1、Date:yyyy-M-d Page:1三菱三菱FX3U系列系列PLC应用技术应用技术Date:yyyy-M-d Page:2第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.1 PLC的产生与发展 1.1.1 PLC的产生与定义 1.1.2 PLC的特点 1.1.3 PLC的发展 1.2 PLC的组成及工作原理 1.2.1 PLC的基本组成 1.2.2 PLC的循环扫描原理 1.2.3 PLC与继电接触器的区别Date:yyyy-M-d Page:3第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.1.1 PLC的产生与定义的产生与定义 1968年美国通用汽车公司年美国通用汽车公司（GM）公
2、开招标，要求用新的控制装公开招标，要求用新的控制装置取代机电控制盘以改善生产。公司提出十项指标：置取代机电控制盘以改善生产。公司提出十项指标：1 1）编程简单，可在现场修改程序；）编程简单，可在现场修改程序；2 2）维护方便，采用插件式结构；）维护方便，采用插件式结构；3 3）可靠性高于继电器控制系统；）可靠性高于继电器控制系统；4 4）体积小于继电器控制系统；）体积小于继电器控制系统；5 5）数据可以直接送入计算机；）数据可以直接送入计算机；7 7）输入可为市电；）输入可为市电；8 8）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、接触器等；）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、接触器等；10 10）用户存储
3、器容量大于）用户存储器容量大于4K4K字节。字节。9 9）通用性强、易于扩展；）通用性强、易于扩展；6 6）成本可与继电器控制系统竞争；）成本可与继电器控制系统竞争；1PLC的产生的产生1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:4第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 1969年美国数字设备公司年美国数字设备公司（DEC）研制成功第一台可编程控制器研制成功第一台可编程控制器PDP14，有逻辑运算、定时、计算功能，称为，有逻辑运算、定时、计算功能，称为PLC（Programmable Logic Controller），），早期早期PLC采用存储程序指令
4、完成顺序控制而设计，仅具有逻采用存储程序指令完成顺序控制而设计，仅具有逻辑运算、计时、记数等顺序控制功能，用于开关量的控制。辑运算、计时、记数等顺序控制功能，用于开关量的控制。我国从我国从1974年开始可编程序控制器的研制，年开始可编程序控制器的研制，1977年开始投入工业应用。年开始投入工业应用。1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:5第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述PLC的定义的定义 “可编程控制器是一种数字运算操作的电子装置，专为在可编程控制器是一种数字运算操作的电子装置，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其工业
5、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的外围设备，都型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体、易于扩展其功能的原则应按易于工业控制系统联成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。设计。”1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:6第一章第一章 可编程控制器
6、概述可编程控制器概述PLC的分类的分类按按I/O点数：点数：PLC可分为小型、中型、大型等。可分为小型、中型、大型等。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PLCPLCI/OI/O点数为点数为256256点以下的为小型点以下的为小型PLCPLC，I/OI/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。I/OI/O点数为点数为20482048以上的为大型以上的为大型PLCPLCI/OI/O点数超过点数超过81928192点的为超大型点的为超大型PLCPLC。1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yy
7、yy-M-d Page:7第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述按结构形式，按结构形式，PLC可分为整体式、模块式、紧凑式等可分为整体式、模块式、紧凑式等 整体式整体式 模块式模块式紧凑式紧凑式1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:8第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述低档低档PLCPLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，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出、算术运算、数据传送和比较、通信等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。功能。中档中档
8、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/输出、算术运算、数据传输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程送和比较、数制转换、远程I/OI/O、子程序、通信联网等功能。有些还、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、增设中断、PIDPID控制等功能。控制等功能。高档高档PLCPLC 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函数运算、制表及表格传送等。高档算、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PLCPLC机具有更强的通信联网功
9、能。机具有更强的通信联网功能。1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:9第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述（1 1）可靠性高，抗干扰能力强）可靠性高，抗干扰能力强 （2 2）编程简单，设计施工周期短）编程简单，设计施工周期短 （3 3）控制程序可变，硬件配置方便）控制程序可变，硬件配置方便 （4 4）功能完善）功能完善 （5 5）体积小、重量轻、功耗低）体积小、重量轻、功耗低 综上所述，综上所述，PLC的优越性能使其在工业上得到迅速普及。目前，的优越性能使其在工业上得到迅速普及。目前，PLC在家庭、建筑、电力、交通、商业等众多领域也得到了广泛的应
10、在家庭、建筑、电力、交通、商业等众多领域也得到了广泛的应用。用。1.1 PLC的产生与发展的产生与发展1.1.2 PLC的特点的特点Date:yyyy-M-d Page:10第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 从从1969年第一台年第一台PLC问世至今，它的发展大致可以分为以下问世至今，它的发展大致可以分为以下几个阶段：几个阶段：19701980年：年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计位机型、通用计算机型、单板机型等），
11、但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展推广。结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展推广。PLC的原的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。1.1 PLC的产生与发展的产生与发展1.1.3 PLC的发展的发展Date:yyyy-M-d Page:11第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述19801990年：年：PL
12、C的普及阶段。在这一阶段，的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益的生产规模日益扩大，价格不断下降，扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了品种开始系列化，并且形成了I/O点型、基本单元加扩展块型、模块点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有F、F1、F2小型小型PLC系列产品，系列产品，K/A系列
13、中、大型系列中、大型PLC产品等。产品等。1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:12第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述19902000年，年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，子技术的进步，PLC的功能日益增强，的功能日益增强，PLC的的CPU运算速度大幅度上运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，的应用范围由单一的顺序控制
14、向现场控制拓展。此外，PLC的体的体积大幅度缩小，出现了各类微型化积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品。三菱公司本阶段的主要产品有有FX小型小型PLC系列产品，系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型系列中，大型PLC系列产品系列产品等。等。1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:13第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述2000年至今：年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进
15、步。一方面，的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。网络，为工厂自动化奠定了基础。1.1 PLC的产生与发
16、展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:14第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 PLC从产生到现在已经经历了几十年的发展，实现了从简单逻辑控从产生到现在已经经历了几十年的发展，实现了从简单逻辑控制到运动控制、过程控制、数据处理和联网通信的发展。目前，制到运动控制、过程控制、数据处理和联网通信的发展。目前，PLC的的发展趋势主要体现在规模化、高性能、多功能、模块智能化、网络化、发展趋势主要体现在规模化、高性能、多功能、模块智能化、网络化、标准化等几个方面。标准化等几个方面。1 1）、产品规模向大、小两个方向发展）、产品规模向大、小两个方向发展2 2）、高性能、高速度、大容
17、量发展）、高性能、高速度、大容量发展3 3）、模块智能化发展）、模块智能化发展4 4）、网络化发展）、网络化发展5 5）、标准化发展）、标准化发展1.1 PLC的产生与发展的产生与发展Date:yyyy-M-d Page:15第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 可编程序控制器是专为工业环境下的应用而设计的工业计算机，通常由基可编程序控制器是专为工业环境下的应用而设计的工业计算机，通常由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能模块组成，本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能模块组成，特殊功能单元是一些特殊用特殊功能单元是一些特殊用途的装置。途
18、的装置。基本单元内设基本单元内设CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O和和电源等，是电源等，是PLCPLC的主要部分，可独立工作的主要部分，可独立工作 扩展单元内设电源，用于扩展单元内设电源，用于扩展扩展I/OI/O点数点数 扩展模块用于增加扩展模块用于增加I/OI/O点点数和数和I/OI/O点数比例，内无电源，点数比例，内无电源，由基本单元和扩展单元供电由基本单元和扩展单元供电1.2.1 PLC的基本组成的基本组成Date:yyyy-M-d Page:16第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 可编程序控制器主要由中央处理器可编程序控
19、制器主要由中央处理器CPU、存储器、输入输出接口、电源、存储器、输入输出接口、电源及编程器等外围设备组成。及编程器等外围设备组成。Date:yyyy-M-d Page:17第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 CPU是是PLC的核心部件，作用在的核心部件，作用在PLC中类似与人体的神经中枢，整个中类似与人体的神经中枢，整个PLC的工作过程都是在的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。的统一指挥和协调下进行的。CPU用扫描的方用扫描的方式读取输入装置的状态或数据，在生产厂家预先编制的系统程序控制下，式读取输入装置的状态或数据，在生产
20、厂家预先编制的系统程序控制下，完成用户程序所设计的完成用户程序所设计的逻辑逻辑或算术运算任务，并根据处理结果控制输出设或算术运算任务，并根据处理结果控制输出设备实现输出控制。备实现输出控制。存储器是存放程序和数据的地方。可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器是存放程序和数据的地方。可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用于存放系统工作程序、模块化应用存储器和用户存储器。系统程序存储器用于存放系统工作程序、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序调用管理等程序及各种系统参数，一般功能子程序、命令解释、功能子程序调用管理等程序及各种系统参数，一般采用只读存储器采用
21、只读存储器ROM（PROM）。用户存储器用于存放用户编制的控制程）。用户存储器用于存放用户编制的控制程序。分为随机存储器（序。分为随机存储器（CMOSRAM）、光可擦写只读存储器（）、光可擦写只读存储器（EPROM）以）以及电可擦写只读存储器（及电可擦写只读存储器（EEPROM）等。）等。Date:yyyy-M-d Page:18第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理输入输入/输出（输出（I/OI/O）接口）接口是是PLC与被控对象间传递输入输出信与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。输入部件是开号的接口部件。输入部件是开关、按钮、传感器
22、等。输出部关、按钮、传感器等。输出部件是电磁阀、接触器、继电器。件是电磁阀、接触器、继电器。由于现场信号的类别不同，为由于现场信号的类别不同，为适应控制的需要，适应控制的需要，PLC I/O具具有不同的类别。输入输出接口有不同的类别。输入输出接口有开关量输入输出接口、模拟有开关量输入输出接口、模拟量输入输出接口。量输入输出接口。Date:yyyy-M-d Page:19第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 外部设备外部设备 PLC可配有编程器、外部存储器、打印机、可配有编程器、外部存储器、打印机、EPROM写入器、写入器、高分辨率屏幕彩色
23、图形监控系统等外部设备。高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。电源电源 PLCPLC内部配有一个专用开关式稳压电源，可将内部配有一个专用开关式稳压电源，可将PLCPLC外部连接的电源电压外部连接的电源电压转化为转化为CPUCPU、存储器、输入输出接口等电路工作所需的直流电源，并为外部输入、存储器、输入输出接口等电路工作所需的直流电源，并为外部输入元件提供元件提供24V24V直流电源。需要注意的是，直流电源。需要注意的是，PLCPLC负载的电源是由用户另外提供的。负载的电源是由用户另外提供的。Date:yyyy-M-d Page:20第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC
24、的组成及工作原理的组成及工作原理1.2.2 PLC的循环扫描原理的循环扫描原理PLC运行程序时，会从第一条用户程序开始，在无跳转的情况下，按顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束，然后再从头开始执行，并周而复始的重复直到停机或从运行状态切换到停止状态。Date:yyyy-M-d Page:21第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序，实现控制任务。可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序，实现控制任务。CPU在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映在
25、每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；然后根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理结果像寄存器区域；然后根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理结果送到输出映像寄存器区域，在每个扫描周期结束时，送入输出模块。送到输出映像寄存器区域，在每个扫描周期结束时，送入输出模块。Date:yyyy-M-d Page:22第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理循环扫面的工作过程循环扫面的工作过程 每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期，在一个扫描周期内可编程控制每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期
26、，在一个扫描周期内可编程控制器工作过程分为三个阶段：器工作过程分为三个阶段：1 1输入采样输入采样 可编程控制器把所有外部输入电路的接通可编程控制器把所有外部输入电路的接通/断开断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。状态读入输入映像寄存器。2 2程序执行程序执行 在没有跳转指令时，在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，行用户程序，直到用户程序结束之处。并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入对应的元件映像寄存器中。运算的结果写入对应的元件映像寄存器中。3 3输出刷
27、新输出刷新 CPU将输出映像寄存器的将输出映像寄存器的“0”/“1”状态传送到输出锁存器。状态传送到输出锁存器。Date:yyyy-M-d Page:23第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理1 1在组成器件方面在组成器件方面 继电继电接触器控制电路是由各种真正的硬件继电器组成，硬件继电器触头易磨接触器控制电路是由各种真正的硬件继电器组成，硬件继电器触头易磨损。而损。而PLC梯形图则由许多所谓软继电器组成。这些软继电器实质上是存储器中的梯形图则由许多所谓软继电器组成。这些软继电器实质上是存储器中的每一位触发器，可以置每一位触发器，可以置“0
28、”或置或置“1”，而软继电器则无磨损现象。，而软继电器则无磨损现象。2 2在工作方式方面在工作方式方面 继电继电接触器控制电路工作时，电路中硬件继电器都处于受控状态，凡符合条接触器控制电路工作时，电路中硬件继电器都处于受控状态，凡符合条件吸合的硬件继电器都处于吸合状态，受各种制约条件不应吸合的硬件继电器都同件吸合的硬件继电器都处于吸合状态，受各种制约条件不应吸合的硬件继电器都同时处于断开状态，属于时处于断开状态，属于“并行并行”的工作方式。的工作方式。PLC梯形图中各软继电器都处于周期梯形图中各软继电器都处于周期循环扫描工作状态，受同一条件制约的各个软继电器的线圈工作和它的触电的动作循环扫描工
29、作状态，受同一条件制约的各个软继电器的线圈工作和它的触电的动作并不同时发生，属于并不同时发生，属于“串行串行”的工作方式。的工作方式。1.2.3 PLC与继电接触器的区别与继电接触器的区别Date:yyyy-M-d Page:24第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 继电继电接触器控制电路是依靠硬线接线来实施控制功能的，其控制功能通常是接触器控制电路是依靠硬线接线来实施控制功能的，其控制功能通常是不变的，当需要改变控制功能时必须从新接线。不变的，当需要改变控制功能时必须从新接线。PLC控制电路是采用软件编程来实控制电路是采用软件编程来实现控制，可做在线修改，控制功能可根据实际要求灵活实施。现控制，可做在线修改，控制功能可根据实际要求灵活实施。3 3在元件触点数量方面在元件触点数量方面 继电继电接触器控制线路的硬件触点数量是有限的，一般只有接触器控制线路的硬件触点数量是有限的，一般只有48对。对。PLC梯梯形图中软继电器的触点数量无限，在编程时可无限次使用。形图中软继电器的触点数量无限，在编程时可无限次使用。4 4控制电路实施方式不同控制电路实施方式不同Date:yyyy-M-d Page:25第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述
