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1、摘要可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻（Programmable Logic Controller），简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术,由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制,使控制系统的体积增大,耗电多,效率不高且易
2、出故障,不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展,传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。而 PLC本身优异的性能使基于PLC控制的温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有相当的意义。在以 PLC控制为核心，加热炉为基础的温度自动控制系统中，PLC将加热炉温度设定值与温度传感器的测量值之间的偏差经PID运算后得到的信号控制输出电压的大小，从而调节加热器加热，实现温度自动控制的目的。文章介绍了基于温度控制系统的 PID调节器的实现。关键词：可编程控制器 PLC 温度控制温度传感器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精
3、心整理-第 1 页，共 31 页 -目录1闭环控制系统的介绍 .111 闭环控制原理.1 12 闭环控制系统方框图.1 13 闭环控制系统的优点.2 2PLC的基础知识.32.1PLC的发展历程.3 2.1.1 PLC 的构成 .3 2.1.2 PLC 的特点 .5 2.2 PLC的硬件结构 .7 2.2.1PLC 的物理结构 .7 2.2.2 CPU 模块与储存器 .8 2.2.3 输入模块 .8 2.2.4 输出模块 .9 2.3 PLC的分类 .10 2.3.1 三菱 PLC的产品系列 .12 2.3.2 FX-2N 系列优点 .12 2.4PLC 的常用指令.13 2.5 PLC的工作
4、原理 .13 2.6 PLC的工作过程及 PLC的运行方式 .14 2.7 PLC执行程序的过程及特点 .15 2.8 梯形图语言（LD）.16 3.PLC控制的加热炉温度控制系统.173.1 被控参数的选择.17 3.2 控制参数的选择.17 3.3 锅炉温度过程控制的介绍.17 3.3.1 锅炉控制系统的硬件选择 .18 3.4 加热炉温度控制系统基本构成.18 3.6 PLC程序的调试 .21 3.7 炉温控制外部接线图：.22 3.8 炉温控制顺序功能图：.22 3.9 炉温控制梯形图及指令.23 总结.27致谢.28参考文献 .29名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2
5、 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 设计1 1闭环控制系统的介绍闭环控制系统是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统又称反馈控制系统。控制系统一般包括开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统(Open-loop Control System)是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（Controller）的输出没有影响，在这种控制系统中，不依赖将被控制量反送回来以形成任何闭环回路。闭环控制系统（Closed-loop Control System）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号
6、与系统给定信号相反，则称为负反馈；若极性相同，则称为正反馈。一般闭环控制系统均采用负反馈，又称作负反馈控制系统，可见，闭环控制系统性能远远高于开环控制系统。11 闭环控制原理基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。自动控制系统多数是反馈控制系统。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反
7、馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图1-1）。图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。12 闭环控制系统方框图图 1-1 闭环控制系统方框图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共
8、31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 设计2 13 闭环控制系统的优点闭环控制系统与开环控制系统的比较主要分三个方面：1、工作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。合闭环控制系统不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合。2、结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单，但选用的元器件要严格保证质量要求。闭环系统具有抑制干扰的能力，对元件
9、特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。3、稳定性：开环控制系统的稳定性比较容易解决。闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈(Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种
10、正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。简单的说，区分开环控制和闭环控制可以从有没有反馈判断。开环控制没有反馈，闭环控制有反馈。所谓的反馈指的是行为动作所引起的效。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的P
11、LC 控制3 2PLC的基础知识在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200 多厂家生产300 多品种 PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解PLC，本文对 PLC 的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位有所帮助。2.1PLC的发展历程在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1
12、968年美国 GM（通用汽车）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称 PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对 PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工
13、业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，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。现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。2.1.1 PLC 的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括 CPU板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，
14、这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。结构模块如下图所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制4 图 2-1 PLC 结构模块1、CPU 的构成及功能CPU 是 PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套 PLC至少有一个 CPU，它按 PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规
15、定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU速度和内存容量是 PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。2、I/O 模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。图 2-2 直流输入接口单元电路名师资料总结-精品资料欢迎
16、下载-名师精心整理-第 6 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制5 图 2-3 数字（开关）量输出电路I/O 种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）,等。开关量是指只有开和关（或1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用 IO
17、 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。3、内存内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC期内存大小也不尽相同，除主机单元的已有的内存区外，大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。2.1.2 PLC 的特点（1）编程方法简单易学梯形图是使用得最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用
18、户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，PLC在执行梯形图程序时，将它“翻译”成汇编语言后再执行。（2）功能强，性能价格比高名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制6 一台小型 PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC还可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系
19、统。PLC有较强的负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方便、快速地适应工艺条件的变化。（4）可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触电接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可以减少到继电器控制系统的十分之一甚至百分之一，因为触点接触不良造成的故障大为减少。PLC 使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于具有强烈干扰的工业生产现场，已被公认为最可靠的工业控制设备之一。
20、（5）系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜设计、安装、接线工作量大大减少。PLC 的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，如果掌握了正确的设计方法，设计梯形图的时间比继电器系统电路图的时间要少得多。可以在实验室模拟调试PLC的用户程序，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。（6）维修工作量少，维修方便PLC故障率很低
21、，具有完善的自诊断功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程设备提供的信息方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。（7）体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型 PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1/2甚至 1/10。PLC控制系统的配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少很多安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的
22、PLC 控制7 2.2 PLC 的硬件结构2.2.1PLC 的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式 PLC和模块式 PLC。（1）整体式 PLC 整体式又叫做单元式或箱体式，它的体积小、价格低，CPU模块、I/O 模块和电源装在一个箱状机壳内，结构非常紧凑。小型PLC一般采用整体式结构。图2-4 是三菱公司的 FX1S系列 PLC。图 2-4 整体式 PLC 整体式 PLC提供多种不同 I/O 点数的基本单元和扩展单元供用户选用，基本单元内有 CPU模块、I/O 模块和电源，扩展单元内只有I/O 模块和电源，基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。各单元的输入点与输出点的比例一般是
23、固定的，有的PLC有全输入型和全输出型的扩展单元，可以满足用户的不同需要。整体式 PLC一般配备有许多专用的特殊功能单元，例如模拟量I/O 单元、位置控制单元和通信单元等，使PLC的功能得到扩展。FX系列的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，但是宽度不同。它们不用基板，各模块用底部自带的卡子卡在DIN导轨上，两个相邻的单元或模块之间用扁平电缆连接，安装好后组成一个整齐的长方体（见图2-5）。图 2-5 FX2N 系列 PLC 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制8（2）模块式 PLC 大、中型 PLC（例如西门子的
24、S7-300 和 S7-400 系列）一般采用模块式结构。模块式 PLC用搭积木的方式组成系统，它由机架和模块组成（见图 2-6）。模块插在模块插座上，后者焊在机架的总线连接板上，三菱的Q系列 PLC将机架称为基板。PLC厂家备有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和通信电缆相连。图 2-6 S7-400PLC 用户可以选用不同档次的CPU 模块、品种繁多的 I/O 模块和特殊功能模块，硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。2.2.2 CPU 模块与储存器CPU模块主要由 CPU 芯片和存储器组成。PLC的存储器
25、分为系统程序存储器和用户程序存储器。PLC常使用以下几种存储器：（1）随机存取存储器（RAM）；（2）只读存储器（ROM）；（3）可电擦出的 EPROM。2.2.3 输入模块PLC可以为接近开关、光电开关等电子传感器提供24V电源。图 2-7 中 PLC外部的框内是传感器输出电路的示意图，COM 是 PLC内各输入电路的公共端子。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制9 图 2-7 直流输入电路图 2-8 是 FX2N的交流输入电路，因为光耦合器中有两个反并联的发光二极管，这个电路可以接收交流输入信号。图 2-8 交流输入电路
26、2.2.4 输出模块输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交流负载的双向晶闸管，以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。输出电流的典型值为0.3-2A，负载电源由外部提供。图 2-9 是继电器输出电路。内部电路使继电器的线圈通电，它的常开触点闭合，使外部负载得电工作。继电器同时起隔离和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常开触点。与触点并联的RC电路用来消除触点断开时产生的电弧，以减轻它对CPU的干扰。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制10 图 2-9 继电器输出电路图 2-1
27、0 是晶体管集电极输出电路。输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经光耦合器送给输出晶体管，后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。图中的稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护晶体管，晶体管输出电路的延迟时间 1ms。场效应晶体管输出电路的结构和晶体管输出电路基本上相同。图 2-10 晶体管输出电路除了上述几种输出电路外，FX2N还有双向晶闸管输出电路，它用光电晶闸管实现隔离。双向晶闸管由关断变为导通的延迟时间1ms，有导通变为关断的延迟时间10ms。晶闸管在负载电流过小时不能导通，遇到这种情况时可以在负载两端并联电阻。除了输入模块和输出模块，还有一种既有输入电路又有输出
28、电路的模块，输入、输出的点数一般相同，这种模块使用户确定PLC的硬件配置更为方便。2.3 PLC 的分类世界上 PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的 PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型 PLC上。美国和欧名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制11 洲以大中型 PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。日本的小型 PLC
29、最具特色，在小型机 领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。日本有许多 PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型 PLC市场上，日本产品约占有70的份额。欧姆龙（OMRON）公司的 PLC产品，大、中、小、微型规格齐全。微型机以SP系列为代表，其体积极小，速度极快。小型机有 P 型、H型、CPM1A 系列、CPM2A 系列、CPM2C、CQM1 等。P 型机现已被性价比更高的CPM1A 系列所取代，CPM2A/2C、CQM1系列内置RS-232C接口和实时时钟
30、，并具有软PID 功能，CQM1H 是 CQM1的升级产品。中型机有C200H、C200HS、C200HX、C200HG、C200HE、CS1系列。C200H是前些年畅销的高性能中型 机，配置齐全的 I/O 模块和高功能模块，具有较强的通信和网络功能。C200HS 是 C200H的升级产品，指令系统更丰富、网络功能更强。C200HX/HG/HE 是 C200HS 的升级产品，有 1148个 I/O 点，其容量是 C200HS的 2 倍，速度是 C200HS 的 375 倍，有品种齐全的通信模块，是适应信息化的PLC产品。CS1系列具有中型机的规模、大型机的功能，是 一种极具推广价值的新机型。大
31、型机有 C1000H、C2000H、CV（CV500 CV1000 CV2000CVM1）等。C1000H、C2000H可单机或双机热备运行，安装带电插拔模块，C2000H可在线更换 I/O 模块；CV系列中除 CVM1 外，均可采用结构化编程，易读、易调试，并具有更强大的通信功能。松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1 为整体式小型机，FP3 为中型机，FP5/FP10、FP10S（FP10的改进型）、FP20为大型 机，其中 FP20是最新产品。松下公司近几年 PLC产品的主要特点是：指令系统功能强；有的机型还提供可以用FP-BASIC语言编程的 CPU 及多种智能模块，为复杂系统
32、的开发提供了软件手段；FP系列各种 PLC都配置通信机制，由于它们使用的应用层通信协议具有一致性，这给构成多级PLC网络和开发 PLC 网络应用程序带来方便三菱公司的 PLC是较早进入中国市场的产品。其小型机 F1/F2 系列是 F 系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。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 系列有了更强的控制能力。继F1/F2 系列之后，20世纪 80 年代末三菱公司又推出 FX系列，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 90 年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。FX2N几年推
33、出的高功能整体式小型机，它是 FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升。近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC，如 FXOS、FX1S、FX0N、FX1N及 系列 等产品。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、灵活的安装方式、双CPU协同处理、多存储器、远程口令等特点，是三菱公司现有PLC中最高性能的 PLC。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制12 2.3.1 三菱 PLC的产品系列FX1S系列:三菱 PLC是一种集成
34、型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。FX1N 系列:是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。FX2N 系列:是三菱 PLC是 FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX3U:是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3 轴独立最高 100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，
35、从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。FX1NC、FX2NC、FX3UC 三菱 PLC:在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小 I/O 型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。Q系列三菱 PLC:三菱机公司推出的大型PLC,CPU 类型有基本型 CPU，高性能型 CPU，过程控制 CPU,运动控制 CPU,冗余 CPU等。可以满足各种复杂的控制需求。三菱电机中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱PLC，Q 系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTESET 型三菱 PLC，即一款以自带 64 点高密度混合单元的 5 槽 Q00JCOUSET
36、；另一款自带 2 块 16 点开关量输入及 2 块 16 点开关量输出的 8 槽 Q00JCPU-S8SET，其性能指标与 Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer 等软件，故具有极佳的性价比。A 系列三菱PLC:使用三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU 支持 32 个 PID 回路。而 QnASCPU 的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变；程序容量由8K步至 124K步，如使用存储器卡，QnASCPU 则内存量可扩充到2M字节；有多种特殊模块可选择，包括网络，定位控制，高速计数，温度控制等模块。2.3.2 FX-2N 系列优点FX-2N
37、系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。除输入出16-25 点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256 点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置800 步 RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至 16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理
38、，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7 段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制13 code 印刷，HEX ASCII变换，校验码等。时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。2.4 PLC 的常用指令基本逻辑指令，用于处理逻辑关系，以实现逻辑控制。这
39、类指令不管什么样的PLC都总是有的.数据处理指令，用于处理数据，如译码，编码，传送、移位等等。数据运算指令，用于进数据的运算，如十、一、X、/等，可进行整形数计算，有的还可浮点数运算；也可进行逻辑量运算，等等。流程控制指令，用以控制程序运行流程。PLC的用户程序一般是从零地址的指令开始执行，按顺序推进。但遇到流程控制指令也可作相应改变。流程控制指令也较多，运用得好，可使程序简练，并便于调试与阅读。状态监控指令，用以监视及记录PLC及其控制系统的工作状态，对提高PLC控制系统的工作可靠性大有帮助。2.5 PLC的工作原理图 2-11 PLC 的结构图PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工
40、作的。即在PLC运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第
41、 15 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制14 PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。2.6 PLC 的工作过程及 PLC的运行方式最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：(1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电
42、器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。(2)PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有
43、什么区别了。2.6.1 扫描技术当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的 CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(1)输入采样阶段在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被
44、读入。(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控
45、制15 输出点和软设备在I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(3)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC的真正输出。2.7 PLC 执行程序的过程及特点PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段
46、，如图 2-12 所示。图 2-12 PLC 执行程序过程示意图1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。2程序执行阶段在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像
47、寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。3输出刷新阶段名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制16 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样
48、。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。对于小型 PLC，其 I/O 点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。而对于大中型 PLC，其 I/O 点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统
49、响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。从上述分析可知，当 PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是 PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。2.8 梯形图语言（LD）梯形图语言是 PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一
50、种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 31 页 -炉温闭环控制系统的PLC 控制17 3.PLC 控制的加热炉温度控制系统传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使