刘军编写
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第一章 可编程控制器的基本知识 本章学习目标 1. 掌握三菱FX系列PLC的结构。 2.了解PLC的基本特点和作用。理解PLC的工作过程。 3.会使用编程软件。 第一节 可编程控制器的定义
任务分析 1.掌握PLC的应用领域。 2.了解PLC的发展趋势。
一、可编程控制器简称 PLC (Programmable Logic Controller)。 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编写程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 值得注意的几点： 1.可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”。 2.可编程控制器是“为在工业环境下应用”而设计的计算机。 3.可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。 二、可编程控制器的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强。 2.配套齐全，功能完善，适用性强，性价比高。 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎。 4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，改造容易。 5.体积小，重量轻，能耗低。 三、可编程控制器的应用领域 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.通讯及联网 四、可编程控制器的发展趋势 1.从技术上看 计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、组网能力更强的品种出现。 2.从产品规模上看 会进一步向超小型及超大型方向发展。 3.从产品的配套性上看 产品的品种会更丰富，规格更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。 4.从市场上看 各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言。 5.从网络的发展情况来看 可编程控制器和其他工业控制计算机组网，构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
第二节 可编程控制器的硬件组成与分类 任务分析 1.掌握PLC的组成。 2.掌握输入输出接口的要求。
可编程控制器的硬件组成与微型计算机相似，其主机由中央处理器 (CPU)、存储器 (RAM、ROM)、输入输出器件 (I/ O接口)、电源及编程设备。 图1—1是PLC的硬件结构示意图。
图1—1 PLC的硬件结构示意图 一、中央处理器 中央处理器是可编程控制器的核心，类似于人的神经中枢的作用，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。 二、存储器 可编程控制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器两种。 1. 系统程序存储器 系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其他各种管理程序。用户无法改变系统程序的内容。 2.用户存储器 用户存储器是专门提供给用户存放程序和数据的，用户存储器又分为用户程序存储器和数据存储器。用户程序存储器用来存放用户编写的应用程序；数据存储器用来存放控制过程中需要不断改变的信息，只能用随机存储器RAM来存放。 三、输入输出接口 输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。 输入接口用来接收生产过程的各种参数。 输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。 对输入输出接口有两个主要的要求： 一是有良好的抗干扰能力，二是能满足工业现场各类信号的匹配要求。 1.开关量输入接口 作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。开关量输入接口电路的主要参数是输入电流。 2.开关量输出接口 作用是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。 可编程控制器的输出有三种形式：一种是继电器输出，一种是晶体管输出，一种是晶闸管输出 。 输出接口电路的主要技术参数：一是响应时间，二是输出电流，三是开路电流。 输出接口本身都不带电源，而且在考虑外驱动电源时，还需虑及输出器件的类型。继电器型的输出接口可用于交流及直流两种电源，但接通断开的频率低;晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合;晶闸管型的输出接口仅适用于交流驱动场合。 四、电源 一般小型可编程控制器的电源输出分为两部分。一部分供PLC内部电路工作，另一部分用于向外提供给现场传感器等工作。 目前PLC都采用开关电源，性能稳定、可靠。对数据存储器常采用锂电池作断电保护后备电源。 五、外部设备 1.编程器 编程器分为专用的编程器和个人计算机。主要功能是编程和一定的调试及监视功能。 2.其他外部设备 PLC还可以配设盒式磁带机、打印机、EPROM写入器、高分辨率大屏幕彩色图形监控系统等其他一些外部设备。 六、可编程控制器按硬件的结构类型分类 1.单元式结构 把 CPU、RAM、ROM、输入输出端子及其他I/O接口、电源、指示灯甚至编程器等都装配在一起的整体装置，一个箱体就是一个完整的 PLC。 2.模块式结构 把 PLC的每个工作单元都制成独立的模块，机器上有一块带有插槽的母板。 3.叠装式结构 叠装式结构是单元式和模块式相结合的产物。把某一系列 PLC工作单元的外形都做成外观尺寸一致的， CPU、I/O口及电源也可做成独立的，不使用模块式 PLC中的母板，采用电缆连接各个单元，在控制设备中安装时可以一层层地叠装，这就是叠装式 PLC。 七、按可应用规模及功能分类 一般将一路信号叫做一个点，将输入点和输出点数的总和称为机器的点数。按照机器点数的多少，可将 PLC分为超小 (微)、小、中、大、超大等五种类型。
按功能分为低档机、中档机及高档机。 八、可编程控制器的主要性能指标 1.输入/输出点数 输入输出点数是PLC组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数量，表示PLC组成系统时可能的最大规模。 在总的点数中，输入点与输出点总是按一定的比例设置的，往往是输入点数大于输出点数，且输入与输出点数不能相互替代。 2.应用程序的存储容量 应用程序的存储容量是存放用户程序的存储器的容量。通常用K字(kW)，K字节(kB)或K位来表示，1K=1024。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。 3.扫描速度 一般以执行1000条基本指令所需的时间来衡量。单位为毫秒/千步，也有以执行一步指令时间计的，如微秒/步。 一般逻辑指令与运算指令的平均执行时间有较大的差别，因而大多场合，扫描速度还往往需要标明是执行哪类程序。 4.编程语言及指令功能 不同厂家的 PLC编程语言不同且互不兼容。从编程语言的种类来说，一台机器能同时使用的编程方法多，则容易更多的人使用。 衡量指令功能强弱可看二个方面:一是指令条数多少，二是指令中有多少综合性指令。
第三节 可编程控制器的软件知识 任务分析 1.了解PLC常用的编程语言。 2.了解三菱FX系列编程软件的主要功能及使用方法。
PLC的程序有系统程序和用户程序2种。用户程序就是通过编程软件来编写的控制程序，编程软件是由可编程控制器生产厂家提供的编程语言。由于可编程控制器类型较多，各个不
PLC按点数规模分类 超小型 小型 中型 大型 超大型
64点以下 64～128点 128～512点 512～8192点 8192点以上 图1—2 梯形图
同机型对应的编程软件也有一定的差别，特别是不同厂家的可编程控制器之间，它们的编程软件不能通用，但是因为可编程控制器的发展过程是相同的，所以可编程控制器的编程语言基本类似，规律也基本相同。 一、PLC编程语言简介 可编程控制器的编程语言有梯形图、指令语句表、顺序功能图，以及与计算机兼容的BASIC语言、Ｃ语言、汇编语言等高级语言，还有一些型号的PLC有专用的高级语言。对应绝大多数从事电气安装或维修的技术工人来说，最常用到的编程语言是梯形图和指令语句表。 1.梯形图(Ladder diagram) 梯形图语言是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的。 绘梯形图的一种设计思想:将可编程控制器中参与逻辑组合的元件看成和继电器一样，具有常开、常闭触点及线圈，且线圈的得电失电将导致触点的相应动作;再用母线代替电源线，用能量流概念来代替继电器电路中的电流概念;使用绘制继电器电路图类似的思路绘出梯形图。 PLC中的继电器等编程元件不是实际物理元件，而只是计算机存储器中一定的位，它的所谓接通不过是相应存储单元置1而已。 图1—2所示为一段最简单的梯形图。在所有梯形图中，都有左母线、右母线和逻辑行，逻辑行由各种等效继电器的触点串并联后和线圈组成。画梯形图时必须遵守： (1) 左母线只能直接接各类继电器的触点，继电器线圈不能直接接左母线。 (2) 右母线只能直接接各类继电器的线圈（输入继电器线圈除外），继电器的触点不能直接接右母线。 (3) 一般情况下，同一编号的线圈在梯形图中只能出现一次，同一编号的触点可以重复出现。 (4) 梯形图中触点可以任意的串联或并联，而线圈可以并联而不可以串联。 (5) 梯形图应该按照从左到右、从上到下的顺序画。 (6) 程序结束后应有结束指令。图1—2中，END就是结束指令。 2.指令表(Instruction list) 指令表也叫做语句表。它和单片机程序中的汇编语言有点类似，由语句指令依一定的顺序排列而成。一条指令一般可分为二部分，一为助记符，二为操作数。 PLC的指令有基本指令和功能指令之分，指令表和梯形图之间存在唯一对应关系，利用编程软件可以实现相互转换。图1—2所示梯形图对应的指令表如下：
对指令表运用不熟悉的人可先画出梯形图，再转换为语句表。另一方面，程序编制完毕装入机内运行时，简易编程设备都不具备直接读取图形的功能，梯形图程序只有改写为指令表才有可能送入可编程控制器运行。 3.顺序功能图(Sequential function chart) 顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。它包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编
LD X000 OUT Y000 END
