第一章 可編程控制器概況
可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡稱PC）。與個人計算機的PC相區別，用PLC表示。
PLC是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業控制裝置，目的是用來取代繼電器、執行邏輯、記時、計數等順序控制功能，建立柔性的程控系統。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規定：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。可以預料：在工業控制領域中，PLC控制技術的應用必將形成世界潮流
PLC程序既有生產廠家的系統程序，又有用戶自己開發的應用程序，系統程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。
第二章PLC的結構及基本配置
一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數又有若干規格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。
一、CPU的構成
PLC中的CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路，
與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。
CPU的運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。
CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。
CPU模塊的外部表現就是它的工作狀態的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內存接口，用于安裝內存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、內存區等。
二、I/O模塊：
PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯系的，按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。
三、電源模塊：
有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。
四、底板或機架：
大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。
五、PLC 的外部設備
外部設備是PLC系統不可分割的一部分，它有四大類
1. 編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。
2. 監控設備：有數據監視器和圖形監視器。直接監視數據或通過畫面監視數據。
3. 存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。
4. 輸入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。
六、PLC的通信聯網
PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。現在幾乎所有的PLC新產品都有通信聯網功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。
當然，PLC之間的通訊網絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產廠家采用工業標準總線，并向標準通訊協議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯網。
了解了PLC的基本結構，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經濟又合理，盡可能發揮PLC所提供的最佳功能。
第三章 基本指令系統和編程方法
§1 基本指令系統特點
PLC的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調試的要求。目前，還沒有一種對各廠家產品都能兼容的編程語言。如三菱公司的產品有它自己的編程語言，OMRON公司的產品也有它自己的語言。但不管什么型號的PLC，其編程語言都具有以下特點：
1. 圖形式指令結構：程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統的軟件開發者已把工業控制中所需的獨立運算功能編制成象征性圖形，用戶根據自己的需要把這些圖形進行組合，并填入適當的參數。在邏輯運算部分，幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門子公司還采用控制系統流程圖來表示，它沿用二進制邏輯元件圖形符號來表達控制關系，很直觀易懂。較復雜的算術運算、定時計數等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示，雖然象征性不如邏輯運算部分，也受用戶歡迎
2. 明確的變量常數：圖形符相當于操作碼，規定了運算功能，操作數由用戶填人，如：K400，T120等。PLC中的變量和常數以及其取值范圍有明確規定，由產品型號決定，可查閱產品目錄手冊。
3. 簡化的程序結構：PLC的程序結構通常很簡單，典型的為塊式結構，不同塊完成不同的功能，使程序的調試者對整個程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。
4. 簡化應用軟件生成過程：使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個過程，而使用編程語言，只需要編輯一個過程，其余由系統軟件自動完成，整個編輯過程都在人機對話下進行的，不要求用戶有高深的軟件設計能力。
5. 強化調試手段：無論是匯編程序，還是高級語言程序調試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內部編輯、調試、監控等，并在軟件支持下，診斷和調試操作都很簡單。
總之，PLC的編程語言是面向用戶的，對使用者不要求具備高深的知識、不需要長時間的專門訓練。
§2 編程語言的形式
本教材采用最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。采用梯形圖編程，因為它直觀易懂，但需要一臺個人計算機及相應的編程軟件；采用助記符形式便于實驗，因為它只需要一臺簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計算機來編程。
雖然一些高檔的PLC還具有與計算機兼容的C語言、BASIC語言、專用的高級語言（如西門子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），還有用布爾邏輯語言、通用計算機兼容的匯編語言等。不管怎么樣，各廠家的編程語言都只能適用于本廠的產品。
編程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號。從本質上講，指令只是一些二進制代碼，這點PLC與普通的計算機是完全相同的。同時PLC也有編譯系統，它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機器碼，所以用戶看到的PLC指令一般不是機器碼而是文字代碼，或圖形符號。常用的助記符語句用英文文字（可用多國文字）的縮寫及數字代表各相應指令。常用的圖形符號即梯形圖，它類似于電氣原理圖是符號，易為電氣工作人員所接受。
指令系統：一個PLC所具有的指令的全體稱為該PLC的指令系統。它包含著指令的多少，各指令都能干什么事，代表著PLC的功能和性能。一般講，功能強、性能好的PLC，其指令系統必然豐富，所能干的事也就多。我們在編程之前必須弄清PLC的指令系統
程序：PLC指令的有序集合，PLC運行它，可進行相應的工作，當然，這里的程序是指PLC的用戶程序。用戶程序一般由用戶設計，PLC的廠家或代銷商不提供。用語句表達的程序不大直觀，可讀性差，特別是較復雜的程序，更難讀，所以多數程序用梯形圖表達。
梯形圖：梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內部橫豎線。內部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現輸出控制，或為數據控制、流程控制、通訊處理、監控工作等指令，以進行相應的工作。母線是用來連接指令組的。
梯形圖與電氣原理圖的關系：如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應關系。如梯形圖的輸出（OUT）指令，對應于繼電器的線圈，而輸入指令（如LD，AND，OR）對應于接點，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開關，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經轉換即可變成梯形圖，再進一步轉換，即可變成語句表程序。
有了這個對應關系，用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術對傳統繼電控制技術的繼承。
§3 編程器件
下面我們著重介紹三菱公司的FX2N系列產品的一些編程元件及其功能。
FX系列產品，它內部的編程元件，也就是支持該機型編程語言的軟元件，按通俗叫法分別稱為繼電器、定時器、計數器等，但它們與真實元件有很大的差別，一般稱它們為“軟繼電器”。這些編程用的繼電器，它的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題；觸點沒有數量限制、沒有機械磨損和電蝕等問題。它在不同的指令操作下，其工作狀態可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數字元件使用。一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時器，C代表計數器，S代表狀態繼電器，D代表數據寄存器，MOV代表傳輸等。
一、 輸入繼電器 （X）
PLC的輸入端子是從外部開關接受信號的窗口，PLC 內部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號與接線端子編號一致（按八進制輸入），線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點的狀態。內部有常開/常閉兩種觸點供編程時隨時使用，且使用次數不限。輸入電路的時間常數一般小于10ms。各基本單元都是八進制輸入的地址，輸入為X000 ～ X007，X010 ～X017，X020 ～X027 。它們一般位于機器的上端。
二、 輸出繼電器（Y）
PLC的輸出端子是向外部負載輸出信號的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供外部負載使用，其余常開/常閉觸點供內部程序使用。輸出繼電器的電子常開/常閉觸點使用次數不限。輸出電路的時間常數是固定的 。各基本單元都是八進制輸出，輸出為Y000 ～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027 。它們一般位于機器的下端。
三、 輔助繼電器（M）
PLC內有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由PLC內各軟元件的觸點驅動。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的任何聯系，只供內部編程使用。它的電子常開/常閉觸點使用次數不受限制。但是，這些觸點不能直接驅動外部負載，外部負載的驅動必須通過輸出繼電器來實現。在FX2N中普遍途采用M0～M499，共500點輔助繼電器，其地址號按十進制編號。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。
四、定時器（T）
在PLC內的定時器是根據時鐘脈沖的累積形式，當所計時間達到設定值時，其輸出觸點動作，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms。定時器可以用用戶程序存儲器內的常數K作為設定值，也可以用數據寄存器（D）的內容作為設定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護功能的數據寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時，定時器或計數器往往會發生誤動作。
定時器通道范圍如下：
100 ms定時器T0～T199， 共200點，設定值：0.1～ 3276.7秒；
10 ms定時器T200～T245，共46點，設定值：0.01～327.67秒；
1 ms積算定時器 T246～T249，共4點，設定值：0.001～32.767秒；
100 ms積算定時器T250～T255，共6點，設定值：0.1～3276.7秒；
五、 計數器（C）
FX2N中的16位增計數器，是16位二進制加法計數器，它是在計數信號的上升沿進行計數，它有兩個輸入，一個用于復位，一個用于計數。每一個計數脈沖上升沿使原來的數值減1，當現時值減到零時停止計數，同時觸點閉合。直到復位控制信號的上升沿輸入時，觸點才斷開，設定值又寫入，再又進入計數狀態。
其設定值在K1～K32767范圍內有效。
設定值K0與K1含義相同，即在第一次計數時，其輸出觸點就動作。
通用計數器的通道號：C0 ～C99，共100點。
保持用計數器的通道號：C100～C199，共100點。
通用與掉電保持用的計數器點數分配，可由參數設置而隨意更改。
六、 數據寄存器
數據寄存器是計算機必不可少的元件，用于存放各種數據。FX2N中每一個數據寄存器都是16bit（最高位為正、負符號位），也可用兩個數據寄存器合并起來存儲32 bit數據（最高位為正、負符號位）。
1） 通用數據寄存器D 通道分配 D 0～D199，共200點。
只要不寫入其他數據，已寫入的數據不會變化。但是，由RUN→STOP時， 全部數據均清零。（若特殊輔助繼電器M8033已被驅動，則數據不被清零）。
2） 停電保持用寄存器 通道分配 D200～D511，共312點，或D200～D999，共800點（由機器的具體型號定）。
基本上同通用數據寄存器。除非改寫，否則原有數據不會丟失，不論電源接通與否，PLC運行與否，其內容也不變化。然而在二臺PLC作點對的通信時， D490～D509被用作通信操作。
3） 文件寄存器 通道分配 D1000～D2999，共2000點。
文件寄存器是在用戶程序存儲器（RAM、EEPROM、EPROM）內的一個存儲區，以500點為一個單位，最多可在參數設置時到2000點。用外部設備口進行寫入操作。在PLC運行時，可用BMOV指令讀到通用數據寄存器中，但是不能用指令將數據寫入文件寄存器。用BMOV將 數據寫入RAM后，再從RAM中讀出。將數據寫入EEPROM盒時，需要花費一定的時間，務必請注意。
4） RAM文件寄存器 通道分配 D6000～D7999，共2000點。
驅動特殊輔助繼電器M8074，由于采用掃描被禁止，上述的數據寄存 器可作為文件寄存器處理，用BMOV指令傳送數據（寫入或讀出）。
5）特殊用寄存器 通道分配 D8000～D8255，共256點。
是寫入特定目的的數據或已經寫入數據寄存器，其內容在電源接通時，寫入初始化值（一般先清零，然后由系統ROM來寫入）。
§4 FX2N系列的基本邏輯指令
基本邏輯指令是PLC中最基本的編程語言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各種型號的PLC的基本邏輯指令都大臺大同小異，現在我們針對FX2N系列，逐條學習其指令的功能和使用方法，。每條指令及其應用實例都以梯形圖和語句表兩種編程語言對照說明。
一、 輸入輸出指令（LD/LDI/OUT）
下面把LD/LDI/OUT三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說明：
符號 功 能 梯形圖表示 操作元件
LD（取） 常開觸點與母線相連 X，Y，M，T，C,S
LDI（取反） 常閉觸點與母線相連 X，Y，M，T，C,S
OUT（輸出） 線圈驅動 Y，M，T，C，S,F
LD與LDI指令用于與母線相連的接點，此外還可用于分支電路的起點。
OUT 指令是線圈的驅動指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器、狀態寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出，能連續使用多次。
二、觸點串連指令（AND/ANDI）、并聯指令（OR/ORI）
符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件
AND（與） 常開觸點串聯連接 X，Y，M，T，C,S
ANDI（與非） 常閉觸點串聯連接 X，Y，M，T，C,S
OR（或） 常開觸點并聯連接 X，Y，M，T，C，S
ORI （ 或非） 常閉觸點并聯連接 X，Y，M，T，C，S
AND、ANDI指令用于一個觸點的串聯，但串聯觸點的數量不限，這兩個指令可連續使用。
OR、ORI是用于一個觸點的并聯連接指令。
三、電路塊的并聯和串聯指令（ORB、ANB）
符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件
ORB（塊或） 電路塊并聯連接 無
ANB（塊與） 電路塊串聯連接 無
含有兩個以上觸點串聯連接的電路稱為“串聯連接塊”，串聯電路塊并聯連接時，支路的起點以LD或LDNOT指令開始，而支路的終點要用ORB指令。ORB指令是一種獨立指令，其后不帶操作元件號，因此，ORB指令不表示觸點，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個電路塊并聯連接，應在每個并聯電路塊之后使用一個ORB指令，用這種方法編程時并聯電路塊的個數沒有限制；也可將所有要并聯的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出ORB的指令，但這時ORB指令最多使用7次。
將分支電路（并聯電路塊）與前面的電路串聯連接時使用ANB指令，各并聯電路塊的起點，使用LD或LDNOT指令；與ORB指令一樣，ANB指令也不帶操作元件，如需要將多個電路塊串聯連接，應在每個串聯電路塊之后使用一個ANB指令，用這種方法編程時串聯電路塊的個數沒有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。
四、程序結束指令（END）
符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件
END（結束） 程序結束 無
在程序結束處寫上END指令，PLC只執行第一步至END之間的程序，并立即輸出處理。若不寫END指令，PLC將以用戶存貯器的第一步執行到最后一步，因此，使用END指令可縮短掃描周期。另外。在調試程序時，可以將END指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動作，確認無誤后，再依次刪去插入的END指令。
§5 梯形圖的設計與編程方法
梯形圖是各種PLC通用的編程語言，盡管各廠家的PLC所使用的指令符號等不太一致，但梯形圖的設計與編程方法基本上大同小異。
一、 確定各元件的編號，分配I/O地址
利用梯形圖編程，首先必須確定所使用的編程元件編號，PLC是按編號來區別操作元件的 。我們選用的FX2N型號的PLC，其內部元件的地址編號如下表所示，使用時一定要明確，每個元件在同一時刻決不能擔任幾個角色。一般講，配置好的PLC，其輸入點數與控制對象的輸入信號數總是相應的，輸出點數與輸出的控制回路數也是相應的（如果有模擬量，則模擬量的路數與實際的也要相當），故I/O的分配實際上是把PLC的入、出點號分給實際的I/O電路，編程時按點號建立邏輯或控制關系，接線時按點號“對號入坐”進行接線。
二、 梯形圖的編程規則
1、 每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數量限制。
2、 梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有接觸點3、線圈不能直接接在左邊母線上。
4、在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應盡量避免。
5、在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關系，假定在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動——即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。
[ 此帖被心似平原在2009-06-22 04:28重新編輯 ]
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