PLC组成基本工作原理

主讲：陈昌松电话Q：583014127可编程控制器PLC简介0一、可编程控制器概述

可编程控制器（ProgrammableLogicController简称PLC），是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起采的以微处理器为核心，集微电子技术，自动化技术，计算机技术，通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型高可靠性工业自动化控制装置。其控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展、通用性强。PLC以其优异的性能，低廉的价格和高可靠性等优点，在机械制造、冶金、矿山、化工、煤炭、汽车、纺织、食品等诸多行业的自动控制系统中得到广泛应用。正在迅速改变工业自动控制的面貌和进程。与机器人技术、CAD/CAM技术并称为现代工业生产自动化的三大支柱。1一、可编程控制器概述本章主要介绍可编程控制器的定义、可编程控制器产生的背景、可编程控制器的特点、可编程控制器的应用领域、主要类型、发展趋势及概况，介绍了PLC的基本原理、FX系列PLC型号命名、PLC的组成。FX系列PLC内部各类软元件资源，如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、辅助继电器等。2什么是PLC？1.可编程控制器的定义是一种工业控制装置是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。通用叫法中文名称为可编程控制器；英文名称为ProgrammableLogicController，简称PLC。一、可编程控制器概述

31.可编程控制器的定义1987年，国际电工委员会（IEC）定义：

“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，并通过数字式和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外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。42.可编程控制器的产生因为继电器逻辑电路配线复杂52.可编程控制器的产生背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

61968年，GM公司提出十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。2.可编程控制器的产生71969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。83.可编程控制器的特点１．无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强具有较强的抗干扰能力，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均无故障时间高，故障恢复时间短。（１）所有的Ｉ／Ｏ接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与ＰＬＣ内部电路之间电气上隔离。（２）各输入端均采用ＲＣ滤波器，其滤波时间常数一般为１０～２０ｍｓ。（３）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（４）采用性能优良的开关电源。（５）对采用的器件进行严格的筛选。（６）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，ＣＰＵ立即采用有效措施，以防止故障扩大。（７）简化编程语言，对信息进行保护和恢复，设置警戒时钟ＷＤＴ。对程序和动态数据进行电池后备9２．丰富的Ｉ／Ｏ接口模块，硬件配套齐全，适应性强ＰＬＣ具有针对不同的工业现场信号，如交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的Ｉ／Ｏ模块与工业现场的器件或设备，如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通信联网的接口模块等等。10３．采用模块化结构硬件配套齐全使用方便适应性强为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型ＰＬＣ以外，绝大多数ＰＬＣ均采用标准化、系列化、模块化结构。ＰＬＣ的各个部件，包括ＣＰＵ、电源、Ｉ／Ｏ等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合且扩充方便、组合灵活，用户可根据需要灵活方便的象搭积木一样进行系统配置。就象组装一台电脑一样简单。11４．编程方法简单易学，ＰＬＣ的编程大多采用类似于继电器控制线路形式的梯形图编程，形象直观，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。一般只需要五六天的训练课程即能学会编程和使用。现在许多ＰＬＣ还提供功能很强的其他编程手段，以满足各种不同的需要。另外，当生产流程改变时，可以现场改变程序，使用非常方便、灵活。125、系统的设计、安装调试工作量少，调试简单PLC的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。PLC的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关来模拟，输出信号可以观察PLC的发光二极管。调试后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。一旦发生故障，可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障136．维护方便，维修工作量小ＰＬＣ故障率低，有完善的自诊断能力。不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与ＰＬＣ相应的Ｉ／Ｏ端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，可以迅速的查明故障，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。147．体积小、重量轻、速度快，能耗低由于ＰＬＣ是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧密、坚固、小巧、抗干扰能力强，易于装入机械设备内部，因而成为“机电一体化”较理想的控制设备，广泛用于数控、机器人、过程流程控制等领域。是“机电一体化”特有的产品。而且ＰＬＣ采用软件控制，其控制速度取决于内部ＣＰＵ运行速度和扫描周期（一般小于１００ｍｓ），比继电器的动作快得多。153.可编程控制器的特点无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强通用性强，控制程序可变，使用方便硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强编程简单，容易掌握系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，重量轻、速度快、能耗低.16PLC的发展历程诞生于20世纪60年代末:MODICON084是世界上第一种投入生产的PLC。崛起于20世纪70年代：首先在汽车流水线上大量应用。成熟于20世纪80年代：全面采用微电子处理器技术，得到大量推广应用，年销售始终以高于20%的增长率上升，奠定了其在工业控制中不可动摇的地位。突破于20世纪90年代：从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展；编程语言和应用多样化。17我国ＰＣ技术的应用与发展始于１９７３年，近年来引进了一些国外的ＰＣ产品，主要有：美国的ＧＥ系列、Ｍ系列；德国西门子公司的Ｓ系列；日本三菱公司的ＦX系列、Ａ系列、ＥＸ系列及松下、欧姆龙等PLC。已自行开发出国产化产品，如ＧＫ４０，ＭＰＣ－１０，ＭＰＣ－００１Ａ，ＫＢ－４０，ＢＣＭ－ＰＩＣ等系列可编程序控制器，得到用户好评，取得了良好的经济效益184.可编程控制器的应用领域PLC的应用范围极其广阔，经过30多年的发展，目前PLC已经广泛应用于冶金、石油、化工、建材、电力、矿山、机械制造、汽车、交通运输、轻纺、环保等各行各业。几乎可以说，凡是有控制系统存在的地方就有PLC概括起来，PLC的应用主要有以下5个方面。194.可编程控制器的应用领域201．开关量控制这是PLC最基本的应用领域，可用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例，如机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器（电视机、冰箱、洗衣机等）自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。212．模拟量控制目前，很多PLC都具有模拟量处理功能，通过模拟量I/O模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。大、中型的PLC还具有PID闭环控制功能，运用PID子程序或使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。随着PLC规模的扩大，控制的回路已从几个增加到几十个甚至上百个，可以组成较复杂的闭环控制系统。PLC的模拟量控制功能已广泛应用于工业生产各个行业，例如自动焊机控制、锅炉运行控制、连轧机的速度和位置控制等都是典型的闭环过程控制的应用场合。223．运动控制运动控制是指PLC对直线运动或圆周运动的控制，也称为位置控制，早期PLC通过开关量I/O模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能，现在一般都使用专用的运动控制模块来完成。目前，PLC的运动控制功能广泛应用在金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上，典型的如PLC和计算机数控装置（CNC）组合成一体，构成先进的数控机床。234．数据处理现代PLC都具有不同程度的数据处理功能，能够完成数学运算（函数运算、矩阵运算、逻辑运算）、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作，对数据进行采集、分析和处理。数据处理通常用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器人的控制系统等。245．通信联网通信联网是指PLC与PLC之间、PLC与上位计算机或其他智能设备间的通信，利用PLC和计算机的RS—232或RS—422接口、PLC的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，建立工厂的自动化网络。254.可编程控制器的应用领域264.可编程控制器的应用领域274.可编程控制器的应用领域284.可编程控制器的应用领域294.可编程控制器的应用领域304.可编程控制器的应用领域314.可编程控制器的应用领域324.可编程控制器的应用领域334.可编程控制器的应用领域345.可编程控制器的发展1）、高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。352）、向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。5.可编程控制器的发展363）、大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。

5.可编程控制器的发展374)、增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。

5.可编程控制器的发展385)、编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表（指令）语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程（顺序功能图）语言、面向过程控制的流程图（SFC图）、结构文本等与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。5。可编程控制器的发展39目前在美国、日本、德国和英国等世界先进工业国家，PLC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，并已跃居现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）的首位。应用PLC技术是当今世界潮流，必将对生产、科研和社会生活等诸多领域产生巨大而深远的影响。401）、按I/O点数分小型PLCI/O点数为256点以下的为小型PLC

（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）中型PLCI/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLCI/O点数为2048以上的为大型PLC

（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）6.可编程控制器的类型412、）按结构形式分整体式PLC

将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。6.可编程控制器的类型426.可编程控制器的类型模块式PLC

将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。436.可编程控制器的类型紧凑式PLC

还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。443、）按功能分低档PLC

具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。中档PLC

具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。高档PLC

具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。6.可编程控制器的类型45特殊品种输出形式单元类型I/O总点数系列序号D—DC电源A1—AC电源H—大电流输出扩展模块V—立式端子排的扩展模块C—接插口输入输出方式F—输入滤波器1ms扩展模块L—TTL输入扩展模块S—独立端子（无公共端）扩展模块R—继电器输出T—晶体管输出S—晶闸管输出M—基本单元E—输入输出混合扩展单元及扩展模块EX—输入专用扩展模块EY—输出专用扩展模块16~256点0、2、ON、2C、2N型号的命名方式7、PLC的型号及意义46型号及意义型号变化DS——24VDC，世界型ES——世界型（晶体管型为漏输出）ESS——世界型（晶体管型为源输出）输出形式R——继电器输出T——晶体管输出S——晶闸管输出47I/O点数：16～256点单元类型

M——表示基本单元E——表示扩展单元及扩展模块

EX——扩展输入单元

EY——扩展输出单元48FX2N系列PLC基本单元49

三菱公司的FX0、FX0S、FX0N和FX2N等系列实现了微型化和多品种化，可以满足不同用户的需要F1系列和FX2系列早已属于淘汰产品三菱电机现在的FX系列产品样本中仅有FX1S、FX1N、FX2N和FX2NC这4个子系列，与过去的产品相比，在性能价格比上又有明显的提高。FX2N和FX2NC最多可以扩展256个I/O点，并且有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，FX系列是国内使用最广泛的PLC系列产品之一，本模块以FX2N系列作为主要讲授对象。50硬件软件+二、PLC的基本结构PLC的组成由硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统它们相辅相成，缺一不可。没有软件的PLC系统称为裸机系统，不起任何作用，犹如无米之锅。反之，如果没有硬件系统，软件系统也失去了基本的外部条件，程序根本无法运行51（一）、PLC的硬件结构和各部分的作用1.中央处理器(CPU)

2.存储器

3.输入/输出单元

4.通信接口

5.智能接口模块

6.编程设备

7.电源

8.其他外部设备52PLC硬件系统组成外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图53中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展接口电源编程器系统总线通信接口1.PLC的硬件系统541、微处理器（CPU）：PLC的核心部件，起着总指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。

PLC硬件系统组成552、存储器系统存储器RAM/ROM——系统程序存储器+系统数据存储器。是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。PLC硬件系统组成56用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。3、输入接口。这是PLC与被控设备相连接的接口电路。用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等，通过输入电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号。PLC硬件系统组成57输入单元——带光电隔离电路多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入

DC电源DC24V输入

DC电源DC12V输入接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。58直流输入接口电路示意图内部电路输入LEDININ

COM59交流输入接口电路示意图内部电路输入LEDIN

IN

COM～604、输出接口电路：带光电隔离器及滤波器，将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机、指示灯等被控设备的执行元件。为保证安全，输出电路需要采取电气隔离措施输出电路可分为继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种形式。

驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。61继电器输出接口电路示意图内部电路输出LED～OUT

OUTCOMLL62晶体管输出接口电路示意图L+OUTOUTCOMLL输出LED内部电路63双向晶闸管输出接口电路示意图输出LED～OUT

OUTCOMLL内部电路645、输入/输出（I/O）扩展接口

中小型的PLC输入输出接口都是与中央处理单元CPU制造在一起的，为了满足被控设备输入输出点数较多的要求，常需要扩展数字量输入输出模块；为了满足模拟量控制的需要，常需要扩展模拟量输入输出模块，如A/D、D/A转换模块等；I/O扩展接口就是为连接各种扩展模块而设计的。65I/O扩展接口——采用并行通讯方式扩展I/O模块；扩展位置控制模块（如F2-30GM）；扩展通讯模块（如FX-232AW等）；扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。66I/O扩展接口的连接67中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展接口电源编程器系统总线通信接口6、通信接口

用于PLC与计算机、PLC、变频器、触摸屏等智能设备之间的连接，以实现PLC与智能设备之间的数据传送和通信。PLC的硬件系统68通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总线连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）；连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。PLC硬件系统组成69通信接口的连接70输入输出接口I/O扩展接口中央处理单元编程器接口电源编程器系统总线通信接口7、编程接口用于将编程器与PLC进行连接，以实现编程器对PLC的操作。71中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展接口电源编程器系统总线通信接口8、编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数，它经过编程器接口与中央处理器单元联系，完成人机对话操作。PLC的硬件系统72PLC手持编程器液晶显示窗工作方式开关指令键数字键编辑键通信电缆73计算机编程软件通过串行通讯口使计算机与PLC连接用计算机编写、修改程序，监控PLC的运行74.PLC的硬件系统中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展接口电源编程器系统总线通信接口9、电源

电源部件将220V的交流电源转换成供PLC的中央处理器、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，同时还向各种扩展模块提供24V直流电源。由输入滤波、整流滤波、开关电源先行稳压等几部分组成。75（二）.PLC的软件组成系统管理程序用户指令解释程序标准化模块程序开关量逻辑控制程序模拟量运算控制程序闭环控制程序工作站初始化程序2）用户程序

PLC由硬件系统组成，由软件系统支持，硬件和软件共同构成了PLC系统。PLC的软件系统可分为：

1）系统程序76●系统管理程序系统管理程序主要功能是运行时序分配管理、存储空间分配管理和系统自检等。●用户指令解释程序用户指令解释程序将用户编制的应用程序翻译成机器指令供CPU执行。●供系统调用的标准程序模块标准程序模块具有独立的功能，使系统只需调用输入、输出、特殊运算等程序模块即可完成相应的具体工作。77系统程序可分为管理程序、编译程序、标准程序模块和系统调用三部分。管理程序是系统程序中最重要的部分。PLC的运行都由它控制，主要对PLC的输入、输出、运算等操作运行，进行时间上先后顺序的管理，规定各种数据、程序的存放地址，生成用户环境以及系统诊断等。编译程序用来把梯形图程序、语句表程序等编程语言翻译成PLC能够识别的机器语言。标准程序模块和系统调用，这部分由许多独立的程序模块组成，每个程序模块完成一种单独的功能，如输入、输出及特殊运算等。PLC根据不同的控制要求，选用这些模块完成相应的工作782．用户程序用户程序就是由用户根据控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序，以实现所需的控制目的。用户程序存储在系统程序指定的存储区内，它的最大容量也是由系统程序限定的。79二、用户程序梯形图（LAD）编程符号对照80工作站初始化程序是用户为PLC系统网络进行数据交换和信息管理而编制的初化程序，在PLC厂商提供的通信程序的基础上进行参数设定，一般采用高级语言实现。●开关量逻辑控制程序开关量逻辑控制程序一般采用PLC生产厂商提供的如梯形图、语句表等编程语言编制。●模拟量运算控制和闭环控制程序模拟量运算控制和闭环控制程序是大中型PLC系统的高级应用程序，通常采用PLC厂商提供的相应程序模块及主机的汇编语言或高级语言编制。●工作站初始化程序81小结可编程控制器是当今工业领域使用最广泛的一种新型自动控制装置，微电子技术和计算机技术的发展是PLC出现的技术基础和物质基础，GM10是促使其问世的直接原因。PLC具有高可靠性、强抗干扰能力，编程语言简单易学、适应性强、调试维修方便等特点，主要应用于开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理和通信联网等领域。硬件结构上可以分成微处理器（CPU）、存储器、输入/输出部件等组成部分；软件系统包括系统程序和用户程序两部分。PLC按结构形式分为整体式和模块式两类，按功能和I/O点数可分为低档机（小型、超小型）、中档机（中型）和高档机（大型、超大型）三种。可用用户程序存储容量，I/O总点数、扫描速度等指标衡量其性能。当前，PLC正朝标准化、小型化、模块化和大容量、高速度、多功能等方面发展。82三、PLC的基本工作原理工作方式——周期循环扫描工作过程——自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个阶段。扫描周期T=自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。83可编程序控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们直接连接到可编程序控制器的输入端子和输出端子（可编程序控制器的输入和输出接口已经做好，接线简单、方便），在可编程序控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务，需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需的用户输入输出设备，然后运用相应的编程语言（如梯形图、语句表、控制系统流程图等）编制出相应的控制程序，利用编程器或其他设备（如EPROM写入器、与PLC相连的个人计算机等）写入可编程序控制器的程序存储器中。每条程序语句确定一个顺序，运行时CPU依次读取存储器中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以驱动输出设备，控制被控对象工作。可编程控制器是通过软件实现控制逻辑的，84PLC的工作过程示意图851、输入接线端子2、内置输入控制回路直流电源3、输入等效继电器驱动线圈4、输入等效继电器工作触点5、程序“工作电源”6、输出继电器驱动线圈7、输出继电器辅助触点8、输出继电器主触点9、输出继电器接线端子10、负载工作电源1、PLC的等效电路861）．输入回路这一部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器。一个输入端子对应一个等效电路中的输入继电器，它可提供任意个常开和常闭接点，供PLC内部控制电路编程时使用。由于输入继电器反映输入信号的状态，如输入继电器接通即表示传送给PLC一个接通的输入信号，因此习惯上经常将两者等价使用。输入回路的电源可用PLC电源部件提供的直流电压，也可由独立的交流电源供电。872）、内部控制电路这部分电路是由用户程序形成的。它的作用是按照程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。用户程序通常采用梯形图编写，梯形图在形式上类似于继电器控制原理图，两者在电路结构及线圈与接点的控制关系上都大致相同，只是梯形图中元件符号及其含义与继电器控制回路中的元件不同。883）．输出回路输出部分由与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。PLC内部控制电路中有许多输出继电器。每个输出继电器除了有为内部控制电路提供编程用的常开、常闭接点外，还为输出电路提供一个常开接点与输出接线端相连。驱动外部负载的电源由用户提供。在PLC的输出端子排上，有接输出电源用的公共端。需要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器（硬继电器），它实际上是存储器中的每一位触发器。该触发器为“1”态，则相当于继电器接通；该触发器为“0”态，则相当于继电器断开89自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机2、PLC的扫描工作方式

PLC经过五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。90自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机

每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容为I／0部分、存储器、CPU等，发现异常停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。91PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理，如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机等的通信请求，也在这段时间完成数据的接受和发送任务。自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机92

PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将所有输入端的状态送到输入映象寄存器。

自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机93

中央处理器CPU将逐条执行用户指令程序，即按程序要求对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出状态寄存器中。自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机94

当所有的指令执行完毕时，集中把输出映象寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。

自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机95PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。在不考虑第二个因素（通讯处理）时，扫描周期T的大小为：

T=（读入一点时间×输入点数）+（运算速度×程序步数）+（输出一点时间×输出点数）+故障诊断时间显然扫描周期主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该精确的计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。96（）程序执行输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路接触器按钮按钮输入扫描执行程序输出刷新3、PLC的程序执行过程971．输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（“0”或“1”，表现在接线端上是否承受外加电压）读入输入映像寄存器区。这个过程称为对输入信号的采样，或称输入刷新，接着转入程序执行阶段。在输入采样阶段结束后，即使输入信号状态发生改变，输入映像寄存器区中的状态也不会发生改变。982．程序执行阶段

在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描，又称程序处理阶段。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下、先左后右的顺序对由接点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新输出映像寄存器区或系统RAM区对应位的状态。在程序执行阶段，只有输入映像寄存器区存放的输入采样值不会发生改变，其他各种元素在输出映像寄存器区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能随着程序的执行随时发生改变。993．输出刷新阶段当程序执行后，进入输出刷新阶段。PLC将输出映像寄存器区中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出端驱动用户输出设备(负载)，这就是PLC的实际输出。100四、FX2N系列PLC编程元件PLC可以将它看成由继电器、定时器、计数器和其他功能模块构成，它与继电器控制的根本区别在于PLC采用软器件，通过程序将各器件联系起来。这里按习惯分别将PLC中的软器件仍称为继电器、定时器、计数器等，它们并不是实际的物理实体，称它们为“软输入/输出继电器”、“软定时器”、“软计数器”等。对于上述器件在使用时都必须用编号来加以识别。下面介绍编址方法：每个编程元件（软器件）的编码由字母和数字组成。字母X表示输入继电器，Y表示输出继电器，M表示中间继电器，T表示定时器，C表示计数器，S表示状态继电器，D表示数据寄存器，SPM表示专用辅助继电器，数字为采用八进制的编号101

FX2N系列PLC的编程元件1．输入继电器X输出继电器Y2．辅助继电器M（1）通用辅助继电器。（2）掉电保持辅助继电器。（3）特殊功能辅助继电器。3．定时器T（1）通用定时器。（2）累积定时器。4．计数器C（1）16位加计数器。（2）32位双向计数器。（3）高速计数器。5．状态寄存器S（1）初始状态用：（2）回归原点用（3）一般通用（4）保持用6．数据寄存器D（1）通用型数据寄存器（2）保持型数据寄存器（3）特殊功能寄存器7．变址寄存器V和Z8．指针P/I（1）用于子程序调用的“P”标号的指针（2）用于中断服务程序入口的“I”标号指针9．常数K/H1021、输入继电器（X）在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，由X000—X177有128个个常开和常闭触点。是PLC用来接收用户设备发来的输入信号.输入继电器用X00~X07、X10~X17、X20~X27等八进制格式进行编号；输入继电器只有触点没有线圈，不能用程序驱动。只能用外部输入设备驱动四、FX2N系列PLC编程元件103FX2N系列PLC编程元件2、输出继电器Y（Y000~Y177

）用来将输出信号传给负载的元件。输出继电器的外部输出触点接到PLC的输出端子上。输出继电器采用八进制编号，有内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之分，由程序驱动。在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。输出继电器用Y00~Y07、Y10~Y17、Y20~Y27等八进制格式进行编号。1043．辅助继电器M

PLC内部有很多辅助继电器。辅助继电器和PLC外部无任何直接联系，它的线圈只能由PLC内部程序控制，它的常开和常闭两种触点只能在PLC内部编程时使用，但可以无限次地自由使用。它与输出继电器不同，辅助继电器的触点不能直接驱动外部设备。外部负载只能由输出继电器触点驱动。105

辅助继电器由内部软元件的触点驱动,常开和常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负可分为：通用型、断电保持型和特殊辅助继电器三种，辅助继电器按十进制编号。（1）通用辅助继电器M0~M499（500点）（2）断电保持辅助继电器M500~M1023（524点）。（3）特殊辅助继电器M8000~M8255（256点）只能利用其触点，可驱动线圈的特殊辅助继电器106只能利用其触点的特殊辅助继电器M8000：运行监控用，PLC运行时M8000接通。M8002：仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器。M8012：产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。可驱动线圈的特殊辅助继电器M8030：鲤电池电压指示灯特殊继电器。M8033：PLC停止时输出保持特殊辅助继电器。M8034：止全部输出特殊辅助继电器。M8039：时扫描特殊辅助继电器。1074．状态继电器S

状态继电器S

是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元件，且具有失电保持功能采用十进制编号它与步进指令STL配合使用

状态继电器有下列五种类型：1）初始状态继电器：S0~S9共10点

2）回零状态继电器：S10~S19共10点

3）通用状态继电器：S20~S499共480点

4）保持状态继电器：S500~S899共400点5）报警用状态继电器：S900~S999共100点

状态有无数个常开触点与常闭触点，编