1、可编程控制器原理与应用可编程控制器原理与应用1可编程控制器基础可编程控制器基础1.11.1可编程控制器概述可编程控制器概述（了解）（了解）1.1.2 2PLCPLC的基本工作原理的基本工作原理（了解）（了解）1.31.3可编程控制器的硬件系统可编程控制器的硬件系统（重点）（重点）1.41.4PLCPLC的软件系统的软件系统（重点、难点）（重点、难点）目目 录录第第1-21-2章：章：1可编程控制器可编程控制器基础基础1.11.1可编程控制器概述可编程控制器概述 可编程控制器（可编程控制器（Programmable Controller）的英）的英文缩写是文缩写是PC，容易同个人计算机（，容易同
2、个人计算机（Personal Computer）混淆，因此通常都称其为）混淆，因此通常都称其为PLC（Programmable Logic Controller）。）。PLC是在继电器控制基础上以微处理器为核心，是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而将自动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前PLC已已基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自领域中最重要、应用最多的控制装
3、置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。设计与制造）的首位。1.1.1 可编程控制器的产生可编程控制器的产生 继电器控制系统用硬件实现控制程序，当产品更继电器控制系统用硬件实现控制程序，当产品更新时，必须改变相应的器件和接线。现代社会制新时，必须改变相应的器件和接线。现代社会制造工业迫切需要一种新的更先进的造工业迫切需要一种新的更先进的“柔性柔性”的控的控制系统来取代。制系统来取代。20世纪世纪60年代末，美国通用汽车公司（年代末，美国通用汽车公司（GM）希望）希望有一种有一种“柔性柔性”的汽车制造生产线来
4、适应汽车型的汽车制造生产线来适应汽车型号不断更新的要求，号不断更新的要求，GM提出提出10条要求，并公开向条要求，并公开向制造商招标。制造商招标。美国数字设备公司（美国数字设备公司（DEC）根据以上要求，于）根据以上要求，于1969年研制出了第一台可编程控制器年研制出了第一台可编程控制器PDP14，并在美国通用汽车公司的生产线上取得了成功。并在美国通用汽车公司的生产线上取得了成功。它用计算机的软组件的逻辑编程成功取代了继电它用计算机的软组件的逻辑编程成功取代了继电器控制的硬接线编程，生产硬设备的生产线是器控制的硬接线编程，生产硬设备的生产线是“柔性柔性”的愿望终于实现了的愿望终于实现了。1.1
5、.2PLC的特点的特点 初期：用来替代继电器控制，进行开关量逻辑控制。初期：用来替代继电器控制，进行开关量逻辑控制。70年后：随着微电子技术、计算机技术的发展，年后：随着微电子技术、计算机技术的发展，PLC以单片机或其它以单片机或其它16位、位、32位的微处理器作为主位的微处理器作为主控芯片，输入控芯片，输入/输出等电路也采用输出等电路也采用LSI(Large-scale integration,大规模集成电路大规模集成电路)或或VLSI,功能有功能有了突飞猛进的发展。了突飞猛进的发展。PLC除有开关量控制外，还具除有开关量控制外，还具有数据处理、数据通信、模拟量控制和有数据处理、数据通信、模
6、拟量控制和PID调节等功调节等功能。能。80年：年：NEMA（美国电气制造商协会）将命名中的（美国电气制造商协会）将命名中的“逻辑逻辑”一词摘掉，称为一词摘掉，称为Programmable Controller。定义：定义：PC是一种数字式的电子装置，它使用可编程是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。PLC有如下有如下特点：特点：（1）可靠性高
7、，抗干扰能力强）可靠性高，抗干扰能力强 采用采用LSI（大规模集成电路（大规模集成电路)，开关是无触点的，而硬继电，开关是无触点的，而硬继电器用的是机械触点开关，可靠程度无法比拟。软硬件抗干器用的是机械触点开关，可靠程度无法比拟。软硬件抗干扰措施：扰措施：硬件：器件筛选和老化。电路采用光电隔离器，隔断硬件：器件筛选和老化。电路采用光电隔离器，隔断I/O电路与内部电路的直流通路，抑制外部干扰源的影响。电电路与内部电路的直流通路，抑制外部干扰源的影响。电源采取屏蔽、稳压、保护等措施。设置源采取屏蔽、稳压、保护等措施。设置“看门狗看门狗”（watchdog）电路，能把走飞程序拉回来（自动恢复）。）电
8、路，能把走飞程序拉回来（自动恢复）。结构上采用耐热、密封、防潮、防尘和抗振的外壳封装结构上采用耐热、密封、防潮、防尘和抗振的外壳封装,适应恶劣工业环境。适应恶劣工业环境。软件：数字滤波、故障检测与诊断，自动扫描，出错自动软件：数字滤波、故障检测与诊断，自动扫描，出错自动处理处理(报警、保护数据和封锁输出报警、保护数据和封锁输出)。采用。采用EEPROM（电电擦擦除可编程只读存储器）保护断电后用户程序和数据不会丢除可编程只读存储器）保护断电后用户程序和数据不会丢失。采用循环扫描的方式。失。采用循环扫描的方式。（2）编程软件，简单易学）编程软件，简单易学 从清晰直观的继电器控制线路演化过来的梯形图
9、从清晰直观的继电器控制线路演化过来的梯形图程序易学易懂，易修改，深受电器工作人员的欢程序易学易懂，易修改，深受电器工作人员的欢迎。迎。（3）适应性好，具有柔性）适应性好，具有柔性 生产工艺或设备改变时，不必改变硬设备，只需生产工艺或设备改变时，不必改变硬设备，只需改变相应的软件就可满足新的控制要求。产品已改变相应的软件就可满足新的控制要求。产品已标准化、系列化和模块化，以适应不同的控制要标准化、系列化和模块化，以适应不同的控制要求。求。（4）功能完善，接口多样）功能完善，接口多样 除基本单元外，还可选配各种特殊适配器，满足除基本单元外，还可选配各种特殊适配器，满足不同的需要，如数字量不同的需要
10、，如数字量/模拟量输入输出，定时计模拟量输入输出，定时计数，数，A/D与与DA转换，数据处理，通信联网等转换，数据处理，通信联网等功能。功能。（5）易于操作，维护方便）易于操作，维护方便 安装方便：具有安装方便：具有DIN标准导轨安装用卡扣。标准导轨安装用卡扣。连接方便：具有输入连接方便：具有输入/输出端子排，只要用螺丝刀输出端子排，只要用螺丝刀就可以与不同的控制设备连接。就可以与不同的控制设备连接。调试方便：输入信号可用开关来模拟，输出信号调试方便：输入信号可用开关来模拟，输出信号可观察面板发光二极管。可观察面板发光二极管。维护方便：完善的自诊断功能和运行故障指示装维护方便：完善的自诊断功能
11、和运行故障指示装置。置。（6）体积小、重量轻、功耗低）体积小、重量轻、功耗低 产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。如如FX1S20MT型型PLC：外形尺寸：外形尺寸：75mm90mm87mm，重量：重量：400g，功耗：，功耗：20W。这种迷你型。这种迷你型PLC很容很容易嵌入机械设备内部，是实现机电一体化的理想易嵌入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。控制设备。1.1.3PLC的的应用应用 PLC的主要应用有以下的主要应用有以下5个方面。个方面。（1）开关量逻辑控制）开关量逻辑控制 是是PLC最基本的应用，即用最基本的应用，即用PLC取代传统
12、的继电取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。（2）模拟量过程控制）模拟量过程控制 控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等均为模拟量。通过各种传流量、液位、电压和电流等均为模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过A/D模模块将它们转换为数字量送块将它们转换为数字量送PLC内部内部CPU处理，处理后处理，处理后的数字量再经过的数字量再经过D/A转换为模拟量进行输出控制。转换为模拟量进行输出控制。（3）机械件位置控制）机械件位
13、置控制 用专用的位置控制模块来控制步进电机或伺服电机用专用的位置控制模块来控制步进电机或伺服电机,实现对各种机械构件的运动控制实现对各种机械构件的运动控制,如速度、位移、方如速度、位移、方向等。典型应用有：机器人的运动控制、机械手的位向等。典型应用有：机器人的运动控制、机械手的位置控制、电梯运动控制等；置控制、电梯运动控制等；PLC还可与计算机数控（还可与计算机数控（CNC）装置组成数控机床，以数字控制方式控制零件）装置组成数控机床，以数字控制方式控制零件的加工、金属的切削等等，实现了高精度的的加工、金属的切削等等，实现了高精度的加工。加工。（4）现场数据采集处理）现场数据采集处理 可以方便地
14、对生产现场的数据进行采集、分析和可以方便地对生产现场的数据进行采集、分析和加工处理。加工处理。（5）通信联网、多级控制）通信联网、多级控制 PLC与与PLC之间、之间、PLC与上位计算机之间通信与上位计算机之间通信,要采用专用通信模块，并利用要采用专用通信模块，并利用RS232C或或RS-422A接口，用双绞线或同轴电缆或光缆将它们联成网络。接口，用双绞线或同轴电缆或光缆将它们联成网络。1.1.4 PLC的分类的分类 可以按照结构形式、可以按照结构形式、I/O点数和功能两种形式分类。点数和功能两种形式分类。1.按结构形式分类按结构形式分类 PLC可分为整体式和模块式两种。可分为整体式和模块式两
15、种。（1）整体式）整体式 将将CPU、存储器、存储器、IO和电源等部件集中于一体，和电源等部件集中于一体，安装在一个金属或塑料的机壳的基本单元内，机壳安装在一个金属或塑料的机壳的基本单元内，机壳的上下两侧是输入输出接线端子，并配有反映输入的上下两侧是输入输出接线端子，并配有反映输入输出状态的微型发光二极管。输出状态的微型发光二极管。整体式结构的整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小巧、具有结构紧凑、体积小巧、重量轻、价格低的优势，适用于嵌入控制设备的内重量轻、价格低的优势，适用于嵌入控制设备的内部，常用于单机控制。一般小型以下部，常用于单机控制。一般小型以下PLC多采用这多采用这种结构，如三菱
16、公司的种结构，如三菱公司的FX2N、FX0N、FX1S系列系列(见图见图1)。图图1三菱三菱FX1S系列系列PLC（2）模块式）模块式 把各个组成部分把各个组成部分CPU、I/O、电源等分开，做、电源等分开，做成各自独立的模块，各模块做成插件式，插入机成各自独立的模块，各模块做成插件式，插入机架底板的插座上。架底板的插座上。图图2三菱三菱A2NQ系列系列PLC 可按照控制要求，选用不同档次的可按照控制要求，选用不同档次的 CPU模块、各模块、各种种I/O模块和其它特殊模块，构成不同功能的控制模块和其它特殊模块，构成不同功能的控制系统。系统。模块式结构的模块式结构的PLC具有配置灵活、组装方便，
17、扩展具有配置灵活、组装方便，扩展容易。其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、容易。其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、中型中型PLC都采用这种结构，如三菱都采用这种结构，如三菱A2NQ系列系列PLC。2.按按I/O点数和功能分类点数和功能分类 按按I/O点数、内存容量和功能来分，点数、内存容量和功能来分，PLC可分为微型、可分为微型、小型、中型、大型和超大型五类，如表小型、中型、大型和超大型五类，如表1所示。所示。小型小型PLC的存储器容量一般在的存储器容量一般在2KB4KB之间，之间，I/O点数一般在点数一般在64128之间。小型之间。小型PLC具有逻辑运算、具有逻辑运算、定时和计数等
18、功能，适合于开关量控制、定时和计定时和计数等功能，适合于开关量控制、定时和计数控制等场合，常用于代替继电器控制的单机线路数控制等场合，常用于代替继电器控制的单机线路中。中。表表1 PLC的分类的分类类型类型I/O点数点数存储容量存储容量(KB)机型机型微型微型642三菱三菱FX1S系列系列小型小型64 1282 4 三菱三菱FX2N系列系列中型中型128 5 5124 16三菱三菱A1N系列系列大型大型512 8 819216 64三菱三菱A3N系列系列超大型超大型819264西门子西门子SU-1553.各种类型的各种类型的PLC FX2N型型PLC外观外观输入端子输入信号灯输出端子输出信号灯
19、编程电缆运行开关电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯扩展端口锂电池图3 FX2N型PLC的外形1.1.5 我国市场上的我国市场上的PLC现状现状1.我国市场上主要的生产厂家及我国市场上主要的生产厂家及PLC产品：产品：（1）德国西门子公司：主要有）德国西门子公司：主要有SIMARIC S7400/300/200系列产品等；系列产品等；（2）美国）美国AB（罗克韦尔）公司：主要有（罗克韦尔）公司：主要有SLC 500系列、系列、PLC系列等；系列等；（3）施耐德公司：主要有）施耐德公司：主要有icro、uantum、remium、omentum等；等；（4）美国）美国GE公司：主要有公司：主
20、要有SERIES、GE9070、GE9030系列等；系列等；（5）日本欧姆龙公司：主要有）日本欧姆龙公司：主要有CPMIA、C200H、CQMI等；等；（6）日本三菱公司：主要有）日本三菱公司：主要有F1、F2、FX1、FX2、FX2N（FX系列），系列），A系列，系列，QnA系列和系列和Q系列等；系列等；（7）日本松下电工：代表产品主要有）日本松下电工：代表产品主要有FP0、FP1等；等；（8）日本东芝、富士电机等公司产品。）日本东芝、富士电机等公司产品。2.各公司各公司PLC产品编程软件的应用产品编程软件的应用 （1）西门子）西门子S7200系列：系列：编程软件：编程软件：STEPMicr
21、o/WIN32；软件有两套指令集：软件有两套指令集：SIMARIC指令集（指令集（S7200方式）和国际标准指令集（方式）和国际标准指令集（IEC11313方式）。方式）。（2）欧姆龙）欧姆龙CPMIA系列：系列：编程软件：编程软件：CPMIA （简易编程器和专用编程（简易编程器和专用编程软件）；软件）；OMRON的编程软件：的编程软件：CPT（SYSMACCPT）、）、CXP（CXProgrammer）；）；CXP是后开发的编程软件，支持是后开发的编程软件，支持CS1系列、系列、CV系列和系列和C系列系列OMRON PLC。（3）三菱）三菱FX2N系列：系列：编程软件：编程软件：一是一是FX
22、GP/WINC编程软件包：专门用于编程软件包：专门用于FX系列系列PLC的编的编程；程；可用梯形图、指令表或者是可用梯形图、指令表或者是SFC（状态转移图）进行编程。（状态转移图）进行编程。二是二是GX开发器：包括编程软件开发器：包括编程软件GXDeveloper（GPPW）和仿真软件和仿真软件GXSimulator（LLT）。）。可以为可以为FX/A/QnA/Q系列系列PLC编辑程序和模拟仿真。编辑程序和模拟仿真。（4）松下电工）松下电工FP1系列：系列：编程工具：编程工具：FP手持编程器手持编程器II和配套编程软件；和配套编程软件；编程软件：编程软件：FPWINGR（中英两个版本）和（中英
23、两个版本）和FPSOFT（英（英文版本）。文版本）。（5）AB公司公司PLC5系列：系列：罗克韦尔软件（罗克韦尔软件（ROCKWELL SOFTWARE）公司提供的软）公司提供的软件系统，包括：件系统，包括：一是通信软件一是通信软件RS Linx：与其他软件建立通信联系；：与其他软件建立通信联系；二是控制逻辑编程软件二是控制逻辑编程软件RS Logix；三是人机界面软件三是人机界面软件RS View 32；四是仿真调试软件四是仿真调试软件RS Emulate。1.1.6 PLC1.1.6 PLC的主要技术指标的主要技术指标 PLC的主要性能的可以按照以下6种指标来描述。1.I/O总点数 指PL
24、C输入信号和输出信号的数量,也就是输入、输出的端子数总和。注意:电源、COM等端子不能作为I/O端子计入。I/O总点数是描述PLC性能的重要指标。2.存储容量 指用户程序存储器的容量,即用户RAM的存储容量。指令是按“步”存放的,一“步”占用一个地址单元。所以1步步2字节字节3.扫描速度 指PLC扫描1000步指令所需的时间，以毫秒毫秒/千步千步为单位，也有用s/步步为单位。4.内部寄存器 PLC内部寄存器用以存放输入/输出变量的状态、逻辑运算的中间结果、定时器/计数器的数据。内部寄存器的种类多少、容量大小,将影响到用户编程的效率。5.编程语言与指令系统 有梯形图、助词符、SFC（Sequen
25、tial Function Chart）以及高级语言等。在PLC的指令系统中,包含的指令种类越多,其功能就越强。6.特殊功能模块 PLC除了基本单元外,还可选配各种特殊功能模块。特殊功能模块的种类多少、功能强弱是衡量PLC技术水平高低的一个重要指标。1.2PLC的基本工作原理的基本工作原理 1.2.1 PLC的工作方式的工作方式 PLC采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集中进行输出刷新。集中进行输出刷新。I/O映像区分别存放执行程序映像区分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中各结果的状态。之前的各输入状态和执行过程中各结果的状态。1.PLC循
26、环扫描工作方式循环扫描工作方式 一般包括五个阶段：一般包括五个阶段：内部处理与自诊断内部处理与自诊断 与外设进行通信处理与外设进行通信处理 输入采样输入采样 用户程序执行用户程序执行 输出刷新。输出刷新。PLCPLC的基本工作原理的基本工作原理如图所示：如图所示：方式开关置方式开关置STOP:只执行前只执行前2个阶段，即只作内个阶段，即只作内部处理与自诊断与外设进行通信处理；部处理与自诊断与外设进行通信处理；方式开关置方式开关置RUN:将执行所有阶段。将执行所有阶段。上电复位时，上电复位时，PLC首先作内部初始化处理，清首先作内部初始化处理，清除除I/O映像区中的内容；接着作自诊断，检测存映像
27、区中的内容；接着作自诊断，检测存储器、储器、CPU及及I/O部件状态，确认其是否正常；部件状态，确认其是否正常；再进行通信处理，完成各外设（编程器、打印再进行通信处理，完成各外设（编程器、打印机等）的通信连接；还将检测是否有中断请求，机等）的通信连接；还将检测是否有中断请求，若有则作相应中断处理。在此阶段可对若有则作相应中断处理。在此阶段可对PLC联联机或离线编程，如实验时的编程阶段。上述阶机或离线编程，如实验时的编程阶段。上述阶段确认正常后，并且段确认正常后，并且PLC方式开关置于方式开关置于RUN位位置时，置时，PLC才进入独特的循环扫描，即周而复才进入独特的循环扫描，即周而复始的执行输入
28、采样、程序执行、输出刷新。始的执行输入采样、程序执行、输出刷新。（1）输入采样阶段）输入采样阶段 CPU顺序扫描每个输入端，顺序读取输入端的状顺序扫描每个输入端，顺序读取输入端的状态，并将其存入输入映像区单元中。态，并将其存入输入映像区单元中。图图1.2 RUN状态下扫描过程状态下扫描过程 采样结束后，输入映像区被刷新，其内容将被锁存采样结束后，输入映像区被刷新，其内容将被锁存而保持着，并将作为程序执行时的条件。当进入程而保持着，并将作为程序执行时的条件。当进入程序执行阶段后，若输入端又发生变化，则输入映像序执行阶段后，若输入端又发生变化，则输入映像区相应单元保存的信息，因被输入锁存器隔离而不
29、区相应单元保存的信息，因被输入锁存器隔离而不会跟着改变。只有在下一个扫描周期的输入采样阶会跟着改变。只有在下一个扫描周期的输入采样阶段，输入端信息才会被输入锁存器再次送入输入映段，输入端信息才会被输入锁存器再次送入输入映像区的单元中。因此，为了保证输入脉冲信号能被像区的单元中。因此，为了保证输入脉冲信号能被正确读入，要求脉宽必须大于一个扫描周期。正确读入，要求脉宽必须大于一个扫描周期。（2）程序执行阶段）程序执行阶段 CPU从用户程序第从用户程序第0步开始，顺序逐条扫描用户梯形步开始，顺序逐条扫描用户梯形图程序。扫描每支梯形图，总是按图程序。扫描每支梯形图，总是按先上后下、先左先上后下、先左后
30、右后右的顺序对由接点构成的控制线路进行逻辑运算。的顺序对由接点构成的控制线路进行逻辑运算。这里接点就是这里接点就是I/O映像区存储单元，由于它对应的是映像区存储单元，由于它对应的是输入端的状态，所以把它称为输入端的状态，所以把它称为接点接点（软触点）。（软触点）。以接点数据为条件，根据用户程序进行逻辑运算，以接点数据为条件，根据用户程序进行逻辑运算，并把运算结果存入输出映像区单元中。在程序执行并把运算结果存入输出映像区单元中。在程序执行阶段，只有输入端在阶段，只有输入端在I/O映像区存放的输入采样值不映像区存放的输入采样值不会发生改变，而其它各软组件和输出点在会发生改变，而其它各软组件和输出点
31、在I/O映像区映像区的状态和数据都有可能随着程序的执行而变化。的状态和数据都有可能随着程序的执行而变化。请请注意：注意：PLC非并行工作的特点，在程序的执行过程非并行工作的特点，在程序的执行过程中，上面逻辑行中线圈状态的改变，会对其下面逻中，上面逻辑行中线圈状态的改变，会对其下面逻辑行中对应的接点状态起作用。反之，排在下面的辑行中对应的接点状态起作用。反之，排在下面的逻辑行中线圈状态的改变，只能等到下一个扫描周逻辑行中线圈状态的改变，只能等到下一个扫描周期才能对其上面逻辑行对应此线圈的接点状态起作期才能对其上面逻辑行对应此线圈的接点状态起作用。用。（3）输出刷新阶段）输出刷新阶段 CPU将输出
32、映像区的状态信息转存到输出锁存器中，将输出映像区的状态信息转存到输出锁存器中，刷新其内容，改变输出端子的状态，再通过输出驱刷新其内容，改变输出端子的状态，再通过输出驱动电路驱动被控外设（负载），这才是动电路驱动被控外设（负载），这才是PLC的实际的实际输出。输出。1.3可编程控制器的硬件系统可编程控制器的硬件系统 PLC是专为工业控制而设计，采用了典型的是专为工业控制而设计，采用了典型的计算机结构，主要由计算机结构，主要由CPU、存储器、采用扫描方、存储器、采用扫描方式工作的式工作的I/O接口电路和电源等组成。接口电路和电源等组成。图图1.3 PLC硬件系统结构框图硬件系统结构框图 1.3.1
33、PLC的工作方式的工作方式 1.微处理器（微处理器（CPU）CPU由控制器、运算器和寄存器组组成，大多用由控制器、运算器和寄存器组组成，大多用8位、位、16位和位和32位微处理器或单片机作为主控芯片，是系统位微处理器或单片机作为主控芯片，是系统的控制的控制/运算中心，其它部件，如运算中心，其它部件，如ROM、RAM和和I/O部部件等都是通过件等都是通过3总线总线AB、DB和和CB挂靠在挂靠在CPU上的。上的。2.存储器（存储器（ROM和和RAM）ROM（Read Only Memory）:存放系统程序，相当存放系统程序，相当于通用计算机中的于通用计算机中的BIOS。EPROM（Erasable
34、 ROM）:可擦除可编程只读存储可擦除可编程只读存储器。器。EEPROM（Electrical EPROM）：电擦除可编程只）：电擦除可编程只读存储器。正常运行时，和普通读存储器。正常运行时，和普通RAM一样，可随机读一样，可随机读写，又能像写，又能像ROM那样断电后具有信息的非易失性。那样断电后具有信息的非易失性。RAM（Random Access Memory）：放用户应用程）：放用户应用程序。序。3.输入输入/输出（输出（IO）单元）单元 IO单元是单元是PLC与输入与输入/输出设备间信息传送的接输出设备间信息传送的接口。口。(1)为什么要用输入为什么要用输入/输出接口电路？输出接口电路
35、？数据锁存数据锁存向外设输出数据时的需要。向外设输出数据时的需要。电平隔离电平隔离使外设和使外设和CPU电路之间直流电平电路之间直流电平互不影响。互不影响。速度协调速度协调使外设和使外设和CPU之间，准备好后才之间，准备好后才传送数据。传送数据。数据变换数据变换串串/并变换、并并变换、并/串变换、串变换、A/D变换、变换、D/A变换等。变换等。（2）FX系列系列PLC基本单元输入电路基本单元输入电路 单元内部已有单元内部已有24V的直流电源，所以输入端子和的直流电源，所以输入端子和COM端间可接无电压开关，也可接端间可接无电压开关，也可接NPN型集电极开型集电极开路晶体管，输入接好后，对应的路
36、晶体管，输入接好后，对应的LED就会发亮。就会发亮。输入采用：输入采用：光电耦合器：耦合交流，隔离直流。光电耦合器：耦合交流，隔离直流。RC滤波器：防止输入干扰，引起滤波器：防止输入干扰，引起10ms的的I/O响应响应延迟。延迟。X000X017内置数字滤波器：可按功能内置数字滤波器：可按功能指令在指令在060ms范围内变动。范围内变动。输入电压输入电压/电流：电流：DC24V/7mA X010后：后：DC24V/5mA。为可靠起见，。为可靠起见，ON电流分别为：电流分别为：4.5mA/3.5mA OFF电流为：电流为：1.5mA。利用外接电源驱动光电开关等传感器时，要求利用外接电源驱动光电开
37、关等传感器时，要求外接电源的电压同内部电源电压相同；允许的范外接电源的电压同内部电源电压相同；允许的范围是：围是：DC24V4V。（3）FX系列系列PLC基本单元输出电路基本单元输出电路 输出继电器的输出触点接到输出继电器的输出触点接到PLC的输出端子上，的输出端子上，外部负载和工作电源与外部负载和工作电源与PLC的输出端子和公共端的输出端子和公共端子子COM相连，负载工作受相连，负载工作受PLC程序运行结果的控程序运行结果的控制。制。PLC输出形式输出形式:继电器输出、晶体管输出和晶闸管继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。输出。继电器输出继电器输出 优点：电压范围宽，导通压降小，价格也便宜，
38、优点：电压范围宽，导通压降小，价格也便宜，可控制交直流负载。可控制交直流负载。缺点：触点寿命短，断开有电弧，易产生干扰，缺点：触点寿命短，断开有电弧，易产生干扰，转换频率低，响应时间转换频率低，响应时间10ms。晶体管输出晶体管输出 籍光耦使晶体管截止或饱和控制负载，并对内部籍光耦使晶体管截止或饱和控制负载，并对内部电路和输出电路光电隔离。电路和输出电路光电隔离。最大负载：纯电阻负载最大负载：纯电阻负载0.5A/1点；考虑温度上升点；考虑温度上升的影响，要求总电流的影响，要求总电流0.8A/4点。点。优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，响优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，响应快，应快
39、，I/O响应时间为响应时间为0.2ms。缺点：价格高，过载能力差。缺点：价格高，过载能力差。晶闸管输出晶闸管输出 通过光触发双向晶闸管，使其截止或导通来控制通过光触发双向晶闸管，使其截止或导通来控制负载。负载。优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，可优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，可驱动交流负载。驱动交流负载。缺点：价格高，负载能力较差。缺点：价格高，负载能力较差。最大负载：纯电阻负载最大负载：纯电阻负载0.3A/1点。点。表表1.3 PLC的三种输出比较的三种输出比较 4.电源单元电源单元 PLC的内部有一高性能稳压电源，允许外部电源的内部有一高性能稳压电源，允许外部电源电压额定值
40、：电压额定值：1015。FX1S系列电源系列电源规格：规格：额定电压：额定电压：AC100240；电压允许范围：电压允许范围：AC35264；传感器电源：传感器电源：DC24V/400mA。一般小型一般小型PLC的电源包含在基本单元内，大中型的电源包含在基本单元内，大中型PLC才配有专用电源。才配有专用电源。PLC内部还带有锂电池后内部还带有锂电池后备电源。备电源。1.PLC扫描周期的定义扫描周期的定义 PLC全过程扫描一次所需的时间定为一个扫描周全过程扫描一次所需的时间定为一个扫描周期。上电复位后，首先要进行初始化工作，如自诊断期。上电复位后，首先要进行初始化工作，如自诊断、与外设通信等。当
41、、与外设通信等。当PLC方式开关置于方式开关置于RUN位置时，位置时，它才进入输入采样、程序执行、输出刷新，并不断循它才进入输入采样、程序执行、输出刷新，并不断循环重复执行后三个阶段，所以运行后的扫描周期相应环重复执行后三个阶段，所以运行后的扫描周期相应的要短一些。的要短一些。2.PLC扫描周期的计算扫描周期的计算 一个完整的扫描周期可由自诊断时间、通信时间、一个完整的扫描周期可由自诊断时间、通信时间、扫描扫描I/O时间和扫描用户程序时间相加得到。时间和扫描用户程序时间相加得到。自诊断时间：同型号的自诊断时间：同型号的PLC的自诊断时间通常是相的自诊断时间通常是相同的，如三菱同的，如三菱FX2
42、系列机自诊断时间为系列机自诊断时间为0.96ms。1.3.2 PLC的扫描周期的扫描周期通信时间通信时间:取决于连接的外设数量，若外设为零，则取决于连接的外设数量，若外设为零，则通信时间为通信时间为0秒。秒。扫描扫描I/O时间时间:等于扫描的等于扫描的I/O总点数与每点扫描速度总点数与每点扫描速度的乘积。的乘积。扫描用户程序时间扫描用户程序时间:等于基本指令扫描速度与所有基等于基本指令扫描速度与所有基本指令步数的乘积；对于扫描功能指令的时间，也同本指令步数的乘积；对于扫描功能指令的时间，也同样计算，功能指令扫描速度与指令步数可以查阅相关样计算，功能指令扫描速度与指令步数可以查阅相关用户手册。用
43、户手册。可见，可见，PLC控制系统固定后，扫描周期将主要随控制系统固定后，扫描周期将主要随着扫描用户程序时间的长短而增减。当机型确定后，着扫描用户程序时间的长短而增减。当机型确定后，扫描速度就确定了，扫描用户程序时间的长短将随着扫描速度就确定了，扫描用户程序时间的长短将随着用户梯形图程序的长短而增减了。用户梯形图程序的长短而增减了。例1.1 FX1S-30MT，其输入/输出点数为16/14，用户程序为2000步基本指令，PLC运行时不连接上位计算机等外设。I/O扫描速度为3.8S/点，用户程序的扫描速度取表1.5中0.7s步；自诊断所需的时间设为1ms，试计算一个扫描周期所需要的时间为多少？F
44、X系列机型基本指令扫描速度应用指令扫描速度FX0N1.6至3.6S/指令几十至几百S/指令FX1S0.55至0.7S/指令3.7至几百S/指令FX2N0.08S/指令1.52至几百S/指令表1.5几种典型PLC机型的指令扫描速度 解解：扫描30点I/O所需要的时间为：T13.8S/点30点=0.11ms 扫描2000步程序所需要的时间为：T20.7S步2000步=1.4ms 自诊断所需要的时间为：T31ms通信时间为：T40（不与外设通信）一个扫描周期为：TT1T2T3T40.1141.41ms2.5ms在实际使用中要精确计算PLC的扫描周期，也是比较麻烦的。特别是对于功能指令，逻辑条件满足与
45、否，执行时间各不相同。为了方便用户，FX系列PLC中，将扫描周期最大值、扫描周期最小值、扫描周期当前值和恒定扫描周期的值分别存入D8012、D8011、D8010和D8039四个特殊数据寄存器中。PLC运行时，用户可以用编程器查看、监控扫描周期的大小及变化。数据寄存器号内容名称备注D8010扫描周期当前值（计时单位：0.1ms）含恒定扫描等待时间D8011扫描周期最小值（计时单位：0.1ms）D8012扫描周期最大值（计时单位：0.1ms）D8039恒定扫描时间初始值0（计时单位：1ms）表1.6有关扫描周期的4个特殊数据寄存器的内容例1.2 图1.12为用GPPW软件监控到的某FX0N-60
46、MR型PLC有关扫描周期的4个特殊数据寄存器的值，试计算此PLC的扫描周期当前值、扫描周期最小值、扫描周期最大值和恒定扫描周期的值各为多少？解：将各数据寄存器中的数值乘以各自的计时单位即可得到所求的计时值。扫描周期当前值T100.1=1ms扫描周期最小值Tmin100.1=1ms扫描周期最大值Tmax200.1=2ms恒定扫描周期的值Tconst41=4ms符合 TconstTmax注意，要实现恒定扫描，须同时满足：TconstTmax。TconstWDT（警戒计时器设定值）。PLC的警戒计时器，监视每次扫描是否超过规定时间，如果因故扫描周期变长，就会发出报警信号。PLC采用顺序扫描工作方式，
47、软线圈控制其所属接点是扫描到的接点才会动作。这种输入、输出的滞后，会不会影响PLC控制系统正确取代继电接触控制系统呢？通过例1.1的计算：FX小型PLC的扫描周期为毫秒级（每秒可扫描用户程序几十到几百次），被控对象继电器、接触器触点的动作时间：100ms。相对而言，PLC的扫描过程几乎是同时完成。PLC因扫描而引起的响应滞后非但无害，反而可增强系统的抗干扰能力，避免在同一时刻因有几个电器同时动作，而产生触点动作时序竞争现象。但对响应时间要求高的设备，则应选用高速CPU、快速响应模块、高速计数模块，直至采用中断传输方式。3.PLC扫描周期与继电接触控制系统响应时间比较（略）扫描周期与继电接触控制
48、系统响应时间比较（略）I/O响应时间：从PLC的输入信号变化开始到引起相关输出端信号的改变所需的时间，它反映了PLC的输出滞后输入的时间。引起输出滞后输入的主要原因是：为了增强PLC的抗干扰能力，PLC的每个开关量输入端都采用电容滤波、光电隔离等技术。由于PLC采用集中I/O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映象区的内容也不会改变。响应时间至少要一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。最短的I/O响应时间：输入信号的变化正好在采样阶段结束前发生，所以在本扫描周期能被及时采集，并在本扫描周期的输出刷新阶段开始时就输出。1.3.3 PLC的的I/O响应时间与输
49、入信号最高频率（略）响应时间与输入信号最高频率（略）图1.13 最短的I/O响应时间 图1.14 最长的I/O响应时间 最长的I/O响应时间：输入信号正好在采样阶段结束后变化，要在下一扫描周期的采样阶段才能被采集到，在下一扫描周期的输出刷新阶段结束前输出。输入信号的变化周期必须比PLC的扫描周期大，因此输入信号的最高频率就受到了限制。输入脉冲的频率应低于1/40ms=25Hz。这种滞后响应，在一般的工业控制场合是完全允许的。高速的场合，PLC除了提高扫描速度，在硬件方面，选用快速响应模块，高速计数模块。FX2N的X0X7共8个高速输入端，其RC滤波器时间常数仅为50s。在软件方面，采用I/O立
50、即信息刷新、中断传送和能用指令修改的数字式滤波器等方式。可以处理的输入信号的最高频率有很大提高。FX2N系列PLC的1个基本指令运行时间只需0.08s，可读取最大50s的短脉冲输入，可见输入信号的最高频率可以达到20KHz。1 PLC的源型与漏型的源型与漏型 这是一种可构造方法，只要改变S/S端的接法，就能使PLC与两种极性的传感器相接，即使其成为源型或漏型的PLC。1.3.4 三菱三菱FX系列系列PLC型号命名型号命名 三菱公司的FX系列的PLC基本单元和扩展单元的型号由字母和数字组成，其格式如图2.2所示：其中各框的含义说明如下:系列的名称:如0N、1S、1N、2N、3U I/O总点数:4
