1、第五章 FX系列PLC的工作原理,陕西理工学院 电气系,第5章 FX系列PLC的工作原理,什么是PLC？,5.1 PLC概述,可编程控制器简称PLC（Programmable Logic Controller）, 是一种新型工业控制装置。它与Computer-Aided Design(CAD)/ Computer-Aided Manufacturing (CAM)、工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱。 PLC是一种工业控制装置，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。,5.1.1 可编程控
2、制器的的产生和定义,1987年，国际电工委员会（IEC）对PLD的定义：“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。它采用可编程序的存储器，用来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的指令，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，都应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”。,可编程控制器的产生背景： 1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继
3、电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。,可编程控制器的产生,60年代,1968年，GM公司提出十项设计标准： 编程简单，可在现场修改程序； 维护方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争； 可将数据直接送入计算机； 可直接使用115V交流输入电压； 输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； 通用性强，扩展方便; 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。,1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器， 应用于通用汽车公司汽车装配流水线。当时叫PLC（Programmable Logic Controller)。随
4、后，有哥德（GOULD）、爱伦布瑞德雷（AB）公司、德国、日本的公司相继推出自己的产品，适应激烈竟争的生产需要。,20世纪70年代中末期，PLC进入了实用化发展阶段,20世纪80年代初，PLC在先进工业国家广泛应用,20世纪末期，PLC已适应现代工业控制的需要,21世纪初的几年，随着计算机通讯技术的发展，PLC重点发展了网络通讯能力，并广泛应用于工业控制系统的各个领域,目前世界上生产品牌PLC的著名公司：,美国艾伦-布拉德利公司（ A-B ：Allen-Bradley） 德国西门子公司（Siemens） 法国的施耐德公司（ TE ：Telemecanique） 日本三菱公司（MITSUBISH
5、I） 日本欧姆龙公司（OMRON） 日本富士电机公司（Fuji Electric） 日本东芝公司（TOSHIBA） 日本松下电工公司（MEW）等,各种类型的PLC,中、大型PLC的结构外型,中、大型PLC的结构外型，它通常采用积木式结构，可以根据需要将各种标准模块进行搭接，常用的模块有电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块以及各种特殊模块。,图3- 2中、大型PLC的结构外型,按I/O点数分 小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC） 中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC 大型PLC I/O点数为2048
6、以上的为大型PLC（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）,5.1.2 PLC的结构与特点,可编程控制器的类型,按结构形式分 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。 紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,按功能分 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、数据传送和比较、通信等功能。 中档PLC 具有
7、低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、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。有些还增设中断、PID控制等功能。 高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。,可编程控制器的特点,可靠性高，抗干扰能力强;,通用性强，使用方便;,模块化结构，组合灵活;,编程简单，易学易用;,体积小，重量轻，能耗低.,系统设计、建造工作量小，改造容易;,5.1.3 PLC的应用与发展,可编程控制器的应用,开关逻辑控制,运动控制,闭环过程控制,数据处理,通讯及联网,可
8、编程控制器的应用领域,速度更快、存储容量更大、可靠性更高,向超小型和超大型方向发展,规范化、标准化，出现通用编程语言,通讯、联网能力更强，与工业控制计算机组网,出现PLC品牌垄断国际市场的局面,技 术,规 模,产 品,通 讯,市 场,可编程控制器的发展,高性能、高速度、大容量发展 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。 在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。,向小型化和大型化两个方向发展 小型PLC由整体结
9、构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要。 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。,大力开发智能模块，加强联网与通信能力 为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。 PLC的联网与通信有两类： PLC之间联网通信
10、，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段； PLC与计算机之间的联网通信。 为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。,增强外部故障的检测与处理能力 据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。 前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。 而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。,编程语言多样化 在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程
11、语言也越来越丰富，功能也不断提高。 除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。,5.2.1 扫描的概念 当PLC运行时，需要进行众多的操作,而 PLC的CPU不可能同时去执行多个操作， 每一刻只能执行一个操作 。 将CPU在处理多个作业时，按程序规定的顺序依次处理的工作方式称为扫描工作方式。 扫描一个循环所用的时间称为扫描周期。 循环扫描工作方式是PLC的基本工作方式. 例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作
12、过程） 扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。,5.2 PLC的工作原理,5.2.1 扫描工作方式,5.2.2可编程控制器的扫描工作过程基本上是用户程序的执行过程。在系统软件控制下，扫描过程分为三个阶段进行，依次扫描各输入点状态（输入采样），按用户程序解算控制逻辑（程序执行），然后顺序向各输出点发出相应控制信号（输出刷新）。PLC执行梯形图 (读程序) 是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。为提高工作可靠性和及时接收外部控制命令，每个扫描周期还要
13、进行故障自诊断（自诊断），处理与编程器、计算机的通信请求（与外设通信）。,输入映像寄存器,采样,元件映像寄存器,写,写,读,输出锁存电路,输出端子,输入端子,5.2.2 程序执行过程,读,图1.11 PLC 的扫描工作过程,刷新,输入采样阶段：PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（开或关、即ON或OFF、“1”或“0”）读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷新。接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。,程序执行阶段： 程序执行阶段，PLC对程序按顺
14、序进行扫描；如果程序用梯形图表示，则总是按先左后右、先上后下的顺序进行扫描；每扫描到一条指令时，所需要的输入元件状态或其它元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而将执行结果写入到元件映像寄存器中；元件映像寄存器中寄存的内容，随程序执行的进程而动态变化。,输出刷新阶段：程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器，再去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。 扫描周期：PLC重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短、指令的种类和CPU执行的速度有关。一个扫描过程中
15、，执行指令程序的时间占了绝大部分。 PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出信号刷新一次。这就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存寄存器的内容或数据保持不变。,5.2.3 输入输出的处理规则,输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在输入采样阶段所刷新的状态； 输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定； 输出锁存寄存器中的数据，由上一个工作周期输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据来确定； 输出端子的输出状态，由输出锁存寄存器中的数据来确定； 程序执行中所需的输入、输出状态（数据），从输入映像寄存器或输出映像寄存器中读出。,扫描工作过程如图示. 1.自诊断 每次扫
16、描用户程序前，对CPU、存贮器、IO模块等进行故障诊断，发现故障或异常情况则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，停机并显示出错信息。 2.与外设通信 自诊断正常后，PLC对编程器、上位机等通信接口进行扫描，如有请求便响应处理。图PLC的扫描工作过程。 3.输入采样 完成前两步后，PLC扫描各输入点，将各点状态和数据（开关的通断、AD转换值、BCD码数据等），读入到寄存输入状态的输入映象寄存器中存贮，称为采样。 4程序执行 PLC从用户程序存贮器的最低地址（0000H）开始顺序扫描（无跳转情况），并分别从输入映象寄存器和输出映象寄存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写
17、入输出映象寄存器中保存。,5输出刷新执行完用户程序后，PLC将输出映象寄存器中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备，称为输出刷新。扫描不断循环，实现对设备的连续控制。扫描周期:TT1T2T3T4T5，为上述五步操作时间之和。,PLC的工作过程示意图,集中采样：在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。 顺序执行：程序执行阶段，对用户程序按照从左到右，从上到下顺序依次执行。根据输入采集映像寄存器和元件映像寄存器中状态进行逻辑运算控制量，并将结果送入元件映像寄存器。
18、集中输出：在一个扫描周期内，只在输出处理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。 提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性：干扰作用到对象上取决于干扰源、传播路径和干扰对象三个条件，三个缺一不可，降低干扰措施往往是从降低干扰源影响、切断干扰传播路径和提高对象抗干扰能力三方面着手。PLC工作时大多数,5.2.4扫描工作方式的特点：,时间与外部输入/输出设备隔离，切断了干扰传播途径，增强了系统的可靠性。 降低了系统的响应速度：由于集中扫描、集中输出方式决定了PLC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。但
19、更主要是PLC输入接口滤波环节和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟，还与程序设计有关。 对于小型PLC: 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 而对于大中型PLC: I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，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,5.2.5 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所控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的时间间隔。输入输出滞后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
20、所组成。输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引起的干扰噪声，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模块开关元件的类型有关：继电器型输出电路的滞后时间一般最大值在10ms左右。双向可控硅型输出电路的滞后时间在负载被接通时的滞后时间约为1ms，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms。晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms左右。,5.3.1 型号及意义,DDC电源 A1AC电源 H大电流输出扩展模块 V立式端子排的扩展模块 C接插口输入输出方式 F输入滤波器1ms 扩展模块 LTTL输入扩展模块 S独
21、立端子（无公共端）扩展模块,R继电器输出 T晶体管输出 S晶闸管输出,M基本单元 E输入输出混合扩展单元及扩展模块 EX输入专用扩展模块 EY输出专用扩展模块,16256点,0、2、ON、2C、2N,型号的命名方式,5.3 PLC的组成,单元类型 M表示基本单元 E表示扩展单元及扩展 模块 EX扩展输入单元 EY扩展输出单元,型号变化 DS24VDC，世界型 ES世界型（晶体管型为漏输出） ESS世界型（晶体管型为源输出） 输出形式 R继电器输出 T晶体管输出 S晶闸管输出,5.3.2 硬件组成,FX 系列PLC的硬件配置图,FX 系列PLC的网络通信能力,微处理器（CPU） 接收并存储用户程
22、序和数据； 诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； 按扫描工作方式接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； 将用户程序的执行结果送至输出端。,系统存储器系统程序存储器+系统数据存储器 存放系统工作程序（监控程序）； 存放模块化应用功能子程序； 存放命令解释程序； 存放功能子程序的调用管理程序； 存放存储系统参数。,RAM： 随机存储器，可读可写，没有断电保持功能。 ROM：只读存储器，只读，不能写。 EPROM：可擦除程序的只读存储器，用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入的内容，而写入新的程序。EEPROM：可电擦除的只读
23、存储器，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点。,用户存储器RAM/EPROM/EEPROM 存放用户工作程序； 存放工作数据。,输入单元带光电隔离电路 多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入DC电源DC24V输入DC电源DC12V输入 接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）； 接收模拟量信号（模拟量输入单元）； 接收按钮或开关命令（数字量输入单元）； 接收传感器输出信号。,图 直流开关量输入单元,图 交流开关量输入单元,图 输入电路的连接,输出单元带光电隔离器及滤波器 多种输出方式：继电器 最慢，约10ms；晶闸管 最快，约02ms以下可控硅 较快，约1ms以下 驱动直流负载（晶体
24、管输出单元）； 驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）； 驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。,图 继电器型输出单元,图 PLC的输出接口,通讯及编程接口采用RS-485或RS-422串行总线 连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）； 连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； 连接工控机，实现编程及在线监控； 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； 连接打印机等计算机外设。,I/O扩展接口采用并行通讯方式 扩展I/O模块； 扩展位置控制模块（如F2-30GM）； 扩展通讯模块（如FX-232AW等）； 扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。,5.
25、3.3 PLC软件系统组成,系统监控程序,运行管理,生成用户元件,系统内部自检,管理程序,解释程序,标准程序模块、系统调用,用户程序,自动化系统控制程序,数据表格,软件系统,十进制数（DEC:DECimal number），常用于： 定时器/计数器的设定值； 辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）、状态（S）等软元件的地址号； 应用指令的数值型操作数及指令动作常数（K）。 十六进制数（HEX:HEXdecimal number）与十进制数一样，用于指定应用指令的数值型操作数及指令动作常数（H）。,1、数据结构,二进制数（BIN:BINary number）PLC内部数据类型，通过外设进行
26、监视时，各软元件的数值自动变换为十进制数或十六进制数。 八进制数（OCT:OCTal number）用于输入继电器和输出继电器的软元件编号。 输入继电器用X00-X07、X10-X17、X20-X27等八进制格式进行编号； 输出继电器用Y00-Y07、Y10-Y17、Y20-Y27等八进制格式进行编号。,BCD码（BCD:BINary Code Decimal）用二进制形式表示的十进制数，常采用8421BCD码。 常用BCD码编码开关将BCD码数据送入PLC； PLC常以BCD码格式将输出数据送数码显示器显示。 浮点数据（标绘值） 二进制浮点数常用于高精度浮点运算； 十进制浮点数用于实施监视。
27、,2、软元件（逻辑元件）,输入继电器X 输出继电器Y 辅助继电器M 状态继电器S 定时器T 计数器C 数据寄存器D 变址寄存器V/Z 指针K/H 常数P/I,PLC的内部软继电器,在PLC中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器(X)、输出继电器(Y)、辅助继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作软继电器。,在PLC中软元件有三种类型。 第一种为位元件，PLC中的输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M和状态继电器S为位元件。存储单元中的一位表示一个继电器，其值为“0”或“1”，“0”表示继电器失电，“1”表示继
28、电器得电。 第二种为字元件，最典型的字元件为数据寄存器D，一个数据寄存器可以存放16位二进制数，两个数据寄存器可以存放32位二进制数，在PLC控制中用于数据处理。定时器T和计数器C也可以作为数据寄存器来使用。 第三种为位与字混合元件，如定时器T和计数器C，它们的线圈和接点是位元件，它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。,输入继电器（X） 输入继电器是PLC用来接收用户输入设备发来的输入信号.在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开和常闭触点。 输入继电器线圈由外部输入信号所驱动，只有当外部信号接通时，对应的输入继电器才得电，不能用指令来驱
29、动。, 在程序中绝对不可能出现输入继电器的线圈，只能出现输入继电器的触点 每个输入继电器的常开与常闭触点均可无数次使用,FX系列PLC的输入继电器以八进制进行编号 FX0N输入继电器的编号范围为：X000-X007、 X010-X017 、X020-X027、 X030-X037 、 X040-X047、 X050-X057 注：基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号,电热水箱PLC的控制,图 电热水箱的控制,输出继电器（Y） 输出继电器是用来将PLC内部信号输出传送给外部负载输出继电器线圈是由PLC内部程序驱动，其线圈状态传送给输出单元，再
30、由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载 输出继电器采用八进制编号，有内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之分，由程序驱动。 在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。, 每个输出继电器在输出单元中都对应有一个常开硬触点，但在程序中供编程的输出继电器，不管是常开还是常闭触点，都可以无数次使用。, FX系列PLC的输出继电器也是八进制编号 FX0N编号范围为Y000-Y007、 Y010-Y017 。 与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的
31、，扩展单元和扩展模块的编号也是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号,辅助继电器（M）辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器，其作用相当于继电器控制系统中的中间继电器。和输出继电器一样，其线圈由程序指令驱动，每个辅助继电器都有无限多对常开常闭触点，供编程使用。但是，其触点不能直接驱动外部负载，要通过输出继电器才能实现对外部负载的驱动。 FX系列PLC的辅助继电器有： 通用辅助继电器M0M499（500点） 掉电保持辅助继电器M500M1023（524点） 特殊辅助继电器M8000M8255（256点） 只能利用其触点的特殊辅助继电器 可驱动线圈的特殊辅助继电器, 通用辅助继电器,通用辅助继电器
32、和输出继电器一样，在PLC电源中断后，其状态将变为OFF。当电源恢复后，除因程序使其变为 ON外，其它仍保持OFF,注：可通过程序设定，将它们变为保持辅助继电器,（按十进制编号）,保持用辅助继电器,保持用辅助继电器在PLC电源中断后，它具有保持断电前的瞬间状态的功能，并在恢复供电后继续断电前的状态。,注：也可通过程序设定，将它们变为通用辅助继电器,特殊辅助继电器（M8000-M8255）,特殊辅助继电器是具有某项特定功能的辅助继电器 通常可分为两类：触点型和线圈型 触点型 特殊辅助继电器的线圈由PLC自动驱动，用户只可以利用其触点。 线圈型特殊辅助继电器的线圈由用户控制，其线圈得电后，PLC作
33、出特定动作。,只能利用其触点的特殊辅助继电器 M8000：运行监视用特殊辅助继电器。PLC运行时M8000得电（M8001断电），PLC停止时M8000失电（M8001得电） M8002：始脉冲特殊辅助继电器.M8002（M8003）只在PLC开始运行的第一个扫描周期内得电（断电），其余时间均断电（得电）。 M8012：产生时钟脉冲的特殊辅助继电器。 M8011、M8012、M8013、M8014分别为产生周期为10ms、100ms、1s、1min脉冲的 特殊辅助继电器 （ PLC RUN ） 可驱动线圈的特殊辅助继电器 M8030：锂电池电压指示灯特殊继电器。 M8033：PLC停止时输出保
34、持特殊辅助继电器。 M8034：止全部输出特殊辅助继电器。 M8039：时扫描特殊辅助继电器。,状态（S） 状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元件，采用十进制编号。它与后述的与步进指令STL配合使用； 状态有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随意使用； 状态不用于步进阶梯指令时，可作辅助继电器使用。 状态同样有通用状态和掉电保持用状态，其比例分配可由外设设定。,状态（S） 状态有五种类型：初始状态S0S9共10点 回零状态S10S19共10点通用状态S20S499共480点 保持状态S500S899共400点报警用状态S900S999共100点,初始状态继电器（S0-S9共10点）；
35、回零状态继电器（S10-S19共10点，供返回始点时用）； 通用状态继电器（S20-S499共480点，没有断电保护功能，需断电保持功能时，可用程序设定）； 断电保持状态继电器（S500-S899共400点，断电时用带锂电池的RAM或EEPROM保存其ON或OFF状态） 报警用状态继电器（S900-S999共100点，使用信号报警器置位ANS和信号报警器复位ANR指令时起外部故障诊断输出作用，称为信号报警器）。,定时器（T） PLC的定时器相当于电器系统中的通电延时时间继电器.定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部1ms、10ms和100ms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。 定
36、时器中有一个设定值寄存器、一个当前值寄存器和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。但使用场合不一样，意义也不同。 定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种: 普通定时器（T0T245） 100ms定时器T0T199共200点，设定范围0.13276.7s； 10ms定时器T200T245共46点，设定范围0.01327.67s。 积算定时器（T246T255） 1ms定时器T246T249共4点，设定范围0.00132.767s； 100ms定时器T250T255共6点，设定范围为0.13276.7s。, 通用定时器, 通用定时器不具备断电的保持功能，即
37、当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有100ms和10ms两种。, 设定值： 常数K 或数据寄存器D的内容 设定值的范围： 132767,加法计数器,设定值,K、H或D,触点动作,Tx,Tx,时钟脉冲,驱动,相等 比较器,普通定时器的工作原理,T10, 积算定时器,积算定时器具有计数累积的功能。 在定时过程中如果断电或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈ON后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。 1ms积算定时器：对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时范围为0.00132.767s。 100ms积算定时器：对100
38、ms时钟脉冲进行累积计数的定时范围为0.13276.7s,T250,设定值K,计数器,1,100ms时钟脉冲,X2,X1,触点动作,Tx,相等 比较器,积算定时器的工作原理,4、典型定时器应用梯形图,图 断电延时型定时器,图 通断电均延时型定时器,(1) 断电延时型定时器,(2) 通断电均延时型定时器,4、典型定时器应用梯形图,图 定时脉冲电路,图 震荡电路,(3) 定时脉冲电路,(4)震荡电路,列出真值表,4、典型定时器应用梯形图,图 占空比可调震荡电路,图 上升沿单稳态电路,(5) 占空比可调震荡电路,(6) 上升沿单稳态电路,4、典型定时器应用梯形图,(7) 下降沿单稳态电路,图 下降沿
39、单稳态电路,为了保证运行安全，许多大型生产机械在运行起动之前需用电铃或蜂鸣器发出报警信号，预示机器即将起动，警告人们迅速退出危险地段。试设计PLC控制接线图和梯形图。,图 起动报警控制电路,例,用按钮控制三台电动机，为了避免三台电动机同时起动，起动电流过大，要求每隔5秒起动一台，试设计PLC控制梯形图。,图 三台电动机顺序起动控制,例,计数器（C）计数器可分为通用计数器和高速计数器: 内部计数器, 内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如X、Y、M、S、T等）进行计数。内部输入信号的接通和断开时间应比PLC的扫描周期稍长。 高速计数器,采用中断方式进行计数，与PLC的扫描周期无关 与内部计数
40、器相比除允许输入频率高之外，应用也更为灵活，高速计数器均有断电保持功能，通过参数设定也可变成非断电保持。 16位通用加计数器，C0C199共200点，设定值：132767。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点动作。 32位通用加/减计数器，C200C234共135点，设定值：-2147483648+2147483647。 高速计数器C235C255共21点，共享PLC上6个高速计数器输入（X000X005）。高速计数器按中断原则运行。,16位加计数器 通用型：C0C99共100点 断电保持型：C100C199共100点,32位双向计数器 有两种32位加/减计数器，设定值：-2
41、147483648+2147483647。 通用计数器：C200C219共20点 保持计数器：C220C234共15点 计数方向由特殊辅助继电器M8200M8234设定。 加减计数方式设定：对于C，当M8接通（置1）时，为减计数器，断开（置0）时，为加计数器。 计数值设定：直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为计数值。间接设定时，要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。,2、典型计数器应用梯形图,图 长延时定时器,图 循环计数器,(1) 循环计数器,(2) 长延时定时器,各种高速计数器的使用方法,(1) 一相一计数输入高速计数器 一相一计数输入高速计数器的编号为C235C245，共有11点。
42、,图 一相一计数输入高速计数器,(2) 一相二计数输入高速计数器,一相二计数输入高速计数器的编号为C246C250。,图 一相二计数输入高速计数器,(3) AB相计数输入高速计数器,AB相高速计数器的编号为C251C255，共5点。AB相高速计数器的两个脉冲输入端子是同时工作的，其计数方向的控制方式由A、B两相脉冲间的相位决定。,图 AB相计数输入高速计数器,数据寄存器（D） PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器以存储数据和参数 数据寄存器有： 1.通用数据寄存器D0-D199共200点。 只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是PLC状态由运行停止时，全
43、部数据均清零。 2.断电保持数据寄存器D200-D511共312点，只要不改写，原有数据不会丢失。 3.特殊数据寄存器D8000-D8255共256点 这些数据寄存器供监视PLC中各种元件的运行方式用。 4.文件寄存器D1000-D2999共2000点。, 通用数据寄存器,通用数据寄存器在PLC由运行（RUN）变为停止（STOP）时，其数据全部清零。 如果将特殊继电器M8033置1，则PLC由运行变为停止时，数据可以保持。, 保持数据寄存器,保持数据寄存器只要不改写，原有数据就不会丢失，无论电源接通与否，PLC运行与否，都不会改变寄存器内容,特殊数据寄存器（D8000 ） 特殊数据寄存器用于P
44、LC内各种元件的运行监视。未加定义的特殊数据寄存器，用户不能使用。,例如：D8000-WDT定时器定时参数（初始值200ms）D8001-CPU型号D8020-X0-X7输入滤波时间（初始值10ms）D8030-1号模拟电位器的数值D8031-2号模拟电位器的数值D8039-恒定扫描时间（ms） 具体可参见PLC使用手册，不再一一介绍,文件寄存器是用于存放大量数据的专用数据寄存器例如：用于存放采集数据、统计计算数据、多组控制参数等。 文件寄存器占用用户程序存储器内的某一存储区间，可用编程器或编程软件进行写操作PLC运行时，可用BMOV指令将文件寄存器内容读到通用数据寄存器中，但不能用指令将数据
45、写入文件寄存器。, 文件数据寄存器（D1000 ）,变址寄存器（V/Z） 变址寄存器V/Z实际上是一种特殊用途的数据寄存器，变址寄存器V/Z的作用：相当于微机中的变址寄存器，用于改变元件的编号（变址） V0-V7、Z0-Z7共16点16位变址数据寄存器。 进行32位运算时，与指定Z0-Z7的V0-V7组合，分别成为（V0、Z0），（V1、Z1）（V7、Z7）。,常数（K/H）,常数也可作为元件处理，因为它占用一定的存储空间。,常数的表示：十进制常数用K表示，如常数123表示为K123十六进制常数则用H表示，如常数345表示为H159, FX系列PLC的常数范围为：16位：K:-32,76832
46、,767 H:0000FFFFH 32位：K:-2,147,483,6482,147,483,647 H:00000000FFFFFFFF,指针（P/I）, 分支指令用指针（P0-P63/P127）,它作为一种标号，用来指定跳转指令或子程序调用指令等分支指令的跳转目标。, 嵌套用指针（N0-N7）, 中断用指针（ I ）, 输入中断：I 0 0：下降沿中断 1：上升沿中断输入中断号（05） 注：FX0S/0N为0 -3定时中断：I 1099ms定时中断号（68） 注：限FX2N/2NC,计数中断：I 00=16注：限FX2N/2NC,与高速计数器置位指令（HSCS）配合使用,中断用指针常与中断
47、返回指令IRET、开中断指令EI、关中断指令DI一起使用。(1)输入中断用指针6个输入中断指针仅接收对应特定输入继电器X0X5的触发信号，才执行中断子程序，不受可编程控制器扫描周期的影响。由于输入采用中断处理速度快，在PLC控制中可以用于需要优先处理和短时脉冲处理的控制。例如I201表示当X2在闭合时(上升沿)产生中断，I300表示当X3在断开时(下降沿)产生中断。,(2)定时器中断用指针定时器中断用指针用于需要指定中断时间执行中断子程序或需要不受PLC扫描周期影响的循环中断处理控制程序。例如I625表示每隔25ms就执行标号为1625后面的中断程序一次在中断返回指令IRET处返回。 (3)计
48、数器中断用指针计数器中断用指针根据可编程控制器内部的高速计数器的比较结果，执行中断子程序。用于优先控制利用高速计数器的计数结果。该指针的中断动作要与高速计数比较置位指令HSCS组合使用。,5.4 FX2N系列PLC的主要技术性能,项 目,编程方式,梯形图，步进顺控指令,基本指令执行时间,0.08us/步,指令种类,基本指令27条，步进顺序指令2条，功能指令128条,程序容量及类型,输入继电器,性能指标,8K步RAM（标准配置）,4K步EEPROM卡盒（选配）,24VDC（7mA)光电隔离,本章小结,本章主要介绍了可编程控制器的定义、可编程控制器产生的背景、可编程控制器的特点、可编程控制器的应用领域、主要类型、发展趋势及概况。还介绍了PLC的基本原理、FX系列PLC型号命名、PLC的组成。说明了FX系列PLC内部各类软元件资源，如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、辅助继电器等。,
