第四模塊可編程序控制器工作原理及結(jié)構(gòu)演示文稿

第四模塊可編程序控制器工作原理及結(jié)構(gòu)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)（優(yōu)選）第四模塊可編程序控制器工作原理及結(jié)構(gòu)當(dāng)前第2頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)2、定義：國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計”。注：近年來，可編程控制器發(fā)展很快，幾乎每年都推出不少新系列產(chǎn)品，其功能已超出了上述定義的范圍。當(dāng)前第3頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)二、PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1、PLC的產(chǎn)生

1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）的要求研制成第一臺可編程序控制器。發(fā)展極為迅速。產(chǎn)生背景：

1）繼電控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)：通用性和靈活性差、可靠性低。繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡單易懂、價格便宜當(dāng)前第4頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

2）1968年，美國通用汽車公司（GM公司）為適應(yīng)汽車型號不斷翻新（小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量），提出要用一種新型的控制裝置取代繼電—接觸器控制裝置。擬訂了十項公開招標(biāo)的技術(shù)要求：①編程方便，可現(xiàn)場修改程序；②維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；③可靠性高于繼電器控制裝置；④體積小于繼電器控制盤；⑤數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)；⑥成本可與繼電器控制盤競爭；⑦輸入可為市電；⑧輸出可為市電，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器等；⑨擴(kuò)展時原系統(tǒng)改變最少；⑩用戶存儲器大于4KB。當(dāng)前第5頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)2、可編程序控制器的發(fā)展

1)70年代初期：可編程序控制器僅具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)等一些功能，因此稱為可編程序邏輯控制器，簡稱PLC。

2）70年代中期：

70年代后隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理技術(shù)應(yīng)用，PLC還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。

3）80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。當(dāng)前第6頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)三、PLC的主要生產(chǎn)廠家4）近年來PLC發(fā)展迅速具備了計算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術(shù)支柱（PLC技術(shù)、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。歐洲：德國的西門子（Siemens）；法國的TE（Telemecanique）公司美國：A-B（Allen-Bradly）、

GE（GeneralElectric）公司日本：三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、FUJI注：日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型機(jī)性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜。當(dāng)前第7頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)三、PLC的特點(diǎn)PLC的發(fā)展有兩個主要趨勢：一、體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價格更低的微小型方面；二、大型化網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面。1.使用靈活、通用性強(qiáng)2.編程簡單、易于掌握3.可靠性高、能適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境4.接口簡單、維護(hù)方便5.體積小、重量輕、功耗低當(dāng)前第8頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)四、PLC的分類1.按容量分：小型I/O總數(shù)≤256中型256≤I/O總數(shù)≤2048大型I/O總數(shù)≥20482.按硬件結(jié)構(gòu)分：整體式模塊式疊裝式當(dāng)前第9頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)五、PLC的應(yīng)用1.開關(guān)量的邏輯控制2.模擬量控制3.運(yùn)動控制4.過程控制5.數(shù)據(jù)處理6.通訊聯(lián)網(wǎng)“1”為通電；“0”為斷電邏輯”與“為串聯(lián)邏輯”或“為并聯(lián)邏輯”非“為常閉觸點(diǎn)當(dāng)前第10頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)作業(yè)：第180頁思考練習(xí)題2當(dāng)前第11頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)任務(wù)二PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理可編程控制器由CPU、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、I/O擴(kuò)展接口、電源和編程器等組成。一、PLC的硬件結(jié)構(gòu)

PLC是一種工控計算機(jī)，與計算機(jī)的組成十分相似，但具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口。其結(jié)構(gòu)框圖如右圖：當(dāng)前第12頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)外形的樣子PLC編程器當(dāng)前第13頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)（一）CPUCPU是整個PLC系統(tǒng)的核心，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行各種工作。1、CPU組成：

1）控制器2）運(yùn)算器3）寄存器

2、CPU的作用：

CPU是PLC系統(tǒng)的核心，其主要作用：

1）接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)。

2）檢查、校驗用戶程序。對正在輸入的用戶程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)語法錯誤立即報警，并停止輸入；在程序運(yùn)行過程中若發(fā)現(xiàn)錯誤，則立即報警或停止程序的執(zhí)行。當(dāng)前第14頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

3）接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)并存儲。將接收到現(xiàn)場輸入的數(shù)據(jù)保存起來，在需要改數(shù)據(jù)的時候?qū)⑵湔{(diào)出、并送到需要該數(shù)據(jù)的地方。

4）PLC進(jìn)入運(yùn)行后，執(zhí)行用戶程序，存儲執(zhí)行結(jié)果，并將執(zhí)行結(jié)果輸出。當(dāng)PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，CPU根據(jù)用戶程序存放的先后順序，逐條讀取、解釋和執(zhí)行程序，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作，并將程序執(zhí)行的結(jié)果送至輸出端口，以驅(qū)動可編程控制器的外部負(fù)載。

5）診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障。診斷電源、可編程控制器內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯誤的類型，通過顯示器顯示出相應(yīng)的信息，以提示用戶及時排除故障或糾正錯誤。當(dāng)前第15頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)（二）存儲器1、存儲器為記憶性部件，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。2、PLC存儲器的分類：

1）隨機(jī)存取存儲器RAM

可以隨時由CPU對它進(jìn)行讀出、寫入用來存放各種暫存的數(shù)據(jù)、中間結(jié)構(gòu)及用戶程序

2）只讀存儲器ROMCPU只能讀取而不能寫入用來存放監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，并固化在ROM中

小型的PLC的存儲容量一般在8K字節(jié)以下。當(dāng)前第16頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)（三）輸入/輸出接口單元輸入/輸出單元：PLC與被控對象之間傳送輸入輸出信號的接口部件，輸入/輸出單元有良好的電隔離和濾波功能。1、I/O單元的作用：

1）電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平

2）光電隔離和濾波功能：以提高PLC的抗干擾能力

3）狀態(tài)指示：工作狀況直觀，便于維護(hù)當(dāng)前第17頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)2、開關(guān)量輸入/輸出接口

1）開關(guān)量輸入接口開關(guān)量輸入器件：按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等。作用：現(xiàn)場的數(shù)字（開關(guān)）量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。

當(dāng)前第18頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)分類：按可接納的外部信號電源的類型不同分為直流輸入接口單元和交流輸入接口單元。如圖1、圖2、圖3所示。

圖1直流輸入接口單元電路

圖2交/直流輸入接口單元電路

圖3交流輸入電路

當(dāng)前第19頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)一般單元式PLC中輸入接口單元都使用可編程本機(jī)的直流電源供電，不再需要外接電源。

2）開關(guān)量輸出接口開關(guān)量輸出器件：接觸器線圈、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備。作用：將PLC內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的開關(guān)量信號。開關(guān)量輸出接口類型：（1）繼電器輸出（電磁隔離）說明：用于交流、直流負(fù)載，但接通斷開的頻率低。（2）晶體管輸出（光電隔離）說明：有較高的接通斷開頻率，用于直流負(fù)載。（3）晶閘管輸出（光觸發(fā)型進(jìn)行電氣隔離）說明：僅適用于交流負(fù)載。當(dāng)前第20頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)開關(guān)量輸出電路當(dāng)前第21頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)說明：a）輸出電路的負(fù)載電源由外部提供。

b）負(fù)載電流一般不超過2A。使用中，輸出電流額定值與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)系。PLC輸入/輸出接口等效電路圖當(dāng)前第22頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

3）輸出端子的接線方式輸出端子有兩種接線方式：

a)輸出各自獨(dú)立（無公共點(diǎn)）b)每4～8個輸出點(diǎn)構(gòu)成一組，公用一個公共點(diǎn)。當(dāng)前第23頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)注：

1）輸出公用一個公共點(diǎn)時，同組用同一電壓類型和等級，不同組之間可以用不同類型和等的電壓。

2）PLC的輸入接口個數(shù)和輸出接口個數(shù)之和稱為PLC的點(diǎn)數(shù)。3、模擬量輸入/輸出接口

1）模擬量輸入接口作用：將現(xiàn)場的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部處理的的信號。模擬量輸入接口接受標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，標(biāo)準(zhǔn)模擬信號可以是電壓信號或電流信號。標(biāo)準(zhǔn)信號：符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通用交互用電壓電流信號值，如4～20mA的直流電流信號，1～10V的直流電壓信號等。當(dāng)前第24頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)工業(yè)現(xiàn)場中模擬量信號的變化范圍一般是不標(biāo)準(zhǔn)的，在送入模擬量接口時一般都需經(jīng)變送處理才能使用，模擬量輸入接口的內(nèi)部電路框圖：

圖4模擬量輸入電路框圖

模擬量信號輸入后一般經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)光電耦合后轉(zhuǎn)換為PLC能識別數(shù)字量信號。

當(dāng)前第25頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

2）模擬量輸出接口作用：將PLC運(yùn)算處理后的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換模擬量信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。組成：光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換和信號驅(qū)動等。其原理框圖：

模擬量輸出電路框圖

模擬量輸入輸出接口一般安裝在專門的模擬量工作單元上。當(dāng)前第26頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)4、智能輸入輸出接口

PLC智能控制單元：PID工作單元、高速計數(shù)器工作單元、溫度控制單元等。智能控制單元大多是獨(dú)立的工作單元，有單獨(dú)的CPU，有專門的處理能力。在工作中，每個掃描周期智能單元和主機(jī)的CPU交換一次信息，共同完成控制任務(wù)。從近期的發(fā)展來看，不少新型的可編程控制器本身也帶有PID功能及高速計數(shù)器接口，但它們的功能一般比專用智能輸入輸出單元的功能稍弱。當(dāng)前第27頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)（四）通信接口：通過各種通信接口，PLC可與監(jiān)視器、打印機(jī)、PLC或計算機(jī)相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的交換。（五）擴(kuò)展接口：擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元與基本單元相連,使PLC的配置更加靈活。

（六）智能I/O接口：

閉環(huán)控制模板，高速計數(shù)模板等。（七）電源

1、電源一般為單相交流電源（AC100240V，50/60Hz），也有用直流24V供電的。2、對電源的穩(wěn)定性要求不是太高，允許在額定電源電壓值的±10%~15%范圍波動。3、小型PLC，電源與CPU合為一體，中大型PLC，用單獨(dú)的電源模塊。當(dāng)前第28頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)（八）編程器

1、作用：供用戶進(jìn)行程序的編制，編輯，調(diào)試和監(jiān)視。

2、編程器分類：

1）簡易型：只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符（指令表）后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二極管或其他顯示器件組成。

2）智能型兩類（圖形編程器）：可以聯(lián)機(jī)，也可以脫機(jī)編程，具有LCD或CRT圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話.說明：配有相應(yīng)的編程軟件包微機(jī)也可作為編程器，如要直接與PLC通信，還應(yīng)配有通信電纜。（九）其他部件：盒式磁帶機(jī)，EPROM寫入器存儲器卡等其他外部設(shè)備

當(dāng)前第29頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)二、可編程序控制器的軟件組成

1、系統(tǒng)程序診斷程序、鍵盤輸入處理程序、翻譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序

2、用戶程序用戶程序是用戶根據(jù)設(shè)備控制的要求編制的控制程序，相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)的控制電路。當(dāng)前第30頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)常見的PLC的編程語言有梯形圖，語句表，功能表圖。系統(tǒng)監(jiān)控程序：

a)、系統(tǒng)運(yùn)行管理程序(控制PLC的運(yùn)行，使整個PLC按部就班地工作)b)、用戶指令解釋程序（將PLC的編程語言變?yōu)闄C(jī)器語言指令）

c)、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序（子程序及其調(diào)用管理程序等）當(dāng)前第31頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)三可編程控制器的基本工作原理一、PLC的掃描工作方式1、原因：1）PLC在運(yùn)行時需要處理許多操作；2）PLC的CPU卻不能同時執(zhí)行多個操作，每一刻只能執(zhí)行一個操作。2、解決方法：采用分時操作即掃描的工作方式由于CPU的運(yùn)算速度很高，從宏觀上而言似乎所有的操作都是及時、迅速地完成的。3、PLC的一個掃描過程包含五個階段

1）內(nèi)部處理（自診斷）：檢查CPU等內(nèi)部硬件是否正常，對監(jiān)視定時器復(fù)位，其它內(nèi)部處理。當(dāng)前第32頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

2）通信服務(wù)（與外設(shè)通信）：與其它智能裝置（編程器、計算機(jī)）通信。如：響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。

3）輸入采樣以掃描方式按順序采樣所有輸入端的狀態(tài)，并存入輸入映象寄存器中。（輸入寄存器被刷新）。

4）程序執(zhí)行

PLC梯形圖程序掃描原則：先左后右、先上后下的步序，逐句掃描。并將結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器。

5）輸出刷新：輸出狀態(tài)寄存器（Y）中的內(nèi)容轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器輸出，驅(qū)動外部負(fù)載。當(dāng)前第33頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)掃描周期：整個過程掃描一次所需的時間。掃描周期：與CPU時鐘頻率、指令類型（掃描速度）、程序長短有關(guān)。掃描周期是PLC一個很重要的指標(biāo)一般小型PLC的掃描周期為十幾毫秒到幾十毫秒。注：當(dāng)PLC處于STOP狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)PLC處于RUN狀態(tài)時，應(yīng)完成全部五個階段的工作。當(dāng)前第34頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)二、PLC掃描工作方式的特點(diǎn)：

1、特點(diǎn)：集中采樣、集中輸出、循環(huán)掃描

1）集中采樣：對輸入狀態(tài)的掃描只在輸入采樣階段進(jìn)行。即在程序執(zhí)行階段或輸出階段，即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，只有到下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入（響應(yīng)滯后）。當(dāng)前第35頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

2）集中輸出：在一個掃描周期內(nèi)，只有在輸出處理階段才將元件映象寄存器中的狀態(tài)輸出，在其它階段，輸出值一直保存在元件映象寄存器中。注：在用戶程序中，如果對輸出多次賦值，則僅最后一次是有效的，即應(yīng)避免雙線圈輸出。

2、優(yōu)點(diǎn)：提高系統(tǒng)的抗干擾能力。集中采樣、集中輸出的掃描工作方式使PLC在工作的大部分時間與外設(shè)隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

3、缺點(diǎn)：響應(yīng)滯后，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。輸入/輸出滯后時間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時間。當(dāng)前第36頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

1）輸入模塊滯后時間：輸入模塊RC濾波電路的時間常數(shù)，典型值為10ms左右。

2）輸出模塊滯后時間繼電器型輸出：10ms左右；晶閘管型輸出：通電滯后時間約1ms，斷電滯時的最大滯后時間10ms；晶體管型輸出：1ms以下。

3）掃描工作方式引起的滯后時間最長可達(dá)兩個掃描周期。

PLC總的響應(yīng)延遲時間一般為幾十ms。但由于PLC的掃描速度極快，故對一般工業(yè)控制而言，此響應(yīng)上的滯后完全允許。注：在中、大型PLC中所需處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多，用戶程序較長，還采用分時分批的掃描方式或中斷等的工作方式，以縮短循環(huán)掃描的周期和提高實時控制。當(dāng)前第37頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)四可編程控制器的基本指標(biāo)

1、輸入輸出點(diǎn)數(shù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)（I/O點(diǎn)數(shù)）：輸入、輸出接線端的個數(shù)。

OMRON公司生產(chǎn)的CPM1A型I/O比為3:2；三菱的FX2N系列為1:12、掃描速度

1、執(zhí)行1000步指令所需的時間來衡量，單位為毫秒/千步。

2、執(zhí)行一步指令時間計，單位為微秒/步。3、存儲器容量

PLC的存儲容量一般指用戶程序存儲器的容量。通常用“字”或“步”來描述。

OMRON的CPM1A型PLC的存儲容量為2048字。當(dāng)前第38頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)三菱的FX2N系列PLC的存儲容量為8K步（可擴(kuò)至16K步）。4、編程語言

不同廠家生產(chǎn)PLC的編程語言是不同的。

PLC的編程語言：用梯形圖（LAD）、指令表（STL）、順序功能圖（SFC）、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、邏輯功能圖、高級語言。梯形圖以其直觀、編程容易而成為主要編程語言，梯形圖程序可直接輸入PLC，無需寫出指令表。手持式編程器進(jìn)行編程時，要輸入指令表語句。5、指令功能可編程控制器的指令種類越多，則其軟件的功能就越強(qiáng)，使用這些指令完成一定的控制目標(biāo)的就越容易。此外，可編程控制器的可擴(kuò)展性、使用條件、可靠性、易操作性及經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo)也是用戶在選擇可編程控制器時須注意的指標(biāo)。當(dāng)前第39頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

五、編程軟件的編程語言可編程控制器與一般的計算機(jī)相類似，在軟件方面有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之分，只是可編程控制器的系統(tǒng)軟件由可編程控制器生產(chǎn)廠家固化在ROM中，一般的用戶只能在應(yīng)用軟件上進(jìn)行操作，即通過編程軟件來編制用戶程序。編程軟件是由可編程控制器生產(chǎn)廠家提供的編程語言，至今為止還沒有一種能適合各種可編程控制器的通用的編程語言，但是各個可編程控制器發(fā)展過程有類似之處，可編程控制器的編程語言即編程工具都大體差不多，一般有如下五種表達(dá)方式。

當(dāng)前第40頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

(一)梯形圖（LadderDiagram）

梯形圖是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語言，它是從繼電器控制電路圖演變過來的。梯形圖將繼電器控制電路圖進(jìn)行簡化，同時加進(jìn)了許多功能強(qiáng)大、使用靈活的指令，將微機(jī)的特點(diǎn)結(jié)合進(jìn)去，使編程更加容易，而實現(xiàn)的功能卻大大超過傳統(tǒng)繼電器控制電路圖，是目前最普通的一種可編程控制器編程語言。

梯形圖及符號的畫法應(yīng)按一定規(guī)則，各廠家的符號和規(guī)則雖不盡相同，但基本上大同小異，如圖4-6所示。

1．梯形圖中只有動合和動斷兩種觸點(diǎn)。各種機(jī)型中動合觸點(diǎn)和動斷觸點(diǎn)的圖形符號基本相同，但它們的元件編號不相同，隨不同機(jī)種、不同位置（輸入或輸出）而不同。統(tǒng)一標(biāo)記的觸點(diǎn)可以反復(fù)使用，次數(shù)不限，這點(diǎn)與繼電器控制電路中同一觸點(diǎn)只能使用一次不同。因為在可編程控制器中每一觸點(diǎn)的狀態(tài)均存入可編程控制器內(nèi)部的存儲單元中，可以反復(fù)讀寫，故可以反復(fù)使用。

2．梯形圖中輸出繼電器（輸出變量）表示方法也不同，有圓圈、括弧和橢圓表示，而且它們的編程元件編號也不同，不論哪種產(chǎn)品，輸出繼電器在程序中只能使用一次。

3．梯形圖最左邊是起始母線，每一邏輯行必須從起始母線開始畫。梯形圖最左邊還有結(jié)束母線，一般可以將其省略。4．梯形圖必須按照從左到右、從上到下順序書寫，可編程控制器是按照這個順序執(zhí)行程序。

5．梯形圖中觸點(diǎn)可以任意的串聯(lián)或并聯(lián)，而輸出繼電器線圈可以并聯(lián)但不可以串聯(lián)。

6．程序結(jié)束后應(yīng)有結(jié)束符。

當(dāng)前第41頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

(二)指令表（InstructionList）梯形圖編程語言優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡便，但要求用帶CRT屏幕顯示的圖形編程器才能輸入圖形符號。小型的編程器一般無法滿足，而是采用經(jīng)濟(jì)便攜的編程器（指令編程器）將程序輸入到可編程控制器中，這種編程方法使用指令語句（助記符語言），它類似于微機(jī)中的匯編語言。操作碼用助記符表示要執(zhí)行的功能，操作數(shù)（參數(shù)）表明操作的地址或一個預(yù)先設(shè)定的值。語句是指令語句表編程語言的基本單元，每個控制功能有一個或多個語句組成的程序來執(zhí)行。每條語句規(guī)定可編程控制器中CPU如何動作的指令，它是由操作碼和操作數(shù)組成的。當(dāng)前第42頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

（三）順序功能圖（SequentialChart）

順序功能圖常用來編制順序控制類程序。它包含步、動作、轉(zhuǎn)換三個要素。順序功能編程法可將一個復(fù)雜的控制過程分解為一些小的順序控制要求連接組合成整體的控制程序。順序功能圖法體現(xiàn)了一種編程思想，在程序的編制中具有很重要的意義。在介紹步進(jìn)梯形指令時將詳細(xì)介紹順序功能圖編程法。圖2所示為順序功能圖。

圖2順序功能圖當(dāng)前第43頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

（四）功能塊圖（FunctionBlockDiagram）

功能圖編程語言實際上是用邏輯功能符號組成的功能塊來表達(dá)命令的圖形語言，與數(shù)字電路中邏輯圖一樣，它極易表現(xiàn)條件與結(jié)果之間的邏輯功能。圖3所示為先“或”后“與”再輸出操作的功能塊圖。

由圖可見，這種編程方法是根據(jù)信息流將各種功能塊加以組合，是一種逐步發(fā)展起來的新式的編程語言，正在受到各種可編程控制器廠家的重視。

圖3功能塊圖編程語言圖當(dāng)前第44頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)作業(yè)：第180頁思考練習(xí)題4當(dāng)前第45頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)任務(wù)三三菱FX2N系列PLC簡介三菱FX系列小型可編程控制器是當(dāng)前國內(nèi)外最新、最具特色、最具代表的微型PLC。將CPU和輸入/輸出一體化，使用更為方便。一、FX系列PLC型號

①子系列名稱：ON、OS、2C、2NC、1N、1S、2N②輸入輸出點(diǎn)數(shù)：輸入輸出的合計點(diǎn)數(shù)（10～256點(diǎn)）③單元類型：M－基本單元；

E－輸入輸出混合擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊；

EX－輸入專用擴(kuò)展模塊；

EY－輸出專用擴(kuò)展模塊。當(dāng)前第46頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)④輸出形式（其中輸入專用無記號）：

R－繼電器輸出；

T－晶體管輸出；

S－晶閘管輸出⑤特殊物品的區(qū)別（電源和輸入、輸出類型等特性）：D、A1、H、V、C、F等如：D——DC電源，DC輸出如：特殊物品無記號——AC電源，DC輸入，橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出（繼電器輸出為2A/1點(diǎn)、晶體管輸出0.5/1點(diǎn)、晶閘管輸出0.3A/1點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)輸出）當(dāng)前第47頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)二、FX系列可編程控制器的基本組成

FX系列可編程控制器由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元構(gòu)成。

1）基本單元：CPU、存儲器、輸入輸出及電源，是PLC的主要部分。

2）擴(kuò)展單元：用于增加可編程控制器I/O點(diǎn)數(shù)的裝置，內(nèi)部設(shè)有電源。

3）擴(kuò)展模塊：用于增加可編程控制器I/O點(diǎn)數(shù)及改變可編程控制器I/O點(diǎn)數(shù)比例，內(nèi)部無電源，所用電源由基本單元或擴(kuò)展單元供給。擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊無CPU，必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置。當(dāng)前第48頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)1、FX2N系列PLC介紹FX2N系列PLC型號規(guī)格：類型型號輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)電源電壓基本單元FX2N-16MR-00188AC100～240V或DC24VFX2N-32MR-0011616FX2N-48MR-0012424擴(kuò)展單元FX2N-32ER1616AC100～240V擴(kuò)展模塊FX2N-16EX16—不需要FX2N-16EX-C16—FX2N-16EXL-C16—當(dāng)前第49頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)三、FX系列PLC的編程元件不同廠家、不同系列的PLC，其內(nèi)部軟繼電器的功能和編號都不相同，因此在編制程序時，必須熟悉所選用PLC的軟繼電器的功能和編號。

FX系列PLC軟繼電器編號由字母和數(shù)字組成，其中輸入繼電器和輸出繼電器用八進(jìn)制數(shù)字編號，其它軟繼電器均采用十進(jìn)制數(shù)字編號。一）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及軟元件（繼電器）概念1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1）十進(jìn)制數(shù)

2）二進(jìn)制（在FX系列PLC內(nèi)部，數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制（BIN）補(bǔ)碼的形式存儲，所有的四則運(yùn)算都使用二進(jìn)制數(shù)）。當(dāng)前第50頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

3）八進(jìn)制（輸入繼電器、輸出繼電器的地址采用八進(jìn)制）

4）十六進(jìn)制

5）BCD碼

6）常數(shù)K、HK：十進(jìn)制常數(shù)

H：十六進(jìn)制常數(shù)2、軟元件（編程元件、操作數(shù)）

1）軟元件概念

PLC內(nèi)部具有一定功能的器件（輸入、輸出單元、存儲器的存儲單元）。

2）分類：位元件、字元件①位元件

X：輸入繼電器，用于輸入給PLC的物理信號；

Y：輸出繼電器，從PLC輸出的物理信號；當(dāng)前第51頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

M（輔助繼電器）和S（狀態(tài)繼電器）：PLC內(nèi)部的運(yùn)算標(biāo)志。說明：

A、位單元只有ON和OFF兩種狀態(tài)，可用“0”和“1”表示。

B、元件可以通過組合使用，4個位元件為一個單元，通用表示方法是由Kn加起始的軟元件號組成，n為單元數(shù)。例如K2M0表示M0～M7組成兩個位元件組（K2表示2個單元），它是一個8位數(shù)據(jù)，M0為最低位。

②字元件數(shù)據(jù)寄存器D：模擬量檢測以及位置控制等場合存儲數(shù)據(jù)和參數(shù)。字節(jié)（BYTE）、字（WORD）、雙字（DOUBLEWORD）當(dāng)前第52頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)二、FX系列PLC的編程元件

（一）輸入繼電器（X）

作用：用來接受外部輸入的開關(guān)量信號。輸入端通常外接常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)。

編號：X000~X007X010~X017······

說明：1）輸入繼電器以八進(jìn)制編號。

FX2系列PLC帶擴(kuò)展時最多可有184點(diǎn)輸入繼電器（X0～X267）。

2）輸入繼電器只能輸入驅(qū)動，不能程序驅(qū)動

3）可以有無數(shù)的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。

4）輸入信號（ON、OFF）至少要維持維持一個掃描周期。

（二）輸出繼電器（Y）作用：輸出程序運(yùn)行的結(jié)果，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制外部負(fù)當(dāng)前第53頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)載。編號：Y000~Y007Y010~Y017······

說明：1）輸出繼電器以八進(jìn)制編號。

FX2系列PLC帶擴(kuò)展時最多可有184點(diǎn)輸入繼電器（Y0～Y267）。

2）輸入繼電器只能程序驅(qū)動，不能外部驅(qū)動

3）輸出模塊的硬件繼電器只有一個常開觸點(diǎn)，梯形圖中輸出繼電器的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)可以多次使用。

（三）輔助繼電器（M）：中間繼電器輔助繼電器是用軟件實現(xiàn)，是一種內(nèi)部的狀態(tài)標(biāo)志，相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。說明：1）輔助繼電器以十進(jìn)制編號。當(dāng)前第54頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

2）輔助繼電器只能程序驅(qū)動，不能接收外部信號，也不能驅(qū)動外部負(fù)載。

3）可以有無數(shù)的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。

輔助繼電器：通用型、掉電保持型和特殊輔助繼電器三種。1、通用型輔助繼電器：M0～M499共500個特點(diǎn)：通用輔助繼電器和輸出繼電器一樣，在PLC電源斷開后，其狀態(tài)將變?yōu)镺FF。當(dāng)電源恢復(fù)后，除因程序使其變?yōu)镺N外，否則它仍保持OFF。用途：中間繼電器（邏輯運(yùn)算的中間狀態(tài)存儲、信號類型的變換）。2、掉電保持型輔助繼電器：M500～M1023

特點(diǎn)：在PLC電源斷開后，保持用輔助繼電器具有保持?jǐn)嚯娗八查g狀態(tài)的功能，并在恢復(fù)供電后繼續(xù)斷電前的狀態(tài)。掉電保持是由PLC機(jī)內(nèi)電池支持。當(dāng)前第55頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)3、特殊輔助繼電器：M8000～M8255

特點(diǎn)：特殊輔助繼電器是具有某項特定功能的輔助繼電器。分類：觸點(diǎn)利用型和線圈驅(qū)動型。

1）觸點(diǎn)型特殊輔助繼電器：其線圈由PLC自動驅(qū)動，用戶只可以利用其觸點(diǎn)。

2）線圈型特殊輔助繼電器：由用戶驅(qū)動線圈，PLC將作出特定動作。

1）運(yùn)行監(jiān)視繼電器：

M8000——當(dāng)PLC處于RUN時，其線圈一直得電

M8001——當(dāng)PLC處于STOP時，其線圈一直得電當(dāng)前第56頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

2）初始化繼電器：

M8002——當(dāng)PLC開始運(yùn)行的第一個掃描周期其得電

M8003——當(dāng)PLC開始運(yùn)行的第一個掃描周期其失電（對計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)寄存器等進(jìn)行初始化）

3）出錯指示繼電器：M8004——當(dāng)PLC有錯誤時，其線圈得電M8005——當(dāng)PLC鋰電池電壓下降至規(guī)定值時，其線圈得電。當(dāng)前第57頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

M8061——PLC硬件出錯D8061（出錯代碼）

M8064——參數(shù)出錯D8064M8065——語法出錯D8065M8066——電路出錯D8066M8067——運(yùn)算出錯D8067M8068——當(dāng)線圈得電，鎖存錯誤運(yùn)算結(jié)果

4）時鐘繼電器：

M8011——產(chǎn)生周期為10ms脈沖

M8012——產(chǎn)生周期為100ms脈沖

M8013——產(chǎn)生周期為1s脈沖

M8014——產(chǎn)生周期為1min脈沖當(dāng)前第58頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

5）標(biāo)志繼電器

M8020——零標(biāo)志。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為0時，其線圈得電。

M8021——借位標(biāo)志。減法運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)的最大值以下時，其線圈得電。

M8022——進(jìn)位標(biāo)志。加法運(yùn)算或移位操作的結(jié)果發(fā)生進(jìn)位時，其線圈得電。

6）PLC模式繼電器：

M8034——禁止全部輸出。當(dāng)M8034線圈被接通時，則PLC的所有輸出自動斷開。

M8039——恒定掃描周期方式。當(dāng)M8039線圈被接通時，則PLC以恒定的掃描方式運(yùn)行，恒定掃描周期值由D8039決定

M8031----非保持型繼電器、寄存器狀態(tài)清除

M8032----保持型繼電器、寄存器狀態(tài)清除

M8033----RUN→STOP時，輸出保持RUN前狀態(tài)當(dāng)前第59頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

M8035----強(qiáng)制運(yùn)行（RUN）監(jiān)視

M8036----強(qiáng)制運(yùn)行（RUN）

M8037----強(qiáng)制停止（STOP）（四）狀態(tài)寄存器（S）作用：用于編制順序控制程序的狀態(tài)標(biāo)志。

1）初始化用：S0~S9

這10個狀態(tài)寄存器作為步進(jìn)程序中的初始狀態(tài)用。

2）通用：S10~S127

這118個狀態(tài)寄存器作為步進(jìn)程序中的普通狀態(tài)用。注：不使用步進(jìn)指令時，狀態(tài)寄存器也可當(dāng)作輔助繼電器使用。（五）定時器（T）作用：相當(dāng)于時間繼電器。當(dāng)前第60頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)分類：普通定時器、積算定時器定時器工作原理：當(dāng)定時器線圈得電時，定時器對相應(yīng)的時鐘脈沖（100ms、10ms、1ms）從0開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值等于設(shè)定值時，定時器的觸點(diǎn)接通。定時器組成：初值寄存器（16位）、當(dāng)前值寄存器（16位）、輸出狀態(tài)的映像寄存器（1位）——元件號T。t=0.1×100=10s定時器的設(shè)定值可用常數(shù)K，也可用數(shù)據(jù)寄存器D中的參數(shù)。K的范圍1~32767

注意：若定時器線圈中途斷電，則定時器的計數(shù)值復(fù)位。當(dāng)前第61頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

1）普通定時器輸入斷開或發(fā)生斷電時，計數(shù)器和輸出觸復(fù)位。

100ms定時器：T0~T199，共200個定時范圍：0.1～3276.7s10ms定時器：T20~T245，共46個定時范圍：0.01～327.67st=0.1×100=10s當(dāng)前第62頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

2）積算定時器輸入斷開或發(fā)生斷電時，當(dāng)前值保持，只有復(fù)位接通時，計數(shù)器和觸點(diǎn)復(fù)位。復(fù)位指令：如RSTT2501ms積算定時器：T246~T249，共4個（中斷動作）定時范圍：0.001~32.767s100ms積算定時器：T250~255，共6個定時范圍：0.1~3276.7s當(dāng)前第63頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)思考題：

1.如何實現(xiàn)斷電延時？如：當(dāng)X0接通時，Y0馬上得電；當(dāng)X0斷開時，Y0過20S后斷電。

2.當(dāng)一個定時器的定時時間不夠時，怎么辦?

如：當(dāng)X0接通后，Y0過5000S后得電并保持，至到X1接通為止。

3.如何實現(xiàn)如下圖所示周期為50s的脈沖輸出？(六)計數(shù)器（C）計數(shù)器：對內(nèi)部元件X、Y、M、T、C的信號進(jìn)行記數(shù)（記數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時計數(shù)動作）。當(dāng)前第64頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)計數(shù)器分類：普通計數(shù)器、雙向計數(shù)器、高速計數(shù)器計數(shù)器工作原理：計數(shù)器從0開始計數(shù)，計數(shù)端每來一個脈沖計數(shù)值加1，當(dāng)計數(shù)值與設(shè)定值相等時，計數(shù)器觸點(diǎn)動作。計數(shù)器的設(shè)定值可用常數(shù)K，也可用數(shù)據(jù)寄存器D中的參數(shù)。計數(shù)值設(shè)定范圍1~32767。注意：RST端一接通，計數(shù)器立即復(fù)位。當(dāng)前第65頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

1、普通計數(shù)器（計數(shù)范圍：K1~K32767）

16位通用加法計數(shù)器：C0~C1516位增計數(shù)器

16位掉電保持計數(shù)器：C16~C3116位增計數(shù)器

2、雙向計數(shù)器（計數(shù)范圍：-2147483648~2147483647）

32位通用雙向計數(shù)器：C200~C219，共20個，

32位掉電保持計數(shù)器：C220~C234，共15個。說明：

1）設(shè)定值可直接用常數(shù)K或間接用數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容。間接設(shè)定時，要用編號緊連在一起的兩個數(shù)據(jù)寄存器。

2）C200~C234計數(shù)器的計數(shù)方向（加/減計數(shù)）由特殊輔助繼電器M8200~M8234設(shè)定。當(dāng)M82xx接通（置1）時，對應(yīng)的計數(shù)器C2xx為減法計數(shù)；當(dāng)M82xx斷開（置0）時為加法計數(shù)。當(dāng)前第66頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)32位加/減計數(shù)器工作過程示意圖當(dāng)前第67頁\共有75頁\編于星期三\9點(diǎn)

3、高速計數(shù)器：C235~C25432位增/減計數(shù)器高數(shù)計數(shù)器工作原理：采用中斷方式對特定的輸入進(jìn)行計數(shù)（