三菱FXN系列可编程控制器基础知识

1、三菱三菱FXN系列可编程控制器基础系列可编程控制器基础知识知识第第1 1章章 可编程控制器概述可编程控制器概述第二页，共94页。 Programmable Logic Controller(PLC) Programmable Controller(PC) 可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。 一、发展概况PLC 可编程控制器第三页，共94页。继电接触控制系统的问题？继电接触控制系统的问题？以低压电器构成的继电接触电路，以低压电器构成的继电接触电路，是以接线逻辑实现控制功能，一经生产，是以接

2、线逻辑实现控制功能，一经生产，功能固定。功能固定。概括而言概括而言设备体积大、开关动作设备体积大、开关动作慢、功能较少、接线逻辑复杂、触点易损慢、功能较少、接线逻辑复杂、触点易损坏、改接麻烦、灵活性差等坏、改接麻烦、灵活性差等第四页，共94页。可编程控制器的产生可编程控制器的产生n 世界上第一台世界上第一台PLCPLC 19691969年由美国数字设备公司（年由美国数字设备公司（DECDEC）根据美国根据美国通用汽车公司（通用汽车公司（GMGM）的要求研制成功的要求研制成功 n背景：背景： 19681968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（GMGM），），为为了适应汽车型号的不断更新，生

3、产工了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。成本，缩短周期。第五页，共94页。n 设计思想：设计思想： 吸取继电器和计算机两者的优点吸取继电器和计算机两者的优点 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，更改、查找和排除故障困难，对生

4、产工艺变化的适应性差，但但简单易懂、价格便宜；简单易懂、价格便宜； 计算机计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；，但编程困难； 采用面向控制过程、面向问题的采用面向控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”进行编程，进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）第六页，共94页。v19691969年年，美国数字设备公司（，美国数字设备公司（DECDEC）研制了第）研制了第1 1台可台可编程控制器编程控制器PDP-14PDP-14。将继电接触控制的硬连线逻辑。将继电接触控制的硬连线逻辑转变为计

5、算机的软件逻辑编程转变为计算机的软件逻辑编程v7070年代年代，将微机技术应用到可编程控制器中，将微机技术应用到可编程控制器中v8080年代年代，可编程控制器都采用了，可编程控制器都采用了CPUCPU、ROMROM、RAMRAM或或单片机作为其核心单片机作为其核心v9090年代末年代末，PLCPLC几乎完全计算机化几乎完全计算机化第七页，共94页。n 近年来近年来PLCPLC发展迅速发展迅速 PLCPLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程已成为自动化工程的核心设备的核心设备。 PLCP

6、LC成为具备计算机功能的一种通用成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。工业控制装置，其使用量高居首位。 PLCPLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLCPLC、机器人、机器人、CAD/CAMCAD/CAM）之一。之一。第八页，共94页。二、可编程控制器的基本概念二、可编程控制器的基本概念1 1、PLCPLC的定义的定义19871987年，美国电器制造协会给出可编程控制器年，美国电器制造协会给出可编程控制器（Programmable Logic Controller Programmable Logic Controller 简称简称P

7、LCPLC）定）定义为：义为：可编程序控制器是一种带有指令存储器和可编程序控制器是一种带有指令存储器和数字或模拟数字或模拟I/OI/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。或生产过程的自动控制装置。第九页，共94页。2 2、PLCPLC的主要优点的主要优点v可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强 v配套齐全，功能完善，适用性强配套齐全，功能完善，适用性强v易学易用，深受工程技术人员欢迎易学易用，深受工程技术人员欢迎v系统设计周期短系统设计周期短, ,

8、维护方便维护方便, ,改造容易改造容易v体积小、重量轻、功耗低体积小、重量轻、功耗低v联网方便，便于集成联网方便，便于集成第十页，共94页。可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强硬件方面硬件方面：I/OI/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对从而消除或抑制了高频干扰；对CPUCPU等重要部件采用良好的导等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰

9、；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。联锁保护、自诊断电路等。软件方面软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。第十一页，共94页。3、主要功能 1.逻辑控制 可

10、编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有“与”、“或“、“非”等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑和顺序逻辑控制。 2. 定时控制 可编程序控制器具有定时控制功能。它为用户提供若干个定时器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行选择，因此，使用灵活，操作方便。第十二页，共94页。 3.计数控制 可编程序控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、

11、减计数两种不同的记数方式。 4. A/D、D/A转换 大多数可编程序控制器还具有摸/数（A/D）和数/摸（D/A）转换功能，能完成对模拟量的检测与控制。第十三页，共94页。 5.定位控制 有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制。 6.通信与联网 有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程I/O控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。第十四页，共94页。 7.数据处理功能 大多数可编程序控制器都

12、具有数据处理功能，能进行数据并行传送、比较运算；BCD码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的按位“与”、“或”、“异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作。 随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓宽和增强。BCD码: 用4位二进制数来表示1位十进制数中的09这10个数码，简称BCD码，即BCD代码。Binary-Coded Decimal ，简称BCD，称BCD码或二-十进制代码，亦称二进码十进数。是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。第十五页，共94页。第十六页，共94页。第十七页，共94页。第十八页，共94页。第十九页，共94页。第二

13、十页，共94页。第二十一页，共94页。第二十二页，共94页。第二十三页，共94页。第二十四页，共94页。3、PLC的主要技术指标入/出点数扫描速度内存容量指令条数内部元件功能模块编程语言第二十五页，共94页。当前流行的可编程控制器当前流行的可编程控制器从第一台从第一台PLCPLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLCPLC，并得到了迅速的发展。各国并得到了迅速的发展。各国PLCPLC都有自己的特色。都有自己的特色。v 欧洲：欧洲：西门子（西门子（SiemensSiemens）；）； 法国的法国的（TelemecaniqueTelemecani

14、que）v 美国：美国：A-BA-B（Allen-BradlyAllen-Bradly）、）、GEGE（General ElectricGeneral Electric） v 日本：日本：三菱电机（三菱电机（Mitsubishi ElectricMitsubishi Electric）、）、 欧姆龙欧姆龙（OMRONOMRON）、）、 FUJI FUJI （日本主要发展中小型日本主要发展中小型PLCPLC，其小型机性其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）能先进，结构紧凑，价格便宜） 目前国内市场还有韩国、台湾等目前国内市场还有韩国、台湾等PLCPLC产品。自产品。自19731973年，我年，我

15、国开始研制顺序控制器，并取得不小的进展，现在市场上国开始研制顺序控制器，并取得不小的进展，现在市场上出现了系列化的国产出现了系列化的国产PLCPLC，其价格相对低廉，性价比较高，其价格相对低廉，性价比较高。第二十六页，共94页。我国我国PLCPLC发展情况发展情况v 在在7070年代末和年代末和8080年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLCPLC。v 我国不少科研单位和工厂在研制和生产我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLCPLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦

16、门司、上海香岛电机制造公司、厦门A-BA-B公司等。公司等。v 在传统设备改造和新设备设计中，在传统设备改造和新设备设计中，PLCPLC的应用逐年增多，取得良好效果。的应用逐年增多，取得良好效果。PLCPLC在我国的应用越来越广泛。在我国的应用越来越广泛。v 目前，国内目前，国内PLCPLC生产厂家有生产厂家有3030余家，并有迹象显示，更多的来自于原余家，并有迹象显示，更多的来自于原PLCPLC应用应用的技术人员准备加入到小型的技术人员准备加入到小型PLCPLC开发的行列。但在目前上市的众多开发的行列。但在目前上市的众多PLCPLC产品中，产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。还没有形成

17、规模化的生产和名牌产品。v 从技术角度来看，国内外的小型从技术角度来看，国内外的小型PLCPLC差距正在缩小。如无锡信捷、兰州全志等差距正在缩小。如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型公司生产的微型PLCPLC已经比较成熟，有些国产已经比较成熟，有些国产PLCPLC（如和利时、科迪纳）已经（如和利时、科迪纳）已经拥有符合拥有符合IECIEC标准的编程软件、支持了现场总线技术等。标准的编程软件、支持了现场总线技术等。v 面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商更多地面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生产、市场

18、只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生产、市场化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产PLCPLC的低价优的低价优势也正在受到新的挑战。势也正在受到新的挑战。 第二十七页，共94页。v中国中国PLC市场（市场（ 2004年度）年度）第二十八页，共94页。： 产品覆盖范围产品覆盖范围。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，则以小型和微型产品为主，G

19、E和和Schneider以中大型产品为主。以中大型产品为主。虽然虽然AB拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用户却步。户却步。 中国市场上的历史中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和和Omron都是在中国都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider和和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。有一定的差距。第二十九页，共94页。德国西门子公司的德国西门子公司的PLCPLC西门子公

20、司是欧洲最大的电气、电子制造商。西门子公司是欧洲最大的电气、电子制造商。v19751975，S3S3系列系列v19791979，S5S5系列系列v9090年代中期，年代中期，S7S7系列系列S7-200S7-200：小型：小型PLCPLC，整体式结构。结构小巧、可靠性高、，整体式结构。结构小巧、可靠性高、运行速度快，指令丰富。运行速度快，指令丰富。S7-300S7-300：中型：中型PLCPLC，模板式结构，模板式结构S7-400S7-400：大型：大型PLCPLC，模板式结构，模板式结构第三十页，共94页。日本三菱公司的日本三菱公司的PLCPLCv19811981，F F系列系列PLCPLC

21、，小型整体式结构，小型整体式结构vF1F1、F2F2系列系列PLCPLC，功能进一步增强，功能进一步增强vFX2FX2系列系列PLCPLC，高性能整体式，高性能整体式PLCPLCvFX2NFX2N系列系列PLCPLC，最先进的系列，最先进的系列vA A系列系列PLCPLC，带有智能型接口，带有智能型接口第三十一页，共94页。日本欧姆龙公司的日本欧姆龙公司的PLCPLCv C C系列系列PLCPLC有微型、小型、中型和大型有微型、小型、中型和大型4 4大类十几种大类十几种第三十二页，共94页。三、三、 可编程控制器的组成及其各部分功能可编程控制器的组成及其各部分功能继电接触控制系统继电接触控制系

22、统输入设备输入设备（按钮、开关等）（按钮、开关等）继电器控制线路继电器控制线路（由继电器和导线组成）（由继电器和导线组成）输出设备输出设备（接触器、电磁阀等）（接触器、电磁阀等）被控生产机械或生产过程被控生产机械或生产过程微处理器微处理器存储器存储器第三十三页，共94页。PLCPLC的基本结构的基本结构第三十四页，共94页。 中央处理器中央处理器CPUCPUnPLC中常采用的CPU有三类： 1) （如（如Z80、8086、80286等）等） 2) （如（如8031、8096等）等） 3) (如如AMD29W等等)n小型小型PLC：大多采用大多采用8位通用微处理器和单片微处理器，位通用微处理器和

23、单片微处理器， 中中型型PLC：大多采用大多采用16位通用微处理器或单片微处理器位通用微处理器或单片微处理器 大型大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（大多采用高速位片式微处理器（32位）位） 小型小型PLC为为中、大型中、大型PLC则大多为则大多为对于双对于双CPU系统，一般一个为系统，一般一个为，一般，一般采用采用8位、位、16位或位或32位处理器；另一个为位处理器；另一个为，采用由各，采用由各厂家设计制造的专用芯片。厂家设计制造的专用芯片。第三十五页，共94页。 存储器存储器 在在PLC中，存储器主要用于中，存储器主要用于 可读可读/写操作的写操作的RAM ROM、PROM、EPROM

24、、E2PROM第三十六页，共94页。v系统程序存储区系统程序存储区v系统系统RAMRAM存储区（包括存储区（包括I/OI/O映象区和系统映象区和系统软设备等）软设备等）v用户程序存储区用户程序存储区PLCPLC存储空间的分配存储空间的分配第三十七页，共94页。系统程序存储区系统程序存储区PLC存储空间的分配存储空间的分配在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固

25、化在固化在 EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该起决定了该PLC的性能。的性能。第三十八页，共94页。系统系统RAMRAM存储区存储区(I/O(I/O映象区、系统软设备存储区映象区、系统软设备存储区 ) )vI/OI/O映象区：映象区：由于由于PLCPLC投入运行后，只是在输入采样投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元要一定数量的存储单元(RAM)(RAM)

26、以存放以存放I/OI/O的状态和数据，的状态和数据，这些单元称作这些单元称作I/OI/O映象区。映象区。一个开关量一个开关量I/OI/O占用存储单元中的一个位（占用存储单元中的一个位（bitbit），），一个模拟量一个模拟量I/OI/O占用存储单元中的一个字（占用存储单元中的一个字（1616个个bitbit）。）。因此整个因此整个I/OI/O映象区可看作两个部分组成：映象区可看作两个部分组成：开关量开关量I/OI/O映映象区象区；模拟量模拟量I/OI/O映象区映象区。 PLC存储空间的分配存储空间的分配第三十九页，共94页。v系统软设备存储区系统软设备存储区 ：该存储区又分为具有失电保：该存储

27、区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLCPLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当后者当PLCPLC断电时，数据被清零。断电时，数据被清零。 逻辑线圈逻辑线圈：每个逻辑线圈：每个逻辑线圈占用系统占用系统 RAMRAM存储区中的一个存储区中的一个位位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的作用类似于电器控制线路中的继电器继电器。另外，不同的。另外，不同的PLCPLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有

28、不同的功能。还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。数据寄存器数据寄存器：每个数据寄存器占用系统：每个数据寄存器占用系统RAMRAM存储区中的存储区中的一个字一个字(16 bits)(16 bits)。 计时器计时器 计数器计数器 第四十页，共94页。用户程序存储区用户程序存储区v 用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的型的 PLCPLC，其存储容量各不相同。，其存储容量各不相同。 用户程序一般存放于电可改写的用户程序一般存放于电可改写的EEPROMEEPROM中。中。PLC存储空间的分配存储空间的分配第四十一页，共94页。 输入输出

29、接口输入输出接口是是PLCPLC与输入控制信号和被控制设备连接的部件。与输入控制信号和被控制设备连接的部件。输入部件：输入部件：PLCPLC与生产过程相连接的输入通道，输与生产过程相连接的输入通道，输入部分接受来自生产现场的各种信号，如限位开关、入部分接受来自生产现场的各种信号，如限位开关、按钮、传感器的信号等。按钮、传感器的信号等。输出部件：输出部件：PLCPLC与生产过程相连接的输出通道，输与生产过程相连接的输出通道，输出部分接收出部分接收CPUCPU的处理输出，并转换成被控设备所的处理输出，并转换成被控设备所能接受的电压、电流信号，以驱动被控设备。能接受的电压、电流信号，以驱动被控设备。

30、第四十二页，共94页。v开关量开关量I/OI/O模块的外部接线方式模块的外部接线方式l汇点式汇点式 各个各个I/O电路有一个公共点，共用一个电源。电路有一个公共点，共用一个电源。l分组式分组式 I/O分成若干组，每组分成若干组，每组I/O共用一个电源，各组电源可以不同。共用一个电源，各组电源可以不同。l分隔式分隔式 各个各个I/O点之间相互隔离，每个点之间相互隔离，每个I/O可以使用独立电源。可以使用独立电源。第四十三页，共94页。v开关量输入接口开关量输入接口把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。理的标准信号。直流输入电路图直流输入电路

31、图第四十四页，共94页。直流输入电路交流输入电路交流输入电路第四十五页，共94页。 v开关量输出接口开关量输出接口把把PLCPLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需要内部的标准信号转换成现场执行机构所需要的开关量信号。的开关量信号。继电器输出：继电器输出：低速大功率低速大功率直流、交流负载直流、交流负载晶体管集电极输出：晶体管集电极输出：高速小功率高速小功率直流负载直流负载双向可控硅输出：双向可控硅输出：高速大功率高速大功率交流负载交流负载第四十六页，共94页。继电器输出继电器输出以以继电器形式为例继电器形式为例PLC内内部部电电路路内内部部电电路路J+YCOM-第四十七页，共94页。第四十

32、八页，共94页。v继电器的通断时间为继电器的通断时间为10- 15ms10- 15msv可在不同的共同端上接不同的控制电压来控制不可在不同的共同端上接不同的控制电压来控制不同电压等级的设备同电压等级的设备v输出所能连接的设备输出所能连接的设备接触器（控制电机）、指示灯（显示工作状态）、接触器（控制电机）、指示灯（显示工作状态）、电磁阀（液压气压控制）、电笛电铃（报警用）等电磁阀（液压气压控制）、电笛电铃（报警用）等 第四十九页，共94页。 v模拟量输入接口模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量标准电压或电流信号转换把现场连续变化的模拟量标准电压或电流信号转换成适合可编程控制器内部处理的二进制数字

33、信号。成适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。标准信号：标准信号：4 420mA20mA，1 110V10V现 场装 置现 场装 置滤波电平转换滤波电平转换多 路转 换开 关A/D锁存器光电隔离总 线逻 辑数 据总 线变送器变送器PLC第五十页，共94页。v模拟量输出接口模拟量输出接口将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出。换为相应的模拟量信号输出。总线数 据 锁 存地 址 译 码光 电隔 离D/A多 路转 换开 关采 样保 持采 样保 持U。U。I。I。PLC第五十一页，共94页。v智能输入输出接口智能输入输出接口

34、为了适应较复杂的控制需要，为了适应较复杂的控制需要，PLCPLC还有一些智能控还有一些智能控制单元。如制单元。如PIDPID工作单元、高速计数器工作单元、工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是温度控制单元等。这类单元大多是独立的工作单独立的工作单元元。它们和普通输入输出接口的区别在于它们一般。它们和普通输入输出接口的区别在于它们一般带有带有单独的单独的CPUCPU，有专门的处理能力。有专门的处理能力。第五十二页，共94页。 电源电源可编程控制器的电源包括为可编程控制器各工作单可编程控制器的电源包括为可编程控制器各工作单元供电的开关电源以及为掉电保护电路供电的后备元供电的开

35、关电源以及为掉电保护电路供电的后备电源，后备电源一般为电池。电源，后备电源一般为电池。把交流电转换成直流电源的装置，向把交流电转换成直流电源的装置，向PLCPLC提供所需提供所需要的直流电源。要的直流电源。第五十三页，共94页。v PLCPLC的内部等效电路的内部等效电路输入设备输出设备COM1STKMX400X407Y430COMY437Y430T450M100X400Y430电源电源输出继电器输出继电器逻辑控制逻辑控制输入继电器输入继电器X401Y430SB第五十四页，共94页。 外部设备外部设备v编程器编程器 用于对用户程序进行输入用于对用户程序进行输入 、检查、调试和修改，并用来监视、

36、检查、调试和修改，并用来监视PLCPLC的工作状态。的工作状态。专用编程器专用编程器通用编程系统：通用编程系统：PCPC上配专用编程软件包上配专用编程软件包简易编程器简易编程器智能编程器智能编程器 第五十五页，共94页。第五十六页，共94页。v其他外部设备其他外部设备l与与打印机打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印。连接，可将过程信息、系统参数等输出打印。l与与监视器监视器连接，可将控制过程图像显示出来。连接，可将控制过程图像显示出来。l与与 P L C 连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。模控制。l与与计算机计算机连接，组成多级分布

37、式控制系统，控制与管理连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合。相结合。l与与人机界面人机界面（触摸屏）连接。（触摸屏）连接。l与与智能接口模块智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口系统总线相连的接口 ，PLC的智能接口模块种类很多，的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。断控制模块等。 第五十七页，共94页。第五十八页，共94页。四、四、 可编程

38、控制器的结构及软件可编程控制器的结构及软件l 整体式整体式l 模块式模块式l 叠装式叠装式整整体体式式模模块块式式一、可编程控制器物理结构一、可编程控制器物理结构叠叠装装式式第五十九页，共94页。v整体式（单元式）整体式（单元式）把把CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、I IO O接口及与编程器或接口及与编程器或EPROMEPROM写入器写入器相连的接口、输入输出端子、电源、指示灯等都装配在相连的接口、输入输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。称为一起的整体装置。称为基本单元基本单元。有时有时PLCPLC基本单元的输入和输出端不能满足需要，希望基本单元的输入和输出端不能满足需要

39、，希望一种能扩展一些一种能扩展一些I/OI/O接口而不含接口而不含CPUCPU和电源的装置，这种和电源的装置，这种装置叫做装置叫做扩展单元扩展单元。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。小型小型PLCPLC一般采用这种整体式结构。一般采用这种整体式结构。第六十页，共94页。v模块式结构模块式结构将将PLCPLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如各组成部分分别作成若干个单独的模块，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模块模块中）以及各种功能模块。中）以及各种功能模块。模块式由框架或基板

40、和各种模块组成。模块装在框架或模块式由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式基板的插座上。这种模块式PLCPLC的特点是配置灵活，可的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展和维修。便于扩展和维修。大、中型大、中型PLCPLC一般采用模块式结构。一般采用模块式结构。第六十一页，共94页。v叠装式结构叠装式结构将整体式和模块式的特点结合起来。将整体式和模块式的特点结合起来。叠装式叠装式PLCPLC其其CPUCPU、电源、电源、I/OI/O接口等也是各自独立接口等也是各自独立的模块，但它们之

41、间是靠电缆进行联接，并且各模的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。块可以一层层地叠装。S7200第六十二页，共94页。 五、可编程控制器分类五、可编程控制器分类（按（按I/O点数分类）点数分类）1） I/O点数为256点以下点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）2） I/O点数为256点以上、点以上、2048点以下点以下的为中型PLC3） I/O点数为2048以上以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）这个分类界限不是固定不变的，它随这个分类界限不是固定不变的，它随PLCPLC的发展而变化。的发展而变化。第

42、六十三页，共94页。v系统软件系统软件系统软件包含系统的系统软件包含系统的管理程序，用户指令的解释程管理程序，用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。等。系统软件在用户使用系统软件在用户使用PLCPLC之前就已装入机内，之前就已装入机内，并永久保存。并永久保存。v应用软件应用软件应用软件也叫用户软件。应用软件也叫用户软件。是用户为达到某种控制目是用户为达到某种控制目的，采用的，采用PLCPLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。厂家提供的编程语言自主编制的程序。六、可编程控制器软件六、可编程控制器软件第六十四页，共94页。实现多

43、地址控制异步电动机启/停的PLC控制方案及程序第六十五页，共94页。n PLC的编程语言（的编程语言（IEC61131-3中的中的5种种PLC基本语言）基本语言）梯梯 形形 图（图（ L D ）：以图形方式表达触点和线圈以及：以图形方式表达触点和线圈以及 特殊指令块的梯级。特殊指令块的梯级。指指 令令 表（表（ I L ）：类似汇编程序的基于文本的语言：类似汇编程序的基于文本的语言 与其相对应的是与其相对应的是LD。顺序功能图（顺序功能图（SFC）：不仅仅是一种语言，更是一种组不仅仅是一种语言，更是一种组 织控制程序的图形化方式。织控制程序的图形化方式。结结 构构 文文 本（本（ S T ）：

44、）：类似类似Pascal的基于文本的语言的基于文本的语言功功 能能 块块 图（图（FBD）：一种对应于线路图的图形语言。：一种对应于线路图的图形语言。 FBD广泛地用于过程工业。广泛地用于过程工业。 七、应用软件编程语言的表达方式七、应用软件编程语言的表达方式 第六十六页，共94页。1 1、梯形图（、梯形图（Ladder diagramLadder diagram）梯形图语言梯形图语言是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制关系的编程语言关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的。，是从继电器电路图演变过来的。可编程控制器中可编程控制器中参与逻辑

45、组合的元件可看成和继电器一样的器参与逻辑组合的元件可看成和继电器一样的器件，具有常开、常闭触点及线圈；且线圈的得电及失电将导致件，具有常开、常闭触点及线圈；且线圈的得电及失电将导致触点的相应动作触点的相应动作。再用母线代替电源线；用能量流概念来代替。再用母线代替电源线；用能量流概念来代替继电器线路中的电流概念，采用绘制继电器线路图类似的思路继电器线路中的电流概念，采用绘制继电器线路图类似的思路绘出梯形图。绘出梯形图。PLCPLC中的继电器等编程元件并不是实际物理元件，而是机内存储器中的继电器等编程元件并不是实际物理元件，而是机内存储器中的存储单元，它的所谓接通不过是相应存储单元置中的存储单元，

46、它的所谓接通不过是相应存储单元置1 1而已。而已。第六十七页，共94页。符号对照表符号对照表符号名称符号名称继电器电路图符号继电器电路图符号梯形图符号梯形图符号常开触点常开触点常闭触点常闭触点线线 图图第六十八页，共94页。控制电路图控制电路图SB1SB2KMKMX1X0COMY0COMKMSB2SB1PLC外部接线图外部接线图Y0X1Y0X0梯形图梯形图u 梯形图与继电器控制电路相似梯形图与继电器控制电路相似u 直观、易懂直观、易懂I/O分配：分配： X0：启动：启动 X1：停车：停车 Y0：KM第六十九页，共94页。l 最左边的竖线称为起始母线也叫最左边的竖线称为起始母线也叫左母线左母线，

47、然后，然后按一定的控按一定的控制要求和规则连接各个触点，最后以继电器线圈结束制要求和规则连接各个触点，最后以继电器线圈结束，称为，称为一逻辑行或一梯级。一逻辑行或一梯级。X1X3X2Y1X5X3X1X4X5第七十页，共94页。梯形图按从左到右、从上到下的顺序书写。最左边的竖线称为起始梯形图按从左到右、从上到下的顺序书写。最左边的竖线称为起始母线也叫母线也叫左母线左母线，然后，然后按一定的控制要求和规则连接各个触点，按一定的控制要求和规则连接各个触点，最后以继电器线圈结束最后以继电器线圈结束，称为一逻辑行或一梯级。当，称为一逻辑行或一梯级。当PLCPLC处于运处于运行状态时，行状态时，PLCPL

48、C对梯形图是按扫描方式顺序执行程序。对梯形图是按扫描方式顺序执行程序。梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但他们不是物理继电器（即硬件继输出继电器、内部辅助继电器等，但他们不是物理继电器（即硬件继电器），而是软件中使用的编程元件，每个继电器和电器），而是软件中使用的编程元件，每个继电器和PLCPLC存储器中元存储器中元件映象寄存器的一个存储单元相对应，因此称为件映象寄存器的一个存储单元相对应，因此称为“软继电器软继电器”。相应位的状态为相应位的状态为“1 1”，表示该继电器线圈通电，其

49、常开触点闭，表示该继电器线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；相应位的状态为合，常闭触点断开；相应位的状态为“0 0”，表示该继电器线圈，表示该继电器线圈失电，其常开触点断开，常闭触点闭合。失电，其常开触点断开，常闭触点闭合。第七十一页，共94页。2 2、指令表（、指令表（Instruction listInstruction list）指令表也叫做指令表也叫做语句表。一条指令一般由助记符语句表。一条指令一般由助记符和操作数二部分组成和操作数二部分组成，有的指令只有助记符没有操有的指令只有助记符没有操作数，称为无操作数指令作数，称为无操作数指令。 指令表程序和梯形图程序有严格的对应关系指令表

50、程序和梯形图程序有严格的对应关系。步序步序 指令指令 地址地址0 LD X21 AND X02 OUT Y3 3 LD Y34 ANI X35 OUT M1016 AND T17 OUT Y4ANDANIAND第七十二页，共94页。3 3、顺序功能图（、顺序功能图（Sequential function chartSequential function chart）顺序功能图顺序功能图常用来编制顺序控制类程序常用来编制顺序控制类程序。它包含。它包含步、动作、步、动作、转换转换三个要素。顺序功能编程法可将一个复杂的控制过程分解为三个要素。顺序功能编程法可将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态

51、，对这些小的工作状态的功能分别处理后再依一一些小的工作状态，对这些小的工作状态的功能分别处理后再依一定的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。定的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。第七十三页，共94页。4 4、功能块图（、功能块图（Function block diagramFunction block diagram）功能块图是一种功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言类似于数字逻辑电路的编程语言，熟悉数字电，熟悉数字电路的人比较容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框路的人比较容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，来表示逻辑

52、运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，右侧为输出变量，信号自左向右流动信号自左向右流动。就像电路图一样，它们。就像电路图一样，它们被被“导线导线”连接在一起。连接在一起。第七十四页，共94页。助记符 参 数 注 释 LD Dat1 (Dat1 OR) OR Dat2 (Dat2 ) AND Sx1 (AND Sx1) AND Sx2 (AND input3) ST StartRS.S1 (Set input3 of StartRS ) LD Reset (Load value of Reset) ST StartRS.R1 (Store in reset input ) C

53、AL StartRS (Call function blockStartRS ) LD StartRS.Q1 (Load output Q1) ST Start (and store in Start ) 图5-14 功能块图与指令表RSS1R1Q11StartSx1Dat2ResetDat1Sx2第七十五页，共94页。5 5、结构文体（、结构文体（Structured textStructured text）为了增强为了增强PLCPLC的数学运算、数据处理、图表显示、的数学运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能，许多大中型报表打印等功能，许多大中型PLCPLC都配备了都配备了PASCALP

54、ASCAL、BASICBASIC、C C语言等高级编程语言。这种编程方式叫作语言等高级编程语言。这种编程方式叫作结构文本结构文本。与梯形图相比，结构文本有两个很大的。与梯形图相比，结构文本有两个很大的优点，其一是能实现复杂的数学运算，其二是非常优点，其一是能实现复杂的数学运算，其二是非常简洁和紧凑，用结构文本编制极其复杂的数学运算简洁和紧凑，用结构文本编制极其复杂的数学运算程序可能只占一页纸。程序可能只占一页纸。用指令表表示为：用指令表表示为：LD START OR LAMP ANI STOP OUT LAMP用用ST（结构化文本）表示就是：（结构化文本）表示就是：LAMP:=(START O

55、R LAMP) AND NOT(LAMP);第七十六页，共94页。八、八、 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 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不可能同时去执行多个操作，不可能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。 解决的办法：采用分时操作原理解决的办法：采用分时操作原理 由于由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，看，PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。外部出现的结果似乎是同时完成的。这种分时操作的方法称为这种分时操作的方法称为第七十七页

56、，共94页。1 1、分时处理及扫描工作方式、分时处理及扫描工作方式 输入端子输入映象区输出映象区输出锁存输出端子.输入信号输出信号输入刷新输出刷新输入采样程序执行输出刷新“顺序扫描、不断循环顺序扫描、不断循环”第七十八页，共94页。v输入采样阶段输入采样阶段在输入采样阶段，在输入采样阶段，PLCPLC以以扫描方式扫描方式依次地读入所有依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入输入状态和数据，并将它们存入I/OI/O映象区中的相映象区中的相应的单元内。应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变段

57、。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，化，I/OI/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。改变。输输入入端端子子输输入入映映象象区区输输出出映映象象区区输输出出锁锁存存输输出出端端子子.输输入入信信号号输输出出信信号号第七十九页，共94页。v程序执行阶段程序执行阶段在用户程序执行阶段，在用户程序执行阶段，PLCPLC总是按由上而下的顺序总是按由上而下的顺序依次地依次地扫描用户程序扫描用户程序( (梯形图梯形图) )。在扫描每一条梯形。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路

58、，并按控制线路，并按先左后右、先上后下先左后右、先上后下的顺序对由触的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，算的结果，刷新该逻辑线圈在系统刷新该逻辑线圈在系统RAMRAM存储区中对存储区中对应位的状态应位的状态；或者或者刷新该输出线圈在刷新该输出线圈在I/OI/O映象区中映象区中对应位的状态对应位的状态；或者；或者确定是否要执行该梯形图所规确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令定的特殊功能指令。第八十页，共94页。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/OI/O映映象区内的状态和数据不会发生变化，而象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点其他输出点和软设备在和软设备在I/OI/O映象区或系统映象区