PLC基本指令和应用指令.ppt

,第一章 概述,1.1PLC的结构和特点,PLC的基本结构PLC的特点PLC的应用领域,1,1969年美国数字设备公司研制成功并用于工业现场,1.1 PLC的结构与特点,70年代，计算机技术使PLC从逻辑控制扩展到生产过程控制，真正成为一种电子计算机工业控制设备。,1980年国外工业界正式将其命名为可编程控制器简称PLC。,中文名字为可编程序控制器；英文名字为Programmable Logic Controller。,1.1 PLC的结构与特点,PLC定义,可编程序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；它采用了可编程序的存储器，用来在起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、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。,定义1,是什么,功能,设计原则,（2）PLC的基本结构,1.1 PLC的基本概念与基本结构,模拟量输入,行程开关,继电器触点,按 钮,传感器,CPU,（ROM、RAM）,电源部件,输出模块,输入模块,照明,电磁阀,接触器,光电隔离,继电器、可控硅、晶体管电路,编程器,打印机,计算机,接开关电源,1.中央处理单元（CPU）,同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用有三类，通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器（如AMD29W等）。小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器，中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器，大型PLC大多采用高速位片式微处理器。目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU系统，甚至有些PLC中多达8个CPU。,1）接收从编程器输入的用户程序和数据。2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。,2.存储器存储器主要有两种，一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据等。,系统程序是由PLC的制造厂家编写的、与PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。用户程序是随PLC的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常不需要改变时，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM或FLASH ROM作为用户存储器。工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据，它存放在RAM中以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。,3.输入/输出接口电路输入/输出接口电路通常也称为I/O单元或输入输出模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据。同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。,4.通信接口PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印。与监视器连接，可将控制过程图像显示出来。与其它PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。,5.特殊功能模块特殊功能模块是一独立的计算机系统，有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。作为PLC系统的一个模块，它通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。PLC的特殊功能模块种类很多，如高速计数模块、PID控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。本书将在第九章对三菱的特殊功能模块作一简介。,6.编程装置编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。编程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由PLC厂家生产，专供该厂家生产的某些PLC产品使用，它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编程器两类。简易型编程器只能联机编程，而且不能直接输入和编辑梯形图程序，需将梯形图程序转化为指令表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜，它可以直接插在PLC的编程插座上，或者用专用电缆与PLC相连，以方便编程和调试。有些简易编程器带有存储盒，可用来储存用户程序，如三菱的FX-20P-E简易编程器。,7.电源PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。,8.其它外部设备除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人机接口装置等。,1.2 可编程控制器的特点和应用领域,1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如，三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间（MTBF）高达30万小时以上。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关触点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，还可以编写外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不足为怪了。,2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的各种功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。,3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它的接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图编程语言的图形符号、表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC少量的开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。,4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备通过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。,5.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅有数瓦。由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。,开关量逻辑控制 可编程序控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，可以实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。,1.2 PLC的特点与应用领域,运动控制 可编程序控制器的运动控制功能广泛地用于各种机械，如金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等场合。,1.2 PLC的特点与应用领域,1.2 PLC的特点与应用领域,闭环过程控制 过程控制是通过模拟量 IO模块，进行AD和DA转换，实现对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的PID闭环控制。其控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、冶金、电力等行业。,数据处理 现代的PLC具有数学运算、比较、数据传送、转换等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据也可以用通信功能传送到别的智能设备中去。,1.2 PLC的特点与应用领域,通信联网 PLC的通信包括主机与远程IO之间的通信、多台PLC之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如变频器、智能仪表等)之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。,1.2 PLC的特点与应用领域,1969年美国数据设备公司（DEC）研制了第一台PLC，从此PLC发展迅猛。我国改革开放后，美国AB、GE、MODICON、TI，日本OMRON、三菱、富士，德国西门子等厂家的产品不断进入我国，并在各行各业的工控系统中占据重要地位。,附加1：PLC的现状及发展趋势,PLC三大流派欧洲：德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的TI公司美国：A-B（Allen-Bradly）(其产品约占美国PLC市场50的份额。)、GE（General Electric）、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器(T1)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司 日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位。）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品；现在市场上出现了系列化的国产PLC，其价格相对低廉，性价比较高。,附加1：PLC的现状及发展趋势,PLC的国内状况,1974年我国开始仿制美国的第二代PLC产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。主要厂家有：北京和利时，科迪纳，张前苏。洛阳易达，无锡信捷，南京嘉华，兰州全志，广州科赛恩，中山智达，恒日等。,附加1：PLC的现状及发展趋势,PPLC发展 趋势,1.向小型化发展在提高系统可靠性的基础上，PLC产品的体积越来越小，速度加快、功能越来越强而价格降低。从整体结构向小型模块化方向发展，增加了配置的灵活性，更加广泛的取代常规的继电器控制。,附加1：PLC的现状及发展趋势,2.向大型化方向发展目前大中型PLC的CPU已经从早期的1位、8位、16位朝32位、64位发展，时钟频率已经达到几百兆Hz，运算速度大大提高，部分PLC从单CPU处理向多CPU的并行处理发展，速度可以达到0.2ms/千步，存储区容量也成倍的增加，同时具有高可靠性、网络化和智能化的特点。,附加1：PLC的现状及发展趋势,3.编程语言和编程工具的多样化、高级化和标准化国际电工委员会（IEC）1993年发布了IEC1131标准，它是有关可编程控制器的硬件、安装、实验、编程、通信等方面的国际标准。其中IEC1131-3是可编程控制器标准编程语言，它总共规定了5种编程语言。工业控制领域的国际标准IEC1131的推出和实施，打破了以前的各个PLC生产厂商的产品相互不兼容的局限性。近期生产的PLC大都兼容IEC1131-3标准，加速了PLC的应用和开发。,附加1：PLC的现状及发展趋势,4.发展智能模块智能输入输出模块具有CPU，RAM等可以和PLC的CPU并行工作，提高了PLC的速度和效率。各种智能模块不断的推出，如高速计数模块、PID回路控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块、专用数控模块等等，使PLC的高速计数、过程控制、通信等功能大大加强，在可靠性、适应性、扫描速度和控制精度等方面使PLC有了很大的提升。,附加1：PLC的现状及发展趋势,5.向网络化方向发展，通信实现的简单易用化加强PLC的联网能力成为PLC的主要发展趋势。PLC的联网包括PLC之间、PLC和计算机与其他智能设备之间的联网。PLC的生产厂家都在使自己的产品与制造自动化通信协议标准（MAP）兼容，从而使不同的PLC之间可以相互通信，PLC与计算机之间的联网能进一步实现计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助设计（CAD）。,附加1：PLC的现状及发展趋势,6.组态软件在上位机与PLC通信中的应用为了解决上述问题用于工业控制的组态软件应运而生。国际上比较著名的组态软件有InTouch和iFIX等，国内也涌现出了组态王、MCGS和力控等一批组态软件。有的可编程序控制器厂商也推出了自己的组态软件，如西门子的WinCC和GE-Fanuc公司的CIMPLICITY等。使用组态软件可以大量地减少设计上位计算机程序的工作量，缩短开发周期，提高系统的可靠性。,附加1：PLC的现状及发展趋势,7.新型和专用PLC产品的出现近年来随着计算机软件和硬件技术的迅速发展，推动了自动控制技术一系列新的发展，产生了基于PC的PLC、嵌入式PLC和PAC等。近年提出了PAC（Programmable Automation Controller）的概念并已有产品面世，如罗克韦尔自动化公司的ControlLogix和GE Fanuc的PACSystems RX3i等。此外一些专门用途的PLC也大量出现，如专用于数控机床、加工中心外围电气控制的PMC（Programmable Machine Controller）等。,附加1：PLC的现状及发展趋势,就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。近年来PLC的市场销售一直坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。,附加2：PLC与其他工业控制系统的比较,PLC与继电器控制系统比较 继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。,与工业计算机比较工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。PLC采用了采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用，便于推广应用。PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。,附加3：PLC的主要技术指标,1.输入/输出点数（I/O点数）可编程控制器的I/O点数是指外部输入和输出端子数量的总和，它是描述PLC控制规模大小的一个重要的技术指标。通常小型PLC的I/O点有几十点，中型PLC有几百点，大型PLC的I/O点会超过千点。,2.存储容量PLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器，它表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。在日本三菱公司生产的PLC中，程序指令是按“步”存储的。一步占用一个地址单元，一条指令有的往往不止一“步”，一个地址单元一般占用2个字节（16位二进制数为一个字，即2个字节）。如果一个内存容量为4K（1K=1024）步的PLC，其内存为8K字节。而在欧美生产的PLC中，通常用K字（Kw），或K字节（Kb）来表示，也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。,附加3：PLC的主要技术指标,3.扫描速度可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成一次扫描所需的时间叫做扫描周期。这里指扫描一步指令的时间，如s/步。有时也可用扫描1K步用户程序所需要的时间，如以ms/千步为单位。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。,附加3：PLC的主要技术指标,4.指令系统指令系统是指PLC所有指令的总和，在三菱FX系列PLC指令系统中包括基本指令和应用指令。可编程控制器的编程指令条数和种类越多，其软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。,附加3：PLC的主要技术指标,5.软元件（编程软件）的种类和数量软元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器和特殊功能继电器等，其种类和数量的多少直接关系到编程是否方便灵活，也是衡量PLC硬件功能强弱的一个重要技术指标。,附加3：PLC的主要技术指标,6.通信功能通信包括PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块，通信接口，通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。,附加3：PLC的主要技术指标,7特殊功能模块特殊功能模块（单元）种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能模块（单元）的开发，特殊功能（单元）种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大。此外厂家的产品手册上还提供PLC的负载能力、外形尺寸、重量、保护等级、适用的安装和使用环境，如温度、湿度等性能指标参数，以供用户参考。,附加3：PLC的主要技术指标,附加4：PLC的分类,1根据硬件结构形式分类根据硬件结构形式的不同，主要分为整体式和模块式两类。,（1）整体式PLC整体式PLC又称为单元式PLC或箱体式PLC。它是把电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个箱体内，它具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点。整体式PLC又分为基本单元（又称主机）和扩展单元。二者的区别是前者内部有CPU模块而后者没有CPU模块。当需要进行扩展时，只需用扁平电缆将基本单元和一定数量的扩展单元联接起来即可。这种类型PLC的典型产品有，三菱公司早期的F1、F2、FX2系列及后来的FX2N系列，欧姆龙公司的CPM、CQM系列等。三菱FX2N系列PLC的外形，如图2-1所示。图2-1 三菱整体式PLC,附加4：PLC的分类,（2）模块式PLC模块式PLC是由机架（或导轨）和模块组成，可根据需要选配不同的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块以及各种功能模块，只需将模块插入模块插座上即可。各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。这种结构配置非常灵活方便，通常大型、中型PLC多采用此种结构。模块式PLC的产品典型的有，三菱公司的Q系列，A-B公司的PLC-5系列，SIEMENS公司的S7-300、S7-400系列等。三菱Q系列PLC的外形，如图2-2所示。,附加4：PLC的分类,2根据I/O点数分类根据PLC的I/O点数的不同，可将PLC分为小型、中型和大型三类。,附加4：PLC的分类,（1）小型PLCI/O点数小于256点的PLC称为小型PLC。小型PLC以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点。可用于开关量的逻辑控制、定时/计数控制、顺序控制及少量模拟量的控制场合，代替继电器、接触器控制在单机或小规模生产过程中使用。,附加4：PLC的分类,（2）中型PLCI/O点数大于256点小于2048点的PLC称为中型PLC。中型PLC功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环模拟量的过程控制。,附加4：PLC的分类,（3）大型PLCI/O点数大于2048点的PLC称为大型PLC。大型PLC用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络中。,附加4：PLC的分类,3.根据功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。,附加4：PLC的分类,（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，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送比较和通信等功能。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。,附加4：PLC的分类,（2）中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送比较、数制转换、远程I/O、子程序和通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。,附加4：PLC的分类,（3）高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统实现工厂自动化。,附加4：PLC的分类,1.2 PLC的工作原理1.2.1 继电器 继电器主要由电磁线圈、铁心、触点和复位弹簧组成。线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点，反之为常闭触点。线圈通电时，常闭触点断开，常开触点闭合。线圈断电时，常开触点断开，常闭触点闭合。,按下起动按钮SB1，电流经SB1的常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM的主触点闭合，电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮，SB1的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM辅助常开触点的这种功能称为“自锁”或“自保持”。图1-12中的继电器电路称为起动-保持-停止电路，简称为起保停电路。,1.2.2 逻辑运算 用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态，反之为0状态。在波形图中，用高、低电平分别表示1、0状态。“与”、“或”、“非”逻辑运算的输入输出关系见表1-1。,逻辑代数式 中的加号表示逻辑“或”，乘号表示逻辑“与”，上划线表示逻辑“非”。逻辑运算的规则为先“与”后“或”。括号优先，先执行括号中的“或”运算。1.2.3 PLC的工作原理 1.扫描工作方式 RUN模式执行用户程序，“RUN”LED亮。STOP模式不执行用户程序，可以下载程序。模式开关在RUN位置时，上电后自动进入RUN模式。PC和PLC之间建立起通信连接后，若模式开关在RUN位置,可用编程软件改变CPU的操作模式。初始化后PLC循环不停地分阶段处理各种任务。在STOP模式，只执行内部处理和通信服务这两个阶段的任务。RUN模式时，还要完成另外3个阶段的操作。,（1）内部处理阶段。CPU对PLC内部的硬件作故障检查，复位监控定时器（WDT）等。（2）通信服务阶段。是扫描周期的信息处理阶段，PLC与外围设备、编程器、网络设备等进行通信，CPU处理从通信端口接收到的信息。当PLC处于停止（STOP）状态时，只执行以上两个阶段的操作。当可编程序控制器处于运行（RUN）状态时，还要完成另外输入采样、程序执行和输出刷新阶段的操作。在可编程序控制器存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。,（3）输入采样（输入处理）阶段。每次扫描周期的开始，先读取输入端子的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。在随后的用户程序执行的过程中，CPU访问输入映像寄存器区域，而并非读取输入端子的状态。输入信号的变化并不会影响到输入映像寄存器的状态，通常要求输入信号有足够的脉冲宽度，才能被响应。（4）程序执行阶段。用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右、自上而下的逐行扫描，在这一阶段CPU从用户程序的第一条指令开始执行直到最后一条指令结束，程序运行结果放入输出映像寄存器区域。CPU逐条解释并执行用户程序。在此阶段，允许对数字量输入输出指令和不设置数字滤波的模拟量输入输出指令进行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。,（5）输出刷新（输出处理）阶段。每个扫描周期的结束，CPU把存在输出映像寄存器中的数据写入输出锁存器中再输出到数字量输出端子，以更新输出状态。然后PLC进入下一个循环周期，重新执行输入采样阶段，周而复始。,在输入处理阶段，读取所有外部输入电路的接通/断开状态。外部输入电路接通时,对应的输入映像存储器为ON(1状态),梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。反之输入映像存储器为OFF(0状态）。在程序执行阶段，如果没有跳转指令，CPU逐条顺序地执行用户程序。执行程序时，对输入/输出的读写通常是通过输入/输出映像存储器，而不是实际的I/O点。在输出处理阶段，CPU将输出映像区的0、1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出位的线圈“通电”，对应的输出映像存储器为1，对应的硬件继电器的常开触点闭合，外部负载工作。反之外部负载断电。可用中断程序和立即I/O指令提高PLC的响应速度。2扫描周期 在RUN模式时，每次扫描循环的时间称为扫描周期。,5PLC的工作原理,执行第一条指令时，从X0对应的输入映像存储器取出二进制数并保存。执行第二条指令时，取出Y0对应的输出映像存储器中的二进制数，与X0对应的二进制数作“或”运算，运算结果被暂时保存。执行第3、第4条指令时，分别取出X1或X2对应的输入映像存储器中的二进制数，因为是常闭触点，自动取反以后与前面的运算结果作“与”运算，运算结果被暂时保存。执行第5条指令时，将二进制数运算结果送入Y0对应的输出映像存储器。在输出处理阶段，CPU将各输出映像存储器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果Y0对应的输出映像存储器存放的是二进制数1，外接的负载线圈将通电，反之将断电。,6.输入/输出滞后时间,输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的间隔。这个时间由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。,输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生抖动引起的不良影响。滤波时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。,输出模块的滞后时间与输出模块开关器件的类型有关。若是继电器型输出电路，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms；双向晶闸管输出电路的滞后时间约为1ms，可适应高频动作；晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms以下，开关频率高。,假设输入信号X0在第n个扫描周期的输入处理阶段之后才出现，所以在第n个扫描周期内各数据锁存器均为“0”状态；在第n+1个扫描周期的输入处理阶段，输入继电器X0变为“1”状态。在程序执行阶段，由梯形图可知，Y1、Y2的线圈依次“通电”，它们的输出锁存器都变为“1”状态，但因在第n+1个周期程序执行的开始第一行中Y1的常开触点已被扫描过，在本周期Y0的线圈是不“通电”的；在第n+2个扫描周期的程序执行阶段，由于Y1的常开触点接通使Y0的线圈“通电”，Y0的输出锁存器驱动负载接通。可见响应延迟最长可达两个多扫描周期。,如果交换梯形图中第一行和第二行的位置，Y0的延迟时间将减少一个扫描周期，可见延迟时间可以使用程序优化的方法来减少。PLC总的响应延迟时间一般只有数十毫秒，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的PLC或在软件及硬件上采取适当的措施，如采用REF指令，改变滤波电路的时间常数等。,填空题 1)PLC主要由、和 组成。2)继电器的线圈“断电”时，其常开触点，常闭触点。3)外部输入电路接通时，对应的输入过程映像寄存器为 状态，梯形图中后者的常开触点，常闭触点_。4)若梯形图中输出Y的线圈“断电”，对应的输出过程映像寄存器为 _状态，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈，其常开触点，外部负载。,CPU,输入模块,输出模块,电源,断开,闭合,1,闭合,断开,0,失电,断开,失电,第一章 课后习题,1.PLC主要由哪几部分组成？,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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，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。,2.简述PLC的定义。,3.PLC有哪些主要特点？,1.编程方法简单易学2.功能强，性能价格比高3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4.可靠性高，抗干扰能力强5.系统的设计、安装、调试工作量少6.维修工作量小，维修方便7.体积小，能耗低,4.与继电器控制系统相比，PLC有哪些优点？,1 控制方式：继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。2 控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。3 延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。,5.PLC可以用在那些领域？,1.开关量逻辑控制2.运动控制3.闭环过程控制4.数据处理5.通信联网,6.简述PLC的扫描工作过程？,PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段，全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在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。1输入处理 输入处理也叫输入采样。2程序执行 根据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。3输出处理 程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的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，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。,7.在梯形图中，同一软元件的常开触点或常闭触点使用的次数为什么没有限制？制？,PLC中位元件的触点其实只是PLC内部寄存器的一个位，在程序用用到该继电器时，只是重复的对存储器中的相应位作“读”操作，参与逻辑运算，所以可以无限次的使用。,第2章 FX系列PLC的硬件,2.1 FX系列PLC的硬件结构 1基本单元、扩展单元和扩展模块 FX系列PLC采用整体式结构，基本单元内有CPU、输入/输出电路和电源，扩展单元内只有输入/输出电路和电源，基本单元和扩展单元用扁平电缆连接。基本单元有一个RS-422编程接口和RUN/STOP开关，FX1S、FX1N和FX3G系列有两个内置的设置参数用的小电位器。2功能扩展板与显示模块 功能扩展板的价格便宜。可以将功能扩展板或微型设定显示模块安装在基本单元内。功能扩展板有开关量输入、输出板，模拟量输入、输出板，8点电位器板和多种通信板。3特殊模块 有模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、定位单元/模块和通信模块等。,4存储器 PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。（1）随机访问存储器（RAM）RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。芯片断电后储存的信息将会丢失。FX2N、FX3U等系列用RAM 和锂电池来实现断电时程序和数据的保存。需要更换锂电池时，基本单元面板上的“电池电压过低”发光二极管亮，同时特殊辅助继电器M8005的常开触点接通。FX2N、FX3U等系列可以用EEPROM存储器盒来扩展存储器容量。（2）只读存储器（ROM）ROM的内容只能读出，不能写入。断电后储存的信息不会丢失。ROM用来存放系统程序。（3）EEPROM（可以电擦除可编程的只读存储器）EEPROM的数据可以读出和改写，断电后信息不会丢失。写入数据的时间比RAM长，写入的次数有限制。FX1S、FX1N和FX3G等系列使用EEPROM来保存用户程序。,2.2 FX系列PLC性能简介2.2.1 FX各子系列性能简介 1FX系列产品型号的代码见图2-1。例如FX1N-60MT-D属于FX1N系列，是有60个I/O点的基本单元，晶体管输出型，DC电源、漏型输入/输出型。,PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口，有各种各样功能的I/O接口供用户选用。I/O接口（模块）的主要类型有：开关量（数字量）输入、开关量输出和模拟量输入、模拟量输出等。其中模拟量输入输出模块属于三菱PLC的特殊功能模块，如不特别说明，I/O接口指的是开关量输入输出接口。,2.3 I/O模块与特殊功能模块2.3.1 开关量输入电路与开关量输出电路 1开关量输入电路,常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口。这三种开关量输入接口电路的原理图，如图2-4所示。,常用的开关量输出接口按其输出开关功率器件有三种类型：继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。这三种开关量输出接口电路原理图，如图2-5所示。,图（a）为继电器输出电路，继电器同时起隔离和功放的作用。与触点并联的R、C和压敏电阻U在触点断开时起消弧作用。继电器输出电路可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低。,图（b）为晶体管输出电路，晶体管的饱和导通和截止相当于触点的接通和关断。稳压管用来抑制过电压，起保护晶体管作用。晶体管输出电路的响应速度快，动作频率高，只能用于驱动直流负载。,图（c）为双向晶闸管输出电路，光电晶闸管起隔离、功放作用。R、C和压敏电阻用来抑制关断时产生的过电压和外部浪涌电流。双向晶闸管输出接口的响应速度快，只能用于驱动交流负载。,第二章 习题,1.FX系列的基本单元与扩展单元有什么区别？,2.功能扩展板有什么特点，FX系列有哪些功能扩展板？,功能扩展板的价格便宜。可以将功能扩展板或微型设定显示模块安装在基本单元内。功能扩展板有开关量输入、输出板，模拟量输入、输出板，8点电位器板和多种通信板。,3.PLC常用哪几种存储器？它们各有什么特点？分别用来存储什么信息？,PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。（1）随机访问存储器（RAM）RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。芯片断电后储存的信息将会丢失。FX2N、FX3U等系列用RAM 和锂电池来实现断电时程序和数据的保存。需要更换锂电池时，基本单元面板上的“电池电压过低”发光二极管亮，同时特殊辅助继电器M8005的常开触点接通。FX2N、FX3U等系列可以用EEPROM存储器盒来扩展存储器容量。（2）只读存储器（ROM）R