可編程控制器

1、三菱FX系列,高 勤,可編程控制器原理及應(yīng)用,第1章,可編程控制器的基本概況本章要點1．可編程控制器的功能及應(yīng)用范圍。2．可編程控制器的基本組成及工作方式。3．可編程控制器開關(guān)量I/O單元的作用及連接方式。,1.1 可編程控制器簡介,1.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生和定義1968年美國的汽車工業(yè)（通用汽車公司）首先提出了可編程控制器的概念，1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺PLC ，這時的可編程控制

2、器只能用于執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能，所以稱為可編程序邏輯控制器（Programmable Logical Controller），簡稱PLC。 1987年2月，國際電工委員會（IEC）定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入/輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。,,可編程控制器

3、及其有關(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，并易于擴充其功能?！笨删幊炭刂破髟谄鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)和功能上都類似于通用計算機，所不同的是PLC還具有很多通用計算機所不具備的功能和結(jié)構(gòu)：1.有一套功能完善且簡單的管理程序，能夠完成故障檢查、用戶程序輸入、修改、執(zhí)行與監(jiān)視等功能；2.有各種適應(yīng)于各種工業(yè)控制系統(tǒng)的模塊；3.采用以傳統(tǒng)電氣圖為基礎(chǔ)的梯形圖語言編程，方法簡單且易于學(xué)習(xí)和掌握。4.易于和自動控制系統(tǒng)相連接，可以方便靈活地構(gòu)成

4、不同要求、不同規(guī)模的控制系統(tǒng)；,,5.環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力極強。目前可編程控制器已成為工業(yè)自動控制系統(tǒng)的重要支柱。1.1.2 可編程控制器的功能及特點 1．可靠性高、抗干擾能力強抗干擾的措施:屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復(fù)等,平均無故障時間達到30萬小時以上。 2．適應(yīng)性強，應(yīng)用靈活系列化產(chǎn)品，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴展方便. 3．編程方便，易于使用 4．具有各種接口、連接方便，適應(yīng)范圍廣

5、 5．功能完善有模擬和數(shù)字量I/O接口、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理、通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，可實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和生產(chǎn)過程控制.,1.1.3 可編程控制器的應(yīng)用及發(fā)展,1．可編程控制器的應(yīng)用（1）順序控制和時序控制 各種生產(chǎn)、裝配、包裝流水線的控制，化工工藝過程的控制，印刷機械，組合機床的控制，交通運輸及電梯的控制等。（2）過程控制可對溫度、壓力、流量、物位、成分等各種模擬量進行控制。通過其模擬

6、量的輸入/輸出單元，可以實現(xiàn)閉環(huán)的PID過程控制，還可以和計算機聯(lián)網(wǎng)組成集散控制系統(tǒng)。（3）數(shù)據(jù)處理。具有四則運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)比較等功能，可實現(xiàn)軟件濾波、線性化處理、標度變換的功能。,,（4）聯(lián)網(wǎng)和顯示打印。通信聯(lián)網(wǎng)和顯示和打印功能。2．可編程控制器的發(fā)展（1）體積更小、速度更快微電子技術(shù)及電子電路裝配工藝的發(fā)展，使PLC的體積變得更小，以便于嵌入到任何小型的機器和設(shè)備中，同時PLC的執(zhí)行速度也越來越快，目前大

7、型PLC的程序執(zhí)行速度可高達34ns，從而保證了控制作用的實時性，可使系統(tǒng)的控制作用及時、準確。（2）大型化、多功能及高可靠性I/O點數(shù)達1 4336，32位微處理器，多CPU并行工作，大容量存儲器，掃描速度高速化等。（3）與其他工業(yè)控制產(chǎn)品的結(jié)合。,1.1.4 可編程控制器的分類及性能指標,1．可編程控制器的分類 （1）根據(jù)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品類型、系列分類 在中國市場上具代表性的產(chǎn)品有西門子的產(chǎn)品，美國的AB與GE公司的產(chǎn)品，

8、日本的三菱、歐姆龍的產(chǎn)品。 （2）根據(jù)PLC的I/O點數(shù)和存儲器容量分類微型機的I/O點數(shù)在100點左右。小型PLC的I/O點數(shù)在256點左右，用戶程序存儲器容量為2k字以下（1k＝1 024，存儲一個1或0的二進制碼稱為一位，一個字為16位）。有的PLC用“步”來衡量，一步占用一個地址單元，它表示PLC能存放多少用戶程序。中型PLC的I/O點數(shù)在500～1 000之間，用戶程序存儲器容量一般為2～8k字。大型PLC的I/O點數(shù)

9、在1 000點以上。用戶程序存儲器容量達8k字以上。,,（3）按照結(jié)構(gòu)形狀分為整體式和模塊式兩種。① 整體式（箱體式）結(jié)構(gòu)是將PLC的電源、中央處理器、輸入/輸出部件裝在一個箱體內(nèi)，通常稱為基本單元。整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價格低，但主機的I/O點數(shù)固定，使用不靈活。小型PLC常使用這種結(jié)構(gòu)。② 模塊式（積木式）結(jié)構(gòu)是將PLC的各個部分以模塊的形式分開，如電源模塊（選項）、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊，把這些模塊插入機架底板

10、上，組裝在一個機架內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)配置靈活，裝配方便，便于擴展，一般中型和大型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。例如三菱公司的A系列PLC，模塊式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且造價高。,,（4）按照PLC功能的強弱分為低檔機、中檔機、高檔機三種。低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等基本功能。有的還增設(shè)了模擬量的處理、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)邏輯、順序、計時、計數(shù)等控制。中檔PLC除了具有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、通信

11、聯(lián)網(wǎng)等功能，可完成既有開關(guān)量又有模擬量的控制任務(wù)。高檔PLC除具有中檔機的功能外，增設(shè)帶符號算術(shù)運算、矩陣運算等功能，使其運算能力提高。高檔機還具有模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、記錄和打印等功能，使PLC的功能更多更強，能進行遠程控制和大規(guī)模過程控制，構(gòu)成集散控制系統(tǒng)。,,2．可編程控制器的主要性能指標（1）輸入/輸出點數(shù)PLC的外部輸入、輸出端子數(shù)。有開關(guān)量和模擬量兩種，開關(guān)量用最大的I/O點數(shù)表示，模擬量用最大的I/O通道數(shù)表示。

12、（2）PLC內(nèi)部繼電器的種類和點數(shù)即PLC內(nèi)部的輔助繼電器、特殊的輔助繼電器、定時器、計數(shù)器和步狀態(tài)繼電器等。（3）用戶程序存儲量通常用k字（kW）、k字節(jié)（KB）、k位來表示。（4）掃描時間,,掃描時間是指PLC執(zhí)行一次解讀用戶邏輯程序所需的時間，可用每執(zhí)行1 000條指令所需時間來估算，通常為10ms左右，小型機可能大于20ms。 也有用ms/k為單位表示的，例如20ms/k字表示掃描1k字的用戶程序需要的時間為20m

13、s。（5）編程語言及指令功能 PLC常用的語言有梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言及某些高級語言等。PLC的指令可分為基本指令和擴展指令，基本指令是各種類型的PLC都有的，其主要是邏輯指令，而不同廠家的不同型號的PLC其指令擴展的深度是不同的。,,（6）工作環(huán)境 一般PLC的工作溫度為0～55℃，最高為60℃，儲藏溫度為－20℃～＋85℃，相對濕度為5%～95%，空氣條件是周圍不能混有可燃性、易爆性和腐蝕性氣體。（7）可擴展

14、性 小型PLC的基本單元（主機）多為開關(guān)量的I/O接口，各個生產(chǎn)廠家在PLC基本單元的基礎(chǔ)上，發(fā)展了各種智能擴展模塊，如模擬量處理、高速處理、溫度控制、通信等。智能擴展模塊的多少可以用于反映PLC產(chǎn)品功能的指標。,1.2 可編程控制器的構(gòu)成及工作原理,1.2.1 可編程控制器的基本組成可編程控制器主要由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入/輸出單元（I/O）、電源和編程器等組成，如圖1.1所示。,,1．中央處理

15、單元（CPU）有通用微處理器（如Inter公司的8080、8086、80386到Pentium系列芯片等）、單片機（如Inter公司的8051、8096系列等）、雙極位片式微處理器（如AM2900系列）及自行設(shè)計的專用CPU芯片。PLC的檔次越高，CPU的位數(shù)越多，處理的信息量越大，運算的速度就越快，指令功能也越強。2．存儲器有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)存儲器存放PLC內(nèi)部系統(tǒng)的管理程序；用戶存儲器存放用戶編制的控

16、制程序。PLC采用COMS-RAM存儲器或采用EPOM及EEPROM存儲器。,,用戶程序存儲器的容量一般以字為單位，F(xiàn)X系列PLC的用戶程序存儲器以步為單位（每步占2個字）。小型PLC的用戶程序存儲器的容量一般是固定的，大中型PLC的用戶存儲器的容量可以由用戶選擇。3．輸入/輸出單元（I/O接口電路）I/O單元是PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的接口部件。輸入單元還具有信號的電隔離、濾波等作用。I/O單元就可以將各種開關(guān)、按

17、鈕以及傳感器等直接接到PLC的輸入端，也可以將各種執(zhí)行機構(gòu)（電磁閥、繼電器、接觸器、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速器等）直接接到PLC的輸出端，它們可以是用直流、交流，或高電壓、低電壓開關(guān)量信號驅(qū)動的機構(gòu)，也可以是用模擬量驅(qū)動的機構(gòu)。,,4．電源單元PLC的供電電源一般為市電，也有用24V供電的。PLC對電源的穩(wěn)定度要求不高，電源在電壓額定值－15%～10%的范圍內(nèi)波動。小型的PLC電源和CPU單元是一體的，中大型的PLC都有專門的電源單元。有些PLC

18、的電源部分還有24V/DC輸出，用于對外部傳感器供電，但電流是毫安級。5．編程器編程器用于將用戶程序送入PLC的存儲器，是PLC最重要的外部設(shè)備。編程器可用于編程，也可用來進行程序的修改和檢查，還可對PLC工作狀態(tài)進行監(jiān)控。小型機一般使用簡易的手持編程器，大中型PLC采用帶有顯示屏的編程器及在通用計算機上采用專用軟件編程。,1.2.2 可編程控制器的編程語言,1．可編程控制器的編程方式（1）在線（聯(lián)機）方式。將編程器與PLC的

19、專用插座直接相連，或和專用的接口相連，可將用戶程序直接寫入到PLC的用戶存儲器中。也可將程序先存在編程器的存儲器中，然后再轉(zhuǎn)入PLC的用戶存儲器中。這種編程方式有利于程序的調(diào)試和修改，并可以監(jiān)視PLC內(nèi)部器件的工作狀態(tài)。（2）離線（脫機）編程方式。將程序?qū)懭氲骄幊唐鞯拇鎯ζ髦校?lián)機后再將程序送到PLC的用戶程序存儲器中。離線編程不影響PLC的工作。,,2．可編程控制器的常用編程語言（1）梯形圖語言。梯形圖語言形象直觀，邏輯關(guān)系明

20、顯、實用，電氣技術(shù)人員容易接受，梯形圖語言如圖1.2所示。梯形圖中的繼電器、定時器、計數(shù)器等都不是物理器件，這些器件實際上是PLC存儲器中的某個單元，也稱“位”，所以這些非物理繼電器被稱為軟件繼電器。當存儲器中的某位為1時，表示相應(yīng)的繼電器線圈得電或者是相應(yīng)的動合觸點閉合、動斷觸點斷開。PLC的梯形圖是形象化的編程語言，梯形圖左右兩端的母線是不接任何電源的。梯形圖中沒有任何物理電流，但分析程序時，假設(shè)有一個概念電流，或假想電流。,,

21、假設(shè)左母線是電源的正極，右母線是電源的負極，概念電流從左向右流動。梯形圖邏輯執(zhí)行的順序是從左到右，從上到下。概念電流是執(zhí)行程序時滿足輸出執(zhí)行條件的形象理解。,PLC的梯形圖可以由多個梯級組成，每個梯級有一個或多個支路，有一個輸出元件（運算結(jié)果）構(gòu)成，最右邊的元件必須是輸出元件。一個梯形圖梯級的多少，取決于控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，但一個完整的梯形圖至少應(yīng)有兩個梯級（含END語句）。,圖1.2,,（2）指令語句表編程語言和計算機匯編語言類似

22、的助記符語言形式，由一系列操作指令組成的語句表將控制流程描述出來，并通過編程器送到PLC中。指令語句表是由若干條語句組成的程序，語句是程序的最小獨立單元，每個操作功能由一條或幾條語句來執(zhí)行。每一條語句由操作碼、操作數(shù)兩部分組成。操作碼用助記符表示，如LD、OR、LDI等，用于指令的操作功能，如邏輯與、邏輯或、計時、計數(shù)、移位等。操作數(shù)一般由標識符和參數(shù)組成，標識符表示操作數(shù)的類別，如輸入繼電器、輸出繼電器、計時器、計數(shù)器等；參數(shù)表

23、明操作數(shù)的地址或一個預(yù)先的設(shè)定值。,圖1.3,（3）順序功能圖編程 功能圖是一種圖形說明語言，它用于表示順序控制的功能，目前國際電工協(xié)會（IEC）正在實施發(fā)展這種新式的編程標準。圖1.3為順序功能圖的編程示例。采用功能圖對順序控制系統(tǒng)編程非常方便，且直觀。,,,在功能圖中用戶可以根據(jù)順序控制步驟執(zhí)行條件的變化，分析程序的執(zhí)行過程，可清楚地看到在程序執(zhí)行過程中每一步的狀態(tài)，便于程序的設(shè)計和調(diào)試。,,（4）邏輯圖編程語言。類似于數(shù)字邏

24、輯門電路的編程語言。如圖1.4所示，圖的左側(cè)I表示邏輯運算的輸入信號，右側(cè)Q為輸出變量，信號從左端向右端流動。圖1.4表示一個“或、與、非”操作的邏輯圖編程示例。,,1.2.3 可編程控制器的工作原理,1．循環(huán)掃描工作方式PLC在通電后，要執(zhí)行用戶程序及完成一些輔助的工作，PLC是分時操作工作的，采用循環(huán)掃描工作方式，如圖1.5所示。輔助工作有初始化和通信服務(wù)。初始化工作包括硬件初始化、I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設(shè)定及其他初

25、始化。在開機時，CPU首先使輸入暫存器清零，更新編程器的顯示內(nèi)容，更新時鐘和特殊輔助繼電器內(nèi)容等。在通信服務(wù)階段，PLC要完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務(wù)、響應(yīng)編程器的輸入命令、更新顯示內(nèi)容等。,,,2．PLC執(zhí)行用戶程序的工作過程（1）第一階段：自診斷階段。（2）第二階段：輸入信號處理階段。CPU對輸入端進行掃描，將輸入端子的信號送到輸入暫存器存放。（3）第三階段：程序處理階段。（4）第四階段：輸出處理階段。CPU將輸出信號通過輸出

26、鎖存電路驅(qū)動PLC的外部負載，之后CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。圖1.5,,3．PLC循環(huán)掃描工作的特點（1）定時集中采樣。PLC對輸入端子的掃描只是在輸入處理階段進行。這種定時集中采樣的工作方式保證了CPU執(zhí)行程序時和輸入端子隔離斷開，輸入端的變化不會影響CPU的工作，即切斷了由輸入端引入干擾的通路。（2）集中輸出集中輸出的工作方式使PLC在執(zhí)行程序時，輸出鎖存器一直與輸出端子處于隔離斷開狀態(tài)，也切斷了由輸出端引入

27、干擾的通道。由于具有定時集中采樣和集中輸出的循環(huán)掃描工作特點，使PLC在處理程序階段，其內(nèi)部電路始終和輸入/輸出端保持隔離（斷開狀態(tài)），從而使PLC具有較高抗干擾能力及可靠性。,,4．可編程控制器執(zhí)行用戶程序的過程如圖1.6所示,當PLC處于RUN狀態(tài)時，在初始化之后，CPU對輸入端進行掃描，將輸入數(shù)據(jù)存入輸入暫存器，程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000， CPU取出第一條指令“LD X0”，譯為機器碼并執(zhí)行該指令的操作功能（將輸入暫存器中X

28、0單元的內(nèi)容存入結(jié)果寄存器）。完成后，程序計數(shù)器自動加1，CPU再執(zhí)行第二條指令：將結(jié)果寄存器的內(nèi)容和輸入暫存器X1單元的內(nèi)容相“與”后，存入結(jié)果寄存器。當CPU完成后，程序計數(shù)器又自動加1，再將“OUT Y0”指令存入指令寄存器，CPU執(zhí)行將結(jié)果寄存器的內(nèi)容送到輸出暫存器Y0單元，……。,,CPU一直執(zhí)行到程序的最后一條語句，才將輸出暫存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器，對輸出信號進行刷新，然后程序計數(shù)器自動變?yōu)?000，又開始新一次自動

29、執(zhí)行程序的過程。需要強調(diào)的是，PLC在執(zhí)行用戶程序時，所取的輸入數(shù)據(jù)是在掃描周期的輸入信號處理階段存入輸入暫存器中的數(shù)據(jù)，并不是直接從現(xiàn)場傳感器獲得的信號，所以PLC在執(zhí)行用戶程序的過程中，輸入端的變化對程序的執(zhí)行不起作用。對于PLC的輸出，在用戶程序中如果對其多次賦值，則最后一次為有效。,圖1.6,,1.3 可編程控制器的開關(guān)量I/O單元,1.3.1 開關(guān)量的輸入/輸出單元輸入電壓允許范圍是12～24V，分為8點和16點兩種

30、，16點只允許使用24V電壓。如圖1.7所示。D1用于防止誤將反極性輸入信號接入，R2為1.5K，R1為150Ω，R2和R1電阻構(gòu)成分壓電路。圖a)所示的開關(guān)量輸入接口電路采用戶電源，,,,圖b）所示的輸入接口電路采用PLC內(nèi)部電源。,,,,2.交/直流開關(guān)信號輸入單元作為直流開關(guān)輸入接口電路，可接入80～150VDC的電壓。若為交流開關(guān)信號輸入接口電路，可接入97～132VAC、50～60HZ的電壓。電路中R1和R2為分壓電路，電容

31、C為抗干擾電容，R3為限流電阻，光電隔離器起到隔離及耦合的雙重作用。,,3.開關(guān)量的輸出單元（1）繼電器輸出單元（如圖1.9所示）繼電器接點的狀態(tài)對應(yīng)于PLC程序中輸出繼電器的狀態(tài)。該接口電路在使用時必須要外加電源。繼電器輸出接口電路具有適用于交、直流負載且?guī)ж撦d能力強等優(yōu)點，缺點是動作及響應(yīng)速度相對較慢。,,（2）晶體管輸出單元（如圖1.10所示）圖中晶體管T為開關(guān)器件，通過控制晶體管T的導(dǎo)通和截止控制負載電源。D為晶體管的極間

32、保護二極管。晶體管輸出單元具有動作頻率高，響應(yīng)速度快的特點，其缺點是只能接直流負載且?guī)ж撦d能力較差。,,（3）晶閘管輸出單元(圖1.11)控制雙向晶閘管將用戶交流電源接入負載。圖中R3、C為高頻濾波電路。浪涌電流吸收器起到限幅作用，可以減小噪聲干擾的影響。晶閘管輸出單元適用交流負載，具有響應(yīng)速度快且?guī)ж撦d能力強的特點。,1.3.2 開關(guān)量輸入/輸出單元的接線方式,1．輸入接線方式（圖1.12）分為匯點式接線和分隔式輸入接線兩種基本

33、形式。匯點式輸入接線是指輸入回路有一個公共端（匯集端）COM，它可以是全部輸入點為一組，并共用一個公共端和一個電源，如圖1.12（a）所示的直流輸入單元，其直流電源由PLC內(nèi)部提供。匯點式輸入接線方式也可以采用將全部輸入點分為N組，每組有一個公共端和一個單獨的電源，如圖1.12（b）所示。匯點式輸入接線方式可以用于直流也可以用于交流輸入單元，交流輸入單元的電源由用戶提供。分隔式輸入接線方式是將每個輸入點單獨用各自的電源接入輸入單元，

34、在輸入端沒有公共的匯點，每個輸入器件是隔離的。,圖1.12 d）,2．輸出接線方式輸出接線方式分為匯點式和分隔式兩種基本形式。,,3．開關(guān)量輸入單元的接線方式說明（圖1.13） PLC的輸入器件的功率消耗都很小，一般可以采用PLC內(nèi)部電源為其供電，也可以由外部設(shè)備供電。PLC開關(guān)量輸入端的接線說明：（1）圖中·表示空端子，勿接線。（2）PLC輸入端的X0～X3采用匯點式接線方式。（3）X0和X1接入傳感器信號，

35、其中XO端的傳感器采用PLC內(nèi)部的24VDC提供工作電源，X1端的傳感器采用外部電源為其供電。（4）COM端一般為機內(nèi)電源的負極。當輸入端接入的器件不是無源觸點，而是某些傳感器輸出的電信號時，要注意傳感器信號的極性，選擇正確的電流方向接入電路。,,,圖1.13,,,,（5）對于在控制中不可能同時工作的開關(guān)信號，可以用一個輸入端口接入，如圖（a）中位置開關(guān)SQ的連接方法，這樣可以節(jié)約PLC的輸入端口。（6）PLC輸入端標記為L和N的端

36、子，用于連接工頻電源100～240VAC，是PLC的外接供電電源端。4.開關(guān)量輸出端口（繼電器輸出）的接線方式說明 FX系列PLC（繼電器輸出型）輸出端負載的連接示意圖如圖1.13所示。（1）圖中·表示空端子，勿接線。（2）由于PLC輸出電路中未接熔斷器，因此每四點應(yīng)使用一個5～15A的熔斷器FU，用于防止因短路等原因造成損壞PLC。（3）在直流感性負載的兩端并聯(lián)一個二極管D，用以延長觸點的使用壽命，也可以并接RC

37、放電支路。,,（4）電動機正/反轉(zhuǎn)的接觸器KM1、KM2，在程序中采用軟件互鎖的同時，在外部也應(yīng)采取硬件互鎖措施。（5）外部開關(guān)SB0用于實現(xiàn)緊急停車。（6）在交流感性負載兩端并聯(lián)浪涌吸收器，可降低噪音。（7）輸出端連接LED發(fā)光二極管時，要根據(jù)外接電源電壓的大小接入合適的限流電阻R。（8）負載有兩種連接方法，圖b)中的Y1負載單獨和COM1端連接稱為分隔式連接方法。若需要采用不同的電源，則要采用分隔式的接線方式，如圖a)中的Y

38、6和7。若幾個負載可以同時供電，則可采用匯點式連接的方法，如圖b)中的Y4、Y5、Y6、Y7和Y10、Y11、Y14、Y16的連接形式。,第2章,FX系列PLC的基本指令及編程方法 本章要點 1．FX系列PLC的內(nèi)部系統(tǒng)配置。 2．基本邏輯指令的操作功能及編程方法。,2.1 FX系列PLC的內(nèi)部系統(tǒng)配置,PLC內(nèi)部有許多不同功能的器件，以實現(xiàn)PLC的控制功能，如輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、計時器

39、、計數(shù)器等，這些器件是由電子電路和存儲器組成的，統(tǒng)稱為內(nèi)部系統(tǒng)配置，即開發(fā)商為PLC用戶提供的編程用軟繼電器，各種軟繼電器具有不同的功能，每個軟繼電器都有各自的編號。其繼電器的編號由PLC的機型決定，不同廠家、不同系列的PLC編號是不同的，編程時要查閱PLC的使用說明書。本節(jié)以FX2N系列為例介紹PLC的內(nèi)部系統(tǒng)配置。,2.1.1 FX2N系列PLC的命名方式,FX2N為箱體式結(jié)構(gòu)。其體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。為了實現(xiàn)I/O點數(shù)的

40、靈活配置及功能的擴展，F(xiàn)X2N系列PLC配有擴展單元、擴展模塊和特殊功能模塊。擴展單元是用于增加I/O點數(shù)的裝置，其內(nèi)部有電源電路。擴展模塊用于增加I/O點數(shù)及改變I/O比例，其內(nèi)部無電源電路，需要由PLC的基本單元或擴展單元提供電源。因擴展單元和擴展模塊內(nèi)部沒有CPU，故兩者必須和PLC基本單元一起使用。特殊功能模塊是一些專門用途的裝置，如模擬量的I/O單元、高速計數(shù)單元、位置控制單元、通信單元等。 FX2N系列PLC由基本單元

41、、擴展單元、擴展模塊及特殊功能模塊等4種產(chǎn)品構(gòu)成。,,1．FX2N系列可編程序控制器基本單元的規(guī)格型號基本單元的型號說明： FX2N — ○ ○ M □ □ 系列序號 I/O總點數(shù) 基本單元 輸出形式 其他區(qū)分基本單元的內(nèi)部系統(tǒng)配置如表2.1所示。 2．FX2N系列可編程控制器擴展單元的規(guī)格型號擴展單元的型號說明：FX2N — ○ ○ E □

42、□ 系列序號 I/O總點數(shù) 擴展設(shè)備 輸出形式 其他區(qū)分擴展單元的內(nèi)部系統(tǒng)配置如表2.2所示。,,3．FX2N系列可編程控制器擴展模塊的規(guī)格型號擴展模塊的型號說明：FX2N —— ○ ○ E □ 系列序號 I/O總點數(shù) 擴展設(shè)備 輸出形式擴展模塊的內(nèi)部系統(tǒng)配置如表2.3所示。 4．FX2N系列PLC特殊功能模塊的規(guī)格型號特殊擴展模塊型號如表2.4所示。5．型號名稱組

43、成符號的含義（1）I/O總點數(shù)基本單元、擴展單元的輸入/輸出點數(shù)都相同。,（2）輸出形式① R：繼電器輸出（交流、直流負載兩用）；② S：三端雙向晶閘管開關(guān)元件輸出。③ T：晶體管輸出（無干接點，直流負載用）。 （3）其他區(qū)分AC100/200V電源，DC24V輸入（內(nèi)部供電）。 D：直流電源，DC輸入。UA1/UL：交流電源，AC輸入。 （4）輸入/輸出形式① R：DC輸入4點、繼電器輸出4點的組合；② X：輸

44、入專用（無輸出）；③ YR：繼電器輸出專用（無輸入）；④ YS：三端雙向晶閘管輸出專用（無輸入）；⑤ YT：晶體管輸出專用（無輸入）。,,6．FX2N系列PLC的輔助設(shè)備（1）編程器。手持編程器、臺式編程器及計算機編程軟件。手持編程器可用于現(xiàn)場在線進行系統(tǒng)程序監(jiān)控及故障檢測。臺式編程器程序編輯、管理功能極強。目前常用計算機編程軟件。（2）程序存儲卡。利用接口可將卡盒的內(nèi)容寫入PLC的內(nèi)部，也可將PLC 內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外

45、部EEPROM卡盒做備份。（3）寫入器。實現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，即PLC 中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中，或?qū)⒊绦虼鎯ㄖ械某绦騻魉偷絇LC的RAM區(qū)中。（4）文本顯示器。用于在執(zhí)行程序的過程中修改某個量的數(shù)值，也可直接設(shè)置輸入或輸出量。,2.1.2 編程元件及使用說明,1．輸入/輸出（I/O）繼電器在PLC的內(nèi)部存儲器中有一個用來存儲輸入/輸出信號的存儲區(qū)，稱為輸入暫存器和輸出暫存器，I/O暫存器有

46、很多存儲單元（位），某個單元所存的內(nèi)容和PLC I/O端的狀態(tài)相對應(yīng)，輸入暫存器用于反映控制現(xiàn)場的輸入信號，稱為輸入繼電器。輸出暫存器用于反映PLC的輸出信號，稱為輸出繼電器。存儲區(qū)中每個單元儲存的是動合觸點的狀態(tài)，對于動斷觸點PLC是將其相應(yīng)位的狀態(tài)取反而獲得。I/O繼電器的觸點可在程序中多次引用，次數(shù)不受限制。,,輸入繼電器用X表示，其狀態(tài)由PLC外部的控制現(xiàn)場信號驅(qū)動（由外部輸入器件接入的信號），不受PLC程序的控制。輸出繼

47、電器用Y表示，是PLC向外部負載傳遞控制信號的器件，由PLC程序的控制；每一個輸出繼電器的動合、動斷觸點在編程時都可以無限次數(shù)的使用；一個輸出繼電器對應(yīng)于輸出單元上外接的一個物理繼電器或其他執(zhí)行元件。I/O繼電器均采用八進制的地址編號。FX2N系列PLC的I/O地址為：X000～X007、X010～X017、X020～X027、X030～X037……以及Y000～Y007、Y010～Y017、Y020～Y027……。,,2．輔助繼

48、電器MM輔助繼電器和繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器作用相似，用于邏輯運算中的輔助運算，僅供中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)使用。M只能通過輸出繼電器驅(qū)動外部負載。輔助繼電器包括通用輔助繼電器和保持輔助繼電器兩種。（1）通用輔助繼電器。編號為M0～M499。（2）保持輔助繼電器。編號為M500～M1023（524點）。保持繼電器由后備鋰電池供電，電源斷電時能保持原來狀態(tài)不變。也可通過設(shè)置改為非掉電保持功能。（3）掉電保持專用輔助繼電器。指具有專門功能的

49、一些輔助繼電器。專用輔助繼電器有M1024～M3071，共2 048點。,,（4）特殊輔助繼電器M8000～M8255。特殊輔助繼電器具有特定的功能。分為只讀式和讀/寫式特殊輔助繼電器兩大類。只讀式特殊輔助繼電器，用戶可直接在程序中使用其觸點，不用驅(qū)動其線圈。讀/寫式特殊輔助繼電器必須驅(qū)動其線圈，才可在程序中使用其觸點。特殊輔助繼電器的類型由廠家提供的技術(shù)說明書確定。下面介紹幾種特殊輔助繼電器。① 運行監(jiān)控繼電器M8000當PLC

50、運行時，M8000自動處于接通狀態(tài)，可利用M8000的觸點經(jīng)輸出繼電器Y在外部顯示程序是否運行，起到PLC運行監(jiān)視的作用。M8000為動合觸點，M8001為動斷觸點。,,② 初始化脈沖繼電器M8002當PLC一開始運行時，M8002自動發(fā)出寬度為一個掃描周期的單窄脈沖信號。常用做計數(shù)器、保持繼電器等的初始化信號。（M8003為動斷觸點）。③ 時鐘脈沖發(fā)生器（M8012為 100ms、M8011為10ms、M8013為1s時鐘發(fā)生器

51、）。④ 寄存器數(shù)據(jù)保持停止繼電器M8033。⑤ 禁止全部輸出繼電器M8034。在執(zhí)行程序時，若M8034接通，則所有輸出繼電器的輸出自動斷開，使PLC沒有輸出，并不影響PLC內(nèi)部程序的執(zhí)行?？捎糜诳刂葡到y(tǒng)發(fā)生故障時切斷輸出，而保留PLC內(nèi)部程序的正常執(zhí)行，有助于故障的檢查和排除。3．狀態(tài)器S狀態(tài)器是使用步進指令的基本元件，它與步進梯形圖指令配合使用。常用的狀態(tài)器有下面5種類型：,,（1）S0～S499為通用狀態(tài)繼電器，共500點

52、，其中S0～S9用于初始狀態(tài)，S10～S19用于回零位狀態(tài)；（2）S500～S899為失電保護狀態(tài)繼電器，共400點；（3）S900～S999為報警用狀態(tài)繼電器，共100點。步狀態(tài)器的觸點使用次數(shù)不限。不用步進指令時，狀態(tài)器S可以像輔助繼電器M一樣在程序中使用。4．定時器T通過編程設(shè)定工作時間。定時器有1個設(shè)定值寄存器、1個當前值寄存器，均為1個字長。還有若干個觸點（位）。用同一地址表示，如符號T0可以表示0號定時器的動合、

53、動斷觸點及線圈等。,,定時器累計PLC內(nèi)部的1ms、10ms、100ms時鐘脈沖，當達到設(shè)定值時，定時器的輸出觸點動作。定時器也可利用數(shù)據(jù)寄存器D中的數(shù)據(jù)作為時間常數(shù)。（1）普通定時器T0～T245（246點）其中：100ms的定時器為T0～T199（200點。10ms定時器為T200～T245（46點）。（2）積算定時器T246～T255（10點）其中：1ms積算定時器T246～T249（4點）；100ms積算定時器T250～

54、T255（6點）s。5．計數(shù)器C計數(shù)器主要用來記錄脈沖的個數(shù)或根據(jù)脈沖個數(shù)設(shè)定某一時間，計數(shù)值通過編程來設(shè)定。,,計數(shù)器根據(jù)PLC的字長度分為16位和32位計數(shù)器；按計數(shù)信號頻率的不同分為通用計數(shù)器和高速計數(shù)器。由于計數(shù)器具有加減計數(shù)功能所以又分為遞加或遞減計數(shù)器。16位加計數(shù)器是在執(zhí)行掃描操作時對內(nèi)部器件（X、Y、S、M、C等）的信號進行加計數(shù)的計數(shù)器，因此其接通時間和斷開時間應(yīng)比PLC掃描的周期稍長，通常其輸入信號頻率大約為幾

55、個掃描周期。（1）16位加計數(shù)器。其設(shè)定值為1～32 767，地址為C0～C199，其中C0～C99是普通型的，C100～C199是失電保護型的。（2）32位雙向計數(shù)器。其設(shè)定值為－2 147 483 648～2 147 483 647，其中C200～C219是通用型，C220～C234（共15點）為失電保護型。,,計數(shù)器的加減功能由內(nèi)部輔助繼電器M8200～M8234設(shè)定，特殊輔助繼電器閉合（置1）時為遞減計數(shù)，斷開時為遞加計數(shù)。

56、兩相輸入計數(shù)器的兩相輸入是A和B信號，它們決定于計數(shù)器是加計數(shù)器還是減計數(shù)器。（3）高速計數(shù)器高速計數(shù)器的地址為C235～C255（共21點），這21個計數(shù)器均為32位加/減計數(shù)器。6．常數(shù)計數(shù)器（K/H）常數(shù)計數(shù)器也作為器件對待，它在存儲器中占有一定的空間，十進制常數(shù)用K表示，如十進制數(shù)118，表示為K118；十六進制常數(shù)用H表示，如十六進制數(shù)118表示為H118。,,7．數(shù)據(jù)寄存器D數(shù)據(jù)寄存器為16位，最高位為符號位，可采

57、用兩個數(shù)據(jù)寄存器合并起來存放32位數(shù)據(jù)，最高位仍為符號位。數(shù)據(jù)寄存器分為：（1）普通數(shù)據(jù)寄存器D0～D199，共200點。當PLC由運行到停止時，該類數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容均為零，當驅(qū)動特殊輔助繼電器M8031后，在PLC由運行變?yōu)橥Ｖ箷r，則D0～D199具有保持功能。（2）失電保持數(shù)據(jù)寄存器D200～D511，共312點。（3）特殊數(shù)據(jù)寄存器D8000～D8255，共256點。用于供監(jiān)視PLC的器件運行方式用。,,（4）文件數(shù)據(jù)寄存器

58、D1000～D7999，共7 000點。是專用數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲大量的數(shù)據(jù)，如采樣數(shù)據(jù)、統(tǒng)計計算數(shù)據(jù)、多組控制數(shù)據(jù)等。8．變址寄存器V/Z （V0～V7，Z0～Z7）變址寄存器通常用于修改器件的地址編號。V和Z都是16位的寄存器，可進行數(shù)據(jù)的讀/寫操作，當進行32位操作時，將V、Z合并使用，指定Z為低位。 9．指針P/I P（P0～P63，共64點）為跳轉(zhuǎn)指令的指針，指針P0～P63作為標號，用來指定條件跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用等目

59、標。I為中斷指令的指針，共9點。表2.6為FX系列PLC的內(nèi)部系統(tǒng)配置。,2.2 FX系列PLC的基本指令及編程方法,本節(jié)以梯形圖及指令語句表的形式，介紹FX2N系列可編程序控制器的基本指令及編程方法?；局噶畎ǎ喝　⑷》?、與、或、塊或、塊指令及定時器和計數(shù)器指令等。2.2.1 邏輯取指令和線圈驅(qū)動指令LD、LDI、OUT（1）取指令LD（Load）、取反指令LDI（Load Inverse）：通常用于將動合、動斷觸點與主母線

60、連接，同時也與后面敘述的ANB指令組合在分支起點處使用。（2）線圈的驅(qū)動指令OUT（Out）：用于驅(qū)動輸出繼電器、輔助繼電器、狀態(tài)器、定時器、計數(shù)器，不能對輸入繼電器使用。上述3條指令的使用如圖2.1所示。,圖2.1,2.2.2 觸點串聯(lián)指令A(yù)ND、ANI,與指令A(yù)ND（And）、與非指令A(yù)NI（And Inverse）為動合、動斷觸點的串聯(lián)指令。AND、ANI指令是用于串聯(lián)一個觸點的指令，串聯(lián)觸點的數(shù)量不限，即可以多次使用AN

61、D、ANI指令，其目標元件是X、Y、M、S、T、C，使用說明如圖2.2所示。圖2.3為不推薦使用的編程方式。,圖2.2,2.2.3 觸點并聯(lián)指令OR、ORI,或指令OR（Or）、或非指令ORI（Or Inverse）：為動合、動斷觸點的并聯(lián)指令，使用說明如圖2.4所示，僅用于并聯(lián)連接一個觸點的指令,該指令是對其前面LD、LDI指令所規(guī)定的觸點再并聯(lián)一個觸點，并聯(lián)的次數(shù)不受限制，即可以連續(xù)使用。目標元件是X、Y、M、S、T、C。,圖2.

62、4,2.2.4 上升沿和下降沿的取指令LDP、LDF,LDP用于在輸入信號的上升沿接通一個掃描周期；LDF用于在輸入信號的下降沿接通一個掃描周期。使用說明如圖2.5所示。使用LDP指令，Y1在X1的上升沿時刻（由OFF到ON時）接通，接通時間為一個掃描周期。使用LDF指令，Y2在X3的下降沿時刻（由ON到OFF時）接通，接通時間為一個掃描周期。,圖2.5,2.2.5 上升沿和下降沿的與指令A(yù)NDP、ANDF,ANDP為在上升沿進行

63、與邏輯操作的指令，ANDF為在下降沿進行與邏輯操作的指令。使用如圖2.6所示。ANDP、ANDF與指令僅在上升沿和下降沿進行一個掃描周期的與邏輯運算。,圖2.6,2.2.6 上升沿和下降沿的或指令ORP、ORF,ORP為上升沿的或邏輯操作指令，ORF為下降沿的或邏輯操作指令。指令的使用如圖2.7所示。使用ORP指令，輔助繼電器M0僅在X0、X1的上升沿（由OFF到ON）時刻接通一個掃描周期；使用ORF指令，Y0僅在X4、X5的下降

64、沿（由ON到OFF）時刻接通一個掃描周期。,圖2.7,2.2.7 電路塊并聯(lián)連接指令ORB,ORB（Or Block）是塊或指令，用于電路塊的并聯(lián)連接。兩個或兩個以上的觸點串聯(lián)連接的電路稱為“串聯(lián)電路塊”，當并聯(lián)連接“串聯(lián)電路塊”時，在支路起點要用LD、LDI指令，而在該支路終點要用ORB指令。ORB指令無操作目標元件。有兩種使用方法，一種是在要并聯(lián)的兩個塊電路后面加ORB指令，即分散使用ORB指令，其并聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制，如

65、圖2.8所示；另一種是集中使用ORB指令，集中使用ORB的次數(shù)不允許超過8次。所以不推薦集中使用ORB指令的這種編程方法。,圖2.8,,2.2.7 電路塊并聯(lián)連接指令ORB,ANB（And Block）為塊與指令，用于電路塊的串聯(lián)連接。兩個或兩個以上的觸點并聯(lián)連接的電路稱為“并聯(lián)電路塊”，將“并聯(lián)電路塊”與前面電路串聯(lián)連接時，梯形圖分支的起點用LD或LDI指令，在并聯(lián)電路塊結(jié)束后使用ANB指令。ANB無操作目標元件。ANB指令和O

66、RB指令同樣有兩種用法，不推薦集中使用的方法。ANB指令的使用如圖2.9（a）所示，對于圖（b）所示的梯形圖編程，應(yīng)采用圖（c）的形式編程，這樣可以簡化程序。,圖2.9,,2.2.9 棧指令MPS、MRD、MPP,MPS為進棧指令，將狀態(tài)讀入棧寄存器；MRD為讀棧指令，讀出用MPS指令記憶的狀態(tài)；MPP為出棧（讀并清除）指令，讀出用MPS指令記憶的狀態(tài)并清除這些狀態(tài)。棧指令用于梯形圖的多路輸出，所完成的操作功能是將多路輸出連接點的

67、狀態(tài)先存儲，以便于后面多路輸出的編程。使用出棧指令MPP時，各層的數(shù)據(jù)依次向上移動一次將最上層的數(shù)據(jù)讀出后，此數(shù)據(jù)就從棧中消失；MPD是最上層所存數(shù)據(jù)的讀出專用指令，讀出時，棧內(nèi)數(shù)據(jù)不會發(fā)生移動。指令使用如圖2.10、圖2.11和圖2.12所示。,圖2.10,在使用中應(yīng)注意以下幾點：（1）這3條指令均無操作目標元件。（2）MPS、MPP指令必須成對使用，而且連續(xù)使用應(yīng)少于11次。,圖2.11,圖2.12,,圖2.12,2.2.1

68、0 主控指令 MC、MCR,指令的操作功能：當某一觸點（或一組觸點）的條件滿足時，按正常順序執(zhí)行；當這一條件不滿足時，則不執(zhí)行某部分程序，與這部分程序相關(guān)的繼電器狀態(tài)全為零。。主控指令利用在母線中串接一個主控觸點來實現(xiàn)控制，其作用如控制一組電路的總開關(guān)。MC、MCR指令的使用說明如圖2.13所示，MC指令占3個程序步，MCR指令占2個程序步。MC、MCR兩條指令的操作目標元件是Y、M，但不允許使用特殊的輔助繼電器。圖2.13中X