《PLC应用技术（三菱）（第三版）》 课件 课题1、2 PLC 基础知识；FX 系列 PLC 编程软件的操作

PLC基础知识课题一1任务1认识PLC任务2简单PLC控制系统设计

——三相异步电动机点动运行控制2任务1认识PLC3学习目标1.了解PLC的产生和应用场合。2.熟悉常用的PLC产品。4任务引入可编程序控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。PLC具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活、通用等一系列优点，而且具有高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，是实现工业生产自动化的支柱产品之一。本任务的主要内容是了解PLC在工业生产及生活中的应用，从直观上初步认识PLC，包括PLC的实物外形、品牌、种类、主要技术指标及特点等。5一、PLC的产生和应用自20世纪60年代起，工业产品出现了多品种、小批量的发展趋势，而各种生产流水线的自动控制系统基本上是由继电器控制系统构成的，产品的每一次改型都直接导致继电器控制系统的重新设计和安装。为了尽可能减少重新设计和安装的工作量，降低成本，缩短周期，于是设想把计算机系统的功能完备、灵活、通用与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制造一种新型的工业控制装置。相关知识6为此，美国通用汽车公司在1968年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制系统。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了第一台PLC，型号为PDP-14，用它取代传统的继电器控制系统，在美国通用汽车公司的汽车自动装配线上使用，取得了巨大成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用、灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，很快在美国其他工业领域推广应用。7随着PLC应用领域的不断拓宽，PLC的定义也在不断完善。《可编程序控制器第1部分：通用信息》（GB/T15969.1—2007）中，将可编程序控制器定义为一种用于工业环境的数字式操作的电子系统。这种系统用可编程的存储器作面向用户指令的内部寄存器，完成规定的功能。可编程序控制器及其相关的外围设备的设计，使它能够非常方便地集成到工业控制系统中，并能很容易地达到所期望的功能。实际上，现在PLC的功能早已超出了它的定义范围，主要应用于开关量逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理和通信联网等。如图所示是两个应用实例。8选用通用电气（GE）公司PLC的某开关量控制盘选用A-B公司PLC的某造纸厂控制柜9二、常用的PLC产品美国是PLC生产大国，著名的PLC制造商有莫迪康、德州仪器等。欧洲著名的PLC制造商有西门子、AEG等。如图所示为西门子公司的PLC产品。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、日立等。西门子公司S7-1200系列PLC西门子公司S7-1200系列PLC10三菱公司的PLC产品进入中国市场较早，其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品。F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列PLC具有更强的控制能力。继F1/F2系列之后，20世纪80年代末三菱公司又推出FX系列PLC，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。FX2系列是在20世纪90年代开发的高功能整体式小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。FX2N系列是FX2系列的换代产品，FX3U系列是近些年推出的高功能整体式小型机，它是FX2N系列的换代产品。三菱公司还不断推出了满足不同要求的微型、小型PLC等系列产品。如图所示为三菱公司带扩展模块的FX3U系列PLC。11三菱公司带扩展模块的FX3U

系列PLC12三菱公司的大、中型机有A系列、QnA系列、Q系列，具有丰富的网络功能，I/O点数可达8192点。其中Q系列具有超小的体积、丰富的机型和灵活的安装方式，同时具备双CPU协同处理、多存储器、远程口令等功能和特点，是三菱公司性能较高的PLC。如图所示为三菱公司的Q系列PLC。

三菱公司的Q系列PLC13目前，我国有许多自主研发的PLC设备。如图所示为黄石科威自控有限公司的PLC产品，如图所示为深圳市汇川技术股份有限公司的PLC产品，如图所示为上海海得控制系统股份有限公司的PLC产品。黄石科威PLC（24点混合型通用PLC）黄石科威PLC（PLC型运动控制器）14汇川PLC海得PLC15任务2简单PLC控制系统设计——三相异步电动机点动运行控制16学习目标1.熟悉PLC的内部结构。2.了解PLC控制系统的组成。3.掌握PLC的工作原理。4.熟悉常用编程元件的作用及使用方法。5.熟悉常用的编程语言和指令。6.能利用取指令、输出指令等指令与输入/输出继电器编写梯形图程序，实现三相异步电动机点动运行控制。17任务引入本任务将在认识PLC内部结构、控制系统等基本知识的基础上，设计一个简单的由PLC控制三相异步电动机点动运行的控制线路，从而比较PLC控制系统与继电器控制系统的区别和联系，进一步熟悉PLC的功能和特点。如图所示为三相异步电动机点动运行控制线路，SB为启动按钮，KM为交流接触器。合上电源开关QF，按下启动按钮SB，KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机开始运行。松开SB后，KM线圈断电，KM主触点断开，电动机M停止运行。停止使用时，关断电源开关QF。用PLC控制电动机点动运行线路的逻辑变量见下表。18三相异步电动机点动运行控制线路a）主电路b）控制电路c）时序图19用PLC控制电动机点动运行线路的逻辑变量20一、PLC的内部结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程软件等组成，CPU模块通过输入模块将外部的控制信号读入CPU模块的存储器，经过用户程序处理后，再将控制信号输出，通过输出模块来控制外部的执行机构。如图所示为PLC控制系统的示意图。相关知识21PLC控制系统的示意图221.CPU模块PLC的CPU模块由CPU芯片和存储器组成。（1）CPU芯片CPU芯片是PLC的核心部件，PLC的整个工作过程都是在CPU芯片的统一指挥和协调下进行的，CPU芯片的主要任务如下。1）接收从编程软件或编程器输入的用户程序和数据，并存储在存储器中。232）用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并存入相应的数据寄存器或输入映像寄存器。3）监测电源、PLC内部电路工作状态和用户程序编制过程中的语法错误。4）在PLC的运行状态下，执行用户程序，完成用户程序规定的各种逻辑和算术运算、数据传输、存储等。5）按照程序运行结果，更新相应的标志位和输出映像寄存器，通过输出部件实现输出控制、制表打印和数据通信等功能。24（2）存储器PLC的存储器有两种：一种是存放系统程序的存储器，另一种是存放用户程序的存储器。系统程序存储器为只读存储器（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）。系统程序不能由用户直接存取，因此，通常说的存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量不足时，可以扩展存储器。为方便电气工程技术人员使用，将PLC的数据单元称为继电器。252.开关量输入/输出接口（1）开关量输入接口开关量输入接口的作用是将现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。1）直流输入接口。直流输入接口电路原理图如图所示，图中只画出了一个输入触点（图中输入端子）的输入电路，其他输入触点的输入电路与它相同，COM是输入公共端。26直流输入接口电路原理图272）交直流输入接口。交直流输入接口电路原理图如图所示。电路结构与直流输入接口基本相同，只是电源不仅可用直流电源，还可用交流电源。交直流输入接口所用的电源一般由外部电源供给。

交直流输入接口电路原理图283）交流输入接口。交流输入接口电路原理图如图所示。RC电路起高频滤波的作用，以防止高频信号的串入。交流输入接口所用的电源一般由外部电源供给。交流输入接口电路原理图29（2）开关量输出接口开关量输出接口的作用是将PLC的输出信号传送到用户输出设备（负载）。1）直流输出接口。直流输出接口电路原理图（晶体管型）如图所示，图中只画出了一个输出触点（图中输出端子）。

直流输出接口电路原理图（晶体管型）302）交直流输出接口。交直流输出接口电路原理图（继电器型）如图所示，用户程序决定PLC的信号输出。交直流输出接口电路原理图

(继电器型)313）交流输出接口。交流输出接口电路原理图（双向晶闸管型）如图所示。交流输出接口电路原理图（双向晶闸管型）32二、PLC控制系统1.接线程序控制系统在传统的继电器和电子逻辑控制系统中，通过不同的导线连接方式来连接继电器、接触器、电子元件等，以实现控制任务的逻辑控制部分，这种控制系统称为接线程序控制系统，继电器控制系统就是接线程序控制系统，如图所示。

继电器控制系统332.存储程序控制系统所谓存储程序控制，就是将控制逻辑以程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。可编程序控制系统就是存储程序控制系统，如图所示。可编程序控制系统34（1）输入设备输入设备连接到可编程序控制器的输入端，它们直接接收来自操作台的操作命令或来自被控对象的各种状态信息，并将产生的输入信号送到PLC。（2）PLC内部控制电路PLC内部控制电路由CPU模块、输入/输出模块、电源模块等组成。其作用是执行按控制要求编制的程序，以完成控制任务。（3）输出设备输出设备与可编程序控制器的输出端连接，将PLC的输出控制信号转换为驱动负载的信号。35三、PLC的工作原理1.循环扫描工作方式PLC用户程序的执行采用循环扫描工作方式。PLC基本的工作模式36（1）停止模式在停止模式下，PLC只进行内部处理和通信服务工作。（2）运行模式在运行模式下，PLC除了完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入处理、程序执行和输出处理三个阶段的工作，程序执行过程如图所示。

程序执行过程372.PLC对输入/输出的处理规则（1）输入映像寄存器中的数据取决于本次扫描周期输入处理阶段所刷新的状态，程序执行阶段和输出处理阶段不会改变输入映像寄存器中的数据。（2）输出映像寄存器中的数据由程序中输出指令的执行结果决定，输入处理阶段和输出处理阶段不会改变输出映像寄存器中的数据。（3）输出锁存电路中的数据取决于上一个扫描周期输出处理阶段所刷新的状态，输入处理阶段和程序执行阶段不会改变输出锁存电路中的数据。（4）输出端子的输出状态由输出锁存电路中的数据确定。（5）程序执行过程中所需的输入/输出数据由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。383.输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它所控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。（1）输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰，消除外接输入触点动作产生的抖动所造成的影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，典型值约为10ms。（2）输出模块的滞后时间与模块类型有关，继电器型的滞后时间约为10ms，晶体管型的滞后时间一般小于1ms，双向晶闸管型在负载通电时的滞后时间约为1ms，负载由通电到断电时的最长滞后时间约为10ms。（3）由扫描工作方式产生的滞后时间最长可超过两个扫描周期。39四、编程元件FX系列PLC编程元件的编号由字母和数字组成，其中输入继电器和输出继电器用八进制数字编号，其他均采用十进制数字编号。1.输入继电器X输入继电器与输入端相连，它是专门用来接收PLC外部开关信号的元件。2.输出继电器Y输出继电器的作用是将PLC内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）。40五、编程语言和指令1.梯形图梯形图是在传统继电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电气控制线路图相似，继承了传统电气控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入/输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是PLC的第一编程语言。2.SFC（顺序功能图）SFC是根据机械的动作流程设计的顺序控制方式，适用于处理步骤明确的编程任务。413.指令表指令表是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。以下是点动控制线路的指令表。可以看出，指令是指令表程序的基本单位，每条指令都由地址（步序号）、操作码（助记符）和操作数（数据）三部分组成。424.常用的指令LD（取指令）是常开触点与左母线连接的指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都用此指令。LDI（取反指令）是常闭触点与左母线连接的指令，每一个以常闭触点开始的逻辑行都用此指令。LDP（取上升沿指令）是与左母线连接的常开触点的上升沿检测指令，仅在指定位元件的上升沿（OFF→ON）接通一个扫描周期。LDF（取下降沿指令）是与左母线连接的常开触点的下降沿检测指令，仅在指定位元件的下降沿（ON→OFF）接通一个扫描周期。OUT（输出指令）是对线圈进行驱动的指令。43FX系列PLC编程软件的操作

课题二44任务1

GXWorks2编程软件的安装任务2

GXWorks2编程软件的应用任务3

FX系列PLC与计算机的通信

连接和程序调试45任务1GXWorks2编程软件的安装46学习目标能正确安装GXWorks2编程软件。47任务引入GXWorks2是三菱电机公司推出的三菱综合PLC编程软件，是GXDeveloper的升级版，功能更加强大，支持的语言类型更为丰富，支持的PLC系列更加广泛，适用于Q系列、L系列、F系列的PLC，同时界面设计也更加现代化。GXWorks2支持多种编程语言，包括梯形图、指令表、顺序功能图等。除了基本的编程功能外，GXWorks2还支持批量操作，允许用户同时编辑多个程序、设备或参数，从而提高编程效率。48此外，它还可以生成报表、图表和文档，帮助用户更好地管理和分析PLC程序。在程序调试方面，GXWorks2提供了完善的仿真环境，可以在不使用实际硬件设备的情况下测试和验证PLC程序的正确性。在实际使用中，GXWorks2也提供了多种调试和监控工具，可以帮助用户更好地诊断和解决PLC程序中的问题。本任务的主要内容就是完成GXWorks2编程软件的安装。49一、登录官网获取安装包1.在计算机上打开浏览器，输入网址“https：//www.mitsubishielectric-”，进入三菱电机公司官网首页，如图所示。50任务实施三菱电机公司官网首页2.单击首页上方菜单的“资料中心”，从左到右依次选择“控制器”→“可编程控制器MELSEC”→“软件”，如图所示。官网资料中心513.网页跳转到软件下载列表页，如图所示，在列表中找到GXWorks2，单击进入软件下载页。软件下载列表页52二、解压文件并安装GXWorks2软件1.在安装软件之前先确认当前系统是否已安装“.NETFramework3.5”组件，以满足GXWorks2的运行环境。控制面板启动或关闭Windows功能532.在下载GXWorks2的路径下找到安装包的压缩文件并解压，得到4个文件，如图所示。安装包解压后的文件543.双击并进入“Disk1”文件夹，单击“setup.exe”程序进行安装，如图所示。运行安装程序554.安装程序提示关闭其他在系统后台运行的程序，如图所示，此时需关闭没必要的程序，以免安装失败。单击“确定”按钮进入安装向导界面，如图所示，单击“下一步”按钮。提示关闭后台程序安装向导界面565.进入用户信息界面，如图所示，在“姓名”和“公司名”栏填写信息，可随意填写，但不可不填。用户信息界面576.进入选择安装目标界面，如图所示，此步是选择软件的安装路径，可以按需更改路径，一般非必要情况下默认即可，单击“下一步”按钮。选择安装目标界面587.进入开始复制文件界面，如图

所示，该界面显示了用户信息和安装路径的设置，如有问题则返回上一步修改，否则确认信息，单击“下一步”按钮，进入安装状态界面，如图所示。

开始复制文件界面安装状态界面598.当安装进度条完成后，弹出如图所示安装与使用提示对话框，单击“确定”按钮即可。安装与使用提示对话框609.弹出如图所示询问对话框，询问是否查看CPU模块记录设置工具的安装手册，一般单击“是”按钮即可。继续弹出如图所示询问对话框，询问是否查看GXLogViewer的安装手册，单击“是”按钮。询问对话框161询问对话框210.弹出软件更新信息对话框，如图所示，单击“确定”按钮。11.弹出如图所示完成InstallShield向导对话框，提示安装完成，单击“完成”按钮，结束GXWorks2的安装。

软件更新信息对话框62安装完成12.安装结束后，软件将在桌面上建立一个和GXWorks2相对应的图标，同时在“开始”→“所有程序”菜单中建立“MELSOFT”→“GXWorks2”选项，单击即可启动GXWorks2软件，如图所示。软件启动方法63任务2GXWorks2编程软件的应用64学习目标1.掌握用GXWorks2编程软件新建工程的方法。2.熟悉GXWorks2的窗口组成。3.能利用工具栏、菜单命令等编辑梯形图程序。4.能进行梯形图程序的转换、检查和保存等操作。65任务引入本任务的主要内容是利用GXWorks2软件完成如图所示梯形图程序的编辑输入，熟悉软件的基本功能和使用方法。66

梯形图程序一、用GXWorks2编程软件新建工程1.启动GXWorks2编程软件双击桌面上的“GXWorks2”图标，启动GXWorks2，弹出如图所示的窗口。相关知识67GXWorks2程序窗口682.新建工程执行“工程”→“新建”命令，如图所示，创建一个新的用户程序。执行“工程”→“新建”命令69弹出“新建”对话框，如图所示，PLC系列选择“FXCPU”，机型选择“FX3U/FX3UC”，工程类型选择“简单工程”，程序语言选择“梯形图”，然后单击“确定”按钮。弹出操作提示界面，如图所示，根据个人需求选择勾选下次是否显示，然后单击“是”按钮。70“新建”对话框

操作提示界面进入程序编辑界面，如图所示，软件标题栏显示“工程未设置”，此时工程还未设置完毕，需定义项目的保存路径。程序编辑界面71二、GXWorks2的窗口组成1.标题栏标题栏如图所示，标题栏左侧显示工程名称、保存路径和程序步数，右侧有“最小化”“最大化”和“关闭”按钮，可对窗口进行相应的操作。要批量关闭多个窗口时，执行“窗口”→“关闭所有窗口”命令即可。标题栏722.菜单栏菜单栏如图所示，允许使用鼠标或键盘执行菜单栏中的各种命令，GXWorks2所有的功能都可以在里面找到并设置。菜单栏733.快捷工具栏GXWorks2提供所有编程、调试的命令或工具的快捷键，并分为多个工具栏。

标准工具栏74程序通用工具栏75切换折叠窗口/工程数据工具栏梯形图工具栏4.工程导航栏工程导航栏分为“工程”“用户库”“连接目标”三部分，其中“工程”和“连接目标”最为常用。76“工程”的树形结构“FX参数设置”对话框5.程序编辑区程序编辑区是工程的主窗口，包含梯形图、指令表、SFC等多种编程语言，最常用的是梯形图编程语言，如图所示为梯形图编辑界面。梯形图编辑界面776.状态栏状态栏显示当前工程的状态信息，如图所示，在编辑、监控、调试和设置数据时显示的内容略有不同。

状态栏78一、创建新工程启动GXWorks2软件，创建新工程。二、编辑梯形图程序1.创建梯形图（1）通过键盘输入助记符的方式创建。（2）通过工具栏的工具按钮创建。（3）通过功能键创建。（4）通过工具栏的菜单创建。79任务实施2.输入常开触点功能：在梯形图中输入常开触点。操作方法：先将光标定位到要输入的位置，按“F5”键或单击“”按钮，弹出“梯形图输入”对话框，如图所示。在触点选择下拉列表中有常开、常闭、并联常开、并联常闭、线圈、应用指令、上升沿脉冲、下降沿脉冲、并联上升脉冲、并联下降脉冲和结果取反等触点类型。80“梯形图输入”对话框3.输入常闭触点功能：在梯形图中输入常闭触点。操作方法：先将光标定位到要输入的位置，按“F6”键或单击“”按钮，弹出“梯形图输入”对话框，其操作方法与输入常开触点的方法相同。81输入常闭触点X34.输入输出线圈功能：在梯形图中输入输出线圈。操作方法：先将光标定位到要输入的位置，按“F7”键或单击“”按钮，弹出“梯形图输入”对话框，其操作方法与输入常开触点的方法相同。5.输入并联触点功能：在梯形图中输入并联触点。操作方法：先将光标定位到要输入的位置，按“Shift”+“F5”键或单击“”按钮，弹出“梯形图输入”对话框，其操作方法与输入常开触点的方法相同。826.输入横线功能：在梯形图中输入横线。操作方法：先将光标定位到要输入的位置，按“F9”键或单击“”按钮，弹出“横线输入（-1~10）”对话框，在对话框中输入横线的数量。83“横线输入（-1~10）”对话框7.输入竖线功能：在梯形图中输入竖线。操作方法：先将光标定位到要输入的位置，按“Shift”+“F9”键或单击“”按钮，弹出“竖线输入”对话框，在对话框中输入竖线的数量。84“竖线输入”对话框8.删除划线功能：删除划线。操作方法：将光标定位到要删除划线的位置，单击“”按钮，按住鼠标左键，将光标在需要删除的划线上移动，即可删除划线。9.删除触点/线圈功能：删除梯形图中的触点或线圈。操作方法：以触点为例，将光标定位到要删除的触点处，通过“Delete”键可以删除梯形图中的触点。8510.创建软元件注释功能：如果程序有输入/输出地址分配表，可以为软元件创建注释，使程序易于阅读。86输入/输出地址分配表三、转换和检查梯形图程序1.转换梯形图程序当梯形图程序输入完成后，程序呈灰色状态，执行“转换/编译”→“转换”命令，或按“F4”快捷键，或单击程序通用工具栏中的转换按钮，都可以转换梯形图程序，转换后程序呈白色状态。2.检查梯形图程序转换梯形图程序后可以进行程序检查。

87四、保存工程并退出1.将工程保存为梯形图确保程序无误后，按照正确的方法保存并退出软件，完成本次任务的操作。2.将工程保存为指令表形式编写的梯形图也可以保存为指令表形式，执行“编辑”→“写入至CSV文件”命令，如图a所示，此时会询问是否将当前显示的梯形图写入CSV文件，如图b所示，单击“是”按钮，此时会弹出“写入至CSV文件”对话框，如图c所示，选择保存位置，输入文件名，单击“保存”按钮，把梯形图保存为CSV格式的Excel表格，用打开Excel表格的方法打开这个表格，就可以看到指令表形式的程序。8889

将工程保存为指令表形式a）执行“编辑”→“写入至CSV文件”命令b）询问是否将当前显示的梯形图写入CSV文件c）“写入至CSV文件”对话框任务3FX系列PLC与计算机的通信连接和程序调试90学习目标1.能正确连接FX系列PLC与计算机，并进行通信设置。2.能将梯形图程序写入PLC，并对写入的程序进行离线仿真调试和在线调试。91任务引入在PLC与计算机连接构成的系统中，计算机主要完成数据处理、参数修改、图像显示、报表打印、PLC程序编制、工作状态监视等任务，而PLC则直接面向现场、面向设备进行实时控制。本任务的主要内容就是完成PLC与计算机的连接和通信设置，并完成如图所示梯形图程序的离线仿真调试。92梯形图程序93一、FX系列PLC与计算机的连接和通信设置1.将PLC与计算机连接PLC一般连接到计算机的RS-232C串行端口或USB端口（在购买PLC时，会附带相应的通信电缆），如图所示。94任务实施

通信电缆a）串行端口（RS-232C）b）USB端口2.系统设置连接计算机和PLC后，启动计算机，接通PLC电源，运行GXWorks2，先进行必要的系统设置，计算机和PLC之间才能通信。功能：选择计算机的RS-232C端口与PLC相连。操作方法：在导航栏选择“连接目标”