模塊1 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)

專題1.1 PLC概述

一、PLC的定義

PLC是可編程序控制器（Programmable Controller）的簡(jiǎn)稱。實(shí)際上，可編程序控制器的英文縮寫為PC，為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的英文縮寫詞相區(qū)別，人們就將最初用于邏輯控制的可編程序控制器（Programmable Logic Controller）稱為PLC。

PLC的發(fā)展極為迅速。為了確定它的性質(zhì)，國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）于1982年頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1987年2月頒布了第三稿，對(duì)PLC作了如下定義。

PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其相關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體和易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。

二、PLC控制系統(tǒng)與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的比較

1.組成器件不同

繼電器接觸器控制系統(tǒng)是由許多硬件繼電器、接觸器組成的，而PLC控制系統(tǒng)則是由許多“軟繼電器”組成的。傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，因物理性能疲勞、塵埃的隔離性及電弧的影響，使系統(tǒng)可靠性大大降低。而PLC控制系統(tǒng)采用無機(jī)械觸點(diǎn)的微電子技術(shù)，復(fù)雜的控制由PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)算器完成，故壽命長(zhǎng)，可靠性高。

2.觸點(diǎn)數(shù)量不同

繼電器接觸器的觸點(diǎn)數(shù)較少，一般只有4～8對(duì)；而“軟繼電器”可供編程的觸點(diǎn)數(shù)有無限對(duì)。

3.控制方法不同

繼電器接觸器控制系統(tǒng)是通過元器件之間的硬接線來實(shí)現(xiàn)的，其控制功能是固定的；而PLC控制功能是通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)的，只要改變程序，即可改變功能。

4.工作方式不同

在繼電器接觸器控制電路中，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中各繼電器都處于受制約狀態(tài)；而在PLC控制系統(tǒng)中，各“軟繼電器”都處于周期性循環(huán)掃描接通中，每個(gè)“軟繼電器”受制約接通的時(shí)間是短暫的。

三、PLC簡(jiǎn)介

隨著PLC市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，PLC生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，其主要廠商集中在一些歐美國(guó)家及日本。美國(guó)與歐洲一些國(guó)家的PLC是在相互隔離的情況下獨(dú)立研究開發(fā)的，產(chǎn)品有比較大的差異；日本的PLC則是從美國(guó)引進(jìn)的，對(duì)美國(guó)的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性。另外，日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上；而歐美則以大、中型PLC為主。

1.美國(guó)的PLC產(chǎn)品

美國(guó)有100多家PLC制造商，著名的PLC制造商有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。其中A-B公司是美國(guó)最大的PLC制造商，產(chǎn)品約占美國(guó)PLC市場(chǎng)的一半。A-B公司的產(chǎn)品規(guī)格齊全、種類豐富，其主推的產(chǎn)品為大、中型的PLC-5系列。該系列為模塊式結(jié)構(gòu)，CPU模塊為中型的PLC有PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/14、PLC-5/25；CPU模塊為大型的PLC有PLC-5/11、PLC-5/20、PLC-5/30、PLC-5/40和PLC-5/60。A-B公司的小型機(jī)產(chǎn)品有SLC-500系列等。

GE公司的代表產(chǎn)品是GE-Ⅰ、GE-Ⅲ、GE-Ⅵ等系列，分別為小型機(jī)、中型機(jī)及大型機(jī)，GE-Ⅵ/P最多可配置4000個(gè)I/O點(diǎn)。TI公司的小型機(jī)有510、520等，中型機(jī)有5TI等，大型機(jī)有PM550、530、560、565等系列。MODICON公司生產(chǎn)M84系列小型機(jī)、M484系列中型機(jī)和M584系列大型機(jī)。M884系列是增強(qiáng)型中型機(jī)，具有小型機(jī)的結(jié)構(gòu)及大型機(jī)的控制功能。

2.歐洲的PLC產(chǎn)品

德國(guó)的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司和法國(guó)的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國(guó)西門子公司的電子產(chǎn)品以性能精良而久負(fù)盛名。在大、中型PLC產(chǎn)品領(lǐng)域與美國(guó)的A-B公司齊名。

西門子公司PLC的主要產(chǎn)品有S5及S7系列，其中S7系列是近年來開發(fā)的代替S5系列的新產(chǎn)品。S7系列含S7-200、S7-300及S7-400系列。其中S7-200是微型機(jī)，S7-300是中、小型機(jī)，S7-400是大型機(jī)。S7系列機(jī)性價(jià)比較高，近年來在中國(guó)市場(chǎng)的占有份額有不斷上升之勢(shì)。

3.日本的PLC產(chǎn)品

日本PLC產(chǎn)品在小型機(jī)領(lǐng)域頗具盛名。某些用歐美中型或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制，日本小型機(jī)就可以解決。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立和東芝等。在世界小型機(jī)市場(chǎng)上，日本的產(chǎn)品約占70%的份額。

三菱公司的PLC是較早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的產(chǎn)品。其小型機(jī)F1/F2系列是F系列的升級(jí)產(chǎn)品，早期在我國(guó)的銷量也不小。F1/F2系列加強(qiáng)了指令系統(tǒng)，增加了特殊功能單元和通信功能，比F系列有了更強(qiáng)的控制能力。繼F1/F2系列之后，20世紀(jì)80年代末，三菱公司又推出了FX系列，在容量、速度、特殊功能和網(wǎng)絡(luò)功能等方面都有加強(qiáng)。FX2系列是在20世紀(jì)90年代推出的高性能整體式小型機(jī)，它配有各種通信適配器和特殊功能單元。FX2N系列是高性能整體式小型機(jī)，它是FX2系列的換代產(chǎn)品。近年來，三菱公司還推出了滿足不同要求的微型PLC，如FX0S、FX1S、FX0N、FX1N等系列的產(chǎn)品。本書以三菱FX2N系列機(jī)型為例來介紹PLC的應(yīng)用技術(shù)。

歐姆龍（OMRON）公司的PLC產(chǎn)品，大、中、小和微型規(guī)格齊全。微型機(jī)以SP系列為代表；小型機(jī)有P型、H型、CPM1A、CPM2A系列及CPM2C、CQM1系列等；中型機(jī)有C200H、C200HS、C200HX、C200HX、C200HG、C200HE及CS1等系列。

在松下公司的PLC產(chǎn)品中，F(xiàn)P0為微型機(jī)；FP1為整體式小型機(jī)；FP3為中型機(jī)；FP5/FP10、FP10S及FP20為大型機(jī)。

4.我國(guó)的PLC產(chǎn)品

我國(guó)有許多廠家及科研院所從事PLC的研制及開發(fā)工作，產(chǎn)品有中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所的PLC-0088，北京聯(lián)想計(jì)算機(jī)集團(tuán)公司的GK-40，上海機(jī)床電器廠的CKY-40，上海起重電器廠的CF-40MR/ER，蘇州機(jī)床電器廠的YZ-PC-001A，原機(jī)電部北京工業(yè)自動(dòng)化研究所的MPC-001/20、KB20/40，杭州機(jī)床電器廠的DKK02，天津中環(huán)自動(dòng)化儀表公司的DJK-S-84/86/480，上海自立電子設(shè)備廠的KKI系列，上海香島機(jī)電制造有限公司的ACMY-S80、ACMY-S256，無錫華光電子工業(yè)有限公司（合資）的SR-10、SR-20/21等。

四、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

PLC的應(yīng)用非常廣泛，如電梯控制、防盜系統(tǒng)的控制、交通分流信號(hào)燈控制、樓宇供水自動(dòng)控制、消防系統(tǒng)自動(dòng)控制、供電系統(tǒng)自動(dòng)控制、噴水池自動(dòng)控制及各種生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制等。其應(yīng)用情況大致可歸納為如下幾類。

1.開關(guān)量邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線，如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線和電鍍流水線等。

2.模擬量控制

PLC利用比例積分微分（Proportional Integral Derivative，PID）算法可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制功能，例如對(duì)溫度、速度、壓力及流量等過程量的控制。

3.運(yùn)動(dòng)控制

PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的定位控制。近年來，許多PLC制造商在自己的產(chǎn)品中增加了脈沖輸出功能，配合原有的高速計(jì)數(shù)器功能，使PLC的定位控制能力大大增加。此外，許多PLC品牌具有位置控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，使PLC廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人及電梯等設(shè)備中。

4.數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表和位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)除可以與儲(chǔ)存在儲(chǔ)存器中的參考值比較，完成一定的控制操作之外，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置中，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)（如無人控制的柔性制造系統(tǒng)），也可用于過程控制系統(tǒng)（如造紙、冶金和食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)）。

5.通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC制造商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC，無論是網(wǎng)絡(luò)接入能力還是通信技術(shù)指標(biāo)，都得到了很大改善，這使PLC在遠(yuǎn)程及大型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用能力大大增強(qiáng)。

專題1.2 PLC的組成與工作原理

一、PLC的組成

PLC系統(tǒng)的組成與微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成的。

1.PLC的硬件系統(tǒng)

PLC硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成它的各個(gè)結(jié)構(gòu)部件，是有形實(shí)體。PLC硬件系統(tǒng)的組成框圖如圖1-1所示。

圖1-1 PLC硬件系統(tǒng)的組成框圖

PLC硬件系統(tǒng)由主機(jī)、I/O擴(kuò)展單元及外圍設(shè)備組成。主機(jī)和擴(kuò)展單元采用計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，其內(nèi)部由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元以及接口等部分組成。將運(yùn)算器和控制器集成在一片或幾片大規(guī)模集成電路中，稱為微處理器（或微處理機(jī)、中央處理器），簡(jiǎn)稱為CPU。存儲(chǔ)器主要有系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器（EPROM）和用戶程序存儲(chǔ)器（RAM）。

主機(jī)內(nèi)各部分之間均通過總線連接。總線有電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線。

輸入/輸出單元是PLC與外部輸入信號(hào)、被控設(shè)備連接的轉(zhuǎn)換電路，通過外部接線端子可直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連。如將按鈕、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等接至輸入端子，通過輸入單元把它們的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成微處理器能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出單元?jiǎng)t接受經(jīng)微處理器處理過的數(shù)字信號(hào)，并把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備或顯示設(shè)備能夠接受的電壓或電流信號(hào)，經(jīng)過輸出端子的輸出驅(qū)動(dòng)接觸器線圈、電磁閥、信號(hào)燈和電動(dòng)機(jī)等執(zhí)行裝置。

編程器是PLC重要的外圍設(shè)備，一般PLC都配有專用的編程器。通過編程器可以輸入程序，并可以對(duì)用戶程序進(jìn)行檢查、修改、調(diào)試和監(jiān)視，還可以調(diào)用和顯示PLC的一些狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。目前，在許多PLC控制系統(tǒng)中，可以用通用的計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)慕涌诤蛙浖M(jìn)行編程。

2.PLC的軟件系統(tǒng)

PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，包括系統(tǒng)程序（或稱為系統(tǒng)軟件）和用戶程序（或稱為應(yīng)用軟件）。系統(tǒng)程序主要包括系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序進(jìn)行編譯處理的程序，各種性能不同的PLC系統(tǒng)程序會(huì)有所不同。系統(tǒng)程序在出廠前已被固化在EPROM中，用戶不能改變。用戶程序是用戶根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求而編制的程序，通過編程器或計(jì)算機(jī)輸入到PLC的RAM中，并可對(duì)其進(jìn)行修改或刪除。

二、PLC的工作原理

1.循環(huán)掃描工作方式

PLC用戶程序的執(zhí)行采用的是循環(huán)掃描工作方式，即PLC對(duì)用戶程序逐條順序執(zhí)行，直至程序結(jié)束為止，然后再?gòu)念^開始掃描，周而復(fù)始，直至停止執(zhí)行用戶程序?yàn)橹埂LC的基本工作模式有兩種，即運(yùn)行（RUN）模式和停止（STOP）模式，如圖1-2所示。

（1）運(yùn)行模式

在運(yùn)行模式下，PLC對(duì)用戶程序的循環(huán)掃描過程分為3個(gè)階段，即輸入處理階段、程序執(zhí)行階段和輸出處理階段。PLC的工作過程如圖1-3所示。

圖1-2 PLC的基本工作模式

a）運(yùn)行模式 b）停止模式

圖1-3 PLC的工作過程

1）輸入處理階段。輸入處理階段又稱為輸入采樣階段。PLC在此階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端子的狀態(tài)（接通或斷開），并將其狀態(tài)存入輸入映像寄存器中。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，這些變化只能在一個(gè)工作周期的輸入采樣階段才被讀入刷新。

2）程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序進(jìn)行掃描。每掃描一條指令時(shí)，所需的輸入狀態(tài)或其他元素的狀態(tài)分別從輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀出，然后進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到元素映像寄存器中。也就是說，在程序執(zhí)行過程中，元素映像寄存器內(nèi)元素的狀態(tài)可以被后面將要執(zhí)行到的程序所應(yīng)用，它所寄存的內(nèi)容也會(huì)隨程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。

3）輸出處理階段。輸出處理階段又稱為輸出刷新階段。在此階段，PLC將元素映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通或斷開）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象（負(fù)載），這就是PLC的實(shí)際輸出。

PLC重復(fù)執(zhí)行上述3個(gè)階段，這3個(gè)階段也是分時(shí)完成的。為了連續(xù)完成PLC所承擔(dān)的工作，系統(tǒng)必須周而復(fù)始地按一定的順序完成這一系列的具體工作。這種工作方式叫做循環(huán)掃描工作方式。PLC執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1～100ms。一般來說，在一個(gè)掃描過程中，執(zhí)行指令的時(shí)間占了絕大部分。

（2）停止模式

在停止模式下，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，進(jìn)行監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位等工作。在通信服務(wù)階段，PLC與其他帶CPU的智能裝置進(jìn)行通信。

2.輸入/輸出滯后時(shí)間

由于PLC采用循環(huán)掃描工作方式，即對(duì)信息采用串行處理方式，這就必然帶來了輸入/輸出的響應(yīng)滯后問題。

輸入/輸出滯后時(shí)間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指從PLC外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起，至由它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻止所需的時(shí)間。它由輸入電路的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間3部分組成。

1）輸入模塊的RC濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)引起的不良影響。濾波時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms。

2）輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊開關(guān)器件的類型有關(guān)，繼電器型約為10ms；晶體管型一般小于1ms；雙向晶閘管型在負(fù)載通電時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms；負(fù)載由通電到斷電時(shí)的最大滯后時(shí)間約為10ms。

3）由掃描工作方式產(chǎn)生的最大滯后時(shí)間可超過兩個(gè)掃描周期。

輸入/輸出滯后時(shí)間對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備是完全允許的，但對(duì)于某些需要輸出對(duì)輸入做出快速響應(yīng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可以采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊以及中斷處理等措施來盡量減少響應(yīng)時(shí)間。

專題1.3 PLC的編程語言與編程方法

一、PLC的編程語言

PLC是按照程序進(jìn)行工作的。程序就是用一定的程序語言描述出來的控制任務(wù)。1994年5月國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在PLC標(biāo)準(zhǔn)中推薦的常用程序語言有梯形圖（Ladder Dia-gram，LD）、指令表（Instruction List，IL）、順序功能圖（Sequential Function Chart，SFC）和功能塊圖（Function Block Diagram，F(xiàn)BD）等。

1.梯形圖

梯形圖（Ladder Diagram）基本上沿用電氣控制圖的形式，采用的符號(hào)也大致相同。如圖1-4a所示，梯形圖兩側(cè)的平行豎線為母線，其間為由許多觸點(diǎn)和編程線圈組成的邏輯行。在應(yīng)用梯形圖進(jìn)行編程時(shí)，只要按梯形圖邏輯行順序輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)就可自動(dòng)將梯形圖轉(zhuǎn)換成PLC能接受的機(jī)器語言，存入并執(zhí)行。

2.指令表

指令表（Instruction List）類似于計(jì)算機(jī)匯編語言的形式，用指令的助記符來進(jìn)行編程。它通過編程器按照指令表的指令順序逐條寫入PLC并可直接運(yùn)行。指令表的指令助記符比較直觀易懂，編程也很簡(jiǎn)單，便于工程人員掌握，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但要注意的是，不同廠家制造的PLC，所使用的指令助記符有所不同，即對(duì)同一梯形圖來說，用指令助記符寫成的語句表也不相同。圖1-4a梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表如圖1-4b所示。

3.順序功能圖

順序功能圖（Sequential Function Chart）應(yīng)用于順序控制類的程序設(shè)計(jì)，包括步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)換條件、有向連線和轉(zhuǎn)換5個(gè)基本要素。順序功能圖的編程方法是將復(fù)雜的控制過程分成多個(gè)工作步驟（簡(jiǎn)稱為步），每個(gè)步又對(duì)應(yīng)著工藝動(dòng)作，把這些步按照一定的順序要求進(jìn)行排列組合，就構(gòu)成整體的控制程序。順序功能圖如圖1-5所示。

圖1-4 梯形圖和對(duì)應(yīng)的指令表

a）梯形圖 b）指令表

圖1-5 順序功能圖

4.功能塊圖

功能塊圖（Function Block Diagram）是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，熟悉數(shù)字電路的技術(shù)人員比較容易掌握。該編程語言用類似“與門”、“或門”的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，信號(hào)自左向右流動(dòng)。功能塊圖如圖1-6所示。

二、PLC的編程方法

在設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)，可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，采用以下不同的方法。

圖1-6 功能塊圖

1.經(jīng)驗(yàn)法

經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的經(jīng)驗(yàn)或者借鑒他人的已經(jīng)成功的實(shí)例進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢詫?duì)已有相近或者類似的實(shí)例按照控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行修改，直到滿足控制系統(tǒng)的要求為止。在工作中應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)和收集資料，從而豐富自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

2.解析法

PLC的邏輯控制實(shí)際上就是邏輯問題的綜合?？梢愿鶕?jù)組合邏輯或者時(shí)序邏輯的理論，并運(yùn)用相應(yīng)的解析方法，對(duì)其進(jìn)行邏輯關(guān)系求解，按照求解的結(jié)果編制梯形圖或直接編寫指令。解析法比較嚴(yán)謹(jǐn)，可以避免編程的盲目性。

3.圖解法

圖解法是依照畫圖的方法進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。常見的方法有梯形圖法、時(shí)序圖（波形圖）法和流程圖法。

梯形圖法是最基本的方法，無論是經(jīng)驗(yàn)法還是解析法，在把控制系統(tǒng)的要求等價(jià)為梯形圖時(shí)都要用到梯形圖法。

時(shí)序圖（波形圖）法適用于時(shí)間控制電路，先把對(duì)應(yīng)信號(hào)的波形畫出來，再依照時(shí)間順序用邏輯關(guān)系去組合，就可以把控制程序設(shè)計(jì)出來。

流程圖法是用框圖表示PLC程序的執(zhí)行過程及輸入條件與輸出之間的關(guān)系。在使用步進(jìn)指令編程的情況下，采用該方法設(shè)計(jì)很方便。

圖解法和解析法不是彼此獨(dú)立的。解析法要畫圖，圖解法也要列解析式，只是兩種方法的側(cè)重點(diǎn)不一樣。

4.技巧法

技巧法是在經(jīng)驗(yàn)法和解析法的基礎(chǔ)上運(yùn)用技巧進(jìn)行編程，以提高編程質(zhì)量。還可以使用流程圖做工具，將巧妙的設(shè)計(jì)形式化，進(jìn)而編制所需要的程序。該方法是多種編程方法的綜合應(yīng)用。

5.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用PLC通過上位鏈接單元與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)鏈接，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程。該方法需要有相應(yīng)的編程軟件。

專題1.4 FX2N系列PLC的型號(hào)、安裝與接線

一、FX2N系列PLC的型號(hào)

FX2N系列PLC的基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊的型號(hào)規(guī)格分別見表1-1～表1-3。

表1-1 FX2N系列PLC的基本單元一覽表

表1-2 FX2N系列PLC的擴(kuò)展單元一覽表

表1-3 FX2N系列PLC的擴(kuò)展模塊一覽表

圖1-7所示為基本單元型號(hào)名稱及其含義說明。擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊型號(hào)的構(gòu)成與基本單元相同，只是在模塊區(qū)分部分中用“E”代替“M”。

二、FX2N系列PLC的安裝及接線

應(yīng)將PLC安裝在環(huán)境溫度為0～55℃、相對(duì)濕度小于89%大于35%、無粉塵和油煙、無腐蝕性及可燃性氣體的場(chǎng)合中。

圖1-7 基本單元型號(hào)名稱及其含義說明

PLC有兩種安裝方式：一是直接利用機(jī)箱上的安裝孔，用螺釘將機(jī)箱固定在控制柜的背板或面板上；二是利用DIN導(dǎo)軌安裝，這需要先將DIN導(dǎo)軌固定好，再將PLC及各種擴(kuò)展單元卡上DIN導(dǎo)軌。安裝時(shí)，還要注意在PLC周圍留足散熱及接線的空間。圖1-8所示為FX2N機(jī)及擴(kuò)展設(shè)備在DIN導(dǎo)軌上的安裝示意圖。

圖1-8 FX2N機(jī)及擴(kuò)展設(shè)備在DIN導(dǎo)軌上的安裝示意圖

①—35mm寬，DIN導(dǎo)軌 ②—安裝孔（32點(diǎn)以下兩個(gè)，以上4個(gè)） ③—電源、輔助電源，輸入信號(hào)用裝卸式端子臺(tái) ④—輸入口指示燈 ⑤—擴(kuò)展模塊、特殊單元、特殊模塊接線插座蓋板 ⑥—輸出用裝卸式端子臺(tái) ⑦—輸出口指示燈 ⑧—DIN導(dǎo)軌裝卸中卡子 ⑨—面板蓋 ⑩—外轉(zhuǎn)設(shè)備接線插座蓋板 ⑾—電源，運(yùn)行錯(cuò)誤指示燈

在PLC工作前，必須將其正確地接入控制系統(tǒng)。與PLC連接的主要有PLC的電源接線、輸入/輸出器件的接線、通信線和接地線等。

1.電源接入及端子排列

PLC基本單元的供電通常有兩種情況：一是直接使用工頻交流電，通過交流輸入端子連接，這種情況對(duì)電壓的要求比較寬松，100～250V均可使用；二是采用外部直流開關(guān)電源供電，一般配有直流24V輸入端子。采用交流供電的PLC內(nèi)部帶有直流24V內(nèi)部電源，為輸入器件及擴(kuò)展模塊供電。FX2N系列PLC大多為AC電源、DC輸入形式。圖1-9所示為FX2N-48M的接線端子排列圖，上部端子排中標(biāo)有L及N的接線位為交流電源相線及中線的接入點(diǎn)。圖1-10所示為基本單元接有擴(kuò)展模塊時(shí)交直流電源的配線示意圖。

2.輸入端器件的接入

PLC的輸入端連接輸入信號(hào)，器件主要有開關(guān)、按鈕及各種傳感器，這些都是觸點(diǎn)類型

圖1-9 FX2N-48M的接線端子排列圖

圖1-10 基本單元接有擴(kuò)展模塊時(shí)交直流電源的配線示意圖

注： 端子為空端子，不要外部配線，可作為中斷端子使用。

的器件。在接入PLC時(shí)，將每個(gè)觸點(diǎn)的兩個(gè)接頭分別連接一個(gè)輸入點(diǎn)及輸入公共端。由圖1-9可知，PLC的開關(guān)量輸入接線點(diǎn)都是螺釘接入方式，每一位信號(hào)占用一個(gè)螺釘。圖1-9中上部為輸入端子，COM端為公共端，輸入公共端在某些PLC中是分組隔離的，在FX2N機(jī)中是連通的。開關(guān)、按鈕等器件都是無源器件，PLC內(nèi)部電源能為每個(gè)輸入點(diǎn)提供大約7mA的工作電流，這也就限制了線路的長(zhǎng)度。在接入有源傳感器時(shí)，需注意與機(jī)內(nèi)電源的極性配合。對(duì)模擬量信號(hào)的輸入，需采用專用的模擬量工作單元。圖1-11所示為輸入器件的接線示意圖。

圖1-11 輸入器件的接線示意圖

3.輸出端器件的接入

在PLC輸出端上連接的器件主要是繼電器、接觸器和電磁閥的線圈。這些器件均采用PLC外部的專用電源供電，PLC內(nèi)部不過是提供一組開關(guān)觸點(diǎn)。接入時(shí)，線圈的一端接輸出點(diǎn)螺釘，另一端經(jīng)電源接輸出公共端。圖1-9所示的中下部為輸出端子，由于輸出端連接線圈種類多，所需的電源種類及電壓不同，所以輸出端的公共端常分為許多組，而且組間是隔離的。PLC輸出端的額定電流一般為2A，大電流的執(zhí)行器件須配裝中間繼電器。圖1-12所示為輸出器件（繼電器）的接線示意圖。

4.通信線的連接

PLC一般設(shè)為專用的通信口，通常為RS-485口或RS-422口，F(xiàn)X2N型PLC為RS422口。與通信口的接線常采用專用的接插件連接。

圖1-12 輸出器件（繼電器）的接線示意圖

專題1.5 SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的使用

一、概述

三菱公司的SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件供對(duì)FX0S、FX0N、FX2和FX2N系列三菱PLC編程以及監(jiān)控PLC中各軟元件的實(shí)時(shí)狀態(tài)。它占用的存儲(chǔ)空間不到2MB，功能強(qiáng)大、使用方便，且界面和幫助文件均已漢化，可在Windows 3.1及Windows 95以上版本中運(yùn)行。

1.進(jìn)入SWOPC-FXGP/WIN-C的編程環(huán)境

在安裝好軟件后，在桌面上自動(dòng)生成FXGP/WIN-C軟件包，用鼠標(biāo)雙擊進(jìn)入軟件包，選擇可執(zhí)行文件FXGPW.EXE，雙擊鼠標(biāo)左鍵，出現(xiàn)圖1-13所示的窗口，即可進(jìn)入編程。

2.PLC程序下載

PLC程序下載的方法是，首先使用編程通信轉(zhuǎn)換接口電纜SC-09連接好計(jì)算機(jī)的RS-232C接口和PLC的RS-422編程器接口，然后打開圖1-13所示的“PLC”菜單，即生成圖1-14所示的窗口。

在圖1-14窗口出現(xiàn)后，再打開PLC菜單下的“端口設(shè)置”子菜單，出現(xiàn)圖1-15所示的對(duì)話框，選擇正確的串行口后再單擊“確認(rèn)”按鈕。

在選擇好串行口后，打開圖1-14“PLC”菜單下的“程序讀入”子菜單，即可進(jìn)入圖1-16所示的對(duì)話框。正確選擇PLC型號(hào)，單擊“確認(rèn)”按鈕后等待幾分鐘，PLC中的程序即下載到計(jì)算機(jī)的SWOPC-FXGP/WIN-C文件夾中。PLC程序下載后的窗口如圖1-17所示。

圖1-13 SWOPC-FXGP/WIN-C編程環(huán)境的窗口

圖1-14 PLC程序下載的窗口

圖1-15 “端口設(shè)置”對(duì)話框

圖1-16 “PLC類型設(shè)置”對(duì)話框

圖1-17 PLC程序下載后的窗口

3.PLC程序的打開

首先打開“文件”菜單下的“打開”子菜單，彈出圖1-18所示的對(duì)話框。選擇正確的文件后，單擊“確定”按鈕，即可打開文件。

圖1-18“文件打開”對(duì)話框

4.編制新的程序

如圖1-19所示，打開“文件”菜單下的“新文件”子菜單，彈出圖1-16所示的對(duì)話框。然后選擇PLC型號(hào)，即可進(jìn)入編制程序窗口，如圖1-20所示。

5.設(shè)置頁(yè)面和打印

打開“文件”菜單下的“頁(yè)面設(shè)置”子菜單，即可進(jìn)行編程頁(yè)面設(shè)置。打開“文件”菜單下的“打印機(jī)設(shè)置”子菜單，即可進(jìn)行打印設(shè)置。

6.退出主程序

打開“文件”菜單下的“退出”子菜單或單擊窗口右上角的＜×＞鍵，即可退出主程序。

圖1-19 創(chuàng)建新文件窗口

圖1-20 編制程序窗口

7.幫助文件的使用

打開“幫助”菜單下的“索引”子菜單，尋找需幫助的目錄名，如圖1-21所示。雙擊目錄名，即可進(jìn)入幫助文件?！皫椭辈藛蜗碌摹叭绾问褂脦椭备嬖V用戶如何使用該幫助文件。

二、程序編制

1.編制語言的選擇

SWOPC-FXGP/WIN-C軟件提供3種編程語言，分別是梯形圖、語句表和功能邏輯圖（SFC）。打開“視圖”菜單，其窗口如圖1-22所示，可選擇對(duì)應(yīng)的編程語言。

圖1-21 幫助文件窗口

圖1-22 “視圖”菜單窗口

2.采用梯形圖編寫程序

1）按以上步驟選擇梯形圖編程語言?？蛇x擇“視圖”菜單下的“工具欄”、“狀態(tài)欄”、“功能鍵”和“功能圖”4個(gè)子菜單，如圖1-23所示。

2）梯形圖中對(duì)軟元件的選擇，既可通過以上“功能鍵”和“功能圖”子菜單完成，也可用“工具”菜單完成?！肮ぞ摺辈藛未翱谌鐖D1-24所示。菜單下的“觸點(diǎn)”子菜單提供對(duì)輸入各元件的選用；“線圈”和“功能”子菜單提供了對(duì)各輸出繼電器、中間繼電器、時(shí)間繼電器和計(jì)數(shù)器等軟元件的選用；“連線”子菜單除了用于梯形圖中各連線外，還可以通過＜DEL＞鍵刪除連接線；“全部清除”子菜單用于清除所有的編程內(nèi)容。

圖1-23 “視圖”菜單下的4個(gè)子菜單

a）工具欄 b）狀態(tài)欄 c）功能鍵 d）功能圖

圖1-24 “工具”菜單窗口

3.“編輯”菜單的使用

“編輯”窗口如圖1-25所示?！凹羟小薄ⅰ俺废I入”、“粘貼”、“復(fù)制”和“刪除”子菜單操作均與普通軟件一樣，這里不再介紹。其余各子菜單是對(duì)各連接線、軟元件等的操作。

4.編程語言的轉(zhuǎn)換

在編寫梯形圖程序后，通過選擇“視圖”菜單下梯形圖、指令表和功能邏輯圖子菜單可進(jìn)行3種編程語言的轉(zhuǎn)換。

圖1-25 “編輯”菜單窗口

三、程序的檢查

單擊“選項(xiàng)”菜單下的“程序檢查”子菜單，就進(jìn)入了“程序檢查”對(duì)話框，如圖1-26所示?！俺绦驒z查”子菜單有3個(gè)單選按鈕：“語法錯(cuò)誤檢查”檢查軟元件號(hào)有無錯(cuò)誤，“雙線圈檢驗(yàn)”檢查輸出軟元件，“電路錯(cuò)誤檢查”檢查各回路有無錯(cuò)誤。這3項(xiàng)檢查都可以通過圖1-26所示下面的顯示文本框顯示有無錯(cuò)誤信息。

圖1-26 “程序檢查”對(duì)話框

四、程序的傳送

程序的傳送操作通過“PLC”菜單的“傳送”子菜單實(shí)現(xiàn)，如圖1-27所示。“傳送”子菜單有3項(xiàng)內(nèi)容，即“讀入”、“寫出”和“核對(duì)”。程序的讀入是指把PLC的程序讀入到計(jì)算機(jī)的SWOPC-FXGP/WIN-C程序操作環(huán)境中；程序的寫出是指把已經(jīng)編寫的程序?qū)懭氲絇LC中。當(dāng)編寫的程序有錯(cuò)誤時(shí)，寫出的過程中CPU-E指示燈將閃爍。當(dāng)要讀入PLC程序時(shí)，在正確選擇好串行口和連接好編程電纜后，按＜讀入＞鍵即可；當(dāng)要把程序?qū)懗龅絇LC中時(shí)，按＜寫出＞鍵即可。寫完程序后，＜核對(duì)＞鍵將起作用，用于確認(rèn)要寫出的程序和PLC的程序是否一致。

五、軟元件的監(jiān)控和強(qiáng)制執(zhí)行

在SWOPC-FXGP/WIN-C操作環(huán)境中，可以監(jiān)控各軟元件的狀態(tài)和強(qiáng)制執(zhí)行輸出等功能。這些功能主要在“監(jiān)控/測(cè)試”菜單中完成，其菜單窗口如圖1-28所示。

圖1-27 “傳送”子菜單

圖1-28 “監(jiān)控/測(cè)試”菜單

圖1-29 “遙控運(yùn)行/中止”對(duì)話框

1.PLC的強(qiáng)制運(yùn)行和強(qiáng)制停止

打開圖1-27中“PLC”菜單下的“遙控運(yùn)行/停止”子菜單，彈出圖1-29所示的“遙控運(yùn)行/中止”對(duì)話框。選擇“運(yùn)行”單選按鈕后，單擊“確認(rèn)”按鈕，PLC將被強(qiáng)制運(yùn)行；選擇“中止”單選按鈕后，單擊“確認(rèn)”按鈕，PLC將被強(qiáng)制停止。

2.軟元件監(jiān)控

對(duì)軟元件的狀態(tài)、數(shù)據(jù)，均可以在SWOPC-FXGP/WIN-C編程環(huán)境中監(jiān)控。例如，若Y軟元件工作在“ON”狀態(tài)，則在監(jiān)控環(huán)境中以綠色高亮方框，并且閃爍表示；若工作在“OFF”狀態(tài)，則無任何顯示。數(shù)據(jù)寄存器D中的數(shù)據(jù)也可在監(jiān)控環(huán)境中表示出來，可以帶正、負(fù)號(hào)。

打開圖1-28中“監(jiān)控/測(cè)試”菜單下的“進(jìn)入元件監(jiān)控”子菜單，選擇好所要監(jiān)控的軟元件，即可進(jìn)入圖1-30所示的窗口監(jiān)控各軟元件。若計(jì)算機(jī)沒有與PLC通信，則無法反映監(jiān)控元件的狀態(tài)，會(huì)顯示通信錯(cuò)誤信息。

圖1-30 監(jiān)控軟元件的窗口

3.Y輸出軟元件強(qiáng)制執(zhí)行

為了調(diào)試、維修設(shè)備等工作的方便，SWOPC-FXGP/WIN-C程序還提供了強(qiáng)制執(zhí)行Y輸出狀態(tài)的功能。打開圖1-28中“監(jiān)控/測(cè)試”菜單下的“強(qiáng)制Y輸出”子菜單，即可進(jìn)入如圖1-31所示的“強(qiáng)制Y輸出”對(duì)話框。

圖1-31 “強(qiáng)制Y輸出”對(duì)話框

選擇好Y軟元件，即可對(duì)其強(qiáng)制執(zhí)行，并在左下角方框中顯示其狀態(tài)，PLC對(duì)應(yīng)的Y軟元件燈將根據(jù)選擇狀態(tài)亮或滅。

4.其他軟元件的強(qiáng)制執(zhí)行

也可通過SWOPC-FXGP/WIN-C程序設(shè)定各輸入軟元件的狀態(tài)，打開圖1-28中“監(jiān)控/測(cè)試”菜單下的“強(qiáng)制ON/OFF”子菜單，即可進(jìn)入此強(qiáng)制執(zhí)行環(huán)境來設(shè)定軟元件的工作狀態(tài)。

選擇X002軟元件，并置S狀態(tài)，單擊“確認(rèn)”按鈕，PLC的X002軟元件指示燈將亮，“強(qiáng)制ON/OFF”對(duì)話框如圖1-32所示。

圖1-32 “強(qiáng)制ON/OFF”對(duì)話框

六、其他菜單及目錄的使用

1.PLC數(shù)據(jù)寄存器的讀入和寫出

在“PLC”菜單下的“寄存器數(shù)據(jù)傳送”子菜單有3項(xiàng)內(nèi)容：“讀入”、“寫出”和“核對(duì)”，如圖1-33所示。按＜讀入＞鍵，即可從PLC中讀出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容；按＜寫出＞鍵，即可將程序中相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容寫入PLC中；＜核對(duì)＞鍵用于確認(rèn)內(nèi)容是否一致。

圖1-33 “寄存器數(shù)據(jù)傳送”菜單

2.“選項(xiàng)”菜單的使用

“選項(xiàng)”菜單的內(nèi)容如圖1-34所示。

（1）PLC的EPROM處理

“EPROM傳送”子菜單有3項(xiàng)內(nèi)容：“讀入”、“寫出”和“核對(duì)”。按＜讀入＞鍵，即可從PLC讀出EPROM的內(nèi)容；按＜寫出＞鍵，即可將編寫好的程序?qū)懭隤LC中；＜核對(duì)＞鍵用于驗(yàn)證編寫的程序與EPROM中的內(nèi)容是否一致。

圖1-34 “選項(xiàng)”菜單的內(nèi)容

（2）設(shè)置字體

單擊“選項(xiàng)”菜單下的“字體”子菜單，進(jìn)入圖1-35所示的“字體”對(duì)話框，即可設(shè)置字體、大小等有關(guān)內(nèi)容。

圖1-35 “字體”對(duì)話框

（3）“窗口”菜單的使用

用鼠標(biāo)雙擊“窗口”菜單下的“視圖順排”子菜單，即可層鋪編程環(huán)境；用鼠標(biāo)雙擊“窗口水平排列”子菜單，即可水平鋪設(shè)編程環(huán)境；用鼠標(biāo)雙擊“窗口垂直排列”子菜單，即可垂直鋪設(shè)編程環(huán)境。

專題1.6 GX-Developer編程軟件的使用

三菱GX-Developer編程軟件是應(yīng)用于三菱系列PLC的中文編程軟件，可在Windows 9X及以上版本的操作系統(tǒng)運(yùn)行。

一、GX-Developer編程軟件的主要功能

GX-Developer的功能十分強(qiáng)大，集成了項(xiàng)目管理、程序輸入、編譯鏈接、模擬仿真和程序調(diào)試等功能，其主要功能如下。

1）在GX-Developer中，可通過線路符號(hào)、列表語言及SFC符號(hào)來創(chuàng)建PLC程序，建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。

2）可創(chuàng)建PLC程序并將其存儲(chǔ)為文件，用打印機(jī)打印。

3）該程序具有在串行系統(tǒng)中與PLC進(jìn)行通信、文件傳送、操作監(jiān)控以及各種測(cè)試功能。

4）該程序可脫離PLC進(jìn)行仿真調(diào)試。

二、系統(tǒng)配置

1.計(jì)算機(jī)

要求機(jī)型：IBM PC/AT（兼容）；CPU：486以上；內(nèi)存：8MB或更高（推薦16MB以上）；顯示器：分辨率為800×600像素，16色或更高。

2.接口單元

采用FX-232AWC型RS-232/RS-422轉(zhuǎn)換器（便攜式）或FX-232AW型RS-232C/RS-422轉(zhuǎn)換器（內(nèi)置式），以及其他指定的轉(zhuǎn)換器。

3.通信電纜

采用FX-422CAB型RS-422纜線（用于FX2、FX2C型PLC，0.3m）或FX-422CAB-150型RS-422纜線（用于FX2、FX2C型PLC，1.5m），以及其他指定的纜線。

三、GX-Developer編程軟件的安裝

運(yùn)行安裝盤中的“SETUP”文件，按照逐級(jí)提示即可完成GX-Developer的安裝。安裝結(jié)束后，將在桌面上建立一個(gè)與“GX-Developer”相對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)，同時(shí)在桌面的“開始”→“程序”中建立一個(gè)“MELSOFT應(yīng)用程序→GX-Developer”選項(xiàng)。若需增加模擬仿真功能，則可在上述安裝結(jié)束后，再運(yùn)行安裝盤中LLT文件夾下的“STEUP”文件，按照逐級(jí)提示完成模擬仿真功能的安裝。

四、GX-Developer編程軟件的界面

用鼠標(biāo)雙擊桌面上的“GX-Developer”圖標(biāo)，即可啟動(dòng)GX-Developer，其窗口如圖1-36所示。GX-Developer的窗口由項(xiàng)目標(biāo)題欄、下拉菜單欄、快捷工具欄、編輯窗口和管理窗口等部分組成。在調(diào)試模式下，可打開遠(yuǎn)程運(yùn)行窗口、數(shù)據(jù)監(jiān)視窗口等。

1.下拉菜單

GX-Developer共有10個(gè)下拉菜單，每個(gè)菜單又有若干個(gè)菜單項(xiàng)。許多基本相同菜單項(xiàng)的使用方法與目前文本編輯軟件的同名菜單項(xiàng)的使用方法基本相同。多數(shù)使用者很少直接使用菜單項(xiàng)，而是使用快捷工具。常用的菜單項(xiàng)都有相應(yīng)的快捷按鈕，GX-Developer的快捷鍵直接顯示在相應(yīng)菜單項(xiàng)的右邊。

圖1-36 GX-Developer編程軟件的窗口

2.快捷工具欄

GX-Developer共有8個(gè)快捷工具欄，即標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)切換、梯形圖標(biāo)記、程序、注釋、軟元件內(nèi)存、SFC以及SFC符號(hào)工具欄。以鼠標(biāo)選取“顯示”菜單下的“工具條”命令，即可打開這些工具欄。常用的有標(biāo)準(zhǔn)、梯形圖標(biāo)記和程序工具欄，將鼠標(biāo)指針停留在快捷按鈕上片刻，即可獲得該按鈕的提示信息。

3.編輯窗口

PLC程序是在編輯窗口進(jìn)行輸入和編輯的，其使用方法與眾多的編輯軟件相似。

4.管理窗口

管理窗口可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理、修改等功能。

五、工程的創(chuàng)建和調(diào)試范例

1.系統(tǒng)的啟動(dòng)與退出

要想啟動(dòng)GX-Developer，可用鼠標(biāo)雙擊桌面上的圖標(biāo)。圖1-37所示為打開的GX-Developer窗口。

以鼠標(biāo)選取“工程”菜單下的“關(guān)閉”命令，即可退出GX-Developer系統(tǒng)。

2.文件的管理

（1）創(chuàng)建新工程

打開“工程”菜單下的“創(chuàng)建新工程”命令，或者按＜Ctrl+N＞組合鍵操作，在出現(xiàn)的“創(chuàng)建新工程”對(duì)話框中選擇PLC類型，如在選擇FX2N系列PLC后，單擊“確定”按鈕。“創(chuàng)建新工程”對(duì)話框如圖1-38所示。

圖1-37 打開的GX-Developer窗口

圖1-38 “創(chuàng)建新工程”對(duì)話框

（2）打開工程

打開一個(gè)已有工程的步驟是，打開“工程”菜單下的“打開工程”命令，或按＜Ctrl+O＞組合鍵，在出現(xiàn)的“打開工程”對(duì)話框中選擇已有工程，單擊“打開”按鈕?！按蜷_工程”對(duì)話框如圖1-39所示。

圖1-39 “打開工程”對(duì)話框

（3）文件的保存和關(guān)閉

保存當(dāng)前PLC程序、注釋數(shù)據(jù)以及其他在同一文件名下的數(shù)據(jù)。操作方法是，單擊“工程”菜單下的“保存工程”命令，或按＜Ctrl+S＞組合鍵操作即可。將已處于打開狀態(tài)的PLC程序關(guān)閉，操作方法是，單擊“工程”菜單下的“關(guān)閉工程”命令。

3.編程操作

（1）梯形圖輸入

使用“梯形圖標(biāo)記”工具條（“梯形圖輸入”對(duì)話框如圖1-40所示）或通過單擊“編輯”菜單下的“梯形圖標(biāo)記”子菜單（如圖1-41所示），將已編好的程序輸入到計(jì)算機(jī)中。

圖1-40 “梯形圖輸入”對(duì)話框

圖1-41 “梯形圖標(biāo)記”子菜單

（2）編輯操作

通過執(zhí)行“編輯”菜單欄中的指令，可對(duì)輸入的程序進(jìn)行修改和檢查，如圖1-41所示。

（3）梯形圖的轉(zhuǎn)換及保存操作

將編輯好的程序先通過單擊“變換”菜單下的“變換”命令操作，或按＜F4＞鍵變換后，才能保存。變換操作如圖1-42所示。在變換過程中顯示梯形圖的變換信息，如果在不完成變換的情況下關(guān)閉梯形圖窗口，新創(chuàng)建的梯形圖就不被保存。

圖1-42 變換操作

4.程序調(diào)試及運(yùn)行

（1）程序的檢查

單擊“診斷”菜單下的“PLC診斷”命令，彈出圖1-43所示的“PLC診斷”對(duì)話框，進(jìn)行程序檢查。

圖1-43 “PLC診斷”對(duì)話框

（2）程序的寫入

在“STOP”狀態(tài)下，單擊“在線”菜單下的“PLC寫入”命令，彈出“PLC寫入”對(duì)話框，如圖1-44所示。單擊“參數(shù)+程序”按鈕，再單擊“執(zhí)行”按鈕，即可完成將程序?qū)懭隤LC的操作。

圖1-44 “PLC寫入”對(duì)話框

（3）程序的讀取

在“STOP”狀態(tài)下，單擊“在線”菜單下的“PLC讀取”命令，可將PLC中的程序發(fā)送到計(jì)算機(jī)中

傳送程序時(shí)，應(yīng)注意以下問題。

1）在計(jì)算機(jī)的RS-232C端口及PLC之間，必須用指定的纜線及轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接。

2）PLC必須在“STOP”狀態(tài)下執(zhí)行程序傳送。

3）執(zhí)行完“PLC寫入”命令后，PLC中的程序?qū)⒈粊G失，原有的程序?qū)⒈蛔x入的程序所替代。

4）在“PLC讀取”時(shí)，程序必須在RAM或EE-PROM內(nèi)存保護(hù)關(guān)斷的情況下讀取。

（4）程序的運(yùn)行及監(jiān)控

1）運(yùn)行：?jiǎn)螕簟霸诰€”菜單下的“遠(yuǎn)程操作”命令，將PLC狀態(tài)設(shè)為RUN模式，單擊“執(zhí)行”按鈕，程序運(yùn)行?！斑h(yuǎn)程操作”對(duì)話框如圖1-45所示。

圖1-45 “遠(yuǎn)程操作”對(duì)話框

2）監(jiān)控：執(zhí)行程序運(yùn)行后，再單擊“在線”菜單下的“監(jiān)視”命令（如圖1-46所示），可對(duì)PLC的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)視。結(jié)合控制程序，操作有關(guān)輸入信號(hào)，可觀察輸出狀態(tài)。

（5）程序的調(diào)試

在程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤有以下兩種。

1）一般錯(cuò)誤。運(yùn)行的結(jié)果與設(shè)計(jì)的要求不一致，需要修改程序。先單擊“在線”菜單下的“遠(yuǎn)程操作”命令，將PLC設(shè)為STOP模式，再單擊“編輯”菜單下的“寫模式”命令，再?gòu)模?）開始執(zhí)行（輸入正確的程序），直到程序正確為止。

2）致命錯(cuò)誤。在PLC停止運(yùn)行時(shí)，PLC上的ERROR指示燈會(huì)亮，若需要修改程序，則應(yīng)先單擊“在線”菜單下的“清除PLC內(nèi)存”命令，彈出“清除PLC內(nèi)存”對(duì)話框，如圖1-47所示。將PLC內(nèi)的錯(cuò)誤程序全部清除后，再?gòu)模?）開始執(zhí)行（輸入正確的程序），直到程序正確為止。

圖1-46 監(jiān)視操作

圖1-47 “清除PLC內(nèi)存”對(duì)話框

專題1.7 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須以滿足生產(chǎn)工藝要求，保證系統(tǒng)安全、準(zhǔn)確、可靠運(yùn)行為準(zhǔn)則，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量為宗旨。因而在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要遵循以下原則。

1）最大限度地滿足被控對(duì)象的要求。

2）盡可能使得控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠且維護(hù)方便。

3）保證控制系統(tǒng)、操作人員及其生產(chǎn)設(shè)備的安全。

4）考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的更改，對(duì)所采用PLC的容量應(yīng)留出適當(dāng)?shù)挠嗟亍?/p>

二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖如圖1-48所示，具體步驟如下。

圖1-48 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖

（1）分析被控對(duì)象，明確控制要求

詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，詳細(xì)了解被控對(duì)象的工作原理、工藝流程和操作方式，了解被控對(duì)象機(jī)械、電氣和液壓傳動(dòng)之間的配合關(guān)系，提出被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及系統(tǒng)工藝流程圖，擬訂工作計(jì)劃。

（2）PLC選型及相關(guān)電氣設(shè)備的選擇

PLC的選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊和電源等方面的選擇。根據(jù)系統(tǒng)的控制方案，先確定系統(tǒng)輸入設(shè)備的數(shù)量及種類，明確輸入信號(hào)的特點(diǎn)，選擇與之相匹配的輸入模塊。根據(jù)負(fù)載的要求選用合適的輸出模塊。確定輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)。同時(shí)還要考慮用戶今后的發(fā)展，適當(dāng)留有I/O余量，并考慮用戶存儲(chǔ)器的容量、通信功能是否能達(dá)到要求以及系列化、售后服務(wù)等因素，然后選擇PLC主機(jī)型號(hào)及其他模塊，確定外圍輸入與輸出設(shè)備，列出設(shè)備清單和PLC的I/O（輸入/輸出）分配表。

（3）控制流程設(shè)計(jì)

明確控制對(duì)象在各個(gè)階段的特點(diǎn)和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件，歸納出各執(zhí)行元件的動(dòng)作節(jié)拍表、控制要求表，畫出控制流程圖或時(shí)序圖。

（4）電路設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)包括被控設(shè)備的主電路設(shè)計(jì)、PLC外部的其他控制電路設(shè)計(jì)、PLC輸入/輸出接線設(shè)計(jì)以及PLC主機(jī)、擴(kuò)展單元、功能模塊和輸入/輸出設(shè)備供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制柜和操作臺(tái)的電器布置圖及安裝接線圖設(shè)計(jì)等。

PLC外圍電路的設(shè)計(jì)也要確保系統(tǒng)的安全和可靠，如果外圍電路不能滿足PLC的基本要求，同樣也可能影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定，甚至危及設(shè)備與人身安全。

（5）控制程序設(shè)計(jì)

PLC控制程序的設(shè)計(jì)可選擇包括梯形圖、指令表、順序功能圖和功能塊圖等幾種形式的語言。程序設(shè)計(jì)要根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，首先構(gòu)建程序結(jié)構(gòu)框架，然后采用合適的方法來設(shè)計(jì)PLC程序。程序以滿足系統(tǒng)控制要求為主，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。程序通常包括以下內(nèi)容。

1）初始化程序。在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)做必要的準(zhǔn)備，以避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等。在有些系統(tǒng)中，還需考慮緊急處理與復(fù)位程序。

2）檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。

3）保護(hù)和連鎖程序。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。它可以避免由非法操作而引起的控制邏輯混亂、系統(tǒng)不能正常運(yùn)行、損壞設(shè)備及危害人身安全等事故的發(fā)生。

4）主程序與各分（子）程序。主程序和各分程序、子程序等部分是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)主要功能的實(shí)體部分，應(yīng)采用合理的程序結(jié)構(gòu)，分段、分塊進(jìn)行編寫，并采用程序流程控制類指令或其他指令將程序鏈接，以形成完整的系統(tǒng)程序。

（6）PLC安裝及接線

應(yīng)按照電路圖進(jìn)行PLC的安裝及接線，注意要按照規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行安裝，如考慮系統(tǒng)對(duì)布線的要求、輸入/輸出對(duì)工作環(huán)境的要求、控制系統(tǒng)抗干擾的要求等。在完成硬件電路安裝并通過基本檢查確認(rèn)無誤后，應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括通電測(cè)試、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)試、I/O連接測(cè)試、安全電路確認(rèn)等幾部分，以確保硬件電路的安全可靠。

（7）調(diào)試

一般先要進(jìn)行模擬調(diào)試，即不帶輸出設(shè)備根據(jù)I/O模塊的指示燈顯示進(jìn)行的調(diào)試。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修改，直到完全符合設(shè)計(jì)要求為止。此后就可聯(lián)機(jī)調(diào)試，先連接電氣柜而不帶負(fù)載，在各輸出設(shè)備調(diào)試正常后，再接上負(fù)載運(yùn)行調(diào)試，直到完全滿足設(shè)計(jì)要求為止。

（8）整理和編寫技術(shù)文件

整理系統(tǒng)資料和技術(shù)文件。技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元器件明細(xì)表、PLC的I/O（輸入/輸出）分配表、PLC程序以及使用說明書等。