PLC基础知识培训

第一章概述1.1可编程序控制器的工作原理1.2可编程序控制器的分类1.3PLC的编程语言概述第二章日本三菱公司FX2N系列PLC2.1FX2N系列PLC的编程元件2.2FX系列PLC的基本逻辑指令2.3基本逻辑指令的编程规则与技巧第三章编程方法3.1可编程控制器最常用编程环节3.2梯形图的经验设计法3.3顺序控制设计法

可编程序控制器（ProgrammableController）1985年1月国际电工委员会（IEC）对PLC的定义：

可编程序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。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

可编程序控制器的特点

PLC的特点：

1、编程方法简单易学；

2、硬件配套齐全、用户使用方便；

3、通用性强、适应性强；

4、可靠性高、抗干扰能力强；

5、系统的设计、安装、调试工作量小；

6、维修工作量小、维护方便；

7、体积小、能耗低。配套齐全，功能完善，通用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合，要改变控制功能只需改变程序即可，具有较强的通用性。现代PLC除了逻辑处理功能外，大多具有数据处理能力，可用于各种数字控制领域。近年来，随着PLC多种智能模块的出现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC控制等各种工业控制中。加上PLC通讯能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

可编程序控制器的基本结构

PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU模块、输入模块、输出模块、编程器、电源组成。1.1可编程序控制器的工作原理一、PLC控制系统的等效电路继电器功率放大、电气隔离、逻辑运算二、可编程序控制器的工作原理两种基本工作状态：运行（RUN）停止（STOP）扫描工作方式

1、内部处理

2、通讯服务

3、输入处理

4、程序执行

5、输出处理内部处理通讯服务输入处理程序执行输出处理RUNSTOP

当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。可编程控制器的工作原理PLC的工作原理（M100）（Y430)输出刷新阶段

用户程序执行阶段

输入采样阶段输入端子输入映象寄存器元件映象寄存器输出锁存器输出端子扫描周期X4读出(Y430)写入读出程序执行原理图三、扫描周期

典型值为：1--100msPLC在RUN工作状态时，执行一次内部处理、通讯服务、输入处理、程序执行、输出处理的扫描操作所需的时间称为扫描周期。四、输入/输出滞后时间

（系统响应时间）

PLC的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之间的时间间隔。

组成：输入电路滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间。1.2可编程序控制器的分类

PLC从硬件结构上可分为

整体式、模块式和叠装式。整体式可编程序控制器模块式可编程序控制器叠装式可编程序控制器1、整体式可编程序控制器

整体式（单元式/箱体式）体积小、价格低适用于小型机有多种I/O点数的基本单元和扩展单元

基本单元包含：CPU模块、输入模块、输出模块、编程器、电源扩展单元只有：输入模块、输出模块、电源

2、模块式可编程序控制器由框架和模块组成自由组合、运用灵活、维护方便适用于大型机3、叠装式可编程序控制器吸收整体式、模块式优点从规模上按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和大型。CPU模块输入模块输出模块D/A转换A/D转换

通讯

电源1.3PLC的编程语言概述

一、PLC编程语言的国际标准IEC1994年5月公布了PLC标准（IEC61131）IEC61131—1：通用信息；IEC61131—2：设备与测试要求；IEC61131—3：编程语言；

IEC61131—4：用户指南；IEC61131—5：通讯。

二、编程语言

1、顺序功能图（Sequentialfunctionchart）

2、梯形图（Ladderdiagram）

3、指令表（Instructionlist）

4、功能块图（Functionblockdiagram）

5、结构文本（高级语言）（Structuredtext）顺序功能图（SFC）梯形图（LD）

梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，一般有线圈、常开触点、常闭触点，还有其他功能块。梯形图称为电路或程序，设计梯形图叫编程。梯形图主要特点1、编程元件沿用继电器控制系统中的概念和定义编程元件：X、Y、M、T、C等2、采用公共母线结构，能流只能从左到右。

线圈（或输出）只能与右母线相连

3、逻辑解算关系：从上到下，从左到右，前面解算的结果，可马上被后面的逻辑解算所利用。4、各编程元件的常开/

常闭触点可无限次使用返回本章首页功能块图（FBD）类似数字逻辑电路的编程语言，即用类似与门、或门的方框来表不逻辑运算关系等。指令表（IL）由若干条指令组成的程序叫做指令表程序。LDX0ORY0ANIX1OUTY0结构文本Pascal,Basic,c等高级编程语言结构文本是为IEC1131-3标准创建一种专用高级编程语言。用结构文本有两个优点：能实现复杂的数学运算，非常简洁和紧凑。第二章日本三菱公司FX2N系列PLC

一、FX2N系列PLC型号名称的含义

FX系列型号名称的含义三菱公司PLC型号（小型机）FX2N——16MR单元功能输出类型总I/O点数系列名R：继电器S：可控硅T：晶体管M：基本单元E：扩展单元EX：扩展输入单元EY：扩展输出单元F1、F2、FX0、FX0S、FX0N、FX2、FX2N、FX2C、FX2N—24MRFX2N—36MRFX2N—48MRFX2N—64MRFX2N—80MRFX2N—128MR2.1FX2N系列PLC的编程元件一、编程元件的名称由数字和字母表示分别表示元件的类型和地址号注：1、输入/输出元件的地址号均

按八进制编号（0~7）2、输入/输出以外的元件地址号全

按十进制编号（0~9）二、输入继电器与输出继电器

1、输入继电器（X）

PLC接收外部输入的开关量信号的窗口，在梯形图中可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串并联电路。在梯形图中可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点。

八进制编号184点带扩展

X0~X7、X10~X17、X20~X27、X30~X3、••••X260~X267

其触点使用次数不受限制

2、输出继电器（Y）

PLC向外部负载发送信号的窗口将PLC输出信号传送输出模块，再由后者驱动负载八进制编号184点带扩展Y0~Y7、Y10~Y17、Y20~Y27、Y30~Y3、•••••Y260~Y267

其触点使用次数不受限制，但线圈只能使用一次。注：总I/O点数不能超过256点，带扩展单元时，其地址号与基本单元地址号连续（顺序编号）。输入和输出继电器三、辅助继电器（M）

用软件实现，不能接收外部的输入信号，不能直接对外输出信号去直接驱动负载，（相当于继电器控制系统中的中间继电器）作用：转换、存储运算结果1、通用辅助继电器（M）M0~M499500点可用软件设定为断电保持辅助继电器2、停电保持辅助继电器（M）

M500~M3071

2572点

电源中断时，中断瞬时的状态，可在重新通电后的第一个扫描周期再现其状态。

M500~M1023可用软件设定为非断电保持辅助继电器。

M500X000M500X000M500X001X000M500断电扫描周期3、特殊辅助继电器（M）M8000~M8255256点用来表示PLC的某些状态、提供时钟脉冲、标志（如进位、借位标志）、设定PLC的运行方式，或者用于步时顺控、禁止中断、设定计数器是加计数或是减计数等。a、触点利用型特殊辅助继电器b、线圈驱动型特殊辅助继电器

a、触点利用型特殊辅助继电器

线圈由PLC自动驱动，用户只可利用其触点

M8000：运行（RUN）监控（运行期间接通）

M8002：初始化脉冲（仅在运行瞬间接通）；M8005：锂电池欠压；

M8011：10ms时钟；

M8012：100ms时钟；

M8013：1s时钟；

M8014：1min时钟；

b、线圈驱动型特殊辅助继电器

用户驱动线圈后，PLC作特定动作

M8030：使BATTLED（锂电池欠压指示灯）熄灭；M8033：PLC停止时输出保持（M8033线圈通电时，PLC由RUN进入STOP状态时，映像寄器与数据寄存器中的内容保持不变。）；M8034：禁止全部输出；M8039：定时扫描；四、状态元件（S）用于编制顺序控制程序的一种编程元件，一般与步进梯形指令STL一起使用。通用状态（S0~S499）没有断电保持功能，但可用程序设定有断电保持功能。可作M使用

初始状态：S0~S910点

回零：S10~S1910点通用：S20~S499480点保持：S500~S899400点

报警器：S900~S999100点

通用

500点五、定时器（T）T0~T255

包括设定值寄存器、当前值寄存器和一个用来储存其输出触点状态的映像寄存器。分为通用定时器（T0~T245）和

积算定时器(T246~T255)。

1、通用定时器（T0~T245）

1）100ms定时器T0~T199200点设定值：0.1~3276.7sT192~T199为了程序和中断服务程序专用的定时器

2）10ms定时器T200~T24546点

设定值：0.01~327.67s

2、积算定时器（T246~T255）

1）1ms积算定时器T246~T2494点设定值：0.001~32.767s

2）100ms积算定时器T250~T2556点设定值：0.1~3276.7s

3、定时器的定时精度定时器的最大误差约为+T0（T0为扫描周期）和-α（α为定时器的最小定时单位如1ms、10ms等）

定时器六、计数器（C）C0~C255分为内部计数器和高速计数器。内部计数器对PLC的内部信号X、Y、M、S等计数，1、内部计数器1）16bit加计数器计数范围：1~32767通用：C0~C99100点停电保持：C100~C199100点

2）32bit加/减计数器计数范围：-2，147，483，648~+2，147，483，647

通用：C200~C21920点停电保持：C220~C23415点

其计数方式由特殊辅助继电器M8200~M8234设定，对应特殊辅助继电器为ON时，为减计数；反之为加计数。2、高速计数器

C235~C25521点a、1相无启动/复位输入端的高速计数器C235~C240b、1相带启动/复位输入端的高速计数器C241~C245c、1相双计数输入（加/减脉冲输入）高速计数器C246~C250d、两相（A-B相型）双向计数输入高速计数器C251~C255七、数据寄存器（D）在模拟量检测与控制以及位置控制等场合用来储存数据和参数，数据寄存器为16位，两个合并可存放32位数据。1、通用数据寄存器

D0~D199200点M8033为ON他们有断电保持功能，反之无断电保持功能2、断电保持数据寄存器200~D79997800点D200~D511有断电保持功能，利用外部设备的参数设定，可改变其与通用数据寄存器的分配。D490~D509供通信用。D512~D7999的断电保持功能不能用软件改变，可用RST和ZRST指令清除内容。以500点为单位，可将D1000~D7999设为文件寄存器

3、特殊数据寄存器

D8000~D8255256点特殊数据寄存器D8000~D8255用来监控PLC的运行状态，如电池电压、扫描时间等。

4、变址寄存器（V/Z）16bit数据寄存器

V0——V7、Z0——Z7变址寄存器V0~V7和Z0~Z7的内容用来改变编程元件的元件号。

八、指针（P/I）包括分支指针P0~P127和15点中断用指针。1、分支指令用指针（P0~P127：128点）用来指示跳转指令（CJ）的跳步目标和子程序调用指令（CALL）调用的了程序的入口地址，执行到子程序中的SRET时返回主程序。FX1S：P0~P63，FX1N、FX2N、FX2NC：P0~P127

2、中断用指针（I0□□~I8□□：15点）中断用指针用来指明某一中断源的中断程序入口标号，执行到IRET指令时返回主程序。1）输入中断用来接收特定的输入地址号的输入信号，立即执行相应的中断服务程序。

2）定时器中断使PLC以指定的周期定时执行中断子程序，定时循环处理某些任务，处理的时间不受PLC扫描周期的限制。3）计数器中断用于PLC内置的高速计数器，根据高速计数器的计数当前值与计数设定值的关系来确定是否执行相应的中断服务子程序。九、常数（K/H）K：十进制H：十六进制2.2FX系列PLC的基本逻辑指令一、LD、LDI、OUTLD(Load)：常开触点与母线连接的指令LDI(LoadInverse)：常闭触点与母线连接的指令OUT(Out)：驱动线圈的输出指令XYMTCSYMTCS二、AND、ADIAND(And):常开触点串联连接指令ANI(AndInverse):常闭触点串联连接指令XYMTCS三、OR、ORIOR(Or):常开触点并联连接指令ORI(OrInverse):常闭触点并联连接指令XYMTCS四、LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF

LDP、ANDP、ORP用来作上升沿检测的触点指令，仅在指定位元件的上升沿(由OFF—ON变化)时接通一个扫描周期。

LDF、ANDF和ORF是用来作下降沿检测的触点指令，仅在指定位元件的下降沿(由ON—OFF变化)时接通一个扫描周期。XYMTCS五、ORB ORB(OrBlock)：串联电路块的并联连接指令。 注：指令后不带元件六、ANBANB(AndBlock)：并联电路块的串联连接指令。

注：指令后不带元件七、MPS、MRD、MPP

MPS(Push)：进栈，

MRD(Read)：读栈，

MPP(Pop)：出栈注：用于多重输出

FX系列有11个栈存储器八、MC、MCRMC(MasterContr01)：主控指令，或公共触点串联连接指令MCR(MasterControlReset)：主控复位指令，MC指令的复位指令。YM九、INVINV(Inverse):指令将执行该指令之前的运算结果取反（运算结果如为“0”将它变为“1”，运算结果“1”将它变为“0”)。十、PLS、PLFPLS（Pulse）:上升沿微分输出指令PLF:下降沿微分输出指令PLS与PLF指令只能用于输出继电器和辅助继电器。YM十一、SET、RSTSET：置位指令，使操作保持的指令。RST：复位指令，使操作保持复位的指令。

SET、RST指令的功能与数字电路中R-S触发器的功能相似，SET与RST指令之间可以插入别的程序。如果它们之间没有别的程序，最后的指令有效。YMSYMTCSDVZ十二、NOP、ENDNOP（Nonprocessing）:空操作指令空操作指令使该步序作空操作。可编程序控制器的编程器一般都有指令的插入和删除功能，在程序中实际上很少使用NOP指令。执行完清除用户存储器的操作后，用户存储器的内容全部变为空操作指令。END(End)：结束指令，表示程序结束。若不写END指令，将从用户程序存储器的第一步执行到最后一步；将END指令放在程序结束处，只执行第一步至END这一步之间的程序，使用END指令可以缩短扫描周期。在调试程序时可以将END指令插在各段程序之后，从第一段开始分段调试，调试好以后再顺序删去程序中间的END指令，这种方法对程序的查错也很有用处。2.3基本逻辑指令的编程规则与技巧一、梯形图的主要特点PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称。但不是真实的继电器。梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线，能流只能从左到右。梯形图的逻辑运算：根据梯形图各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的ON/OFF状态，逻辑运算是从左到右，从上到下进行的。梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点可以无限多次的使用。二、编程规则与技巧1、双线圈输出在同一程序中，同一元件的线圈使用了两次或多次，称为双线圈输出。

前面的输出无效，最后依次的输出才有效X002M007Y1X002Y1M007Y1…无效有效2、程序的优化设计设计并联电路时，应将单个触点的支路放在下面；设计串联电路时，应将单个触点的支路放在右面；输出线圈应放在最右边；线圈并联电路中，应将单个线圈放在上面。第三章编程方法

3.1可编程控制器最常用编程环节梯形图的基本电路:起动、保持和停止电路三相异步电动机正反转控制电路定时器、计数器应用程序常闭触点输入信号的处理起动、保持和停止电路三相异步电动机正反转控制电路定时器、计数器应用程序定时范围的扩展闪烁电路延时接通/断开电路定时范围的扩展FX系列的定时器最长时时间为32676.7s.设定时器T0和C0的设定值分别为KT和KC，对于100ms定时器，总的定时时间为：T=0.1KTKC闪烁电路延时接通/断开电路常闭触点输入信号的处理3.2梯形图的经验设计法在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。用经验法设计存在的问题:1、设计方法很难掌握，设计周期长。

2、装置交付使用后维修困难。3.3顺序控制设计法

顺序控制，是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。顺序控制设计法又称步进控制设计法。

顺序控制设计法最基本的思路

顺序控制设计法的本质

顺序功能图

一、顺序控制设计法的基本思想：将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（STEP），并用编程元件（M、S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任一步内，各输出量的ON/OFF状态不变，但相邻两步输出量总的状态是不同的。二、顺序控制设计法的本质

经验设计法——试图用输入信号X直接控制输出信号Y。顺序控制设计法——是用输入量X控制代表各步的编程元件，再用它们控制输出量Y。步是根据输出量Y的状态划分的。三、顺序功能图概述

顺序功能图又叫状态转移图或功能表图它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具。在TE公司研制的Grafcet基础上，1978年法国公布用于工业过程文件编制的法国标准AFCET，1979年法国公布了功能图的国家标准GRAFCET。

1987年IEC公布了用于所有控制系统的通用标准—IEC848，即“控制系统功能图准备标准”。1986年我国颁布了顺序功能图的国家标准GB6988.6-86。

1994年公布的IEC1131中，顺序功能图被确定为位居首位的编程语言。

顺序功能图的组成：步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）。（一）步1、步——系统工作的不同阶段用矩形方框表示步，方框中用数字或代表该步的编程元件的元件号作为步的编号。步2、初始步——系统初始状态对应的步是系统等待起动命令的相对静止的状态。用双线方框表示初始步，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。3、活动步——系统正在执行的步当系统正处于某一步所在的阶段时，叫做该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。4、非活动步系统已经执行和将要执行的步动作4、与步对应的动作或命令

动作或命令——系统在某一步发出的命令或动作

施控系统发出“命令”；被控系统完成“动作”。（二）有向连线与转换条件1、有向连线——表示活动步执行的顺序步的活动状态的进展，按照有向连线规定的路线和方向进行。习惯方向：