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1、第第2章可编程控制器章可编程控制器基础基础第1页，共55页，编辑于2022年，星期一第第2章章 可编程控制器基础可编程控制器基础第2页，共55页，编辑于2022年，星期一 教学提示：可编程控制器是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。本章主要介绍了关于PLC的基础知识，包括可编程控制器的由来和发展，性能指标与分类，其特点和基本应用以及可编程控制器的工作原理，本章的最后对之后章节所运用的三菱FX系列可编程控制器做了相关介绍。这些知识都是PLC的入门知
2、识，因此对初学者来说显得特别重要。教学目标：本章重点介绍了PLC的历史发展、功能特点、工作原理、硬件结构和编程语言。通过对本章内容的学习，使得PLC的初学者了解到：什么是PLC，PLC与其它控制装置的区别以及PLC的工作机制。第3页，共55页，编辑于2022年，星期一2.1 可编程控制器的由来可编程控制器的由来 2.2 可编程控制器的发展可编程控制器的发展 2.3 可编程控制器的性能指标与分类可编程控制器的性能指标与分类 2.4 可编程控制器的特点和基本应用可编程控制器的特点和基本应用 2.5 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 2.6 三菱三菱FX系列可编程控制器介绍系列可编程控制
3、器介绍 第4页，共55页，编辑于2022年，星期一2.1 可编程控制器的由来可编程控制器的由来 可编程序控制器（Programmble Controller）简称PC，为了和个人计算机简称PC作区分，所以多数书中还是沿用可编程序控制器的旧称PLC。1968年，美国通用汽车公司首先提出了可编程控制器的概念，并提出了它的相关指标：1)编程方便，现场可修改程序；2)维修方便，采用模块化结构；3)可靠性高于继电器控制装置；4)体积小于继电器控制装置；5)数据可直接接入管理计算机；6)成本可与继电器控制装置竞争；7)输入可以为市电；8)输出为市电，输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；9)在扩
4、展时，原系统只需要少量的变更；10)用户程序存储量至少能扩展到4KB。第5页，共55页，编辑于2022年，星期一2.2 可编程控制器的发展可编程控制器的发展 可编程控制器的发展趋势主要表现在以下几个方面：1.从技术上来看 随着计算机技术更多地应用到PLC的设计和制造上，PLC会向速度快、容量大、功能广、性能稳定、性价比高的方向发展。2.从规模上看随着PLC应用领域的不断扩大，为了适应市场需求，PLC会向两个方向发展：一个是向小型化、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速度、多功能和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需求。第6页，共55页，
5、编辑于2022年，星期一3.从配套上看 现代工业要求为其生产控制与生产管理提供一种统一的解决方案，因而各大PLC厂商均努力提高全面解决问题的能力。有的厂商提出了全集成自动化的概念。随着PLC功能的不断扩大，PLC产品会向规格更齐备，品种更丰富的方向发展。4.从标准上来看随着IEC1131标准的诞生，各厂家或同一厂家不同型号的PLC将打破互不兼容的格局，使PLC的通用信息、设备特性、编程语言等向IEC1131标准的方向靠拢，而最终实现通用。5.从网络通信上来看 随着PLC和其他工业控制计算机组构成大型控制系统以及现场总线的发展，PLC将向着网络化和通信简易的方向发展。第7页，共55页，编辑于20
6、22年，星期一2.3 2.3 可编程控制器的性能指可编程控制器的性能指标与分类标与分类 2.3.1 可编程控制器的性能指标可编程控制器的性能指标 2.3.2 可编程控制器的分类可编程控制器的分类 第8页，共55页，编辑于2022年，星期一2.3.1 可编程控制器的性能指可编程控制器的性能指标标 PLC的技术性能指标有一般指标和技术指标两种。一般指标主要指PLC的结构功能情况，是用户选用PLC时必须首先了解的。技术指标又可分为一般的性能规格和具体的性能规格：一般性能规格是指使用PLC时应注意的问题，主要包括电源电压、允许电压波动范围、耗电情况、直流输出电压、绝缘电压、耐压情况、抗噪声性能、耐机械
7、振动及冲击情况、使用环境温度和湿度、接地要求、外型尺寸、质量等硬件指标。具体性能规格是指PLC所具有的技术能力，也就是软件指标，机型不同该指标相差悬殊。这项指标的高低反映PLC的运算规模。第9页，共55页，编辑于2022年，星期一1.I/O点数 I/O点数是指PLC的外部输入、输出端子数。2.内部继电器和内部寄存器包括辅助继电器、特殊的辅助继电器、定时器、计数器和通用寄存器、特殊寄存器、变址寄存器等。3.用户程序存储量 PLC用户程序存储器用于存储通过编程器编入的用户程序。通常用K字（KW）、K字节（KB）、K位来表示。4.扫描时间 扫描时间是指PLC执行一次解读用户逻辑程序所需的时间，反映了
8、PLC的扫描速度。第10页，共55页，编辑于2022年，星期一5.编程语言及指令系统 PLC常用的语言有梯形图语言、助记符语言、流程图语言及某些高级语言等，目前使用最多的是前两种。不同的PLC具有不同的编程语言。6.特殊功能模块 PLC除了具有实现基本功能的主控模块外，还可配置特殊功能模块来实现一些专门功能。7.工作环境 一般PLC的工作温度为055，最高为60；储藏温度为-20+85；相对湿度为5%95%；空气条件：周边不能混有可燃性、易爆性和腐蚀性气体。8.耐振动、冲击性能 一般PLC能承受的振动、冲击频率为1055Hz，振幅为0.5mm，加速度为2g，冲击为10g（1g=10m/s2）。
9、第11页，共55页，编辑于2022年，星期一1.按结构形式分类1)整体式（箱体式）整体式结构的PLC是将PLC基本部件，如CPU、存储器、输入输出部件和电源等集中配置在一起，安装在一个金属或塑料机壳内，机壳的上下两侧是输入输出接线端子，配有反映输入输出状态的微型发光二极管，构成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小巧、重量轻、价格低等优势，适用于嵌入控制设备的内部，常用于单机控制。2.3.2 可编程控制器的分类可编程控制器的分类 第12页，共55页，编辑于2022年，星期一2)模块式 模块式PLC是把各个组成部分CPU、I/O、电源等分开，做成独立的功能
10、模块，各模块做成插件式，插入机架底板的插座上。用户可以按照控制要求，选用不同档次的CPU模块、各种I/O模块和其他特殊模块，构成不同功能的控制系统。模块式结构的PLC配置灵活、组装方便、扩展容易，其I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大得多。其缺点是结构较复杂，造价也较高，所以系统复杂。要求较高的大、中型PLC都采用这种结构3)叠装式PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，就构成了所谓的叠装式PLC。叠装式PLC集整体式PLC与模块式PLC优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。第13页，共55页，编辑于2022年，星期一
11、2.按输入/输出点数分类 1)小型PLC其存储器容量一般在24KB之间，I/O点数一般在256点以下。小型PLC具有逻辑运算、定时和计数等功能，适合于开关量控制、定时和计数控制等场合，常用于代替继电器控制的单机线路中。2)微型PLCI/O点数小于32点的PLC称为微型（超小型）PLC。这种迷你型的PLC适用于最小的封装，是希望低成本的用户在有限的I/O范围内寻求功能强大的控制的首选机种。3)中型PLC中型PLC的存储容量一般8KB左右，I/O点数一般在128512之间。除具有逻辑运算、定时和计数功能外，还具有算术运算、数据传输、通信联网和模拟量输入输出等功能。适用于既有开关量又有模拟量的较为复
12、杂的逻辑控制系统以及连续生产的过程控制场合。第14页，共55页，编辑于2022年，星期一4)大型PLC大型PLC的存储器容量一般在1664KB之间，I/O点数一般在5128192之间。其性能已经与工业控制计算机相当，除具有上述中型机的功能外，还具有多种类、多信道的模拟量控制以及强大的通信联网、远程控制等功能，有些PLC还具有冗余能力。5)超大型PLC存储器容量和I/O点数比大型PLC更大、更高的PLC称为超大型PLC。第15页，共55页，编辑于2022年，星期一3.按PLC的功能强弱分类 1)低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术
13、运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。2)中档 PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID（比例、积分、微分控制）控制等功能，可完成既有开关量又有模拟量的控制任务，以适用于复杂控制系统。3)高档PLC 除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT（Cathode Ray Tube，意为阴极射线管）显示、打印和更强的通信联网功能，可用于远程控制、大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂
14、自动化。第16页，共55页，编辑于2022年，星期一4.按生产厂家分 德国西门子公司 日本OMRON公司 日本三菱公司 美国GE公司 德国莫迪康公司（施奈德）美国AB（AlienBradley）公司 日本松下公司 国内PLC厂家最有影响的是无锡的华光公司 第17页，共55页，编辑于2022年，星期一2.4 可编程控制器的特点和可编程控制器的特点和基本应用基本应用 2.4.1 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 2.4.2 可编程控制器的基本应用可编程控制器的基本应用 第18页，共55页，编辑于2022年，星期一1.可靠性高，抗干扰能力强 1)软件措施(1)PLC设计了故障检测软件定期地检测外
15、界环境。如掉电、欠电压、强干扰信号等，以便及时进行处理。(2)PLC偶发性故障条件出现时，由于其具有信息保护和恢复软件，将对PLC内部信息进行保护，以防遭到破坏；当故障条件消失，将恢复原来的信息，使系统继续正常工作。(3)PLC中设置有警戒时钟WDT，当某次循环执行时间超过了WTD规定的时间，预示程序进入死循环，则立即报警。(4)对程序进行检查和检测，一旦程序有错，立即报警并停止执行。2.4.1 2.4.1 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 第19页，共55页，编辑于2022年，星期一2)硬件措施(1)PLC的电源变压器、内部CPU、编程器等主要部件均采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防
16、外界干扰。(2)PLC内部的微处理器和输入输出电路之间，均采用了光电隔离措施，有效地隔离了输入输出间电的联系，减少了故障和误动作。(3)PLC的输入输出线路采用了多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰。(4)PLC采用模块式结构，有助于在故障情况下快速修复或更换。第20页，共55页，编辑于2022年，星期一2.编程方便，易于使用 梯形图语言延续使用继电器控制的许多符号和规定，其形象直观、易学易懂。电气工程师和具有一定基础的技术操作人员都可以在短期内学会，使用起来得心应手。PLC除了可以远程通信控制，也可根据现场情况，利用便携式编程器，在生产现场边调试边修改程序，以适应生产需要。3.通用性强，配套
17、齐全 PLC产品已经标准化、系列化、模块化，其开发制造商为用户配备了品种齐全的I/O模块和配套部件。用户只需要在硬件系统选定的基础上，设计满足控制对象要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改相关程序，就能变更其控制功能。第21页，共55页，编辑于2022年，星期一4.安装简单、调试方便、维护工作量小由于PLC用软件代替继电器控制系统中的大量硬件，使得控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC软件设计和调试可以在实验室里进行，而且现场统调过程中发现的问题可通过修改程序来解决。由于PLC本身的可靠性高，又有完善的自我诊断能力，一旦发生故障，可以根据报警信息，快速查明故障原因
18、。第22页，共55页，编辑于2022年，星期一1.开关量逻辑控制 用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。2.模拟量过程控制 除了数字量之外，PLC还能通过模拟量I/O模块，实现A/D、D/A转换，并控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过PLC的A/D模块将它们转换为数字量送PLC内部CPU处理，处理后的数字量再经过D/A转换为模拟量进行输出控制。3.机械件位置控制位置控制是指PLC使用专用的指令或运动控制模块来控制步进电动机或伺服电动机，从而实现对各种机械构件的运动控制，与顺序控制功能有机的结合
19、在一起，如控制构件的速度、位移、运动方向等。2.4.2 2.4.2 可编程控制器的基本应用可编程控制器的基本应用 第23页，共55页，编辑于2022年，星期一4.现场数据采集处理目前PLC都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指令、位移与循环位移指令等，所以由PLC构成的监控系统，可以方便地对生产现场的数据进行采集、分析和加工处理。5.通信联网、多级控制PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用其专用通信模块，并利用RS-232C或RS-422A接口，用双绞线或同轴电缆或光缆将它们连成网络。第24页，共55页，编辑于2022年，星期一2.5 可编程控制器的工作原可编程控制
20、器的工作原理理 2.5.1 PLC的工作方式的工作方式 2.5.2 PLC的扫描周期的扫描周期 2.5.3 PLC的的I/O响应时间响应时间 第25页，共55页，编辑于2022年，星期一1.PLC的循环扫描工作方式 PLC循环扫描的工作过程如右图所示，包括五个阶段：内部处理与自诊断、与外设进行通信处理、输入采样、用户程序执行、输出刷新。PLC有运行（RUN）和停止（STOP）两种基本的工作模式。2.5.1 PLC的工作方式的工作方式 STOPRUN内部处理通信服务输入采样程序执行输出刷新图2.2 PLC循环扫描的工作过程第26页，共55页，编辑于2022年，星期一下图反映了RUN状态下扫描的全
21、部过程。按钮X0X0X1X1X1X0Y0Y0Y0COMCOM行程开关程序执行程序执行输入刷新输出刷新1个扫描周期输入锁存电路输入映像区输出锁存电路输出映像区电源图2.3反映了RUN状态下扫描的全部过程。第27页，共55页，编辑于2022年，星期一2.PLC输入/输出的特点PLC采取集中输入采样，集中输出刷新的扫描方式。因此PLC对输入/输出处理有着如下特点。1)在映像存储区中设置I/O映像区，分别存放执行程序之前采样的各输入状态和执行程序后各元件的状态。2)输入点在I/O映像存储器中的数据，取决于输入端子在本扫描周期输入采样阶段所刷新的状态，而在程序执行和输出刷新阶段，其内容不会发生改变。3)
22、输出点在I/O映像存储器中的数据，取决于程序中输出指令的执行结果，而在输入采样和输出刷新阶段，其内容不会发生改变。4)输出锁存电路中的数据，取决于上一个扫描周期输出刷新阶段存入的内容，而在输入采样和程序执行阶段，其内容不会发生改变。5)直接与外部负载连接的输出端子的状态，取决于输出锁存电路输出的数据。6)程序执行中所需要的输入/输出状态，取决于由I/O映像存储器中的数据。第28页，共55页，编辑于2022年，星期一3.PLC同传统继电器控制的异同 控制系统控制方式线圈通电继电器硬逻辑并行运行方式所有常开/常闭触点立即动作PLC循环扫描工作方式CPU扫描到的接点才会动作表2.2 PLC控制系统与
23、继电器控制系统的比较 第29页，共55页，编辑于2022年，星期一1.PLC扫描周期的定义PLC全过程扫描一次所需的时间定为一个扫描周期。2.PLC扫描周期的计算一个完整的扫描周期可由自诊断时间、通信时间、扫描I/O时间和扫描用户程序时间相加得到。3.PLC扫描周期与继电器控制系统响应时间比较传统的继电控制系统采用硬逻辑并行工作方式，线圈控制其所属触点同时动作。PLC控制系统采用顺序扫描工作方式，软线圈控制其所属接点串行动作。PLC的扫描周期越长，响应速度越慢，产生了输入、输出的滞后。这种响应滞后非但无害，反而可增强系统的抗干扰能力，避免了在同一时刻因有几个电器同时动作而产生的触点动作时序竞争
24、现象，避免执行机构频繁动作而引起的工艺过程波动。2.5.2 PLC的扫描周期的扫描周期 第30页，共55页，编辑于2022年，星期一I/O响应时间指从PLC的输入信号变化开始到引起相关输出端信号的改变所需的时间，它反映了PLC的输出滞后输入的时间。引起输入/输出滞后的主要原因是：1)为了增强PLC的抗干扰能力，PLC的每个开关量输入端都采用电容滤波、光电隔离等技术。2)由于PLC采用集中I/O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像区的内容也不会改变。这样，就导致了输出信号滞后于输入信号，其响应时间至少要一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。3)由于程序设
25、计不当，产生了附加影响。2.5.3 PLC的的I/O响应时间响应时间 第31页，共55页，编辑于2022年，星期一当前扫描周期下一个扫描周期输入采样程序执行输出刷新输入采样程序执行输出刷新最短响应时间图2.4 最短的I/O响应时间 当前扫描周期下一个扫描周期输入采样程序执行输出刷新输入采样程序执行输出刷新最长响应时间图2.5 最长的I/O响应时间 第32页，共55页，编辑于2022年，星期一2.6 三菱三菱FX系列可编程控制器介系列可编程控制器介绍绍 2.6.1 FX系列型号名称的含义系列型号名称的含义 2.6.2 FX2N系列可编程控制器的基本构成系列可编程控制器的基本构成 2.6.3 FX
26、系列可编程控制器的编程语言系列可编程控制器的编程语言 第33页，共55页，编辑于2022年，星期一2.6.1 FX系列型号名称的含系列型号名称的含义义 FX系列PLC型号名称的含义如下：FX 1 2 3 4 51系列序号：如1S、1N、2N、3U、3G等；2I/O总点数：10256；3单元类型：M为基本单元，E为I/O混合扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块；4输出形式：R为继电器输出，T为晶体管输出，S为双向晶闸管输出；5特殊品种区别：D为DC24V电源，AC输入；A1为AC电源，AC输入；H为大电流输出扩展模块（1A/1点）；V为立式端子排的扩展模块；C为接插
27、口输入输出方式；F为输入滤波器1ms的扩展模块；S为独立端子（无公共端）扩展模块；无标记为AC电源，DC输入，横式端子排。第34页，共55页，编辑于2022年，星期一1.PLC的硬件组成 下图为PLC硬件系统结构框图。2.6.2 FX2N系列可编程控制器的系列可编程控制器的基本构成基本构成CPUROM RAM电 源按钮继电器触点行程开关编程器或外围设备接触器电磁阀指示灯输 入 电 路输 出 电 路图2.6 PLC硬件系统结构框图 第35页，共55页，编辑于2022年，星期一1)中央处理器（CPU）同计算机一样，CPU由控制器、运算器和寄存器组组成。在PLC中CPU是按照固化在ROM中的系统程序
28、所赋予的功能来工作的，它能监测和诊断电源、内部电路工作状态和用户程序中的语法错误，它能按照扫描方式来完成用户程序。2)存储器（ROM和RAM）PLC系统中配有两种存储器：只读存储器ROM和随机存取存储器RAM。ROM用来存放系统管理程序，是软件固化的载体，用户不能访问和修改这部分存储器里的内容；RAM则用来存放用户编制的应用程序和工作数据、状态。第36页，共55页，编辑于2022年，星期一3)输入/输出（I/O）单元输入/输出单元是PLC与输入/输出设备之间信息传送的接口。(1)PLC输入单元电路PLC以开关量顺序控制为特长，其输入电路基本相同，有直流输入方式、交流输入方式和交直流输入方式。如
29、右图所示，为直流输入方式。图2.7 直流输入方式的电路图 第37页，共55页，编辑于2022年，星期一(2)PLC输出单元电路PLC的外接负载和工作电源与PLC的输出端子和公共端子COM相连，负载工作受PLC程序运行结果的控制。其输出电路有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种形式，三种输出方式的技术指标如右表所示。形式指标继电器输出晶闸管输出晶体管输出内部电源AC250V、DC30V以下AC85242VDC530V最大负载电阻负载2A/1点8A/4点（COM）8A/8点（COM）0.3A/1点0.8A/4点0.5A/1点，0.8A/4点1.6A/8点（Y0、Y1以外）0.3A/1点（Y0、Y
30、1）感性负载80VA15VA/AC100V 30VA/AC200V50VA/AC100V 100VA/AC200V12W/DA24V（Y0、Y1外）7.2W/DC24V（Y0、Y1）灯负载100W30W100W1.5W/DC24V（除Y0、Y1）0.9W/DC24V（Y0、Y1）开路漏电流-1mA/AC100V 2mA/AC200V0.1mA/DC30V最小负载DC5V/2mA0.4VA/AC100V 1.6VA/AC200V响应时间OFFON约10ms1ms以下0.2ms以下15s(Y0、Y1)ONOFF10ms以下0.2ms以下30s(Y0、Y1)电路隔离机械隔离光电晶闸管隔离光电耦合器隔
31、离输出时显示LED灯亮LED灯亮LED灯亮第38页，共55页，编辑于2022年，星期一 继电器输出继电器输出电路如右图所示。继电器输出电路的优点是电压范围宽，导通压降小，价格也便宜，既可以控制交流负载，也可控制直流负载；其缺点是触点寿命短，响应时间长。COMY000负载图2.8 继电器输出电路 第39页，共55页，编辑于2022年，星期一 晶体管输出晶体管输出电路如右图所示。晶体管输出属直流输出，只能接直流负载。其优点是寿命长，无噪声，可靠性高，响应快；其缺点是价格高，过载能力差。+COMY000负载图2.9 晶体管输出电路 第40页，共55页，编辑于2022年，星期一 晶闸管输出晶闸管输出电
32、路如右图所示。晶闸管输出属于交流输出。优点是寿命长，无噪声，可靠性高，可驱动交流负载；缺点是价格高，负载能力较差。COMY000负载图2.10 晶闸管输出电路 第41页，共55页，编辑于2022年，星期一4)电源单元由于PLC内部各部件都需要电源单元来提供稳定的直流电压和电流，所以电源单元在PLC中是极为重要的。PLC的内部有一个高性能的稳压电源，因此对外部电源的稳定性要求不高。5)编程器编程器是PLC的最重要的外围设备，最少包括键盘和显示两部分，用于对用户程序进行输入、读出、检验和修改。一般分为便携式编程器和图形编程器两类。第42页，共55页，编辑于2022年，星期一2.软件组成 1)监控程
33、序它是每一个PLC成品必须包括的部分，是由PLC的制造者编制的，用于控制PLC本身的运行 (1)系统管理程序它是监控程序中最重要的部分，整个PLC的运行都受它控制。其中又包括运行管理、存储空间管理和系统自检程序。(2)用户指令解释程序任何计算机最终都是根据机器语言来执行的，在PLC中用户可采用梯形图语言编程，将人们易懂的梯形图程序变为机器能懂的机器语言就是解释程序的任务。(3)标准程序模块和系统调用PLC的各种具体工作都是由这部分程序来完成的，它的功能强弱也就决定了PLC性能的强弱。第43页，共55页，编辑于2022年，星期一2)用户程序用户程序是PLC的使用者编制的针对控制问题的程序，它可以
34、通过多种编程语言形式来编制，它的最大容量由监控程序所限制。3)用户环境用户环境是由监控程序生成的。(1)用户数据结构主要分三类：一类是bit数据，这是一类逻辑量；另一类为字数据。其数制、位长有多种形式。；第三类是“字”与“bit”的混合，即同一个元件既有bit元件又有字元件。第三类是“字”与“bit”的混合，即同一个元件既有bit元件又有字元件。第44页，共55页，编辑于2022年，星期一1.梯形图语言 1)从继电接触控制图到梯形图 梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来。它最大的优点就是形象直观，使用简便，很容易被熟悉继电器控制的电气人员掌握、使用，特别适用于开关量逻辑控制。2.6.
35、3 FX系列可编程控制器系列可编程控制器的编程语言的编程语言 第45页，共55页，编辑于2022年，星期一例：图2.13是常见的电机起-停继电接触控制线路，现准备改用PLC来控制电机的起-停，试将其控制部分线路改用与其等效的PLC控制的梯形图。图2.13 电机的起-停控制电路图 图2.14 电机起-停控制梯形图 第46页，共55页，编辑于2022年，星期一比较例题中的继电器控制图2.13和梯形图2.14，可以得出结论以下结论：(1)对于同一控制电路，继电器控制原理图和梯形图的输入、输出信号完全相同，其输入/输出点的分配对应关系如表2.3所示。(2)对于同一控制电路，继电器控制原理图和梯形图的控
36、制逻辑相同。(3)两者的区别在于，前者使用硬器件，靠接线连接形成控制程序；而后者使用PLC中的内部存储器组成的软器件，靠软件实现控制程序。PLC的存储过程控制具有很高的柔性，不需改变接线即能改变控制过程。(4)梯形图中不存在实际的电流，而是一种假想的能流（Power Flow）来模拟继电接触控制逻辑。输 入输 出名 称输入点名 称输出点启动按钮SB2X000输出接触器KMY000停止按钮SB1X001热继电器常闭FRX002表2.3 输入/输出点分配表 第47页，共55页，编辑于2022年，星期一2)梯形图中的图元符号梯形图中的图元符号是对继电接触控制图中的图形符号的简化和抽象。触点代表逻辑输
37、入条件；线圈通常代表逻辑输出结果。两者的对应关系如下表所示。表2.4 继电接触控制图符号与梯形图图元符号的对应关系从表2.4可以得出如下结论：(1)对应继电接触控制图中的各种常开符号，在梯形图中一律抽象为一种图元符号来表示。(2)不同的PLC编程软件（或版本），在其梯形图中使用的图元符号可能会略有不同。名称梯形图中的图元符号继电接触控制图中的符号常开常闭线圈第48页，共55页，编辑于2022年，星期一3)梯形图的格式梯形图用接点的连接组合表示条件，用线圈的输出表示结果，从而绘制出若干逻辑行组成顺控电路图。梯形图的绘制必须按规定的格式进行：(1)PLC程序按从上到下，从左到右的顺序编写，梯形图左
38、边垂直线称为起始母线（或称左母线）、右边垂直线称为终止母线（或称右母线）。每一逻辑行都是从起始母线开始，终止于终止母线。(2)梯形图中起始母线接输入触点或内部继电器触点，表示控制条件。右端的起始母线连接输出线圈，表示控制的结果，且同一标识的输出线圈只能使用一次。(3)梯形图中各软元件的常开和常闭触点均可无限多次重复使用。(4)梯形图中的触点可以任意串联和并联，而输出线圈只能并联，不能串联。(5)在梯形图的最后一个逻辑行要用程序结束符“END”，以告诉编译系统，用户程序到此结束。第49页，共55页，编辑于2022年，星期一2.助记符语言 助记符语言是以一种与微型计算机的汇编语言中的指令相似的助记
39、符表达式来表示控制程序的程序设计语言。表2.5是针对图2.14梯形图的助记符指令程序，该程序共占用6个程序步。步 序操 作 码操 作 数说 明0LDX000逻辑行开始，输入X000常开接点1ORY000并联Y000的自保接点2ANIX001串联X001的常闭接点3ANIX002串联X002的常闭接点4OUTY000输出Y000线圈5END逻辑行结束表2.5 对应图2.14梯形图的指令表 第50页，共55页，编辑于2022年，星期一3.顺序功能图语言顺序功能图也称流程图，是一种描述开关量顺序控制系统功能的图解表示法。用顺序功能图语言来编制复杂的顺控程序的编程思路如下：1)按结构化程序设计的要求，
40、将一个复杂的控制过程分解为若干个工步，这些工步称为状态。2)顺序功能图语言主要由状态、转移和有向线段等组成。状态表示过程中的一个工步（动作）。转移表示从一个状态到另一个状态的变化。状态之间要用有向线段连接，以表示转移的方向。3)顺序功能图语言的基本形式按结构来分可以分为三种。分别是单流程结构、选择结构和并行结构。第51页，共55页，编辑于2022年，星期一单流程结构是指其状态是一个接着一个地顺序进行。单流程结构如右图(a)所示。选择结构是指在某一状态后有几个单流程分支，当相应的转移条件满足时，一次只能选择进入一个单流程分支。选择性结构如右图(b)所示。并行结构是指在某一转移下，如转移条件满足，
41、将同时触发并行的几个单流程分支，这些并行的顺序分支应画在两条双水平线之间。并行结构如右图(c)所示。(a)单流程结构 (b)选择结构 (c)并行结构 图2.16 顺序功能图语言的三种基本形式 第52页，共55页，编辑于2022年，星期一4.功能块图语言功能块图是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，熟悉数字电路的人比较容易掌握这种编程方式。5.结构文本语言结构文本是为IEC 61131-3标准创建的一种专门的高级汇编语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编程也非常简洁紧凑。第53页，共55页，编辑于2022年，星期一小小 结结本章主要介绍了PLC的
42、产生、发展以及其未来的发展趋势。PLC经过了几十年的发展，从一开始的简单逻辑控制到现在的过程控制、数据处理、联网通信，随着科技的不断进步，PLC也将两个方向发展：一个是向超小型、专业化、低价格方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速度、多功能、分布式全自动网络化方向发展，以适应大型工厂、企业自动化的需求。本章还介绍了PLC的性能指标、工作原理及其基本结构。由此，可以总结出PLC的一些特性如下：(1)PLC具有可靠性高、抗干扰能力强，简单易学、适应性强、调试维修方便等特点。(2)PLC除了用于开关量控制，还能进行模拟量控制、数据处理和通信联网等。(3)PLC有着同通用微机相同的硬件结构。第54页，共55页，编辑于2022年，星期一(4)可编程控制器的主要技术指标包括I/O总点数、存储容量、扫描速度等，由此PLC分成了不同等级。选择不同的技术指标的PLC，可以满足不同的控制要求，(5)PLC采用循环扫描工作方式。在扫描梯形图时，则总是按先上后下、先左后右的顺序进行扫描。扫描工作方式是产生输入输出响应滞后现象的主要原因。最后针对本书后面章节的需要，重点介绍了三菱FX系列PLC，包括PLC的基本构成和编程语言。第55页，共55页，编辑于2022年，星期一