FX系列PLC编程及应用(廖常初)第1、2章

1、FX系列PLC编程及应用第2版重庆大学 廖常初第第1章章 概述概述1.1 PLC的结构与特点的结构与特点1.1.1PLC的基本结构的基本结构图2-5 FX3U系列PLC 1CPU模块 CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。 2I/O模块 I/O模块是输入（Input）模块和输出（Output）模块的简称。 输入模块用来采集输入信号，输出模块用来控制外部的负载和执行器。 I/O模块还有电平转换与隔离的作用。 3编程设备 编程软件用来生成和编辑程序，和监控程序的运行。 4电源 PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC 24V电源。 1.1

2、.2PLC的特点的特点1. 编程方法简单易学2. 功能强，性能价格比高3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4. 可靠性高，抗干扰能力强5. 系统的设计、安装、调试工作量少6. 维修工作量小，维修方便7. 体积小，能耗低1.1.3 PLC的应用领域的应用领域1. 开关量逻辑控制2. 运动控制3. 闭环过程控制4. 数据处理5. 通信联网1.2 PLC的工作原理的工作原理1.2.1 继电器继电器 继电器主要由电磁线圈、铁心、触点和复位弹簧组成。线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点，反之为常闭触点。线圈通电时，常闭触点断开，常开触点闭合。线圈断电时，常开触点断开，常闭触点闭合。 按下起动按

3、钮SB1，电流经SB1的常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM的主触点闭合，电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。 放开起动按钮，SB1的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM辅助常开触点的这种功能称为“自锁”或“自保持”。 图1-12中的继电器电路称为起动-保持-停止电路，简称为起保停电路。1.2.2 1.2.2 逻辑运算逻辑运算 用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态，反之为0状态。在波形图中，用高、低电平分别表示1、0状态。“与”、“或”、“非”逻辑运算的输入输出

4、关系见表1-1。 逻辑代数式 中的加号表示逻辑“或”，乘号表示逻辑“与”，上划线表示逻辑“非”。逻辑运算的规则为先“与”后“或”。括号优先，先执行括号中的“或”运算。1.2.3 PLC的工作原理的工作原理 1. 扫描工作方式 RUN模式执行用户程序，“RUN” LED亮。STOP模式不执行用户程序，可以下载程序。模式开关在RUN位置时，上电后自动进入RUN模式。 PC和PLC之间建立起通信连接后，若模式开关在RUN位置, 可用编程软件改变CPU的操作模式。 初始化后PLC循环不停地分阶段处理各种任务。在STOP模式，只执行内部处理和通信服务这两个阶段的任务。RUN模式时，还要完成另外3个阶段的

5、操作。 在输入处理阶段，读取所有外部输入电路的接通/断开状态。外部输入电路接通时, 对应的输入映像存储器为ON(1状态), 梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。反之输入映像存储器为OFF(0状态）。 在程序执行阶段，如果没有跳转指令，CPU逐条顺序地执行用户程序。执行程序时，对输入/输出的读写通常是通过输入/输出映像存储器，而不是实际的I/O点。 在输出处理阶段，CPU将输出映像区的0、1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出位的线圈“通电”，对应的输出映像存储器为1，对应的硬件继电器的常开触点闭合，外部负载工作。反之外部负载断电。 可用中断程序和立即I/O指令提高PLC的响应速度。 2

6、扫描周期 在RUN模式时，每次扫描循环的时间称为扫描周期。 5PLC的工作原理 在输入处理阶段，SB1和SB2的常开触点的接通/断开状态被读入相应的输入映像存储器。 执行第一条指令时，从X0对应的输入映像存储器取出二进制数并保存。 执行第二条指令时，取出Y0对应的输出映像存储器中的二进制数，与X0对应的二进制数作“或”运算，运算结果被暂时保存。 执行第3、第4条指令时，分别取出X1或X2对应的输入映像存储器中的二进制数，因为是常闭触点，自动取反以后与前面的运算结果作“与”运算，运算结果被暂时保存。 执行第5条指令时，将二进制数运算结果送入Y0对应的输出映像存储器。 在输出处理阶段，CPU将各输

7、出映像存储器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果Y0对应的输出映像存储器存放的是二进制数1，外接的负载线圈将通电，反之将断电。填空题 1) PLC主要由 、 、 和 组成。 2) 继电器的线圈“断电”时，其常开触点 ，常闭触点 。 3) 外部输入电路接通时，对应的输入过程映像寄存器为 状态，梯形图中后者的常开触点 ，常闭触点_。 4) 若梯形图中输出Q的线圈“断电”，对应的输出过程映像寄存器为 _状态，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈 ，其常开触点 ，外部负载 。 第第2章章 FX系列系列PLC的硬件的硬件2.1 FX系列系列PLC的硬件结构的硬件结构 1基本单

8、元、扩展单元和扩展模块 FX系列PLC采用整体式结构，基本单元内有CPU、输入/输出电路和电源，扩展单元内只有输入/输出电路和电源，基本单元和扩展单元用扁平电缆连接。 基本单元有一个RS-422编程接口和RUN/STOP开关，FX1S、FX1N和FX3G系列有两个内置的设置参数用的小电位器。 2功能扩展板与显示模块 功能扩展板的价格便宜。可以将功能扩展板或微型设定显示模块安装在基本单元内。功能扩展板有开关量输入、输出板，模拟量输入、输出板，8点电位器板和多种通信板。 3特殊模块 有模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、定位单元/模块和通信模块等。 4存储器 PLC的存储器分为系统

9、程序存储器和用户程序存储器。 （1）随机访问存储器（RAM） RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。芯片断电后储存的信息将会丢失。 FX2N、FX3U等系列用RAM 和锂电池来实现断电时程序和数据的保存。需要更换锂电池时，基本单元面板上的“电池电压过低”发光二极管亮，同时特殊辅助继电器M8005的常开触点接通。FX2N、FX3U等系列可以用EEPROM存储器盒来扩展存储器容量。 （2）只读存储器（ROM） ROM的内容只能读出，不能写入。断电后储存的信息不会丢失。ROM用来存放系统程序。 （3）EEPROM（可以电擦除可编程的只读存储器） EEPROM的数据可以读出和改写，断电后信息不会丢失

10、。写入数据的时间比RAM长，写入的次数有限制。FX1S、FX1N和FX3G等系列使用EEPROM来保存用户程序。2.2 FX系列系列PLC性能简介性能简介2.2.1 FX各子系列性能简介各子系列性能简介 1FX系列产品型号的代码见图2-1。例如FX1N-60MT-D属于FX1N系列，是有60个I/O点的基本单元，晶体管输出型，DC电源、漏型输入/输出型。 分别用R、T和S来表示继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。 2FX系列的子系列 选型指南中保留的老产品还有FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC和FX1NC这些子系列。FX2N已停产。FX3U、FX3UC是FX2N和FX2NC系列的升级

11、产品，FX3G是FX1N系列的升级产品。 3FX系列的共同性能规格 编程语言有梯形图、指令表和顺序功能图。各系列均有内置的实时时钟和RUN/STOP开关。有6点输入中断和脉冲捕捉功能，有输入滤波器调整功能。 4各系列的简要性能规格见表2-1。2.2 .2 FX1S、FX1N、FX1NC、FX2N与与FX2NC系列系列 1FX1S系列 FX1S系列PLC是超小型低价格PLC，不能扩展。有输入/输出分别为6/4点、8/6点、12/8点和16/14点的基本单元。 2FX1N系列 有输入/输出分别为8/6点、14/10点、24/16点和36/24点的基本单元。最多128个I/O点。 3FX1NC系列

12、FX1NC、FX2NC和FX3UC的输入/输出为连接器型，属于紧凑型标准机型。紧凑型产品用得少。 4FX2N系列 有输入/输出分别为8/8点、16/16点、24/24点、32/32点、40/40点和64/64点的基本单元，最多可扩展到256个I/O点。2.2.3 FX3G、FX3U和和FX3UC系列系列 1第三代PLC的特点 FX3G、FX3U和FX3UC系列使用左侧总线，可连接最多4台模拟量适配器和通信适配器。右侧总线可连接FX2N系列的I/O扩展模块和特殊功能模块。基本单元上可安装一块或两块功能扩展板。 FX3G、FX3U和FX3UC系列的存储器容量和软元件的数量有较大幅度的提高，增加了大

13、量的指令。 2FX3G系列 FX3G的基本单元集成有RS-422和USB通信接口。 有输入/输出分别为8/6点、14/10点、24/16点和36/24点的基本单元，最多256个I/O点，基本单元左侧最多可连接4台FX3U特殊适配器。 3FX3U系列的基本单元 有输入/输出分别为8/8点、16/16点、24/24点、32/32点、40/40点和64/64点的基本单元。最多可以扩展到384个I/O点。 4FX3U的高速计数与定位功能 基本单元内置6点100kHz的高速计数器，3轴独立最高100kHz的定位功能，可以同时输出最高100kHz的脉冲。高速输入适配器的计数频率为200kHz。 5FX3U

14、的模拟量控制功能 最多可以连接4个模拟量输入/输出和温度输入适配器，16位500s A/D转换。 6FX3U的通信功能 最多可以同时使用3个通信口，可以连接两个通信适配器和使用通信功能扩展板。可以通过内置的编程口连接计算机或GOT 1000系列人机界面。通过RS-485通信接口，可以控制8台三菱的变频器。2.3 I/O模块与特殊功能模块模块与特殊功能模块2.3.1 开关量输入电路与开关量输出电路开关量输入电路与开关量输出电路 1开关量输入电路 图2-7中的外接触点接通或传感器的NPN型输出晶体管饱和导通时，电流使光耦合器中的发光二极管发光，光敏三极管饱和导通，CPU在输入阶段读入的是二进制数1

15、；外接触点断开或传感器的输出晶体管处于截止状态时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU读入的是二进制数0。 图2-8中的外接触点接通时，电流经反并联的两个发光二极管和阻容元件形成通路，光敏三极管饱和导通，CPU读入的是二进制数1；反之读入的是二进制数0。 基本单元的X0X17有内置的数字滤波器，X20开始的输入继电器的RC滤波电路的延迟时间固定为10ms。 2开关量输出电路 输出点分为若干组，每一组各输出点的公共点名称为COM1、COM2等。各组可以使用不同类型的电源。 继电器输出电路可以驱动交流负载和直流负载。负载电源由外部现场提供。梯形图中输出继电器的线圈“通电”时，硬件继电

16、器的线圈通电，它的常开触点闭合，外部负载得电工作。继电器同时起隔离和功率放大作用，每一路只提供一对常开触点。 图2-10是晶体管集电极输出电路，各组的公共点接外部直流电源的负极。输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经光电耦合器送给输出晶体管，后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。 FX2N还有用于交流负载的双向晶闸管输出电路，它用光电晶闸管实现隔离。输出点的输出电流额定值与负载的性质有关。 继电器型输出模块承受瞬时过电压和瞬时过电流的能力较强，动作速度较慢，触点寿命有限制。晶体管型与双向晶闸管型输出模块的可靠性高，反应速度快，寿命长，过载能力稍差。2.3.2 特殊功能模块特殊功

17、能模块 1高速计数器模块 2运动控制模块 用来控制运动物体的位置、速度和加速度。有脉冲输出模块、定位控制模块和可编程凸轮控制单元。2.4 程序的下载与上载程序的下载与上载 可以使用型号为USB-SC-09或FX-USB-AW的编程电缆，来连接计算机的USB接口和FX系列的RS-422编程接口。 1安装USB-SC-09的驱动程序 将USB-SC-09电缆插入计算机的USB接口，自动打开“找到新的硬件向导”。用单选框选中“从列表或指定位置安装（高级）”。 单击“下一步”按钮，然后单击打开的对话框中的“浏览”按钮，选中随书光盘中的文件夹“USB-SC-09驱动驱动98ME_2kXP”，安装驱动程序。安装结束后，出现的对话框显示“该向导已经完成了下列设备的软件安装：Prolific USB-to-Serial Bridge”。 2设置通信参数 用通信电缆连接计算机的USB接口和PLC的编程接口。用GX Developer打开一个项目，执行“在线”菜单中的“传输设置”命令，双击出现的“传输设置”对话框中的“串行USB”图标，用弹出的“PC I/F串口详细设置”对话框设置通信端口（COM端口）和波特率。图2-14 传输设