1、2023-9-512023-9-52第二篇 三菱小型可编程控制器FX2N2023-9-53可编程序控制器问世于1969年。是美国汽车制造工业激烈竞争的结果。更新汽车型号必然要求加工生产线改变。正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战。1968年美国General Motors（通用汽车）公司，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标。这就是著名的GM10条。第二章 可编程控制器的组成及原理第一部分第一部分 可编程控制器的概述可编程控制器的概述一.可编程控制器的产生2023-9-541.编程简单，可在现场修改程序；2.可靠性高于继电器控制柜；3.体积小于继电器控
2、制柜；4.维护方便，采用模块化结构，最好是插件式；5.可将数据直接送入管理计算机；6.在成本上可与继电器控制柜竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；9.在扩展时，原系统只需很小变更；10.用户程序存贮器容量至少能扩展到4KB。GM10条是可编程序控制器出现的直接原因：2023-9-55二、可编程控制器的发展及定义 1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称 70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛
3、发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器可编程控制器，简称PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。2023-9-56 1987年1月：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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。可编程序控制器及其有关设
4、备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计”。2023-9-57定义中有以下几点值得注意定义中有以下几点值得注意:1.可编程控制器是可编程控制器是“数字运算操作的电子装置数字运算操作的电子装置”。2.可编程控制器是可编程控制器是“为工业环境下应用为工业环境下应用”而设计而设计 的计算机。的计算机。3.可编程控制器能控制可编程控制器能控制“各种类型各种类型”的工业设备的工业设备 及生产过程。及生产过程。4.可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。2023-9-58
5、 第二部分 PLC的特点一、一、PLCPLC的主要特点的主要特点1.可靠性高、抗干扰能力强。主要有以下几个方面：隔离隔离(采用光电耦合器采用光电耦合器 )输入端均采用输入端均采用R-C滤波滤波 对对PLC的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施。的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施。设置了连锁、环境检测与诊断、设置了连锁、环境检测与诊断、Watchdog等电路。等电路。利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测。可采用双境和故障检测。可采用双CPU的冗余系统或的冗余系统或3CPU的的表决系统。表决系统。对用户程序及动态工作数据进行电
6、池备份对用户程序及动态工作数据进行电池备份。采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构。采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构。以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点。触点。采用循环扫描的工作方式采用循环扫描的工作方式，也提高了抗干也提高了抗干扰能力。扰能力。2023-9-592.可实现三电一体化(适应性好)3.将电控(逻辑控制)、电仪(过程控制)和电结(运动控制)集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统。3.功能完善、接口功能强，有丰富的输入功能完善、接口功能强，有丰富的输入输出接口模块输出接口模块4.编程直观、简单、使用方便
7、、柔性好，编程直观、简单、使用方便、柔性好，安装维修方便安装维修方便5.采用模块化结构，体积小、重量轻、功耗低2023-9-510二、PLC与传统的继电器逻辑相比 1.可靠性高、逻辑功能强、体积小。2.在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC 无需增加硬设备。3.随着要求的变更随着要求的变更PLC对程序修改方便。继电对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。灵活性差。4.具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。2023-9-511三、PLC与工业控制计算机相比 1.1.PLC
8、PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。2.PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各各厂家的产品不通用。厂家的产品不通用。工业控制机工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总总线标准化程度高，产品兼容性强。线标准化程度高，产品兼容性强。3.PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软微机的许多软件不能直接使用。件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象
9、的控制占有优势。但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。2023-9-5124.PLC和工业控制机都是专为工业现场应用环境而设计的。都具有很高的可靠性。都具有很高的可靠性。5.PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对可以针对不同的对象进行组合和扩展。象进行组合和扩展。2023-9-513 第三部分 PLC的分类及功能一、PLC的分类1.按结构形式分类按结构形式分类整体式模块式 叠装式2023-9-514 2.按按I IO O点数和程序容量分类点数和程序容量分类 类类 型型I/O点数点数存储容量（存储容量（KB）机型举例机型举例超小超小型型24以下以下12三菱三菱FX0、欧姆、欧姆龙龙SP20小
10、小 型型2425628三菱三菱FX1-60、欧、欧姆龙姆龙C60H中中 型型2561024816三菱三菱A系列、欧系列、欧姆龙姆龙C1000H大大 型型102481921664莫迪康莫迪康984A、西门子西门子SU-135超超 型型大于大于819264256莫迪康莫迪康984B、西门子西门子SU-15 2023-9-5153.按功能分类低档机低档机中档机中档机 高档机高档机 2023-9-516二、PLC的主要功能1.条件控制功能2.定时计数控制功能 3.数据处理功能 4.步进控制功能 5.5.A AD D与与D DA A转换功能转换功能 6.运动控制功能 7.过程控制功能 8.8.扩展功能扩
11、展功能 9.远程I0功能 10.通信联网功能 11.监控功能 2023-9-517一、PLC的应用场合1.逻辑控制逻辑控制：可取代传统继电器系统和顺序控制器。如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。2.运动控制运动控制：可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。3.过程控制过程控制：通过配用AD、DA转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。4.4.数据处理数据处理 5.多级控制：利用PLC的网络通信功能模块及远程IO控制模块实现多台PLC之间、PLC与上位计算机的链接，以完成较大规模的复杂控制。第四
12、部分 PLC 应用场合和发展趋势2023-9-518二、可编程控制器的发展趋势1.在系统构成规模上向大、小两个方向发展向大、小两个方向发展；2.功能不断增强，各种应用模块不断推出；3.产品更加规范化、标准化规范化、标准化 4.4.通信联网能力越来越强通信联网能力越来越强5.5.向高速方向发展向高速方向发展2023-9-519三、PLC的应用举例1.电梯控制电梯控制 2.交通灯控制交通灯控制3.霓虹灯控制 4.溶液混合溶液混合 5.自动售货机6.啤酒检瓶7.小车控制8.数码管控制9.一维位置控制2023-9-520第五部分 可编程控制器的基本结构与工作原理PLC 就是一种新型的工业控制计算机20
13、23-9-521 和普通计算机一样，可编程控制器由硬件及软件构成。硬件方面，可编程控制器和普通计算机的主要差别在于PLC的输入输出口是为方便与工业控制系统接口专门设计的。软件方面，和普通计算机的主要差别为PLC的应用软件是由使用者编制，用梯形图（LAD）、指令表（STL）或功能图（CSF）等表达的专用软件。可编程控制器工作时采用应用软件的逐行扫描执行方式，这和普通计算机等待命令工作方式也有所不同。从时序上来说，可编程控制器指令的串行工作方式和继电接触器系统逻辑判断的并行工作方式也是不同的。第一节第一节 可编程控制器的组成可编程控制器的组成2023-9-522PLCPLC的系统结构的系统结构I
14、I/O O扩扩展展单单元元I I/O O扩扩展展接接口口 中中央央处处理理单单元元 (C CP PU U)输输入入接接口口输输出出接接口口限限位位开开关关手手动动开开关关编编码码器器数数字字开开关关电电源源外外部部设设备备接接口口存存储储器器系系统统程程序序用用户户程程序序数数据据编编程程器器上上位位计计算算机机图图形形监监控控系系统统打打印印机机E EP PR RO OM M写写入入器器盒盒式式磁磁带带机机条条码码判判读读机机电电源源电电磁磁阀阀继继电电器器指指示示灯灯蜂蜂鸣鸣器器2023-9-523RS232口口电池座池座电源输入端子电源输入端子 输出端子输出端子直流电源输出端子直流电源输
15、出端子输入端子输入端子I/O状态指示灯状态指示灯扩展插座扩展插座 方式选择开关方式选择开关 运行监视指示灯运行监视指示灯电位器（电位器（V0、V1）波特率选择开关波特率选择开关编程工具连接插座编程工具连接插座 FP1系列C24型PLC控制单元的外形图2023-9-5242023-9-525二PLC各部分的作用 1.CPU诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄存器中。逐条读取指令，完成各种运算和操作。将处理结果送至输出端。响应各种外部设备的工作请求。2023-9-526二PLC各部分的作用2.存储器存储器 系统程序存储器系统程序存储器：用
16、以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。用户存储器：用户存储器：包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。2023-9-527二PLC各部分的作用3.输入输出接口电路输入输出接口电路输入接口电路输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。PLC的输入接口电路（直流输入型）2023-9-528二PLC各部
17、分的作用输出接口电路：输出接口电路：采用光电耦合电路，将将CPUCPU处理过的信处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：内内部部电电路路L LE ED DL L:负负载载C CO OM ML LL L输输出出端端子子继电器输出型继电器输出型继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的开关频率较低的直流负载直流负载或或交流负载交流负载回路回路。2023-9-529内内部部电电路路L LE ED D输输出出端端子子L L:负负载载C CO OM ML LL L（b）晶闸管输出型L L:负负 载载输
18、输 出出 端端 子子L LE ED D内内部部电电路路C CO OM ML LL L（c）晶体管输出型（NPN集电极开路）输输 出出 端端 子子L LE ED D内内部部电电路路C CO OM ML L:负负 载载L LL L（d）晶体管输出型（PNP集电极开路）晶体管输出型晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。晶闸管输出型：晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。2023-9-5304.4.电源电源 PLC的电源的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路
19、或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。2023-9-5315.5.手持编程器手持编程器 手持编程器采用助记符语言编程助记符语言编程，具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。可一机多用，具有使用方便、价格低廉的特点。缺点：缺点：不够直观不够直观 可通过PLC的RS232外设通讯口(或RS422口配以适配器)与计算机联机，利用专用工具软利用专用工具软件件（FXGPWIN、NPSTGR、FPSOFT）对对PLCPLC进行编程和监控进行编程和监控。利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便
20、。2023-9-5322023-9-5336.6.输入输出输入输出I I0 0扩展接口扩展接口 若主机单元的IO点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将IO扩展单元与主机相连，以增加IO点数。PLC的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。2023-9-534 第二节 PLC的几种编程语言 不采用微机的编程语言，采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图（功能图）语言、布尔代数语言、高级语言等。其中梯形图、指令梯形图、指令助记符语言最为常用。助记符语言最为常用。PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，不不同厂家所用语言和符号也不尽相同。同厂家所用语言和符号也不尽相同。但
21、它们的梯形图语言的基本结构和功能是大同小异大同小异的。2023-9-535一一梯形图语言梯形图语言 梯形图是梯形图是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言一种图形语言。它是目前用得最多的它是目前用得最多的PLCPLC编程语言。编程语言。注意注意梯形图表示的并并不是一个实际电路而只是一个不是一个实际电路而只是一个控制程序，控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。左右两母线是不接任何电源的。常开触点：常闭触点：线圈：它们并非是物理实体，而是它们并非是物理实体，而是“软继电器软继电器”。每每个个“软继电器软继电器”仅对应仅对应PLCPLC存储单元
22、中的一位。存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。2023-9-536二指令助记符语言助记符语言类似于计算机汇编语言助记符语言类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，梯助记符语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境中。形图语言则多用于计算机编程环境中。见三菱电机FX型语表：P34表2-3 2023-9-537三三.功能块功能块图图编程编程
23、语言语言功能块图编程语言是：功能块图编程语言是：用像控制系统流程图一样的功能用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程，目前图表达一个控制过程，目前IEC正发展这种新式的编程标准。正发展这种新式的编程标准。2023-9-538四四.2023-9-5392023-9-540 第三节 可编程控制器的原理及 技术性能一一PLCPLC的基本工作原理的基本工作原理 微机：等待命令等待命令的工作方式 PLC：循环扫描循环扫描的工作方式 CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个
24、循环称为一个扫描周期。2023-9-541 一个扫描周期主要分为三个阶段：一个扫描周期主要分为三个阶段：1.输入刷新阶段 2.程序执行阶段 3.输出刷新阶段 输入刷新 程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新 PLC的扫描工作过程用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读读2023-9-542一PLC的基本工作原理 由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为IO刷新阶段。实际上，除了执行程序和IO刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”。扫描周期的长短主要取决
25、于程序的长短。由于每一个扫描周期只进行一次I0刷新，故使系统存存在输入、输出滞后现象。在输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以反而可以增强系统的抗干扰能力。增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后。2023-9-543 工作过程分为工作过程分为内部处理、通信操作、程序内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。几个阶段。如图所示：如图所示：内部处理阶段内部处理阶段：PLC检查检查CPU模块的硬件是否正常，模块的
26、硬件是否正常，复位监视定时器等。复位监视定时器等。通信操作服务阶段通信操作服务阶段：PLC与一些智能模块通信、响与一些智能模块通信、响 应编程器键入的命令，更新编应编程器键入的命令，更新编 程器的显示内容等。程器的显示内容等。PLC处于处于STOP状态：状态：只进行内部处理、通信操作服只进行内部处理、通信操作服 务内容。务内容。PLC处于处于RUN 状态：状态：从内部处理从内部处理程序输出，一直程序输出，一直 循环扫描。循环扫描。2023-9-544（一）输入处理（一）输入处理 输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断
27、状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。（二）程序执行（二）程序执行 根据根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。扫描，执行程序。（三）输出处理（三）输出处理 程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的寄程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
28、功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。2023-9-545 循环扫描的工作方式是的一大特点，也可以说循环扫描的工作方式是的一大特点，也可以说PLC是是“串行串行”工作的。工作的。全部输入输出状态的改变需要一个扫描周期。换言之，全部输入输出状态的改变需要一个扫描周期。换言之，输入输出的状态保持一个扫描周期。输入输出的状态保持一个扫描周期。小型小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。2023-9-546二PLC的主要技术指标1.输入输出点数（I/O点数）2.内存容量 注意：注意：“内存容量”实际是指用户程序容量，不包括系统程序存储器的容
29、量。3.扫描速度(单位：msk或s/步。)4.指令条数 5.内部继电器和寄存器数目 6.编程语言及编程手段 7.高级模块 主控模块可实现基本控制功能，高级模块可实现高级模块可实现一些特殊的专门功能。一些特殊的专门功能。如AD和DA转换模块等。2023-9-547三PLC的内存分配及IO点数1.1.I I0 0继电器区：继电器区：I0区的寄存器可直接与可直接与PLCPLC外部的外部的输入、输出端子传递信息，输入、输出端子传递信息，具有“继电器”的功能，有自己的“线圈”和“触点”。故常称为“I0继电器区”。2.2.内部通用继电器区：内部通用继电器区：只能在只能在PLCPLC内部使用，内部使用，其作用与中间继电器相似，在程序控制中可存放中间变量。3.3.数据寄存器区数据寄存器区：只能按字使用只能按字使用，不能按位使用。一般只用来存放各种数据存放各种数据。4.4.特殊继电器、寄存器区特殊继电器、寄存器区：被系统内部占用被系统内部占用，专门用于某些特殊目的，一般不能由用户任意占用不能由用户任意占用。5.5.系统寄存器区：系统寄存器区：用来存放各种重要信息和参数。存放各种重要信息和参数。通过用户程序，不能读取和修改系统寄存器的内容。
