可编程控制器原理及应用Word文件下载.docx
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5—1功能指令通则—————————————————————————（98）
5—2程序流控制指令（FNC00一FNC09）————————————————（102）
5—3传送、比较等（FNCl0—FNCl9）—————————————————（110）
5—4四则运算和逻辑运其（FNC20—FNC29）（110）
5—5循环移位h移位（FNC30一FNC39）（110）
5—6数据处理（FNC40—FNC49）（110）
5—7高速处理（FNC50—FNC59）（110）
5—8方便指令（FNC60—FNC69）（110）
5—9外部I／O设备（FNC70一FNC79）（110）
5—10FX2系列外部设备（FNC80一FNC89）（110）
5—11外接F2系列设备[FNC90—FNC99）（110）
5—12功能指令简表（110）
5—1３与特殊功能模块联接（110）
５一14补充说明（110）
第六章 可编程控制器用于模拟E控制
6—1模拟量输人输出单元F2—6A
6—2FX系列模拟量输入／输出单元
6—3大型N模拟量模块简介
第七章 可编程控制器用于位置控制
7—1适于点位控制的脉冲输出单元F2—30GM
7—2凸轮控制器F2—32RM
7—3A系列运动控制模块
第八章 可编程控制器用于网络及通讯
8—1PC与计算机通讯
8—2可编程控制器的网络
附 录Fx2系列的特殊软元件
第一章概述
可编程控制5B（Pr08rammabteC。
nb。
1Ler）缩写为FC，为了与个人计算机的PC俨厩·
卿nalComputer）相区别，有时在PC中人为地增加了L（Lo由cal）而写成pLC．
自1969年第一台可编程控制器面世以来经历了20多年的发展刀编程控制器已经成
为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制据刀以说只有可编程控制器才是真正
的工业控制计算机．初期可编程控制器只是用于逻辑控制的场合，用于代替继电控制盘，但
现在可编程控制器已进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域．现在可编程控
制器继续保留了原来逻辑控制据的所有优点，同时它吸收发展了其它控制设备（如过程仪
表、计算机、集欲系统、分散系统等）的优点，在许多场合只得可编程控制器即可构成包括
逻辑控制、过程控制、数据采集及控制和图形工作站的经济合算、体积小巧、设计调试方
便的综合控制系统．
可编程控制器由来及在工业自动化中的地位
t一）由来及发展
60年代末，随着市场的转变lI业生产开始由大批量少品种的生产转变为小批量多品种
生产方式．而当时这类大规模生产线的控制电路多是由继电控制盘构成的总种控制装置
体积大、耗电多、可靠性低，尤其是改变生产程序很困难．为了改变这辞状况，1968年美国
通用汽车公司对外公开招标，要求用新的控制装置取代继电控制盘以改善生产．公司提出
了十项招标指标，这十项指标是：
1．编程方便，现场可修改程序．
2．维修方便，e用插件式结构．
3．可靠性高于继电控制盘．
4．体积小于继电控制盘．
5．数据可直接送人管理计算机．
6．成本可与继电控制盘竞争．
7．输入可为市电．
8．脑出可为市电，9求2安培以上，可直接驱动电磁阀、接触器等．
9．扩展时原系统变更最少．
10．用户存贮器大于4K．
从这十项指标，我们可以看出，它实际上就是当今可编程控制器的员基本的功能．
归纳一下，其核心为四点：
1．用计算机代管继电器控制盘．
2．用程序代替硬件接线。
3．输入／输出电平刁4外部装置直接相联．
4结构易于扩展。
当然，当今可编程控制器已大大地扩展币远远超越了以上指标，但当时电行j，算胡才面
世不久，能实现以上指标的控制装置已是相当先进了．
1969年美国的DEC公司制成了第一台可编程控制器，投入通用汽车公司的生产：
线控
制中，取得了极满意的效果，从此开创了可编程控制铝的新纪元。
1971年日本开始生产可编程控制汰1973年欧州开始生产可编程控制器，1974年我
国也开始研制可编程控制器．随着微电子技术、计算技术、通讯技术、容偌控制技术．数
字控制技术的飞速发展，可编程控制路的数量、型早、品种以异乎寻常的速度发展。
1—2可编程控制器的定义及特点
（一）定义
可编租控制器一直在发展中．因此直到目前为止还未能对可编程控制铝下最后的定
义．但通过1987年2月16c对可编程控制器的定义，我们可以看到可编程控制器是一种
什么样的控制装置．
。
可编程控制器是一种数字运算操作的电于系统，专为在工业环境下应用而设计，它采
用一类可编程的存贮器，g于其内部存贮程序．执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算
术操作等面向用户的指令．并通过数字式或模拟式拍入输出控制各种类型的机械或生产过
程．可编程控制器及其有关外部设备都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充
其功能的原则没计．’
由上述定义我们可以看到，可编超控制58是。
数字运算操作的电子系统’Iap为计算机产
品．‘专为在工业环境下应用而设计”18p为工业计算机．这种工业计算机采用‘面向用户的
指令。
。
因此编程方便名能完成‘逻辑运算、顾序控制、定时、计算和算术操作”，它还具
有‘数字量或模拟量输入输出控制”的08力．并且非常容易与‘工业控制系统联成一体’，易
于扩充．这就是新一代的、现场工人易于接受的‘蓝领计算机’15真正的工业控制计算
机．
可绸程控制器之所以成为’蓝领计算机’有两个重要原因．第一是由于它的指标是由使
用考甘先提出的，而不是像其它的工业设备一样，由发明者设计出来，由使用者来选用的．第
二个原因就是它的一些独一无二的特性，无论四种型号的可编程控制器都具有这些特性，而
其它的工业控制设备却根难兼具这些特性．其主要特点有四点，下面一一介绍．
（二）特点
1．高可赢性
可以说剧目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到可编程控制器的可慧性．随
警器件水平的提高Iq编程控制器可富性还在继续提高．例如三菱n．F2系列平均无故
障时间可达30万小时而A系列的可靠性又比之高几个数置级，A其是近来开发出的多机
冗余系统和表决系统期更进一步增加了可酸性．事实上，如果某种控制装置可以连续运行
20年以上不出问题在当前技术更新略息万变的世界上，则可认为是永远不会坏的装置了．
三蓖公司已宣布，在今后它生产的可绸程控制器不再标可靠性这一指标了，因为对于可编程
控制器，这一指标己毫无意义．可以说在可编程控制器使用中发生的故窿，大部分墨由可编
程控制器外部的开关、传感器．执行撒引起的，而不是可编程控制器本身发生的．
可编程控制器是如何做到如此高可槐性的呢?
可以先覆看产生故康的原因以及解决这
些问题的办法．
任何电子设备产生故嚎的原因分为外部和内部两类所部起因主要由电磁干扰、辐射
干扰以及由输人输出线、电源线等引入的干扰；
环境温度、勒尘、有害气体的影响；
据动、
冲击引起的器件损坏、断联等．
内部的原因主要是器件的失效、老化，存贮信息的丢失、错误，程序分支的错误，条件判
别的错误，及运行进人死循环等。
针对以上故障原因，可以从软件及硬件两方面来解决可靠性问题．
在硬件方面，首先是选用优质器件，再就是设计合理的系统结构，6口因、简化安装，使其
易于抗冲击，对印制电路扳的设计加工及焊接工艺都做到严格要求．在此基础上，4编程控
制器还采用如下独特的方式：
①所有的入输出电路一律采用光电隔离，做到电浮空。
无论对于抗电干扰还是对于方
便接地都大有好处。
⑥各I／o端子除了采用常规模拟量滤波以外，还加上数字滤波．
②内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。
④采用较先进的电源电路，以防止出电源回路串入的干扰。
有人做过实验，在三菱F1
系列可编程控制器上从电源回路接入峰一d9为4000v的脉冲群干扰或电源瞬停30ms．对可
编程控制器不会产生任何影响。
②采用合理的电路程序，一只莱模块有故障，在线插拔
远行．
在软件方面采取了如下措施：
①设置了警戒时钟WDT．可编程控制器运行时对wDT定时刷新。
如果程序出现
了死循环，就能立即跳出重新启动，4报警．
②为避免由于程序出错而错误运行，每次扫描都对程序进行检查和校验．一但程序出
错立即报警并停止运行．
⑧对程序及动态数据进行电池后备。
停屯后，运行停止，但有关状态及信息不会因此
而丢失。
④随时对cPu等内部电路进行检测，一旦出锗，文即报警．程序中还设置了对用户程
序电路查锗报话的程序，错误的程序或参数是不能运行的。
2．编程方便，易了：
使用
可编程控制25采用与实际电路接线冈非常接近的梯形图。
这种图形编程方式易懂易编．
就是普5B的工人，也能在很短的时间内学会使用。
行人曾说道，将来自动化工厂阳电’i上人
将在友腰上别看罗丝刀，右腰上别着纳税器。
为了进一步简化编程，编程工作案中到了设计思想的本身而不是如何实现没引思想．
当今的可编程控制器还针对具体问题设计了诸如步进顺控指令、流程图指令等指今系统。
这点对于加快系统开发速度非常重要．
从硬件方面来说，使用可编程控制器，无论是接线、配置都极其方便，只用螺丝刀即可进
行全部接线工作，而不要自制很多接u电路，通常经实验宦编程，模组调试后，在现场很快就
熊安装调试成功．
3．环境要求低
可编程控制器适用1；
恶劣酌工业环境．
4．与其它装置配置联接方便．
可编程控制器的接口原则是使外部接线、电平转换尽量少。
对于开关量，输入可以是无源触点开关或集电极开路晶体管输出；
输出有继电器、
硅、晶体管等各种不同的形式，可直接接各种不同类型的接触器、电磁闽等．
对T：
模拟员，只要模拟信号电平在一定的范围内（通常为110v或t20mA），就RJ以按要
求自由设置转换特性，而不需另加电平转换．另外还有运用热屯偶直接输入的A／D转换
器等，此时就连放大器、冷端补偿也是多余的。
对于各种显示、音响输出更是以最方便的形式提供接门，大量的问题都在p1编促控制
器内部解决了．
对于数据迈讯．只须同铀电缆和倍通Rs232或Rs422接ugp可，不必由用户来考虑波
特率及通讯规程等具体的设置问题，
（三）可编程控制器带来的好处
可编程控制器作为继电控制盘的替代物，它的好处是很显然的．首先，可编程控制器除
了外部接点外，内部提供了无穷多的各类触点、辅助继电器（尤其是许多特殊辅助继电器），
其功能大大的扩展了．由于是计算机产品，其程序的易修改性、可靠性、通用性、易扩展
性、易维护性都大大提高．加上其体积小巧，安装、调试方便，使设计加工周期大大缩短“
从我国国情来看，进行技术改造的一次性投资虽大一些，但使用可编程控制器后，控制盘自身
的耗电仅为原来的几十分之一，一年所节省的电费就可以将投资收回．由于开发、调试周
期大大缩短，因此很容易做到高产员、短交货期，对加速资金周转大有帮助．又由于是采用
标难件，对于售后服务和日常维护备品、备件也大为方便．并且，可编程控制器可重复利
用．
对于系统设计，采用可编程控制器后，只要初步确定I／o总数，即可定下机型及模块．
这就使制定采购计划大为方便．至于最终细节的设计，由软件即可完成．
由于当今可编程控制器具有大量模拟量控制模块、位置量控制模块和数据读／写模
块，这些模块与基本I／o模块配合很容易就能构成一个综合控制系统．
51—3可编程控制器的应用
可编程控制据的应用领域极其广网．对于早期的可编程控制器IA是有继电器的地方
就得要可编程控制器；
而对于当今的可编程控制器，几乎可以说凡是需要控制系统存在的
地方就需要可编程控制器，就目前的应用语况来看，可编程控制据主要用于有大员开关量
和少量控拟员的控制系统方面．小型可编程控制器主要用于单机自动化，而大型可编程控
制器则是自动生产线的必不可少的部件．最近我国引进的生产设备和自动生产线绝大多数
都是采用可编程控制器作为核心控制部件的．
国内已有许多厂矿企业广泛采用可编程控制器作为控制手段，取得了不少的成功经
验．可编程控制器的应用领域正在迅速扩大，许多过去认为不能使用可编程控制器的地方
都在逐步改造为可编程控制器的控制系统．有许多资科介绍这方面的实例，这里就不一一
列举了．
可编程控制器的发展趋势
随首可编程控制器应用领域酌不断扩大，可编程控制器本身也在不断发展，下面简略介
绍一下达些发展．
（一）在过程控制领域的发展
从80年代初开始，就有一些化工、医药、石油和天然气公司将可编程控制器用于过程
控制任务．随首傲处理机和软件技术的发展、操作员接口的使用、可编程控阁65网络的开
发，可编程控制器已成为低成本实现分散控制的一种技术．用于过程控制的可编程控制据
往往对存贮容量和速度要求较高，为此，开发了高速模拟量输入模块、专用独立PtD控制
韶、热电偶、RTD直接输入权块．多路转换器等，使得数字技术和模拟量技术在可编程控
制器中得到统一．采用软件、硬件相结合的方法，使得编程和接线都比过去用常规仪表控
制耍方便得多．
（二）网络功能的发展
网络方面的发展是可编程控制器发展的一个重要特征．1982年有网络功能的可编程
控制器只占销售总量的99％，而1987年则增加到了髓％，现在几乎所有的厂家都宣称其生
产的可编程控制器可与MAP网相联．
由于可用可编程控制器构成网络，因此，各种个人计算机。
图形工作站、小型祝等都
可以作为可编程控制器的监控主机或工作站．这些装置的结合能够提供屏幕显示、数据采
巢、记录保持、回路面板显示等功能．这其实就是实现了分散型控制系统的功能．大量的
可纪程控制器联到通讯镊路上接人信息网络以及不同厂家生产的可编程控制器兼容性增加
，达就使得无论对于分散控制或策中管理都能轻易地实现了。
在由可编程控制器构成的网络中洛机之间的通讯仍然如同一合可编程控制器。
捷方便总本身又促进了网络的大量发展和应用．
（三）智能输入输出模块
为了进一步简化在专用控制领域的系统设计及编程，专用智能赖入箔出模块越来越多，
如专用智能Pm控制器、智能模拟量I／o模块、智能位置控制模块、语音处理模块、专
用数控模块、智能通讯．计算模块等．这些模块的一个特点就是本身具有cPu，熊独立工
作．它们与可编租控制器主机并行操作，无论在速度．精度．适应性、可靠性各方面都对
可编程控制器作了极好的补充．它们与可编程控制器紧密结合，有助于克服可编程控制器
扫描算法的局限，S成可编程控制器本身无法完成的许多功能．
这些模块的编程、接线都与可编程控制器一致，因此，使用非常方便．甚至有些模块内
部还包含了一台中型可编程控制韶主机的功能，因此，我们都可将其视为专用可编程控制
器．
（四）蛔程语富
梯形图编程虽然方便直观胆对于逻辑控制以外的控制领域，a程难免笨拙．当今可编
程控制器已发展出了许多编程语言，有面向顺序控制的步进顾控语言和面向过程控制系统
的流程图语言．它是一种面向功能块的语育，能够表示过程中动态变量与信号的相互联
接．还有与计算机兼容的商级语言，如BAsIc、c及汇编语言．另外还有专用的高级语百，
例如三菱的M62J3AP，t采用编译的方法将语句变为梯形田程序．也有采用布尔逻辑语言
的lCPtJ能直接执行ANDhOR、xORbNOT操作龙种语言执行逮度很快艇不狠直
观．
当今的可编程控制器往往是将上述各种语言综合使用，各取所长湘互调用，相互补充．
各科语言不是相互能代替的．因此，6种语言并存，互补不足将是长期的趋势。
历）增强外部故鹰检测能力
根据分析，6可编程控制的故随中，CPU顿占5％，I／O扳占15％持感器占45％，执行
路占30％．接线占5％．除了前两项共20％的放降可由CPU本身的硬、软件检OD以外．其
它的80％都不能通过自诊断查出．因此名厂家都在发屉专门用于检口外部故窿的专用韧
筋模块，进一步提高采用可编程控制器系统的可靠性．
第二章可编程控制器工作原理及结构特点
可编程控制器是一种工业控制计算机，其核心就是一台计算机。
但由于有接LJSE件及
监控软件的包围．田此，其外型1；
伤ZI算机，操作使用方法．编程语言甚至工作原理都与计算
机有所不同。
另一方面，作为继电控制盘的替代物，由J共核心为计算机芯片，田此与继电器
控制逻辑的工作原理也有很大区别。
我们通过一个电路实例来说明这个问题，
例’有2个开关x1、x2，其中任何一个接通都将立邯点亮红灯，2秒钟后点亮绿灯，
解：
为解次以上问题，我们选用2个按铆开义、2个常开继电器及1个具有延时2抄庸
闭合触点的时间继电器，构成门划的LU路。
继电器电路工作过程：
如上因电路所示，当xJ或x2任一按钮按下后，线团Y1接通，Y1
触点同时接通，时间继电器线圈T开始计时．此时，T触点因时间未到，因此未接通。
一旦时
间到罗触点接通．则Y2线圈接通，同时Y2触点接通，整个过程完成．
可编程控制的工作过程：
丈读入x1、x2触点信息，然后对X1、x2状态进行进辑运算．
若逻辑条件满足，Y1线圈接通，此时外触点Y1接通，外心路形成回路，红灯亮农定时时间未
到时，T触点接通的条件不满足，因此Y2线困4；
通电，绿灯不亮．在到T时间后，Y2线圈才
接通，Y2触点接通，绿灯亮‘
内上例可见，整个工作过程需要该入开关状态、逻辑运算．输川运算结果共三步。
输
入的是给定量或反馈量p输出的是被控且．因为计算机每一瞬间只能做一件事，因此工作的
次序是输入一第一步运算一第二步运算……最后一步运算一输出。
这种工作方式就称为扫
描工作方式。
从输入到输山的整个执行时间称为掏报用期时间．
可编程控制器的工作过程如F团，说明如卜
（U输入处理
程序执行前．可纲程控制器
的全部输入端子的通／断状态读
人输入映俄寄存器．
在程序执行中，即使输入状
态变化，输入映像寄存器的内容
也不变。
直到下一扫描周期的输
入处理阶段才读入这变化．另
外，输入触点从通（oN）一B9f
旧FF）咳从断（oFF）一道（oN）]
变化到处于确定状态止，输入滤
波器还有一响应延迟时刘（约
10ms）。
（2）程序处理
对应用户程序存储器所存的
指令，从输入映像寄存据和其他
软元件的映像寄存器中将有关软
元件的通／断状态读出．从o步
开始顺序运算龙次结果都写入
有关的映像寄存器，g此名骇元
件（x除外）的映像寄存器的内容
随着程序的执行在不断变化．
输出继电器的内部触点的动
作由输出映像寄存器的内容决
（3）输出处理
全部指令执行完毕，将输出
Y的映像寄存器的通／断状态
向输出钡存寄存器传送，成为可
编程控制器的实际掘出。
可编程控制器内的外部输出
触点对拍出软元件的动作有一个
响应时间lap男有一个延迟才动
作．
52—2可编程控制器的构成
可编程控制器有各种不同的结构，为了简化问题，我们以小型可编程控制器为例．
可编程控制器的核心是一台单扳机，在单扳机外围配置了相应的接口电路（曰件），在单
扳机中配置了监控程序（软件）．下面介绍硬件及软件的构成及作用．
可编程控制器中的单扳机即为c9u扳．它包括一台基本计算机必需的部件：
中央处理
器C四；
存贮器RAM、ROM；
并行接口H0；
串行接口SIo；
时钟cTc．它的作用是对整
个可编程控制器的工作进行控制．它的工作分两部分：
一部分是对系统进行营理加自诊
断、查错、信息传送时钟、计数刷新等；
另一部分就是根据用户程序执行输入输出操作、
程厅解露执行操作等．
单扳机中CPU芯片随机型不同而有所不同．例如IFlbF2系列为803t，K系列为
8085lA系列为8086，A系列的高速系统A3H中包含一片80286及另一片48位三菱专用逻
辑处理芯片．对可编程控沏器运算速度要求越高、信息处理量越大，则凹u的位数也越
多、速度也越快，随着超大规模集成电路制造水平的提高将来的发展趋势是可编程控制器
的芯片越来越高档．在Fx2系列中太部分芯片都是采用表面封装技术的芯片．cPu板
只含两片超大规模集成电路广片是通用16位CPU，用于处理普通逻辑指令；
另一片是
专用逻辑处理器，用于处理高速指令、中
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