第一章可程式設計控制器的初步認識
一、plc的定義
可程式設計控制器是採用微機技術的通用工業自動化裝置，近幾年來，在國內已得到迅速推廣普及。正改變著工廠自動控制的面貌，對傳統的技術改造、發展新型工業具有重大的實際意義。
可程式設計控制器是60年代末在美國首先出現的，當時叫可程式設計邏輯控制器，目的是用來取代繼電器，以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。其基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、**便宜等優點結合起來，控制器的硬體是標準的、通用的。根據實際應用物件，將控制內容寫入控制器的使用者程式內，控制器和被控物件連線也很方便。
隨著半導體技術，尤其是微處理器和微型計算機技術的發展，到70年代中期以後，已廣泛地使用微處理器作為**處理器，輸入輸出模組和外圍電路都採用了中、大規模甚至超大規模的積體電路，這時的已不再是僅有邏輯判斷功能，還同時具有資料處理、調節和資料通訊功能。
可程式設計控制器對使用者來說，是一種無觸點裝置，改變程式即可改變生產工藝，因此可在初步設計階段選用可程式設計控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從製造生產可程式設計控制器的廠商角度看，在製造階段不需要根據使用者的訂貨要求專門設計控制器，適合批量生產。由於這些特點，可程式設計控制器問世以後很快受到工業控制界的歡迎，並得到迅速的發展。
目前，可程式設計控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應用。
可程式設計序控制器，英文稱programmable controller，簡稱pc。但由於pc容易和個人計算機（personal computer）混淆，故人們仍習慣地用plc作為可程式設計序控制器的縮寫。它是乙個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它採用可程式設計序的儲存器，用以在其內部儲存執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，並通過數字式或模擬式的輸入、輸出介面，控制各種型別的機械或生產過程。
plc是微機技術與傳統的繼電接觸摸制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸摸制系統中的機械觸點的接線複雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是plc的程式編制，不需要專門的計算機程式語言知識，而是採用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使使用者程式編制形象、直觀、方便易學；除錯與查錯也都很方便。使用者在購到所需的plc後，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的使用者程式的編制工作，就可靈活方便地將plc應用於生產實踐。
二、plc的結構及各部分的作用
plc的型別繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出介面、電源、程式設計器擴充套件器介面和外部裝置介面等幾個主要部分組成。
plc的硬體系統結構如下圖所示：
1.主機
主機部分包括**處理器（cpu）、系統程式儲存器和使用者程式及資料儲存器。cpu是plc的核心，它用以執行使用者程式、監控輸入/輸出介面狀態、作出邏輯判斷和進行資料處理，即讀取輸入變數、完成使用者指令規定的各種操作，將結果送到輸出端，並響應外部裝置（如程式設計器、電腦、印表機等）的請求以及進行各種內部判斷等。plc的內部儲存器有兩類，一類是系統程式儲存器，主要存放系統管理和監控程式及對使用者程式作編譯處理的程式，系統程式已由廠家固定，使用者不能更改；另一類是使用者程式及資料儲存器，主要存放使用者編制的應用程式及各種暫存資料和中間結果。
本實習裝置選用fx1n型號三菱主機。
fx1n-40mr-001 ac/dc/繼電器內建數字量i/o （24路開關量輸入，16路繼電器輸出），另配置fxon-3a模擬量模組（2路模擬量輸入，1路模擬量輸出）；fx2n-485-bd通訊模組；sc-09通訊程式設計器，採用rs485網路通訊。
2．輸入/輸出（i/o）介面
i/o介面是plc與輸入/輸出裝置連線的部件。輸入介面接受輸入裝置（如按鈕、感測器、觸點、行程開關等）的控制訊號。輸出介面是將主機經處理後的結果通過功放電路去驅動輸出裝置（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。
i/o介面一般採用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。i/o點數即輸入/輸出端子數是plc的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。
3．電源
圖中電源是指為cpu、儲存器、i/o介面等內部電子電路工作所配置的直流開關穩壓電源，通常也為輸入裝置提供直流電源。
4．程式設計器
程式設計器是plc的一種主要的外部裝置，用於手持程式設計，使用者可用以輸入、檢查、修改、除錯程式或監示plc的工作情況。除手持程式設計器外，還可通過介面卡和專用電纜線將plc與電腦聯接，並利用專用的工具軟體進行電腦程式設計和監控。
5．輸入/輸出擴充套件單元
i/o擴充套件介面用於連線擴充外部輸入/輸出端子數的擴充套件單元與基本單元（即主機）。
6．外部裝置介面
此介面可將程式設計器、印表機、條碼掃瞄器等外部裝置與主機相聯，以完成相應的操作。
三、plc的工作原理
plc是採用「順序掃瞄，不斷迴圈」的方式進行工作的。即在plc執行時，cpu根據使用者按控制要求編制好並存於使用者儲存器中的程式，按指令步序號（或位址號）作週期性迴圈掃瞄，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行使用者程式，直至程式結束。然後重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃瞄。
在每次掃瞄過程中，還要完成對輸入訊號的取樣和對輸出狀態的重新整理等工作。
plc的掃瞄乙個週期必經輸入取樣、程式執行和輸出重新整理三個階段。
plc在輸入取樣階段：首先以掃瞄方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態或輸入資料讀入，並將其寫入各對應的輸入狀態暫存器中，即重新整理輸入。隨即關閉輸入埠，進入程式執行階段。
plc在程式執行階段：按使用者程式指令存放的先後順序掃瞄執行每條指令，執行的結果再寫入輸出狀態暫存器中，輸出狀態暫存器中所有的內容隨著程式的執行而改變。
輸出重新整理階段：當所有指令執行完畢，輸出狀態暫存器的通斷狀態在輸出重新整理階段送至輸出鎖存器中，並通過一定的方式（繼電器、電晶體或閘流體）輸出，驅動相應輸出裝置工作。
第二章可程式設計控制器的程式設計元件
一、plc的程式設計元件
plc是採用軟體編制程式來實現控制要求的。程式設計時要使用到各種程式設計元件，它們可提供無數個動合和動斷觸點。程式設計元件是指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器、通用暫存器、資料暫存器及特殊功能繼電器等。
plc內部這些繼電器的作用和繼電接觸摸制系統中使用的繼電器十分相似，也有「線圈」與「觸點」，但它們不是「硬」繼電器，而是plc儲存器的儲存單元。當寫入該單元的邏輯狀態為「1」時，則表示相應繼電器線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以，內部的這些繼電器稱之為「軟」繼電器。
程式設計元件的名稱：三菱plc 程式設計元件的名稱由字母和數字組成。字母代表功能，表示元件型別如輸入繼電器用「x」表示，輸出繼電器用「y」表示；數字元件序號，輸入、輸出繼電器的元件號採用八進位制數，遵循「縫八進一」的原則。
其它程式設計元件的元件號採用十進位制數。
例如 x07 ，y10 ，m125。
二、輸入繼電器與輸出繼電器
1.輸入繼電器 (x)
輸入繼電器可以理解為plc的輸入通道，與輸入端相連，乙個輸入繼電器就是plc的乙個輸入點。必須注意：①輸入繼電器只受外部訊號控制，不能由程式指令或其他部件驅動， 在梯形圖中只能作觸點而不能作線圈。
②輸入繼電器的觸點在梯形圖中的使用次數不受限制③外部輸入訊號的持續時間必須大於乙個掃瞄週期。
2.輸出繼電器 (y)
輸出繼電器是plc的輸出通道，它將plc的輸出訊號傳送給輸出模組。再由後者驅動負載，乙個輸出繼電器就是乙個輸出點，它的線圈由使用者程式控制，其觸點在梯形圖中的使用次數不受限制。輸出繼電器無斷電保持功能。
三、輔助繼電器(m)
輔助繼電器是用軟體實現，它們不能接收外部的輸入訊號，由程式驅動，也有常開和常閒觸點。它是軟繼電器，乙個輔助繼電器實為ram單元的乙個位。它不能直接驅動負載，相當於繼電器電路的中間繼電器。
輔助繼電器採用十進位制編號。
輔助繼電器有以下三種型別：
(1)通用輔助繼電器：(為不帶後備電池的ram)，無斷電保持功能plc恢復工作時之前狀態消失。電源掉電後所有的通用輔助繼電器將變為off。
（2)鎖存輔助繼電器：有斷電保持功能，可保持斷電前的狀態，系統重新得電後，即可重現斷電前的狀態，並在該基礎上繼續工作。由帶後備電池的ram或e2ram保持。
(3)特殊輔助繼電器：共有256點具有特殊用途的輔助繼電器，他們是表示plc的某種狀態。
特殊輔助繼電器分為兩類：
①觸點利用型：使用者可直接使用其觸點，但不能使用其線圈。例如：
m8000 為執行監視輔助繼電器；當plc開機執行後，m8000為on;停止執行時，m8000為off
m8002 為初始化脈衝輔助繼電器；當plc開機執行後，m8002僅在m8000由off變為on時，自
動接通乙個掃瞄週期，
m8013 當plc通電後，不管執行與否，自動產生週期是1s和時鐘脈衝；
m8014 當plc通電後，不管執行與否，自動產生週期和1min 時鐘脈衝
m8005 為鋰後備電池電壓低指示輔助繼電器；電池電壓下降至規定值時變為on，可用他的觸點驅
動輸出繼電器和外部指示燈，提醒工作人員更換電池。
②線圈驅動型：由使用者程式驅動其線圈，使plc處於某種狀態。例如：
m8033 on後，plc進入stop狀態，所有輸出繼電器狀態保持不變；
m8034 on後，禁止所有輸出；但是程式仍然正常執行。
m8039 on後，plc以d8039中指定的掃瞄時間工作。
四、狀態繼電器（s）
狀態繼電器是用於編制順序控制程式的一種程式設計元件，它與步進梯形指令stl一起使用。繼電器亦分為通用狀態繼電器和鎖存狀態繼電器。
通用狀態暫存器沒有斷電保護功能，鎖存狀態繼電器有備用鋰電池，具有斷電保護功能。
s0 ~ s9 10點，作初始化狀態使用。
s900 ~ s999 10點，可作訊號報警器
五、定時器(t)
plc定時器的作用相當於時間繼電器。它的定時功能是通過對時鐘脈衝的計數來實現的。時鐘脈衝的週期有1ms、10ms和100ms。
當定時器的計數值和設定值相等時，其輸出觸點動作，即常開觸點閉合常閉觸點斷開。
定時器的設定值可通過常數k或資料暫存器d的內容來設定。t後面的數字表示定時器的定時型別和定時精度，定時型別分為通用型和積算型，t0-t245通用型t246-t255積算型，的k後面的為計數次數，定時時間的計算公式：定時時間＝計數次數×定時精度
通用定時器
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