PLC应用技术教学课件

第1章绪论1.1可编程控制器的由来1.2PLC的定义1.3可编程控制器的主要功能1.4可编程控制器的主要特点1.5PLC控制系统的设计步骤1.6PLC的通信及联网1.7PLC与工业控制计算机(IPC)和集散控制系统(DCS)的比较1.8PLC的综合经济分析1.9常见可编程控制器1.10PLC最新发展状态及趋势习题一本章知识点：

可编程控制器的定义；

可编程控制器的特点和功能；

可编程控制器的发展趋势。可编程控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。在发展过程中，它不断吸收微型计算机技术，功能不断增强，越来越适合复杂控制任务的要求。PLC之所以具有生命力，在于它更加符合工业现场和市场的要求：可靠性高、抗干扰能力强、编程安装使用简便、价格低、寿命长。与单片机相比，PLC的输入/输出端不需添加太多的中间部件或更多的接口，更接近现场设备，节省了用户的时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，不需要进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程，从而完成各种不同复杂程度的工业控制任务。自1836年继电器问世以来，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接起来，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。至今，在PLC的编程语言——梯形图中，还可以看到这些布线的影子。直到20世纪60年代末、70年代初，可编程控制器问世，随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展，以及微处理器的出现，PLC产品朝小型和超小型化方面进行了一次飞跃，最终使早期的PLC从逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆、算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。1.1可编程控制器的由来PLC是在20世纪60年代后期问世的，开始主要应用于汽车制造业。当时，汽车制造业生产线的自动控制系统是由继电器系统构成的，汽车每次改型都要将生产线中的继电器控制系统重新设计和安装。为了减少重新设计和安装继电器控制系统的经费和时间，1968年，美国通用汽车公司首先提出研制新的控制系统以取代继电器控制系统，并公开招标。同时，提出10项指标：

编程简单方便，可在现场修改程序；

维护方便，最好是插件式结构；

可靠性要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；

在成本上可与继电器控制系统竞争；

输入可以是AC115V；

输出为AC115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；

在扩展时，原有系统只做很小改动；

用户程序存储器容量至少可扩展到4KB。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司生产线上应用并获得成功。此后这项技术迅速发展起来，并推动了欧洲各国、日本及我国可编程控制器技术的发展。1971年，日本从美国引进这项新技术，研制出日本第一台可编程控制器。1973～1974年，德国和法国开始研制可编程控制器。我国是在1974年开始研制可编程控制器的。1980年，美国电气制造商协会(NEMA)正式命名“可编程控制器(ProgrammableController，简称PC)”。自PLC问世以来，经过30年的发展，已经成为国际市场上最受欢迎的工业控制产品，用PLC设计自动控制系统已成为潮流。1.2PLC的定义PLC的定义有许多种，国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是：“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、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。”IEC对PLC的定义强调了PLC应该直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。它还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，它也是一种计算机；它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机；这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程十分方便；它能够完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作；它还具有“数字式、模拟式的输入和输出”能力，并且非常容易与“工业控制系统形成一个整体”，易于“扩充”。应该强调的是，PLC与以往的鼓式、机械式的顺序控制器在“可编程”方面有着本质的区别。由于PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，因此能够灵活地修改程序，即它是用软件方式来实现“可编程”的目的。1.3可编程控制器的主要功能PLC的功能不仅仅是替代传统的继电器逻辑，其应用面很广，是发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)中占有重要地位。PLC系统一般具有以下基本功能。

1.控制功能(1)逻辑控制。PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。(2)定时控制。它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。(3)计数控制。用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。(4)顺序控制。在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。

2.数据采集、存储与处理功能(1)数学运算：包括加、减、乘、除的基本算术运算和平方根、三角函数和浮点的扩展算术运算。(2)比较：大于、小于和等于。(3)数据处理：选择、组织、规格化、移动和先入先出。(4)模拟数据处理：PID、积分和滤波。

3.输入/输出接口处理功能(1)具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，位数和精度可以根据用户要求选择。(2)具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。

4.通信、联网功能现在的大多数PLC都有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间可实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移，如西门子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mb/s。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统的现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。

5.人机界面功能PLC的人机界面功能可给操作者以监视机器/过程工作所必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作出决策和调整。

6.编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，可进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。1.4可编程控制器的主要特点可编程控制器的主要特点如下：(1)可靠性高。PLC的MTBF(平均无故障工作时间)一般在40000～50000小时以上，西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万小时以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障迅速，便于维护。(2)模块化组合灵活。可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。I/O从8～8192点，有多种机型、多种功能模板，可灵活组合，结构形式多样。(3)功能强。PLC按功能可分为简单型、基本型和复杂型，简单型具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本型在简单型的基础上增加了模拟I/O、基本算术运算、通信等能力。复杂型除了具有基本型的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。(4)编程方便。可采用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)对PLC编程，不需要太多的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。(5)适应工业环境。PLC一般能在高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，并且在强电磁干扰环境下也能可靠地工作。(6)安装、维修简单。与计算机系统相比，PLC安装不需要特殊的机房和严格的屏蔽，使用时只要各种器件连接无误系统便可工作。各个模块上设有运行和故障的指示装置，使用户可以在最短的时间内查出并排除故障，最大限度地压缩故障停机时间，使生产迅速恢复。一些PLC的结构简单，外壳由合金组成，上面带有散热槽，在高温下不易变形，还可以抗电磁干扰和防火等。(7)运行速度快。随着微处理器的应用，使PLC的运行速度加快，能更好地处理高度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别不是很明显。(8)总价格低。PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直都在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。1.5PLC控制系统的设计步骤

在用PLC组成应用系统之前，首先需要明确系统设计的基本原则与内容，以及设计的一般步骤，对此下面分别予以介绍。

1.系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以便提高生产效率和产品质量。因此，应按以下基本原则设计PLC控制系统：(1)最大限度地满足被控制对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并与相关的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。(2)在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。(3)保证控制系统安全可靠。(4)考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。

2.系统设计的基本内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：(1) PLC可以构成形式各异的控制系统，如单机控制系统、集中控制系统等。在进行应用系统设计时，要确定系统的构成形式。(2)系统运行方式与控制方式。(3)选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。

3.系统设计的一般步骤PLC应用系统设计的一般步骤如图1.1所示。图1.1PLC控制系统设计步骤(1)根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等)、操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等)。(2)根据控制系统要求确定系统控制方案。(3)根据系统构成方案和工艺要求确定系统运行方式。(4)根据控制系统要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。(5)选择PLC的型号。(6)分配PLC的I/O点，设计I/O连接图。(这一步骤也可以结合第(2)步进行。)(7)进行PLC的程序设计，同时可以进行控制台(柜)的设计和现场施工。(8)联机调试。如果不满足要求，再返回修改程序或检查接线，直到满足要求为止。(9)编制技术文件。(10)交付使用。总之，一项PLC应用系统设计包括硬件设计和应用软件设计两部分。其中，硬件设计主要是选型设计和外围电路的常规设计；应用软件设计是依据控制系统要求和PLC指令系统来进行的，这些内容将在后续章节中介绍。1.6PLC的通信及联网PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。以西门子公司的SIMATICNET为例，在其提出的全集成自动化(TIA)的系统概念中，核心内容包括组态和编程的集成、数据管理的集成以及通信的集成。通信网络是这个系统重要的、关键的组件，提供了部件和网络间完善的工业通信。SIMATICNET包含了三个主要层次：AS-I网——传感器和执行器通信的国际标准，扫描时间为5ms，传输媒体为未屏蔽的双绞线，线路长度为300m，最多为31个从站。PROFIBUS—— 工业现场总线，用于车间级和现场级的国际标准，传输率最大为12Mb/s，传输媒体为屏蔽双线电缆(最长9.6km)或光缆(最长90km)，最多可接127个从站。工业以太网——用于区域和单元联网的国际标准，网络规模可达1024站1.5km(电气网络)或200km(光学网络)。在这一网络体系中，尤其值得一提的是PROFIBUS现场总线，PROFIBUS是目前最成功的现场总线之一，已得到广泛的应用。它是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口交换信息。为数众多的生产厂家提供了优质的PROFIBUS产品，用户可以自由地选择最合适的产品。PROFIBUS已经成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170，并在世界上拥有最多的用户。1.7PLC与工业控制计算机(IPC)和

集散控制系统(DCS)的比较

1.各自技术发展的起源计算机主要用于快速处理大量数据。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强；软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。集散控制系统是从工业自动化仪表控制系统发展而来的，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来的，主要用在离散制造和工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。近年来，随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃，主要表现在以下几个方面：(1)在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；(2)运算速度不断提高，其CPU的能力赶上了工业控制计算机；(3)通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成一个集散系统；(4)个人计算机也被吸收到了PLC系统中。PLC在过程控制的发展方向上，将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。2.相同点在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业控制计算机、集散控制系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成，编程方面也有很多相同点。

3.区别点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都各自形成了自身的装置特点和软件工具。PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散控制系统是靠自身或用计算机结构形成组态，构成开发系统环境。PLC与STD总线工控机相比，虽然在维修、安装和模件功能上都很相似，但是PLC更适用于黑模式下运行。在线运行时若要进行较大的程序修改，PLC的能力略逊于STD工控机。从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有什么控制器绝对完善，也没有哪种产品绝对差，只能说选择更适合的产品。

4.增长趋势比较PLC、PID、DCS个人计算机和控制软件的增长趋势见表1.1。表1.11995年五类控制产品的初步统计自PLC问世以来，经过30多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业。1987年世界PLC的销售额为25亿美元，此后每年以20%左右的速度递增。进入90年代以来，世界PLC的年平均销售额在55亿美元以上，其中我国约占1%。当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。1.8PLC的综合经济分析综上所述，在恶劣环境中，使用PLC控制机构设备、生产流水线和生产过程将越来越广泛。但是，这种新型控制装置在推广使用中尚有一些问题困扰着用户，主要集中在两个方面：一是可靠性问题，二是经济问题。当然，用新型控制装置实现老设备改造与生产过程自动化，提高劳动生产率，改善企业管理，这是提高企业经济效益的必要措施，但如何正确处理这种关系，本书提供一些数据资料供用户参考。

1.可靠性问题据有关资料提供的数据表明：国外一般中小型PLC，如日立、西门子、IBM，平均无故障时间高达10万小时，即使大型PLC平均无故障时间也在4～5万小时之间。因此，制造厂商认为，其可靠性已不存在问题。所以，对于日立、西门子、IBM等产品的资料中，可靠性不再是一项技术指标。就这一优势而言，继电接触器是望尘莫及的。

2.经济问题对PLC的经济分析，应从以下几个方面考虑：(1)从影响成本的各个因素综合考虑。目前的生产设备控制装置有三种类型：继电器控制、半导体器件控制和PLC控制，不同控制装置，其成本不同。(2)从设计、生产周期长短考虑。不论是老设备改造，还是设计新的生产机械设备，毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产，特别是产品的更新换代和生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。这无疑给企业增加了活力，提高了经济效益。如果要实现这些要求，继电器或半导体都做不到，而PLC则完全可以达到。这是因为若用PLC不必改动外部设备接线，只要在软件上作文章就可以了。也就是说，只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这样，既经济，又简捷，并且可以达到事半功倍的目的。(3)众所周知，目前我国75%的生产机械设备都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量也很大，这势必造成设计周期长。而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。1.9常见可编程控制器PLC的种类及生产厂家很多，每个厂家都有自己的系列产品。国产PLC以小型机为主。常用的国外PLC主要机型有西门子系列、AB公司系列、莫迪康(MODICON)系列、欧姆龙系列等。

1.西门子系列西门子(SIEMENS)公司是很早进入中国市场的大公司之一，有S5、S7等几个系列的产品。例如，SIMATICS7本身就是一个完整的系列，它包括微型PLCS7-200，小规模范围使用的S7-300、M7-300和C7-620，中高性能的S7-400和M7-400。西门子公司的PLC有很强的网络通信能力。

2. AB公司系列美国艾伦布拉德利(AlleyBradley)公司的PLC在国际市场上占有很大的份额。PLC-5是AB公司的代表性产品之一。AB公司的PLC具有很强的联网通信能力。

3.莫迪康系列美国莫迪康(MODICON)是进入我国最早的厂家之一。20世纪90年代后期，莫迪康公司变迁为AEG施耐德自动化公司后又推出新型号QUANTUM系列。QUANTUM系列虽然可以认为是MODICON的升级与变形，但在软件、通信技术、组态方式上仍然有向前和向后的兼容性。

4.欧姆龙系列欧姆龙(OMRON)公司的PLC不仅是较早进入我国市场的，而且又是自动化产品设计所采用的产品。其典型产品有小型机CPM1A、CPM2A，中型机C200Ha，大型机C2000H和CS1。

5.三菱系列日本三菱公司也是较早进入中国市场的大公司，其产品有Q系列、QnA系列、AnS系列、A系列，这些均为模块式大型PLC，最大容量为8k点。FX2系列为小型PLC，单元式结构，单机最大容量为256点。其中常见机型有FX2c、FX2N。1.10PLC最新发展状态及趋势目前PLC的发展主要有两个趋势：其一，向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方向发展；其二，向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方向发展。(1)大型网络化。大型网络化主要是朝DCS方向发展，使其具有DCS系统的一些功能。网络化和通信能力强是PLC发展的一个重要方向，向下可将多个PLC、I/O框架相连；向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。(2)多功能。随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。(3)高可靠性。由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用、并行工作、多数表决的工作方式。S7400PLC即使在恶劣、不稳定的工作环境下，其坚固、全密封的模板依然可以保证其正常工作，在操作运行过程中模板还可热插拔。习题一1.简述PLC的发展史。2. PLC有哪些主要特点?3.与一般的计算机控制系统相比，PLC具有哪些优点？4.与继电、接触器控制系统相比，PLC具有哪些优点？5.试说明PLC可以应用于哪些领域？6.简述PLC的定义。7.试说明PLC控制系统的设计步骤。8.简述PLC控制系统的设计内容。第2章可编程控制器的组成及工作原理2.1可编程控制器的工作原理2.2可编程控制器的硬件系统2.3可编程控制器的软件系统2.4FX2系列可编程控制器的主要编程元件2.5可编程控制器的性能指标与分类习题二

本章知识点：

可编程控制器的组成；

可编程控制器的工作原理；

可编程控制器的硬件系统；

可编程控制器的软件系统；

 FX2系列可编程控制器的主要编程元件。2.1可编程控制器的工作原理PLC在确定了工作任务、装入了专用程序后就成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务的管理及应用程序的执行都是通过循环扫描方式完成的。

1.分时处理及扫描工作方式PLC系统正常工作所要完成的任务有：计算机内部各工作单元的调度、监控；计算机与外部设备间的通信；用户程序所要完成的工作。这些工作都是分时完成的，每项工作又都包含着许多具体的工作。以用户程序的完成来说，其工作过程又可分为以下三个阶段：(1)输入处理阶段，也就是输入采样阶段。在这个阶段中，可编程控制器读入输入接口的状态，并将它们存放在输入状态暂存区中。(2)程序执行阶段。在这个阶段中，可编程控制器根据本次读入的输入数据，依用户程序的顺序逐条执行用户指令。执行的结果均存储在输出信号暂存区中。(3)输出处理阶段，也叫输出刷新阶段。这是一个程序执行周期的最后阶段。可编程控制器将本次执行用户程序的结果一次性地从输出状态暂存区送到各个输出口，对输出状态进行刷新。这三个阶段也是分时完成的。为了连续地完成PLC所承担的工作，系统必须周而复始地按一定的顺序完成这一系列的具体工作，这种工作方式叫做循环扫描工作方式。PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。PLC用户程序执行阶段扫描工作过程如图2.1所示。其程序执行的时间长短一般取决于CPU的档次和程序的长短。图2.1PLC的扫描工作过程

2.扫描周期及PLC的两种工作状态PLC有两种基本的工作状态，即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。运行状态是执行应用程序的状态，停止状态一般用于程序的编制与修改，图2.2给出了运行和停止两种状态下PLC不同的扫描过程。由图2.2可知，在这两种不同的工作状态中，扫描过程所要完成的任务是不尽相同的。图2.2PLC扫描过程示意图

3.输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起，至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻为止之间的时间间隔。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。因此，在需要快速响应的场合，可以采取优化编程或选择扫描时间快的PLC等方法予以解决。

4.讨论从工业控制的角度来看，可编程控制器的梯形图和继电器电路图十分相似。但是，二者之间在运行时序问题上有着根本的差异。对于继电接触器控制系统，同一个接触器的所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的。但是在PLC控制系统中，由于指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它的各个触点的动作并不会同时发生。2.2可编程控制器的硬件系统通过前面的讨论，我们知道PLC实质上是一种专门用于工业控制的计算机，它的硬件结构基本上与微型计算机(PC)相同，但是其工作原理则与PC有些差异。可编程控制器构成的基本控制系统简化框图如图2.3所示，其中可编程控制器的基本组成由虚线内的五部分组成。图2.3PLC组成基本控制系统的结构简图

1.中央处理器(CPU)CPU是可编程控制器的神经中枢，是系统的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能完成以下任务：(1)接收并存储用户程序和数据；(2)以扫描方式接收现场输入设备的状态和数据；(3)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误；(4)完成用户程序规定的逻辑运算和算术运算任务；(5)更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

2.存储器存储器用来存储数据或程序，它包括随机存取的存储器RAM和在工作过程中只能读出、不能写入的存储器EPROM及EEPROM。RAM中的用户程序用EPROM写入器写入到EPROM芯片中。写入了用户程序的EPROM又可以通过外部接口与主机连接，然后让主机按EPROM中的程序运行。EPROM是可擦可编的只读存储器，如果存储的内容不需要时，可以用紫外线擦除器擦除，再重新写入新程序。由于PLC的软件由应用软件和系统软件构成，因此PLC的存储器可以分为系统程序存储器和用户程序存储器。我们把存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。不同类型的PLC其存储容量各不相同，但是根据工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域。1)系统程序存储区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。它包括监视程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。2)系统RAM存储区系统RAM存储区包括I/O映像区以及各类软设备(例如：各种逻辑线圈、数据存储区、计时器、计数器、累加器、变址寄存器等)存储区。3)用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的应用控制程序，不同类型的PLC，其存储容量各不相同。有些PLC的存储容量可以根据用户的需要加以改变，例如，三菱公司的FX2系列PLC，其用户程序存储区除了主机单元已有2KB的RAM以外，用户还可以根据需要选用4KB或8KB的RAM、EPROM加以扩展。

3.输入/输出(I/O)模块I/O模块是连接CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间的桥梁。PLC提供了具有各种操作电平与输出驱动能力的I/O模块和各种用途的功能模块供用户选用。一般PLC均配置I/O电平转换及电气隔离。输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流信号源转换成微处理器所能接收的低电平信号；输出电平转换是用来将微处理器控制的低电平信号转换为控制设备所需要的电压或电流信号。电气隔离是在微处理器与I/O回路之间采用的防干扰措施。

4.电源PLC配有开关式稳压电源模块，用来对PLC的内部电路供电。

5.编程器编程器是PLC最重要的外围设备，也是PLC不可缺少的一部分。它不仅可以写入用户程序，还可以对用户程序进行检查、修改和调试，以及在线监视PLC的工作状态。编程器通过接口与CPU相连，以完成人机对话功能。编程器一般分为以下两类：(1)简易编程器。简易编程器功能比较少，一般只能用语句表形式进行编程，通常需要联机工作。简易编程器使用时直接与PLC的专用插座相连接，由PLC提供电源。它体积小、重量轻，便于携带，适合于小型PLC使用。简易编程器部分的内容将在第3章中介绍。(2)图形编程器。图形编程器既可以用指令语句表进行编程，又可以用梯形图编程；既可以联机编程，也可以脱机编程。图形编程器操作方便，功能强，有液晶显示的便携式和阴极射线管式两种。图形编程器还可以与打印机、绘图仪等设备连接，但是价格相对比较高，通常大中型PLC多采用图形编程器。目前，很多PLC都可以利用微型计算机作为编程工具，只要配上相应的硬件接口和软件包，就可以用包括梯形图在内的多种编程语言进行编程，同时还具有很强的监控功能。

6.其他外部设备PLC还配有生产厂家提供的其他一些外部设备。(1)外部存储器。外部存储器是指磁带或磁盘，工作时可以将用户程序或数据存储在盒式录音机的磁带上或磁盘中，作为实验的备份数据。当PLC内存中的程序被破坏或丢失时，可将外存中的程序重新装入。(2)打印机。打印机用来打印带注释的梯形图程序或指令语句表程序以及各种报表等。在系统的实时运行过程中，打印机用来提供运行过程中发生事件的硬记录，例如，记录PLC系统运行过程中故障报警的时间等，这对于事故分析和系统改进是非常有价值的。(3) EPROM写入器。EPROM写入器用于将用户程序写入EPROM中。同一PLC系统的各种不同应用场合的用户程序可以分别写入不同的EPROM中去，当系统的应用场合发生变化时，只需要更换相应的EPROM芯片即可。

7. I/O扩展模块I/O扩展模块用来扩展输入、输出点数。当用户所需要的输入、输出点数超过PLC基本单元的输入、输出点数时，就需要加上I/O扩展模块来扩充系统，以便适应控制系统的要求。2.3可编程控制器的软件系统PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可以分为系统程序和用户程序两大部分。可编程控制器的软件系统和硬件系统是相辅相成的，两者缺一不可。

1.系统程序系统程序是每一个PLC产品必须包含的部分，由PLC生产厂家提供，用于控制PLC本身的运行。系统程序固化在EPROM中。系统程序又可以进一步分为管理程序、编译程序、标准程序模块和系统调用三部分。管理程序是系统程序中最为重要的部分。PLC的运行都由其控制，管理程序主要对PLC的输入、输出、运算等操作运行进行时间上先后顺序的管理，规定各种数据、程序的存放地址，生成用户环境以及系统诊断等。编译程序用来把梯形图程序、语句表程序等编程语言翻译成PLC能够识别的机器语言。系统程序的第三部分是标准程序模块和系统调用。这部分由许多独立的程序模块组成，每个程序模块完成一种单独的功能，如输入、输出及特殊运算等。PLC根据不同的控制要求选用这些模块，完成相应的工作。

2.用户程序用户程序就是由用户根据控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序，以实现具体的控制目的。用户程序存储在系统程序指定的存储区内，它的最大容量也是由系统程序限定的。

3.程序结构当程序不长且比较简单时，编制程序时常用顺序结构，即整个程序不分段，顺序编写而成。小型PLC的用户程序通常都为顺序结构。对于较长且比较复杂的程序，为了使程序的编制简单清晰，可以按照功能、结构或使用目的，将整个程序划分成多个程序模块，按模块来编制和调试，再把各部分组合，形成一个完整的程序，这种编程方法被称为结构化或模块化编程法。大中型PLC的用户程序比较复杂，一般都采用模块化编程法。按模块结构组合而成的用户程序，由各个独立的程序段组成，每个程序段完成一个单一的功能。因此，使得原本复杂的编程工作简单了许多，程序的调试、修改和查错工作也十分方便。2.4FX2系列可编程控制器的主要编程元件可编程控制器的主要编程元件从物理实质上来说是电子电路及存储器，具有不同使用目的的元件电路有所不同。考虑到工程技术人员的习惯，可将元件电路用继电器电路中类似的名称来命名，分别称为输入继电器、输出继电器、辅助(中间)继电器、定时器、计数器等。为了区分上述这些元件的功能，避免重复选用，我们给元件编制号码，这些号码也就是计算机存储单元的地址。三菱FX2系列可编程控制器的编程元件由字母和数字组成，它们分别表示编程元件的类型和元件号，例如：Y0、X2、T10、M200、C2等。除了输入继电器X、输出继电器Y为八进制以外(即逢八进位)，其余都为十进制。

1.输入继电器XFX2系列PLC的输入继电器的编号为X0～X177，输入继电器X是PLC接收来自外部输入设备开关信号的接口。输入继电器X的线圈与PLC的输入端相连，并带有许多常开和常闭触点供编程时使用。输入继电器X由外部信号驱动，即由外接开关控制。FX2C-48MT型PLC的输入继电器X的编号采用八进制编制，如表2.1所示。表2.1FX2C-48MT型可编程控制器中输入继电器X的编号输入继电器的电路如图2.4所示。在图2.4中，外部的输入信号经过输入继电器X4，送入PLC内部电路进行处理。图2.4输入继电器的电路

2.输出继电器YFX2系列PLC的输出继电器的编号为Y0～Y177。输出继电器是PLC中惟一具有外部触点的继电器，它可以通过外部接点接通该输出口上连接的输出负载或执行电器。其线圈只能由程序驱动，内部常开、常闭触点可以作为其他器件的工作条件出现在程序中。在图2.5所示的梯形图中，X1是输出继电器Y0的工作条件，X1接通，Y0置位；X1断开，Y0复位。时间继电器T0在Y0的常开触点闭合后工作，T0可以看作是Y0的工作对象(Y0接口上所连接的负载，也称为输出继电器Y0的工作对象)。图2.5输出继电器的使用输出继电器Y为无掉电保持功能的继电器，也就是说，若置位的输出继电器在PLC停电时，其工作状态将归0。FX2C-48MT型PLC输出继电器Y的编号采用八进制编制，如表2.2所示。表2.2FX2C-48MT型可编程控制器中输出继电器Y的编号

3.辅助继电器M辅助继电器有通用辅助继电器及特殊辅助继电器两种类型，现分别介绍如下。1)通用型辅助继电器可编程控制器中配有大量的通用辅助继电器(M0～M499，共计500点)，其主要用途与继电器电路中的中间继电器相似，常用于逻辑运算的中间状态存储及信号类型的转换。辅助继电器的线圈只能由程序驱动，它只有内部触点。 图2.6所示的辅助继电器的使用方式中，X1和X2并列为辅助继电器M1的工作条件，Y10为辅助继电器M1和M2串联的工作对象。图2.6辅助继电器的使用2)具有掉电保持功能的通用型辅助继电器具有掉电保持功能的通用型辅助继电器(M500～M1023，共计524点)具有记忆能力。所谓掉电保持功能，是指在PLC外部电源停电后，由机内电池为某些特殊工作单元供电，可以记忆它们在掉电前的状态。3)特殊型辅助继电器特殊型辅助继电器(M8000～M8255，共计256点)是具有特定功能的辅助继电器，根据使用方式又可以将其分为下述两类：(1)只能利用其触点的特殊型辅助继电器。其线圈由PLC自行驱动，用户只能利用其触点。这类特殊型辅助继电器经常用作时基、状态标志或专用控制元件而出现在程序中。例如：M8000：运行标志M8002：初始脉冲M8012：100ms时钟脉冲M8013：1ms时钟脉冲(2)可驱动线圈型特殊型辅助继电器。用户驱动线圈后，PLC做特定动作。例如：M8030：使BATTLED(锂电池欠压指示灯)熄灭M8033：PLC停止时输出保持M8034：禁止全部输出M8039：定时扫描方式FX2系列PLC特殊型辅助继电器表见附录(附表1-8)。注意，未定义的特殊型辅助继电器不可以在程序中使用。

4.定时器T定时器T相当于继电器线路中的时间继电器，它在程序中用作延时控制。FX2系列PLC定时器共有表2.3所示的四种类型。表2.3FX2系列PLC的定时器定时器的工作过程实际上是对时钟脉冲计数，因为工作需要，定时器除了占有自己编号的存储器以外，还占有一个设定值寄存器(字)和一个当前值寄存器(字)，这些寄存器为16位二进制存储器。图2.7为非积算型定时器的工作过程。当定时器满足计时条件(X2接通)开始计时时，当前值寄存器则开始计数。当当前值与设定值相等时，定时器动作，其常开触点T2接通，Y2也接通，同时T2常闭触点断开，并通过程序作用于控制对象，达到时间控制的目的。图2.7非积算型定时器的工作过程图2.8(a)、(b)分别为积算型定时器T251的梯形图和动作时序图。积算型定时器在计时条件失去或PLC失电时，其当前值寄存器的内容及触点状态均可以保持，可“累计”计时。因为积算型定时器的当前值寄存器及触点都有记忆功能，其复位时必须在程序中加入专门的复位指令。图中的X2即为复位条件，当X2接通时，就执行“RSTT251”的指令，T251的当前值寄存器及触点同时置0。定时器可以使用立即数K作为设定值，例如，图2.7(a)中设定的设定值为“K30”，图2.8(a)中为“K345”，也可以使用后述的数据寄存器的内容作为设定值。如果设定时器的设定值为“D10”，而“D10”中的内容为100，则定时器的设定值为100。在使用数据寄存器设定定时器的设定值时，一般使用具有掉电保持功能的数据寄存器。即便如此，若备用电池电压降低时，定时器仍然可能发生误动作。图2.8积算型定时器的工作过程

5.计数器C计数器在程序中用作计数控制。FX2系列可编程控制器的计数器可以分为内部计数器和外部计数器。内部计数器是对机内元件(X、Y、M、S、T和C)的信号计数的计数器，机内信号的频率低于扫描频率，因而是低速计数器。对高于机器扫描频率的信号进行计数，需用高速计数器。普通计数器可分为如下两类：1) 16位增计数器16位二进制增计数器的设定值为1～32767，可分为两种类型：(1)通用型：C0～C99(共计100点)；(2)掉电保持型：C100～C199(共计100点)。16位是指其设定值及当前值寄存器为二进制16位寄存器，其设定值在K1～K32767范围内有效。图2.9所示为16位增计数器的工作过程。图中，X5是计数器的工作条件，X5每次驱动计数器C1的线圈时，计数器的当前值加1；“K5”是计数器的设定值，当第5次执行线圈时，计数器的当前值和设定值相等，输出触点就动作；Y1为计数器C1的工作对象，在C1的常开触点接通时置1，此后，即使计数器C1的输入端X5再动作，计数器C1的当前值仍保持不变。图2.916位增计数器的工作过程由于计数器的工作条件X5本身就是断续工作的，外电源正常时，其当前值寄存器具有记忆功能，因而，即使是非掉电保持型的计数器也需要复位指令才能复位。图2.9中，X4为复位条件，当复位输入X4接通时，执行RST指令，计数器C1的当前值复位为0，输出触点也复位。计数器的设定值除了常数外，也可以通过数据寄存器设定。使用计数器C100～C199时，即使停电，当前值和输出触点的置位/复位状态也能保持。2) 32位增/减计数器32位的增/减计数器的设定值为－2147483648～2147483647，可分为两种类型：(1)通用型：C200～C219(共计20点)；(2)掉电保持型：C220～C234(共计15点)。32位是指其设定值寄存器为32位。由于是双向计数，32位的首位为符号位。设定值的最大绝对值为31位二进制数所表示的十进制数，即－2147483648～2147483647。设定值可直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容。间接设定时，要使用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。计数的方向(增计数或减计数)由特殊辅助继电器M8200～M8234设定，具体规则为：对于C△△△，当M8△△△接通(置1)时为减计数；当M8△△△断开(置0)时为增计数。图2.10为32位增/减计数器的工作过程。图中，X14作为计数输入驱动C202线圈进行增计数或减计数；X12为计数方向的选择开关，计数器的设定值为-5，当计数器的当前值由－6增加为－5时，其触点置1，由－5减少为－6时，其触点置0。32位增/减计数器为循环计数器。当前值的增减虽然与输出触点的动作无关，但是从2147483647起再进行增计数，其当前值就变为－2147483648；从－2147483648起再进行减计数，则当前值变为2147483647。图2.1032位增/减计数器的工作过程当复位条件X13接通时，执行RST指令，则计数器的当前值为0，输出触点也复位。使用掉电保持型计数器，其当前值和输出触点状态都能断电保持。32位增/减计数器可以当作32位数据寄存器使用，但不能用作16位指令中的操作元件。高速计数器与普通计数器的主要差别在于以下几点：(1)对外部信号计数，工作在中断方式。(2)计数范围较大，计数频率较高。(3)工作设置较灵活。(4)使用专用的工作指令。关于专用的工作指令将在后述功能指令中予以介绍。FX2系列PLC高速计数器的分类如下：1相无启动/复位端子 C235～C240 共计6点1相带启动/复位端子 C241～C245 共计5点1相双输入型 C246～C250 共计5点2相A-B相型 C251～C255 共计5点以上高速计数器均为32位增/减计数器，表2.4分别列出了它们和各个输入端之间的对应关系。表中，X0、X2、X3：最高10kHz；X1、X4、X5：最高7kHz。从表中可以看出，X6及X7也参与高速计数，但只能作为启动信号而不能用于计数脉冲的输入。表2.4高 速 计 数 器注：U表示增计数输入，D表示减计数输入，A表示A相输入，B表示B相输入，R表示复位输入，S表示启动输入。

6.状态软元件S这是步进顺控指令用的软元件(在不采用步进顺控指令时，也可以当作普通用途的辅助继电器使用)，其分类如下：(1)普通用状态软元件：S0～S499 共计500点(2)掉电保持用状态软元件： S500～S899共计400点(3)信号报警用状态软元件： S900～S999 共计100点状态软元件S的具体使用方法将在后述步进顺控指令中予以介绍。7.数据寄存器DFX2系列PLC中有许多存储数据的软元件——数据寄存器，两个合并可以组成32位数据寄存器，具体分类如下：(1)通用型数据寄存器：D0～D199 共计200点(2)停电保持型数据寄存器： D200～D999共计800点(3)文件寄存器： D1000～D2999共计2000点(4)RAM文件寄存器： D6000～D7999共计2000点(5)特殊型文件寄存器：D8000～D9255共计256点其中，(1)、(2)具有停电保持功能；(3)、(4)、(5)是可以写入特定目的数据或已写入特定意义数据的数据寄存器。2.5可编程控制器的性能指标与分类可编程控制器的性能指标与分类，是组成PLC应用系统时选择PLC产品所需要参考的重要依据。

1. PLC的性能指标PLC的性能指标可以分为硬件指标和软件指标两大类。硬件指标包括环境温度与湿度、抗干扰能力、使用环境、输入特性和输出特性等；软件指标包括扫描速度、存储容量、指令种类、编程语言等。为了简要表达某种PLC的性能特点，通常采用以下指标来表达。1)编程语言PLC常用的编程语言有梯形图语言、助记符语言、流程图语言及某些高级语言等，目前使用最多的是前两种。不同类型的PLC可能采用不同的编程语言。2)指令种类指令种类用以表示PLC的编程功能。3) I/O总点数PLC的输入/输出量有开关量和模拟量两种。对于开关量，I/O用最大I/O点数来表示；而对于模拟量，I/O点数用最大I/O通道数表示。4) PLC内部继电器的种类PLC内部继电器包括辅助继电器、特殊继电器、定时器、计数器等。5)用户程序存储量用户程序存储器用以存储通过编程器输入的用户程序，其存储量通常是以字为单位来计算的。约定16位二进制数为一个字(注意：一般微处理器是以8位二进制数为一个字节的)，每1024个字为1千字。中小型PLC的存储容量一般在8千字，有些大型PLC的存储容量已经达到256千字以上。编程时，通常对于一般的逻辑操作指令，每条指令占一个字；计时、计数和移位指令占2个字；对于一般的数据操作指令，每条指令占2个字。必须指出，有些PLC用户程序存储容量是以编程的步数来表示的，每编写一条语句为一步。6)扫描速度扫描速度以ms/KB为单位表示。例如：20ms/KB，表示扫描1KB的用户程序需要的时间为20ms。7)工作环境PLC一般能在下列条件下工作：温度0～55℃，湿度<85%(无结霜)。8)特种功能有些PLC还具有某些特殊功能，例如：自诊断功能、通信联网功能、监控功能、特殊功能模块、远程I/O能力等。9)其他指标其他指标包括输入/输出方式、某些主要硬件(如CPU、存储器)的型号等。

2. PLC的分类PLC的品种繁多，规格性能不一，而且还没有一个权威的、统一的分类标准，准确分类是很困难的，目前一般按以下几种情况分类。1)按结构形式分类按结构形式分类，PLC可以分为整体式和模块式两种。(1)整体式PLC。整体式PLC是将其电源、中央处理器、输入/输出部件等集中配置在一起，有的甚至全部安装在一块印刷电路板上，装在一个箱体内，通常称为主机，例如，FX2系列PLC。整体式PLC结构紧凑、体积小、重量轻、价格低，但其主机I/O点数固定，因而使用不灵活，小型PLC经常使用这种结构。整体式PLC的外形如图2.11所示。图2.11整体式PLC(2)模块式(积木式)PLC。它把PLC的各部分以模块形式分开，如电源模块、CPU模块、输入/输出模块等，把这些模块插入机架底块上，组装在一个机架内。这种结构配置灵活、装配方便、便于扩展。一般中型和大型PLC经常采用这种结构，例如：GE-Ⅰ、GE-Ⅱ型PLC等，此类PLC结构复杂、价格高。模块式(积木式)PLC可参见图2.12。图2.12模块式(积木式)PLC2)按输入/输出点数和存储容量分类按输入/输出点数和存储容量分类，PLC大致可以分为大、中、小型三种。小型PLC的输入/输出点数在256点以下，用户程序存储容量在2KB以下。中型PLC的输入输出点数在256～2048点之间，用户程序存储容量一般为2～8KB。大型PLC的输入/输出点数在2048点以上，用户程序存储容量在8KB以上。3)按功能分类按PLC功能强弱来分类，PLC大致可以分为低档机、中档机、高档机三种。低档机PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，有的还增设模拟量处理、算术运算、数据传送等功能，可以实现逻辑、顺序、定时、计数等控制。中档机PLC除具有低档机的功能外，模拟量输入/输出、算术运算、数据传送等功能进一步增强，可完成既有开关量又有模拟量控制的任务。高档机PLC除具有中档机的功能外，增设有带符号算术运算、矩阵运算等，使PLC的运算能力更强，还具有模拟调节、联网通信、监控、记录和打印等功能，能够进行智能控制、远程控制、大规模控制，构成分布式控制系统，成为整个工厂的自动化网络。随着PLC的发展，对PLC的分类也将会更科学、更合理。习题二1.简述PLC的基本控制原理。2.试说明PLC的工作过程。3.简述PLC工作过程的特点。4.根据PLC工作过程的特点，简述PLC对I/O处理的原则。5.以FX2C-48MR型PLC为例，说明其型号中各字母数字的含义。6. PLC有几种输出类型？各有什么特点？7.简述PLC梯形图“能流”的概念。第3章FX2系列可编程控制器的基本指令3.1基本指令3.2编程规则3.3典型控制问题的编程习题三

本章知识点：

基本指令；

编程规则；

典型例题分析。本章主要介绍三菱FX2可编程控制器常用的基本指令及典型例题，结合实例阐述主要编程规则、程序设计思想及操作方法3.1基本指令1.常开触点指令LD、常闭触点指令LDI及线圈输出指令OUTLD指令适用于梯形图中与左母线相连的第一常开触点，表示一个逻辑行的起始，主要的电路表示及操作元件为：X、Y、M、S、T、C等，程序步数为1步。LD指令可以与后面介绍的ANB、ORB连用。而LDI适用于梯形图中与左母线相连的第一常闭触点。线圈输出指令(又叫线圈驱动指令)，适用于将运算结果驱动输出继电器、辅助继电器、定时器和计数器的线圈，但是不能用于输入继电器。OUT指令用于定时器和计数器的线圈时，必须有常数K紧跟，K分别表示定时时间和计数次数。LD、LDI、OUT指令的使用方法如图3.1所示。图3.1LD指令的使用方法2.触点串联指令——AND、ANIAND指令为“与”指令，用于常开触点的串联，完成逻辑“与”运算；ANI指令为“与反”指令，用于常闭触点的串联，完成逻辑“与非”运算。AND、ANI指令均用于单个触点的串联，单个触点数目没有限制，指令可以多次、反复地使用。指令的目标元件为X、Y、M、T、C、S。AND、ANI指令的使用方法如图3.2所示。OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令称为纵接输出，如图3.3中输出Y2后，再通过T2触点去驱动Y3。这种纵接输出，在顺序正确的前提下，可以多次使用。图3.2AND、ANI指令的使用方法图3.3纵接输出如果程序中必须要用到如图3.4所示的梯形图，则要使用后文提到的MPS指令。图3.4必须使用MPS指令的梯形图

3.触点并联指令——OR、ORIOR、ORI指令为单个触点的并联连接指令。OR为常开触点的并联，ORI为常闭触点的并联。OR、ORI指令紧接在LD、LDI指令后使用，即对LD、LDI指令规定的触点再并联一个触点，并联的次数无限制。OR、ORI指令的使用如图3.5所示。图3.5OR、ORI指令的使用方法图3.6ORB指令的使用方法

4.串联电路块的并联指令——ORBORB指令是不带操作元件的指令。两个以上的触点串联连接的电路称为串联电路块，将串联电路块并联起来使用时，用LD、LDI指令表示分支开始，用ORB指令表示分支结束。若有多条并联电路时，在每个电路块后使用ORB指令，对并联电路的数目没有限制，但考虑到LD、LDI指令只能连续使用8次，ORB指令的使用次数也应限制在8次。图3.6给出了ORB指令的使用情况。

5.并联电路块的串联指令——ANBANB指令是不带操作元件的指令。两个以上的触点并联连接的电路称为并联电路块，将分支电路并联电路块与前面的电路串联连接时，用ANB指令。也就是说，用LD、LDI指令表示分支开始，用ANB指令表示并联电路块的结束。ANB指令原则上可以无限制使用，但受到LD、LDI指令只能连续使用8次的影响，ANB指令的使用次数也应限制在8次。图3.7给出了ANB指令的使用情况。图3.7ANB指令的使用方法

6.与多重输出电路有关的指令——MPS、MRD、MPPMPS、MRD、MPP指令分别为进栈、读栈、出栈指令，用于多重输出电路，可以将连接点的数据信息先存储，再用于后面的电路中，如图3.8所示。图3.8MPS、MPP、MRD指令的使用方法在FX2系列可编程控制器中，有11个用来存储运算的中间结果的存储区域，称为栈存储器。使用一次MPS指令，便将此刻的运算结果送入堆栈的第一层，而将原来存储在第一层的数据移到堆栈的下一层。使用MPP指令时，各数据顺次向上一层移动，最上层的数据被读出。同时，该数据就从栈内消失。MRD指令用于读出最上层的最新数据，此时栈内的数据不移动。MPS、MRD、MPP指令都是不带操作数的指令。MPS和MPP指令必须成对使用，而且连续使用不应该超过11次。图3.9是使用MPS、MRD、MPP指令的一个实例。图3.9一层栈

7.主控触点指令——MC、MCRMC为主控指令，用于公共串联触点的连接。MCR为主控复位指令，即MC的复位指令。编写程序时，经常遇到多个线圈同时受一个或一组触点控制，若在每个线圈的控制电路中都串联同样的触点，将多占存储单元，利用主控触点指令可以解决这一问题。主控触点在梯形图中与一般的触点垂直，与母线相连的是常开触点，控制一组电路的总开关。MC、MCR指令必须成对使用。图3.10是使用主控触点指令MC、MCR的实例。MC、MCR指令允许嵌套使用，如图3.11所示。图3.10主控触点指令MC、MCR的使用方法图3.11主控触点指令MC、MCR的嵌套8.自保持及解除指令——SET、RSTSET为置位指令，使操作自保持。RST指令为复位指令，使操作保持复位。SET、RST的使用实例如图3.12所示。对同一元件，例如，图3.12中的Y1、M2等，SET、RST指令可以多次使用，而且不限制使用顺序，但是最后执行者有效。图3.12自保持及解除指令SET、RST的使用方法9.脉冲输出指令——PLS、PLFPLS、PLF为脉冲输出指令。PLS在输入信号上升沿产生脉冲输出，而PLF指令在输入信号下降沿产生脉冲输出。图3.13是使用PLS、PLF指令的实例，由动作时序图可以看出，使用PLS指令时，元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作(置1)。使用PLF指令时，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作(置1)。图3.13脉冲输出指令PLS、PLF

10.空操作指令——NOP图3.14NOP指令的应用空操作指令使该步做空操作。在变更程序或增加指令时若使用NOP指令，将减少步序号的变化。用NOP指令替换一些已经写入的指令，可以改变电路，但也有可能出错，因此应当谨慎使用。NOP指令的应用如图3.14所示。图3.14NOP指令的应用

11.程序结束指令——ENDEND为程序结束指令，它具有以下两个作用：(1)表示程序结束。可编程控制器按照输入采样、程序执行、输出刷新的过程循环工作，若在程序中不写入END指令，则可编程控制器从用户程序的第一步一直扫描到程序存储器的最后一步。若在程序中写入END指令，则END以后的程序步不再扫描，而是直接进行输出处理，即使用END指令可以缩短扫描周期。(2)分段调试程序。有时候，在调试一个比较长的PLC程序时，可将PLC程序分段后插入END指令，从而依次对各程序段的运算进行检查。然后，在确认前面电路块动作正确无误之后依次删除END指令，如图3.15所示。图3.15END指令的使用方法FX2系列PLC共有20条基本逻辑指令，指令助记符及功能详见表3.1。表3.1FX2系列PLC基本逻辑指令一览表3.2编程规则PLC的梯形图作为一种编程语言，有其自身的规则，因此，在编辑梯形图时，要注意以下几点：(1)自左向右书写程序，线圈画在最右面，即线圈的右面是不能出现触点的。一行写完，自上而下依次再写下一行，如图3.16所示。(2)触点应该画在水平线上，不能画在垂直分支线上，如图3.17所示。图3.16编程规则(1)的说明图3.17编程规则(2)的说明(3)不包含触点的分支应该放在垂直分支线上，不能放在水平位置，以便于识别触点的组合和对线圈的控制路径，如图3.18所示。(4)应该将串联触点多的电路放在梯形图的最上面，以便使程序简洁明了，如图3.19所示。图3.18编程规则(3)的说明图3.19编程规则(4)的说明(5)应该将并联触点多的电路放在梯形图的最左面，这样可使程序简洁明了，语句比较少，如图3.20所示。(6)重新安排不可编程电路，如图3.21所示。(7)双线圈输出不允许，如图3.22所示。图3.20编程规则(5)的说明图3.21编程规则(6)的说明图3.22编程规则(7)的说明3.3典型控制问题的编程

1.三相异步电动机单向运转控制：启动—保持—停止电路单元三相异步电动机因其运转可靠、经济耐用，在实际工作中被广泛使用。图3.23(a)为其单向运转控制的输入/输出接线图，从图中可知，启动按钮接于X0，停止按钮接于X1，交流接触器接于Y0，这就是端口分配，实质上是为程序安排代表控制系统中事物的机内元件。图3.23(b)为梯形图，它反映出机内元件的逻辑关系，也是控制系统内各事物间逻辑关系的体现。图3.23三相异步电动机的启动—保持—停止控制程序图3.23(b)梯形图的工作过程分析如下：按下按钮SB1时，X0接通，Y0置1，这时电动机开始运行，即使松开按钮SB1造成X0断开，Y0仍然置1，电动机连续运行。需要停车时，按下停车按钮SB2，串联于Y0线圈回路中的X1的常闭触点断开，Y0置0，电动机失电停止。

2.三相异步电动机可逆运转控制——互锁环节在上例基础上，如果希望实现三相异步电动机的可逆运转控制，则需要增加一个反转控制按钮和一只反转接触器。实现该功能的PLC的输入/输出接线图如图3.24(a)所示，梯形图如图3.24(b)所示。实现电动机可逆转控制的PLC的基本设计思路是：选择两套启动—保持—停止电路，一个用于正转(通过Y1驱动正转接触器KM1)，另一个用于反转(通过Y2驱动反转接触器KM2)。考虑到正转、反转两个交流接触器不能同时接通，在这两个交流接触器的驱动回路中分别串入另一个交流接触器的常闭触点(例如，Y1回路中串入Y2的常闭触点)。这样，当代表某个转向的驱动元件接通时，代表另一个转向的驱动元件就不可能同时接通了。这种两个线圈回路中互相串联对方常闭触点的电路结构形式叫做“互锁”。这个实例说明：在多输出的梯形图中，需要考虑多输出之间的互相制约问题(多输出时这种制约称为连锁)。图3.24电动机可逆运转控制——互锁环节

3.延时接通电路图3.25给出了两台电动机分时启动的梯形图及动作时序图，其工作原理为：按下启动按钮X1，Y1置1，KM1线圈得电，1号电动机启动，同时定时器T1开始延时，延时3秒后，T1的常开触点闭合，Y2置1，2号电动机启动，并且连续运行。按下停止按钮X2，则两台电动机全部停止运行。图3.25(b)的动作时序图读者可以自行分析。图3.25延时接通电路

4.延时断开电路图3.26给出了两台电动机分时断开的梯形图及动作时序图，其工作原理请自行分析。

5.振荡电路图3.27给出了振荡电路的梯形图及动作时序图，其工作原理请自行分析。图3.26延时断开电路图3.27振荡电路习题三1.根据图3.28，写出对应的指令。2.根据图3.29，画出M3和Y1的动作时序图。图3.28题1图图3.29题2图3.图3.30所示为原料皮带运输机的示意图。从料斗向皮带2供料由电磁阀DZ控制，电磁阀线圈供电时阀门打开，原料由料斗流到皮带2上，皮带2和皮带1分别由电动机M2和M1驱动。控制要求如下：启动：为避免在前段运输皮带上造成原料的堆积，要求启动皮带传动顺序：图3.30题3图启动：为避免在前段运输皮带上造成原料的堆积，要求启动皮带传动顺序：停止：为使皮带上不残留原料，要求原料移动方向按一定时间间隔，电磁阀与皮带停止顺序：紧急停止：紧急情况下无条件地把电动机停止并且关闭电磁阀。试完成该控制任务的PLC程序设计，要求画出I/O连接图、流程图、梯形图，并写出指令。4.根据图3.31，写出对应的指令。5.设计出能够满足图3.32所示波形的梯形图。图3.31题4图图3.32题5图第4章FX2系列可编程控制器的步进指令4.1状态S的功能4.2状态流程图的编制方法4.3选择性分支、汇合的编程4.4并行性分支、汇合的编程4.5状态的详细动作说明4.6操作方式4.7步进指令综合实例习题四本章知识点：

状态流程图的编制方法；

选择性分支、汇合的编程方法；

并行性分支、汇合的编程方法；

步进指令综合实例。4.1状态S的功能被称为“状态S”的软元件是构成步进顺控指令的重要元素。FX2系列PLC共有900个状态，即S0～S899，其中S0～S19用于设置初始状态及回原点。各种负载(比如Y、M、S、T、C等)和功能指令均可以由“状态S”的触点来驱动，也可以由各种元件触点的逻辑组合来驱动。现时状态可由单独触点作为转移条件，各种触点的逻辑组合连接也可用作转移条件。当PLC的CPU扫描以步进顺控法编制的用户程序时， 扫描与某个状态相连的那些梯形图，其结果和扫描与主控触点相连接的那些梯形图是一样的。若该状态为1，相当于主控触点闭合；若该状态为0，相当于主控触点断开。下面以图4.1所示的部分用户程序为例，若该状态S21为1，则输出线圈Y15和Y13被接通，这时，输出线圈Y14断开。当状态S21的转移条件满足时，即开关量X20闭合，则状态S21停止工作，紧随其后的状态S22投入工作，这时，输出线圈Y15被置0，Y13仍为1。若常开触点M7断开，则输出线圈Y14仍为0；若常开触点M7闭合，则输出线圈Y14被置1。图4.1用SFC语言编制的用户程序4.2状态流程图的编制方法

1.简单流程的编程方法下面我们以一个具体实例来说明状态流程图的编制方法。例4.1根据图4.2所示的工艺过程，设计PLC控制程序。其中，动力头从原点出发，完成加工任务后，回到原点停下，即单周期运行。要求如下：(1)画出I/O连接图；(2)画出状态转移图(流程图)；(3)画出梯形图；(4)上机调试直至满足控制要求；