00可编程控制器概述.docx

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00可编程控制器概述

第一章可编程控制器概述

可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已得到迅速推广普及。

正改变着工厂自动控制的面貌，对传统的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。

可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容写入控制器的用户程序内，控制器和被控对象连接也很方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的已不再是仅有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、调节和数据通信功能。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。

可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。

但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

一、PLC的结构及各部分的作用

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。

PLC的硬件系统结构如下图1-1所示：

图1-1PLC的硬件系统结构图

1.主机

主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。

CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。

PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。

本实验装置选用三菱主机，FX2N-48MR-001AC/DC/继电器内置数字量I/O（24路开关量输入，24路继电器输出），另配置FXON-3A模拟量模块（2路模拟量输入，1路模拟量输出），FX2N-485-BD通信模块。

SC-09通信编程器，采用RS485网络通信。

2．输入/输出（I/O）接口

I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。

输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。

输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。

I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。

I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。

3．电源

图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。

4．编程器

编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。

除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。

5．输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）。

6．外部设备接口

此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。

二、PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

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的扫描一个周期必经输入采样、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。

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，执行的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。

三、PLC的程序编制

1.编程元件

PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。

编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。

编程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、数据寄存器及特殊功能继电器等。

PLC内部这些继电器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。

当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。

所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。

FX2N-48MR编程元件的编号范围与功能说明如表1-1所示。

表1-1FX2N-48MR编程元件的编号范围与功能说明

元件名称

代表字母

编号范围

功能说明

输入继电器

X

X0～X27共24点

接受外部输入设备的信号

输出继电器

Y

Y0～Y27共24点

输出程序执行结果并驱动外部设备

辅助继电器

M

M0～M499共500点

在程序内部使用，不能提供外部输出

继电器

T

T0～T199

100ms延时定时继电器,触点在程序内部使用

T200～T245

10ms延时定时继电器,触点在程序内部使用

计数继电器

C

C0～C99

加法计数继电器，触点在程序内部使用

数据寄存器

D

D0～D199

数据处理用的数值存储元件

嵌套指针

N、P

N0～N7P0～P127

N主控用，P跳跃、子程序用

2．编程语言

所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。

PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。

（1）梯形图（语言）

梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。

它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。

梯形图中常用、图形符号分别表示PLC编程元件的动断和动合接点；

用表示它们的线圈。

梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。

梯形图的设计应注意到以下三点：

①梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。

每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。

②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。

这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。

③输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。

因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。

输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。

输出继电器的触点也可供内部编程使用。

（2）指令语句表

指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。

一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。

下例为PLC实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法：

第二章可编程控制器基本指令简介

三菱可编程控制器基本指令如表所示：

名称

助记符

目标元件

说明

取指令

LD

X、Y、M、S、T、C

常开接点逻辑运算起始

取反指令

LDI

X、Y、M、S、T、C

常闭接点逻辑运算起始

线圈驱动指令

OUT

Y、M、S、T、C

驱动线圈的输出

与指令

AND

X、Y、M、S、T、C

单个常开接点的串联

与非指令

ANI

X、Y、M、S、T、C

单个常闭接点的串联

或指令

OR

X、Y、M、S、T、C

单个常开接点的并联

或非指令

ORI

X、Y、M、S、T、C

单个常闭接点的并联

或块指令

ORB

无

串联电路块的并联连接

与块指令

ANB

无

并联电路块的串联连接

主控指令

MC

Y、M

公共串联接点的连接

主控复位指令

MCR

Y、M

MC的复位

置位指令

SET

Y、M、S

使动作保持

复位指令

RST

Y、M、S、D、V、Z、T、C

使操作保持复位

上升沿产生脉冲指令

PLS

Y、M

输入信号上升沿产生脉冲输出

下降沿产生脉冲指令

PLF

Y、M

输入信号下降沿产生脉冲输出

空操作指令

NOP

无

使步序作空操作

程序结束指令

END

无

程序结束

一、逻辑取及线圈驱动指令LD、LDI、OUT

LD，取指令。

表示一个与输入母线相连的动合接点指令，即动合接点逻辑运算起始。

LDI，取反指令。

表示一个与输入母线相连的动断接点指令，即动断接点逻辑运算起始。

OUT，线圈驱动指令，也叫输出指令。

LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将接点接到母线上。

也可以与后述的ANB指令、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。

OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。

对输入继电器不能使用。

OUT指令可以连续使用多次。

LD、LDI是一个程序步指令，这里的一个程序步即是一个字。

OUT是多程序步指令，要视目标元件而定。

OUT指令的目标元件是定时器和计数器时，必须设置常数K。

二、接点串联指令AND、ANI

AND，与指令。

用于单个动合接点的串联。

ANI，与非指令，用于单个动断接点的串联。

AND与ANI都是一个程序步指令，它们串联接点的个数没有限制，也就是说这两条指令可以多次重复使用。

这两条指令的目标元件为X、Y、M、S、T、C。

OUT指令后，通过接点对其它线图使用OUT指令称为纵输出或连续输出。

这种连续输出如果顺序没错，可以多次重复。

三、接点并联指令OR、ORI

OR，或指令，用于单个动合接点的并联。

ORI，或非指令，用于单个动断接点的并联。

OR与ORI指令都是一个程序步指令，它们的目标元件是X、Y、M、S、T、C。

这两条指令都是一个接点。

需要两个以上接点串联连接电路块的并联连接时，要用后述的ORB指令。

OR、ORI是从该指令的当前步开始，对前面的LD、LDI指令并联连接。

并联的次数无限制。

四、串联电路块的并联连接指令ORB

两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。

串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结束用ORB指令。

ORB指令与后述的ANB指令均为无目标元件指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。

ORB有时也简称或块指令。

ORB指令的使用方法有两种：

一种是在要并联的每个串联电路后加ORB指令；另一种是集中使用ORB指令。

对于前者分散使用ORB指令时，并联电路块的个数没有限制，但对于后者集中使用ORB指令时，这种电路块并联的个数不能超过8个（即重复使用LD、LDI指令的次数限制在8次以下），所以不推荐用后者编程。

五、并联电路的串联连接指令ANB

两个或两个以上接点并联电路称为并联电路块，分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ANB指令。

分支的起点用LD、LDI指令，并联电路结束后，使用ANB指令与前面电路串联。

ANB指令也简称与块指令，ANB也是无操作目标元件，是一个程序步指令。

六、主控及主控复位指令MC、MCR

MC为主控指令，用于公共串联接点的连接，MCR叫主控复位指令，即MC的复位指令。

在编程时，经常遇到多个线圈同时受到一个或一组接点控制。

如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的接点，将多占用存储单元，应用主控指令可以解决这一问题。

使用主控指令的接点称为主控接点，它在梯形图中与一般的接点垂直。

它们是与母线相连的动合接点，是控制一组电路的总开关。

MC指令是3程序步，MCR指令是2程序步，两条指令的操作目标元件是Y、M，但不允许使用特殊辅助继电器M。

七、置位与复位指令SET、RST

SET为置位指令，使动作保持；RST为复位指令，使操作保持复位。

SET指令的操作目标元件为Y、M、S。

而RST指令的操作元件为Y、M、S、D、V、Z、T、C。

这两条指令是1～3个程序步。

用RST指令可以对定时器、计数器、数据寄存、变址寄存器的内容清零。

八、脉冲输出指令PLS、PLF

PLS指令在输入信号上升沿产生脉冲输出，而PLF在输入信号下降沿产生脉冲输出，这两条指令都是2程序步，它们的目标元件是Y和M，但特殊辅助继电器不能作目标元件。

使用PLS指令，元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作（置1）。

而使用PLF指令，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作。

使用这两条指令时，要特别注意目标元件。

例如，在驱动输入接通时，PLC由运行到停机到运行，此时PLSM0动作，但PLSM600（断电时，电池后备的辅助继电器）不动作。

这是因为M600是特殊保持继电器，即使在断电停机时其动作也能保持。

九、空操作指令NOP

NOP指令是一条无动作、无目标元件的1程序步指令。

空操作指令使该步序作空操作。

用NOP指令替代已写入指令，可以改变电路。

在程序中加入NOP指令，在改动或追加程序时可以减少步序号的改变。

一十、程序结束指令END

END是一条无目标元件的1程序步指令。

PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理，若在程序最后写入END指令，则END以后的程序就不再执行，直接进行输出处理。

在程序调试过程中，按段插入END指令，可以按顺序扩大对各程序段动作的检查。

采用END指令将程序划分为若干段，在确认处于前面电路块的动作正确无误之后，依次删去END指令。

要注意的是在执行END指令时，也刷新监视时钟。

第三章可编程控制器的编程规则

一、编程的八个步骤

1.决定系统所需的动作及次序。

当使用可编程控制器时，最重要的一环是决定系统所需的输入及输出，这主要取决于系统所需的输入及输出接口分立元件。

2.输入及输出要求

（1）第一步是设定系统输入及输出数目，可由系统的输入及输出分立元件数目直接取得。

（2）第二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应。

3.将输入及输出器件编号

每一输入和输出，包括定时器、计数器、内置继电器等都有一个唯一的对应编号，不能混用。

4.画出梯形图。

根据控制系统的动作要求，画出梯形图。

梯形图设计规则

（1）触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。

应根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的几种可能控制路径来画。

（2）不包含触点的分支应放在垂直方向，不可放在水平位置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。

（3）在有几个串联回路相并联时，应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面。

在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。

这种安排，所编制的程序简洁明了，语句较少。

（4）不能将触点画在线圈的右边，只能在触点的右边接线圈。

5.将梯形图转化为程序

把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码，当完成梯形图以后，下一步是把它编码成可编程控制器能识别的程序。

这种程序语言是由地址、控制语句、数据组成。

地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置，控制语句告诉可编程控制器怎样利用数据作出相应的动作。

6.在编程方式下用键盘输入程序。

7.编程及设计控制程序。

8.测试控制程序的错误并修改。

9.保存完整的控制程序。

第四章可编程控制器的网络及通信

一、可编程控制器的网络化趋势

如果把PLC与PLC、PLC与计算机或PLC与其它智能装置通过传输介质连接起来，就可以实现通信或组建网络，从而构成功能更强，性能更好的控制系统，这样可以提高PLC的控制能力及控制范围实现综合及协调控制，同时，还便于计算机管理及对控制数据的处理，提供人机界面友好的操控平台；可使自动控制从设备级发展到生产线级，甚至工厂级，从而实现智能化工厂（SmartFactory）的目标。

随着计算机技术、通信及网络技术的飞速发展，PLC在通信及网络方面的发展也极为迅猛，几乎所有提供可编程控制器的厂家都开发了通信模块或网络系统。

三菱电机率先较早的开发了CC-link网络，随着网络化控制及集散式控制不断普及，工业控制要求的不断提高，传统的PLC控制系统的网络化方向发展已成为趋势。

二、三菱可编程控制器的通讯类型

1.N：

N网络

用FX2N，FX2NC，FX1N，FXON可编程控制器进行的数据传输可建立在N：

N的基础上，总站点数最大8个。

2.计算机链接（用专用协议进行数据传输）

用RS485（422）单元进行的数据传输可用专用协议在1：

N（16）的基础上完成，最多可以连16台PLC机。

3.CC-link网络

用FX2N-16CCL-M主站模块和FX2N-32CCL网络接口模块构成CC-link网络，完成1：

N（32）通信。

三、通讯格式

本节解释怎样在无协议通讯（RS指令）和计算机链接之间进行通讯设置。

1.什么是通讯格式。

通讯格式决定计算机链接和无协议通讯（RS指令）间的通讯设置（数据长度，奇偶校验和波特率等）。

通讯格式可用可编程控制器中的特殊数据寄存器D8120来进行设置。

根据所使用的外部设备来设置D8120。

当修改了D8120的设置后，确保关掉可编程控制器的电源，然后再打开，否则无效。

2.相关标志和数据寄存器。

（1）特殊辅助继电器

特殊辅助继电器

描述

M8121

数据传输延时（RS指令）

M8122

数据传输标志（RS指令）

M8123

接收结束标志（RS指令）

M8124

载波检测标志（RS指令）

M8126

全局标志（计算机链接）

M8127

接通要求握手标志（计算机链接）

M8128

接通要求错误标志（计算机链接）

M8129

接通要求字/字节变换（计算机链接）

超时评估标志（RS指令）

M8161

8位/16位变换标志（RS指令）

（2）特殊数据寄存器

特殊数据寄存器

描述

D8120

通讯格式（RS指令，计算机链接）

D8121

站点号设定（计算机链接）

D8122

剩余待传输数据数（RS指令）

D8123

接收数据数（RS指令）

D8124

数据标题〈初始值：

STX〉（RS指令）

D8125

数据结束符〈初始值：

ETX〉（RS指令）

D8127

接通要求首元件寄存器（计算机链接）

D8128

接通要求数据长度寄存器（计算机链接）

D8129

数据网络超时计时器值（RS指令，计算机链接）

注：

（）表示使用的应用场合。

3．通讯格式

位号

名称

描述

0（位=OFF）

1（位=ON）

b0

数据长度

7位

8位

b1

b2

奇偶

（b2，b1）

（0，0）：

无

（0，1）：

奇

（1，1）：

偶

b3

停止位

1位

2位

b4

b5

b6

b7

波

特

率（BPS）

（b7，b6，b5，b4）（b7，b6，b5，b4）

（0，0，1，，1）：

300（0，1，1，1）：

4，800

（0，1，0，0）：

600（1，0，0，0）：

9，600

（0，1，0，1）：

1，200（1，0，0，1）：

19，200

（0，1，1，0）：

2，400

b8

标题

无

有效（D8124）默认：

STX（02H）

b9

终结符

无

有效（D8125）默认：

ETX（03H）

b10

b11

b12

控

制

线

无

协

议

（b12，b11，b10）

（0，0，0）：

无作用

（0，0，1）：

端子模式

（0，1，0）：

互连模式（FN2NV2.00版或更晚）

（0，1，1）：

普通模式1

（1，0，1）：

普通模式2（仅FX，FX2C）

计算机链接

（b12，b11，b10）

（0，0，0）：

RS485（422）接口

（0，1，0）：

RS232C接口

b13

和校验

没有添加和校验码

自动添加和校验码

b14

协　议

无协议

专用协议

b15

传输控制协议

协议格式１

协议格式４

例如：

M8002

MOVH0C8ED8120

b15b0

D8120=0000110010001110

0C8E

四、计算机链接（即1：

N通讯）

下述图样为可编程控制器的读、写及状态控制的数据流图。

（1）计算机从可编程控制器读取数据。

（2）计算机向可编程控制器发送数据

（3）可编程控制器向计算机发送数据

2.站号

站号即可编程控制器提供的数字，用来确定计算机在访问哪一个可编程控制器。

在FX系列可编程控制器中，站号是通过特殊数据寄存器D8121来设定的。

设定范围是从00H到0FH。

最多可以实现16台通信。

框图如下：

在以上系统中，可以用以下的指令来设定站号。

如：

0号站设定如下：

LDM8002

MOVK0D8121

梯形图如右：

注意事项如下：

（1）在设定站号