【文章內(nèi)容簡介】 ， FU 為熔斷器。 工作原理為：當(dāng)對應(yīng)于 T 的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)為 1 時，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，不論外接電源極性如何都能使雙向晶閘管 T 導(dǎo)通，負(fù)載得電。同時輸出指示燈 LED 點亮。表示該輸出點接通；當(dāng)對應(yīng)于 T 的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)為 0 時 T 關(guān)斷，負(fù)載失電，指示燈 LED 滅。 雙向晶閘管輸出型 PLC 的負(fù)載電源，可以根據(jù)負(fù)載的需要選用直流或交流。 （ 3）繼電器輸出單元 繼電器輸出單元的電路如圖 所示。圖中虛線框內(nèi)是 PLC 內(nèi)部的輸出電路，框外右側(cè)為外部用戶接線。圖中只畫出對應(yīng)于一個輸出點的輸出電路，各輸出點所對應(yīng)的輸出電路均相同。 圖 繼電器輸出電路 繼電器輸出單元的電路如圖 所示。圖中虛線框內(nèi)是 PLC 內(nèi)部的輸出電路，框外右側(cè)為外部用戶接線。圖中只畫出對應(yīng)于一個輸出點的輸出電路，各輸出點所對應(yīng)的輸出電蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 路均相同。 圖中， LED 是輸出點狀態(tài)顯示器， J 為一小型直流繼電器。 其工作原理為：當(dāng)對應(yīng)于 J 的內(nèi)部件電器狀態(tài)為 1 時， J 得電吸合，其常開觸點閉合，負(fù)載得電。 LED 點亮，表示該輸出點接通。當(dāng)對應(yīng)于 J 的內(nèi)部繼電器狀態(tài)為 0 時， J 失電，其常開觸點斷開，負(fù)載失電。指示燈 LED 滅，表示該輸出點斷開。 繼電器輸出型 PLC 的負(fù)載電源可以根據(jù)需要選用直流或交流。繼電器觸點電氣壽命一般為 10~30 萬次，因此在需要輸出點頻繁通斷的場合（如高頻脈沖輸出），應(yīng)選用晶體管或晶閘管輸出型的 PLC。另外，繼電器從線圈得電到觸點動作存在延遲時間，是造成輸出滯后于輸入的原因之一。 PLC 輸出電路也有共點式、分組式、隔離式之別。輸出只有一個公共端子的稱為共 點式；分組式是將輸出端子分為若干組，每組共用一個公共端子；隔離式是具有公共端子的各組輸出點之間互相隔離，可各自使用獨立的電源。 電源部分 PLC 中一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。開關(guān)電源的輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。有的 PLC 能向外部提供 24V 的直流電源，可給輸入單元所連接的外部開關(guān)或傳感器供電。 I/O 擴展端口 當(dāng)主機上的 I/O點數(shù)或類型不能滿足用戶需要時，主機可以通過 I/O擴展端口連接 I/O擴展單元來增加 I/O 點。沒有 I/O 擴展端口的 PLC 是不 能進行 I/O 點擴展的。另外，通過I/O 擴展口還可以連接各種智能單元，擴展 PLC 的功能。 外設(shè)端口 每臺 PLC 都有外設(shè)端口。通過外設(shè)端口， PLC 可與外部設(shè)備相連接。例如，連接編程器以輸入、修改用戶程序或監(jiān)控程序的運行；有的 PLC 可以通過外設(shè)端口與其他 PLC、計算機或終端設(shè)備 PT 等鏈接進行通信，或連成各種網(wǎng)絡(luò)等；連接打印機以打印用戶程序，打印 PLC 運行過程中的狀態(tài)，打印故障報警的種類和時間等；連接 EPROM 寫入器，將調(diào)試好的用戶程序?qū)懭?EPROM，以免被誤改動等；連接外存儲器存儲用戶程序等。 PLC 的編程語言 —— 梯形圖編程語言 現(xiàn)代的 PLC 一般備有多種編程語言用戶選用 .不同廠家的 PLC 的編程語言有較大的區(qū)蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 別 ,用戶不得不學(xué)習(xí)多種編程語言和查找故障的方法 .吸收了最終用戶、廠家和學(xué)者的意見 ,IEC(國際電工委員會 )1994 年 5 月公布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn) (IEC61131).該標(biāo)準(zhǔn)由以下 5 部分組成 :通用信息、設(shè)備與測試要求、 PLC 的編程語言、用戶指南和通信 .其中的三部分是 PLC的語言編程標(biāo)準(zhǔn) .IEC611313 標(biāo)準(zhǔn)對廠家和用戶都是有好處的 ,用戶在使用新的控制系統(tǒng)時 ,可以減少培訓(xùn)的時間 .對于廠家 ,使用標(biāo)準(zhǔn) 可以減少產(chǎn)品開發(fā)的時間 ,因此可以投入更多的精力去滿足用戶的特殊要求 .IEC611313 詳細(xì)地說明了句法、語義和下述 5 種 PLC 編程語言的表達方式 : （ 1） 順序功能圖 。 （ 2） 梯形圖 。 （ 3） 功能塊圖 。 （ 4） 指令表 。 （ 5） 結(jié)構(gòu)文本 . 標(biāo)準(zhǔn)中的兩種圖形語言 — 梯形圖 (LD)和功能塊圖 (FBD),還有兩種文字語言 — 指令表(IL)和結(jié)構(gòu)文本 (SFC)是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖 .如下： (1) 順序功能圖 (SFC) SFC 提供了一種組織程序的圖形方法 ,在 SFC 中可以用別的語言嵌套編程 .步、轉(zhuǎn)換和動作是 SFC 中的三種主要組件 .步是一個邏輯塊 ,即對應(yīng)于特定的控制任務(wù)的編程邏輯 ,動作是控制任務(wù)的獨立部分 ,轉(zhuǎn)換是從一個任務(wù)到另一個任務(wù)的原因 . ⑵ 梯形圖 (LD) 梯形圖是使用的最多的 PLC 圖形編程語言 .梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似 ,具有直觀易懂的優(yōu)點 ,很容易被工廠熟悉繼電器的電氣人員掌握 ,特別適用于開關(guān)量邏輯控制 .在編程軟件中 ,用戶程序可以在不同的編程語言之間切換 . ⑶ 指令表 (IL) 由若干條指令組成的程序稱為指令程序 .PLC 的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相似的助記符表達式 ,小型 的指令系統(tǒng)比匯編語言的簡單得多 ,僅用 20 來條指令就可以實現(xiàn)開關(guān)量的控制 . ⑷ 功能塊圖 (FBD) 這是一種似于數(shù)學(xué)邏輯電路的圖形編程語言 ,有數(shù)字電路基礎(chǔ)的熱很容易掌握 .功能塊圖用類似于與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系 ,方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量 ,右側(cè)為輸出變量 ,輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算 ,信號是自左向右流動的 .就像電路圖那樣 ,功能塊圖的組件被“導(dǎo)線”連接在一起 . ⑸ 結(jié)構(gòu)文本 (ST) 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 結(jié)構(gòu)文本是為 IEC611313 標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種專用的高級編程語言 ,可以增加 PLC 的數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示 、報表打印等功能 ,方便擁護的使用 。 [3] PLC 的工作原理 —— 循環(huán)掃描工作方式 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，它可以看成是一種由系統(tǒng)軟件支持的掃描設(shè)備，不論用戶程序運行與否，都周而復(fù)始地進行循環(huán)掃描，并執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務(wù)。每一個循環(huán)所經(jīng)歷的時間稱為一個掃描周期。每個掃描周期又分為幾個工作階段，每個工作階段完成不同的任務(wù)。 PLC 上電后首先進行初始化，然后進入循環(huán)掃描工作過程。一次循環(huán)掃描過程可歸納分五個工作階段。各階段完成的任務(wù)如下： 1. 公共處理階段 在每一次掃描開始之前， CPU 都要進行復(fù)位監(jiān)視定時器、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作。如果有異常情況，除了故障顯示燈亮以外，還判斷并顯示故障的性質(zhì)。如果屬于一般性故障，則只報警不停機，等待處理。如果屬于嚴(yán)重故障，則停止 PLC 的運動。公共處理階段所用的時間一般是固定的，不同機型的 PLC 有所差異。 2. 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段， CPU 對用戶程序按先左后右、先上后下的順序逐條地進行解釋和執(zhí)行。 CPU 從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀取各繼電器當(dāng)前的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進行邏輯運算，運算結(jié)果再寫入元件映像寄存器中。 執(zhí)行用戶程 序階段的掃描時間不是固定的，其原因主要取決以下幾方面因素： (1) 用戶程序中所用語句條數(shù)的多少。用戶程序的語句條數(shù)多少不同，所用的掃描時間必然不同。因此，為了減少掃描時間，應(yīng)使所編寫的程序盡量簡潔。 (2)每條指令的執(zhí)行時間不同。對同一種控制功能若選用不同的指令進行編程，掃描時間會有很大差異。因為有的指令執(zhí)行時間只有幾個微秒，而有的則多達上百個微秒。所以在實現(xiàn)同樣控制功能的情況下，應(yīng)選擇那些執(zhí)行時間短的指令來編寫程序。 (3)程序中有改變程序流向的指令。例如，有的用戶程序中安排了跳轉(zhuǎn)指令，當(dāng)條件滿足時某段 程序被掃描并執(zhí)行，否則不對其掃描并且跳過該段程序區(qū)執(zhí)行下面的程序；有的用戶程序使用了子程序調(diào)用指令，當(dāng)條件滿足時就停止執(zhí)行當(dāng)前程序去執(zhí)行預(yù)先編排的子程序，當(dāng)條件不滿足時就不掃描子程序；有的用戶程序安排了中斷控制程序，當(dāng)有中斷申請信號時就轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理子程序，否則就不掃描中斷處理子程序，等等。 3. 掃描周期計算處理階段 若預(yù)先設(shè)定掃描周期為固定值則進入等待狀態(tài)，直至達到該設(shè)定值時掃描再往下進蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 行。若設(shè)定掃描周期為不定的（即取決于用戶程序的長短等），則要進行掃描周期的計算。 4. I/O 刷新階段 在 I/O 刷新 階段， CPU 要做兩件事情。其一，從輸入電路中讀取各輸入點的狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中，也就是刷新輸入映像寄存器的內(nèi)容。自此輸入映像寄存器就與外界隔離，無論輸入點的狀態(tài)怎樣變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容都保持不變，一直到下一個掃描周期的 I/O 刷新階段，才會寫進新內(nèi)容。這就是說，各輸入映像寄存器的狀態(tài)要保持一個掃描周期不變。其二，將所有輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)傳送到相應(yīng)的輸出鎖存電路中，再經(jīng)輸出電路的隔離和功率放大部分傳送到 PLC 的輸出端，驅(qū)動外部執(zhí)行元件動作。 I/O 刷新階段的時間長短取決于 I/O 點數(shù)的多少。 5. 外設(shè)端口服務(wù)階段 這個階段里， CPU 完成與外設(shè)端口連接的外圍設(shè)備的通信處理。 完成上述各階段的處理后，又返回公共處理階段，周而復(fù)始地進行掃描。 PLC 的主要性能指標(biāo) 在描述 PLC 的性能時，經(jīng)常用到以下術(shù)語：位（ Bit）、數(shù)字（ Digit）、字節(jié)（ Byte）及字（ Word）。位指二進制數(shù)的一位，僅有 0 兩種取值。一個位對應(yīng) PLC 的一個繼電器，某位的狀態(tài)為 1 或 0，分別對應(yīng)該繼電器線圈得電（ ON）或失電（ OFF）。 4 位二進制數(shù)構(gòu)成一個數(shù)字，這個數(shù)字可以是 0000~1001（十進制 數(shù)），也可是 0000~1111（十六進制數(shù)）。2 個數(shù)字或 8 位二進制數(shù)構(gòu)成一個字節(jié)， 2 個字節(jié)構(gòu)成一個字。在 PLC 術(shù)語中，字也稱為通道。一個字含 16 位，或者說一個通道含 16 個繼電器。 PLC 的主要性能指標(biāo)有以下幾個方面： 1. 存儲容量 系統(tǒng)程序存放在系統(tǒng)程序存儲器中。這里說的存儲容量指的是用戶程序存儲器的容量。用戶程序存儲器容量決定了 PLC 可以容納用戶程序的長短，一般以字為單位來計算。每 1024 個字為 1K 字。中、小型 PLC 的存儲容量一般在 8K 以下，大型 PLC 的存儲容量可達到 256K~2M。也有的 PLC 用存放用 戶程序的指令條數(shù)來表示容量。 2. 輸入 /輸出點數(shù) I/O 點數(shù)即 PLC 面板上的輸入、輸出端子的個數(shù)。 I/O 點數(shù)越多，外部可接的輸入器件和輸出器件就越多，控制規(guī)模就越大。因此 I/O 點數(shù)是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)之一。 3. 掃描速度 掃描速度是指 PLC 執(zhí)行程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)。一般以掃描 1K 字蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 所用的時間來衡量掃描速度。 PLC 用戶手冊一般給出執(zhí)行各條指令所用的時間，可以通過比較各種 PLC 執(zhí)行相同的操作所用的時間，來衡量掃描速度的快慢。 4. 編程指令的種類和條數(shù) 這也是衡量 PLC 能力強弱的主要 指標(biāo)。編程指令種類及條數(shù)越多，其功能就越強，即處理能力、控制能力越強。 5. 內(nèi)部器件的種類和數(shù)量 內(nèi)部器件包括各種繼電器、計算器 /定時器、數(shù)據(jù)存儲器等。其種類越多、數(shù)量越大，存儲各種信息的能力和控制能力就越強。 6. 擴展能力 PLC 的擴展能力表現(xiàn)在以下幾個方面。大部分 PLC 可以用 I/O 擴展單元進行 I/O 點數(shù)的擴展；有的 PLC 可以使用各種功能模塊進行功能擴展等。 7. 智能單元的數(shù)量 PLC 不僅能完成開關(guān)量的邏輯控制，而且利用智能單元可完成模擬量控制、位置和速度控制以及通信聯(lián)網(wǎng)等功能。智能單元種類的多少和 功能的強弱是衡量 PLC 產(chǎn)品水平高低的一個重要指標(biāo)。各個生產(chǎn)廠家都非常重視智能單元的開發(fā)，近年來智能單元的種類日益增多，功能越來越強。蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第三章 三菱 FX2N 系列 PLC 三菱 FX2N 系列可編程序控制器的基本組成 三菱公司是日本生產(chǎn) PLC 的主要廠家之一。先后推出的小型、超小型 PLC 有 F、 FF FX FX FX2C、 FX2N 等系列。其中 F 系列已停產(chǎn)，取而代之的是 FX2 系列機型，屬于該性能疊裝式機型，是三菱公司的典型產(chǎn)品。 FX2N 系列 PLC 的主機稱為基本單元，包括 CPU、存儲器 、輸入輸出口及電源，是 PLC的主要部