可编程控制器原理及应用ppt课件汇总(完整版)

1、可编程控制器原理及应用第1章 可编程控制器的基础知识 1.1概论 1.2可编程控制器系统的组成及功能1.3 PLC的分类1.4 PLC的性能指标1.5 PLC的发展趋势及对工业发展的影响1.1概论1.1.1可编程控制器的由来1968年，美国通用汽车公司（GM）根据汽车制造生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜，以减少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。当时，通用汽车公司对新型控制器提出10条具体要求： （1）编程简单，可在现场修改程序； （2）维护方便，采用插件式结构； （3）可靠性高于继电器控制柜； （4）体积小于继电器控制柜； （5）成本可与继电器控制柜竞争；

2、 （6）数据可以直接输入管理计算机； （7）可直接用115V交流输入；（8）输出采用交流115V，能直接驱动电磁阀、交流 的的接触器等；（9）通用性强，扩展时很方便；（10）程序要能存储，存储容量可扩展到4K字节。 根据招标要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世第一台PLC（PDP14型 ），并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。 1.1.2可编程控制器的定义 早期的可编程控制器主要是用来替代继电器控制系统的，因此功能较为简单，只能进行开关逻辑控制，称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。 国

3、际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的可编程控制器标准草案的第三稿中，将其进一步定义为：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其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。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”1.1.3可编程控制器的特点1. 编程方法简单易学2. 功能完善、适应性强3. 系统的设计、安装、调试工作量少，维修方便4. 可靠性高、抗干扰能力强5. 体积小、重量轻、功耗低、

4、性价比高所以可编程控制器可以称为全功能工业控制计算机。1.1.4可编程控制器的应用领域由于PLC具有上述的一系列优点，因此在工业控制方面，目前PLC已广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通、运输等行业。按照PLC的控制类型不同，PLC主要应用于以下几个方面：1. 开关量的逻辑控制2. 模拟量与过程控制3. 运动控制4. 数据处理5. 通信联网1.2可编程控制器系统的组成及功能1.2.1 PLC的硬件系统PLC的硬件系统都大体相同，主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出模块（I/O接口）、电源及编程器几大部分组成。 1.2.2 PLC的软件系统 硬件系统和软件

5、系统是相辅相成的，它们共同组成PLC系统，缺一不可。没有软件的PLC系统，称为裸机系统，不起任何用途。同样，没有硬件系统，软件系统也就无立足之地。PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，通常分为：1. 系统程序：由PLC生产厂家提供，并固化在EPROM中，不能由用户直接存取。系统程序可分为管理程序、编译程序、标准程序模块及系统调用三部分。 2. 用户程序：是用户根据现场控制要求的需要，用PLC的程序语言编制的应用程序，以实现各种控制要求。 1.3 PLC的分类1.3.1按结构形式分类根据硬件的结构不同，可以将PLC分为 ：1. 整体式2. 模块式3. 叠装式叠装式PLC模块式PLC整体

6、式PLC1.3.2按I/O点数、功能分类按输入输出点数、功能和存储容量不同，PLC可分为 ：小型PLC ：I/O点数在256点以下中型PLC ：I/O点数在2561024点之间大型PLC ：I/O点数在1024点以上1.4 PLC的性能指标 1. 编程语言及指令功能2. I/O总点数3. 用户程序存储容量4. 扫描速度5. 内部寄存器的配置与容量6. 其他功能如输入输出方式、特殊功能模块、自诊断功能、通信联网功能、高速计数、远程I/O能力、监控功能等 1.5 PLC的发展趋势及对工业发展的影响1.5.1 PLC的发展趋势1. 在系统构成规模上，向大、小两个方向发展2. 开发各种智能模块，不断增

7、加过程控制能力3. 通信网络功能不断增强4. 编程语言与编程工具向标准化和高级化发展5. 发展冗错技术 1.5.2 PLC对工业发展的影响 从世界上第一台PLC问世到20世纪80年代初，PLC在先进工业国家中已获得了广泛应用。目前在美国、日本、德国和英国等国家，PLC已成为工业自动控制的标准设备，它的应用几乎覆盖了机械、冶金、矿山、石油化工、轻工、交通运输等所有工业行业，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备。 在我国，PLC的应用和发展也很快，主要应用于一些大中型现代化工厂的引进工程上，如宝山钢铁总厂一、二期工程中就使用了PLC共计857台。又如武汉钢铁总厂、首都钢铁总厂、秦山核电站

8、、上海别克汽车生产线等都大量采用了PLC进行自动化控制，取得了显著的经济效益。同时在老企业旧设备的技术改造上，PLC的应用也比较广泛，而且取得了可喜的经济效益。在自主产品设计方面，PLC的应用也比较广泛，尤其在机械制造行业中发展很快，如南京第二机床厂把PLC首先应用于YW4332型万能剃齿机上，并取得了成功。它不仅简化了控制线路，缩小了电控装置的体积，提高了工作的可靠性，节约了电源，还扩大了机床的功能。在其他方面，各工厂和科研单位也都不断推出PLC的新产品。 但是，和国外PLC技术发达的国家相比，PLC在我国的研制和应用还比较落后，这迫切需要广大从事PLC研制与开发的工程技术人员与科研单位在借

9、鉴国外先进PLC技术时，自主研制和开发多品种、多档级的PLC新产品，以适应我国经济的高速发展。世界上最快的PLC来自VIPA的SPEED7数控机床习题及思考题 1.什么是可编程控制器？它有哪些特点？2.简述可编程控制器的应用范围。3.PLC与继电器控制系统的应用范围。4.PLC主要由哪几部分组成？5.PLC是如何分类的？6.简述PLC的发展趋势。第2章 可编程控制器的工作原理2.1 PLC的扫描方式2.1.1扫描工作方式2.1.2扫描工作过程2.1.3 PLC对输入输出的处理规则2.1.4扫描周期的计算2.2 PLC的I/O响应时间2.1 PLC的扫描方式2.1.1扫描工作方式所谓扫描，只不过

10、是一种形象的说法，用来描述CPU对程序顺序、分时操作的过程。 PLC的扫描工作方式与传统的继电器控制系统明显不同，继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，在执行过程中，如果某一个继电器的线圈通电，那么该继电器的所有常开常闭触点，无论处在控制线路的什么位置，都会立即动作：其常开触点闭合，常闭触点打开。 2.1.2扫描工作过程PLC系统正常时要完成以下任务： 1.计算机内部各工作单元的调度、监控；2.计算机与外部设备间的通讯；3.用户程序所要完成的工作。 以PLC执行扫描用户程序的过程来说可以分为 ：1. 输入采样阶段2. 程序执行阶段3. 输出刷新阶段2.1.3 PLC对输入输出的处理规则 PL

11、C的输入输出的处理原则，说明如下 ：（1）输入映像寄存器的数据取决于输入端子在上一个工作周期的输入采样阶段所刷新的状态。在程序执行和输出刷新阶段，输入映像寄存器中的内容不会改变。（2）输出映像寄存器（包括元件映像寄存器）中的状态，由程序中输出指令的执行结果决定。在输入采样和输出刷新阶段，输出映像寄存器中的数据不会改变。（3）输出锁存电路中的数据，由上一个扫描周期输出刷新阶段存入输出锁存电路中的数据来确定。在输入采样和程序执行阶段，输出锁存电路的数据不会改变。（4）输出端子上的输出状态由输出锁存电路中的数据来确定。 (5）程序执行中所需要的输入和输出状态（数据）由输入映像寄存器和输出映像寄存器读

12、出。 实例说明PLC的扫描工作过程 第一扫描周期（1）输入采样阶段：X0为OFF时，该结果写入输入映像寄存器中。（2）程序执行阶段：在程序执行阶段，各元件接点的状态由输入输出映像寄存器中的元件线圈的状态读出。如果某元件线圈接通，则其常开接点闭合，常闭触点打开；否则保持原始状态。（3）输出刷新阶段：程序执行后，将输出映像寄存器中输出继电器状态传送到输出锁存电路，使Y0、Y1、Y2输出端的状态为OFF。第二、三周期第二扫描周期（1）输入采样阶段：将X0的ON状态写入X0的输入映像寄存器中。（2）程序执行阶段：程序按顺序依次执行。（3）输出刷新阶段：程序执行后，将输出映像寄存器中输出继电器状态传送到

13、输出锁存电路，使Y0、Y1、Y2输出端的状态都为ON。第三扫描周期（1）输入采样阶段：将X0的OFF状态写入X0的输入映像寄存器中。（2）程序执行阶段：程序按顺序依次执行。（3）输出刷新阶段：程序执行后，将Y0、Y1、Y2输出映像寄存器中输出继电器状态传送到输出锁存电路，使Y0、Y1、Y2输出端的状态都为OFF。通过对梯形图2-2（a）、（b）扫描工作过程的详细分析，可以画出各元件在执行过程中的时序波形图（三个周期），如图2-3（a）、（b）所示时序波形图（a）、（b）2.1.4扫描周期的计算在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外

14、部设备通信等处理。也就是说一个扫描周期还应包括自诊断与外部设备通信时间。一般来说，同型号的PLC，其自诊断所需要的时间相同，如三菱FX系列机自诊断时间为0.96ms。通信时间的长短与所接外部设备的多少有关，如果没有接外部设备，则通信时间为0。输入采样与输出刷新时间取决于其I/O点数，而扫描用户程序所用的时间则与扫描速度及用户程序的长短有关。对于基本逻辑指令组成的用户程序，两者的乘积即为扫描时间。如果程序中包含了特殊功能指令，则必须根据用户手册查表计算执行这些特殊功能指令的时间。 例题解：扫描40点I/O所需要的时间为：T10.03ms/8点40点 0.15ms 扫描1000步用户程序所需要的时

15、间为：T20.74s/步1000步0.74ms 自诊断所需要的时间为：T30.96ms PLC运行时不接外部设备，通信时间为：T40 扫描周期TT1T2T3T41.85ms 【例2-1】三菱公司FX-40MR，配置开关量输入24点，开关量输出16点，用户程序为1000步，没有特殊功能指令，PLC运行时不接外部设备。I/O的扫描速度为0.03ms/8点，用户程序的扫描速度为0.74s/步，自诊断时间为0.96ms，试计算一个扫描周期所需要的时间为多少？由此可以看出，要准确计算扫描周期的大小比较困难。为方便用户，PLC采取了一些措施。在FX系列PLC中，还提供一种以恒定的扫描周期为扫描用户程序的运

16、行方式，用户可以将通过计算或实际测量的最大扫描周期再留一些余量，作为恒定的扫描周期的值存放在特殊数据寄存器D8039中（计时单位：1ms）。当特殊辅助继电器M8039线圈接通时，PLC按照D8039中存放的数据以恒定的周期扫描用户程序。若实际的扫描周期小于恒定的扫描周期，则PLC在完成本次循环后处于等待状态，直到恒定扫描周期的时间结束才开始下一个扫描周期；若实际的扫描周期大于恒定的扫描周期，PLC照常运行，但不再以恒定扫描周期的方式工作。这说明恒定扫描周期并非任意设定，它必须大于PLC运行时可能出现的最大扫描周期值（即D8012存放的值），因为PLC采用扫描周期警戒计时器，监视每次扫描是否超过

17、规定时间，因此用户必须使警戒计时器（WDT）的设定值大于恒定扫描周期的值，否则CPU会发出警戒计时报警信号。 梯形图执行数据传输指令 2.2 PLC的I/O响应时间 PLC的I/O响应时间又称I/O滞后时间，是指PLC外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的间隔。它主要由因扫描工作方式产生的滞后时间、输入电路的滤波和输出模块的滞后时间三部分组成。 输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生抖动引起的不良影响。滤波时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。 输出模块的滞后时间与模块开关元件的类型有关：继电器

18、输出电路的滞后时间一般最大在10ms左右；双向可控硅型输出电路的滞后时间在负载接通时的滞后时间约为1ms左右，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms；晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms左右。 PLC总的滞后时间一般只有十几毫秒，对于一般的控制系统来说是无关紧要的，但不能满足要求I/O相应速度快的实时控制场合。为此，现在的PLC除了加快扫描速度、优化用户程序之外，还在软、硬件上采取了一些措施，以提高I/O的响应速度。在硬件方面，可选用快速响应模块、高速计数模块等；在软件方面，主要有改变信息刷新方式、运用中断技术、调整输入滤波器等措施。习题及思考题 1.PLC的工作方式与继电器控制系统有什

19、么不同？2.PLC的工作过程分哪几个阶段？每个阶段的作用是什么？3.什么叫PLC的扫描周期？其长短与什么有关？4.PLC为什么会产生输出响应滞后现象？如何提高I/O响应速度？可编程控制器原理及应用第3章 FX2型可编程控制器 第3章 FX2型可编程控制器3.1 FX型PLC的系统配置3.2 FX型PLC的命名方式3.3 FX2系列PLC的编程元器件 3.3.1基本数据结构 3.3.2输入继电器（X） 3.3.3输出继电器（Y） 3.3.4辅助继电器（M） 3.3.5状态寄存器（S）3.4数据寄存器（D）3.5计时/计数器 3.5.1计时器（T） 3.5.2计数器（C） 3.5.3计时/计数器的

20、应用电气与PLC控制技术3.1 FX型PLC的系统配置FX系列PLC为高性能整体式结构的小型PLC，它由基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊功能单元构成。 基本单元包括CPU、存储器、输入输出接口和电源，是PLC的主要部分。扩展单元是用于增加I/O点数的装置，内部设有电源。扩展模块用于增加I/O点数及改变I/O比例，内部无电源，其用电由基本单元或扩展单元供给。因为扩展单元与扩展模块无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些专门用途的装置，可增加PLC的控制功能。 FX系列PLC系统最大I/O点数为256点。表3-1列出了三菱小型PLC基本性能表。电气与PLC控制技术表3-1 三菱小型P

21、LC基本性能表电气与PLC控制技术电气与PLC控制技术3.2 FX型PLC的命名方式日本三菱公司的FX系列PLC基本单元和扩展单元的型号由字母和数字组成，其格式为： 电气与PLC控制技术系列序号：0、2、ON、2C等，比如FX、 FX、 FX。 I/O总点数：16256。 单元类型：M表示模块基本单元； E表示输入、输出混合扩展单元和扩展模块； EX表示输入扩展模块 ； EY表示输出扩展模块； 输出形式：R表示继电器输出； S表示双向可控硅输出； T表示晶体管输出； 特种品种区别：D直流电源； A交流电源； S独立端子（无公共端）扩展模块； H大电流输出扩展模块； V立式端子排的扩展模块； F

22、输入滤波器1ms的扩展模块； LTTL输入型扩展模块； A接插口输入输出方式； 电气与PLC控制技术如果无特殊品种区别一项符号，说明通常指AC电源，DC输入，横式端子排，继电器输出2A/点；晶体管输出0.5A/点；晶闸管输出为0.3A/点。 例如：FX-40MR表示为FX系列，I/O总点数为40点，该模块为基本单元，采用继电器输出。再如：FX-8EYR表示该模块为FX系列有8个继电器输出的扩展模块。电气与PLC控制技术3.3 FX2系列PLC的编程元器件编程元器件就是指在PLC内部设置具有各种各样功能的，能方便地代表控制过程中各种各样的元器件。编程元器件不是实际的物理实体，而是软器件。 电气与

23、PLC控制技术3.3.1基本数据结构 1. 位元件 （四种）X：输入继电器，用于直接输入给PLC的物理信号。Y：输出继电器，用于从PLC直接输出物理信号。M：辅助继电器，PLC内部的状态标志，相当于继电器控制系统中的中间继电器。S：状态继电器，PLC内部的运算标志。它们只有两种不同的状态，即ON和OFF，分别用二进制数1和0来表示这两种状态。电气与PLC控制技术2. 字元件8个连续的位组成一个字节（Byte），16个连续的位组成一个字（Word），32个连续的位组成一个双字（Double Word）。计时器和计数器等均为有符号字。在FX系列PLC中，除了输入和输出继电器的元件号数字为八进制的编

24、号，其他编程元件的元件号数字均采用十进制。 电气与PLC控制技术3.3.2输入继电器（X）输入继电器与PLC的输入端子相连，是PLC接收外部开关信号的接口。输入继电器是光电隔离的电子继电器，其线圈、常开、常闭触点与传统硬继电器表示方法一致，如图3-1所示。 图3-1 PLC输入输出示意图电气与PLC控制技术PLC的输入电路类型 一种是直流（1224V）输入，可分为共阳型和共地型两种； 另一种是交流（100120V）、（200240V）输入； 第三种是交直流（1224V）输入图3-2 PLC直流共阳型输入电路电气与PLC控制技术表3-5 FX系列PLC的输入特性表电气与PLC控制技术3.3.3输

25、出继电器（Y）输出继电器的外部输出接点连接到PLC的输出端子上，输出继电器是PLC用来传送信号到外部负载的元件。 PLC的输出形式主要有三种：即继电器输出、晶体管输出、双向晶闸管输出形式。图3-3（a）、（b）、（c）分别为三种输出形式的电路图。 （a） （b） （c） 图3-3 三种形式的输出继电器电路图 电气与PLC控制技术表3-6 FX系列PLC的输出特性表电气与PLC控制技术3.3.4辅助继电器（M）PLC内部有大量的辅助继电器，辅助继电器是靠软件实现其功能，它们不能接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载，只是一种内部的状态标志，相当于继电器控制系统中的中间继电器。但它的常开常闭触

26、点在PLC编程中可以无限制地使用。下面是常见的辅助继电器。 电气与PLC控制技术1. 通用型辅助继电器通用型辅助继电器的地址编号为M0M499（共500点）。通用型辅助继电器，其用途与继电器电路中的中间继电器类似，常用于逻辑运算的中间状态存储及信号类型的变换，比如状态寄存、移位运算等。 图3-4 通用型辅助继电器的应用电气与PLC控制技术2. 失电保持型辅助继电器 失电保持型辅助继电器的地址编号为M500M1023（共524点）。主要是在电源中断时，用锂电池保持RAM中映像寄存器中的内容，或将它们保存在EEPROM中，它们在PLC重新通电后的第一个扫描周期保持断电瞬间的状态，可以记忆它们在失电

27、前的状态。 图3-5 失电保持型辅助继电器的应用电气与PLC控制技术3. 特殊辅助继电器特殊辅助继电器的地址编号为M8000M8255（共256点）。特殊辅助继电器是具有各自特定功能的辅助继电器，它们用来表示PLC的某些状态，提供时钟脉冲和标志（如进位、借位标志）、设定PLC的运行方式、或者用来步进顺控、禁止中断、设定计数器是加还是减计数等。特殊辅助继电器按其功能分为两大类。（1） 触点利用型 由PLC的系统程序来驱动触点利用型特殊辅助继电器的线圈，在用户程序中直接使用其触点，但在程序中不能出现它们的线圈。 电气与PLC控制技术 图3-6 波形图（2） 线圈驱动型由用户程序驱动其线圈，使PLC

28、执行特定的操作，用户并不使用它们的触点。 电气与PLC控制技术3.3.5状态寄存器（S） 状态寄存器S是构成状态转移图的重要元器件，它与后面的步进指令STL组合使用，可以用于步进顺序控制。通常状态寄存器有5种类型： 1.初始状态器：S0S9（共10点）； 2.回零状态器：S10S19（共10点）； 3.通用状态器：S20S499（共480点）； 4.保持状态器：S500S899（共400点）； 5.报警用状态器：S900S999（共100点），用于外部故障诊断输出。 状态器的常开常闭触点在PLC中可以自由使用，且使用次数不限。当状态寄存器不与步进指令STL组合使用时，状态寄存器S可以作为辅助继

29、电器M在程序中使用。电气与PLC控制技术3.4数据寄存器（D）PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器用来存放数据和参数。FX系列PLC数据寄存器为16位，最高位为符号位，可用两个数据寄存器合并起来存放32位数据，最高位仍为符号位。最高位数据为0时，表示正数；最高位为1时，表示负数。16位/32位数据形式如图3-7所示。 图3-7 16位/32位数据电气与PLC控制技术1. 通用数据寄存器D0D199（共200点）2. 失电保持数据寄存器D200D511（共312点）3. 特殊数据寄存器D8000D8255（共256点）4. 文件数据寄存器D1000D2999（共2

30、000点） 5. 变址数据寄存器（V/Z）电气与PLC控制技术3.5计时/计数器3.5.1计时器（T）1. 通用计时器FX系列PLC的通用计时器最多可达246个，其编号为T0T245。在PLC内，计时器是根据时钟脉冲累积计时的，时钟脉冲分别为：1ms、10ms、100ms三档。在通用计时器中： 100ms计时器：T0T199 共200点 设定值：132767 计时范围：0.13276.7s； 10ms计时器：T200T245 共46点 设定值：132767 计时范围：0.01327.67s。图3-8 通用计时器工作原理计时器动画电气与PLC控制技术通用计时器没有保持功能，在输入电路断开或停电时

31、被复位。FX系列PLC的计时器只能提供其线圈“通电”后延迟动作的触点，如果需要在输入信号变为OFF之后的延迟动作，可以使用如图3-9所示的电路。 图3-9 断电延时电路电气与PLC控制技术2. 积算计时器FX系列PLC内有两种积算计时器，1ms计时器和100ms计时器。 1ms计时器：T246T249共4点 设定值：132767 计时范围：0.00132.76； 100ms计时器：T250T255共6点 设定值：132767 计时范围：0.13276.。图3-10 积算计时器工作原理电气与PLC控制技术3. 计时器触点的动作时序与精度 计时器触点的动作精度时间t大致可用右边公式计算：tTT0-

32、a式中 T计时器设定时间（s）； T0扫描周期（s）； a计时器时钟周期 1ms、10ms、100ms计时器分别对应0.001s、0.01s、0.1s。 若计时器的触点指令在线圈指令之后，最大计时误差为2T0加上输入滤波时间。若计时器的触点指令在线圈指令之前，最大计时误差为3T0加上输入滤波时间。 电气与PLC控制技术图3-11 计时器输出触点动作时序电气与PLC控制技术3.5.2计数器（C）1. 内部计数器 内部计数器有16位递增计数器和32位增减计数器两种。 （1）16位递增计数器 16位递增计数器的设定值为K1K32767。设定值K0与K1意义相同，均在第一次计数时，其触点动作。它有两种

33、类型，通用型：C0C99 共100点；失电保持型：C100C199 共100点。 电气与PLC控制技术失电保持型计数器与通用计数器不同在于前者即使失电，当前值和输出触点的置位/复位状态可以保持不变（被记忆），一旦得电就会恢复计数，计数器在原保持值上继续计数，直到设定值时，计数器才会动作（输出）。 图3-12 16位递增计数器的动作时序电气与PLC控制技术（2）32位增减计数器增减计数器又称双向计数器，即有加计数和减计数两种方式。32位增减计数器有两种类型，通用型：C200C219 共20点；失电保持型：C220C234 共15点。 图3-13 32位增减计数器的动作时序电气与PLC控制技术2.

34、 高速计数器 高速计数器的类型主要有1相无启动/复位端子高速计数器C235C240、1相带启动/复位端子高速计数器C241C245、2相2输入（双向）高速计数器C246C250、2相输入（A-B相型）高速计数器C251C255。 高速计数器均为32位增减型计数器。 电气与PLC控制技术表3-7 高速计数器表电气与PLC控制技术1.1相无启动/复位端子高速计数器（C235C240） 这类高速计数器的计数方式及触点动作与前述32位计数器相同。递加计数器时，当计数器达到设定值时，触点动作并保持；作递减计数器时，达到计数值时则复位。1相无启动/复位端子高速计数器计数方向取决于其对应标志M8（为对应的计

35、数器地址编号），C235C240高速计数器各有一个计数输入和复位输入端。如图3-15所示 电气与PLC控制技术2.1相带启动/复位端子高速计数器（C241C245） 这类高速计数器的计数方式、触点动作、计数方向与C235C240类似。C241C245高速计数器各有一个计数输入和复位输入。计数器C244C245还有一个启动输入。如图3-16 图3-16 C245计数器 电气与PLC控制技术3.2相2输入（双向）高速计数器（C246C250） 这5个高速计数器有两个输入端，一个递加、一个递减。有的还具有复位和启动输入。如图3-17所示 图3-18是以C250为例说明带复位和启动端的双向输入高速计数

36、器的工作过程。 图3-17 C246计数器 图3-18 C250计数器电气与PLC控制技术 4.2相输入（A-B相型）高速计数器（C251C255） 在2相输入高速计数器中，最多可有两个2相32位二进制增减计数器，其计数动作过程与前面所讲的普通型32位增减计数器相同 图3-19 C251、C255计数器 电气与PLC控制技术5. 计数频率 计数器最高计数频率受两个因素限制：一是各个输入端的响应速度，主要是受硬件的限制，其中X0、X2、X3最高计数频率为10KHz，而X1、X4、X5的最高计数频率为7KHz。二是全部高速计数器的处理时间，这是高速计数器计数频率受限制的主要因素，因为高速计数器是采

37、用中断方式，故计数器用的越少，则可计数频率就需高。若某些计数器采用比较低的频率计数，则其他计数器可用较高的频率计数。 电气与PLC控制技术3.5.3计时/计数器的应用 1. 扩展计时器 T200为10ms时钟脉冲计时器，它的最大计时时间为327.67s，一个T200无法实现10min的计时，但是将两个T200计时器如图3-20串联起来就可以组成一个10min计时器。同样也可用几个计时器和计数器联合使用组成扩展计时器，如图3-21所示。 3-20计时器串联扩展 图3-21计时器和计数器联合使用扩展电气与PLC控制技术2. 累加计数器 16位递增计数器的设定值范围为132767。如果计数值大于计数

38、值32767时，将无法计数，但可以将计数器串联起来编程，将计数值扩大到32767以上，如图3-22所示将两个16位递增计数器C0、C1串联，每个计数器的设定值为200，则总计数值可达40000次。点动计时器如图3-23所示 3. 点动计时器 电气与PLC控制技术图3-22累加计数器 图3-23点动计时器电气与PLC控制技术4. 振荡电路图3-24所示为一个振荡电路及时序波形图 图3-24 振荡电路电气与PLC控制技术习题及思考题1.FX中有哪几种元器件？它们的作用是什么？2.PLC中计时器的使用必须注意哪些问题？3.FX计数器有哪几种类型？4.计数器C200C234的计数方向如何设定？5.洗手

39、间小便池在有人使用时，光电开关使X0为ON,冲水控制系统在使用者使用3s后令Y0为ON，冲水2s，使用者离开后冲水3s，设计出梯形图程序。电气与PLC控制技术The End可编程控制器原理及应用第4章 FX2型可编程控制器 的编程语言及基本指令 第4章FX2型可编程控制器的编程语言及基本指令4.1PLC的编程语言及格式4.2基本指令4.3梯形图的编程规则4.4基本指令编程实例4.1 PLC的编程语言及格式4.1.1梯形图语言 1. 梯形图与继电器控制的区别 梯形图是在传统的继电器控制电路图的基础上演变而来的，在形式上类似继电器控制电路，是PLC的主要编程语言，由触点、线圈和功能块等组成： 触点

40、：代表逻辑的输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件。 线圈：代表逻辑的输出结果，用来控制外部的负载和内部的输出条件。 功能块：用来表示计数器、计时器和数学运算等功能指令。 如图4-1所示是一个继电器控制电路图与相应梯形图的比较示例，可以看出两者的区别在于继电器控制图使用的是硬件继电器和定时器，靠导线连接组成控制电路，而PLC梯形图使用的是内部继电器、计时器和计数器，靠软件来实现控制。 (a) 继电器控制电路 （b）等效PLC梯形图图4-1 继电器控制电路图及其等效PLC梯形图 2. 梯形图的格式 梯形图的编程格式应注意以下几点： （1）梯形图按行从上至下、每行从左至右的顺序编写。PLC程序执行

41、顺序与梯形图的编写顺序一致。 （2）梯形图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止母线可以省略。 （3）梯形图的触点有两种，即常开触点“”和常闭触点“”。这些触点可以是PLC的输入触点或内部辅助继电器的触点，也可以是内部计时器、计数器的状态。每个触点都有自己的特殊标志，以表示区别，同一标志的触点可以反复使用，次数不限。 （4）梯形图的右边必须连接输出元件。PLC的输出元件用圆圈或椭圆表示，如“”，“”是指输出变量的代号。机型不同，输出元件表示有些区别。同一输出变量只能使用一次。 （5）梯形图中的触点可以任意串联和并联，而输出线圈只能并联，不能串联。 （6）程

42、序结束时有结束符号，一般用“END”表示。4.1.2助记符语言 PLC的助记符语言是与计算机的汇编语言中的指令相似的表达式，它是由操作码和操作数两部分组成： 操作码：用助记符表示，它表示CPU要完成的某种操作功能。 操作数：包括为执行某种操作所必须的信息。 4.1.3流程图语言 流程图语言是一种描述顺序控制系统功能的图解表示法，所以又称顺序功能图语言，简称SFC语言。 4.2基本指令 4.2.1逻辑取及输出线圈驱动指令（LD、LDI、OUT）LD：取指令。表示一个与输入母线相连的常开触点指令，即常开触点逻辑运算开始。 LDI：取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭触点指令，即常闭触点逻辑运算开

43、始。 OUT：线圈驱动指令，也叫输出指令。LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将触点接到母线上。也可以与后面的ANB、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用。OUT指令可以连续多次使用。 表 4-1 LD、LDI、OUT指令的功能、电路表示、操作元件、所占程序步图4-2 LD、LDI、OUT指令用法LD动画4.2.2单个触点串联指令（AND、ANI） AND：与指令。用于单个常开触点的串联。 ANI：与非指令。用于单个常闭触点的串联。 AND、ANI指令均用于单个触点的串联，串联触点数

44、个数没有限制，可以多次重复使用。指令的目标元件为X、Y、M、S、T、C。 AND动画图4-3 AND、ANI指令用法图4-4 不推荐的形式4.2.3单个触点并联指令（OR、ORI） 当梯形图的控制线路由若干触点并联组成时，要用到OR、ORI指令。 OR：或指令，用于常开触点的并联。 ORI：或非指令，用于常闭触点的并联。 OR、ORI指令的目标元件为X、Y、M、S、T、C。这两条指令都是并联一个触点。当需要两个以上触点串联连接电路快的并联连接时，需要用到后面的ORB指令。图4-5 OR、ORI指令用法OR动画4.2.4串联电路块的并联指令（ORB）ORB：两个以上的触点串联连接的电路为串联电路

45、块，将串联电路块并联使用时，用LD、LDI指令表示分支开始，用ORB指令表示分支结束。 ORB指令是不带操作元件的指令。 如果有多条并联电路时，在每个电路块后使用ORB指令，对并联电路数没有限制，但考虑到LD、LDI指令只能连续使用8次，因此ORB指令的使用次数也应限制在8次以内。 ORB指令使用如图4-6所示。图4-6 ORB指令用法4.2.5并联电路块的串联指令（ANB）ANB：两个或两个以上的触点并联连接的电路为并连电路块，当分支并连电路块与前面的电路串联使用时，要使用ANB指令。 ANB指令是不带操作元件的指令。图4-7 ANB指令用法 图4-8 ANB指令用法ANB指令原则上可以无限

46、制使用，但考虑到LD、LDI指令只能连续使用8次，因此ANB指令的使用次数也应限制在8次以内。4.2.6多重输出电路指令（MPS、MRD、MPP）MPS（Push）：进栈指令、MRD（Read）：读栈指令、MPP（POP）：出栈指令。 这组指令用于多重输出电路。可将连接触点的状态先储存，用于后面的电路。MPS、MRD、MPP指令都是不带操作元件的指令。 如图4-9所示，在FX系列PLC中有11个用来存储运算中间结果的存储区域叫做栈存储器。 MPS、MPP必须成对使用，并且连续使用应少于11次。 图4-9 栈存储器 图4-10 一层堆栈电路4.2.7主控及主控复位指令（MC、MCR）MC：主控指

47、令，用于公共串联触点的连接。MCR：主控复位指令，即MC的复位指令。 MC、MCR指令的操作元件为Y、M，但不允许使用特殊辅助继电器M。使用主控指令的触点为主控触点，它在梯形图中与一般的触点垂直，它们是与母线相连的常开触点，相当于控制一组电路的总开关。MC、MCR指令的使用说明如图4-14所示。 图4-14 MC、MCR指令用法 MC、MCR必须成对使用。在MC指令内再使用MC指令时，嵌套级N的编号（07）顺次增大，返回时用MCR指令，从大的嵌套级开始解除。如图4-15所示是多重嵌套主控指令。 图4-15 多重嵌套主控指令4.2.8置位和复位指令（SET、RST）SET：置位指令，使操作动作保

48、持。RST：复位指令，使操作动作保持复位。 SET指令的目标操作元件为Y、M、S，RST指令的目标操作元件为Y、M、S、T、C、D、V、Z。 SET、RST指令使用说明如图4-16所示。由波形图可知，当X0一接通，即使再变成断开，Y0也保持接通。X1接通后，即使再断开，Y0也保持断开。 图4-16 SET、RST指令用法用RST指令可以对计时器、计数器、数据寄存器、变址数据寄存器的内容进行清零。RST复位指令对计数器、计时器的使用说明如图4-17所示。 图 4-17 RST复位指令对计数器、计时器的用法4.2.9脉冲输出指令（PLS、PLF）PLS：上升沿微分输出，专用于操作元件的短时间脉冲输

49、出。PLF：下降沿微分输出，控制线路由闭合到断开。PLS、PLF指令的目标操作元件为Y、M，但特殊辅助继电器不能作为目标操作元件。 使用PLS指令时，元件Y、M仅在驱动输入触点接通后的一个扫描周期内动作（置1）；而使用PLF指令时，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作。使用这两条指令时，要特别注意目标元件 图4-18 PLS、PLF指令用法4.2.10空操作指令（NOP）NOP：空操作指令，是一条无动作、无目标操作元件的指令，它使该步序作空操作。NOP指令功能、电路表示、操作元件、所占程序步如表4-10所示。NOP指令使用说明如图4-19所示。 4.2.11程序结束指令（END）

50、END：程序结束指令，用于程序的结束，是无元件编号的独立指令。END指令功能、电路表示、操作元件、所占程序步如表4-11所示。 4.3梯形图的编程规则4.3.1梯形图设计规则1. 水平不垂直 梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上，如图4-20所示。图4-20 规则12. 多上串左有串联电路并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图的最上面。有并联电路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左边。这种安排程序简洁、语句也少，如图4-21所示。图4-21 规则23. 线圈右边无触点不能将触点画在线圈的右边，只能触点的右边接线圈，如图4-22所示。 图4-22 规则34. 双线圈输

51、出不可用如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次输出有效，如图4-23所示。一般不应出现双线圈输出。图 4-23 双线圈输出4.3.2输入信号的最高频率问题输入信号的状态是在PLC输入处理时间内被检测的。如果输入信号的ON时间或OFF时间过窄，有可能检测不到。也就是说，PLC的输入信号的ON或OFF时间，必须比PLC的扫描周期长。若考虑输入滤波器的响应延迟为10ms，扫描周期为10ms，则输入的ON或OFF时间至少为20ms。因此。要求输入脉冲的频率低于1000Hz/（2020）25Hz。不过，用PLC后面的功能指令结合使用，可以处理较高

52、频率的信号。4.4基本指令编程实例例4-1 使用PLC完成自动台车的控制。某自动台车在启动前位于导轨的中部，如图4-24所示。其一个工作周期的控制要求如下： （1）按下启动按钮SB，台车的电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，台车的电机M反转，台车后退。 （2）台车后退碰到限位开关SQ2后，台车的电机M停止，台车停车，停5s，第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。 （3）当后退再次碰到限位开关SQ2时，台车停止。解：为设计本控制系统的梯形图，先安排输入、输出口及机内器件。台车由电机M驱动，正转（前进）由PLC的输出点Y1控制；反转（后退）由Y2控制。为解决延时5s，选用计时器T0。

53、将启动按钮SB及限位开关SQ1、SQ2、SQ3分别接于X0、X1、X2、X3。（除说明以外，一般都使用FX系列PLC）根据对启-保-停电路的分析，梯形图设计的根本目的是找出符合控制要求的以输出为对象的工作条件。本例的输出是代表电机前进及后退的两个接触器。分析电机的前进与后退的条件，得出以下几点：（1）第一次前进：从启动按钮SB（X0）按下开始至碰到SQ1（X1）为止。（2）第二次前进：由SQ2（X2）接通引起的计时器T0延时时间到开始至SQ3（X3）被接通为止。（3）第一次后退：从SQ1（X1）接通时起至SQ2（X2）被接通。（4）第二次后退：从SQ3（X3）接通时起至SQ2（X2）被接通。梯

54、形图设计的过程可以是以下这样的：（1）画第一次前进的支路：依照启-保-停电路的基本模式，以启动按钮X0为启动条件，限位开关X1的常闭触点为停止条件，选用辅助继电器M100为代表第一次前进的中间变量。（2）画第二次前进的支路：依照启-保-停电路的基本模式，启动信号是计时器T0计时时间到，停止条件为限位开关X3的常闭触点。选M101为代表第二次前进的中间变量。为了得到T0的计时时间到条件，还要将计时器工作条件相关的梯形图画出。（3）画总的前进梯形图支路：综合中间继电器M100、M101，得总的前进梯形图。（4）画后退梯形图支路：由画二次前进体形图的经验，后退梯形图中没有使用辅助继电器。而是将二次后

55、退的启动条件并联置于启-保-停电路的启动条件位置，它们分别是X1及X3，停止条件为X2。（5）最后对前面画出的各个分支进行完善。如在后退支路的启动条件X1后串入M101的常闭触点，以表示X1条件在第二次前进时无效。针对Y1、Y2不能同时工作，在它们的支路中没有互锁触点等。依据以上步骤设计出的梯形图如图4-25所示。图 4-25 自动台车控制梯形图 例4-2 使用PLC完成交通信号灯的控制。十字路口交通信号等布置如图4-26所示。其一个工作周期的控制要求如下：信号灯受启动开关控制。当启动开关接通后，信号灯系统开始工作，先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1）南北绿灯和

56、东西绿灯不能同时亮；如果同时亮应关闭信号灯系统，并立刻报警。（2）南北红灯亮维持25s。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20s。到20s时，东西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。（3）东西红灯亮维持30s。南北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2s后熄灭。这时南北红灯亮，东西绿灯亮。上述动作循环进行。解：根据控制要求，画出交通灯的状态图，如图4-27所示。 图 4-27 交通灯的状态图根据控制任务要求，可以算出I/O点数以及写出其I/O地址分配表如下： 输入 输出 启

57、动 X0 南北绿灯 Y0 南北黄灯 Y1 南北红灯 Y2 警灯 Y3 东西绿灯 Y4 东西黄灯 Y5 东西红灯 Y6根据控制过程可以画出其梯形图如图4-28所示。图 4-28 交通灯控制系统梯形图动画效果例4-3 完成多种液体混合装置的控制。多种液体混合装置如图4-29所示。适合于饮料的生产、酒厂的配液、农药厂的配比等。L1、L2、L3为液面传感器，液面淹没时接通，两种液体的输入和混合液体放液阀由电磁阀Y1、Y2、Y3控制，M为搅匀电动机。图 4-29 多种液体混合装置示意图解：根据控制要求可以算出I/O点数以及写出其I/O地址分配表如下： 输入 输出 启动按钮 X0 液体A电磁阀 Y0 停止

58、按钮 X1 液体B电磁阀 Y1 液面传感器 L1 放液电磁阀 Y3 液面传感器 L2 搅拌电机 Y4 液面传感器 L3根据控制过程可以画出其梯形图如图4-30所示。 例4-4 完成五组抢搭器控制设计。五个队参加抢搭比赛。比赛规则及使用的设备如下：设有主持人总台及各个参赛队分台。总台设有总台灯及总台音响，总台开始及总台复位按钮。分台设有分台灯及分台抢按钮。各队必须在主持人给出题目，说了“开始”并同时按了开始按钮后的10s内进行，如提前，抢搭器将报出“违例”信号。（违例扣分）。10s时间到，还没人抢搭，抢搭器将给出应答时间到信号，该题作废。在有人抢搭的情况下，抢得的队必须在30s内完成答题。如30

59、s内没完成，则作答题超时处理。灯光及音响信号的安排是这样安排的：音响及某台灯：正常抢搭。音响及某台灯加总台灯：违例。音响加总台灯：没人抢搭及答题超时。在一个题目回答后，主持人按下复位按钮，抢搭器恢复到原始状态，为第二轮抢搭作准备。 解：根据控制要求可以算出I/O点数以及写出其I/O地址分配表和其他机内元件分配情况如下： 本例输出元件较多，且需相互配合表示一定的意义。分析抢搭器的控制要求，发现以下几项事件很重要。（1）主持人是否按下开始抢搭按钮。这是正常抢搭和违例的界线。（2）是否有人抢搭，（3）应答时间是否到时。（4）答题时间是否到时。 程序设计时，要先用机内元件将以上事件表达出来，并在后续的

60、设计中用这些元件的状态表达输出的条件。设计步骤可表述如下： （1）先画出“应答允许”、“应答时限”、“抢搭继电器”、“答题时限”等支路，这些支路中的输出元件的状态是下一步设计的基础，（2）设计各台灯梯形图，各台灯启动条件中串入M2的常闭触点体现了抢搭器的一个基本原则：竞时封锁，在已有人抢搭之后按钮是无效的。（3）设计总台灯梯形图，总台灯的工作条件含有四个分支： M1常闭触点和M2常开触点串联：主持人未按开始按钮即有人抢搭，违例； T1的常开触点和M2常闭触点串联：应答时间到无人抢搭，本题作废； T2的常开触点和M2常开触点串联：答题超时； Y14常开触点：自保触点。（4）设计总台音响梯形图，总