《PLC应用技术项目教程》课件项目一

项目一PLC的认识

一、PLC的产生与定义二、PLC的特点、应用和分类三、PLC的基本组成及工作原理四、PLC的主要性能指标五、PLC产品简介六、三菱FX系列PLC简介七、编程软件GXDeveloper简介

可编程序控制器(简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点，在机械、冶金、能源、化工、石油、交通、电力等领域中得到了越来越广泛的应用。PLC技术已经成为工业自动化控制三大技术(PLC技术、机器人、计算机辅助设计与分析)支柱之一。

本项目主要介绍PLC的产生、定义、特点、分类、基本结构、工作原理以及编程软件的使用等。学习目标

知识目标

(1)了解PLC的产生、发展、特点和分类；

(2)掌握PLC的结构、原理及应用；

(3)掌握GXDeveloper编程软件的使用方法。

技能目标

(1)初步具有PLC的选型能力；

(2)能够认识PLC的硬件结构；

(3)会安装编程软件，并利用编程软件对PLC程序进行录入、编辑和调试等操作。一、PLC的产生与定义

(一) PLC的产生

在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。我们比较熟悉的继电器控制电路，能完成各种逻辑控制，实现弱电对强电的控制，因而得到了广泛的应用。但是继电器控制系统存在很多缺点，如设备体积大、开关动作慢、功能少、接线复杂、触点易损坏、改接麻烦、灵活性较差、可靠性低、故障检修困难且不方便等。此外，继电器控制系统对生产工艺多变的系统适应性差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并要改变硬件结构。现代社会制造工业竞争激烈，产品更新换代频繁，迫切需要一种新的更先进的“柔性”的控制系统来取代传统的继电器控制系统。

20世纪60年代，随着电子技术和计算机技术的发展，先后出现了用晶体管和中小规模集成电路构成的逻辑控制系统以及用小型计算机取代继电器控制系统，但由于小型计算机价格高昂，对恶劣的工业环境难以适应，其输入/输出信号与被控电路不匹配，再加上控制程序的编制困难，不像现在的梯形图那样易于被操作人员掌握，这一“瓶颈”阻碍了其进一步发展和推广应用。

1968年，美国通用汽车公司(GM公司)为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低成本，缩短开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了10项招标技术指标。其主要内容如下：

(1)编程简单，可在现场修改和调试程序；

(2)价格便宜，性价比高于继电器控制系统；

(3)可靠性高于继电器控制系统；

(4)体积小于继电器控制柜的体积，且能耗少；

(5)能与计算机系统数据通信；

(6)输入量是交流115V电压信号(美国电网电压是110 V)；

(7)输出量是交流115V电压信号、输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀等；

(8)具有灵活的扩展能力；

(9)硬件维护方便，采用插入式模块结构；

(10)用户存储器容量至少在4KB以上。

新要求的核心思想：用程序代替硬接线，输入/输出电平可与外部装置直接相联，且结构易于扩展。这就是PLC的雏形。

在这种思想的指导下，1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台PLC(PDP-14)，并在GM公司汽车生产线上应用成功，这标志着PLC的诞生。

1969年，美国研制出世界第一台PLC(PDP-14)；

1971年，日本研制出第一台PLC(DCS-8)；

1973年，德国研制出第一台PLC；

1974年，中国研制出第一台PLC。

(二) PLC的定义

PLC在早期是一种开关逻辑控制装置，实际只能进行逻辑控制，所以被称为可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC。

随着计算机技术和通信技术的发展，PLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。因此，1980年美国电气制造协会(NEMA)将其命名为ProgrammableController(PC)，但为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称PC混淆，习惯上仍将其称为PLC。随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985年1月发表了第二稿，1987年2月又颁布了第三稿。1987年颁布可编程控制器的定义：“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、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，易于扩充其功能的原则设计”。

事实上，由于可编程控制技术的迅猛发展，许多新产品的功能已超出了上述定义。

(三) PLC的发展方向

(1)从技术上看，PLC会向运算速度更快、存储容量更大、功能更广、性能更稳定、性价比更高的方向发展。

(2)从规模上看，PLC会进一步向超小型和超大型两个方向发展。一是朝着小型化、简易、廉价化方向发展，其体积减小，价格降低，可靠性不断提高；二是朝着大型化、标准化、系列化、智能化、高速化、大容量化、网络化方向发展，这将使PLC功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用面更广。大型的PLC一般为多微处理器系统，有较大的存储能力和功能强劲的输入/输出接口。

(3)从配套性上看，PLC产品会向品种更丰富、规格更齐备的方向发展。

(4)从标准上看，PLC的通用信息、设备特性、编程语言等向IEC1131标准的方向发展。

(5)从网络通信的角度看，PLC将向网络化和通信的简便化方向发展。二、PLC的特点、应用和分类

(一) PLC的特点

1．可靠性高，抗干扰能力强

可靠性高、抗干扰能力强是PLC的主要特点之一。在PLC内部有许多软继电器、软接点和软接线，控制功能主要由软件实现，外部硬件大大减少，同时还设置许多抗干扰措施，如屏蔽、滤波、隔离、故障诊断及自动恢复等，这些措施大大地提高了PLC的可靠性和抗干扰能力。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统与同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到其数百分之一甚至数千分之一，这样故障率也就大大降低。此外，PLC采用的是循环扫描的工作方式，带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。在一些高档的PLC中，还采用了双CPU模板并行工作的方式，即使其中一个CPU出现故障，系统也能正常工作，保证了系统极高的可靠性。例如三菱公司生产的FX系列PLC平均无故障工作时间高达30万小时，一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

2．编程简单，使用方便

目前，PLC都采用梯形图语言编程。梯形图语言和继电接触器控制电路基本设计原理类似，形象直观、易学易懂，电气工程师和具有一定基础的技术操作人员都可以在短时间内学会，使用起来得心应手，当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。

例如，小型三相异步电动机启停控制电路如图1-1所示。图1-1三相异步电机启停控制电路从实例中看出，继电接触器控制的特点有：

(1)一旦控制要求改变，继电器控制系统必须重新配线安装。

(2)大型的继电器控制电路接线更加复杂，而且体积庞大。

(3)机械触点易损坏，因而系统的可靠性较差，检修工作相当困难。

若采用可编程控制器对三相电机进行直接启动和延时启动，工作将变得轻松愉快，硬件接线则更加简单清晰。用户只需要将输入设备如启动按钮SB2、停止按钮SB1、热继电器FR接到PLC的输入端口，输出设备如接触器线圈KM接到PLC的输出端口，再接上电源，然后输入程序就可以了。图1-2所示为PLC控制电动机启停的硬件接线图。图1-2三相异步电动机的PLC控制硬件接线图可以看出，两种方式启停电机的硬件接线图完全相同。

电动机直接启动的PLC控制程序图如图1-3所示。

电动机延时启动(5 s)，程序如图1-4所示。

比较图1-1和图1-2，可以看出，它们的控制方式不同。继电器控制系统属于硬件连线控制方式，按钮下达指令后，通过继电器硬连线逻辑控制决定接触器是否得电，从而控制电动机的工作状态。PLC控制属于存储程序控制方式，按钮下达指令后，通过PLC程序控制逻辑决定接触器线圈是否得电，从而控制电动机的工作状态。PLC利用程序中的软继电器取代传统的物理继电器，使控制系统的结构大大简化，可靠性提高，灵活性增强。图1-3电动机直接启动的PLC控制程序图图1-4电动机延时启动的PLC控制程序图

3．适应范围广

目前可编程序控制器的产品已形成系列化、模块化，具有各种数字量、模拟量的I/O接口，能将生产现场的多种规格的直流、交流信号直接接入；可编程序控制器输出接口在多数情况下也可以直接与各种执行器(继电器、接触器和电磁阀)等连接，因此能方便地进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统，其适应能力强，利用它可以控制一台单机自动化系统，也可以控制一条生产线，还可以组成一个复杂的集散控制系统。

4．功能完善，扩展能力强

PLC内部有数量巨大的继电器类软元件，可以实现继电接触器控制所不能实现的大规模的开关量逻辑控制。现在的PLC不仅有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、位置控制、过程控制、人机对话、自检、记录和显示等功能，而且还有A/D转换和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网等功能，同时由于PLC模块化、系列化，具有各种数字量、模拟量的I/O接口，还能方便地进行系统配置，可以组成满足各种生产需求的控制系统。

(二) PLC的应用

由于PLC具有上述优点，因此PLC目前在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。应用情况大致可归纳为如下几类：

1．开关量的逻辑控制

开关量的逻辑控制是PLC最基本、最广泛的应用领域。PLC取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2．模拟量控制

在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。PLC厂家生产配套的A/D和D/A转换模块，使PLC可应用于模拟量控制。

3．运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都具有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4．过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

5．数据处理

现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值作比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统，也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6．通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

(三) PLC的分类

目前，可编程序控制器的产品种类很多，其分类的方法主要有以下几种：

1．根据PLC的I/O点数和储存容量分类

根据PLC的I/O点数多少和存储容量可以将PLC分为大型、中型和小型三个等级。

(1)大型PLC：I/O点数在2048点以上的PLC称为大型PLC。其中，I/O点数超过8192点的为超大型PLC。

(2)中型PLC：I/O点数在256～2048之间，用户程序容量一般为2 K～8 K字的PLC为中型PLC。

(3)小型PLC：I/O点数在256点以下，用户程序储存其容量为2K字以下(1 K=1024，储存一个1或0的二进制码称为1位，1字为16位)的PLC称为小型PLC。其中，I/O点数小于64点的PLC称为超小型或微型PLC。有的PLC用步来衡量，一步占用一个地址，表示PLC可以存放多少用户程序。

2．按照PLC的结构形状分类

根据PLC的结构形状可以将PLC分为整体式和模块式两种。

(1)整体式PLC：将PLC的电源、中央处理器和输入、输出部分集中配置在一起，有的甚至全部安装在一块印制电路板上，装在一个箱体内。整体式PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻而且价格低的特点，其I/O点数固定，使用不灵活。小型PLC一般采用整体式结构。

(2)模块式PLC：将组成PLC的各个部分分成几个模块，如电源模块、CPU模块、输入模块和输出模块及各种功能模块，模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，把模块插入框架或基板的插座上。这种结构的PLC具有配置灵活、装配方便、便于扩展等特点，但是结构复杂、价格高。一般中型和大型PLC采用模块式结构。

3．按照PLC的功能强弱分类

按PLC的功能强弱可以将PLC大致分为低档、中档和高档等三种。

(1)低档PLC：除了具有逻辑运算、定时、计数、自诊断和监控等基本功能外，还增设了少量模拟量的处理、算数运算、通信、数据比较和传送等功能，用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

(2)中档PLC：除了具有低档PLC机的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算数运算、通信、数据比较和传送、联网等功能，适用于复杂的控制系统。

(3)高档PLC：除了具备中档PLC的功能外，还增设带符号算数和运算、矩阵运算、位逻辑运算和其他特殊函数的运算以及制表和表格传送功能，高档PLC还具有模拟调节、联网通信、监视记录和打印等功能，使PLC的功能更多、更强，能进行远程控制，大规模过程控制，构成集散控制系统，实现工厂自动化。三、PLC的基本组成及工作原理

(一) PLC的基本组成

PLC的基本组成包括硬件与软件两部分。

1．PLC的硬件组成

PLC的硬件组成包括中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入/输出(I/O)接口、编程设备、通信接口、电源和其他一些电路。PLC的硬件结构框图如图1-5所示。图1-5PLC的硬件基本结构图

1)中央处理单元

中央处理单元(CPU)是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在中央处理器的统一指挥和协调下进行的。CPU的主要任务是在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等，然后根据用户所编制的应用程序的要求去处理有关数据，最后再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。PLC中所采用的CPU通常有三种：

(1)通用处理器：如8086、80286、80386；

(2)单片机芯片：如8031、8096；

(3)位片式微处理器：如AMD-2900。

小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU，中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU，大型PLC多采用高速位片式微处理器作为CPU。

2)存储器

存储器是PLC用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量及运算数据的单元。存储器的类型有可读/写操作的随机存储器RAM和只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。

3)输入/输出接口

输入/输出(I/O)是PLC和工业控制现场各类信号连接的部件。PLC通过输入接口把工业现场的状态信息读入，输入部件接收是从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号，通过用户程序的运算与操作，对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号的逻辑值准确、可靠地传入PLC内部，并将这些信号转换成中央处理器能接收和处理的数字信号，把结果通过输出接口输出给执行机构。

PLC通过输出接口，接收经过中央处理器处理后输出的数字信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号，从而驱动接触器、电磁阀和指示器件等。

PLC的等效电路如图1-6所示。

4)电源模块

电源部件是把交流电转换成直流电源的装置，它向PLC提供所需要的高质量直流电源。可编程控制器电源包括各工作单元供电的开关稳压电源和掉电保护电源(一般为电池)。

PLC电源与普通电源相比稳定性好、抗干扰能力强。许多PLC还向外提供直流24 V稳压电源，用于对外部传感器供电，但电流一般都不超过100 mA。图1-6PLC的等效电路

5)编程器

编程器是PLC必不可少的重要外围设备。它的主要作用是编辑、输入、检查、调试、修改用户程序，也可用来监视PLC的工作状态，或在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。

6)其他接口

其他接口包括外存储器接口、BEPPROM写入器接口、A/D转换接口、D/A转换接口、远程通信接口、与计算机相连的接口、打印机接口、与CRT相连的接口等。通信与扩展接口的连接实例如图1-7所示。图1-7通信与扩展接口

2．PLC的软件组成

1)系统程序

系统程序是PLC赖以工作的基础，采用汇编语言编写。系统程序分为系统监控程序和解释程序。系统监控程序用于监视并控制PLC的工作，如诊断PLC系统工作是否正常，对PLC各模块的工作进行控制，并与外设交换信息；解释程序用于把用户程序解释成微处理器能执行的程序。

(1)系统程序完成系统命令解释、功能子程序调用、管理、监控、逻辑运算、通信、各种参数设定、诊断等功能。

(2)系统程序是由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，并且关系到PLC的性能。

(3)系统程序是由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。

2)用户程序

用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一特定任务利用PLC的编程语言而编制的程序。用户程序通过编程器输入到PLC的用户存储器中，通过PLC的运行而完成这一特定的任务。

3)编程语言

1994年5月，国际电工委员会公布了PLC常用的5种编程语言：顺序功能图、梯形图、指令表、功能块图和高级语言。其中，用的最多的是顺序功能图、梯形图和指令表等3种编程语言。

(1)梯形图(LadderDiagram)编程语言。梯形图编程语言是类似于继电器控制电路的一种编程语言，是在传统继电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的，它与电器控制线路图相似，继承了传统继电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入/输出形式，它面向控制过程，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。图1-8所示为用梯形图语言编写的PLC程序。

图中左、右母线类似于继电接触器控制图中的电源线，输出线圈类似于负载，输入触点类似于按钮。梯形图由若干梯级组成，每个梯级是一个因果关系。在梯级中，触点表示逻辑输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件等；线圈通常代表逻辑结果，用来控制外部的指示灯、接触器和内部的输出标志位等。梯形图自上而下排列，每个梯级起于左母线，经触点、线圈，止于右母线。右母线也可以不画。图1-8继电器控制与梯形图对应关系

(2)指令表(SepuentialFunctionChart)编程语言。指令表编程语言是以LD、ANI、OUT等基本指令或功能指令助记符输入的方法。与图1-8梯形图对应的指令表编程语言如图1-9所示。图1-9PLC指令表编程语言

(3) SFC(SepuentialFunctionChart)顺序功能图编程语言。SFC顺序功能图编程语言是应用步进指令和状态器进行编程的方法，一般是在顺序控制时应用，如图1-10所示。在应用步进指令编程时，一般是先根据控制要求画出SFC流程图，再根据流程图转化成梯形图。

(4)功能模块图(FunctionBlock)编程语言。功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。如图1-11所示，采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。图1-10顺序功能图编程语言图1-11功能模块图编程语言功能模块图程序设计语言的特点：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员来说，是一种很容易掌握的编程方法；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，因此使编程调试的时间可以大大缩短。

(5)结构化文本(StructuredText)编程语言。结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大、中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。

结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高；直观性和操作性较差。

(二) PLC的工作原理

1．PLC的扫描工作方式

PLC采用循环扫描工作方式，为了连续地完成PLC所承担的扫描工作，系统必须重复执行依一定的顺序完成循环扫描工作方式，每重复一次的时间称为一个扫描周期。由于PLC扫描速度很快，输入扫描和输出刷新的周期时间通常为3 ms左右，而程序执行时间可根据程序的长度不同而不同。PLC一个扫描周期通常为10 ms～100 ms，对一般工业被控对象来说，扫描过程几乎是与输入同时完成的。PLC循环扫描过程如图1-12所示。图1-12PLC循环扫描工作过程

2．PLC的工作过程

PLC工作大致分为三个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新，如图1-13所示。

1)输入采样

在输入采样阶段，PLC的CPU读取每个输入端口的状态，采样结束后，存入输入映像寄存器中，作为程序执行的条件。在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信息后如何变化其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才重新写入输入端的新内容。这种输入工作方式称为集中输入方式。图1-13PLC工作的三个阶段

2)程序执行

根据PLC梯形图程序扫描周期原则，PLC按先左后右、先上后下的顺序逐句扫描程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件(“软继电器”)的当前状态。然后进行相应的运算，并将运算结果存入输出映像寄存器中。

3)输出刷新

当所有指令执行完毕且已进入到输出刷新阶段时，PLC才将输出映像寄存器中所有的输出继电器的状态(接通/断开)转存到输出锁存器中，然后通过一定的方式输出以驱动外部负载。这种输出方式称为集中输出方式。四、PLC的主要性能指标

在对PLC性能进行描述时，经常用到位、数字、字节及字等术语。这里简单介绍一下。

位指二进制的一位，仅有0、1两种取值。一个位对应PLC一个继电器，某位的状态为0或1，分别对应继电器线圈断电或通电。

4位二进制数构成1个数字，这个数字可以是0000～1001(十进制)，也可以是0000～1111(十六进制)。2个数字或8位二进制数构成1个字节，2个字节构成1个字。在PLC术语中，字称为通道。1个字含16位，或者说1个通道含16个继电器。

1．存储容量

存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量越大，可以编制出越复杂的程序。小型机的内存为1K到几K字节，中型机为几K至几百K字节，大型机为几百K至2M字节。

2．输入/输出(I/O)总点数

输入/输出(I/O)点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。点数越多，控制规模就越大，外部所接的输入设备和输出设备也越多。目前输入/输出点数为8～143 36点甚至更多。

3．扫描速度

扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的要重指标。一般以扫描1K字用户程序所耗用的时间来衡量扫描速度，通常用ms/K字为单位。目前最快的能达到0.75 ms/K字逻辑运算程序。

4．指令的功能和数量

指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理和控制能力就越强，用户编程也越简单和方便，也越容易完成复杂的控制任务。

5．PLC内部继电器的种类

在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息，如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、特殊继电器、数据寄存器、状态继电器等。这些元件的种类和数量越多，表明PLC的存储能力和处理各种信息的能力也越强。

6．扩展能力

PLC的扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。

7．工作环境

PLC工作环境的温度为0℃～50℃。五、PLC产品简介

PLC自问世以来，发展极为迅速。1971年日本从美国引进了这项技术，很快研制出了日本第一台可编程控制器DSC-8；1973年西欧国家也研制出了它们的第一台可编程控制器；我国从1974年开始研制，1977年应用于工业。PLC的生产现在已经发展成为一个庞大的产业，主要厂商集中在一些欧美国家及日本。美国与欧洲一些国家的PLC是在相互隔离情况下独立研究开发的，故产品有着比较大的差异；日本则是从美国引进的，因此对美国的PLC产品有一定的继承性。另外，日本的主推产品定位在小型PLC上，而欧美则是以大、中型PLC为主。我国的PLC技术也有长足的发展，但世界知名度不高。

1．美国PLC产品

美国是PLC生产大国，有100多家PLC生产厂商，其中著名的有A-B公司、通用电气(GE)公司、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器(TI)公司、西屋公司等。其中，A-B公司是美国最大的PLC制造商，其产品约占美国PLC产品市场的一半。

2．欧洲PLC产品

德国的西门子(SIEMENS)公司、AEG公司和法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商。德国西门子的电子产品以性能精良而久负盛名，在中、大型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名。

3．日本PLC产品

日本的小型PLC最具特色，某些需要用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。在开发复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以十分受用户欢迎。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70%的份额。

4．我国的PLC产品

我国有许多厂家、科研院所从事PLC的研制与开发，如中国科学院自动化研究所的PLC-0088，北京联想计算机集团公司的GK-40，上海机床电器厂的CKY-40，上海起重电器厂的CF-40MR/ER，苏州电子计算机厂的YZ-PC-001A，原机电部北京机械工业自动化研究所的MPC-00l/20、KB-20/40，杭州机床电器厂的DKK02，天津中环自动化仪表公司的DJK-S-84/86/480，上海自立电子设备厂的KKI系列，上海香岛机电制造有限公司的ACMY-S80、ACMY-S256，无锡华光电子工业有限公司(合资)的SR-10、SR-20/21等。六、三菱FX系列PLC简介

三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一，先后推出的小型、超小型PLC有F1、F2、FX0、FX1、FX2、FX2C、FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列。其中，FX0S、FX1S、FX0N、FX2N、FX2C等系列机因为设计合理、结构紧凑、体积小、重量轻，具有很强的抗干扰能力和负载能力及优良的性价比，因此在我国应用较广泛。其主要性能指标如表1-1所示。表1-1FX系列PLC的基本性能指标

(一) FX2N系列PLC型号名称的含义

本书主要介绍日本三菱公司的FX2N系列PLC。 FX2N系列PLC型号名称的含义如图1-14所示。

在图1-12中，各部分的含义如下：

①表示输入/输出的总点数：16～256。

②表示单元类型：M表示基本单元；E为输入/输出混合扩展单元与扩展模块；EX为输入专用扩展模块；EY为输出专用扩展模块。

③表示输出形式：R为继电器输出；T为晶体管输出；S为双向晶闸管输出。图1-14FX2N系列PLC型号④表示特殊品种的区别：D为DC(直流)电源，DC输出；UA1为AC(交流)电源，AC输入(AC100 V～120 V)或AC输出模块；H为大电流输出扩展模块(1A/1点)；V为立式端子排的扩展模块；C为接插口输入方式；F为输入滤波时间常数为1 ms的扩展模块；L为TTL输入扩展模块；S为独立端子(无公共端)扩展模块；若无符号，则为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出(继电器输出为2A/1点；晶体管输出为0.5A/1点；双向晶闸管输出为0.3 A/1点)。

(二) FX2N系列PLC的外观及其特征

FX2N系列PLC的外观如图1-15所示。

1．外部接线端子

外部接线端子包括PLC电源端子(L、N)、直流24V电源端子(24+、COM)、输入端子(X)、输出端子(Y)等。其主要完成电源、输入信号和输出信号的连接。其中，24+、COM是机器为输入回路提供的24 V电源，为了减少接线，其正极在机器内已经与输入回路连接。当某输入点需要加入输入信号时，只需将COM通过输入设备接至对应的输入点即可，一旦COM与对应点接通，该点就为“ON”，此时对应输入指示灯点亮。图1-15FX2N系列PLC外形图

2．指示部分

指示部分包括各I/O点的状态指示、PLC电源(POWER)指示、PLC运行(RUN)指示、用户程序存储器后备电池(BATT.V)状态指示及程序出错(PROG-E)、CPU出错(CPU-E)指示灯等。其用于反映I/O点及PLC机器的状态。

3．接口部分

接口部分主要包括编程器、扩展单元、扩展模块、特殊模块及存储器卡盒等外部设备的接口，其作用是完成基本单元同上述外部设备的连接。在编程器接口旁边，设置了一个PLC运行模式转换开关SW1，它有“RUN”和“STOP”两种运行模式。RUN模式能使PLC处于运行状态(RUN指示灯亮)；STOP模式能使PLC处于停止状态(RUN指示灯灭)，此时，PLC可进行用户程序的录入、编辑和修改。

(三)输入/输出方式

1．输入方式

PLC的输入方式按输入回路电流来分，有直流输入、交流输入、交流直流输入方式三种。直流输入线路如图1-16所示，直流电源由PLC内部提供。交流输入线路如图1-17所示，交流/直流输入线路如图1-18所示。FX系列PLC的输入技术指标如表1-2所示。图1-16直流输入接口电路图1-17交流输入接口电路图1-18交流/直流输入接口电路表1-2FX系列PLC的输入技术指标

2．输出方式

按负载使用的电源分类，有直流、交流和交直流三种输出方式；按输出开关器件的种类分类，有继电器、晶体管和晶闸管三种输出方式。继电器输出线路如图1-19所示，晶体管输出线路如图1-20所示，晶闸管输出线路如图1-21所示。FX系列PLC的输出技术指标如表1-3所示。图1-19继电器输出接口电路图1-20晶体管输出接口电路图1-21晶闸管输出接口电路表1-3FX系列PLC的输出技术指标

(四) PLC的安装、接线

1．PLC的安装

PLC的安装固定常用两种方式：一是直接利用机箱上的安装孔，用螺钉将机箱固定在控制柜的背板或面板上；二是利用DIN导轨安装，这需要先将DIN导轨固定好，再将PLC的基本单元、扩展单元、特殊模块等安装在DIN导轨上。安装时须注意在PLC周围留足散热及接线的空间。

2．PLC的接线

1)电源的接线

PLC基本单元的供电通常有两种情况：一是直接使用工频交流电，通过交流输入端子连接，对电压的要求比较宽松，100 V～250 V均可使用；二是采用外部直流开关电源供电，一般配有直流24 V内部电源，为输入器件及扩展单元供电。FX系列PLC大多为交流电源，直流输入形式。

2)输入接口器件的接线

PLC的输入接口连接输入信号，器件主要有开关、按钮及各种传感器，如图1-22(a)所示，这些都是触点类型器件。在接入PLC时，每个触点的两个接头分别连接一个输入点(X)及输入公共端(COM)。PLC的开关量接线点都是螺钉接入方式，每一位信号占用一个螺钉。输入公共端(COM)在某些PLC中是分组隔离的，FX2N机型是连通的。图1-22(a)所示中开关、按钮等器件都是无源器件，PLC内部电源能为每个输入点提供7 mA工作电流，这限制了线路的长度。PLC与三线传感器之间的连接如图1-22(b)所示，三线传感器既可由PLC的24+ 端子供电，也可以由外部电源供电；PLC与两线传感器之间的连接如图1-22(c)所示，两线传感器由PLC的内部供电。图1-22PLC输入器件接线图

3)输出接口器件的接线

PLC的输出接口上连接的器件主要有继电器、接触器、电磁阀的线圈、指示灯、蜂鸣器等，如图1-22(a)所示。这些器件均采用由PLC机外的专用电源供电，PLC内部只提供一组开关接点。接入时，线圈的一端接输出点螺钉，一端经电源接输出公共端。图1-23所示是PLC输出器件的接线图。由于输出端口连接线圈种类多，所需的电源种类及电压不同，因此输出端口公共端常为许多组，一般4点为一组，而且组间是隔离的。PLC输出端口的电流定额一般为2 A，大电流的执行器件需配装中间继电器。图1-23PLC输出器件接线图

4)通信线的连接

PLC一般设有专用的通信口，通常为RS-485口或RS-422口。与通信口的连接采用专用的接插件进行连接。

(五) FX2N系列PLC的技术特点

(1) FX2N系列PLC采用一体化箱体结构，将CPU、存储器、输入/输出接口及电源等都集成在一个模块内，因此具有结构紧凑、体积小巧、成本低、安装方便等优点。

(2) FX2N是FX系列中功能最强的PLC，FX2N基本指令执行时间可高达0.08 μs，超过了许多大、中型PLC的执行时间。

(3) FX2N系列PLC的用户存贮器容量可扩展到16K，FX2N的I/O点数最大可扩展到256点，FX2N内装实时钟，有时钟数据的比较、加减、读出/写入指令，可用于时间控制。

(4) FX2N系列PLC有多种特殊功能模块，如模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、位置控制模块、RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板、模拟定时器扩展板等。

(5) FX2N系列PLC有3000多点辅助继电器、1000点状态继电器、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32位加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针。

(6) FX2N系列PLC具有中断输入处理、修改输入滤波器常数、数学运算、浮点数运算、数据检索、数据排序、PID运算、开平方、三角函数运算、脉冲输出、脉宽调制、ACL码输出、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令。

(7) FX2N系列PLC还有矩阵输入、10键输入、16键输入、数字开关、方向开关、7段显示器扫描显示等指令。

FX2NC系列PLC的性能指标与FX2N系列PLC基本相同，FX2NC系列PLC的基本单元I/O点为16/32/64/96，所不同的是FX2NC采用插件式输入/输出，用扁平电缆连接，体积更小。

FX2N系列PLC的技术指标如表1-4所示。表1-4FX2N系列PLC的技术指标

七、编程软件GXDeveloper简介

(一)概述

GXDeveloper是三菱电机公司开发的用于三菱全系列可编程控制器的编程软件，该软件集成了项目管理、程序键入、编译链接、模拟仿真和程序调试等功能。其主要功能如下：

(1)可通过线路符号、助记符、列表语言及SFC符号来创建PLC程序，建立注释数据及设置寄存器数据。

(2)创建PLC程序，并可将其存储为文件，用打印机打印。

(3)可在串行系统中与PLC进行通信、文件传送、操作监控以及各种测试。

(4)可以脱离PLC进行仿真调试。

(二)软件应用步骤

1．建立工程

程序安装完成后，使用时，选中“MELSOFT应用程序”→“GXDeveloper”，再点击鼠标即可运行该程序，如图1-24所示。在菜单栏中点击“工程”菜单，选中“创建新工程”，即弹出如图1-25所示的画面。图1-24GXDeveloper应用程序界面图1-25创建新工程在“PLC系列”中选出所使用的CPU系列(如选用的是FXCPU系列)；“PLC类型”是指机器的型号，如用的是FX2N系列，则选中“FX2N(C)”选项；“程序类型”选择“梯形图”；“生成和程序名同名的软元件内存数据”可不选择；“设置工程名”用做保存新建的数据。在生成工程前，设定工程名时请将“设置工程名”复选框选中。另外，工程名也可于生成工程后设定，但是此时需要在“另存工程为……”中设定。单击“确定”按钮，出现如图1-26所示的画面，在画面上可以清楚地看到，最左边是左母线，矩形框(教材中图未能区分出蓝色，但实际电脑屏幕中会出现蓝色。下同)表示现在可写入区域，上方有菜单，只要任意点击其中的元件，就可得到所需的线圈、触点等。图1-26程序编制界面

2．程序编制

利用图1-27所示的菜单按钮便可进行程序的编制，符号说明如图1-28所示。

如要在某处设置X0常开，则只要把光标(蓝色)移动到所需要写的地方，然后在菜单上选中常开触点(或按“F5”键)，将会出现如图1-29所示的画面，再输入“X0”(默认为X000)，即完成写入X0常开的操作。常闭触点输入则选“F6”按钮或按“F6”键。

如要输出一个定时器，则须先选中F7线圈输出，再输入定时器，按空格键置入时间常数即可。图1-30显示了其操作过程。如果要输出Y0，则直接写入Y0即可。图1-27梯形图符号的菜单按钮图1-28梯形图符号说明图1-29常开触点的输入图1-30定时器线圈的输出对于计数器，因为它有时要用到两个输入端，所以在操作上既要输入线圈部分，又要输入复位部分，其操作过程如图1-31、图1-32所示。在这里要注意F8和F7线圈的选取。

如果需要画梯形图中的其他一些线(如图1-27所示的F9、sF9、F10按钮)、输入触点(如sF5、F6、sF6、sF7、aF7、aF8、caF10)、删除线(cF9、cF10、aF9)、定时器、计数器、辅助继电器等，则在菜单上都能方便地找到，之后再输入元件编号即可。

至于软件其他的一些功能菜单，只需在图1-26中光标指向菜单的某处，