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1、精品资料PLC磨床改造设计.M7120型平面磨床电控系统分析与改造1 引言在注重改变零部件外部几何形态和机械性能的制造工业和通过各种变化将原材料转化成产品为目的的过程工业中，通过大量的开关量顺序控制，按外部逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系控制连锁保护动作，及大量离散量生产数据的采集。传统意义上，生产厂家都是通过气动和电气控制来实现这些顺序控制及数据采集功能的。随着产品机型的更新换代，车间生产线对应的加工对象也随之发生改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械制造设备按照新的工艺要求进行加工，而传统的继电接触器控制系统是固定接线式控制器，很难适应随时更新生产工艺要求。较大型自动生产线的控制系
2、统使用了过多的继电器，这种触点式电器工作频率较低，在频繁动作的生产情况下寿命较短，从而容易引发系统故障，大大降低生产运行的可靠性。现代生产工艺中，PLC的出现解决了这一问题。PLC在数字运算能力、处理模拟数据量能力、人机接口能力和网络连接能力等方面较大幅度的提高了生产要求，PLC逐渐进入过程控制领域，在很多生产运行应用中取代了在过程控制领域处于主导地位的DCS系统。1.1国内外平面磨床的发展现状及趋势第23届日本国际机床展览会是继德国汉诺威、美国芝加哥之后的一个大型国际机床展览会，此次展览会主题定义为“Mono-Zukuri in-novation”（制造业的创新）。此次展会展现出，平面磨床现
3、今已不再局限于平面的磨削，已延拓到了表面的磨削，成形磨削方式大行其道，得到了制造商和用户的大力推崇、开发及认可，磨削精度也越来越高。当今随着科技的高速发展高精度、超精度成形磨床应用范围越来越广，其机构布置形式以高刚性、T字布置为主。立柱全移动式布局和工作台固定式布局，突破了传统的工作台移动形式，实现了平磨布局形式的一大创新。未来平面磨床的发展将更加注重创新的应用，主要表现在以下几个方面：1、配合数控技术的发展和普及，各平磨生产厂也积极推广数控系统的二次开发应用。并与数控系统开发商共同开发出具有自己特色的数控系统，符合平磨行业规范的基础上，利于打造自己的品牌，同时开发适应自身机床的工作控制程序。
4、2、实现超精度平磨，垂直、横向最小进给量0.1m的超精度机床在国际上已相当普遍，日本0.01m的超精度平磨也已投入实际使用，如长濑公司超精平磨用于成形磨削导光板，亦可以进行超精密非球面、平面、以及成形加工，精度可达0.4m/1500mm。在一定条件下磨削铝、铜材料时，最高磨削精度可达0.0010.01m（1nm10nm）。3、实现复合化（成套成线产品）的加工生产，两台及两台以上机床根据零件加工工艺路线及工厂布置，将几台甚至几十台机床联合，利用输送线形成某一零件或某类零件加工线（FMS），或集成磨削、测量等多种不同的工艺过程。利用复合生产线，可以大大降低生产成本，还可以满足全球倡导的环保生产理念
5、，同时复合生产线还可将加工过程中各机床的诸多优越性能和完善特点进行有效整合，提供用户全套的工艺解决方案。提供成套成线产品、提供生产线专用配套产品将是磨床发展的又一大趋势。4、实现专机产品的生产，为满足用户特殊零件的加工要求，生产特定的磨床日益为用户所接受。5、磨床技术上加强创新，技术创新是技术进步的源泉，各著名生产厂都注重技术创新。静压导轨、静压轴承的应用，直线电机、直线导轨的应用等都为平面磨床的发展提供了丰富的精密的功能部件，使机床的结构、精度、功能等可根据实际需求有机结合在一起，为用户提供高精度高规格的产品。功能部件因机床的布局变化而发展，功能部件因机床的发展而齐全。如MAEGERLE公司
6、的MMS系列平磨，结构采用小巧的龙门式。6、生产中注重环保、注重细节，在磨削机床的设计中更加注意环保，防止油、冷却液、磨屑的污染。在细节方面应更加人性化，操作简易，省时省力并减少误操作率，降低噪音，防止冷却液飞溅等等。1.2目前PLC控制系统的应用现状目前我国应用的PLC控制系统中，I/O 64点以下PLC销售份额占整个PLC的销售额度的47%。在我国应用的PLC控制系统，几乎涵盖了世界所有的PLC品牌，但从行业规范上划分，又有各自的势力范围。一般大中型控制系统中采用欧美PLC的居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本PLC的居多。欧美PLC在网络连接和软件兼容方面具有优势
7、，而日本PLC在灵活性和成本价位方面占优势。目前我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商到达最终用户的。1.3 M7120型平面磨床中PLC应用的发展趋势1、控制操作界面更加友好可编程逻辑控制器（PLC）制造商纷纷通过收购或联合软件制作企业、或软件发展产业，较大的提高了其软件制作水平，多数PLC品牌拥有与之相匹配的软件开发平台和组态软件程序，软件和硬件的兼容结合，大大提高了控制系统的性能，同时，为用户软件的再次开发和常规维护降低了成本，使之更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC、网络、IPC、CRT四位一体的控制
8、模式被广泛应用。（工控机：英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。工控机有以下几大特点：1：机箱采用钢结构，拥有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2：机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3：机箱内有专门电源，电源拥有较强的抗干扰能力。）2、 网络兼容通讯效能大大加强PLC制造商在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了多种通讯接口，而且提供与之对应的完整通讯网络。由于近年来数据通讯技术发展很快，用户对开放性操作要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也随之高速发展。3、
9、 开放性和互操作性深度发展PLC在发展过程中，各PLC制造商为了实现技术垄断和扩大市场，处于妥协与竞争阶段，各自开发自己的标准，导致相互间兼容性差，这给用户使用带来很大的不便，并增加了系统维护成本。开放性是发展的必然趋势，这一状况已被各PLC制造商所认知，形成了长期妥协与竞争的局面，并且这一过程还在继续。开放的过程，主要反映在以下几个方面：（1） IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，行业人士说，多种标准就是没有标准，但这毕竟是一个经过激烈的争论与妥协后的成果。统一标准推出后，各制造商为了快速适应这些标准，实现正常生产运行，积极开发研究与之相对应的新产品。（2） IEC制定了基于Wi
10、ndows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。（3） OPC基金会推出了OPC（OLE for Process Control）标准，这进一步增强了软件与硬件之间的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。（4） PLC的功能进一步增强，通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常
11、方便，应用范围越来越广泛。（5） 工业以太网的发展对PLC有重要影响。在工业自动化控制领域，PLC的地位还是无出其右。即使受金融危机的冲击，自2009年后市场规模略有萎缩，但其发展势头依然强劲，即使危机当道，众多PLC厂商依然看好PLC的发展前景，不断加大投入。2 M7120型平面磨床的型号含义与基本概述2.1机床的型号含义M7120M：磨床（机床）；7：平面（工作表面）；1：卧轴柜台式；20：工作台工作面宽200mm2.2基本概述M7120平面磨床共有四台电动机，为砂轮电动机、砂轮升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。砂轮电动机（提供砂轮动力）用来直接带动砂轮旋转，对工件进行磨削加工，在M
12、7120型平面磨床中，砂轮的速度一般不要求调动，所以通常采用笼型异步电动机来实现带动，这是平面磨床的主运动；砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作垂直运动，用以调整砂轮与工件的位置间距。工作台和砂轮的往复运动是靠液压泵电动机进行液压传动实现，液压传动相对比较平稳，能实现无级调整，换向平稳。M7120型平面磨床工作台的往返运动采用液压传动，能保证加工精度。由液压电动机带动液压泵，经液压传动装置实现工作台的往复运动。冷却泵电动机带动冷却泵供给砂轮和磨削工件冷却液，同时利用冷却液带走磨削下来的铁屑，防止磨削污染，保证磨削环境。3 M7120型平面磨床的主要结构及功能3.1 M7120型平面磨床的结构示意
13、 M7120型平面磨床的基本结构如图所示：它由1床身、2工作台、3电磁吸盘、4砂轮箱、5砂轮箱横向移动手轮、6滑座、7立柱、8工作台换向撞块、9工作台往复运动换向手柄、10活塞杆、11砂轮箱垂直进刀手轮 图3-1 M7120 平面磨床的结构示意图3.2 M7120型平面磨床的主要结构及作用 1、砂轮架安装砂轮并带动砂轮作高速旋转，砂轮架可沿滑座的燕尾导轨作手动或液动的横向间隙运动。 2、滑座安装砂轮架并带动砂轮架沿立柱导轨作上下垂直运动。 3、立柱支承滑座及砂轮架。 4、工作台安装工件并由液压系统带动做往复直线运动，有效工作面积为630200（工作台工作面宽）毫米。工作面及中央T型槽侧面经过精
14、细的磨削，其精度和光洁度较高，是安装工件或夹具的重要基面，应小心使用和加以保护。 5、床身支承工作台、安装其它结构部件，用以安装立柱、工作台、液压系统、电气元件和其它操作结构。 6、冷却液系统向磨削区提供冷却液（皂化油）。 7、液压传动系统其组成有： （1）动力元件为油泵，供给液压传动系统压力油； （2）执行元件为油缸，带动工作台等部件运动； （3）控制元件为各种阀，控制压力、速度、方向等； （4）辅助元件如油箱、压力表等。液压传动与机械传动相比具有传动平稳，拥有过载保护，可以在较大范围实现无级调速等优点。4 M7120型平面磨床传统控制与PLC控制的比较4.1 传统继电器接触器控制的优缺点4
15、.1.1 传统控制中的优点1、能满足电动机的动作要求（起动、制动、正反转等）。2、各电气元件可按一定的顺序准确动作，抗干扰性强，不易发生误动作。3、设有安全保护电路，在电路发生故障时能实现保护，防止事故扩大化。4、可采用自动和手动两种控制方式，维护和操作方便。5、线路短，结构易懂，故障率低，经济性好。4.1.2 传统控制中的缺点 传统继电器-接触器电气控制系统存在线路复杂，故障诊断和排除困难。M7120型平面磨床是一种中型磨床，能够用来完成外圆、孔、平面以及齿轮、螺纹等成形表面的精加工，也可以磨削各种切削刀具。目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍在使用，由于继电器系统接线复杂，故障
16、诊断与排除困难。主要存在以下几个问题：1.触点易被电弧烧坏而导致接触不良；2.机械方式实现的触点控制反映速度慢；3.继电器的控制功能被固定在线路中，存在功能单一、灵活性差等缺点，从而影响正常生产运行。4.需要的元器件较多。控制系统体积大，耗电量大。4.2 PLC电气控制的特点电气控制系统性能稳定，它的抗干扰能力比较突出，可以用在比较恶劣的工作环境中。主要有以下几大特点：1.实时性由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2.高可靠性所有的I/O输入输出信
17、号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的元器件进行严格的筛选。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立即采取有效措施，以防止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。3.系统配置简单灵活控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。满足控制工程需要前提下，
18、I/O卡件可灵活组合。 4.丰富的I/O卡件控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，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，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。5.控制系统采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，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
19、模和功能可根据用户的需要自行组合。6.价格优势质优价廉，性价比高。7.安装简单，维修方便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，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。4.3 传统的继电器接触器控制与PLC控制的区别传统的继电控制系统，是由（按钮、开关等）、（由各类继电器、接触器、而成，执行某种功能的线路）和（接触器线圈、指示灯等）三部分组成。这是一种由物理器件连接而成的控制系统。 PLC的虽与继电接触器相类似，但其
20、控制和工作方式是不一样的，主要区别有以下几个方面。1、元器件不同 接触器控制电路是由各种硬件低压电器组成，而PLC梯形图中输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等软继电器是由软件来实现的，不是真实的硬件继电器。2、方式不同 电接触器控制电路工作时，电路中硬件继电器都处于受控状态，凡符合条件吸合的硬件继电器都同时处于吸合状态，受各种约束条件不应吸合的硬件继电器都同时出在断开状态。PLC梯形图中软件继电器都处于周期性循环扫描工作状态，受同一条件制约的各个软继电器的动作顺序取决于程序扫描顺.3、点数量的不同 硬件继电器的触电数量有限，一般只有4-8对，PLC梯形图中软件继电器的触点数量在
21、编程时可无限制使用，可常开又可常闭。4、制电路实施方式不同 继电接触器控制电路是通过各种硬件继电器之间接线来实施，控制功能固定，当要修改控制功能时，必修重新接线。PLC控制电路由软件编程来实施，可以灵活变化和在线修改。5 M7120型平面磨床的电气控制原理及电气原理图5.1 M7120型平面磨床的电气控制原理M7120型平面磨床的工作原理是，当电源电压通入磨床后，线路无故障时，欠压继电器动作，其常开触点KA闭合，为KM1、KM2接触器吸合做好准备，当按下SB1按钮后，接触器KM1的线圈得电吸合，液压泵电动机开始运转，由于接触器KM1的吸合，自锁点自锁使M1电动机在松开按钮后继续运行，如工作完毕
22、按下停止按钮，KM1失电释放，M1便停止运行。如需砂轮电动机以及冷却泵电动机工作时，按下按钮SB3后，接触器KM2便得电吸合，此时砂轮机和冷却泵电动机可同时工作，正向运转。停车时只需按下停止按钮SB4，即可使这两台电动机停止工作。在工作中，如果需操作升降电动机做升降运动时，按下点动按钮SB5或SB6即可升降；停止升降时，只要松开按钮即可停止工作。如需操动电磁工作台时，把工件放在工作台上，按下按钮SB7后接触器KM5吸合，从而把直流电110V电压接入工作台内部线圈中，使磁通与工件形成封闭回路因此就把工件牢牢地吸住，以便对工件进行加工。当按下SB8后，电磁工作台便失去吸力。有时其本身存在剩磁，为了
23、去磁可按下按钮SB9，使接触器KM6得电吸合，把反向直流电通入工作台，进行退磁，待退完磁后松开SB9按钮即可将工件拿出。5.2 M7120型平面磨床的电气原理图6 M7120型平面磨床的电气控制线路分析M7120型平面磨床电气控制线路由主电路、控制电路、电磁吸盘控制电路和辅助电路四部分组成。6.1 主电路分析主电路中共有4台电动机。其中M1为液压泵电动机，用来拖动工作台和砂轮的往复运动，由KM1主触点控制；M2为砂轮电动机，用来带动砂轮做高速旋转；M3为冷却泵电动机，用以供给砂轮和磨削工件冷却液，同时带走磨削屑，保证磨削环境，同由KM2的主触点控制；M4为砂轮箱升降电动机，控制砂轮做上下垂直运
24、动，由KM3、KM4的主触点分别控制。FU1对4台电动机和控制电路进行短路保护，FR1、FR2、FR3分别对M1、M2、M3进行过载保护。砂轮升降电动机因运转时间很短，所以不设置过载保护。6.2 控制电路分析 当电源正常时，合上电源总开关QS1，电压继电器KV的常开触点闭合，可进行操作。6.2.1 液压泵电动机M1控制其控制电路位于7、8区。启动过程为：按下SB3KM1得电M1启动；停止过程为：按下SB2KM1失电M1停转。运动过程中若M1过载，则FR1常闭触点分断，M1停转，起到过载保护作用。6.2.2 砂轮电动机M2的控制其控制电路位于9区、10区。启动过程为：按下SB5KM2得电M2启动
25、；停止过程为：按下SB4KM2失电M2停转。6.2.3 冷却泵电动机M3控制冷却泵电动机M3通过接触器KM2控制，因此M3于砂轮电动机M2是联动控制。按下SB5时M3与M2同时启动，按下SB4时M3与M2同时停止。FR2与FR3的常闭触点串联在KM2线圈回路中。M2、M3中任一台过载时，相应的热继电器动作，都将使KM2线圈失电，M2、M3同时停止。6.2.4 砂轮升降电动机控制 其控制电路位于11区、12区，采用点动控制。砂轮上升控制过程为：按下SB6KM3得电M4启动正转。当砂轮上升到预定位置时，松开SB6KM3失电M4停转。砂轮下降控制过程为：按下SB7KM4得电M4启动反转。当砂轮下降到
26、预定位置时，松开SB7KM4失电M4停转。6.3电磁吸盘控制电路分析图6-3 电磁吸盘的工作原理图1-钢制洗盘体 2-线圈 3-钢制盖板 4-隔磁层 5-工件电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。它是利用通电线圈产生磁场的特性吸牢铁磁性材料的工件，便于磨削加工。电磁吸盘的内部装有凸起的磁极，磁极上绕有线圈。吸盘的面板也用钢板制成，在面板和磁极之间填有绝磁材料。当吸盘内的磁极线圈通以直流电时，磁极和面板之间形成两个磁极，既N极和S极，当工件放在两个磁极中间时，使磁路构成闭合回路，因此就将工件牢固地吸住。1、电磁吸盘的组成工作电路包括整流、控制和保护三个部分。整流部分由整流变压器和桥式整流器VC组成，
27、输出110V直流电压。2、电磁吸盘充磁的控制过程 按下SB9KM5得电（自锁）YC充磁。3、电磁吸盘退磁的控制过程工件加工完毕需取下时，先按下SB8，切断电磁吸盘的电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以必须对吸盘和工件退磁。退磁过程为：按下SB8、SB10KM6得电YC退磁，此时电磁吸盘线圈通入反向的电流，以消除剩磁。由于去磁时间太长会使工件和吸盘反向磁化，因此去磁采用点动控制。松开SB10则去磁结束。 电磁吸盘是一个比较大的电感，当线圈断电瞬间，将会在线圈中产生较大的自感电动势。为防止自感电动势太高而破坏线圈的绝缘，在线圈两端接有RC组成的放电回路，用来吸收线圈断电瞬间释放的磁场能量。当电源电压
28、不足或整流变压器发生故障时，吸盘的吸力不足，这样在加工过程中，会使工件高速飞离而造成事故。为防止这种情况，在线路中设置了欠电压继电器KV，其线圈并联在电磁吸盘电路中，其常开触点串联在控制线路中。当电源电压不足或为零时，KV常开触点断开，使KM1、KM2断电，液压泵电动机和砂轮电动机停转，确保安全生产。6.4辅助电路分析辅助电路主要是信号指示和局部照明电路。其中，HL6为局部照明灯，由变压器TC供电，工作电压为24V，由手动开关QS2控制。其信号灯也由TC供电，工作电压为6V。HL1为电源指示灯；HL2为M1运转指示灯；HL3为M2运转指示灯；HL4为M4运转指示灯；HL5为电磁吸盘工作指示灯。
29、7 电气控制系统的设计改造电气控制系统由PLC、电气箱、控制箱、接线盒、行程开关、电磁铁等组成的控制回路，用来控制工作台、砂轮的运动、工件的夹紧等，使之按一定的工作程序来实现正常磨削循环。电气控制系统与液压传动系统密不可分。7.1 PLC简介可编程序控制器（PLC）从广义上来说也是一种计算机控制系统，只不过它比计算机具有更强的与工业现场相连的接口，具有更直接的适用于控制要求的编程语言。所以，它与一般的计算机控制系统一样，具有CPU、存储器、I/0接口等部。7.1.1 PLC的硬件系统典型的PLC控制系统的硬件组成框图，如图7-1所示。被 控 对 象开关输入模块采样设备模拟量输入块开关量输出快模
30、拟量输出块其他模块执行装置检测装置系 统 总 线主控模块（CPU，内存，用户内存，通信接口等）电源模块编 程 器计算机可接终端或外围设备PLC图7.1.1PLC控制系统硬件组成框图PLC控制系统的硬件是由PLC、输入/输出(I/O)电路及外围设备组成的。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。1、主控模块包括CPU、内存、通讯接口等部分。2、输入/输出模块：对于输入/输出模块有:数字量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、交流量输入/输出模块、220V交流量输入/输出模块。还有智能模块。3、源模块：该模块将交流电源转换成供CPU内存等所需的直流电源，是整个PLC系统
31、的能源供给中心。4、I/O电路：PLC的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是对被控对象进行监测、采集、转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮、开关等也可以向PIC送控制指令。输出电路的功能就是接受PIC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。5、PLC外围设备：常用的有编程器、可编程终端、打印机、条形码读入机等等。7.1.2 PLC的软件系统及软元件介绍PLC控制系统的软件主要是有系统软件、应用软件、编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。PLC系统软件是PLC工作所必需的软件。在系统软件的支持下，PLC对用户程序进行逐条解释，并加以
32、执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新一轮的扫描。PLC的这种工作方式就成为循环扫描。但在PLC中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所以只有扫描到“线圈”的触点是，才会有动，没有扫描到时，触点就不会动作。并且PLC扫描一次用户程序的时间周期长短与用户的长短和扫描速度有关。FX2NPLC中有众多类型的软元件，具体软元件介绍如下： FX2N系列PLC软元件一览表软元件简称元件。将PLC内部存储器的每一个存储单元均称为元件，各个元件与PLC的监控程序、用户的应用程序合作，会产生或模拟出不同的功能。当元件产生的是继电器功能时，称这类元件为软继电器，简称继电器，它不是物理意义上的实物器件，
33、而是一定的存储单元与程序的结合产物。后面介绍的各类继电器、定时器、计数器都指此类软元件。元件的数量及类别是由PLC监控程序规定的，它的规模决定着PLC整体功能及数据处理的能力。我们在使用PLC时，主要查看相关的操作手册。表1-3表示FX2N系列PLC软元件一览表。表7.1.2FX2N系列PLC软元件一览表型号元件FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MFX2N-128M扩展时输入继器XX0X0078点X0X01716点X0X02724点X0X03732点X0X04740点X0X07764点X0X267184点合计256点输出继器YY0Y0078点Y0Y0
34、1716点Y0Y02724点Y0Y03732点Y0Y04740点Y0Y07764点Y0Y267184点辅助继器M【M0M499】500点一般用【M500M1023】524点保持用【M1024M3071】2038点保持用【M8000M8255】256特殊用状态继器S【S0S499】500点一般用【S500S899】400点保持用【S900S999】100点特殊用定时器T【T0T99】100点100 ms子程序用T192T199【T200T245】46点10 ms【T246T249】4点1 ms累积【T250T255】6点100 ms累积计数器C16位增量计数器32位可逆计数器32位高速可逆计数器
35、【C0C99】100点一般用【C100C199】100点保持用【C200C219】20点一般用【C220C234】15点保持用【C235C245】1相1输入【C246C250】1相2输入【C251C255】2相输入数据寄存器D、V、Z【D00D199】200点一般用【D200D511】312点保持用【D512D7999】7488点保持用D1000后可以设定做文件寄存器使用【D8000D8195】256点特殊用【V7V0】【Z7Z0】16点变址用嵌套指针【N0N7】8点主控用【P0P127】128点跳跃、子程序用、分支式指针【I00*I50*】6点输入中断用指针【I6*I8*】3点定时器中断用指
36、针I010I060】6点计数器中断用指针常数K16位：-327683276732位：-21474836482147483647常数H16位：0FFFFH32位：0FFFFFFFH输入继电器是PLC中用来专门存储系统输入信号的内部虚拟继电器。它又被称为输入的映像区，它可以有无数个动合触点和动断触点，在PLC编程中可以随意使用。这类继电器的状态不能用程序驱动，只能用输入信号驱动。FX系列PLC的输入继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时，输入继电器最多可达184点，其编号为X0X7、X10X17、X260X267。(2)输出继电器（Y）输出继电器是PLC中专门用来将运算结果信号经输出接口
37、电路及输出端子送达并控制外部负载的虚拟继电器。它在PLC内部直接与输出接口电路相连，它有无数个动合触点与动断触点，这些动合与动断触点可在PLC编程时随意使用。外部信号无法直接驱动输出继电器，它只能用程序驱动。FX系列PLC的输出继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时，输出继电器最多可达184点，其编号为Y0Y267。内部辅助继电器(M)PLC内有很多辅助继电器,辅助继电器的线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器的动合和动断触点使用次数不限，在PLC内可以自由使用。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须由输出继电器执行。在逻辑运算中经常需要一些中
38、间继电器作为辅助运算用。这些元件不直接对外输入、输出，但经常用作状态暂存、移位运算等。它的数量比软元件X、Y多。内部辅助继电器中还有一类特殊辅助继电器，它有各种特殊功能，如定时时钟、进/借位标志、启动/停止、单步运行、通信状态、出错标志等。FX2N系列PLC的辅助继电器按照其功能分成以下三类。a.通用辅助继电器M0M499（500点）。通用辅助继电器元件是按十进制进行编号的，FX2N系列PLC有500点，其编号为M0M499。b.断电保持辅助继电器M500M1023（524点）。PLC在运行中发生停电，输出继电器和通用辅助继电器全部成断开状态。再运行时，除去PLC运行时就接通的以外，其它都断开
39、。但是，根据不同控制对象要求，有需要些控制对象保持停电前的状态，并能在再运行时再现停电前的状态情形。断电保持辅助继电器完成此功能，停电保持由PLC内装的后备电池支持。c.特殊辅助继电器M8000M8255（256点）。这些特殊辅助继电器各自具有特殊的功能，一般分成两大类。一类是只能利用其触点，其线圈由PLC自动驱动。例如：M8000（运行监视）、M8002（初始脉冲）、M8013（1s 时钟脉冲）。另一类是可驱动线圈型的特殊辅助继电器，用户驱动其线圈后，PLC做特定的动作。例如，M8033指PLC停止时输出保持，M8034是指禁止全部输出，M8039是指定时扫描。(4)内部状态继电器（S）状态
40、继电器是PLC在顺序控制系统中实现控制的重要内部元件。它与后面介绍的步进顺序控制指令STL组合使用，运用顺序功能图编制高效易懂的程序。状态继电器与辅助继电器一样，有无数的动合触点和动断触点，在顺控程序内可任意使用。状态继电器分成四类，其编号及点数如下：初始状态：S0S9（10点）；回零：S10S19（10点）；通用：S20S499（480点）；保持：S500S899（400点）；报警：S900S999（100点）。内部定时器定时器在PLC中相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器（一个字）、一个当前值寄存器（字）以及无数个触点（位）。对于每一个定时器，这三个量使用同一个名称，但使用场合不一样
41、，其所指的也不一样。通常在一个可编程控制器中有几十个至数百个定时器，可用于定时操作。内部计数器计数器是PLC重要内部部件，它是在执行扫描操作时对内部元件X、Y、M、S、T、C的信号进行计数。当计数达到设定值时，计数器触点动作。计数器的动合、动断触点可以无限使用。数据寄存器（D）可编程控制器用于模拟量控制、位置控制、数据I/O时，需要许多数据寄存器存储参数及工作数据。这类寄存器的数量随着机型不同而不同。每个数据寄存器都是16位，其中最高位为符号位，可以用两个数据寄存器合并起来存放32位数据（最高位为符号位）。a.通用数据寄存器D0D199。只要不写入数据，则数据将不会变化，直到再次写入。这类寄存
42、器内的数据，一旦PLC状态由运行（RUN）转成（STOP）时全部数据均清零。b.停电保持数据寄存器D200D7999。除非改写，否则数据不会变化。即使PLC状态变化或断电，数据仍可以保持。c.特殊数据寄存器D8000D8255。这类数据寄存器用于监视PLC内各种元件的运行方式用，其内容在电源接通（ON）时，写入初始化值（全部清零，然后由系统ROM安排写入初始值）。d.文件寄存器D1000D7999。文件寄存器实际上是一类专用数据寄存器，用于存储大量的数据，例如采集数据、统计计算器数据、多组控制参数等。其数量由CPU的监视软件决定。在PLC运行中，用BMOV指令可以将文件寄存器中的数据读到通用数
43、据寄存器中，但不能用指令将数据写入文件寄存器。内部指针（P、I） 内部指针是PLC在执行程序时用来改变执行流向的元件。它有分支指令专用指针P和中断用指针I两类。a.分支指令专用指针P0P63。指针在应用时，要与相应的应用指令CJ、CALL、FEND、SRET及END配合使用，P63为结束跳转使用。b.中断用指针I。 中断用指针是应用指令IRET中断返回、EI开中断、DI关中断配合使用的指令。7.1.3 三菱PLC的工作原理（1）三菱PLC的工作方式：采用循环扫描方式。在三菱PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。注意：由于三菱PLC是扫描工作
44、过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。循环扫描过程如下：（2）三菱PLC工作过程：主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。1）内部处理阶段：在此阶段，三菱PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。2）通信服务阶段在此阶段，三菱PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当三菱PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。3）三菱PLC输入处理输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存
45、中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序的执行阶段。4）三菱PLC程序执行根据三菱PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。若用户程序涉及到输入输出状态时，三菱PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态。根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中。5）三菱PLC输出处理程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输
46、出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。（3）三菱PLC的运行方式：1）三菱PLC运行工作模式当处于运行工作模式时，三菱PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。在运行模式下，三菱PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使三菱PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至三菱PLC停机或切换到STOP工作模式。注：三菱PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。2）停止模式当处于停止工作模式时，三菱PLC只进行内部处理和通信服务等内容。7.2 PLC控制系统设计的一般流程PLC控制系统设计的一般步骤与传统的继电器接触器控制系统的设计相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。1、根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制