第三章 可编程控制器概述 第一节 可编程控制器的定义 一、什么是可编程序控制器？ 1、什么是可编程序控制器？

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1 第三章 可编程控制器概述 第一节 可编程控制器的定义 一、什么是可编程序控制器？ 1、什么是可编程序控制器？
第三章 可编程控制器概述 第一节 可编程控制器的定义 一、什么是可编程序控制器？ 1、什么是可编程序控制器？ 可编程序控制器（Programmable Controller）简称（PLC）， 是在继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。它具有结构简单、可靠性高、通用性强、易于编程、使用方便等优点。

2 2、定义： 国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下： “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”。 注：近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已超出了上述定义的范围。

3 二、PLC的产生与发展 1、PLC的产生 1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成第一台可编程序控制器。发展极为迅速。 产生背景： 1）继电控制系统的缺点：通用性和灵活性差、可靠性低。 继电器控制系统体积大、耗电多、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜

4 2）1968年，美国通用汽车公司（GM公司）为适应汽车型号不断翻新（小批量、多品种、多规格、低成本和高质量），提出要用一种新型的控制装置取代继电—接触器控制装置。拟订了十项公开招标的技术要求：
①编程方便，可现场修改程序； ②维修方便，采用插件式结构； ③可靠性高于继电器控制装置； ④体积小于继电器控制盘； ⑤数据可直接送入管理计算机； ⑥成本可与继电器控制盘竞争； ⑦输入可为市电； ⑧输出可为市电，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器等； ⑨扩展时原系统改变最少； ⑩用户存储器大于 4KB 。

5 2、可编程序控制器的发展 1)70年代初期： 可编程序控制器仅具有逻辑运算、定时、计数等一些功能，因此称为可编程序逻辑控制器，简称PLC。 2）70年代中期： 70年代后随着电子技术和计算机技术的发展，微处理技术应用，PLC还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。 3）80年代以后： 随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。

6 三、PLC的主要生产厂家 4）近年来PLC发展迅速
具备了计算机功能的一种通用工业控制装置，成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC技术、机器人、CAD/CAM）之一。 三、PLC的主要生产厂家 欧洲：西门子（Siemens）； 法国的TE（Telemecanique）公司 美国：A-B（Allen-Bradly）、 GE（General Electric）公司 日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、 欧姆龙（OMRON）、FUJI 注：日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜。

7 第二节 可编程控制器的特点与应用 一、可编程控制器的特点
第二节 可编程控制器的特点与应用 PLC是综合继电—接触器控制技术和计算机控制技术而开发的，是以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术、通信技术于一体的控制装置，PLC具有其他控制器无法比拟的特点： 一、可编程控制器的特点 1、可靠性高，抗干扰能力强。 PLC是专门为工业环境下应用而设计的，在硬件和软件上都采用了以下可抗干扰措施： （1）硬件措施 1）屏蔽：对PLC的电源变压器、内部CPU的主要的部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，防止外界的电

8 磁干扰。 2）滤波：对供电电源及I/O线路采用多中形式的滤波，以消除、抑制高频干扰。 3）隔离： I/O线路采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响； 4）模块化结构：便于系统修复，减少停机时间。 （2）软件措施 1）采用扫描工作方式：减少了外界的干扰； 2）设有故障检测和自诊断程序：能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。 3）设置警戒时钟WDT：PLC程序循环执行时间超过WDT规定的时间，预示程序出错，立即进行报警。

9 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。
4）对程序进行检查和检验。 采取以上的抗干扰措施，一般PLC的平均无故障时间可达几十万小时以上。 2、编程简单，使用方便 PLC编程语言：梯形图、指令语句、功能图。 大多数PLC采用梯形图的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，具有形象、直观、易学的特点。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。 许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化编程。 3、功能完善、通用性强 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。

10 PLC产品已系列化、模块化，品种齐全的各种硬件装置可供用户选用和组成满足各种要求的控制系统。
4、设计安装简单、维护方便 PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，使得控制柜的设计、安装的接线工作量大为减少。 PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。 在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。 5、体积小、重量轻、能耗低 由于PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低。

11 二、可编程控制器的应用 PLC具有体积小、可靠性高、功能强、程序设计方便、通用性强、维护方便等优点，在各个行业中有着广泛的应用，以成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）。 1、逻辑控制 利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能可实现对机床、自动生产线、电梯等的扩展。 2、位置控制 较高档次的PLC具有单轴或多轴位置控制模块，可实现对步进电动机或伺服电动机的速度和加速度的控制，确保运行平滑。 3、过程控制 PLC的模拟量输入输出和PID控制，可构成闭环控制系统，可应用于冶金、化工等行业

12 4、监控系统 PLC能记忆某些异常情况，并可进行数据采集。操作人员还可利用监控命令进行生产过程的监控，及时调整相关参数。 5、集散控制 PLC与PLC，PLC与上位机之间的联网，可构成工厂自动化网络系统。

13 第三节 可编程控制器的组成 一、PLC的硬件结构
第三节 可编程控制器的组成 可编程控制器由CPU、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、I/O扩展接口、电源和编程器等组成。 一、PLC的硬件结构 PLC是一种工控计算机，与计算机的组成十分相似，但具有更强的与工业过程相连接的接口。其结构框图如右图：

14 （一）CPU CPU是整个PLC系统的核心，指挥PLC有条不紊地进行各种工作。 1、CPU类型： 1）通用微处理器（8080、8086、80286、80386等） 2）单片机（8031、8096等） 3）位片式微处理器（AM2900、AM2901、AM2903等） 小型PLC：单CPU系统。 中、大型PLC：双CPU系统（字处理器、位处理器） 2、CPU的作用： CPU是PLC系统的核心，其主要作用： 1）接收并存储用户程序和数据。 2）检查、校验用户程序。 对正在输入的用户程序进行检查，发现语法错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错

15 误，则立即报警或停止程序的执行。 3）接收现场的状态或数据并存储。 将接收到现场输入的数据保存起来，在需要改数据的时候将其调出、并送到需要该数据的地方。 4）PLC进入运行后，执行用户程序，存储执行结果，并将执行结果输出。 当PLC进入运行状态， CPU 根据用户程序存放的先后顺序，逐条读取、解释和执行程序，完成用户程序中规定的各种操作，并将程序执行的结果送至输出端口，以驱动可编程控制器的外部负载。 5）诊断电源、PLC内部电路的工作故障。 诊断电源、可编程控制器内部电路的故障，根据故障或错误的类型，通过显示器显示出相应的信息，以提示用户及时排除故障或纠正错误。

16 （二）存储器 1、存储器为记忆性部件。 2、PLC存储器的分类 PLC的存储器可以分为：系统程序存储器、用户程序存储器、工作数据存储器。 1）系统程序存储器 存放由可编程控制器生产厂家编写的系统监控程序，并固化在 ROM 内，用户不能直接更改。 2）用户程序存储器 根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。 小型的PLC的存储容量一般在8K字节以下。 （三）输入/输出接口单元 输入/输出单元：PLC与被控对象之间传送输入

17 输出信号的接口部件，输入/输出单元有良好的电隔离和滤波功能。
1、I / O单元的作用： 1）电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信息只能是标准电平 2）光电隔离和滤波功能：以提高PLC的抗干扰能力 3）状态指示：工作状况直观，便于维护 2、开关量输入 / 输出接口 1）开关量输入接口 开关量输入器件：按钮、选择开关、数字拨码开关、行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点等。 作用：现场的数字（开关）量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。

18 分类：按可接纳的外部信号电源的类型不同分为直流输入接口单元和交流输入接口单元。如图1、图2、图3所示。
图 2 交 / 直流输入接口单元电 图 1 直流输入接口单元电路 图 3 交流输入电路

19 一般单元式PLC中输入接口单元都使用可编程本机的直流电源供电，不再需要外接电源。
2 ）开关量输出接口 开关量输出器件：接触器线圈、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。 作用：将PLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。 开关量输出接口类型： （1）继电器输出（电磁隔离） 说明：用于交流、直流负载，但接通断开的频率低。 （2）晶体管输出（光电隔离） 说明：有较高的接通断开频率，用于直流负载。 （3）晶闸管输出（光触发型进行电气隔离） 说明：仅适用于交流负载。

20 开关量输出电路

21 说明：a）输出电路的负载电源由外部提供。
b）负载电流一般不超过2A。使用中，输出电流额定值与负载性质有关系。 PLC输入/输出接口等效电路图

22 3）输出端子的接线方式 输出端子有两种接线方式： a)输出各自独立（无公共点） b)每4～8个输出点构成一组，公用一个公共点。

23 注： 1）输出公用一个公共点时，同组用同一电压类型和等级，不同组之间可以用不同类型和等的电压。 2）PLC的输入接口个数和输出接口个数之和称为PLC的点数。 3、模拟量输入/输出接口 1）模拟量输入接口 作用：将现场的模拟量标准信号转换成PLC内部处理的的信号。 模拟量输入接口接受标准模拟信号，标准模拟信号可以是电压信号或电流信号。 标准信号：符合国际标准的通用交互用电压电流信号值，如 4 ～ 20mA 的直流电流信号， 1 ～ 10V 的直流电压信号等。

24 工业现场中模拟量信号的变化范围一般是不标准的，在送入模拟量接口时一般都需经变送处理才能使用，模拟量输入接口的内部电路框图：
图 4 模拟量输入电路框图 模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行 A/D 转换，再经光电耦合后转换为PLC能识别数字量信号。

25 2）模拟量输出接口 作用：将PLC运算处理后的数字量信号转换模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。 组成：光电隔离、 D/A 转换和信号驱动等。 其原理框图： 模拟量输出电路框图 模拟量输入输出接口一般安装在专门的模拟量工作单元上。

26 4、智能输入输出接口 PLC智能控制单元： PID 工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。 智能控制单元大多是独立的工作单元，有单独的 CPU ，有专门的处理能力。在工作中，每个扫描周期智能单元和主机的 CPU 交换一次信息，共同完成控制任务。 从近期的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有 PID 功能及高速计数器接口，但它们的功能一般比专用智能输入输出单元的功能稍弱。 （四）通信接口：通过各种通信接口，PLC可与监视器、打印机、PLC或计算机相连，实现数据和信息的交换 。 （五）扩展接口：扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活。

27 （六）智能 I/O 接口：闭环控制模板，高速计数模板等。
（七）电源 　　　1、电源一般为单相交流电源（AC V，50/60Hz），也有用直流24V供电的。2、对电源的稳定性要求不是太高，允许在额定电源电压值的±10% ~ 15%范围波动。3、小型PLC，电源与CPU合为一体，中大型PLC，用单独的电源模块。 （八）编程器 　　1、作用：供用户进行程序的编制，编辑，调试和监视。 　　2、编程器分类： 　　　1）简易型：只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。 　　　2）智能型两类（图形编程器）：可以联机，也可

28 二、可编程序控制器的软件组成 以脱机编程，具有 LCD 或 CRT 图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话 .
　　　说明：配有相应的编程软件包微机也可作为编程器，如要直接与PLC通信，还应配有通信电缆。 （九）其他部件：盒式磁带机，EPROM写入器存储器卡等其他外部设备 二、可编程序控制器的软件组成 1、系统程序 诊断程序、键盘输入处理程序、翻译程序、信息传送程序、监控程序 2、用户程序 用户程序是用户根据设备控制的要求编制的控制程序，相当于继电器控制系统的控制电路。

29 常见的PLC的编程语言有梯形图，语句表，功能表图。
系统监控程序： a)、系统运行管理程序(控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作) b)、用户指令解释程序（将PLC的编程语言变为机器语言指令） c)、标准程序模块与系统调用程序（子程序及其调用管理程序等）

30 第四节 可编程控制器的基本工作原理 一、PLC的扫描工作方式 1、原因： 1）PLC在运行时需要处理许多操作；
第四节 可编程控制器的基本工作原理 一、PLC的扫描工作方式 1、原因： 1）PLC在运行时需要处理许多操作； 2）PLC的CPU却不能同时执行多个操作，每一刻只能执行一个操作。 2、解决方法：采用分时操作即扫描的工作方式 由于CPU的运算速度很高，从宏观上而言似乎所有的操作都是及时、迅速地完成的。 3、PLC的一个扫描过程包含五个阶段 1）内部处理：检查CPU等内部硬件是否正常，对监视定时器复位，其它内部处理。

31 2）通信服务：与其它智能装置（编程器、计算机）通信。如：响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
3）输入采样 以扫描方式按顺序采样所有输入端的状态，并存入输入映象寄存器中。（输入寄存器被刷新）。 4）程序执行 PLC梯形图程序扫描原则：先左后右、先上后下的步序，逐句扫描。并将结果存入相应的寄存器。 5）输出刷新：输出状态寄存器（Y）中的内容转存到输出锁存器输出，驱动外部负载。

32 二、PLC扫描工作方式的特点： 扫描周期：整个过程扫描一次所需的时间。 扫描周期：与CPU时钟频率、指令类型（扫描速 度）、程序长短有关。
注： 当PLC处于STOP状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于RUN状态时，应完成全部五个阶段的工作。 二、PLC扫描工作方式的特点： 1、特点：集中采样、集中输出、循环扫描 1）集中采样：对输入状态的扫描只在输入采样阶段进行。即在程序执行阶段或输出阶段，即使输入端状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会

33 输入/输出滞后时间又称为系统响应时间。 改变，只有到下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入（响应滞后）。
2）集中输出：在一个扫描周期内，只有在输出处理阶段才将元件映象寄存器中的状态输出，在其它阶段，输出值一直保存在元件映象寄存器中。 注：在用户程序中，如果对输出多次赋值，则仅最后一次是有效的，即应避免双线圈输出。 2、优点：提高系统的抗干扰能力。 集中采样、集中输出的扫描工作方式使PLC在工作的大部分时间与外设隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。 3、缺点：响应滞后，降低系统的响应速度。 输入/输出滞后时间又称为系统响应时间。

34 1）输入模块滞后时间：输入模块RC滤波电路的时间常数，典型值为10ms左右。
2）输出模块滞后时间 继电器型输出：10ms左右； 晶闸管型输出：通电滞后时间约1ms，断电滞时的最大滞后时间10ms； 晶体管型输出：1ms以下。 3）扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个扫描周期。 PLC总的响应延迟时间一般为几十ms。但由于PLC的扫描速度极快，故对一般工业控制而言，此响应上的滞后完全允许。 注：在中、大型PLC中所需处理的I / O点数较多，用户程序较长，还采用分时分批的扫描方式或中断等的工作方式，以缩短循环扫描的周期和提高实时控制。

35 第五节 可编程控制器的基本指标 PLC的基本指标： 一、输入输出点数 输入输出点数（I/O点数）：输入、输出接线端的个数。
第五节 可编程控制器的基本指标 PLC的基本指标： 一、输入输出点数 输入输出点数（I/O点数）：输入、输出接线端的个数。 OMRON公司生产的CPM1A型I/O比为3:2； 三菱的FX2N系列为1:1 二、扫描速度 1、执行 1000 步指令所需的时间来衡量，单位为毫秒 / 千步。 2、执行一步指令时间计，单位为微秒 / 步。 三、存储器容量 PLC的存储容量一般指用户程序存储器的容量。 通常用“字”或“步”来描述。 OMRON的CPM1A型PLC的存储容量为2048字。

36 三菱的FX2N系列PLC的存储容量为8K步（可扩至16K步）。
四、编程语言 不同厂家生产PLC的编程语言是不同的。 PLC的编程语言：用梯形图（ LAD ）、 指令表（ STL ）、顺序功能图（SFC）、 状态转移图、逻辑功能图、高级语言。 梯形图以其直观、编程容易而成为主要编程语言，梯形图程序可直接输入PLC，无需写出指令表。 手持式编程器进行编程时，要输入指令表语句。 五、指令功能 可编程控制器的指令种类越多，则其软件的功能就越强，使用这些指令完成一定的控制目标的就越容易。 此外，可编程控制器的可扩展性、使用条件、可靠性、易操作性及经济性等性能指标也是用户在选择可编程控制器时须注意的指标。

37 第六节 三菱FX 系列PLC简介 三菱 FX 系列小型可编程控制器是当前国内外最新、最具特色、最具代表的微型PLC。将 CPU 和输入 / 输出一体化，使用更为方便。 一、FX系列PLC型号 ① 子系列名称：ON、OS、2C、2NC、1N、1S ② 输入输出点数：输入输出的合计点数（4～128点） ③ 单元类型：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。

38 ④ 输出形式（其中输入专用无记号）： R－继电器输出； T－晶体管输出； S－晶闸管输出 ⑤ 特殊物品的区别（电源和输入、输出类型等特性） ：D、A1、H、V、C、F等 如：D——DC电源，DC输出 如：特殊物品无记号——AC电源，DC输入，横式端子排、标准输出（继电器输出为 2A/1点、晶体管输出0.5/1点、晶闸管输出0.3A/1点的标准输出） 二、FX 系列可编程控制器的基本组成 FX 系列可编程控制器由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成。 1）基本单元：CPU、存储器、输入输出及电源，是PLC的主要部分。

39 2）扩展单元：用于增加可编程控制器I/O点数的装置，内部设有电源。
3）扩展模块：用于增加可编程控制器 I/O 点数及改变可编程控制器 I/O 点数比例，内部无电源，所用电源由基本单元或扩展单元供给。 扩展单元及扩展模块无 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。

40 二、FX0N系列PLC介绍 1、FX0N系列PLC型号规格： 类 型 型 号 输入点数 输出点数 电源电压 基本单元
类 型 型 号 输入点数 输出点数 电源电压 基本单元 FX0N-24M(R,T) 14 10 AC100～240V或DC24V FX0N-40M(R,T) 24 16 FX0N-60M(R,T) 36 扩展单元 FX0N-40ER AC 100～240V 扩展模块 FX0N-8EX 8 — 不需要 FX0N-8EYR FX0N-8EYT

41 2、FX0N系列特殊模块及外围设备： FX0N-3A 路模拟输入/1路模拟量输出 FX0N-232ADP RS232通信接口 FX0N-485ADP RS485通信接口 FX0N-16NT 位数据传送接口 FX-10-P 、 FX-20-P 简易编程器 FXGP/WIN-C 编程软件 DU、GOT 人机界面 3、FX0N系列PLC的I/O点扩展：

42 例如：FX0N—60MR FX0N—40ER FX0N—8EYR FX0N最大可构成的I/O点数为128点。
4、FX0N系列PLC性能指标：见手册P10 5、FX0N—60MR PLC外观图： 三菱 FX 系列可编程控制器的基本性能： 型号 最大I/O点数 基本/应用指令 执行速度 （us/步） 程序容量 （步） 数据寄存器 定时/计数器 PID控制器 显示设备 F1 120 20/87 12 1K 64 32/32 - LED FX2 256 0．74 2K 512 256/256

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44 第七节 FX系列PLC的编程元件 一、数据结构及软元件（继电器）概念
不同厂家、不同系列的PLC，其内部软继电器的功能和编号都不相同，因此在编制程序时，必须熟悉所选用PLC的软继电器的功能和编号。 FX系列PLC软继电器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，其它软继电器均采用十进制数字编号。 一、数据结构及软元件（继电器）概念 1、数据结构 1）十进制数 2）二进制（在FX系列PLC内部，数据是以二进制（BIN）补码的形式存储，所有的四则运算都使用二进制数）。

45 3）八进制（输入继电器、输出继电器的地址采用八进制）
4）十六进制 5）BCD码 6）常数K、H K：十进制常数 H：十六进制常数 2、软元件（编程元件、操作数） 1）软元件概念 PLC内部具有一定功能的器件（输入、输出单元、存储器的存储单元）。 2）分类：位元件、字元件 ①位元件 X：输入继电器，用于输入给PLC的物理信号； Y：输出继电器，从PLC输出的物理信号；

46 M（辅助继电器）和S（状态继电器）：PLC内部的运算标志。
说明： A、位单元只有ON和OFF两种状态，可用“0”和“1”表示。 B、元件可以通过组合使用，4个位元件为一个单元，通用表示方法是由Kn加起始的软元件号组成，n为单元数。 例如K2 M0表示M0～M7组成两个位元件组（K2表示2个单元），它是一个8位数据，M0为最低位。 ②字元件 数据寄存器D：模拟量检测以及位置控制等场合存储数据和参数。 字节（BYTE）、字（WORD）、双字（DOUBLE WORD）

47 二、FX系列PLC的编程元件 （一）输入继电器（X） 作用：用来接受外部输入的开关量信号。 输入端通常外接常开触点或常闭触点。 编号：X000 ~ X007 X010 ~ X017 ······ 说明：1）输入继电器以八进制编号。 FX2系列PLC带扩展时最多可有184点输入继 电器（X0 ～ X267）。 2）输入继电器只能输入驱动，不能程序驱动 3）可以有无数的常开触点和常闭触点。 4）输入信号（ON、OFF）至少要维持维持一个 扫描周期。 （二）输出继电器（Y） 作用：输出程序运行的结果，驱动执行机构控制外部负

48 载。 编号：Y000 ~ Y007 Y010 ~ Y017······ 说明：1）输出继电器以八进制编号。 FX2系列PLC带扩展时最多可有184点输入继电 器（Y0 ～ Y267）。 2）输入继电器只能程序驱动，不能外部驱动 3）输出模块的硬件继电器只有一个常开触点， 梯形图中输出继电器的常开触点和常闭触点 可以多次使用。 （三）辅助继电器（M）：中间继电器 辅助继电器是用软件实现，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。 说明：1）辅助继电器以十进制编号。

49 2）辅助继电器只能程序驱动，不能接收外部信号，也不能驱动外部负载。
3）可以有无数的常开触点和常闭触点。 辅助继电器：通用型、掉电保持型和特殊辅助继电器三种。 1、通用型辅助继电器：M0～M499 共500个 特点：通用辅助继电器和输出继电器一样，在PLC电源断开后，其状态将变为OFF。当电源恢复后，除因程序使其变为 ON外，否则它仍保持OFF。 用途：中间继电器（逻辑运算的中间状态存储、信号类型的变换）。 2、掉电保持型辅助继电器：M500～M1023 特点：在PLC电源断开后，保持用辅助继电器具有保持断电前瞬间状态的功能，并在恢复供电后继续断电前的状态。掉电保持是由PLC机内电池支持。

50 3、特殊辅助继电器：M8000～M8255 特点：特殊辅助继电器是具有某项特定功能的辅助继电器。 分类：触点利用型和线圈驱动型。 1）触点型特殊辅助继电器：其线圈由PLC自动驱动，用户只可以利用其触点。 2）线圈型特殊辅助继电器：由用户驱动线圈，PLC将作出特定动作。 1）运行监视继电器： M8000 —— 当PLC处于RUN时，其线圈一直得电 M8001 —— 当PLC处于STOP时，其线圈一直得电

51 2）初始化继电器： M8002 —— 当PLC开始运行的第一个扫描周期其得电 M8003 —— 当PLC开始运行的第一个扫描周期其失电 （对计数器、移位寄存器、状态寄存器等进行初始化） 3）出错指示继电器： M8004 —— 当PLC有错误时，其线圈得电 M8005 —— 当PLC锂电池电压下降至规定值时，其线圈得电。

52 M8061 —— PLC硬件出错 D8061（出错代码） M8064 —— 参数出错 D8064 M8065 —— 语法出错 D8065 M8066 —— 电路出错 D8066 M8067 —— 运算出错 D8067 M8068 —— 当线圈得电，锁存错误运算结果 4）时钟继电器： M8011 —— 产生周期为10ms脉冲 M8012 —— 产生周期为100ms脉冲 M8013 —— 产生周期为1s脉冲 M8014 —— 产生周期为1min脉冲

53 5）标志继电器 M8020 —— 零标志。当运算结果为0时，其线圈得电。 M8021 —— 借位标志。减法运算的结果为负的最大值 以下时，其线圈得电。 M8022 —— 进位标志。加法运算或移位操作的结果发生进位时，其线圈得电。 6）PLC模式继电器： M8034 —— 禁止全部输出。当M8034线圈被接通时， 则PLC的所有输出自动断开。 M8039 —— 恒定扫描周期方式。当M8039线圈被接通 时，则PLC以恒定的扫描方式运行，恒定 扫描周期值由D8039决定 M 非保持型继电器、寄存器状态清除 M 保持型继电器、寄存器状态清除 M RUN→STOP时，输出保持RUN前状态

54 M 强制运行（RUN）监视 M 强制运行（RUN） M 强制停止（ STOP ） （四）状态寄存器（S） 作用：用于编制顺序控制程序的状态标志。 1）初始化用：S0 ~ S9 这10个状态寄存器作为步进程序中的初始状态用。 2）通用：S10 ~ S127 这118个状态寄存器作为步进程序中的普通状态用。 注：不使用步进指令时，状态寄存器也可当作辅助继电器使用。 （五）定时器（T） 作用：相当于时间继电器。

55 分类：普通定时器、积算定时器 定时器工作原理：当定时器线圈得电时，定时器对相应的时钟脉冲（100ms、10ms、1ms）从0开始计数，当计数值等于设定值时，定时器的触点接通。 定时器组成：初值寄存器（16位）、当前值寄存器（16位）、输出状态的映像 寄存器（1位）——元件号T。 t = 0.1×100 =10s 定时器的设定值可用常数K，也可用数据寄存器D中的参数。K的范围1~32767 注意：若定时器线圈中途断电，则定时器的计数值复位。

56 1）普通定时器 输入断开或发生断电时，计数器和输出触复位。 100ms定时器：T0 ~ T199，共200个 定时范围：0.1 ～ s 10ms定时器：T20 ~ T245，共46个 定时范围：0.01 ～ s t = 0.1×100 =10s

57 2）积算定时器 输入断开或发生断电时，当前值保持，只有复位接通时，计数器和触点复位。 复位指令：如RST T250 1ms积算定时器： T246 ~ T249，共4个（中断动作） 定时范围：0.001 ~ s 100ms积算定时器：T250 ~ 255，共6个 定时范围：0.1 ~ s

58 思考题： 1.如何实现断电延时？ 如：当X0接通时，Y0马上得电；当X0断开时，Y0过20S后断电。 2.当一个定时器的定时时间不够时，怎么办? 如：当X0接通后，Y0过5000S后得电并保持，至到X1接通为止。 3. 如何实现如下图所示周期为50s的脉冲输出？ (六)计数器（C） 计数器：对内部元件X、Y、M、T、C的信号进行记数（记数值达到设定值时计数动作）。

59 计数器分类：普通计数器、双向计数器、高速计数器
计数器工作原理：计数器从0开始计数，计数端每来一个脉冲计数值加1，当计数值与设定值相等时，计数器触点动作。 计数器的设定值可用常数K，也可用数据寄存器D中的参数。计数值设定范围1 ~ 32767。 注意：RST端一接通，计数器立即复位。

60 1、普通计数器（计数范围：K1~K32767） 16位通用加法计数器：C0 ~ C 位增计数器 16位掉电保持计数器：C16 ~ C 位增计数器 2、双向计数器（计数范围： ~ ） 32位通用双向计数器：C200~C219，共20个， 32位掉电保持计数器：C220~C234，共15个。 说明： 1）设定值可直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容。间接设定时，要用编号紧连在一起的两个数据寄存器。 2）C200~C234计数器的计数方向（加/减计数）由特殊辅助继电器M8200~M8234设定。当M82xx接通（置1）时，对应的计数器C2xx为减法计数；当M82xx断开（置0）时为加法计数。

61 高数计数器工作原理：采用中断方式对特定的输入进行计数（FX0N为X0~X3），与PLC的扫描周期无关。具有掉电保持功能
3、高速计数器：C235 ~ C 位增/减计数器 高数计数器工作原理：采用中断方式对特定的输入进行计数（FX0N为X0~X3），与PLC的扫描周期无关。具有掉电保持功能 高速计数器设定值范围：－ ~ 1）单向单输入型： C235 C236 C237 C238 C241 C242 C244 X0 U/D X1 R X2 X3 S +/- M8235 M8236 M8237 M8238 M8241 M8242 M8244

62 例1：当X12=1时，C235对X0的脉冲进行增（减）计数。
例2：当X12=1，同时X3=1时，C244对X0的脉冲进行增（减）计数。 当X11=1，C244复位；或X1=1时C244立即复位。

63 2）单相双输入型： C246 C247 C249 X0 U X1 D X2 R X3 S +/- M8246 M8247 M8249
用M8246、M8247、M8249监视 C246、C247、C249的增/减计数。

64 例1：当X12=1时，C246对X0的脉冲进行增计数，对X1的脉冲进行减计数。
例2：当X12=1，同时X3=1时，C249对X0的脉冲进行增计数，对X1的脉冲进行减计数。 当X11=1，C249复位；或X2=1时C249立即复位。

65 用M8251、M8252、M8254监视 C251、C252、C254的增/减计数。
3）双相输入型： C251 C252 C254 X0 A X1 B X2 R X3 S +/- M8251 M8252 M8254 用M8251、M8252、M8254监视 C251、C252、C254的增/减计数。 机械转轴上安装的光电编码器在电动机正转或反转时分别输出如下波形，。双相输入型高速计数器可根据A、B相波形的相对相位自动进行增/减计数，即可测得转轴的转向和转数。

66 计数方式：在A相接通时，若B相由断→通，则计数器作
增计数。 在A相接通时，若B相由通→断，则计数器作 减计数。 例： 当X12=1时，C254进行增（减）计数。 当X11接通时，C254复位。

67 七、数据寄存器D： 用来存储PLC进行输入输出处理、模拟量控制、位置量控制时的数据和参数。 数据寄存器为16位，最高位是符号位。32位数据可用两个数据寄存器存储。 1、通用数据寄存器：D0 ~ D127 通用数据寄存器在PLC由RUN → STOP时，其数据全部清零。 如果将特殊继电器M8033置1，则PLC由RUN → STOP时，数据可以保持。 2、保持数据寄存器：D128 ~ D255 保持数据寄存器只要不被改写，原有数据就不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，都不会改变寄存器的内容。

68 3、特殊数据寄存器：D8000 ~ D8255 4、文件寄存器：D1000 ~ D2499 八、变址用寄存器：V、Z 是一种特殊用途的数据寄存器相当于微机中的变址寄存器，用于改变元件的编号（变址）。 九、常数：K、H 十进制常数用K表示，如常数123表示为K123 十六进制常数则用H表示，如常数345表示为H159 十、指针：P、I 1、跳转用指针：P 0 ~ P 共64点 它作为一种标号，用来指定跳转指令或子程序调用指令等分支指令的跳转目标。 2、中断用指针：I00□~I30□ 共4点 作为中断程序的入口地址标号。

69 思考题： 如何用计数器来实现定时功能？ 如何用计数器和定时器的配合来实现长延时？

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71 PLC控制系统（补充） 一、PLC控制系统的组成 图1 PLC控制系统的组成 图2 PLC控制系统等效电路

72 PLC控制系统由输入、输出、逻辑控制三部分组成。输入部分有各种开关量信号（如按钮、行程开关等），输出部分是各种执行元件（如接触器、电磁阀、指示灯等），逻辑部分是用户程序。

73 二、PLC控制系统与继电器控制系统的比较
1、从控制方法上 继电器控制系统采用机械触点的串、并联的硬接线来实现对设备的控制，同时继电器的触点数量有限，使系统构成后灵活性和扩展性受到很大限制。 PLC采用程序（软）的方式来实现对设备的控制，系统连线少 要改变控制逻辑只需改变程序。同时PLC中的各种软继电器实际上是存储器中的触发器，当软继电器通时相当于该触发器为“1”，反之为“0”，而触发器的状态可取用任意次，因此每个软继电器的触点数量是无限的。 2、从工作方式上 继电器控制系统为并行工作方式，即该吸合的继电器都同时吸合。 PLC控制系统为串行工作方式，其程序按一定顺序循环执行，各软继电器处于周期性循环扫描接通状态，其动作顺序取决于程序的扫描顺序。 3、从控制速度上 继电器控制系统依靠机械触点来实现控制，动作慢，存在抖动现象。 PLC控制系统采用程序方式来实现控制，指令的执行时间在微秒级。 4、从定时和计数方式上 继电器控制系统的时间继电器的延时精度易受环境温度和湿度的影响，精度不高。 无计数功能。 PLC控制系统的时钟脉冲由晶振产生，精度高，范围宽。 5、从可靠性和可维护性上 继电器控制系统采用机械触点，寿命短，连线多，可靠性和可维护性差。 PLC控制系统采用微电子技术，体积小，可靠性高，同时PLC还有自诊断功能，为调试和维护提供了方便。

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75 二、编程软件编程语言表达方式 可编程控制器与一般的计算机相类似，在软件方面有系统软件和应用软件之分，只是可编程控制器的系统软件由可编程控制器生产厂家固化在 ROM 中，一般的用户只能在应用软件上进行操作，即通过编程软件来编制用户程序。编程软件是由可编程控制器生产厂家提供的编程语言，至今为止还没有一种能适合各种可编程控制器的通用的编程语言，但是各个可编程控制器发展过程有类似之处，可编程控制器的编程语言即编程工具都大体差不多，一般有如下五种表达方式。

76 梯形图及符号的画法应按一定规则，各厂家的符号和规则虽不尽相同，但基本上大同小异，如图 1 所示。
梯形图是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，它是从继电器控制电路图演变过来的。梯形图将继电器控制电路图进行简化，同时加进了许多功能强大、使用灵活的指令，将微机的特点结合进去，使编程更加容易，而实现的功能却大大超过传统继电器控制电路图，是目前最普通的一种可编程控制器编程语言。 梯形图及符号的画法应按一定规则，各厂家的符号和规则虽不尽相同，但基本上大同小异，如图 1 所示。 1 ．梯形图中只有动合和动断两种触点。各种机型中动合触点和动断触点的图形符号基本相同，但它们的元件编号不相同，随不同机种、不同位置（输入或输出）而不同。统一标记的触点可以反复使用，次数不限，这点与继电器控制电路中同一触点只能使用一次不同。因为在可编程控制器中每一触点的状态均存入可编程控制器内部的存储单元中，可以反复读写，故可以反复使用。 ( 一 ) 梯形图（ Ladder Diagram ） 2 ．梯形图中输出继电器（输出变量）表示方法也不同，有圆圈、括弧和椭圆表示，而且它们的编程元件编号也不同，不论哪种产品，输出继电器在程序中只能使用一次。 6 ．程序结束后应有结束符。 3 ．梯形图最左边是起始母线，每一逻辑行必须从起始母线开始画。梯形图最左边还有结束母线，一般可以将其省略。 4 ．梯形图必须按照从左到右、从上到下顺序书写，可编程控制器是按照这个顺序执行程序。 5 ．梯形图中触点可以任意的串联或并联，而输出继电器线圈可以并联但不可以串联。

77 ( 二 ) 指令表（ Instruction List ）
梯形图编程语言优点是直观、简便，但要求用带 CRT 屏幕显示的图形编程器才能输入图形符号。小型的编程器一般无法满足，而是采用经济便携的编程器（指令编程器）将程序输入到可编程控制器中，这种编程方法使用指令语句（助记符语言），它类似于微机中的汇编语言。 语句是指令语句表编程语言的基本单元，每个控制功能有一个或多个语句组成的程序来执行。每条语句规定可编程控制器中 CPU 如何动作的指令，它是由操作码和操作数组成的。 操作码用助记符表示要执行的功能，操作数（参数）表明操作的地址或一个预先设定的值。欧姆龙、松下、三菱可编程控制器指令语句程序见表 2 。

78 （三）顺序功能图（ Sequential Chart ）
顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。它包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法可将一个复杂的控制过程分解为一些小的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。顺序功能图法体现了一种编程思想，在程序的编制中具有很重要的意义。在介绍步进梯形指令时将详细介绍顺序功能图编程法。图 2 所示为顺序功能图。 图 2 顺序功能图

79 （四）功能块图（ Function Block Diagram ）
功能图编程语言实际上是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，与数字电路中逻辑图一样，它极易表现条件与结果之间的逻辑功能。图 3 所示为先“或”后“与”再输出操作的功能块图。 由图可见，这种编程方法是根据信息流将各种功能块加以组合，是一种逐步发展起来的新式的编程语言，正在受到各种可编程控制器厂家的重视。 图 3 功能块图编程语言图

80 （五）结构文本（ Structure Text ）
随着可编程控制器的飞速发展，如果许多高级功能还是用梯形图来表示，会很不方便。为了增强可编程控制器的数字运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能，方便用户的使用，许多大中型可编程控制器都配备了 PASCAL 、 BASIC 、 C 等高级编程语言。这种编程方式叫做结构文本。与梯形图相比，结构文本有两个很大优点，其一，是能实现复杂的数学运算，其二，是非常简洁和紧凑。用结构文本编制极其复杂的数学运算程序只占一页纸。结构文本用来编制逻辑运算程序也很容易。 以上编程语言的五种表达式是由国际电工委员会（ IEC ） 1994 年 5 月在可编程控制器标准中推荐的。对于一款具体的可编程控制器，生产厂家可在这五种表达方式提供其中的几种编程语言供用户选择。也就是说，并不是所有的可编程控制器都支持全部的五种编程语言。 可编程控制器的编程语言是可编程控制器应用软件的工具。它以可编程控制器输入口、输出口、机内元件之间的逻辑及数量关系表达系统的控制要求，并存储在机内的存储器中，即所谓的“存储逻辑”

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