继电器输出继电器y y 辅助继电器辅助继电器m m状态继电器状态继电器s s 定时器定时器t t计数器计数器c c 数据寄存器数据寄存器d d变址寄存器变址寄存器v/zv/z 指针指针k/h常数常数p/iplc的内部软继电器的内部软继电器 在在plcplc中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器(x)(x)、输出继电器、输出继电器(y)(y)、辅助继电器、辅助继电器(m)(m)、定时器、定时器(t)(t)、计数器、计数器(c)(c)等。不过这些继电器不是真正的

54、继电器，而是用计算机等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作中的存储器来模拟的，我们把它叫作软继电器软继电器。在在plcplc中软元件有三种类型。中软元件有三种类型。第一种为第一种为位元件位元件，plcplc中的输入继电器中的输入继电器x x、输出继电器、输出继电器y y、辅、辅助继电器助继电器m m和状态继电器和状态继电器s s为位元件。存储单元中的一位表为位元件。存储单元中的一位表示一个继电器，其值为示一个继电器，其值为“0”0”或或“1”1”，“0”0”表示继电器表示继电器失电，失电，“1”1”表示继电器得电。表示继电器得电。第二种为第二种为字元件

55、字元件，最典型的字元件为数据寄存器，最典型的字元件为数据寄存器d d，一个数，一个数据寄存器可以存放据寄存器可以存放1616位二进制数，两个数据寄存器可以存位二进制数，两个数据寄存器可以存放放3232位二进制数，在位二进制数，在plcplc控制中用于数据处理。定时器控制中用于数据处理。定时器t t和和计数器计数器c c也可以作为数据寄存器来使用。也可以作为数据寄存器来使用。第三种为第三种为位与字混合元件位与字混合元件，如定时器，如定时器t t和计数器和计数器c c，它们的线，它们的线圈和接点是位元件，它们的设定值寄存器和当前值寄存器圈和接点是位元件，它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。为

56、字元件。v输入继电器（输入继电器（x）输入继电器是输入继电器是plcplc用来接收用户输入设备发来的输入信用来接收用户输入设备发来的输入信号号. .在在plcplc内部，与输入端子相连的输入继电器是光电内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开隔离的电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开和常闭触点。和常闭触点。输入继电器线圈由外部输入信号所驱动，只有当外部输入继电器线圈由外部输入信号所驱动，只有当外部信号接通时，对应的输入继电器才得电，不能用指令信号接通时，对应的输入继电器才得电，不能用指令来驱动。来驱动。 fxfx系列系列plcplc的输入继电器以

57、八进制进行编号的输入继电器以八进制进行编号 fx0nfx0n输入继电器的编号范围为：输入继电器的编号范围为：基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号展模块是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号电热水箱plc的控制ux0x1x2y0y1y2comcom1plcsl1sl2styv1yv2km水温开关水位开关1水位开关2进水电磁阀放水电磁阀hl加热接触器放水信号灯(a) plc接线图y0y1y2x0x1x1x0y0y0进水电磁阀放水电磁阀加热接触器放水信号灯水温开关水位开关1水位开关2(b) 梯形图x2

58、水位开关1图图 电热水箱的控制电热水箱的控制v输出继电器（输出继电器（y）输出继电器是用来将输出继电器是用来将plcplc内部信号输出传送给外部负载内部信号输出传送给外部负载 输出继电器线圈是由输出继电器线圈是由plcplc内部程序驱动，其线圈状态传内部程序驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载负载 输出继电器采用输出继电器采用八进制八进制编号，有内部触点和外部输出触编号，有内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之分，由程序驱动。分，由程序

59、驱动。在在plcplc内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编出触点。输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。程时可随意使用。每个输出继电器在输出单元每个输出继电器在输出单元中都对应有一个常开硬触点，但中都对应有一个常开硬触点，但在程序中供编程的输出继电器，在程序中供编程的输出继电器，不管是常开还是常闭触点，都可不管是常开还是常闭触点，都可以无数次使用。以无数次使用。 fxfx系列系列plcp

60、lc的输出继电器也是八进制编号的输出继电器也是八进制编号 与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的，与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的，扩展单元和扩展模块的编号也是按与基本单元最靠近开始，扩展单元和扩展模块的编号也是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号顺序进行编号v辅助继电器（辅助继电器（m） 辅助继电器是辅助继电器是plcplc中数量最多的一种继电器，其作用相当中数量最多的一种继电器，其作用相当于继电器控制系统中的中间继电器。于继电器控制系统中的中间继电器。 和输出继电器一样，其线圈由程序指令驱动，每个辅助继和输出继电器一样，其线圈由程序指令驱动，每个辅助继电器都有无限多对常开常闭