《電氣控制與PLC技術》課件第3章

第3章PLC的基礎知識3.1概述3.2PLC控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的比較3.3PLC的基本結(jié)構3.4PLC的工作原理3.5PLC的分類及性能指標3.6FX系列PLC簡介小結(jié)

思考與練習3.1概述3.1.1什么是PLC可編程序控制器(ProgrammableController)簡稱PC，為了不與個人計算機(也簡稱PC)混淆，通常將可編程序控制器稱為PLC。它是在電器控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，PLC已被廣泛應用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中，成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制裝置，被公認為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱(PLC、機器人、CAD/CAM)之一。國際電工委員會(IEC)于1987年頒布了可編程序控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程序控制器定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。定義強調(diào)了PLC應直接應用于工業(yè)環(huán)境，必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和廣闊的應用范圍，這是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的重要特征。同時，也強調(diào)了PLC用軟件方式實現(xiàn)的“可編程”與傳統(tǒng)控制裝置中通過硬件或硬接線的變更來改變程序有本質(zhì)區(qū)別。近年來，可編程序控制器發(fā)展很快，幾乎每年都推出不少新系列產(chǎn)品，其功能已遠遠超出了上述定義的范圍。3.1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展在可編程序控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領域中，繼電器控制占主導地位，應用廣泛。但是傳統(tǒng)的電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應性差。

1968年，美國通用汽車公司(GM)為了適應汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，為了實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器可以做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及接線的次數(shù)，以降低成本，縮短周期。于是就設想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來,制成一種通用的控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。

1969年，美國數(shù)字設備公司(DEC)根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程序控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項技術迅速發(fā)展起來。早期的可編程序控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制，通常稱為可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)。隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，20世紀70年代中期微處理器技術應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。

20世紀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的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強,同時可靠性提高，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)處理和圖像顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200多家PLC廠商，400多個品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲和日本三個流派產(chǎn)品。各流派PLC產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進、結(jié)構緊湊、價格便宜、在國際市場上占有重要地位。世界上著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國的A-B(Allen-Bradly)公司、GE(GeneralElectric)公司，日本的三菱電動機(MitsubishiElectric)公司、歐姆龍(OMRON)公司，德國的AEG公司、西門子(Siemens)公司，法國的TE(Telemecanique)公司等。我國的PLC研制、生產(chǎn)和應用也發(fā)展很快，尤其在應用方面更為突出。在20世紀70年代末和80年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少國外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設備改造和新設備設計中，PLC的應用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟效益。PLC在我國的應用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司等。從近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，在世界范圍內(nèi)PLC產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量、用量高居工業(yè)控制裝置榜首，而且市場需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成為工業(yè)自動化控制領域中占主導地位的控制裝置。3.1.3PLC的特點與應用領域

1．PLC的特點

PLC技術之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點，較好地解決了工業(yè)領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。它主要有以下特點。

1)可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強是PLC最重要的特點之一。PLC的平均無故障時間可達幾十萬個小時，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施。

(1)硬件方面。I/O通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了連鎖保護、自診斷電路等。

(2)軟件方面。PLC采用掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起故障；在PLC系統(tǒng)程序中設有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當由外界干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。

2)編程簡單、使用方便目前，大多數(shù)PLC采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機知識，很容易被廣大工程技術人員掌握。當生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。同時，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。許多PLC還針對具體問題，設計了各種專用編程指令及編程方法，進一步簡化了編程。

3)功能完善、通用性強現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)等許多功能。同時，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。

4)設計安裝簡單、維護方便由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，因此控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調(diào)試，縮短了應用設計和調(diào)試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很小。而且PLC具有很強的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上的指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。

5)體積小、重量輕、能耗低

PLC采用了集成電路，其結(jié)構緊湊、體積小、能耗低，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。

2．PLC的應用領域目前，PLC已廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性價比的不斷提高，其應用領域還將不斷擴大。從應用類型看，PLC的應用大致可歸納為以下幾個方面。

1)開關量邏輯控制利用PLC最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應用，也是PLC最廣泛的應用領域。

2)運動控制大多數(shù)PLC都有拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機械設備，如對各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。

3)過程控制大、中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出。所以PLC可實現(xiàn)模擬量控制，而且具有PID控制功能的PLC可構成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。

4)數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其他智能裝置，如計算機數(shù)值控制(CNC)設備，進行處理。

5)通信聯(lián)網(wǎng)

PLC的通信包括PLC與PLC、PLC與上位計算機、PLC與其他智能設備之間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計算機可直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構成網(wǎng)絡，以實現(xiàn)信息的交換，并可構成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化(FA)系統(tǒng)發(fā)展的需要。3.2PLC控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的比較3.2.1PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較

PLC控制系統(tǒng)與繼電控制系統(tǒng)的比較見表3.1，從表中可以看出，PLC控制系統(tǒng)具有繼電控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，因此傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)將逐漸被PLC控制系統(tǒng)所取代是大勢所趨。表3.1PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較3.2.2PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)的比較在工業(yè)控制領域中，計算機控制系統(tǒng)的主機一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運行的工控機。工控機是由通用微機應用發(fā)展而來，總線標準化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，能提供實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實時性強，模型復雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，它的使用和維護要求工作人員應具有一定的專業(yè)知識，技術水平較高，且工控機在整機水平上尚不能適應惡劣的工作環(huán)境?？删幊炭刂破鲗Υ诉M行了改進，變通用為專有，有利于降低成本，縮小體積，提高可靠性等，更適合工業(yè)過程控制的要求，但是它的標準化程度較低，各廠家的產(chǎn)品不通用，因此在開發(fā)上不如工控機那樣有基礎。PLC控制系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的區(qū)別見表3.2。表3.2PLC控制系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的比較一般情況下，在工業(yè)自動化工程中多采用PLC，但計算機在信息處理方面優(yōu)于PLC，所以在一些自動化控制系統(tǒng)中，常常將二者結(jié)合起來，PLC做下位機進行現(xiàn)場控制，計算機做上位機進行信息處理。3.2.3PLC控制系統(tǒng)與集散控制系統(tǒng)的比較

PLC控制系統(tǒng)與集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem，DCS)都是用于工業(yè)現(xiàn)場的自動控制設備，都以微型計算機為基礎，都可以完成工業(yè)生產(chǎn)中大量的控制任務。但是，它們之間又有一些差別：

(1)發(fā)展基礎不同。PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在開關量處理，順序控制方面具有自己的絕對優(yōu)勢，發(fā)展初期主要側(cè)重于順序邏輯控制方面。DCS是由儀表過程控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定的優(yōu)勢。發(fā)展初期主要側(cè)重于回路調(diào)節(jié)功能。

(2)擴展方向不同。隨著微型計算機的發(fā)展，PLC在初期邏輯運算功能的基礎上增加了數(shù)值運算及閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，運算速度不斷提高，控制規(guī)模越來越大，并開始與網(wǎng)絡或上位機相連，構成了以可編程控制器為核心部件的分布式控制系統(tǒng)。DCS自20世紀70年代問世后，也逐漸地把順序控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、回路控制儀表、過程監(jiān)控裝置有機地結(jié)合在一起，構成了能滿足各種不同控制要求的集散控制系統(tǒng)。

PLC與DCS在發(fā)展過程中互相滲透，互為補償，兩者的功能越來越接近。目前，很多工業(yè)生產(chǎn)過程既可用PLC實現(xiàn)控制，又可用DCS實現(xiàn)控制。但是，由于PLC是專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，其可靠性要比一般的微型計算機高得多。所以，以PLC為控制器的DCS必將逐步占領以微型計算機為控制器的中小型DCS市場。任何一種控制設備都有自己最適合的應用領域。了解、熟悉它們的異同，將有助于我們根據(jù)控制任務和應用環(huán)境來恰當?shù)剡x用最合適的控制系統(tǒng)，更好地發(fā)揮其效用。3.3PLC的基本結(jié)構

PLC是一種以微處理器為核心的專用于工業(yè)控制的特殊計算機，由硬件和軟件構成。其硬件配置與一般的微型計算機裝置類似。PLC的具體結(jié)構多種多樣，但其基本結(jié)構相同，主要由中央處理單元(CPU)、存儲器、編程器、輸入單元、輸出單元、電源等構成。軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序(系統(tǒng)軟件)和用戶程序(應用軟件)兩大部分組成，系統(tǒng)程序由PLC廠商編制，固化在ROM中，安裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶，用戶程序是由使用者編制、用梯形圖或指令表等表達的專用軟件。3.3.1PLC的硬件系統(tǒng)世界各國生產(chǎn)的可編程控制器外觀各異，但作為工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構都大體相同。主要由中央處理器(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、輸入/輸出器件(I/O接口)、電源及編程設備幾大部分構成。PLC的硬件結(jié)構框圖如圖3.1所示。

1．中央處理器(CPU)中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務?？删幊炭刂破髦胁捎玫腃PU一般有三大類。一類為通用微處理器，如80286、80386等，一類為單片機芯片，如8031、8096等，另外還有位處理器，如AMD2900、AMD2903等。一般說來，可編程控制器的檔次越高，CPU的位數(shù)越多，運算速度越快，指令功能越強。現(xiàn)在常見的可編程機型一般多為8位或者16位機。為了提高PLC的性能，也有一臺PLC采用多個CPU的。圖3.1單元式PLC硬件結(jié)構

2．存儲器存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運算數(shù)據(jù)的單元。和一般計算機一樣，可編程控制器的存儲器有只讀存儲器(ROM)和隨機讀寫存儲器(RAM)兩大類。只讀存儲器用來保存那些需永久保存，即使機器掉電后也需保存的程序，一般分為掩膜只讀存儲器和可編程電改寫只讀存儲器。只讀存儲器用來存放系統(tǒng)程序。隨機讀寫存儲器的特點是寫入與擦除都很容易，但在掉電情況下存儲的數(shù)據(jù)就會丟失，一般用來存放用戶程序及系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)。為了能使用戶程序及某些運算數(shù)據(jù)在可編程控制器脫離外界電源后也能保持，在實際使用中都為一些重要的隨機讀寫存儲器配備電池或電容等掉電保持裝置?？删幊炭刂破鞯拇鎯^(qū)域按用途不同，又可分為程序區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)。程序區(qū)是用來存放用戶程序的區(qū)域，一般有數(shù)千個字節(jié)。數(shù)據(jù)區(qū)用來存放用戶數(shù)據(jù)，一般要小一些。在數(shù)據(jù)區(qū)中，各類數(shù)據(jù)存放的位置都有嚴格的劃分。由于可編程控制器是被熟悉繼電接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用的，因此可編程控制器的數(shù)據(jù)單元都叫繼電器，如輸入繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等。不同用途的繼電器在存儲區(qū)中占有不同的區(qū)域。每個存儲單元有不同的地址編號。

3．輸入/輸出接口輸入/輸出接口是可編程控制器與工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。輸入接口用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。輸出接口用來送出可編程控制器運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。由于可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場工作，對輸入輸出接口有兩個主要的要求：一是接口有良好的抗干擾能力；二是接口能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求。因此可編程控制器為不同的接口需求設計了不同的接口單元，主要有以下幾種。

1)開關量輸入接口其作用是把現(xiàn)場的開關量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標準信號。開關量輸入接口按可接納的外信號電源的類型不同分為直流輸入單元和交流輸入單元，如圖3.2～3.4所示。從圖中可以看出，輸入接口中都有濾波電路及耦合隔離電路。濾波有抗干擾的作用，耦合有抗干擾及產(chǎn)生標準信號的作用。圖中輸入口的電源部分都畫在了輸入口外(虛線框外)，這是分體式輸入口的畫法，在一般單元式可編程控制器中，輸入口都使用可編程本機的直流電源供電，不再需要外接電源。圖3.2直流輸入單元圖3.3交流/直流輸入單元圖3.4交流輸入單元

2)開關量輸出接口其作用是把PLC內(nèi)部的標準信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機構所需的開關量信號。開關量輸出接口按PLC內(nèi)使用的器件可分為繼電器型、晶體管型及可控硅型。內(nèi)部參考電路如圖3.5所示。從圖中可以看出，各類輸出接口中也都有隔離耦合電路。這里特別要指出的是，輸出接口本身都不帶電源，而且在考慮外驅(qū)動電源時，還需考慮輸出器件的類型。繼電器型的輸出接口可用于交流及直流兩種電源，但接通斷開的頻率低；晶體管型的輸出接口有較高的接通斷開頻率，但只適用于直流驅(qū)動的場合；可控硅型的輸出接口僅適用于交流驅(qū)動場合。圖3.5開關量輸出電路(a)繼電器型；(b)晶體管型；(c)可控硅型

3)模擬量輸入接口模擬量輸入接口的作用是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標準信號轉(zhuǎn)換成適合可編程控制器內(nèi)部處理的由若干位二進制數(shù)字表示的信號。模擬量輸入接口接受標準模擬信號，無論是電壓信號還是電流信號均可。這里標準信號是指符合國際標準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。工業(yè)現(xiàn)場中模擬量信號的變化范圍一般不是標準的，在送入模擬量接口時一般都需經(jīng)變送處理才能使用。圖3.6是模擬量輸入接口內(nèi)部電路框圖。模擬量信號輸入后一般經(jīng)運算放大器放大后進行A/D轉(zhuǎn)換,再經(jīng)光電耦合后為可編程控制器提供一定位數(shù)的數(shù)字量信號。圖3.6模擬量輸入接口內(nèi)部電路框圖

4)模擬量輸出接口模擬量輸出接口的作用是將可編程控制器運算處理后的若干位數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為相應的模擬量信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。模擬量輸出接口一般由光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換和信號驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成。其內(nèi)部電路框圖如圖3.7所示。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。圖3.7模擬量輸出接口內(nèi)部電路框圖

5)智能輸入/輸出接口為了適應較復雜的控制工作的需要，可編程控制器還有一些智能控制單元，如PID工作單元、高速計數(shù)器工作單元、溫度控制單元等。這類單元大多是獨立的工作單元。它們和普通輸入/輸出接口的區(qū)別在于帶有單獨的CPU，有專門的處理能力，在具體的工作中，每個掃描周期智能單元和主機的CPU交換一次信息，共同完成控制任務。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單元的功能弱。

4.電源可編程控制器的電源包括：為可編程控制器各工作單元供電的開關電源和為掉電保護電路供電的后備電源，其中后備電源一般為電池。

5.外部設備

1)編程器可編程控制器的特點是它的程序是可變更的，能方便地加載程序，也可方便地修改程序。編程設備是可編程控制器工作中不可缺少的設備。它一般分為兩類：一類是專用的編程器，有手持的，也有臺式的，也有的可編程控制器機身上自帶編程器，其中手持式的編程器攜帶方便，適合工業(yè)控制現(xiàn)場應用；另一類是計算機，在計算機上運行可編程控制器相關的編程軟件即可完成編程任務，軟件編程比較容易，編好后下載到可編程控制器中去運行。編程器除了編程以外，還具有一定的調(diào)試及監(jiān)視功能，可以通過鍵盤調(diào)取及顯示PLC的狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過接口(也屬于輸入輸出口的一種)與處理器連機，完成人機對話操作。按照功能強弱，手持式編程器又可分為簡易型及智能型兩類。前者只能聯(lián)機編程，后者既可聯(lián)機編程又可脫機編程。所謂脫機編程是指在編程時，把程序存儲在編程器本身存儲器中的一種編程方式。它的優(yōu)點是在編程及修改程序時，可以不影響PLC機內(nèi)原有程序的執(zhí)行，也可以在遠離主機的異地編程后再到主機所在地下載程序。

2)其他外部設備

PLC還可能配設其他一些外部設備。

(1)盒式磁帶機，用以記錄程序或信息。

(2)打印機，用以打印程序或制表。

(3)?EPROM寫入器，用以將程序?qū)懭胗脩鬍PROM中。

(4)高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)，用以顯示或監(jiān)視有關部分的運行狀態(tài)。3.3.2PLC的軟件系統(tǒng)

1.軟件的分類

PLC的軟件包含系統(tǒng)軟件及應用軟件兩大部分。

(1)系統(tǒng)軟件含系統(tǒng)的管理程序，用戶指令的解釋程序，另外還包括一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標準程序塊等。系統(tǒng)管理程序用以完成機內(nèi)運行相關時間分配、存儲空間分配管理及系統(tǒng)自檢等工作。用戶指令的解釋程序用以完成將用戶指令變換為機器碼的工作。系統(tǒng)軟件在用戶使用可編程控制器之前就已裝入機內(nèi)，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調(diào)整。

(2)應用軟件(又稱用戶軟件)是用戶為達到某種控制目的，采用PLC廠家提供的編程語言自主編制的程序。使用PLC實現(xiàn)某種控制目的，用存儲在計算機中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，就是人們所指的存儲邏輯。應用程序是一定控制功能的表述。同一臺PLC用于不同的控制目的時就需要編制不同的應用軟件。用戶軟件存入PLC后如需改變控制目的可多次改寫。

2.應用軟件編程語言的表達方式應用程序的編制需使用可編程控制器生產(chǎn)廠方提供的編程語言。至今為止還沒有一種能適合于各種可編程控制器的通用編程語言。但由于各國可編程控制器的發(fā)展過程有類似之處，因此可編程控制器的編程語言及編程工具大體差不多。一般常見的有如下幾種編程語言的表達方式：梯形圖(LadderDiagram)、指令表(InstructionList)、順序功能圖(SequentialFunctionChart)、功能塊圖(FunctionalBlockDiagram)、結(jié)構文本(StructuredText)。3.4PLC的工作原理

3.4.1PLC的等效電路

PLC的等效電路如圖3.8所示。

1．輸入回路這一部分由外部輸入回路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經(jīng)PLC輸入接線端子驅(qū)動輸入繼電器。一個輸入端子對應一個等效電路中的輸入繼電器，它可提供任意個常開和常閉觸點，供PLC內(nèi)部控制電路編程時使用。由于輸入繼電器反映輸入信號的狀態(tài)，如輸入繼電器接通即表示傳送給PLC一個接通的輸入信號，因此習慣上經(jīng)常將兩者等價使用。輸入回路的電源可用PLC電源部件提供的直流電壓，也可由獨立的交流電源供電。圖3.8PLC的等效電路

2.內(nèi)部控制電路這部分電路是由用戶程序形成的。它的作用是按照程序規(guī)定的邏輯關系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進行運算、處理和判斷，然后得到相應的輸出。用戶程序通常采用梯形圖編寫，梯形圖在形式上類似于繼電器控制原理圖，兩者在電路結(jié)構及線圈與接點的控制關系上都大致相同，只是梯形圖中元件符號及其含義與繼電器控制回路中的元件不同。有關梯形圖的特點及編程方法將在后面章節(jié)中詳細介紹。

3.輸出回路輸出回路由與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開觸點、輸出接線端子和外部電路組成，用來驅(qū)動外部負載。

PLC內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器。每個輸出繼電器除了有為內(nèi)部控制電路提供編程用的常開、常閉觸點外，還為輸出電路提供一個常開觸點與輸出接線端相連。驅(qū)動外部負載的電源由用戶提供。在PLC的輸出端子排上，有接輸出電源用的公共端。需要注意的是，PLC等效電路中的繼電器并不是實際的物理繼電器(硬繼電器)，它實際上是存儲器中的一位觸發(fā)器。該觸發(fā)器為“1”態(tài)，則相當于繼電器接通；該觸發(fā)器為“0”態(tài)，則相當于繼電器斷開。在PLC提供的所有繼電器中，輸入繼電器用來反映輸入設備的狀態(tài)，也可以將其看成是輸入信號本身；輸出繼電器用來直接驅(qū)動用戶輸出設備；其他繼電器與用戶設備沒有關系，在控制程序中僅起傳遞中間信號的作用，因此統(tǒng)稱為內(nèi)部繼電器，如輔助繼電器、特殊功能繼電器、計數(shù)器、計時器等。PLC的所有繼電器統(tǒng)稱PLC的元素，其使用及編程方法將在后面章節(jié)中詳細介紹。3.4.2PLC的掃描工作方式

PLC靠執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制要求。為了便于執(zhí)行程序，在存儲器中設置輸入映像寄存器和輸出映像寄存器區(qū)(或統(tǒng)稱I/O映像區(qū))，分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各結(jié)果的狀態(tài)。PLC對用戶程序的執(zhí)行是以循環(huán)掃描方式進行的。所謂掃描，只不過是一種形象的說法，用來描述CPU對程序順序、分時操作的過程。掃描從第0號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束，即完成一個掃描周期，然后再從頭開始執(zhí)行用戶程序，周而復始。由于CPU的運算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序似乎是同時執(zhí)行的。

PLC的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式。在執(zhí)行過程中，如果一個繼電器的線圈通電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作：其常開觸點閉合，常閉觸點打開。而PLC采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式：在PLC的動作過程中，如果某個軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉接點并不一定都會立即動作，只有CPU掃描到該接點時才會動作：其常開接點閉合，常閉接點打開。3.4.3PLC的掃描工作過程

PLC開始運行時，首先清除I/O映像區(qū)的內(nèi)容，然后進行自診斷，自檢CPU及I/O組件，確認正常后開始循環(huán)掃描。每個掃描過程分為三個階段進行，即輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。PLC重復執(zhí)行上述三個階段，每重復一次的時間就是一個工作周期(或掃描周期)，如圖3.9所示。

1.輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)(“0”或“1”，表現(xiàn)在接線端上為是否承受外加電壓)讀入輸入映像寄存器區(qū)。這個過程稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在輸入采樣階段結(jié)束后，即使輸入信號狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會發(fā)生改變。圖3.9PLC工作周期的三個階段

2.程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描，又稱程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序?qū)τ山狱c構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM區(qū)對應位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時發(fā)生改變。值得注意的是，在程序的執(zhí)行過程中，排在上面的邏輯行被刷新后的邏輯線圈狀態(tài)或數(shù)據(jù)，會對排在下面的，凡是用到這些邏輯線圈的觸點或數(shù)據(jù)的邏輯行起作用，而排在下面的邏輯行，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，只有等到下一個掃描周期才可能會對排在上面的邏輯行起作用。其原因就是因為掃描是從上到下順序進行的，前面執(zhí)行的結(jié)果可能被后面的程序所用到，從而影響后面程序的執(zhí)行結(jié)果；而后面掃描的結(jié)果卻不可能改變前面的掃描結(jié)果，只有到了下一個掃描周期再次掃描前面程序的時候才有可能起作用。如果程序中兩個操作相互用不到對方的操作結(jié)果，那么這兩個操作的程序在整個用戶程序中的相對位置是無關緊要的。

3.輸出刷新階段當程序執(zhí)行后，進入輸出刷新階段。此時，將輸出映像寄存器區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路中，再通過輸出端驅(qū)動用戶輸出設備(負載)，這就是PLC的實際輸出。PLC的掃描過程可用圖3.10來表示。圖3.10PLC掃描過程4.?PLC對輸入、輸出的處理規(guī)則從上面分析的程序執(zhí)行過程，可得出PLC對輸入/輸出的處理規(guī)則，如圖3.11所示。

(1)輸入映像寄存器區(qū)中的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子在本掃描周期輸入采樣階段所刷新的狀態(tài)。在程序執(zhí)行和輸出刷新階段，輸入映像寄存器區(qū)中的內(nèi)容不會發(fā)生改變。

(2)輸出映像寄存器(包含在元件映像寄存器)區(qū)中的數(shù)據(jù)由程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。在輸入采樣和輸出刷新階段，輸出映像寄存器區(qū)的數(shù)據(jù)不會發(fā)生改變。

(3)輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)，由上一個掃描周期輸出刷新階段存入輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來確定。在輸入采樣和程序執(zhí)行階段，輸出鎖存電路的數(shù)據(jù)不會發(fā)生改變。圖3.11PLC輸入/輸出處理規(guī)則

(4)輸出端子直接與外部負載連接，輸出端子的狀態(tài)由輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來確定。

(5)程序執(zhí)行中所需要的輸入、輸出狀態(tài)，從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中讀出。3.4.4掃描周期與輸入/輸出滯后

1.掃描周期與掃描周期的計算可編程控制器經(jīng)過3個階段的工作過程，稱為一個工作周期。在運行(RUN)工作狀態(tài)掃描3個階段所需的時間稱為掃描周期(其典型值為1～100ms)。完成一個掃描周期，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。掃描周期是可編程控制器的重要指標之一。嚴格來講，在PLC實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(如編程器、上位計算機)通信等處理，即一個掃描周期還應包含自診斷及與外設通信等時間。一般說來，同型號的PLC，其自診斷所需的時間相同，如三菱FX2系列機自診斷時間為0.96ms。通信時間的長短與連接的外設多少有關系，如果沒有連接外設，則通信時間為0ms。輸入采樣與輸出刷新時間取決于其I/O點數(shù)，而掃描用戶程序所用的時間則與掃描速度及用戶程序的長短有關。對于基本邏輯指令組成的用戶程序，二者的乘積即為掃描時間。如果程序中包含特殊功能指令，則還必須根據(jù)用戶手冊查表計算執(zhí)行這些特殊功能指令的時間。舉例說明，如三菱公司FX2-40MR，配置開關量輸入24點，開關量輸出16點，用戶程序1000步，不包含特殊功能指令，PLC運行時不連接上位計算機等外設。I/O的掃描速度為0.03ms/8點，用戶程序的掃描速度為0.74μs/步，自診斷所需的時間為0.96ms，試計算一個掃描周期所需要的時間為多少?解：掃描40點I/O所需要的時間為：Tl?=?0.03ms/8點?×?40點?=?0.15ms掃描1000步程序所需要的時間為：T2?=?0.74μs/步?×?1000步?=?0.74ms自診斷所需要的時間為：T3?=?0.96ms因PLC運行時，不與外設通信，所以通信時間為：T4?=?0ms這樣一個掃描周期T為：T?=?T1?+?T2?+?T3?+?T4?=?0.15ms?+?0.74ms?+?0.96ms?+?0ms=1.85ms上面的例子中假設用戶程序中沒有特殊功能指令，而在實際的控制程序設計中，稍微復雜點的程序都包含特殊功能指令。對于特殊功能指令，邏輯條件滿足與否，執(zhí)行時間是不同的，甚至差異很大，從而計算出來的掃描周期也不一樣。圖3.12所示梯形圖執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送指令，若M8000常開觸點閉合，則將數(shù)據(jù)寄存器D0的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)寄存器D1相加，其結(jié)果存入數(shù)據(jù)寄存器D2中，該指令占內(nèi)存為5步。查閱PLC用戶手冊可知，當邏輯條件滿足(即常開觸點M8000閉合)時，掃描所需時間為47.2μs；當邏輯條件不滿足(即常開觸點M8000斷開)時，掃描所需時間為18.4μs。圖3.12特殊功能指令由此看出，準確地計算掃描周期的大小是比較困難的。為了方便用戶，F(xiàn)X2系列PLC采取了一些措施。如當PLC投入運行后，CPU將最大掃描周期、最小掃描周期和當前掃描周期的值分別存入D8012、D8011、D8010三個特殊數(shù)據(jù)寄存器中(計時單位：0.1ms)，用戶可以通過編程器查閱監(jiān)控掃描周期的大小及變化。如發(fā)現(xiàn)D8012、D8011、D8010存放的數(shù)值為120、100、105，則表示最大掃描周期為120?×?0.1ms?=?12ms；最小掃描周期為100?×?0.1ms?=?10ms；當前掃描周期為105?×?0.1ms?=?10.5ms。在FX2系列PLC中，還提供一種以恒定的掃描周期掃描用戶程序的運行方式。用戶可將通過計算或?qū)嶋H測定的最大掃描周期再留一些余量，作為恒定掃描周期的值存放在特殊數(shù)據(jù)寄存器D8039中(計時單位：1ms)。當特殊輔助繼電器M8039線圈被接通時，PLC按照D8039中存放的數(shù)據(jù)以恒定周期掃描用戶程序。若實際的掃描周期小于恒定掃描周期，則CPU在完成本次循環(huán)后處于等待狀態(tài)，直到恒定掃描周期的時間到，才開始下一個掃描周期。如果實際掃描周期大于恒定掃描周期，PLC將照常運行，但不再工作在恒定掃描周期方式。這說明恒定掃描周期的值并非任意設定，它必須大于PLC正常運行時可能出現(xiàn)的最大掃描周期值(即D8012存放的數(shù)值)。因為PLC采用掃描周期警戒計時器，監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間(如果主機出現(xiàn)故障，掃描周期變長，就會發(fā)出報警信號)，因此用戶必須使警戒計時器(WDT)的設定值大于恒定掃描周期的值，否則CPU發(fā)出警戒計時報警信號。

2.輸入/輸出滯后輸入/輸出滯后時間又稱為系統(tǒng)響應時間，是指從PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻為止之間的間隔。它由輸入電路的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和因掃描方式產(chǎn)生的滯后時間三部分所組成。輸入模塊的RC濾波電路用來濾除由輸入端引起的干擾噪聲，消除外接輸入觸點動作時產(chǎn)生的不良影響。濾波時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時間與模塊開關元件的類型有關：繼電器型輸出電路的滯后時間一般最大值在10ms左右；雙向晶閘管型輸出電路的滯后時間約為1ms(負載被接通時)或10ms(負載由導通到斷開)；晶體管型輸出電路的滯后時間一般為1ms左右。下面主要分析由掃描方式引起的滯后時間。如圖3.13所示，梯形圖中的X0是輸入繼電器，用來接收外部輸入信號。波形圖中最上一行是X0對應的經(jīng)濾波后的外部輸入信號的波形。Y0、Y1、Y2是輸出繼電器，用來將輸出信號傳送給外部負載。圖中X0和Y0、Y1、Y2的波形表示對應的輸入/輸出(I/O)映像區(qū)的狀態(tài)，高電平表示“1”狀態(tài)，低電平表示“0”狀態(tài)。圖中輸入信號在第一個掃描周期的執(zhí)行用戶程序階段才出現(xiàn)，所以在第一個掃描周期I/O映像區(qū)寄存器均為“0”狀態(tài)。在第二個掃描周期的輸入處理階段，輸入繼電器X0的映像寄存器變?yōu)椤?”狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，由梯形圖可知，Y1先接通，再掃描下一行，Y1的常開觸點閉合，所以Y2接通，它們在I/O映像區(qū)里的狀態(tài)都變?yōu)椤?”狀態(tài)。圖3.13PLC的輸入/輸出延時在第三個掃描周期的程序執(zhí)行階段，由于Y1的接通使Y0接通。Y0的輸出映像寄存器變?yōu)椤?”狀態(tài)。在輸出處理階段，Y0對應的外部負載被接通。可見從外部輸入觸點接通到Y(jié)0驅(qū)動的負載接通，響應延遲最長可達兩個多掃描周期。交換梯形圖中第一行和第二行的位置，Y0的延遲時間將減少一個掃描周期，可見這種延遲時間可以使用程序優(yōu)化的方法減少。PLC總的響應延遲時間一般只有數(shù)十毫秒，對于一般的控制系統(tǒng)是無關緊要的。但也有少數(shù)系統(tǒng)對響應時間有特別的要求，這時就需選擇掃描時間快的PLC，或采取使輸出與掃描周期脫離的控制方式來解決。3.5PLC的分類及性能指標3.5.1PLC的分類可編程控制器產(chǎn)品的種類很多，一般可以從它的結(jié)構形式、輸入輸出點數(shù)以及功能范圍進行分類。

1.按結(jié)構形式分類

1)整體式PLC整體式可編程控制器又稱為單元式或箱體式。它將CPU單元、存儲器單元、I/O單元、I/O擴展接口單元和電源單元等集中裝在一個機箱內(nèi)，I/O接線端子及電源進出接線端子分別裝在機箱的上下兩側(cè)。機箱的面板上有相應的發(fā)光二極管LED來指示輸入輸出、電源及系統(tǒng)運行的狀態(tài)，面板上還留有輸入輸出擴展接口的插座、外部設備接口單元的插座和EPROM存儲器的插座等。這種整體式結(jié)構的可編程控制器結(jié)構緊湊、體積小、價格低，適用于單體設備的開關量自動控制和機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)應用等場合。一般小型PLC都采用這種結(jié)構。

2)模塊式PLC

模塊結(jié)構形式將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊(有的包含在CPU模塊中)和各種功能模塊，然后組裝在機架或母板上。在機架或母板的底板上有若干個模塊插座和連接這些插座的內(nèi)部系統(tǒng)總線。一些產(chǎn)品的機架或母板上還安裝了與輸入/輸出擴展機連接的接口插座。這種模塊式結(jié)構的可編程控制器配置靈活、裝配方便，便于擴展和維修，一般大、中型PLC都采用這種結(jié)構，適用于復雜過程控制系統(tǒng)的應用場合。

2.按輸入/輸出點數(shù)分類

1)超小型PLC它的輸入/輸出點數(shù)在64點以下，輸入/輸出信號是開關量信號，功能以邏輯運算為主，并有計時和計數(shù)功能。這種PLC結(jié)構緊湊，為整體結(jié)構，用戶程序容量為1～2KB。

2)小型PLC小型可編程控制器的輸入/輸出點數(shù)在64～128之間，用戶程序存儲器容量為2～4KB，其特點是體積小、結(jié)構緊湊，整個硬件融為一體，除了開關量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種應用指令。

3)中型PLC中型可編程控制器的輸入/輸出點數(shù)在128～512點之間，兼有開關量和模擬量輸入輸出，I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能連接各種特殊功能模塊，控制功能比較豐富，通信聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。用戶程序存儲器容量為4～16KB，一般采用模塊式結(jié)構形式。

4)大型PLC大型可編程控制器的輸入/輸出點數(shù)在512～8192點之間，除一般類型的輸入/輸出信號外，還有特殊類型的輸入/輸出單元和智能輸入/輸出單元，控制功能完善，具有極強的自診斷功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通信聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構成三級通信網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU構成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。用戶程序存儲器容量為16～64KB。

5)超大型PLC超大型可編程控制器的輸入/輸出點數(shù)在8192點以上，功能很強，可以與DCS相當，用戶程序器容量大于64KB，采用模塊式結(jié)構。

3.按生產(chǎn)廠家分類目前全世界生產(chǎn)可編程控制器的廠家約200多家，但大、中、小、微型均能生產(chǎn)的不太多。在中國市場占有較大份額、較有影響的公司生產(chǎn)的可編程控制器系列機型簡介如下：

(1)美國羅克韋爾(ROCKWell)自動化公司所屬的A-B(Allen-Bradlly)公司，A-B公司生產(chǎn)的PLC-5系列及SLC-5系列小型PLC。

(2)德國西門子(Siemens)公司生產(chǎn)的S5系列，具體有S5-95U、100U、115U、135U及155U。S7系列有S7-200、S7-300、S7-400等。

(3)總部設在法國的施耐德(Schneider)自動化公司所屬的美國莫迪康公司生產(chǎn)的984型可編程控制器在大型與微型之間共有20多個型號。

(4)美國GE-Fanuc公司(美國GE公司與日本法南克公司合資)生產(chǎn)90-20系列小型機、90-30系列中型機及90-40系列大型機。

(5)日本立石電機公司(OMRON公司)的中小型可編程控制器在我國應用也很廣。其產(chǎn)品主要有CPM1A/2A/2C系列、C200HX/HG/HE系列、CSI系列等。

(6)日本三菱(MITSUBISHI)公司的可編程控制器是較早進入中國的，其中小型機前期在國內(nèi)用得較多，后又推出FX2系列與FX系列機，其中大型機為A系列機。

(7)日本松下電工公司生產(chǎn)的FP0系列為微型機、FP1系列為整體式小型機，F(xiàn)P2、FP3、FP10、FP10SH等為模塊式(組合式)機。

(8)日本東芝公司生產(chǎn)EX及EX-PLUS系列小型機。3.5.2PLC的主要性能指標

PLC的性能指標是指PLC所具有的技術能力，如果只是一般地了解PLC的性能，了解如下的基本技術性能指標即可。

1.編程語言種類可編程控制器采用梯形圖、語句表、功能塊圖等編程語言。不同廠家的可編程控制器編程語言不同，相互不兼容，而且可能擁有其中一種、二種或全部的編程方法。

2.存儲容量可編程控制器的存儲器由系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器組成。系統(tǒng)程序存儲器的容量大小是確定的。用戶程序是用戶根據(jù)實際生產(chǎn)過程控制的應用要求而編寫的，因此，用戶程序存儲器的容量與控制的要求有關，它的容量大小是不固定的。用戶必須根據(jù)其實際應用情況來選擇有一定用戶程序存儲器容量的可編程控制器?？删幊炭刂破鞯拇鎯ζ魅萘客ǔＪ侵赣脩舫绦虼鎯ζ魅萘?，通常用千字節(jié)(KB)來表示。在PLC中，程序指令是按“步”存放的，一條基本指令一般為一步，而復雜的指令往往若干步，因而用“步”來表示程序容量，一般以最簡單的基本指令為單位，稱為多少基本指令(步)。

3.輸入/輸出點數(shù)可編程控制器的輸入/輸出單元的種類和點數(shù)的多少決定了其應用規(guī)模的大小。用戶應根據(jù)實際生產(chǎn)過程中的輸入/輸出信號點數(shù)和信號類型來選擇不同的可編程控制器或相應的輸入/輸出單元模塊。通常，開關量輸入/輸出單元采用最大的輸入/輸出點數(shù)來表示，模擬量輸入/輸出單元采用最大的輸入/輸出通道數(shù)來表示。在總的點數(shù)中，輸入/輸出點數(shù)總是按一定的比例設置，往往是輸入點數(shù)大于輸出點數(shù)。

4.掃描速度可編程控制器一般以掃描1000條基本指令所需的時間來表示其掃描速度，單位為ms/K步，各類指令的執(zhí)行時間并不相同，所以大多場合還要標明是哪類程序。用戶應根據(jù)應用程序的大小及所選產(chǎn)品給出的掃描速度指標來估算實際的掃描周期，以滿足生產(chǎn)過程對控制周期的要求。

5.可擴展性可編程控制器的可擴展性包括：

(1)輸入/輸出點數(shù)的擴展；

(2)存儲容量的擴展；

(3)控制區(qū)域和功能的擴展。

6.使用條件用戶在選擇機器時主要考查下列三個方面的使用指標。

(1)工作環(huán)境：如工作環(huán)境的溫度、濕度和環(huán)境空氣中塵埃的要求等；

(2)電源要求：如輸入電壓和頻率范圍、功耗等；

(3)抗干擾性能：如耐壓強度、抗電磁干擾強度、抗震動強度等。3.6FX系列PLC簡介目前，世界上生產(chǎn)PLC的主要廠家有65個，其中市場占有率較高的有日本、美國和德國的幾個廠家。如：日本主要有三菱、富士、日立，東芝、橫河、立石、光洋、夏普等公司；美國主要有德州儀器公司、通用電氣公司，歌德公司，數(shù)字設備公司等；還有德國的西門子，荷蘭的飛利浦，香港的鷹達等公司也是很有名氣的。日本三菱電機公司(MITSUBISHI)于1971年開始研制PLC，目前主要有F1、F2、FX、K、A等十幾個系列幾十種產(chǎn)品，在我國(主要是華東和華南地區(qū))的工業(yè)控制領域具有一定的市場占有率。本書將以具有代表性的FX系列超小型機作為對象進行介紹和講解。3.6.1FX系列PLC的特點

FX系列超小型PLC具有超小體積和卓越性能。它由基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元構成。

FX系列PLC有多種不同型號供用戶選擇，以滿足不同應用場合的需求，如：FX0N、FX0S、FX1N、FX1S、FX2、FX2N等。其中FX2系列PLC是三菱公司高性能超小型機的代表。它的輸入/輸出點數(shù)為16～128點，配置擴展單元后可達256點；速度快，基本指令的執(zhí)行速度為12μs/步；容量大，具有8K步的EPROM或E2PROM和2K步的RAM；豐富的軟元件，有與