FX系列PLC编程及应用

可编程控制器原理及应用金守峰课程内容第一章绪论第二章可编程控制器的组成与工作原理第三章编程语言与基本逻辑指令第四章FX系列PLC的编程方法第五章功能指令第五章FX系列编程软件的使用方法一、电气控制系统的基本功能和特点输入部分：由各类按钮开关、行程开关、接近开关、转换开关等主令电器构成。逻辑部分：由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路。输出部分：由各种电磁阀线圈，接通电动机的各种接触器和信号指示灯等执行电器构成。主电路控制电路鼠笼式电动机直接起动的电气控制系统SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..保险丝热继电器发热元件开关接触器主触点起动按钮停止按钮接触器线圈接触器辅助触点热继电器动断触点1.1电器的定义及分类

电器—自动或手动接通和断开电路，能实现对电路或非电对象切换、保护、检测、变换和调节目的的电气元件。电器的分类

低压电器、高压电器、手动电器、自动电器控制电器、主令电器、保护电器、配电电器、执行电器、电磁式电器、非电量控制电器等。1.2常用的控制电器开关电器1、刀开关2、转换开关（组合开关）3、自动开关（自动空气断路器）1.2常用的控制电器主令电器自动控制系统中用于发送控制指令——不能直接用于通断主电路1、控制按钮2、行程开关（限位开关）3、接近开关（无触点行程开关）4、各类传感器5、万能转换开关1.2常用的控制电器接触器用于频繁接通或断开交直流主电路或大容量控制电路，按主触头通过的电流种类分为：交流接触器和直流接触器。1、交流接触器——主要用于控制笼形和绕线式电动机的起动、运行中断开以及笼形电动机的反接制动、反向运行、点动等2、直流接触器——结构和工作原理与交流接触器基本相同，主要用于远距离控制，电压可至400V、电流至600A的直流电路以及频繁操作的直流电动机。1.2常用的控制电器继电器按输入信号的性质分电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器继电器与接触器的不同点：继电器可以对各种输入量的变化作出反应，而接触器只在一定的电压信号下动作；继电器用于切换小电流的控制和保护电路，无灭弧装置而接触器用来控制大电流电路。工作状态：线圈断电“0”，得电“1”；电磁式电流继电器KI、电磁式电压继电器KV、电磁式中间继电器KA。1.3电气控制系统的基本功能及特点

实现了用弱电信号控制强电、实现了自动控制，统治时间长（上百年历史）；可靠性低、通用性差、缺乏“柔性、体积大、耗电多；二、可编程控制器的发展历程市场背景

60年代末，大批量少品种的生产转变为小批量多品种的生产，市场所需的“柔性”生产线呼唤新型控制系统的诞生。在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。2.1可编程控制器的产生2.1可编程控制器的产生1、68年GM公司公开招标研制，69年DEC公司应标研制成功世界上第一台可编程序控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC。功能：取代继电器、接触器控制，进行逻辑运算等。2、70年代PLC采用了通用微处理器，功能不断增强。3、80年代随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PC得到了惊人的发展。

2.2可编程控制器的定义国际电工学会（IEC）定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。2.3可编程序控制器的特点1.可靠性高，抗干扰能力强2.通用性强，控制程序可变，使用方便3.功能强，适应面广4.编程简单，容易掌握5.减少了控制系统的设计及施工的工作量6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便2.4可编程序控制器的分类按功能强弱低档机、中档机、高档机三类按I/O点数分类小型PLC

中型PLC

大型PLC

2.4可编程序控制器的分类小型PLC

I/O点数<256点，单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。GE-I型美国通用电气（GE）公司TI100

美国德洲仪器公司F、F1、F2

日本三菱电气公司C20C40

日本立石公司（欧姆龙）S7-200

德国西门子公司EX20EX40

日本东芝公司SR-20/21

中外合资无锡华光电子工业有限公司

2.4可编程序控制器的分类中型PLCI/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K。S7-300

德国西门子公司SR-400

中外合资无锡华光电子工业有限公司SU-5、SU-6

德国西门子公司C-500

日本立石公司GE-ⅢGE公司2.4可编程序控制器的分类大型PLCI/O点数>2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16KS7-400

德国西门子公司GE-ⅣGE公司C-2000

立石公司K3

三菱公司2.5可编程序控制器的结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。2.5可编程序控制器的结构CPU模块微处理器+存储器I/O模块系统的眼、耳、手、脚编程器编辑用户程序，监视PLC状态电源为系统提供电源中央处理单元存储器数据存储器输出接口地址总线控制总线数据总线编程单元照明电磁装置执行机构……电源地址总线控制总线输入接口模拟量输入行程开关继电器接点各种开关2.6可编程序控制器的应用开关量逻辑控制

自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制运动控制

切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。闭环过程控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。数据处理

数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。通信联网

PLC与远程I/O、PLC之间、PLC与其它智能控制器之间通信。2.7可编程序控制器的应用高性能、高速度、大容量发展多CPU结构高性能、流水RISC结构CPU(32位机)增加智能控制功能支持组态设计大力发展微型PLC，不断增强微型PLC的功能掌上PLC高性能支持多种编程方式2.7可编程序控制器的应用PLC编程语言标准化

IEC1131-3

顺序功能图（SFC）梯形图功能块图指令表结构文本2.7可编程序控制器的应用PLC与其它工业控制器产品相互融合

2.7可编程序控制器的应用大力开发智能I/O模块PLC与现场总线相结合基于现场总线的现场级与车间级自动化系统增强通信联网能力PLC－当代工业自动化支柱之一三、可编程控制器的工作原理扫描式的工作方式

PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。两种工作状态

运行（RUN）停止（STOP）内部处理通信服务输入处理程序执行输出处理RUNSTOP3.1扫描工作方式运行状态(RUN):输入处理执行程序输出处理内部处理通讯处理停止状态(STOP):内部处理通讯处理内部处理通信服务输入处理程序执行输出处理RUNSTOP3.2扫描周期（T）PLC在【RUN】工作状态时，完成‘内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理‘所需的时间。T=公共部分扫描时间+外设扫描时间+用户程序执行时间+I／0扫描时间3.3工作原理停止按钮接触器输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（）程序执行启动按钮x1x0x1x0Y0Y0Y03.4输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间（系统响应时间）输入电路滤波时间输出电路滞后时间扫描工作时间（延迟可达2个多扫描周期）第二章PLC的硬件可编程控制器的基本结构一、可编程控制器的物理结构整体式模块式1.1整体式PLCCPU模块，输入输出模块和电源装在一个箱状机壳内。适用于小型PC，它包括基本单元和扩展单元。1.2模块式PLC由框架和模块组成，模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的总线连接板上。二、CPU模块与存储器CPU(通用微处理、单片机、位片机)（1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-2900从单片机到标准的计算机芯片；采用传统的继电器符号语言（梯形图）二、CPU模块与存储器存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM）系统程序：系统管理、监控程序、编译（ROM）用户程序（EPROM、RAM）二、CPU模块与存储器1、随机存取存储器(RAM)：可读可写，没有断电保持功能。2、只读存储器(ROM)：只读，不能写。3、可擦除可编程序的只读存储器(EPROM)：非易失性。用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入的内容,写入新内容。4、可电擦除的(EPPROM)：是非易失的，间有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点。价格比较高。三、I/O模块输入（Input）电路和输出（Output）电路简称为I/O模块，它们是联系外部现场和CPU模块的桥梁。模块的外部接线方式

汇点式分组式分割式汇点式各个I/O电路有一个公共点，共用一个电源。COMX0X1X2X3X4X5X6X7分组式I/O分成若干组，每组I/O共用一个电源，各组电源可以不同。COM1Y0Y1COM2Y2Y3分割式各个I/O点之间相互隔离，每个I/O可以使用独立电源。YOCOM0Y1COM1Y2COM2Y3COM3开关量输入模块采集输入信号、隔离、滤波和电平转换，使之转换成CPU能够接收和处理的信号。X7

···

COM

+24v

PLC的直流输入电路

+24v

输入缓冲器

X1

开关量输入模块PLC的交流输入电路开关量输出模块将CPU送出的信号经过隔离、电平转换、放大后驱动接触器等执行元件。输出负载的电源一般外接。继电器输出直流、交流负载（隔离、功率放大）晶体管集电极输出直流负载双向可控硅输出交流负载开关量输出模块继电器输出模块原理图

···

输出锁存器

V

Y0

COM

Y7

开关量输出模块大功率晶体管或场效应管输出

开关量输出模块双向晶闸管输出输出电路的分类：由输出开关器件来分

负载OFF/ON容量晶体管直流0.2mS0.5A/点DC5-30V可控硅交流1mS0.3A/点AC85-242V继电器交/直流10mS2A/点AC250VDC30V型号：FX2-48MR继电器输出I/O：24/24FX2-32MS可控硅输出I/O：16/16FX2-64MT晶体管输出I/O：32/32其他部件电源可编程控制器使用220V交流电源或24V直流电源。电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5V、±12V、24V），并为外部输入元件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。其他部件编程器目的：用来输入和编辑用户程序和监视PLC运行时各种元件的工作状态。编程方式：在线/离线编程。

其他部件对外接口扩展接口通信接口智能

I/O接口PLC还可配有盒式磁带机，EPROM写入器，存储器卡等其他外部设备。220V

SB1SB2SB3

CX0X1X2

C

KM1

～

Y0Y1C

PLC

电机正反转控制输入输出电路

380V

KM2

220V

FX系列PLC

发展历程

20世纪80年代推出F系列，90年代被F1、F2系列取代，其后FX2N、FX2NC在性能价格比上又有明显提高，FX系列适应面广，最多可扩展到256个I/O点，并有很强的网络通信功能。FX系列PLC的特点体积极小的微型PLC先进美观的外部结构提供多个子系列供用户选用灵活多变的系统配置功能强，使用方便FX系列PLC的型号FX1N系列PLCFX1NC系列PLCFX3UC系列PLCFX3U系列PLCFX1S系列PLCFX2N系列PLC特殊功能模块模拟量输入输出模块高速数器模块运动控制模块通信模块2、可编程控制器的工作过程

1）扫描：PLC中的CPU按分时原则操作顺序进行，即每一时刻执行一个操作。这种分时操作的过程称为对程序的扫描。2）PLC运行时的内部列操：故障诊断及处理、数据输入与输出、通信、执行用户程序、服务于外设命令。现场信号

受控元件

写

输入采样

输入刷新

读

输入端子输入缓冲器

输入映象寄存器

用户程序执行

输出映象寄存器

输出端子

读

输出锁存器

3）PC对输入/输出的处理规则输入刷新：将所有输入信号读入到输入映象寄存器中存储（RAM区，固定地址）；执行用户程序：顺序：从上到下、从左到右。信息来源：输入/输出映象寄存器及相关RAM。执行结果：写入输出映象寄存器。输出刷新：映象寄存器的数据全部送入输出锁存器，通过输出端子Y驱动执行器。循环工作：每次执行完用户程序后，如果没有外设命令，则系统会自动循环地扫描运行。4）特点：a）信息处理：信号的输入、数据的处理和控制信号的输出分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里以批处理方式进行。在一个工作周期内，输入/出映象寄存器的信息保持不变。

b）“串行”工作方式的特点：可避免继电-接触器控制中触点的竞争和时序的失配问题；导致了输出对输入时间上的滞后，扫描周期T越长，滞后越严重。滞后的相关因素：扫描方式、电路惯性、程序设计的安排。扫描周期T：完成一次循环操作所需要的时间构成：执行用户程序所占用的时间（与程序的长短及指令操作的复杂程度有关）、系统管理操作占用的时间（基本不变）、I/O硬件电路的延时。1、监控程序：

管理程序用户指令解释程序标准程序模块，系统调用通过改进监控程序就可在不增加任何硬件设备的条件下大大改善PLC的性能。运行管理生成用户元件内部自检三、可编程控制器的软件

2、用户程序以内码形式线性地存放监控程序指定的存储区内。语言：梯形图

LadderDiagram

指令表InstructionList

顺序功能图

SequentialFunctionChart(SFC)

高级语言AdvancedLanguage

汇编语言AssembleLanguage

结构文本StructuredText

第三章PLC程序设计基础可编程控制器编程语言的国际标准顺序功能图(Sequentialfunctionchart)

梯形图(Ladderdiagram)

功能块图(Functionblockdiagram)

指令表(Instructionlist)

结构文本(Structuredtext)顺序功能图(Sequentialfunctionchart)相当于应用软件中的逻辑框图，是一种位于其它编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。步转换动作梯形图(Ladderdiagram)梯形图与继电器控制电路相似SB1SB2KMKMY0X1Y0X0X1X0COMY0COM~KMSB2SB1梯形图控制电路图I/O分配：

X0：启动X1：停车Y0：KMPLC外部接线图功能块图(Functionblockdiagram)类似于数字逻辑电路中编程语言，用类似与门、或门等方框图来表示的逻辑运算关系。SRS1Q1RANDORTest1Test2Sw1%1X3Resetstart指令表(Instructionlist)由若干条指令组成的程序叫指令表程序。

LDX0OUTY0LDIX1OUTY1OUTY2LDX3OUTY3结构文本(Structuredtext)PASCALBASICC等高级语言数学运算数据处理图形显示报表打印梯形图的主要特点某些编程元件沿用继电器名称,编程元件不是真实的硬件继电器,而是软件继电器。梯形图两侧的垂直公共线为公共母线（Busbar）,分析时，可以假想有一个能流从左向右流动。程序执行是一个逻辑解算的过程。根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系,求出各个线圈对应的编程元件的状态,逻辑求解顺序：从上到下，从左到右。编程元件的常开触电和常闭触电可以无限次使用。梯形图中的线圈应该放在最右边。X5X1X3X2Y1X4X1X3X2Y1X5X3X1X4X5FX系列PLC梯形图中的编程元件FX系列的用户数据结构1）BIT位数据

ON/OFF(通/断)2）字数据

BCD码(外部，内部BIN）3）字与位数据定时器、计数器设定值BCD

触点：ON/OFF位元件输入继电器X，存放外部输入电路的状态输出继电器Y，PLC直接输出物理信号辅助继电器M，PLC内部运算标志状态继电器S，PLC内部运算标志两种状态ON（1）或OFF（0）字元件用于设定定时器或计数器的当前值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），两个连续的字组成双字（DoubleWord）有符号的字可以表示最大正数为：32767FX系列的性能指标运算控制方式输入输出控制方式运算速度程序语言程序容量指令数输入继电器输出继电器辅助继电器状态寄存器定时器计数器数据寄存器跳步指令输入继电器（X）输入继电器是PC接收外部输入的开关量的窗口。PC通过光电耦合器将外部输入的开关量信号读入并存储在输入映像寄存器内。输入继电器没有线圈，状态取决于外部输入信号的状态输入继电器（X）输入继电器（X）对应的寄存器为“1”状态常开触点闭合常闭触点断开外部触点接通时外部触点断开时对应的寄存器为“1”状态常开触点闭合常闭触点断开输出继电器（Y）输出继电器是将PC的输出信号传递给输出模块，由输出模块驱动外部负载工作。FX2N系列PLC输入、输出继电器元件号辅助继电器（M）辅助继电器是用软件实现的，它们不能直接对外输出信号去驱动负载，相当于继电器控制系统中的中间继电器。通用型500点M0-M500无断点保持功能锁存用 2572点M500-M3071有断点保持功能特殊用 256点M8000-M8255特殊辅助继电器运行监视(M8000)当PLC运行时，M8000接通;；PLC停止运行时，M8000断开。

STOP

RUNSTOP特殊辅助继电器初始化脉冲（M8002）在M8000由OFF变为ON状态时的一个扫描周期ON。

STOPRUNSTOP一个扫描周期特殊辅助继电器时钟脉冲（M8011~M8014）：M8011~M8014分别是10ms、100ms、1s和1min时钟脉冲。M801110msM8012100ms特殊辅助继电器锂电池电压降低（M8005)：电池电压下降至规定值时M8005变为ON。线圈驱动型特殊辅助继电器M8030M8034状态继电器（S）状态是用于编制顺序控制程序的一种编程元件定时器(T)功能：相当于一个时间继电器构成：一个设定值寄存器（字）一个当前值寄存器（字）以及无数个触点（bit）定时器的设定值：常数K、数据寄存器（D）计时脉冲：1mS、10mS、100mS。触点动作：计时时间达到设定值时，输出触点动作常开通，常闭断。定时器(T)通用定时器100ms定时器T0~T199

定时范围为0.1~3276.7s（其中T192~T199为子程序和中断服务程序专用的定时器）10ms定时器T200~T245定时范围为0.1~327.67s通用定时器没有保持功能，在输入电路断路或停电时复位定时器(T)定时器(T)积算定时器1ms定时器T246~T249定时范围为0.001~32.767s100ms定时器T250~T255定时范围为0.1~3276.7s具有断点保持功能；断电后再次通电，计数器继续定时。定时器(T)积算定时器定时器(T)定时器的定时精度计数器(C)构成：一个设定值寄存器（字）一个当前值寄存器（字）以及无数个触点（bit）

计数元件：X，Y，M，S，T，C。上升沿有效计数器(C)16位加计数器X10X11C0RSTC0C0K9Y0X10X11C0RSTC0C0K9Y0计数器(C)32位加/减计数器计数器(C)32位加/减计数器计数器(C)高速计数器C235~C255(X0~X7)C235~C241为一相无启动/复位输入端C241~C245为一相带启动/复位输入端C251~C255为两相双计数输入C246~C250为一相双计数输入（加/减脉冲输入）计数器(C)高速计数器C235~C255(X0~X7)计数器(C)高速计数器C235~C255(X0~X7)计数器(C)高速计数器C235~C255(X0~X7)计数器(C)高速计数器C235~C255(X0~X7)计数器(C)高速计数器C235~C255(X0~X7)单相单输入计数器(C)高速计数器C235~C255(X0~X7)计数器(C)高速计数器C235~C255(X0~X7)单相双输入X000由断开到接通进行增计数X001由断开到接通进行减计数计数器(C)高速计数器（双向高速计数器）X012接通时C251通过中断进行X000(A相）和X001(B相）动作计数。指针（P/I)指针（P/I)分支用指针中断用指针跳转用指针子程序调用指针指针（P/I)跳转用指针FX系列PLC的基本逻辑指令LDLDIOUT

指令LD(Load):

常开触点与母线连接指令LDI(LoadInverse):

常闭触点与母线连接指令OUT(Out):

驱动线圈的输出指令FX系列PLC的基本逻辑指令ANDANI

指令AND(And):

与指令，常开触点串联连接指令。ANI(Andinverse):

与非指令，常闭触点串联连接指令。LDX0ANDM101OUTY3LDY3ANIX3OUTM101ANDT1OUTY5FX系列PLC的基本逻辑指令ORORI指令OR(0r