作者：徐荣华,吕桃
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
可编程控制器PLC应用技术(三菱机型)试读：
前言
。徐荣华，吕桃 主编桑昀 责任编辑张帆 其他贡献者前言为贯彻落实全国教育工作会议精神和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》，依据教育部《中等职业教育改革创新行动计划（2010—2012年）》，实施《中等职业学校专业与课程体系改革创新计划》的相关要求和进一步贯彻“以服务为宗旨、以就业为导向、以能力为本位”的职业教育指导思想。在对课程教学改革的经验总结基础上，结合“行动导向”、“做学合一”教学理念的探究，编写出《可编程序控制器PLC应用技术（三菱机型）》的新教材。
本课程性质是中等职业学校加工制造大类机电技术应用、数控技术应用、机电设备安装与维护等专业的前沿应用型专业课程。本教材是对维修电工中级职业资格标准进行充分解读与分析，对课程岗位职业能力培养要求分析的基础上，结合《可编程序控制器PLC应用技术（三菱机型）》课程知识点、技能培养目标的分析、归纳，从应用型专业课程应能体现岗位职业能力培养的应知、应会兼顾发展的需要对该课程教学内容进行科学、合理的选取与组织。在教学任务的组织上充分考虑中职学生的认知水平、学习行为特点及职业能力培养要求，以任务驱动方式体现“做中学、学中做”的职教特色，以便于有效地实现本课程专业知识学习、专业技能培养及职业素养提升的目标。
本教材的特色体现在以下几个方面：（1）全书贯穿一致的“行为导向”及“做学合一”教学任务的组织模式。本教材共分7个模块，每一模块下均由3～5个学习任务组成，学习内容围绕任务展开，包括PLC的结构、软元件、指令的学习、软件的操作等均以典型工作任务的设备安装、调试的认知培养与训练主线贯穿、融合，突破了原有学科体系，将知识、技能培养目标进行有效拆解使其融于不同教学任务设计中。（2）学习任务的选取上充分考虑中职学生认知能力与学习兴趣，具有典型性、可操作性、时代新颖性。典型性有常规继电—接触控制线路的PLC控制、十字路口交通信号灯、抢答器等任务；时代新颖性体现于通信控制任务、触摸屏控制技术应用；可操作性除基本控制任务易于实现外，在目前技能大赛的推动下变频器、气动机械手、触摸屏等设备已有所涉及，职业能力培养的时代性已有适当的体现。（3）教材合理的“专业技能培养与训练”、“知识链接”、“思考与训练”及“阅读与拓展”的体例安排，体现学生知识学习、技能训练内在的关联性，有效地弥补能力培养主导、知识相对弱化的“实训化”教材的不足，使因材施教、能力发展的需求尽可能地得到满足。能够在对常见任务引领的“过程实训化”教材研究的基础上，实现任务引领融合适度探究性学习、体现专业认知培养与技能训练为一体的“做学合一”的教材组织形式。（4）能将专业基本能力培养与后续能力可持续发展进行有机结合。在三菱FX系列PLC指令处理上，将基本指令与步进顺控指令学2N习与应用作为基本要求，通过步进状态编程的有效训练提升学生工程控制应用的认知和能力；在应用中穿插部分代表性应用指令的认知训练，将HMI组态、通信任务与PLC基本单元应用相融通，有效地拓展学生的对控制领域认知、使思维空间更加开阔；在专业工具运用上注重学生能力运用与岗位的对接，教材中摒弃陈旧落伍的内容，如高版本主流编程软件操作、虚拟仿真技术等引入，保持与时代步伐相一致。（5）职业能力的培养融合时代发展元素，在PLC学习应用平台上突破原有教材基于SWOPC FXGP/WIN-C低版本程序编辑软件，采用反映工程应用的主流高版本GX Developer Version 8.34L编程软件，以有效的SFC编程训练突破步进状态的STL编程，引入工程文件概念并结合GX Simulator Ver 6C虚拟仿真，使学习者学习能力、职业能力得以提升。（6）结合中职学生特点强调的“可编程控制器应用技术”，除PLC在典型控制任务应用外，能够有效融合PLC现代控制领域中的变频器、气动机械手、步进电动机、触摸屏及通信等方面应用，调动学生参与工作任务的兴趣。在任务学习活动中培养中职学生一定的程序设计思想，能够熟悉PLC的控制方法，拓展对PLC的应用领域的认知和工程运用的方法，能够让中职学生体会到“学以致用”是任务选取的必备因素。（7）任务设计体现应用为主线，紧扣生产、生活实践要求，任务中除典型“启—保—停”、正、反转等控制单元外，工作平台、步进电动机、气动与液压、变频器、机械手等均与现代设备控制密切相关，通过对急停、循环控制、掉电保护、设备异常处理等强化工程实践需求认知，并融入技能竞赛的元素。（8）在教学任务设计中力求实现“学、做、思”相结合，以求避免“教用脑的人不用手，不教用手的人用脑”实现“手脑联盟”，通过图形有效文字标注、释义降低中职学生理解难度，虚拟GX Simulator Ver 6C的仿真手段使学生的脱机自主学习成为可能。（9）教材与手册资料的衔接，为能让学生较快适应岗位资料的查阅，对PLC指令采用厂商技术手册格式、用法说明进行介绍，并注意在任务设计中进行手册的收集、查阅方法的训练。（10）编写团队的组织特色：从服务于专业教学出发，考虑到不同层次师资对教学认知、需求上的不同，教材编写、策划团队采用老、中、青相结合；有兼职教科研成员、教学实践一线的双师型专职骨干教师、有技能竞赛背景教师的有机组合；具有一定工程实践、专业特长背景工程技术人员和具有较高专业技能的双师型教师结合。使得教材在保证职业教育基础知识的学习、基础能力培养、专业素养与技能提高等方面，从方式方法上更趋合理，形式上更具新颖。
参加本教材编写的成员包括江苏省首届职业教育领军校长，江苏省第二届制造加工类中心教研组副组长、组员，机电专业办主任，机电实训基地负责人，以及江苏省数控加工技能竞赛教师组第一名等。本书由徐荣华、吕桃主编，林彬、袁军副主编，葛东升等机电教研组相关教师参与该教材前期调研、能力分析、实训验证及部分内容的编写工作。在教材编写过程中，还得到江苏省制造加工类中心教研组、南京市职教教研室及部分兄弟学校的相关领导、教师的帮助与支持。编写中参阅多种同类教材和专著及厂商的技术资料，在此一并对提供支持的相关领导、教师及所参阅资料的编著者表示衷心的感谢。
本教材总课时为90学时（选修学时不包含在内），分配建议：考虑到课程的专业地位、地区差异、教学实训保障条件、教学内容的选取、学生现状及教学与师生的比例，具体的学时可由教学实施任课教师做适当调整。
本教材的教学资源主要包括与任务配套的学习任务工作页、教学课件、思考与训练的习题解析等。为了方便教师教学，本书配有电子教学参考资料包，请有此需要的教师登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后进行下载，如有问题可在网站留言板留言或与电子工业出版社联系（E-mail：hxedu＠phei.com.cn）。
由于编写时间仓促及限于编者的水平和经验等，书中难免存在一些不足和错误，敬请广大读者予以指正及提出宝贵意见。
编 者
2011年12月模块一 三菱可编程控制器的安装与编程软件的操作【教学目的】
通过本模块的学习与训练，能够对包括三菱系列可编程控制器（PLC）在内的当前主流PLC在组成上、类别上及外围扩展设备及外部输入/输出（I/O）接口等有初步的认识，能够对PLC的应用有一定的感性认知。
能够通过三菱PLC的简单运用，加强对PLC工作方式的认识，并掌握三菱FX系列PLC的基本安装方法，对其使用的注意事项有所了2N解。
学会三菱GX Developer编程软件的梯形图程序的编辑、编译转换及上传、下载方法，并学会PLC工作状态的监控方法，通过梯形图编辑方法的训练形成对梯形图指令的初步感性认识。
通过PLC控制的交通信号灯、四人抢答器的安装与调试运行，对PLC控制任务的实现方法、流程形成初步的认识。任务一 三菱可编程控制器的安装与连接训练【任务目的】
通过典型的十字路口交通信号灯的PLC控制任务的设备安装训练，初步形成对PLC控制应用的认识，并熟悉PLC面板组成、I/O端口、各附件连接及安装的注意事项。
通过三菱GX Developer软件的安装，了解PLC运行环境要求，熟悉基本应用程序的安装方法。通过GX Developer练习用户程序的基本操作（含传输及监控功能），初步认识PLC的基本运用并学会简单的操作方法。
通过交通信号灯的PLC仿真实训，初步对PLC的控制方法、控制线路组成形成一定的感性认识。
想一想
现代工程控制中的PLC——可编程控制器，如何识别这种设备，PLC具有什么样功能，可用于何种场合或实现何种控制?
知识链接一
PLC的定义与应用领域的认知起步
PLC（Programmable Logic Controllers）于20世纪80年代由NEMA（美国电气制造商协会）重新命名为Programmable Controller，其核心是一种专为工业控制而设计的计算机系统。为避免与个人计算机（Personal Computer，PC）混淆，因此，把这种主要实现工业控制功能的数字操作系统称为PLC。
图1-1-1所示为目前我国现代工业控制设备中主要采用的典型PLC品牌及部分系列产品，图（a）、（b）分别为日本三菱公司的FX系列、欧姆龙公司的C200H系列PLC，图（c）、（d）分别为美2N国罗克韦尔集团所属的AB公司SLC-500系列、德国西门子公司的S7-200系列PLC，图（e）则为我国台湾产的台达DVP系列PLC。图1-1-1 部分常见主流PLC产品实物图
PLC的定义是1987年国际电工委员会（IEC）在PLC标准草案上做出的“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。它采用可以编制程序的存储器，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该按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”。
PLC是在继电器控制基础上发展起来的以微处理器为核心，融合自动控制技术、计算机技术和通信技术为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前，PLC已基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居于PLC、机器人（Robot）、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）构成的工业生产自动化三大支柱之首位。目前的PLC控制技术已步入成熟阶段，国内外应用的领域非常广泛，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个方面，其应用的数量已占据各类工业自动化控制设备的首位。典型的运用有我们熟悉的民用方面的电梯控制、交通路口信号灯控制等；工业控制方面的自动流水生产线控制、工业机械手控制及现代数控机床等，如图1-1-2和图1-1-3所示。图1-1-2 PLC在设备控制中的应用图1-1-3 PLC在机器人控制方面的应用
想一想：
为什么越来越多的设备控制领域广泛地采用PLC设备和技术替代传统控制方式及数字逻辑控制技术等?
知识链接二
PLC的控制特点的认识
PLC是一种数字式电于装置，它利用可编程序的存储器进行指令存储，按照指令能够实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字式或模拟式的I/O接口实现对生产机械或生产过程的控制。PLC主要具有如下特点。
1）可靠性高，抗干扰能力强
除在结构上现代PLC采用了足以适应恶劣工业生产环境的具有耐热、密封、防潮、防尘和抗震性能的外壳封装外，在设备内部的硬件和软件两个方面均采取相应的有效措施以实现其可靠性的提高。
硬件方面：在现代PLC设备的内部电路中，除利用无触点开关取代了硬继电器的机械触点开关外，还采用了大规模集成电路LSI技术、先进的抗干扰技术，并在生产中配套有严格管理的生产工艺的保障，从而确保了较高的电气设备运行可靠性。利用PLC构成的控制系统与具有实现同样功能、同等规模的继电接触控制系统相比，PLC控制系统的外部电气连接线、设备控制触点式开关数量大为减少。同时PLC内部电路通过输入与输出的光电耦合电路与外部电路间接连接，实现了直流隔断，有效抑制了外部主要低频干扰源的影响，设备控制产生故障的概率也就大大降低。此外，PLC还具有硬件故障自检功能，硬件异常故障的报警及强制处理功能，具有通过后备电池实现停电时对用户程序、设备运行动态数据的有效保护等措施，均使得设备运行的高可靠性得到硬件支撑的保障。
软件方面：主要通过以下措施实现可靠性保障，即在用户程序执行时，通过软件设计的PLC的监控定时器可实现对运算处理器的延迟监控，从而避免因程序出错而进入死循环。用户可根据设备控制的运行状况，很容易地开发和编写外围设备故障的诊断程序，及时通过PLC的输入端口信息采集，进行设备故障诊断并采取相应措施以实现故障的处理，可有效地防止故障带来的危害。
目前，以三菱公司的F系列PLC为例，其平均无故障时间可达到30万小时，而一些采用冗余CPU技术的PLC的平均无故障工作时间则更长。
冗余CPU结构的PLC是指PLC内有两块CPU同时在线运行，一块处于主控制模式；另一块处于预备模式。拥有主控制权的CPU具有输出控制权，而预备CPU跟踪主CPU的变化同时采集数据和保持通信连接，但输出被禁止。两个CPU模块互相监视对方的运行状态和通信情况，一旦主控CPU故障，预备CPU立即获取控制权而成为主控CPU，实现无扰动控制切换。
2）编程软件操作方便、编程方法简单易学
PLC开发之初的目的就是通过逻辑控制功能取代复杂的继电接触线路，用于将继电接触器的硬接线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程方式。PLC编程语言之一——梯形图就是从继电器控制线路演化过来的，采用图形符号形式的程序结构具有直观明了、易学易懂、易修改的特点，极易为具有一定继电—接触控制线路基础的电器技术人员及初学者的接受和掌握。给即使不熟悉电子电路、不懂得计算机原理和汇编语言的人，从事PLC进行工业设备控制提供了便捷路径。
3）适应性好，具有柔性
为拓展PLC的功能和应用领域，围绕PLC的应用开发出的标准化、系列化外围模块的品种很多，通过PLC与外围各组件的有机组合可构成满足不同要求的控制系统。在设备连接方面，根据控制任务的要求并结合PLC提供的各标准接口、I/O端子上连接相应的通信信号、I/O控制信号，而不需要进行大量的电子线路或继电器硬接线操作，且当设备生产工艺进行调整时也不必改变硬设备，只需要改变相应的软件就可满足新的控制要求。
4）控制功能完善，接口形式多样
现代PLC基本单元除具有逻辑处理功能外，大多具有完善的数据运算能力。为进一步满足各种数字控制领域的需求，配套开发的系列化模块分别提供了数字/模拟（D/A）的输入和输出、定时计数、A/D与D/A转换、数据处理及通信联网等功能。随PLC外围功能单元的日趋完善，通过选配不同的特殊适配器可构成满足特殊控制功能需要的控制系统，并随通信功能的增强及人机界面技术的引入，复杂控制功能的简易PLC控制系统已成为现实。现代工业控制设备中要求的复杂位置控制、温度控制功能的数控系统中均采用了PLC控制技术，如图1-1-4和图1-1-5示。图1-1-4 PLC在复杂的定位控制中运用图1-1-5 PLC在高速定位控制中的运用
5）易于设计和安装，使得维护更方便
在设计采用PLC控制技术的应用系统时，在器件选取上可根据控制任务的功能、性能要求确定相应的PLC基本单元、采用的功能模块及I/O控制设备等；在安装上结合现代PLC及配套扩展组件均大多采用模块化积木式结构可以实现极为方便的组装，并由于PLC采用软件功能替代原先继电—接触控制线路中的中间继电器、定时器等器件，大大减少了控制设备外部的接线，硬件安装周期大为缩短；在软件编程和调试阶段可采取实验室脱机运行，模拟运行成功后再结合现场调试，使得调试周期有效缩短并能减少和避免调试中的一些异常故障现象的发生；维护方面结合PLC的诊断及显示功能可获得一定故障信息，替换法排除故障简便易行。
专业技能培养与训练
十字路口交通信号灯的PLC控制任务的设备安装
任务阐述：本控制任务是利用三菱FX-48MR的PLC，在给定I/2NO端口定义及控制程序前提下，结合24V电源、24V直流信号灯进行模拟十字路口交通信号灯控制设备的安装，了解PLC控制系统的安装要求及安装、设备调试的基本操作内容。
十字路口交通信号灯设备安装清单参见表1-1-1（试验电工工具一套）。表1-1-1 十字路口交通信号灯设备安装清单表
一、实训任务准备工作
1.检查PLC程序文件（本书因采用GX Developer软件，后续统一称为工程文件）。
该任务提供十字路口交通信号灯控制任务名为“工程1-1”的工程文件（程序），该工程文件可通过学生在各实训台的PC的指定路径建立复制，指令表STL 1-1-1中给出该工程文件的指令表形式。STL 1-1-1
2.I/O端口定义
用户通过I/O定义可以明确用了哪些控制（或受控）设备、控制（或受控）设备的功能及接法等。I/O端口地址分配参见表1-1-2。表1-1-2 I/O端口地址分配表
3.交通信号灯的控制电路与安装
十字路口交通信号灯的PLC控制电路接线图如图1-1-6所示，如图1-1-7所示为交通信号灯安装布局示意图（要求南北向、东西向的灯由外到内均按红、黄、绿顺序布局安装）。图1-1-6 PLC控制电路连接图图1-1-7 交通信号灯安装布局示意图
PLC控制连接图是PLC与外部设备连接的参考依据，交通信号灯的安装示意图与电工图中的布局图用途基本相似，用于明确设备安装位置、要求，是对PLC控制连接图的补充说明。
4.清点与检查实训设备
设备、器材的充分准备及必要的检测均是电工操作的基本要求，质量、性能的完好是实训任务正常进行和人身安全的保障。PLC控制中，输入端控制开关器件常用常开形式接法（注意按钮式开关与切换开关的区别），但对于要求实现急停功能控制，则要求用于实现急停的蘑菇帽按钮必须采用常闭触点接法（对于未学习过相关低压电气设备、器件的读者可参见本书附录A）。
二、PLC的设备安装的认知训练
如图1-1-8（a）所示为FX-48MR的PLC面板，该款产品在三菱2NFX系列PLC中最具代表性，图中对面板的组成给予了标注，初学者2N需要加以识别。
从功能上划分，FX系列PLC面板主要由指示部分、接口部分及2N外部接线端子三部分组成。
1.指示部分
FX系列PLC面板设有用于反映PLC工作状态的指示灯，如图2N1-1-8（b）所示的各指示灯名称及功能如下：（1）POWER（电源）指示灯。当POWER指示灯亮说明供电电源正常，当指示灯熄灭时表明PLC设备电源断开。（2）RUN（运行）指示灯。当RUN指示灯亮时表明PLC处于运行状态，当该指示灯熄灭时则PLC处于停止（STOP）状态。PLC“STOP”状态下可以进行程序的写入（通过PC或手持编程器将编辑好的程序向PLC传送）。RUN/STOP状态的切换可通过面板通信接口盒盖内设置的运行模式转换开关控制，该切换开关有上、下两挡对应于RUN/STOP状态，“STOP”还可以强行停止PLC的运行。（3）BATTV（电源故障）指示灯。指示灯亮则表示内部锂电池·的工作电压不足，用于提醒用户更换电池。（4）PROGE（程序出错）指示灯。用于系统检测到用户程序出·错时发出闪烁的警示信号（异物掉入内部导致内存信息变化也会致使该警示工作），正常时熄灭。（5）CPUE（处理器故障）指示灯。当该指示灯长亮时，则说·明硬件故障导致CPU出错或者因用户程序设置不当造成运算周期过长而导致报警；若该指示灯闪烁状态则导致原因有以下几种可能性：程序没有正确写入、梯形图错误或程序语法错误等。图1-1-8 FX-48MR的PLC面板2N1—编程器连接电缆接口及运行开关；2—内部锂电池；3—输入端子；4—输入状态信号指示灯；5—PLC工作状态指示灯；6—35mmDIM轨道安装口；7—用于扩展设备连接；8—螺钉安装固定孔；9—输出状态信号指示灯；10—输出端子
为了直观地反映出PLC运行时各个I/O端口的工作状态，FX系列PLC均设置了与I/O端口相对应的I/O信号指示灯。例如，当某输入端子所连接的按钮闭合/断开时，对应输入端的输入信号灯随之点亮/熄灭，同样PLC的输出端的输出信号灯也会随对应的输出端输出信号的有或无而点亮或熄灭，同时外部连接的设备（如继电器线圈）动作。显然通过I/O指示灯并结合外部设备的工作状况，为判别PLC的I/O状态、进行程序调试、实现故障排查等提供了方便。
2.接口部分
主要有标准RS-422编程器通信接口、存储器接口、扩展通信板接口及特殊功能模块接口等。图1-1-9（a）所示为RS-422标配通信接口形状及功能端分布示意图，如图1-1-9（b）、（c）所示分别为FX-232AW/AWC、FX-USB-AW通信转换电缆。图1-1-9 RS-422接口及通信转换电缆
三菱FX系列PLC均标配有RS-422通信接口，常称编程器接口，通过该通信接口可以实现如图1-1-10所示的手持编程器（HPP）、个人计算机（PC）及人机界面（HMI）等设备的连接通信。存储器接口、扩展通信板接口及特殊功能模块接口，是为了满足用户控制需要进行设备扩展而设置的。图1-1-10 HPP、PC与HMI设备
常用外围设备与PLC的连接：除手持编程器通过专用的FX-20P-cab编程电缆直接与RS-422编程器接口直接相连外，其他常见的RS-232设备（如PC、人机界面）需要通过FX-232AW/AWC（RS-422/232C转换器）通信电缆连接。对于具有USB接口设备（如PC）的连接，也可通过FX-USB-AW（RS-422/USB转换器）通信电缆进行连接，设备连接时特别要注意PLC设备上RS-422标配接口的插头方向、PC或其他设备的RS-232串口形式（对于具有其他通信标准接口的设备连接在后续内容中介绍）。
随USB通信接口的普及，传输速度快、使用方便的USB接口更易于被用户（特别初学者）所接受，且市场上绝大部分笔记本电脑已不再配置RS-232接口，采用USB接口标准的FX-USB-AW通信电缆必将取代FX-232AW/AWC通信电缆。FX-USB-AW用法及连接说明如 图1-1-11所示（需要注意的是，采用FX-USB-AW需要安装设备驱动程序并设置相应通信端口，相关方法与要求应参阅设备说明书）。图1-1-11 FX-USB-AW电缆
3.PLC的外部设备接线端子
PLC用于与外部设备、电源连接的接线端分布于设备上、下两侧，排列规律如图1-1-12、图1-1-13所示。正确识别接线端子的类别和作用，并进行连接才能保障设备的正常运行。图1-1-12 FX-48MR电源及输入端分布示意图2N图1-1-13 FX-48MR输出端分布及分组示意图2N（1）电源接线端L，N及接地端：面向我国内地的三菱PLC均采用220V市网电压供电。对于供电电源部分一般要求外部结构中具有短路、过电流保护回路，常采用额定电流5A的断路器实现。电源引入经断路器后分别与输入端侧的“L”、“N”相接，同时“⊥”要与接地线进行可靠的连接。内部直流+24V电源：输入端子一侧的+24V、COM端可向外提供需24V直流电源，该直流电源只能向输入端所接的检测性器件（如电磁开关、传感器等）提供工作电压。（2）输入“I”端子：用于连接外部控制设备如按钮、行程开关及各类检测开关等。（3）输出“O”端子：用于连接外部的受控执行设备（如接触器、继电器等），利用输出端口的开关信号控制对应端所接执行设备产生动作，也可直接控制一些低电压、小功率电器（如灯泡、小型直流电动机）等。各接线端子采用可拆卸结构，并在对应位置标有对应的编号（三菱FX系列PLC分别以X、Y作为I、O端子的标志），以方便查找并进行连接。
I/O端子是PLC的重要外部控制接口部件，是PLC与外部输入与输出设备连接的通道，其数量、类别是PLC主要性能指标之一。不同型号的PLC，其I/O端子数、端子类型不尽相同，但I/O数量（又称I/O点数）、比例及编号规则完全相同。一般PLC基本单元的I/O点数比为1∶1，即输入点数等于输出点数。FX系列采用3位八进制编号：即输入端编号X000～X007，X010～X017，…；输出Y000～Y007，Y010～Y017，…以此类推。若采用扩展单元或模块则其I/O编号应紧接PLC基本单元的I/O编号依次顺序递推。
I/O端子的作用是通过I/O端口，将PLC与设备现场的输入与输出设备构成能够进行现场信息的采集、实施现场设备控制的系统，即PLC从控制现场的输入设备得到输入信号，并将经过处理后的控制指令送到控制现场实施对输出设备的控制。
输入端及输入设备的基本连接形式如图1-1-14所示，通过输入侧COM端将输入元件（如按钮、转换开关、行程开关及传感器等）与各自对应的输入点构成输入回路。PLC通过扫描输入端检测每个输入端所接设备的闭合或断开状态，并将相应状态信息送至PLC内相应存储单元。只要有输入元件状态发生改变，PLC可在扫描周期内随时捕捉到该信息。图1-1-14 十字路口交通信号灯的PLC控制接线示意图
输出回路一般由外部电源、PLC输出端及外部负载构成的设备工作电路。结合如图1-1-14所示的输出回路的连接，FX-48MR通过设2N备内部继电器线圈得电，而驱动其开关触点闭合将负载、外部电源接通形成回路。显然负载的工作状态是由PLC输出点进行控制的，负载电源的规格应根据负载的需要并结合PLC输出参数进行选择。
相对于PLC的输入部分仅提供一个COM端，而输出端提供了多个COM端。如FX-48MR提供了5个COM端，分别为COM1，COM2，2N…，COM5。一般情况下PLC的每个输出点应具有两个端子，但为减少输出端子数，在PLC内部采取多个输出点的一端并接在一起形成公共端COM。FX-48MR将24个输出端按Y0～Y3、Y4～Y7、Y10～2NY13、Y14～Y17、Y20～Y27分别对应与COM1，COM2，…，COM5构成5组的输出结构形式。在进行I/O端子分配时，应采取相同电源的负载连接到具有共用端的同一组的输出端上，不同电源分配于不同组，可实现同一台PLC控制负载电源的类别、电压等级的多样性，以满足现代控制任务中不同负载、多种电源电压同时存在的控制要求。这里所说的相同电源是指相同电压等级、相同电源性质，不同电压等级或电源性质不同的负载必须用不同组的输出端分别进行驱动，否则不能正常工作。图1-1-14 所示为上述PLC控制接线图的实物连接仿真形式，实际连接时可参照其进行。
为避免信号间的电磁干扰，对于PLC的信号输入线和输出线不要采用同一根电缆中的导线；同时信号输入线、信号输出线也不要与其他动力线、输出线在同一根线槽中布线，更不能将它们捆扎在一起。
三、三菱编程软件GX Developer的安装
PLC程序的梯形图形式是由继电接触控制线路转化来的，采用图形表述无论是在程序设计原理，还是在PLC的程序编辑、运行监控等方面均具有较强的直观性，从此入手尤其适合初学者（本书的编程体系基本上围绕梯形图方式展开）。三菱FX系列PLC常用编程软件SWOPC-FXGP/WIN-C及GX Developer软件均支持梯形图编辑方式，并且可在程序编辑、编译完成后通过FX-232AW/AWC（或FX-USB-AW）通信电缆可以非常方便地下载至PLC基本单元中。其中GX Developer是SWOPC-FXGP软件的升级版本，支持对三菱的所有系列如FX、A及Q系列的PLC编程。在GX Developer环境下安装的GX Simulator仿真软件，可以实现PC上模拟仿真PLC程序，从而帮助设计者方便地进行程序功能的验证，有效地缩短了程序调试时间。故本书选用Vesion 8.34L的GX Developer（SW8D5C-GPPW-C）进行编程学习。
GX Developer Vesion 8.34L软件安装环境要求：CPU要求Pentium级且主频不低于90MHz；不低于16MB内存及40MB的硬盘空间；800×600 SVGA及更高分辨率的显示器；操作系统Microsofe Windows95或Microsofe Windows NT 4.0 Service Pack 3及以上更新版本（目前市场主流PC均能满足要求，上述参数只作参考，安装时均无须考虑）。
安装步骤与方法如下：（1）在GX Developer Vesion 8.34L文件夹下运行安装文件SETUP.EXE，安装文件运行之初首先检测系统的运行环境，常常会提示要求首先运行EnvMEL文件夹下的SETUP.EXE安装文件。
进入EnvMEL文件夹下运行SETUP.EXE，进入图1-1-15所示的Environment of MELSOFT安装欢迎界面，单击欢迎对话框中的“下一步”按钮，系统开始进行安装环境的配置，配置完成后于弹出完成对话框中单击“下一步”按钮完成该设置软件的安装。图1-1-15 Environment of MELSOFT安装欢迎界面（2）返回GX Developer Vesion 8.34L文件夹下重新运行SETUP.EXE，启动界面如图1-1-16所示。
①进入编程软件GX Developer Vesion 8.34L的安装界面，弹出提示关闭正在运行的其他应用程序对话框，单击确定按钮。在进入欢迎对话框界面后单击该对话框中的“下一步”按钮。
②在用户信息对话框中输入用户名、公司名或默认为微软用户，单击“下一步”按钮。
③在安装向导输入用户系列号对话框中，正确输入由销售商处获得的产品系列号或于安装文件所在目录下“SN.TXT”序列号文件提供的系列号，并在输入确认后单击“下一步”按钮。
④在如图1-1-17所示的选择部件对话框一中，可选取“ST语言程序功能”，该功能是IEC61131—3规范中规定的结构化文本语言。图1-1-16 GX Developer Vesion 8.34L安装启动界面图1-1-17 选择部件对话框一
⑤在如图1-1-18所示的选择部件对话框二中，需要注意“监视专用GX Developer”选项不要选取，否则安装软件只是监视专用版不能用于程序设计，直接单击“下一步”按钮。
⑥在如图1-1-19所示的选择部件对话框三中，可将“MEDOC打印文件读出”、“从Melsec medoc格式导入”及“MXChange功能”全部选中，单击“下一步”按钮。图1-1-18 选择部件对话框二图1-1-19 选择部件对话框三
⑦在如图1-1-20所示的选择目标位置对话框中，可单击“浏览”按钮设置自己欲安装的目录，也可直接单击“下一步”按钮以默认的C：\MELSEC\文件夹进行安装，此后安装软件进入自动提取文件安装过程，直到提示安装完成并单击“确定”按钮。图1-1-20 选择目标位置对话框
至此，GX Developer软件安装完成。GX Developer软件的启动运行方式与Windows应用软件方式相同，由开始菜单→所有程序→MELSOFT应用程序→GX Developer或于桌面双击“GX Developer”快捷方式图标，图1-1-21所示为GX Developer运行时的界面，GX Developer主界面由标题栏、菜单栏、工具栏、项目管理器及程序编辑窗口组成。图1-1-21 GX Developer软件界面组成
四、设备安装与调试训练（初次操作均需在教师示范引导下进行）（1）选取适当安装模板或网孔板，选取红、黄、绿三色信号灯，按如图1-1-7所示的十字路口信号灯进行布局安装（模拟安装模板考虑到加工方便可采用6～8mm有机玻璃或木工多层板，根据所选用信号灯的安装直径选取相应规格的木工开孔器在模板上开孔以便于安装）。（2）结合如图1-1-14所示的PLC安装接线示意图，根据不同用途选取相应导线进行电气连接。对PLC供电电源线、输入端控制线及输出设备（各控制信号灯的连接）的安装连接：交流工作电源的相线、零线及接地引入线对应按规定采用棕色（或红色）、蓝色及黄绿双色线；输入信号线建议采用需要接24V电源的为棕色、接输入端黑色、公共端采用蓝线；输出端外接电源正极选棕色、负极蓝色。市网供电电源通过断路器（建议带有漏电保护功能）引入到PLC，而输出电源正极必须加装熔断器进行保护。（3）对于电路的安装，在完成后必须进行线路正确性及安装质量的检查，确保连接正确并进行必要的现场清理工作。利用FX-232AW/AWC（或FX-USB-AW）通信电缆实现PC与PLC的连接，分别接通PC、PLC电源，并将PLC工作状态转换开关置于“STOP”位置。（4）运行GX Developer，执行工程菜单下打开工程功能选项，在弹出的打开工程对话框中找到预先准备好的工程文件“工程1-1”（交通信号灯PLC用户程序）并打开。在显示菜单下进行列表显示/梯形图显示的切换操作，观察程序编辑窗口的显示变化，切换到列表显示。（5）在列表显示窗口，执行工具菜单下程序检查观察检查结果，程序检查可以确保程序编辑过程中逻辑实现的正确性。（6）执行在线菜单下PLC写入，观察进度条变化及传输完成后PLC面板指示灯的变化。（7）将PLC的“RUN/STOP”状态开关拨向“RUN”，按下启动按钮，观察各信号灯工作状态的变化；并于在线菜单下进入监视子菜单执行监视开始，观察屏幕画面变化与信号灯的对应关系。（8）按下停止按钮，执行监视停止，关闭“工程1-1”。在在线菜单下执行PLC读取，观察程序编辑窗口的信息变化。（9）关闭计算机，断开与PLC的连接，切断PLC供电电源及输出设备电源，按安装步骤的相反顺序拆除试验装置，并将相关器件、设备整理归类。
思考与训练：（1）三菱FX-48MR PLC的输出端设置多个COM端的用途，有2N何实际意义?（2）三菱FX系列PLC的程序编辑除采用PC编程软件实现外，查阅资料看一看是否还有其他方式?找出相互间区别。（3）从PLC硬件的角度，说明PLC具有较高的可靠性、较强的抗干扰性。
阅读与拓展一
PLC的发展历程与产品类别
一、PLC的发展历程
20世纪60年代，根据美国通用汽车公司（GM）提出的一种适应汽车型号不断更新需要的“柔性”汽车制造生产线的控制要求，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制出了第一台称为Programmable PLC的PDP-14，美国通用汽车公司将其运用于汽车生产线并取得了成功。PDP-14的运用成功首次实现了用计算机的软组件的逻辑编程取代了继电器控制的硬接线逻辑，并使工业控制生产线“柔性”的愿望得以实现。
1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC即DSC-8。1973年，德国也研制出了他们的第一台PLC。我国于1974年开始研制并于1977年进入实际应用阶段。随着微电子技术、计算机技术的发展，20世纪70年代，8位微处理器被引入PLC作为主控芯片，输入与输出等电路也采用了相应的微电子技术，PLC在功能上有了突飞猛进的发展。除实现开关量控制替代继电器控制外，还具有数据处理、数据通信、模拟量控制和PID调节等功能，PLC成为真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，PLC采用了与继电器电气原理图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加数值运算和数据处理的计算机存储元件均以继电器命名，体现出PLC作为计算机技术和继电器常规控制概念相结合的产物特征，其名称Programmable Logic Controller（PLC）也反映出PLC这种设备的功能特点。随微电子技术的进一步发展，计算机技术已全面引入PLC中，更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比均奠定了PLC在工业控制中的地位。
20世纪80年代至90年代中期，随着大规模（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能、价格及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理，以及图像显示的发展，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力方面得到大幅度提高，使PLC朝着用于过程控制领域的方向发展。这一时期成为PLC发展最快的阶段，其特点呈现大规模、高速度、高性能、产品系列化。在先进的工业国家中已获得广泛应用并保持着30%～40%的年增长率，这标志着可编程控制器已步入成熟阶段，该时期行业代表性公司有美国AB（Allen-Bradley）公司、美国通用（GE）公司、德国西门子（Siemens）公司、法国的施奈德（Schneider）电气、日本的三菱（Mitsubishi）公司、欧姆龙（Omron）公司等。
20世纪末期，PLC的发展特点是更能满足于现代工业发展对控制的需求，从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，应用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用PLC的工业控制设备的配套更加容易。这一时期PLC在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等控制领域的应用呈现出主导地位。
展望21世纪，PLC的发展从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于PLC的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能化程度更高的品种出现；从产品规模上看，会进一步分别向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备能更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种、多规格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，形成国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，PLC和其他工业控制计算机组网构成大型的控制系统是PLC技术的发展方向。
目前，计算机集散控制系统（Distributed Control System，DCS）中已有大量的PLC应用。伴随着计算机网络的发展，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
二、PLC的分类及典型产品
PLC经过几十年来的发展，品种、形式繁多，功能也不尽相同，可分别满足不同工业控制过程的需求。在选用PLC时应充分结合控制任务需要，选取适合规格的产品设备才能体现物尽其用。一般PLC的分类有以下两种方式。
1.按硬件的结构形式分
PLC是专门为工业生产环境设计的，为满足工业现场进行设备安装、调试及设备功能扩展的需要，其结构形式主要有整体单元式、功能模块式及叠装式三种。
1）整体单元式
整体单元式结构是将构成PLC的基本部件如CPU、I/O接口、存储器、电源电路、指示装置甚至编程器等紧凑地安装于一个标准整体机壳内，组成一个完整的PLC基本单元，通常所称的PLC指的就是PLC基本单元。该结构具有紧凑、体积小、安装方便及成本低的特点；缺点在于I/O点数固定，不一定能满足工业控制现场控制任务变化的需求。
为适应PLC的I/O扩展的需要，PLC厂商设计提供一种专门只提供I/O接口而内部没有CPU及电源部分的装置，称为扩展单元，各大PLC厂商通常都会在设计生产同一系列的不同点数的PLC基本单元的同时提供配套备选的扩展单元。除扩展单元外还有一些为满足特殊控制需要而专门设计的功能单元模块：如高速计数器模块、位置控制模块、温度控制模块等。而这些模块中往往自带专用的CPU，可以和基本单元的CPU协同工作构成实现特殊功能的控制系统。扩展单元及功能单元是相对于基本单元而言的，整体单元式PLC是指安装于一个机箱中的完整的PLC基本单元。
2）功能模块式
功能模块式结构呈现积木结构特征，是把PLC的每个工作单元如CPU、输入部分、输出部分、存储单元、电源部分、通信单元等均制成独立的模块，机器的总体架构建立在一块带有计算机总线的插槽背板上。按需要选取能够满足工作要求的模块插板像积木般插入母板总线插槽上，从而构成具有一定功能的完整的PLC。
此种结构特点体现于系统构成的灵活性较大，安装、扩展及维护方便，但体积略显较大。典型的结构有三菱Qn系列PLC的模块式结构、西门子S7-400采用CR2型机架的背板总线功能模块结构图，分别如图1-1-22和图1-1-23所示。图1-1-22 模块式结构PLC图1-1-23 背板总线功能模块结构PLC
3）叠装式
叠装式结构整合了整体单元式和模块式结构特点而衍生的一种目前常见的结构形式。将某一系列PLC的各工作单元设计成安装尺寸相同的形式，或将CPU、I/O端口及电源采用独立式结构，但不使用模块式PLC结构中的模板，而是通过电缆进行各单元间的连接。
叠装式优点根据控制任务可实现资源的最大利用率，且对于控制系统中要求选取较多扩展单元或功能单元时为实现分层叠装提供了可行性。叠装式S7-200系列PLC常采用由带有少量I/O端口的CPU模块、电源模块、扩展I/O模块组成应用控制系统。图1-1-24所示为三菱FX系列基本单元与I/O扩展模块、相关的功能模块采用叠装式结构安装示意图。
种结构方式中，整体单元式一般用于规模较小，I/O点数相对固定，少有扩展的场合，相应的经济成本较小；模块式一般用于规模较大，I/O点数较多，I/O点数比例较灵活的场所，但投入成本较大；叠装式介于两者之间，兼顾到经济成本投入和预留的可扩展空间，目前来看，叠装式PLC系列产品的潜在用户需求和市场主导优势已然显现。图1-1-24 叠装式结构安装示意图
2.按I/O点数及存储容量分类
PLC是通过输入接口实现对外部信号的检测，通过输出接口完成对外部设备实施控制，一般I/O点数越多则能够实现的控制任务越复杂，实现控制任务的用户程序越长，对用于存储用户程序的存储容量要求越大，同时对系统运算速度要求越高。一般兼顾I/O点数和容量可将PLC分为小型机、中型机及大型机。
小型PLC的控制一般是以开关量实现为主，小型PLC的I/O总点数一般在256点以下，用户程序存储容量在4KB以下。现在的高性能小型PLC还具有一定的通信能力和少量的模拟量处理能力。此类PLC的特点是价格低廉，体积较小，适合于单台设备的控制及机电一体化设备的开发。
典型小型机有日本的三菱公司的FX（含FX系列）系列、欧3U/C姆龙公司的C200H系列、德国西门子公司的S7-200系列等PLC产品。
中型PLC除能实现开关量和模拟量的控制要求外，对数据处理和计算能力、通信能力和模拟量的处理功能更强大。为适应更为复杂的逻辑控制系统及实现连续生产线的过程控制要求，其指令系统相较于小型PLC更为丰富。中型PLC的I/O总点数一般为256～2048点，用户程序存储容量达到8KB。
典型中型机有美国AB公司的SLC-500系列、日本三菱公司的A系列、欧姆龙公司的C500系列、德国西门子公司的S7-300系列等模块式产品。
大型PLC的I/O点数在2048点以上，用户程序存储容量达16KB。大型PLC一般采取了冗余CPU结构与技术，除具有计算、控制和调节功能外，还具有强大的网络结构体系和联网通信能力，其功能足以与工业控制计算机相当。大型机的监视系统采用可视化人机界面，具有能够及时显示过程控制的动态流程、记录各种过程数据、及时实施的PID调节功能等。大型机还可通过配备智能模块，构成一个多功能系统实现与其他型号控制器及上位机的连接，构成一个集中分散的生产过程及质量监控的系统。大型机主要适用于设备自动化控制、过程自动化控制及过程监控系统。
典型大型机有美国AB公司的SLC5/05系列、日本的三菱公司的Q系列中部分PLC产品、欧姆龙公司的C2000系列、德国西门子公司的S7-400系列等。
上述PLC的种类划分并没有十分严格的界定标准，但随PLC技术的发展小型机兼有中型机、大型机功能是现代PLC的发展趋势。任务二 三菱 GX Developer 编程软件的基本操作与四人抢答器的安装训练【任务目的】
通过梯形图的编辑操作，初步熟悉三菱GX Developer编程软件组成界面、工程文件的创建、编译、传输、监控等方法。
通过GX Developer环境下梯形图的编辑训练，学会PLC常用指令的输入方法及梯形图的编辑方法，并初步形成对梯形图程序的结构认知。
通过抢答器的PLC控制任务的安装训练，进一步拓展PLC的控制应用的认识并熟悉PLC控制任务的设备安装要求、方法。
想一想：
通过任务一的训练，对于GX Developer编程软件的主要功能，你有了哪些认识?指令表、梯形图有何区别，怎样编辑?
知识链接三
FX系列PLC编程基础2N
PLC对设备的过程控制，是在PLC运行方式下通过循环扫描输入端的控制条件并据此连续执行用户程序来实现的，用户程序决定了一个控制系统的功能。用户程序是由用户根据控制对象的控制要求进行设计的，是一定控制功能的表述形式，1994年，国际电工委员会（IEC）在PLC的标准中推荐的编程语言有梯形图（LAD）、指令表（或称语句表，用STL表示）、顺序功能流程图（SFC）、功能块图（FBC）及结构文本（ST）5种。但并非所有厂家、所有系列的PLC均支持上述5种编程语言，如三菱FX系列仅支持其中的指令表、梯2N形图及顺序功能流程图编程语言。
另外，不同厂家的PLC即便支持的编程语言种类相同，但针对同一任务设计出来的用户程序在不同PLC间不能实现互通，编程设备或编程平台也因PLC厂家不同而有所区别，但总体有两大类，一类是厂家提供的专用编程设备：有如手持编程器、PLC随机自带编程器等。三菱公司典型的手持式编程器如FX-20P，除可以实现在线联机编程外还可以在配装存储器卡盒时实现脱机编程。另一类是安装有厂家提供的编程软件的PC，在软件平台上使得程序的编辑、编译检查及下载均变得非常的方便。编程设备一般还具有设备运行监控功能，通过监控可方便地读取PLC的运行状态、存储单元数据及参数的变化。
一、梯形图（LAD）
梯形图是一种PLC专用的图形符号语言，其编程是通过采用图形符号、图形符号间相互关系表达控制的过程及控制的实现方法。梯形图是从继电接触控制线路原理图的基础上演变而来的，其程序控制思路、梯形图表示与继电接触控制线路均相似，区别在于使用符号及表达方式上有所不同。梯形图具有图形语言的直观性、简单明了且易于理解，是其他形式编程语言的基础，特别是初学者的首选。
在如图1-2-1所示的编程软件GX Developer的梯形图编辑窗口中，梯形图的左右两条竖直的线，称为“母线”，母线间图形符号及接法则反映了各种软继电器的控制与被控制关系。分析时，可以把左边的“母线”视为电源“火线”或“正极”，右边的母线假设为“零线”或“负极”，若各软继电器符合接通条件，即能够有假定的“电流”从左流向右，称为“能流”，则输出线圈受激励。“能流”通过的条件为受到激发的常开触点闭合与未受激发的常闭触点到输出线圈形成一条通路。需要注意的是，三菱PLC的梯形图规定的左右两条“母线”，现在大部分用户在绘制梯形图时采取只保留左边一条“母线”，右边被略去的画法，该情形下则形成梯形图每一功能块（输出回路块），始于左“母线”，终止于“输出”线圈、定时器、计数器或代表功能指令的“盒”。图1-2-1 编程软件GX Developer的梯形图编辑窗口
二、指令表（STL）
指令表又称语句表，是采用类似于计算机汇编语言中的助记符的
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]