作者：魏小林
出版社：电子工业出版社
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PLC编程与应用技术试读：
内容简介
本书采用项目式编写体例，详细介绍了三菱FX系列PLC的工作2N原理和应用。主要内容包括：指示灯的PLC控制，三相异步电动机启停和运行的PLC控制，工作台自动往返的PLC控制，输送带的PLC控制，液体混合装置的PLC控制，大小球分类传送的PLC控制，交通信号灯的PLC控制，自动送料车的PLC控制，停车场车位的PLC控制，霓虹灯点亮的PLC控制，卧式镗床电气控制系统的PLC改造，物料识别和分拣的PLC控制等。附录收录了三菱FX系列PLC的基本指令和2N功能指令以及FX系列PLC的特殊软元件。2N
本书可作为职业院校电气自动化、机电一体化、数控应用技术、应用电子技术等相关专业的教材，也可作为广大工程技术人员的学习参考用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据PLC编程与应用技术/魏小林，周建清主编．—北京：电子工业出版社，2013.4（高等职业教育数控技术专业教学改革成果系列教材）ISBN 978-7-121-19755-0Ⅰ．①P… Ⅱ．①魏…②周… Ⅲ．①PLC技术－程序设计－高等职业教育－教材 Ⅳ．①TM571.6中国版本图书馆CIP数据核字（2013）第045026号策划编辑：朱怀永责任编辑：朱怀永印 刷：北京天宇星印刷厂装 订：三河市黄庄路通装订厂出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱 邮编：100036开 本：787×1092 1/16 印张：15.25 字数：391千字印 次：2013年4月第1次印刷印 数：3000册 定价：29.50元
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本书根据《教育部关于以就业为导向深化高等职业教育改革的若干意见》中提出的高等职业院校必须把培养学生动手能力、实践能力和可持续发展能力放在突出的地位，促进学生技能的培养，以及教材内容要紧密结合生产实际，并注意及时跟踪先进技术的发展等指导精神编写。全书以“工学结合，项目引导、教学做一体化”的原则编写。打破原有教材将“基本原理、基本指令、基本应用”分成各个独立的章节的模式，而是以应用为主线，通过设计不同的项目和实例，将理论知识融入到每一个实践操作中。以强调职业能力的培养，职业技能的训练与提高，来设计教材的结构、内容和形式。紧密结合各类工厂的实际情况，以实训项目为主线，理论联系实际，充分体现了职业教育的应用特色和能力本位，突出人才应用能力及创新素质的培养，内容丰富，实用性强。
本书由于采用项目体例编写，教学时建议在实验实训室进行，每个项目建议安排6学时，总共为80学时。
本书由江苏联合职业技术学院魏小林、周建清主编。其中，项目一与项目十由阚海辉编写；项目二与项目十一由成婕编写；项目三、项目八、项目九由魏小林编写；项目四与项目十二由李俊编写；项目五、项目六、项目七由周建清、陈丽共同编写。全书由魏小林负责统稿。在编写过程中，编者参考了一些书刊，并引用了相关资料，在此对这些文献资料的作者一并表示衷心感谢。
由于本书编者水平有限，虽已尽心尽力，多次修改，但书中难免存在不足之处，敬请读者提出宝贵意见。
为了配合教学，本书配有部分参考程序，有需要者可通过edupub@126.com索取。编 者2012年12月项目一 指示灯的PLC控制
PLC在现代工农业生产及日常生活中的应用越来越广泛，发挥的作用越来越大。随着PLC技术的迅猛发展，其控制功能来越来越强大，我们应掌握好这门技术。PLC应用技术是一门实践性很强的专业课程，我们只要多动手、多分析，就会掌握和应用好这门技术。
下面通过指示灯的PLC控制项目的实施来学习PLC基础知识，初步认识PLC的结构及工作原理；掌握三菱公司FX系列PLC的型号、2N安装、接线，以及编程软件和仿真软件的使用。
一、学习目标
1．知识目标
① 了解PLC的特点、应用和发展状况等基本知识。
② 熟悉PLC的基本结构和工作原理。
③ 掌握三菱公司FX系列PLC的型号、安装及接线技术。2N
④ 熟悉编程语言表达方式。
⑤ 掌握编程软件GX Developer的使用方法。
⑥ 熟悉仿真软件GX Simulator 6-C的使用方法。
2．技能目标
① 会识别不同类型和型号的PLC。
② 会用编程软件GX Developer进行PLC程序的录入、编辑和调试等操作。
③ 会用仿真软件GX Simulator 6-C对PLC程序进行仿真。
④ 会PLC的外部接线和系统的调试及运行操作。
二、项目要求
在电气控制柜、机床控制部件等设备中都少不了指示灯，用来表明设备的运行状况。现要求用PLC来控制指示灯点亮或熄灭，以表明设备的工作状态：一个按钮控制指示灯点亮，表示设备正常运转；另一个按钮控制指示灯熄灭，表示设备处于停止状态。指示灯额定工作电压为220V。
三、工作流程图
本项目实施的工作流程如图1-1所示。
四、项目分析
在这个项目中我们要实现的目标比较简单，只要学过了继电器接触器控制系统中的“自锁”电路就能理解它的控制原理，但要用PLC来控制我们就需要了解PLC是怎样工作来达到控制要求的，怎样才能将按钮的信号送给PLC，PLC又是怎样运算处理这个信号的，以及又是怎样将信号输出点亮指示灯的，等等。由于这是我们接触的第一个PLC控制项目，为了便于项目的理解与实施，我们将这个项目分成两个任务来完成，先完成硬件电路的安装连接，然后再进行程序的编制调试。图1-1 项目实施的工作流程图
五、项目实施任务一 指示灯的PLC控制系统硬件电路安装连接（一）任务分析
这个项目的硬件设备主要就是指示灯和按钮以及PLC，要将这些设备安装连接起来达到控制的要求，就必须了解PLC是怎样和外部设备进行接口连接，以及PLC自身是怎么工作的。比如它是在什么电压下工作，是否有电气隔离措施要求，等等。下面我们就从最基础的知识开始学习。（二）相关知识
1．PLC概述
PLC是可编程控制器（Programmable Controller）的简称。实际上可编程控制器的英文缩写为PC，为了与个人计算机（Personal Computer）的英文缩写相区别，人们就将最初用于逻辑控制的可编程控制器（Programmable Logic Controller）叫做PLC。
1）PLC的产生
在PLC出现前，继电器控制系统在工业控制领域中占据主导地位，但是继电器控制系统具有明显的缺点：设备体积大、可靠性低、故障检修困难且不方便。由于接线复杂，当生产工艺和流程改变时必须改变接线，这种硬件编程的系统通用性和灵活性较差。现代社会制造工业竞争激烈，产品更新换代频繁，迫切需要一种新的更先进的“柔性”的控制系统来取代传统的继电器控制系统。
20世纪60年代，随着电子技术和计算机技术的发展，先后出现了用晶体管、中小规模集成电路构成的逻辑控制系统和用小型计算机取代继电器控制系统。但由于小型计算机价格高昂，对恶劣的工业环境难以适应，其输入/输出信号与被控电路不匹配，再加上控制程序的编制困难，不像现在的梯形图易于被操作人员掌握，这一“瓶颈”阻碍了其进一步发展和推广应用。
1968年，美国通用汽车公司（GM）为了增强其产品在市场的竞争力和满足不断更新汽车型号的需要，率先提出生产线控制的10条要求，公开向制造商招标。GM提出的10条要求是：
① 编程方便，可在现场修改程序。
② 维护方便，最好是插件式结构。
③ 可靠性高于继电器控制柜。
④ 体积小于继电器控制柜。
⑤ 成本可与继电器控制柜竞争。
⑥ 数据可以直接输入管理计算机。
⑦ 可以直接用交流115V输入。
⑧ 通用性强，系统扩展方便，更动最少。
⑨ 用户存储器容量大于4KB。
⑩ 输出为交流115V，负载电流要求在2A以上，可直接驱动电磁阀和交流接触器等。
美国数字设备公司（DEC）根据以上要求，于1969年研制出了第一台可编程控制器PDP-14，并在美国通用汽车公司生产线的应用上取得了成功，引起了世界各国的关注。继日本、德国之后，我国于1974年开始研制可编程控制器，目前全世界已有数百家生产可编程控制器的厂家，产品种类达300多种。
2）PLC定义及特点
PLC自问世40多年来不断发展，因此，对它给出一个确切的定义是困难的。1987年2月，国际电工委员会（IEC）颁布的草案中将PLC定义为：可编程控制器的一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等操作的指令并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。由此可见，PLC实质上是一种面向用户的工业控制专用计算机，它的主要特点是：
① 可靠性高，抗干扰能力强。
② 适应性好，具有柔性。
③ 功能完善，接口多样。
④ 易于操作，维护方便。
⑤ 编程简单，易学。
⑥ 体积小、重量轻、功耗低。
3）PLC的应用
目前，在国内外PLC已广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：（1）开关量逻辑控制
这是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。如机床电气控制、电动机控制、注塑机控制、电镀流水线和电梯控制等。总之，PLC既可用于单机控制，也可用于多机群和生产线的控制。（2）模拟量过程控制
除了数字量之外，PLC 还能控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过 A/D模块将它们转换为数字量送到PLC的CPU处理，处理后的数字量再经过D/A转换为模拟量进行输出控制，若使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。（3）运动控制
大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。（4）现场数据采集处理
目前，PLC都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指令和循环移位与移位指令，所以由PLC构成的监控系统，可以方便地对生产现场数据进行采集、分析和加工处理。数据处理通常用于诸如柔性制造系统、机器人和机械手的控制系统等大、中型控制系统中。（5）通信联网、多级控制
PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用其专用通信模块，并利用RS-232C或RS-422A接口，用双绞线或同轴电缆或光缆将它们连成网络。由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统，进行“集中管理，分散控制”建立工厂的自动化网络。PLC还可以连接CRT显示器或打印机，实现显示和打印。
4）PLC的分类及主要产品（1）PLC可以按以下两种方法进行分类
① 按PLC的点数分类。根据PLC可扩展的输入/输出点数，可以将PLC分为小型、中型和大型三类。小型PLC的输入/输出点数在256点以下；中型PLC的输入/输出点数为256～2048个点；大型PLC的输入/输出点数在2048点以上。
② 按PLC的结构分类。按PLC的结构分类，PLC可分为整体式和模块式，如图1-2所示。整体式PLC将电源、CPU、存储器、I/O系统都集中在一个小箱体内，小型PLC多为整体式PLC；模块式PLC是按功能分成若干模块，如电源模块、CPU模块、连接模块、输入模块及输出模块等，再根据系统要求，组合不同的模块，形成不同用途的PLC，大中型的PLC多为模块式PLC。（2）PLC的主要产品
目前，我国使用的PLC几乎都是国外品牌。在全世界有上百家PLC制造厂商，但只有几家技术雄厚、市场占有率较大，它们是美国Rockwell自动化公司所属的A-B （Alien&Bradly）公司、GE-FANUC公司，德国的西门子（SIEMENS）公司，法国的施耐德（SCHNEIDER）自动化公司，日本的欧姆龙（OMRON）和三菱公司等。这几家公司控制着全世界80%以上的PLC市场，它们的系列产品有其技术广度和深度，从微型PLC到有上万个I/O点的大型PLC应有尽有。目前，应用较广的PLC生产厂家的主要产品见表1-1。图1-2 整体式PLC和模块式PLC表1-1 部分PLC生产厂家及主要产品
2．PLC的组成
PLC系统的组成与微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分构成。（1）PLC的硬件系统
PLC的硬件系统是指构成它的各个结构部件，图1-3（a）是整体式PLC组成框图，图1-3（b）是模块式PLC组成框图。图1-3 PLC的组成框图
尽管整体式与模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的。它们主要由CPU、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源和外围设备组成。
① 中央处理单元CPU其内部由运算器、控制器和寄存器组成，是PLC的核心，它不断采样输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。
② 存储器主要有系统程序存储器和用户程序存储器两种。
③ 输入/输出单元是PLC与外部输入信号、被控设备连接的转换电路，通过外部接线端子可直接与现场设备相连。如将按钮、行程开关、继电器触点、传感器等接至输入端子，通过输入单元把它们的输入信号转换成微处理器能接受和处理的数字信号。输出单元则接收经微处理器处理过的数字信号，并把这些信号转换成被控设备或显示设备能够接收的电压或电流信号，经过输出端子的输出以驱动接触器线圈、电磁阀、信号灯、电动机等执行装置。
④ PLC扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。（2）PLC的软件系统
PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，包括系统程序（或称为系统软件）和用户程序（或称为应用软件）。系统程序主要包括系统管理和监控程序以及对用户程序进行编译处理的程序，各种性能不同的PLC系统程序会有所不同。系统程序在出厂前已被固化在EPROM中，用户不能改变。用户程序是用户根据生产过程和工艺要求而编制的程序，通过编程器或计算机输入到PLC的RAM中，并可对其进行修改或删除。
3．PLC的工作原理图1-4 PLC循环扫描的工作示意图
最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式却有着重要的区别，继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。而PLC的CPU则采用循环扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
PLC循环扫描的工作过程如图1-4所示，一般包括五个阶段：内部处理与自诊断、与外设进行通信处理、输入采样、用户程序执行、输出刷新。当方式开关置于STOP位置时，只执行前两个阶段。当方式开关置于RUN位置时，将执行所有阶段。上电复位时，PLC首先进行初始化处理，清除I/O映像区中的内容，接着自诊断，检测存储器、CPU及I/O部件状态，确认其是否正常，再进行通信处理，完成各外设的通信连接，还将检测是否有中断请求，若有则作相应中断处理。在此阶段可对PLC联机或离线编程，如学生实验时的编程阶段。若此时PLC方式开关处于RUN位置时，PLC才进入独特的循环扫描，周而复始地执行输入采样、用户程序执行、输出刷新三个阶段，如图1-5所示。图1-5 PLC执行程序过程示意图（1）运行模式
① 输入处理阶段。输入处理阶段又称为输入采样阶段。PLC在此阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端子的状态（接通或断开），并将其状态存入输入映像寄存器。接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会变化，这些变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被读入刷新。
② 程序执行阶段。在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下、先左后右的顺序进行扫描。每扫描一条指令时，所需的输入状态或其他元素的状态分别由输入映像寄存器和元素映像寄存器中读出，然后进行逻辑运算，并将运算结果写入到元素映像寄存器中。也就是说程序执行过程中，元素映像寄存器内元素的状态可以被后面将要执行到的程序所应用，它所寄存的内容也会随程序执行的进程而变化。
③ 输出处理阶段。输出处理阶段又称为输出刷新阶段。在此阶段，PLC将元素映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通或断开），转存到输出锁存电路，再驱动被控对象（负载），这就是PLC的实际输出。
PLC重复执行上述三个阶段，这三个阶段也是分时完成的。为了连续完成PLC所承担的工作，系统必须周而复始地按一定的顺序完成这一系列的具体工作。这种工作方式叫做循环扫描工作方式。PLC执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1～100ms。一般来说，在一个扫描过程中，执行指令的时间占了绝大部分。（2）停止模式
在停止模式下，PLC只进行内部处理和通信服务工作。在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，进行监控定时器复位等工作。在通信服务阶段，PLC与其他的带CPU的智能装置通信。（3）输入/输出滞后时间
由于PLC采用循环扫描工作方式，即对信息采用串行处理方式，这就必然带来了输入/输出的响应滞后问题。
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由它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止所需的时间。它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。
① 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。
② 输出模块的滞后时间与模块开关器件的类型有关，继电器型约为10ms；晶体管型一般小于1ms；双向晶闸管型在负载通电时的滞后时间约为1ms；负载由通电到断电时的最大滞后时间约为10ms。
③ 由扫描工作方式产生的最大滞后时间可超过两个扫描周期。
输入/输出滞后时间对于一般工业设备是完全允许的，但对于某些需要输出对输入做出快速响应的工业现场，可以采用快速响应模块、高速计数模块以及中断处理等措施来尽量减小响应时间。
4．三菱FX系列PLC型号、安装、接线
1）FX系列PLC的型号
FX系列PLC型号名称可按如图1-6所示格式定义。图1-6 FX系列PLC型号名称
系列名称：如1S，1N，1NC，2N，2NC等。
输入/输出总点数：一般为16～128。
单元类型：M为基本单元，E为输入/输出混合扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块。
输出方式：R为继电器输出，T为晶体管输出，S为双向晶闸管输出（或称为可控硅输出）。
其他定义：D表示“DC电源、DC输入”；UA1/UL表示“AC电源、AC输入”；001表示专为中国推出的产品。如果“其他定义”这一项无符号，则表示为“AC电源、DC输入”。
例如，型号为FX-48MR-D的PLC表示该PLC属于FX系列，是2N2N具有48个I/O点的基本单元，继电器输出型，使用DC 24V电源。
FX系列PLC是三菱公司FX系列中性能优越的小型PLC，除输2N入/输出16～256点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接、运动控制、闭环控制等特殊用途，是一套可以满足广泛需要的、性价比很高的PLC。
FX系列PLC的基本单元、扩展单元、扩展模块的型号、规格分2N别见表1-2、表1-3、表1-4。表1-2 FX2N系列PLC基本单元一览表表1-3 FX2N系列PLC扩展单元一览表表1-4 FX2N系列PLC扩展模块一览表（1）硬件基本单元
硬件基本单元即主机或本机。它包括CPU、存储器、基本输入/输出点和电源等，是PLC的主要部分。它实际上是一个完整的控制系统，可以独立完成一定的控制任务。FX基本单元有2N16/32/48/64/80/128个I/O点，参见表1-2。这些基本单元可以通过采用扩展单元或模块扩充到256个I/O点。（2）扩展单元
扩展单元由内部电源、内部输入/输出电路组成，需要和基本单元一起使用。在基本单元的I/O点数不够时，可采用扩展单元来扩展I/O点数。（3）扩展模块
扩展模块由内部输入/输出电路组成，自身不带电源，由基本单元、扩展单元供电，需要和基本单元一起使用。在基本单元的I/O点数不够时，可采用扩展模块来扩展I/O点数。（4）特殊功能模块
FX系列PLC提供了各种特殊功能模块，当需要完成某些特殊功2N能的控制任务时，就需要用到特殊功能模块。这些特殊模块又分为：
① 模拟量输入/输出模块，例如FX0N-3A，FX2N-2AD，FX2N-2DA，FX2N-4AD-PT等。
② 数据通信模块，例如FX2N-232-DB，FX2N-422-DB，FX2N-485-DB，FX2N-16CCL-M等。
③ 高速计数器模块，例如FX-IHC。2N
④ 运动控制模块，例如FX-1PG-E，FX-10GM等。2N2N
2）FX2N系列PLC的安装及接线（1）安装
PLC应安装在环境温度为0～55℃、相对湿度为35%～89%、无粉尘和油烟、无腐蚀性及可燃性气体的场合中。
PLC有两种安装方式：一是直接利用机箱上的安装孔，用螺钉将机箱固定在控制柜的背板或面板上；二是利用DIN导轨安装，这需要先将DIN导轨固定好，再将PLC及各种扩展单元卡上DIN导轨。安装时，还要注意在PLC周围留足散热及接线的空间。图1-7为FX系统2NPLC及扩展设备在DIN导轨上安装的情况。PLC在工作前必须正确地接入控制系统。与PLC连接的设备主要有PLC的电源接线、输入/输出器件的接线、通信线和接地线等。（2）外部特征
FX系列PLC的面板由3部分组成，即外部接线端子、指示部分2N和接口部分。各部分的组成及功能如下：
①外部接线端子。外部接线端子包括PLC电源（L，N）、输入用直流电源（24+，COM）、输入端子（X）、输出端子（Y）和接地端等。它们位于机器两侧可拆卸的端子板上，每个端子均有对应的编号，主要用于电源、输入信号和输出信号的连接。
②指示部分。指示部分包括各输入/输出点的状态指示、机器电源指示（POWER）、机器运行状态指示（RUN）、用户程序存储器后备电池指示（BATT.V）和程序错误或CPU错误指示（PROG-E、CPU-E）等，用于反映I/O点和机器的状态。
③接口部分。接口部分主要包括编程器接口、存储器接口、扩展接口和特殊功能模块接口等。在机器面板上，还设置了一个PLC运行模式转换开关SW（RUN/STOP）。RUN使机器处于运行状态（RUN指示灯亮）；STOP使机器处于停止状态（RUN指示灯灭）。当机器处于STOP状态时，可进行用户程序的录入、编辑和修改。接口的作用是完成基本单元同编程器、外部存储器、扩展单元和特殊功能模块的连接，在PLC技术应用中经常会用到。图1-7 FX2N系列PLC及扩展设备在DIN导轨上安装的情况（3）输入/输出接口
①输入接口。可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元，主要有以下几种。
a．数字量输入接口。数字量输入接口的作用是把现场的数字（开关）量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。数字（开关）量输入接口按可接纳的外部信号电源的类型不同，可分为直流输入接口单元和交流输入接口单元。图1-8所示为直流输入接口单元电路，图1-9所示为交/直流输入接口单元电路，图1-10所示为交流输入电路。图1-8 直流输入接口单元电路图1-9 交/直流输入接口单元电路图1-10 交流输入电路
从图中可以看出，数字（开关）量输入接口单元中都有滤波电路及耦合隔离电路：滤波有抗干扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。图中数字（开关）量输入接口单元的电源部分都画在了输入口外（虚线框外），这是分体式数字（开关）量输入接口单元的画法。在一般单元式可编程控制器中，输入接口单元都使用可编程本机的直流电源供电，不再需要外接电源。
b．模拟量输入接口。模拟量输入接口的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程控制器内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。模拟量输入接口接收标准模拟信号，无论是电压信号还是电流信号均可。这里的标准信号是指符合国际标准的通用交互用电压电流信号，如1～10V的直流电压信号，4～20mA的直流电流信号等。
②输出接口。
a．数字量输出接口。数字量输出接口的作用是把可编程控制器内部标准信号转换成现场执行机构所需的数字（开关）量信号。数字（开关）量输出接口按可编程控制器内使用的器件不同可分为继电器型、晶体管型及晶闸管（可控硅）型，内部参考电路图如图1-11所示。图1-11 数字（开关）量输出接口
继电器输出的优点是电压范围宽、导通压降小、价格便宜，既可以控制直流负载，也可以控制交流负载；缺点是触点寿命短，转换频率低。继电器输出电路如图1-11（a）所示。
晶体管输出的优点是寿命长、无噪声、可靠性高、转换频率快，可驱动直流负载；缺点是价格高，过载能力较差。晶体管输出电路如图1-11（b）所示。
晶闸管输出的优点是寿命长、无噪声、可靠性高，可驱动交流负载；缺点是价格高，过载能力较差。晶闸管输出电路如图1-11（c）所示。
注意事项： PLC输出接口是成组的，每一组有一个COM口，只能使用同一种电源电压。 PLC输出负载能力有限，具体参数请阅读相关资料。 对于电感性负载应加阻容保护。 负载采用直流电源小于30V时，为了缩短响应时间，可用并接续流二极管的方法改善响应时间。
b．模拟量输出接口。模拟量输出接口的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转换和信号驱动等环节组成。
c．智能输入/输出接口。为了适应较复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智能控制单元，如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等，这类单元大多是独立的工作单元。它们和普通输入/输出接口的区别在于其一般带有单独的CPU，有专门的处理能力。在具体的工作中，每个扫描周期智能单元和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务。从近期的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有PID功能及高速计数器接口，但它们的功能一般比专用智能输入/输出单元的功能稍弱。（4）电源部分
FX系列PLC上有两组电源端子，分别用于PLC工作电源的输入2N和输入回路所用电源。其中L，N是PLC的电源输入端子，额定电压为AC100～240V（电压允许范围AC85～264V），50/60Hz；24+，COM是机器为输入回路提供的直流24V电源，为减少接线，其正极在PLC内已与输入回路连接。当某输入点需给定输入信号时，只需将COM通过输入设备接至对应的输入点，一旦COM与对应点接通，该点就为ON，此时对应输入指示灯就点亮。接地端子用于PLC的接地保护。（5）端子使用说明
输入/输出（I/O）端子是PLC与外部输入、输出设备连接的通道。输入端子（X）位于机器的一侧，输出端子（Y）位于机器的另一侧。虽然I/O点的数量、类别随机器的型号不同而不同，但I/O编号规则完全相同。FX系列PLC的I/O点编号采用八进制，即000～2N007，010～017，020～027，……，输入点前面加“X”，输出点前面加“Y”。扩展单元和I/O扩展模块，其I/O点编号应紧接基本单元的I/O编号之后，依次分配编号。
输入回路的连接如图1-12所示。输入回路的实现是将COM通过输入元件（如按钮、转换开关、行程开关、继电器的触点、传感器等）连接到对应的输入点上，再通过输入点X将信号送到PLC内部。一旦某个输入元件状态发生变化，对应输入继电器X的状态也就随之变化，PLC在输入采样阶段即可获取这些信号。图1-12 输入回路的连接
输出回路就是PLC的负载驱动回路，输出回路的连接如图1-13所示。通过输出点，将负载和负载电源连接成一个回路，这样负载就由PLC输出点的ON/OFF进行控制，输出点动作，负载得到驱动。负载电源的规格应根据负载的需要和输出点的技术规格进行选择。
3）三菱FX2N系列PLC的编程元件
实际上，PLC的梯形图编程沿用了继电器控制系统的一些思想，最为突出的是PLC的某些编程单元沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但它们不是真实的物理继电器（即硬继电器），而是在软件中使用的编程单元，每一个编程单元与PLC的一个存储单元相对应，也称为软继电器。这些软继电器就是PLC的编程元件，这些编程元件在PLC内部有唯一的地址。下面以FX系列PLC为例介绍PLC的软元件，表1-5为FX系列PLC软元件一2N2N览表。图1-13 输出回路的连接表1-5 FX2N系列PLC软元件一览表续表注：※1 非电池后备区，通过参数设置可变为电池后备区。※2 电池后备区，通过参数设置可变为非电池后备区。※3 电池后备固定区，区域特性不可改变。（三）任务实施
本书主要以三菱FX-48MR PLC为例来进行讲解，其外形如图2N1-14所示。由前文介绍的知识我们知道：此PLC应该接220V交流电源，有24个输入点，24个输出点。注意观察其输出端，Y0～Y3共用COM1，Y4～Y7共用COM2，Y10～Y13共用COM3，Y14～Y17共用COM4，Y20～Y27共用COM5。在这个任务中我们主要完成系统的硬件接线工作。图1-14 三菱FX2N-48MR外形图
1．输入/输出端口分配
根据前文的项目分析可知，指示灯的PLC控制系统的输入/输出端口分配表如表1-6所示。表1-6 输入/输出端口分配表
2．PLC外部接线示意图绘制
根据输入/输出端口分配表，可画出指示灯的PLC控制系统PLC部分的外部接线示意图，如图1-15所示。图1-15 PLC外部接线示意图
3．系统安装（1）检查元器件
根据项目任务选配齐需要的元器件（注意有些替代元器件的选用），并逐个检查元件的规格是否符合要求，检测元件的质量是否完好。（2）安装元器件及接线
自行绘制本控制系统安装接线图，根据配线原则及工艺要求，对照绘制的接线图进行安装和接线，元器件安装布局参考图1-16所示。图1-16 元器件安装布局参考图（3）自检
① 检查布线。对照绘制的接线图检查是否存在掉线、错线，是否漏、错编号，接线是否牢固等情况。
② 使用万用表检测安装的电路，如测量与线路图不符，应根据线路图检查是否有错线、掉线、错位、短路等。
在接线施工中遵循维修电工工艺要求和注意事项，由于使用的是强电，特别需要注意用电安全。接好后是不能立即运行的，因为还没将程序编写输入PLC里面。在下一个任务中我们将学习如何编写程序。任务二 PLC控制指示灯程序编制与调试（一）任务分析
指示灯PLC控制电路所用的输入器件是按钮，其工作特点是按下时动作，松开时立即复位，在没有外部按压时一直处于复位后的状态。用它来控制某个电器元件的方式是点动控制，要让控制对象一直得电，这就让我们想到继电接触控制系统中的“自锁”。梯形图程序原本就是参照继电接触控制电路演变过来的，因此我们可以用三相异步电动机的自锁控制电路设计梯形程序。事实上我们经常用这样的思路编写PLC梯形图程序。
编写程序最常用语言梯形图编程语言。用户程序开发工具有手持编程器或计算机+开发软件。本书我们以三菱公司推出的GX Developer软件来编写程序。（二）相关知识
1．编程语言
PLC是按照程序进行工作的，程序就是用一定的语言描述出来的控制任务。常用语言有梯形图（Ladder Diagram）、指令表（Instruction List）、顺序功能图（Sequential Function Chart）和功能块图（Function Block Diagram）等。（1）梯形图
梯形图是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系来表示控制关系的编程语言，它是从继电器控制电路图演变过来的。梯形图将继电器控制电路图进行简化，同时加进了许多功能强大、使用灵活的指令，将计算机的特点结合进去，使编程更加容易，且实现的功能也大大超过传统继电器控制电路图，是目前最普遍应用的一种编程语言。对于梯形图的绘制规则，总结后具有以下几点。
① 梯形图中只有动合和动断两种触点。各种机型中动合触点和动断触点的图形符号基本相同，但它们的元件编号不相同，随不同机型、不同位置（输入或输出）而不同。统一标记的触点可以反复使用，次数不限，这点与继电器控制电路中同一触点只能使用一次不同。因为在可编程控制器中每一触点的状态均存入可编程控制器内部的存储单元中，可以反复读写，故可以反复使用。
② 梯形图中输出继电器（输出变量）表示方法也不同，有圆圈、括弧和椭圆3种，而且它们的编程元件编号也不同，不论哪种产品，输出继电器在程序中只能使用一次。
③ 梯形图最左边是起始母线，每一逻辑行必须从起始母线开始画。梯形图最右边还有结束母线，一般可以将其省略。
④ 梯形图必须按照从左到右、从上到下的顺序书写，可编程控制器是按照这个顺序执行程序。
⑤ 梯形图中触点可以任意的串联或并联，而输出继电器线圈可以并联但不可以串联。
⑥ 程序结束后应有结束符END。（2）指令表
指令表类似于计算机汇编语言的形式，用指令的助记符来进行编程。它通过编程器按照指令表的指令顺序逐条写入PLC并可直接运行。指令表的指令助记符比较直观易懂，编程也很简单，便于工程人员掌握，因此得到了广泛的应用。但要注意的是，不同厂家制造的PLC，所使用的指令助记符有所不同，即对同一梯形图来说，用指令助记符写成的语句表也不相同。图1-17（a）所示的梯形图对应的指令表如图1-17（b）所示。图1-17 梯形图、指令表（3）顺序功能图
顺序功能图应用于顺序控制类的程序设计，包括步、动作、转换条件、有向连线和转换五个基本要素。顺序功能图的编程方法是将复杂的控制过程分成多个工作步骤（简称步），每个步又对应着工艺动作，把这些步按照一定的顺序要求进行排列组合，就构成整体的控制程序。顺序功能图如图1-18所示。（4）功能块图
功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，熟悉数字电路的技术人员比较容易掌握。该编程语言用类似“与门”、“或门”的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号自左向右传输。功能块图如图1-19所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]