作者：张静之,刘建华
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
PLC编程技术与应用试读：
前言
可编程序控制器技术是高等职业院校多个专业开设的一门重要课程。可编程序控制器是一个常见的工业控制器，以其为主体的工厂自动化技术广泛应用于汽车、化工和机械等行业。为了使高职教育与行业技能需求相结合，同时与国家相关工种职业标准与技能鉴定考核相衔接，让学生更好地理解和掌握可编程序控制器的使用方法，建立正确的编程思路，提高实际编程能力，作者在总结多年课程教学改革成果与经验基础上，以三菱FX2N系列PLC为典型机型，以培养PLC的编程技术与应用技能为核心进行编写。
全书内容分为三部分：第一部分包括第1～3章，介绍了PLC的产生、发展、特点、组成及工作原理，三菱PLC的硬件结构及软元件、PLC的基本指令、步进顺控指令和功能指令的简单应用等内容；第二部分包括第4～7章，通过工程实践中常见被控机构的控制实例，讲述各种控制要求的处理方法和编程思路，包括典型继电器控制电路、时间控制电路、顺序控制电路的PLC编程，以及传感器应用与定位问题的处理等；第三部分包括第8～9章，第8章分析了简化程序的技巧与方法，第9章以典型的自动生产线为依托，分析PLC在工业生产中的综合应用，并将系统的单机控制运行拓展到网络控制。三部分的侧重点各有不同，自然分层，读者可以由浅入深、由简入繁地进行学习。
本书的编写有以下几个特点。（1）在内容选择和结构层次方面充分考虑读者的不同需求，读者可根据自己的实际需求选择学习内容。本书的第1～3章为基础理论知识；第4～7章为编程应用；第8～9章的内容为综合应用能力提升。通过第1～7章的学习，读者已经基本具备解决PLC应用需求的能力，可以达到维修电工技师的考核要求。（2）拓展读者的编程思路、提升编程应用水平是本书的一个重要特色。在第4～7章的内容设定上采用独立课题的编写模式，每个课题的程序设计都有若干种不同的思路和解决方法，读者可以从学习的过程中体会编程的乐趣。（3）以一个典型、完整的自动生产线控制系统为切入点，对PLC在生产实际中的应用进行分析，为读者搭建学习上升通道，有助于读者提升综合应用能力和解决问题的实际应用能力。（4）增加“知识梳理与总结”、“教学导航”等内容，希望有助于读者自学总结和教学参考。其中的“参考课时”给出本课程的课时要求，各院校可根据实际教学要求进行适当调整。在课时量安排紧张的情况下，也可将第8～9章的内容安排为选学或综合实践内容。
全书由上海工程技术大学张静之、刘建华担任主编，由上海电动机学院陈梅和上海电子信息职业技术学院翟慧担任副主编。其中，第1～2章由翟慧编写；第3.1～3.4节由上海信息职业技术学校孙鹏涛编写；第3.5～3.6节由上海工程技术大学解大琴编写；第4章由陈梅编写；第5～8章由张静之编写；第9章、附录由上海工程技术大学刘建华编写；全书由张静之负责统稿。
为了方便教师教学，本书还配有免费的电子教学课件、练习题参考答案，请有需要的教师登录华信教育资源网（http：//www.hxedu.com.cn）免费注册后再进行下载，如有问题，请在网站留言或与电子工业出版社联系（E-mail：hxedu＠phei.com.cn）。
由于编者水平有限及时间仓促，错误在所难免，恳请读者提出宝贵意见。编者
第1章 可编程序控制器的特点与工作原理
教学导航
本章从可编程序控制器的产生、发展与特点入手，对PLC的组成及工作原理进行分析，并在此基础上重点描述了三菱PLC的编程软元件的工作原理。各部分学习章节、参考课时及教学建议如下所示。
可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）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，以取代继电器执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等控制功能，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单等优点，在工业自动化各领域取得了广泛的应用，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。
1.1 PLC的产生、发展和特点
1.1.1 PLC的产生和发展作为常用电气自动控制系统的一种，人们习惯上把以继电器、接触器、按钮、开关等为主要器件所组成的逻辑控制系统，称为继电器控制系统，它的基本特点是结构简单、成本低、抗干扰能力强、故障检修方便、运用范围广。继电器控制系统不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制，而且还可以满足大容量、远距离、集中控制的要求，至今仍是工业自动控制领域最基本的控制系统之一。
在PLC问世以前，工厂自动化控制主要是以继电器控制系统占主导地位。随着工业现代化的发展，企业的生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求不断提高，原有继电器控制系统的缺点日趋明显：体积大、耗电多、故障率高、寿命短、运行速度不高，特别是一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这造成了时间和资金的严重浪费，企业急需开发一种新的控制装置来取代继电器。
20世纪50年代末，人们曾设想利用计算机解决继电器控制系统存在的通用性、灵活性差，通信、网络方面功能局限等问题。但由于当时的计算机原理复杂、生产成本高、程序编制难度大、可靠性差等突出问题，使得它在一般工业控制领域难以普及与应用。
20世纪60年代是美国汽车工业发展的黄金时期，当时汽车生产流水线的自动控制系统基本是由继电器控制系统组成，每一次汽车改型都直接导致继电器控制系统重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期也越来越短，继电器控制系统就要经常重新设计和安装，这大大限制了生产效率和产品质量的提高。为了改变这一现状，人们提出了这样的设想：能否把计算机通用、灵活、功能完善的特点与继电器控制系统的简单易懂、使用方便、生产成本低的特点结合起来，生产出一种通用性好、采用基本相同的硬件，满足生产顺序控制要求，利用简单语言编程，能让完全不熟悉计算机的人也能方便使用的控制器呢？
这一设想最早由美国最大的汽车制造商——通用汽车公司（GM公司）于1968年提出。当时，该公司为了适应汽车市场多品种、小批量的生产要求，提出使用新一代控制器的设想，并对新控制器提出以下10点要求（即有名的GM10条），面向社会进行招标。（1）编程简单方便，可在现场修改程序。（2）硬件维护方便，采用插件式结构。（3）可靠性高于继电器接触器控制装置。（4）体积小于继电器接触器控制装置。（5）可将数据直接送入计算机。（6）成本上可与继电器接触器控制装置竞争。（7）输入可以是交流115 V（美国市电为115 V）。（8）输出为115 V/2 A以上交流，能直接驱动电磁阀、交流接触器等。（9）扩展时，只要对原系统进行很小的改动。（10）用户程序存储器容量至少可以扩展到4 KB。
根据以上要求，美国数字设备公司（DEC公司）在1969年首先研制出世界上第一台可编程序控制器，型号为PDP-14，并在通用汽车公司的自动生产线上试用成功。从此这项技术在美国其他工业控制领域迅速发展起来，受到了世界各国工业控制企业的高度重视。其后，日本、德国等国家也相继开发出可编程序控制器。
早期的可编程序控制器是为了取代继电器控制系统，仅有逻辑运算、顺序控制、计时、计数等功能，因而称为可编程逻辑控制器，简称PLC。自1971年美国INTER公司首先推出了微处理机系统，给PLC带来了深刻的影响。不但使程序变更方便，还增加了数学运算、数据处理、图像显示、模拟量控制（PID）、数据通信等功能。从而使PLC真正成为了一种电子计算机工业控制装置，并扩展到各个行业中，成为工业自动化控制家族的重要成员之一。
由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。1987年，国际电工委员会（International Electrical Committee，IEC）对PLC做了如下的定义：“PLC是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、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。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充的原则设计。”1.1.2 PLC的特点
PLC是专为工业环境应用而设计制造的微型计算机，它并不针对于某一具体工业应用，而是有着广泛的通用性，PLC之所以被广泛使用，是和它的突出特点及优越的性能分不开的。归纳起来，PLC主要具有以下特点。
1.可靠性高、抗干扰能力强
为了更好地适应工业生产环境中高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈等特殊情况，PLC在设计制造过程中对硬件和软件采取了一系列的抗干扰措施。PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。PLC选用的电子器件一般是工业级的，有的甚至是军用级的，平均无故障时间可以达到30万小时（约34年）。在硬件方面，PLC采用了光电隔离和滤波等抗干扰措施，以及密封、防尘、抗振的外壳封装结构以提高工作可靠性。在软件方面PLC采用设备故障检测与自诊断程序、状态信息保护功能、软件滤波等抗干扰措施，尤其是近来开发出的多机冗余系统和表决系统更进一步提高了PLC的可靠性。
2.编程简单，使用方便
PLC提供标准通信接口，可以方便地构成PLC—PLC网络或计算机—PLC网络。PLC应用程序的编制和调试非常方便，其编程语言面向现场，面向用户，尤其是采用梯形图编程语言，编程简单，易学易懂，即使没有计算机基础的人也很容易掌握。利用编程器或监视器可以对PLC的运行状态和内部数据进行监视或修改，利用PLC的诊断功能和监控功能，可以迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以排除。PLC控制的输入模块、输出模块和特殊功能模块都具有即插即用功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入和输出采用开关方式，不用进行电平转换和驱动放大；对于模拟信号，输入和输出采用传感器、仪表和驱动设备的标准信号。各个输入和输出模块与外部设备的连接十分简单。
3.通用性强、灵活性好、功能齐全
PLC产品已经系列化，结构形式多种多样，在机型上有很大的选择余地，同一机型的PLC的硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求，选择不同类型的输入和输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装置。PLC不仅具有逻辑运算、顺序控制、计时、计数等功能，而且还具有完善的数值运算、数据处理及数/模（模/数）转换功能。现代PLC设有各种专用智能化单元模块：开关量、模拟量的输入/输出模块，位控模块，伺服、步进驱动模块等供选用和组合。配合PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使PLC组成各种控制系统变得更加容易。
4.安装简单，调试维护方便
PLC采用软件编程代替继电器控制的设备接线，大大减轻了繁重的安装和接线工作，另外，PLC也不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行，使用时只要将设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行，缩短了设计、施工、调试周期。PLC还有完善的自诊断功能，在线监控软件的功能完善可以使维修变得很容易。
5.体积小、能耗低、性价比高
PLC结构紧凑、体积小、重量轻、能耗低、抗振防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。目前以PLC作为控制器的CNC设备和机器人装置已成为典型。随着集成电路芯片功能的提高，价格的降低，PLC硬件的价格一直在不断地下降。虽然PLC的软件价格在系统中所占的比重在不断提高，但是，由于缩短了整个工程项目的进度，提高了工程质量，使用PLC具有较高的性价比。1.1.3 PLC的发展
经过了40多年的更新发展，PLC的上述特点越来越为工业控制领域的企业和专家所认识和接受，在美、德、日等工业发达国家已经成为重要的产业之一。生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅上升，而价格则不断下降，使得PLC的应用范围持续扩大，从单机自动化到工厂自动化，从机器人、柔性制造系统到工业局部网络，PLC正以迅猛的发展势头渗透到工业控制的各个领域。从1969年第一台PLC问世至今，它的发展大致可以分为以下几个阶段。
1970—1980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用，逐步向机床、生产线扩展。
1980—1990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格、品种开始系列化，并且形成了I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。例如，三菱公司本阶段的主要产品有F、F1、F2小型PLC系列产品，K/A系列中、大型PLC产品等。
1990—2000年：PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中、大型PLC系列产品等。
2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度、位数的同时，开发了适用于过程控制、运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。
1.2 PLC的组成及工作原理
1.2.1 PLC的组成尽管PLC有许多品种和类型，但其实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图1-1所示。图1-1 PLC的组成
1.中央处理器（CPU）
CPU是PLC的核心部件，作用在PLC中类似与人体的神经中枢，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。CPU用扫描的方式读取输入装置的状态或数据，在生产厂家预先编制的系统程序控制下，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据处理结果控制输出设备实现输出控制。
不同型号、规格的PLC使用的CPU类型也不同，通常有三种：通用微处理器（如8086、80286、80386等）、单片机芯片（如8031、8096等）、位片式微处理器（如AMD-2900等）。PLC大多采用8位或16位微处理器，PLC的档次越高，CPU的位数也越多，运算速度也越快，功能指令也越强。中、小型PLC常采用8位至16位微处理器或单片机，大型PLC多采用高速位片式微处理器、双CPU或多CPU系统。
2.存储器
PLC内的存储器按用途可以分为系统程序存储器和用户程序存储器两种。系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写好的系统程序，它关系到PLC 的性能。因此被固化在只读存储器 ROM（PROM）内，用户不能访问和修改。系统程序使PLC具有基本的智能，能够完成设计者规定的各项工作。用户程序存储器主要用来存储用户根据生产工艺的控制要求编制的程序，输入/输出状态、计数、计时等内容。为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存储于CMOS的静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时存储内容不丢失，锂电池使用周期一般是3年，日常使用中必须留心。
为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行，正常且不需要改变后，则将其固化在光可擦写只读存储器EPROM中，在紫外线连续照射20 min后，就可将EPROM中的内容消除，加高电平（12.5 V或24 V）可把程序写入EPROM中。近年来，使用广泛的是一种电可擦写只读存储器E2PROM，它不需要专用的写入器，只用编程器就能对用户程序内容进行“在线修改”，使用可靠方便。
3.电源
PLC的电源是指将外部输入供电电源处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入/输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备（传感器）提供标准电源。
4.输入/输出（I/O）接口
输入/输出接口是PLC与现场输入/输出设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入接口把工业设备或生产过程的状态或信息（如按钮、各种继电器触点、行程开关和各种传感器等）读入中央处理单元。输出接口是将CPU处理的结果通过输出电路驱动输出设备（如指示灯、电磁阀、继电器和接触器等）。输入/输出接口的类型主要有开关量输入/输出接口和模拟量输入/输出接口，下面对开关量输入/输出接口加以说明。（1）开关量输入接口。开关量输入接口按所使用的外信号电源不同分为直流输入电路、交流输入电路、交直流输入电路等类型，如图1-2、图1-3和图1-4所示。图1-2 直流输入电路原理图图1-3 交流输入电路原理图图1-4 交直流输入电路原理图（2）开关量输出接口。开关量输出接口按PLC机内使用的元件可分为继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出三种类型，如图1-5、图1-6和图1-7所示。图1-5 继电器输出
这里需要注意的是，应该根据开关量输出接口类型选择驱动负载电源类型，如继电器输出接口可驱动交、直流两种电源负载，但其响应时间长，动作频率低，而晶体管输出接口和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，选用时要注意晶体管输出接口只能用于驱动直流负载，双向晶闸管输出接口只能用于驱动交流负载。图1-6 晶体管输出
5.外部设备接口
PLC 的外部设备主要有编程器、操作面板、文本显示器和打印机等。编程器接口是用来连接编程器的，PLC 本身通常是不带编程器的，为了能对PLC 编程及监控，PLC 上专门设置有编程器接口，通过这个接口可以连接各种形式的编程装置。触摸屏和文本显示器不仅能显示系统信息，还能操作控制单元，它们可以在执行程序的过程中修改某个量的数值，也可直接设置输入/输出量，以便立即启动或停止一台外部设备的运行。打印机可以把过程参数和运行结果以文字形式输出。外部设备接口可以把上述外部设备与CPU连接，以完成相应的操作。图1-7 双向晶闸管输出
6.存储器接口和通信接口
除上述一些外部设备接口以外，PLC还设置了存储器接口和通信接口。存储器接口是为扩展存储区而设置的，用于扩展用户程序存储区和用户数据参数存储区，可以根据使用的需要扩展存储器。通信接口是为在微机与PLC、PLC与PLC之间建立通信网络而设立的接口。
7.I/O扩展接口
扩展接口用于扩展输入/输出单元，它使PLC的控制规模配置更加灵活，这种扩展接口实际上为总线形式，可以配置开关量的I/O单元，也可配置模拟量和高速计数等特殊I/O单元及通信适配器等。1.2.2 PLC的工作原理
PLC是一种工业控制计算机，所以它的工作原理与微型计算机有很多相似性，两者都是在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务，实现控制目的。但是PLC与微型计算机的程序运行方式有较大的不同，微型计算机运行程序时，对输入/输出信号进行实时处理，一旦执行到END指令，程序运行将会结束。而PLC运行程序时，会从第一条用户程序开始，在无跳转的情况下，按顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束，然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行状态切换到停止状态。图1-8 PLC的循环扫描工作流程图
我们把PLC这种执行程序的方式成为循环扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成了一个扫描周期。另外，在用户程序扫描过程中，CPU执行的是循环扫描，并用周期性的集中采样、集中输出的方式来完成，PLC的循环扫描工作流程图如图1-8所示。
每个循环周期的时间是随PLC的性能和程序不同而有所差别的，一般为十几毫秒。PLC的扫描工作过程可分为程序输入处理、程序执行和程序输出刷新3个阶段，如图1-9所示。（1）输入处理阶段。也叫输入采样阶段，PLC以扫描方式顺序读入所有输入端子（不论输入端接线与否）的状态和数据，并将通断（1或0）状态存入相应的输入映像寄存器单元内，输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，但输入映像区中相应单元的状态和数据也不会改变。只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能重新把输入状态存入输入映像寄存器，这种方式称为集中采样。图1-9 PLC的工作扫描过程（2）程序执行阶段。在程序执行阶段，PLC按照先上后下、先左后右的顺序依次扫描用户程序。并根据读入的输入/输出状态，进行逻辑运算，然后将运算的结果存入输出映像寄存器。（3）输出刷新阶段。在一个扫描周期内，用户程序执行结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在这个阶段里，PLC将输出映像寄存器中通断状态送到输出锁存存储器，再通过输出电路驱动相应的外部执行部件（如继电器、接触器等），然后又返回去进行下一个周期的循环扫描。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映像寄存器中输出，对输出接口进行刷新，在其他阶段里输出状态一直保存在输出映像寄存器中，这种方式称为集中输出。1.2.3 三菱PLC资料下载
三菱电动机自动化（中国）有限公司在其中文网站（http∶//cn.mitsubishielectric.com）上提供了大量的产品手册和相关的技术资料下载。在该网站的主页上注册登录后，可以在“产品目录”→“控制器”→“可编程控制器 MELSEC”的界面中的“相关下载”栏目中下载所需要的“标准认证”、“样本下载”和“手册下载”。也可以在“首页”页面下进入“产品中心”下载资料，或者直接单击“首页”页面右侧的“热点推荐”栏目下的“资料下载”按钮进入资料下载界面，下载相应的技术资料。
在这个网站上，还提供了大量能够和三菱PLC构成自动控制系统的伺服、变频器、触摸屏、工业机器人等技术资料的下载。
1.3 三菱FX2N系列PLC的编程软元件
1.3.1 FX2N系列PLC的输入继电器输入继电器（X）是PLC中专门用来接收用户外部输入信号的设备。在PLC中，继电器只是一种命名，它与传统的硬继电器的触点线圈不同，是光电隔离的电子继电器，也用线圈和触点表示，可以理解为软继电器，其常开触点和常闭触点在程序中可以无次数限制地被使用。当外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为1状态，表示该输入继电器常开触点闭合、常闭触点断开。输入继电器的状态只能由外部信号所驱动，不能用程序指令来驱动，因此在梯形图中只能出现输入继电器的触点，不能出现输入继电器线圈。它们的编号是按八进制进行编号。
外部输入设备通常分为主令电器和检测电器两大类。主令电器产生主令输入信号，如按钮、转换开关等；检测电器产生检测运行状态的信号，如行程开关、继电器的触点、传感器等。输入回路的连接如图1-10所示，当按下SB2按钮时，COM点和X4接通，此时相对应的输入点X4从“OFF”变为“ON”（即“0”→“1”），该输入信号被送到PLC的内部。图1-10 输入回路的连接1.3.2 FX2N系列PLC的输出继电器
输出继电器（Y）是PLC驱动外部负载的继电器，输出继电器可以通过外部触点控制该输出接口外部的负载元件，它的常开/常闭触点可以不限次数地被使用。输出继电器的状态只能由程序指令来驱动，外部信号无法驱动。FX2N系列PLC的输出继电器也采用八进制编号，Y000～Y177最多可达128点。
输出公共端的类型是若干输出端子构成一组，共用一个输出公共端，各组的输出公共端用COMl、COM2……表示，各组公共端之间相互独立，可使用不同的电源类型和电压等级负载驱动电源，如图1-11所示，Y0～Y3共用COM1，使用的负载驱动电源为 AC 220V；Y4～Y7共用COM2，使用的负载驱动电源为DC 24 V；Y10～Y13共用COM3，使用的负载驱动电源为AC 6.3 V。图1-11 不同公共端组输出回路的连接1.3.3 辅助继电器
辅助继电器（M）的作用相当于继电器控制电路中的中间继电器，用于状态暂存、辅助移位运算和其他特殊功能等。它的触点在编程时可无限制地被使用，但不能直接驱动外部负载，而且与输出继电器一样，辅助继电器只能由程序指令驱动，外部信号无法驱动，它的元件编号按照十进制编号。FX2N系列PLC的辅助继电器有通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和特殊辅助继电器三种类型。
1.通用辅助继电器
元件编号为M0～M499，共500点，如果PLC在运行时电源突然停电，通用辅助继电器将全部变为OFF状态。若电源再次接通，除了因外部输入信号而变为ON的元件以外，其余的仍旧保持OFF状态。
2.断电保持辅助继电器
元件编号为M500～M1023，共524点，该类辅助继电器具有后备电池，具有记忆功能。如果PLC在运行时突然断电，输出继电器和通用继电器将全部变为OFF状态，当某些控制系统要求保持断电瞬间的状态时，就必须使用断电保持辅助继电器，再次通电后，断电保持辅助继电器仍能保持原来停电前的状态。
3.特殊辅助继电器
有特定的功能，通常可分为以下两大类。（1）只能利用其触点的特殊辅助继电器。此类辅助继电器的线圈由PLC系统程序自行驱动，用户只能利用其触点。
① M8000：运行监控。可在PLC运行时接通，作为运行（RUN）监控。
② M8002：初始化脉冲。仅在PLC运行开始瞬间接通一个扫描周期，产生初始脉冲，常用于某些元件的复位和清零，也可作为启动条件。
③ M8011～M8014：时钟脉冲。分别是每隔10 ms、100 ms、1 s、1 min发一脉冲。（2）可驱动线圈的特殊辅助继电器。用户程序驱动其线圈后，PLC执行特定的操作。
① M8003：使输出保持原状态。
② M8034：使输出继电器全部禁止输出。
③ M8039：使PLC按指定的扫描时间工作。1.3.4 定时器
定时器（T）在PLC中的作用相当于继电器控制电路中的时间继电器，FX2N定时器是根据时钟脉冲累积计时的，时钟脉冲有1 ms、10 ms、100 ms三种，当所计时间到达设定值时，输出触点动作。FX2N系列PLC给用户提供最多256个定时器，其中246个是常规定时器，10个是积算定时器，定时器元件编号按十进制编号。
1.非积算型定时器
T0～T199为100 ms定时器，设定值为0.1～3276.7 s；T200～T245为10 ms定时器，设定值为0.01～327.67 s。非积算型定时器的特点是：当驱动定时器的条件满足时，定时器开始计时，时间到达设定值后，定时器动作；当驱动定时器的条件不满足时，定时器复位。若定时器定时未到达设定值，驱动定时器的条件由满足变为不满足时，定时器也复位，且当条件再次满足后定时器再次从0开始计时，其工作情况如图1-12所示。图1-12 非积算型定时器的工作情况
2.积算型定时器
T246～T249为1 ms积算定时器，设定值为0.001～32.767 s；T250～T255为100 ms积算定时器，设定值为0.1～3276.7 s。积算型定时器的特点是：当驱动定时器的条件满足时，定时器开始计时，时间到达设定值后，定时器动作；当驱动定时器的条件不满足时，定时器不复位，若要定时器复位，必须采用指令复位。定时器定时未到达设定值，驱动定时器的条件由满足变为不满足时，定时器的定时值保持，且当条件再次满足后定时器从刚才保持的定时值继续开始计时，其工作情况如图1-13所示。图1-13 非积算型定时器的工作情况1.3.5 计数器
计数器C按十进制编号，可用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。但应注意，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。FX2N系列PLC的内部信号计数器分为以下两类。
1.16位增计数器
16位增计数器是16位二进制加法计数器，其设定值在K1～K32767范围内有效。注意：设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。C0～C99为通用计数器；C100～C199为保持用计数器，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。16位二进制加法计数器的工作情况如图1-14所示。图1-14 16位二进制加法计数器的工作情况
2.32位双向计数器
32位双向计数器是可设定计数为增或减的计数器，其中C200～C219为通用型32位计数器；C220～C234为保持型32位计数器。计数范围均为-2 147 483 648～+2 147 483 647。计数方向由特殊辅助继电器M8200～M8234与计数器一一对应进行设定，当对应的特殊辅助继电器置1（接通）时为减计数，置0（断开）时为增计数。32位双向计数器的工作情况如图1-15所示。图1-15 32位双向计数器的工作情况1.3.6 状态元件
状态元件又称为状态寄存器，是构成状态转移图的基本元素，FX2N系列PLC共有 1 000个状态元件，其分类、编号、数量及用途如表1-1所示。表1-1 状态元件功能表
说明：（1）状态的编号必须在指定范围内选用。（2）各状态元件的触点在PLC内部可以自由使用，次数不限。（3）不用步进指令时，状态元件可以作为辅助继电器使用。（4）通过参数设置，可以改变一般状态元件和掉电保持状态元件的地址分配。
实训课题1 认识三菱FX2N系列PLC硬件结构
1.实训目的（1）了解PLC的结构。（2）理解并掌握PLC硬件的功能。
2.实训器材（1）个人计算机及FX编程软件。（2）PLC实训装置。（3）计算机与PLC之间的数据通信线。（4）I/O装置实验板。（5）连接导线若干。
3.实训内容及步骤
1）观察三菱FX2N系列PLC的面板
三菱FX2N系列为小型PLC，采用叠装式的结构形式，其面板如图1-16所示，其中，Ⅰ——型号、Ⅱ——状态指示灯、Ⅲ——模式转换开关与通信接口、Ⅳ——PLC的电源端子与输入端子、Ⅴ——输入指示灯、Ⅵ——输出指示灯、Ⅶ——输出端子。
2）识别PLC型号的含义
三菱FX系列PLC的型号标注含义如图1-17、表1-2所示。图1-16 三菱FX2N系列PLC的面板图1-17 三菱FX系列PLC的型号标注含义表1-2 三菱FX系列PLC的型号标注含义
图1-16中所示的PLC型号说明该PLC为三菱FX2N系列，输入/输出点数为32点，继电器输出形式的基本单元。
3）识别PLC的状态指示灯的功能
如图1-18所示是PLC的四盏状态指示灯，用来反映PLC当前的工作状态，其具体含义如表1-3所示。表1-3 PLC的状态指示灯含义
4）识别PLC的模式转换开关与通信接口
将图1-16区域Ⅲ的盖板打开，可见到PLC的操作模式转换开关与通信接口位置，如 图1-19所示。图1-18 PLC的状态指示灯图1-19 操作模式转换开关与通信接口
PLC的工作模式是通过模式转换开关来实现的，在PLC通电的情况下，RUN位置——运行指示灯（RUN）发光，表示PLC的工作状态是运行状态；STOP位置——PLC的运行指示灯（RUN）熄灭，表示PLC的工作状态是停止状态。
通信接口用来连接手持式编程器或计算机，保证PLC与手持式编程器或计算机的通信。通信线一般有手持式编程器通信线和计算机通信线两种，如图1-20所示。
5）识别PLC的电源端子、输入端子与输入指示灯
图1-21所示为三菱FX系列PLC的电源端子、输入端子与输入指示灯部分，各部分功能如表1-4所示。图1-20 PLC的通信线图1-21 PLC的电源端子、输入端子与输入指示灯表1-4 输入部分的功能图1-22 三端传感器与PLC端子接线示意图
6）PLC的输出端子与输出指示灯
PLC的输出端子与输出指示灯如图1-23所示，输出部分的功能如表1-5所示。图1-23 PLC的输出端子与输出指示灯表1-5 输出部分的功能注：对于共用一个公共端子的同一组输出，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共端子组可使用不同的电压类型和电压等级。在负载使用相同电压类型和等级时，则将COM1、COM2、COM3、COM4用导线短接起来就可以了。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]