第5章可编程控制器的组成及工作原理

第第 55 章章可编程控制器的组成及工作原理可编程控制器的组成及工作原理

55 ．． 1 1 概述概述 55 ．． 2 2 可编程控制器的组成可编程控制器的组成 55 ．． 3 3 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理

5.1 5.1 概述概述可编程控制器简称可编程控制器简称 PLCPLC （（ Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller ）） , ,

是一种新型工业控制装置。它与是一种新型工业控制装置。它与 CAD/CAMCAD/CAM 、、工业机器人并称为加工业自工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱。动化的三大支柱。

功能：功能：实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数。大型高档实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数。大型高档 PLCPLC 还能：数还能：数字运算、数据处理、模拟量调节、联网通信。字运算、数据处理、模拟量调节、联网通信。

特点：特点：通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简单易学。易于掌握、通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简单易学。易于掌握、体积小、維修工作少、现场连接安装方便。体积小、維修工作少、现场连接安装方便。

应用：应用：冶金、采矿、建材、石油、化工、机械制造、汽车、电力、造纸、冶金、采矿、建材、石油、化工、机械制造、汽车、电力、造纸、纺织、装卸、环保等领域，尤其在机械加工、机床控制上应用广泛。纺织、装卸、环保等领域，尤其在机械加工、机床控制上应用广泛。

11 ．． PLCPLC 的由来的由来 —— —— 生产发展需要与技术进步结合的产物。生产发展需要与技术进步结合的产物。继电器控制系统：简单、实用。缺陷：继电器控制系统：简单、实用。缺陷： 11 ）可靠性不高（使用机械触点）；）可靠性不高（使用机械触点）； 22 ）生产流程改变，硬件接线改变；）生产流程改变，硬件接线改变； 33 ）体积庞大、生产周期长。）体积庞大、生产周期长。 2020 世纪世纪 6060 年代，美国数字设备公司（年代，美国数字设备公司（ DECDEC ））将计算机程序存储技术引入将计算机程序存储技术引入

顺顺

第第 55章可编程控制器的组成及工作原理章可编程控制器的组成及工作原理

序控制系统开发成功，应用于通用汽车公司汽车装配流水线。当时叫序控制系统开发成功，应用于通用汽车公司汽车装配流水线。当时叫PLCPLC （（ Programmable Logic Controller)Programmable Logic Controller) 。。随后，有哥德随后，有哥德（（ GOULDGOULD ）、）、爱伦——布瑞德雷（爱伦——布瑞德雷（ A—BA—B ））公司、德国、日本的公司相继公司、德国、日本的公司相继推出自己的产品，适应激烈竟争的生产需要。推出自己的产品，适应激烈竟争的生产需要。

2. 2. PLCPLC 的分类：的分类： (1) (1) 按结构型式分按结构型式分整体箱式整体箱式：各部分安装在几块印制版上，与电源一起装配在一个机壳内，：各部分安装在几块印制版上，与电源一起装配在一个机壳内，

形成一个整体。特点结构简单、体积小，多为小型形成一个整体。特点结构简单、体积小，多为小型、、低档低档 PLCPLC 。。可用扩展可用扩展箱増加点数。箱増加点数。

模块组合式模块组合式：将：将 PLCPLC 分成相对独立的几部分制成标准尺寸模块。主要有分成相对独立的几部分制成标准尺寸模块。主要有CPUCPU 模块（含存储器）、输入模块、输出模块、电源模块、组装在一个机模块（含存储器）、输入模块、输出模块、电源模块、组装在一个机架内，可按需要灵活配置。架内，可按需要灵活配置。

(2) (2) 按按 I/OI/O 点数分点数分小型：少于小型：少于 256256 点。点。中型：在中型：在 256~2048256~2048 点间。点间。大型：大型： 20482048 点以上。点以上。各类各类 PLCPLC 性能上有差异。如性能上有差异。如 CPUCPU 个数，小型为单个，中型为个数，小型为单个，中型为 22 个，大型为个，大型为

多个；扫描速度中型优于小型，大型优于中型；大中型多个；扫描速度中型优于小型，大型优于中型；大中型 PLCPLC 有智能有智能 I/OI/O 等等 ..


33 ．． PLCPLC 的特点的特点 (1) (1) 使用灵活、通用性强。使用灵活、通用性强。 (2) (2) 编程简单、易于掌握。编程简单、易于掌握。 (3) (3) 可靠性高、适应各种环境。可靠性高、适应各种环境。 (4) (4) 接口简单、维护方便。接口简单、维护方便。 4. 4. PLCPLC 的发展趋势的发展趋势不仅能进行开关量控制，还能进行模拟量控制、位置控制、联网通信。不仅能进行开关量控制，还能进行模拟量控制、位置控制、联网通信。从单机控制向多机控制，从集中控制向多层次分布式控制系统发展，形从单机控制向多机控制，从集中控制向多层次分布式控制系统发展，形成了满足各种需要的成了满足各种需要的 PLCPLC 应用系统。应用系统。

PLCPLC 及其控制系统的发展方向：及其控制系统的发展方向： (1)(1) 小型、廉价、高性能小型、廉价、高性能 (2)(2) 大型、多功能、网络化大型、多功能、网络化 (3)(3) 与智能控制系统相互渗透和结合与智能控制系统相互渗透和结合 5.2 5.2 可编程控制器的组成及元件可编程控制器的组成及元件以三菱以三菱 FXFX2N2N系列系列 PLCPLC 为例，介绍基本组成、接口电路等为例，介绍基本组成、接口电路等 ..


5.2.15.2.1 可编程控制器的组成可编程控制器的组成 11 ．硬件：．硬件：核心是一台单板机，外围配置了相应的接口电路（硬件），内部配置了监核心是一台单板机，外围配置了相应的接口电路（硬件），内部配置了监

控程序（软件）。控程序（软件）。

图图 5-1 5-1 PLCPLC 结构框图结构框图组成组成 :: 基本组成部分基本组成部分 {{ 构成构成 PLCPLC 的最小系统：单板机（的最小系统：单板机（ CPUCPU ）、）、存储器存储器及后备电池、及后备电池、 I/OI/O 接口、电源接口、电源 }}；； I/OI/O 扩展部分；外部設备。扩展部分；外部設备。


（（ 11 ）） CPUCPU PLCPLC 的的 CPUCPU 板，是必需部件。包括板，是必需部件。包括 CPUCPU 、、存贮器存贮器 RAMRAM 、、 ROMROM ；；并行接并行接

口口 PIOPIO ；；串行接口串行接口 SIOSIO ；；时钟时钟 CTCCTC 。。作用：作用：对整个对整个 PLCPLC 的工作进行控制。是的工作进行控制。是 PLCPLC 的运算、控制中心。实现逻的运算、控制中心。实现逻

辑运算、算术运算并对整机进行协调、控制，按系统程序赋予功能工作：辑运算、算术运算并对整机进行协调、控制，按系统程序赋予功能工作： ①① 对系统进行管理，如自诊断、查错、信息传送、时钟、计数刷新等；对系统进行管理，如自诊断、查错、信息传送、时钟、计数刷新等； ②② 进行程序解释，根据用户程序执行输入、输出操作进行程序解释，根据用户程序执行输入、输出操作 .. 各组成部分介绍各组成部分介绍：： CPUCPU 芯片：芯片：随机型不同而异。如：随机型不同而异。如： F1F1 、、 F2F2 系列为系列为 80318031 ；； KK 系列为系列为 808808

55 ；； AA 系列为系列为 80868086 ；； AA 系列的高速系统系列的高速系统 A3HA3H 中包含一片中包含一片 8028680286 及一片及一片 4848位三菱专用逻辑处理芯片。位三菱专用逻辑处理芯片。

FX2FX2 系列系列 ::CPUCPU 板只有二片集成电路板只有二片集成电路 .. 一片是通用一片是通用 1616 位位 CPUCPU ，，用于处理用于处理普通逻辑指令；一片是专用逻辑处理器，用于处理高速指令、中断等。普通逻辑指令；一片是专用逻辑处理器，用于处理高速指令、中断等。

串行接口与并行接口：串行接口与并行接口：用于用于 CPUCPU 与接口器件交换信息，数量取决于系统与接口器件交换信息，数量取决于系统规模大小。规模大小。

定时器／计数器：定时器／计数器：用于产生系统时钟及用户时钟信息。在一台单片机用于产生系统时钟及用户时钟信息。在一台单片机中，中， CTCCTC 数量很有限，经过系统监控程序的处理，可产生几十个，甚至数量很有限，经过系统监控程序的处理，可产生几十个，甚至数百个相对独立的计数器和定时器。数百个相对独立的计数器和定时器。


（（ 22 ）存储器）存储器二种：二种：一是单片机带的存贮器，主要用于存贮系统监控程序及系统工作区一是单片机带的存贮器，主要用于存贮系统监控程序及系统工作区

间，生成用户环境；二是用户程序存贮器，通常都是间，生成用户环境；二是用户程序存贮器，通常都是 CMOSCMOS 型的型的 RAMRAM ，，存存贮用户程序及参数，用锂电池作后备。还可用贮用户程序及参数，用锂电池作后备。还可用 EPROMEPROM 或或 EEPROMEEPROM 。。

（（ 33 ）输入）输入 // 输出接口电路输出接口电路 PLCPLC 与被控对象（机械设备或生产过程）联系的桥梁。现场信息经输入接与被控对象（机械设备或生产过程）联系的桥梁。现场信息经输入接口送给口送给 CPUCPU ，， CPUCPU 运算结果、作出的判断经输出接口送到有关设备或现场。运算结果、作出的判断经输出接口送到有关设备或现场。输入／输出信号分为开关量、模拟量、数字量输入／输出信号分为开关量、模拟量、数字量 . .

①① 输入接口电路输入接口电路开关量输入模块：开关量输入模块：将现场各种开关量信号（如按钮、选择、行程、限位、将现场各种开关量信号（如按钮、选择、行程、限位、

接近等开关）转换成接近等开关）转换成 PLCPLC 内部统一的标准信号电平，传送到内部总线的输内部统一的标准信号电平，传送到内部总线的输入接口模块。入接口模块。

按输入回路电流种类分类：按输入回路电流种类分类：直流输入：直流输入：单元电路见图单元电路见图 5-25-2示，示， 2424VV 直流由直流由 PLCPLC 内部提供。内部提供。交流输入：交流输入：单元电路见图单元电路见图 5-35-3示，由示，由 PLCPLC外部提供交流电源。交流信号经外部提供交流电源。交流信号经

整流、限流后再通过光耦传入整流、限流后再通过光耦传入 CPUCPU 。。


图图 5-2 5-2 直流输入单元电路图直流输入单元电路图 5-3 5-3 直流输入单元电路直流输入单元电路特点：特点： aa 、、 11 次电路与次电路与 22 次电路间用光电耦合器隔离。可防止输入触点抖动、次电路间用光电耦合器隔离。可防止输入触点抖动、

输入线混入的噪声所引起的误动作；输入线混入的噪声所引起的误动作； bb 、、光耦器初、次级间无电路直接联系，绝缘电阻大，可耐高压（＞光耦器初、次级间无电路直接联系，绝缘电阻大，可耐高压（＞ 150150

00VV ），），将生产现场与将生产现场与 PLCPLC 内部隔离，提高可靠性内部隔离，提高可靠性 ;; cc 、、单个模块输入点数：单个模块输入点数： 88 、、 1616 、、 3232 点，各点电路相同。点，各点电路相同。按输入模块与外部用户设备接线，可分为汇点输入接线和独立输入接线按输入模块与外部用户设备接线，可分为汇点输入接线和独立输入接线两种基本形式。两种基本形式。


汇点输入：汇点输入：可用于直流也可用于交流输入模块可用于直流也可用于交流输入模块。。各输入元件共用一个公共各输入元件共用一个公共端（汇集端）端（汇集端） COMCOM ，，可以是全部输入点为一组，共用一个公共端和一个可以是全部输入点为一组，共用一个公共端和一个电源，如图电源，如图 5-45-4 （（ aa ））示；也可将全部输入点分为若干组，每组有一个公示；也可将全部输入点分为若干组，每组有一个公共端和一个电源，如图共端和一个电源，如图 5-45-4 （（ bb ））示。示。

图图 5-4 5-4 汇点输入接线示意图图汇点输入接线示意图图 5-5 5-5 独立输入接线示意图独立输入接线示意图独立输入：独立输入：见图见图 5-55-5 。。每一个输入元件有两个接线端（图中每一个输入元件有两个接线端（图中 COMCOM 端在端在

PLCPLC 中是彼此独立的），由用户提供的一个独立电源供电，控制信号通过中是彼此独立的），由用户提供的一个独立电源供电，控制信号通过用户输入设备的触点输入。用户输入设备的触点输入。


②② 输出接口电路输出接口电路三种输出形式：三种输出形式：继电器输出：继电器输出：电路见图电路见图 5-65-6 。。 CPUCPU 控制继电器控制继电器 KAKA 线圈，由线圈，由 KAKA 的一个的一个常开触点控制外部负载。可带交、直流负载，用户提供电源。常开触点控制外部负载。可带交、直流负载，用户提供电源。

图图 5-65-6 继电器输出电路图继电器输出电路图 5-7 5-7 晶体管输出电路晶体管输出电路晶体管输出：晶体管输出：电路如图电路如图 5-75-7 示示 .. 通过光耦合使开关晶体管通过光耦合使开关晶体管 VTVT 通断控制通断控制外电路。只能带直流负载，用户提供直流电源。外电路。只能带直流负载，用户提供直流电源。

晶闸管输出：晶闸管输出：电路如图电路如图 5-85-8 示示。。由光电耦合器中的双向光敏二极管控由光电耦合器中的双向光敏二极管控制双向晶闸管制双向晶闸管 VTVT 的通断，从而控制外部负载。只能带交流负载，交流的通断，从而控制外部负载。只能带交流负载，交流电源由用户提供。电源由用户提供。


图图 5-8 5-8 双向晶闸管输出电路双向晶闸管输出电路根据有、无公共点，根据有、无公共点， PLCPLC 输出分为独立输出和汇点输出二种类型：输出分为独立输出和汇点输出二种类型：汇点输出：汇点输出：见图见图 5-95-9。。图（图（ aa ））为全部输出点汇集成一组，共用一个公共为全部输出点汇集成一组，共用一个公共

端端 COMCOM和一个电源；图（和一个电源；图（ bb ））为将输出点分成若干组，每组一个公共端为将输出点分成若干组，每组一个公共端COMCOM和一个独立电源。两种形式的电源均由用户提供，可用直流或交流。和一个独立电源。两种形式的电源均由用户提供，可用直流或交流。

独立输出：独立输出：见图见图 5-105-10 。。每个输出点构成一个独立回路，由用户单独提供一每个输出点构成一个独立回路，由用户单独提供一个电源，各个输出点间相互隔离，负载电源按实际情况可用直流或交流。个电源，各个输出点间相互隔离，负载电源按实际情况可用直流或交流。

FXFX2N2N系列中，系列中， FXFX2N2N －－ 16M16M 型全部为独立输出，其它机型输出均为每型全部为独立输出，其它机型输出均为每 4~84~8点共用一个公共端。点共用一个公共端。


图图 5-9 5-9 汇点输出接线示意图图汇点输出接线示意图图 5-10 5-10 独立输出接线示意图独立输出接线示意图输出接口电路的输出接口电路的几项技术指标：几项技术指标： aa ．．响应时间响应时间继电器输出继电器输出：最慢，约：最慢，约 1010msms ；；晶体管输出晶体管输出：最快，约：最快，约 00．． 22msms 以下；以下；晶闸管输出晶闸管输出：较快，约：较快，约 11msms 以下。以下。 bb ．．输出电流输出电流继电器型继电器型：： AC250VAC250V 以下，可驱动负载：纯电阻以下，可驱动负载：纯电阻 22AA ／／ 11 点；感性：点；感性： 8080VAVA

以下以下


（（ AC100VAC100V 或或 AC200VAC200V ）；）；灯负载：灯负载： 100100WW 以下（以下（ AC100VAC100V 或或AC200VAC200V ）。）。

直流感性负载要并联分流二极管，最大电压不超过直流感性负载要并联分流二极管，最大电压不超过 DC30VDC30V 。。晶闸管型晶闸管型：每点输出电流最大：每点输出电流最大 00．． 33AA ，，考虑温度上升因素，每考虑温度上升因素，每 44 点总电流点总电流必须在必须在 00．． 88AA 以下（每点平均以下（每点平均 00．． 22AA ）。）。

晶体管型晶体管型：每点：每点 00．． 55AA 。。考虑温度上升因素，每考虑温度上升因素，每 44 点输出总电流不得大于点输出总电流不得大于00．． 88AA 。。

cc ．．开路漏电流开路漏电流继电器型无开路漏电流；晶闸管型较大；晶体管型在继电器型无开路漏电流；晶闸管型较大；晶体管型在 100µ100µAA 以下。以下。三种输出电路的技术指标见表三种输出电路的技术指标见表 5-1(5-1(P175P175))。。（（ 44 ）电源）电源整机能源。一种是内部电源，为主机内部电路工作电源。一般使用开关稳整机能源。一种是内部电源，为主机内部电路工作电源。一般使用开关稳压电源压电源 ;; 另一种是外部电源（用户电源），用于传送现场信号或驱动现场另一种是外部电源（用户电源），用于传送现场信号或驱动现场执行机构。执行机构。

（（ 55 ）扩展接口）扩展接口用于系统扩展输入、输出点数。如用于系统扩展输入、输出点数。如 I/OI/O 点离主机较远，可设置一个点离主机较远，可设置一个 I/OI/O子子

系统将这些系统将这些 I/OI/O 点归纳到一起，通过远程点归纳到一起，通过远程 I/OI/O 接口与主机相连。接口与主机相连。


(6) (6) 存贮器接口存贮器接口可根据使用需要扩展存贮器，内部与总线相连，可扩展用户程序存贮区、可根据使用需要扩展存贮器，内部与总线相连，可扩展用户程序存贮区、

数据参数存贮区。数据参数存贮区。 (7) (7) 外设接口外设接口 PLCPLC 的通信口的通信口 ,, 连接编程器、计算机等连接编程器、计算机等 , , 程序输入及监控。程序输入及监控。 (8) (8) 编程器编程器简易型简易型 ; ; 智能型智能型 . . 用于编辑、输入、调试用于编辑、输入、调试 PLCPLC 的工作程序；对的工作程序；对 PLCPLC 的运行状态及被控对的运行状态及被控对象的参数进行监视；与打印机相连可打印程序清单或输出有关记录信息。象的参数进行监视；与打印机相连可打印程序清单或输出有关记录信息。

2. 2. 软件软件 PLCPLC 工作所用各种程序的集合，包括：系统监控程序、用户程序。工作所用各种程序的集合，包括：系统监控程序、用户程序。 (1) (1) 监控程序监控程序由生产厂家编制用于管理、协调由生产厂家编制用于管理、协调 PLCPLC 各部分工作，充分发挥硬件功能，各部分工作，充分发挥硬件功能，

方便用户使用的通用程序。通常固化在方便用户使用的通用程序。通常固化在 ROMROM 中。中。一般功能一般功能：： ①① 系统配置登记及初始化系统配置登记及初始化 ②② 系统自诊断系统自诊断


③③ 命令识别与处理命令识别与处理 ④④ 用户程序编译用户程序编译 ⑤⑤ 模块化子程序及调用管理模块化子程序及调用管理 (2)(2) 用户程序用户程序 ———— 应用程序。用户根据控制需要用应用程序。用户根据控制需要用 PLCPLC 的程序语言编写的程序语言编写。。 (3)(3) 用户环境用户环境由监控程序生成。包括用户数据结构、用户元件区分配、用户程序存贮由监控程序生成。包括用户数据结构、用户元件区分配、用户程序存贮区、用户参数、文件存贮区等。区、用户参数、文件存贮区等。

①① 用户数据结构用户数据结构主要分为三类：主要分为三类：第一类为第一类为 bitbit 数据。数据。属于逻辑量，其值为“属于逻辑量，其值为“ 0”0” 或“或“ 1”1” 。用它表示触。用它表示触

点的通、断，线圈的通、断，标志的点的通、断，线圈的通、断，标志的 ONON 、、 OFFOFF 状态等。状态等。第二类为字数据。第二类为字数据。其数制、位长、形式有多种形式。通常为其数制、位长、形式有多种形式。通常为 BCDBCD 码形式。码形式。

FX2FX2 、、 AA 系列中为系列中为 44 位位 BCDBCD 码、双字节为码、双字节为 88 位位 BCDBCD 码。码。第三类为字与第三类为字与 bitbit 的混合的混合 .. 即同一元件既有即同一元件既有 bitbit 元件，又有字元件。元件，又有字元件。例如例如 TT （（定时器）和定时器）和 CC （（计数器），它们的触点为计数器），它们的触点为 bitbit ，，设定值寄存设定值寄存器和当前值寄存器又为字。器和当前值寄存器又为字。


②② 元件元件用户使用的每一个输入、输出端子及内部的存贮单元称为元件。元件数量由用户使用的每一个输入、输出端子及内部的存贮单元称为元件。元件数量由监控程序规定，它的多少决定监控程序规定，它的多少决定 PLCPLC 整个系统的规模及数据处理能力。整个系统的规模及数据处理能力。

(4) (4) PLCPLC 内部等效电路内部等效电路 PLCPLC 是专为工业控制设计的专用计算机，包含了是专为工业控制设计的专用计算机，包含了 CPUCPU 、、存贮器、存贮器、 II ／／ OO 接接口等硬件。但就电路作用言，可看作是由一般继电器、定时器、计数器等元口等硬件。但就电路作用言，可看作是由一般继电器、定时器、计数器等元件组成，其内部等效电路见图件组成，其内部等效电路见图 5-115-11示，由许多“软继电器”等逻辑部件构示，由许多“软继电器”等逻辑部件构成成 ..

输入端：输入端：与用户输入设备联接与用户输入设备联接 ,,公共端是机内直流电源负端公共端是机内直流电源负端 ,,通常为通常为 2424VV 。。输出端：输出端：与用户输出设备联接（接触器、电磁阀、信号灯等），公共端与用户输出设备联接（接触器、电磁阀、信号灯等），公共端 COMCOM

接机外负载电源，共用一个电源的负载的公共端可联接到一起接机外负载电源，共用一个电源的负载的公共端可联接到一起 .. 内部输入继电器由用户输入设备控制，内部输出继电器的输出触点与输出端内部输入继电器由用户输入设备控制，内部输出继电器的输出触点与输出端

联接，控制用户输出设备。联接，控制用户输出设备。内部各种继电器（输入、输出继电器、定时器、计数器等）称为内部各种继电器（输入、输出继电器、定时器、计数器等）称为 PLCPLC 内部内部元素，每种元素包含若干可供使用的电子常开、常闭触点。元素，每种元素包含若干可供使用的电子常开、常闭触点。

内部继电器的触点、线圈及接线由用户程序实现，称为“软接线”。内部继电器的触点、线圈及接线由用户程序实现，称为“软接线”。


图图 5-11 5-11 PLCPLC 的内部等效电路的内部等效电路 5.2.2 5.2.2 可编程控制器的元件可编程控制器的元件以以 FXFX2N2N系列为例系列为例 ,, 介绍部分元件的功能介绍部分元件的功能 .. 1. 1. 输入继电器（输入继电器（ X000X000 ～～ X027X027 ））专门用于接收从外部敏感元件或开关来的信号，可提供多对常开、常闭专门用于接收从外部敏感元件或开关来的信号，可提供多对常开、常闭


触点，供编程用。触点，供编程用。 FXFX2N2N系列输入继电器最多可达系列输入继电器最多可达 6464 点点 , , FXFX2N2N-48MR-48MR 只有只有 2424 点点 .. 注意：注意：输入继电器只能由外部信号驱动，不能由内部指令驱动。输入继电器只能由外部信号驱动，不能由内部指令驱动。

图图 5-12 5-12 输入继电器连接示意图图输入继电器连接示意图图 5-13 5-13 输出继电器连接示意图输出继电器连接示意图 2. 2. 输出继电器（输出继电器（ Y000Y000 ～～ Y027Y027 ））专用于将输出信号传递给外部负载。外部信号不能直接驱动，只能由程专用于将输出信号传递给外部负载。外部信号不能直接驱动，只能由程

序内部指令驱动。序内部指令驱动。提供一个输出触头带负载，有无数对供编程用的常开、常闭触点。提供一个输出触头带负载，有无数对供编程用的常开、常闭触点。三种类型三种类型：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出 .. FXFX2N2N系列输出继电器最多可达系列输出继电器最多可达 6464 点点 , , FXFX2N2N-48MR-48MR 只有只有 2424 点点 .. 输出继电器连接见图输出继电器连接见图 5-135-13 示示 . .


3. 3. 辅助继电器辅助继电器 ((M)M) 只能由程序驱动，有无限对常开、常闭触头，供编程用，不能直只能由程序驱动，有无限对常开、常闭触头，供编程用，不能直

接驱动外部负载，相当于继电器线路中的中间继电器接驱动外部负载，相当于继电器线路中的中间继电器。。 ①① 通用型辅助继电器（通用型辅助继电器（ M0M0 ～～ M499M499 ））十进制，共十进制，共 500500 点。见图点。见图 5-145-14 示示 ..

图图 5-14 5-14 辅助继电器电路图辅助继电器电路图 5-15 5-15 失电数据保持电路失电数据保持电路 ②② 掉电保护型辅助继电器（掉电保护型辅助继电器（ M500M500 ～～ M3071M3071 ，，共共 25722572 点）点）可用参数设置方法改为非掉电保持用。可用参数设置方法改为非掉电保持用。用于运行中突然掉电时，保持中断前控制状态，将某些状态或数据用于运行中突然掉电时，保持中断前控制状态，将某些状态或数据

（如计数器、定时器等）存贮起来。（如计数器、定时器等）存贮起来。采用锂电池作后备电源。失电数据保持电路见图采用锂电池作后备电源。失电数据保持电路见图 5-15.5-15.


③③ 特殊辅助继电器（特殊辅助继电器（ M8000M8000 ～～ M8255M8255 ，，共共 256256 点）点）各自具有特定功能，分为二大类：各自具有特定功能，分为二大类： a.a. 线圈由线圈由 PLCPLC 自己驱动，用户只能利用其触点。如自己驱动，用户只能利用其触点。如 M8000――M8000―― 运行监视，运行监视， PLCPLC 运行时接通；运行时接通； M8002――M8002―― 初始化脉冲，仅在运行开始瞬间接通。用于计数器、移位寄初始化脉冲，仅在运行开始瞬间接通。用于计数器、移位寄

存器等的初始化（复位）。存器等的初始化（复位）。 M8012――M8012―― 产生产生 0.10.1SS 时钟脉冲脉冲。如计数器用于计时，可提供时钟脉冲脉冲。如计数器用于计时，可提供

00 ．． 11SS 时钟脉冲。时钟脉冲。 b.b. 可驱动线圈型。用户驱动线圈后，可驱动线圈型。用户驱动线圈后， PLCPLC 作特定动作。作特定动作。例：例： M8030――M8030―― 使使 BATT LEDBATT LED （（锂电池欠压指示灯）熄灭；锂电池欠压指示灯）熄灭； M8033――PLCM8033――PLC 停止时，输出保持；停止时，输出保持； M8034――M8034―― 禁止全部输出。禁止全部输出。 M8034M8034 接通时，所有输出继电器接通时，所有输出继电器 YY 的输出自的输出自

动断开。动断开。 M8039――M8039―― 定时扫描。定时扫描。各种特殊辅助继电器功能见表各种特殊辅助继电器功能见表 5-2(5-2(P181)P181) 示示 ..


4.4. 状态器（状态器（ SS ））步进顺控程序编程中重要的软元件，与步进顺控指令步进顺控程序编程中重要的软元件，与步进顺控指令 STLSTL 组合使用。组合使用。编号：编号： S0S0 ～～ S999S999 ，，共共 10001000 点。每个均可提供无限个常开、常闭触点。点。每个均可提供无限个常开、常闭触点。

分为五种类型：分为五种类型：初始化用：初始化用： S0S0 ～～ S9S9 ，，共共 1010 点；点；回零：回零： S10S10 ～～ S19S19 ，，共共 1010 点；点；通用：通用： S20S20 ～～ S499S499 ，，共共 480480 点；点；保持：保持： S500S500 ～～ S899S899 ，，共共 400400 点；点；报警：报警： S900S900 ～～ S999S999 ，，共共 100100 点。点。以机械手抓取工件运动为例：以机械手抓取工件运动为例：三个动作三个动作 :: 下降夹紧下降夹紧上升上升 . . 图图 5-16 5-16 机械手抓取工件步进顺控流程图机械手抓取工件步进顺控流程图典型的步进顺序控制，动作流程见图典型的步进顺序控制，动作流程见图 5-165-16 示示。。工作过程：工作过程： ①① 启动信号启动信号 X000X000 接通，接通， S20S20 置位（置位（ ONON ），），下降电磁阀下降电磁阀 Y000Y000 动作；动作； ②② 下降到位，下限开关下降到位，下限开关 X001X001 为为 ONON ，， S21S21 置位（置位（ ONON ），）， S20S20 复位复位

（（ OFFOFF ），），夹紧电磁阀夹紧电磁阀 Y001Y001 动作；动作；


③③ 可靠夹紧后，夹紧确认开关可靠夹紧后，夹紧确认开关 X002X002 为为 ONON ，，状态器状态器 S22S22 置置 ONON ，， S21S21置置 OFFOFF ，，上升电磁阀上升电磁阀 Y002Y002 动作动作 ..

状态元件状态元件 S900S900 ～～ S999S999 可用作外部故障诊断输出。通过监控特殊数据可用作外部故障诊断输出。通过监控特殊数据寄存器寄存器 D8049D8049 的内容将显示的内容将显示 S900S900 ～～ S999S999 中已置位（接通）的状态中已置位（接通）的状态元件中序号最小的元件。当故障发生时，相应的状态为元件中序号最小的元件。当故障发生时，相应的状态为 ONON 。。

5. 5. 定时器（定时器（ TT ））作用作用：相当于继电器系统中的时间继电器。：相当于继电器系统中的时间继电器。原理原理：根据时钟脉冲累积计时，时钟脉冲有：根据时钟脉冲累积计时，时钟脉冲有 11msms 、、 10ms10ms 、、 100ms100ms ，，

当所计时间达到设定值时，输出触点动作。当所计时间达到设定值时，输出触点动作。 (1(1 ）通电延时型定时器（）通电延时型定时器（ T0T0 ～～ T245T245 ）） PLCPLC 中定时器均为通电延时型定时器，断电延时型定时器要利用通电中定时器均为通电延时型定时器，断电延时型定时器要利用通电延时型定时器获得。延时型定时器获得。

①①100100msms 定时器定时器 T0T0 ～～ T199T199 ，，共共 200200 点，设定值点，设定值 00 ．． 11～～ 32763276 ．． 77ss 。。 ②②1010msms 定时器定时器 T200T200 ～～ T245T245 ，，共共 4646 点，设定值点，设定值 00 ．． 0101～～ 327327 ．． 6767ss 。。工作原理见图工作原理见图 5-175-17示示，，动作时序见图动作时序见图 5-185-18 。。


图图 5-17 5-17 通电延时型定时器原理示意图图通电延时型定时器原理示意图图 5-18 5-18 通电延时型定时器动作时序图通电延时型定时器动作时序图 X000X000 接通时，接通时， T200T200 的当前值计数器对的当前值计数器对 1010msms 的时钟脉冲累积计数，当的时钟脉冲累积计数，当该值与设定值该值与设定值 K288K288 相等时，定时器的输出触点动作，即输出触点是在相等时，定时器的输出触点动作，即输出触点是在驱动线圈后的驱动线圈后的 22 ．． 8888ss 时动作。时动作。 X000X000 断开或发生停电时，计数器复位，断开或发生停电时，计数器复位，输出触点也复位。输出触点也复位。

从时序图可见，这种定时器属于非积算定时器，当从时序图可见，这种定时器属于非积算定时器，当 X000X000 断开时，断开时， T200T200的当前值不保持，的当前值不保持， X000X000 再接通时重新计数。再接通时重新计数。

(2(2 ）积算定时器（）积算定时器（ T246T246 ～～ T255T255 ）） ①①1ms1ms 积算定时器积算定时器 T246T246 ～～ T249T249 ，，共共 44 点，设定值点，设定值 00 ．． 001001 ～～ 3232 ．． 767767s.s.


②②100100msms 积算定时器积算定时器 T250T250 ～～ T255T255 ，，共共 66 点，设定值点，设定值 00 ．． 11～～ 32763276 ．． 77ss 。。工作原理见图工作原理见图 5-195-19示示，，动作时序见图动作时序见图 5-205-20 。。

图图 5-19 5-19 积算定时器原理示意图图积算定时器原理示意图图 5-205-20 积算定时器动作时序图积算定时器动作时序图输入输入 X001X001 接通时，接通时， T250T250 的当前值计数器开始累积的当前值计数器开始累积 100100msms 的时钟脉冲的时钟脉冲

个数，当该值与设定值个数，当该值与设定值 K28K28 相等时，定时器的输出触点动作。相等时，定时器的输出触点动作。


时序图时序图 :: 计数中途即使输入计数中途即使输入 X001X001断开或发生停电，当前值可保持。断开或发生停电，当前值可保持。 X001X001再接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为再接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为 22．． 88ss 时触点动作。时触点动作。

当复位输入当复位输入 X002X002 接通时，计数器复位，输出触点也复位。接通时，计数器复位，输出触点也复位。 6. 6. 计数器（计数器（ CC ）） FXFX2N2N系列系列 PLCPLC共有计数器共有计数器 256256 个，采用十进制编号，为个，采用十进制编号，为 C0C0 ～～ C255C255 。。计数器的设定值，除了可由常数计数器的设定值，除了可由常数 KK 设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定外，还可间接通过指定数据寄存器

（（ DD ））中的内容来设定中的内容来设定 .. （（ 11 ）内部信号计数器（）内部信号计数器（ C0C0 ～～ C234C234 ））执行扫描操作时对内部元件（如执行扫描操作时对内部元件（如 XX 、、 YY 、、 MM 、、 SS 、、 TT 、、 CC ））的信号进行计的信号进行计

数。其接通（数。其接通（ ONON ））和断开（和断开（ OFFOFF ））时间应比时间应比 PLCPLC 的扫描周期略长，输入的扫描周期略长，输入信号频率通常为几个扫描周期／秒。信号频率通常为几个扫描周期／秒。

①①1616bitbit 增计数器（设定值：增计数器（设定值： 11～～ 3276732767 ））通用型通用型：： C0C0 ～～ C99C99 ，，共共 100100 点；点；停电保持型停电保持型：： C100C100 ～～ C199C199 ，，共共 100100 点。点。使用方法见图使用方法见图 5-215-21 ，，动作时序见图动作时序见图 5-225-22..


图图 5-21 165-21 16bitbit增计数器的用法图增计数器的用法图 5-22 165-22 16bitbit增计数器动作时序增计数器动作时序图图

X011X011 为计数输入，每次为计数输入，每次 X011X011 接通，计数器当前值增接通，计数器当前值增 11 。当计数输入达。当计数输入达到第到第 1010 次时，计数器次时，计数器 C0C0 的输出触点动作。之后，即使的输出触点动作。之后，即使 X011X011再接通，计再接通，计数器当前值都保持不变。数器当前值都保持不变。

当复位输入当复位输入 X010X010 接通（接通（ ONON ））时，执行时，执行 RSTRST 指令，计数器当前值复位为指令，计数器当前值复位为00 ，输出触点动作（变为，输出触点动作（变为 OFFOFF ）） ,, 断开断开 Y000Y000 。。

②②32bit32bit 双向计数器（设定值：－双向计数器（设定值：－ 2147483648――2147483648―― ＋＋ 21474836472147483647 ））通用型：通用型： C200C200 ～～ C219C219 ，，共共 2020 点点 ;; 掉电保持型：掉电保持型： C220C220 ～～ C234C234 ，，共共 1515 点点 .. 计数方向（增计数或减计数）计数方向（增计数或减计数）：由特殊辅助继电器：由特殊辅助继电器 M8200M8200 ～～ M8234M8234 设定设定

（置（置 11 时为减计数，置时为减计数，置 00 时为增计数）时为增计数） ..


计数值设定：计数值设定：直接用常数直接用常数 KK 或间接用数据寄存器或间接用数据寄存器 DD 的内容作为设定值。间接的内容作为设定值。间接设定时，要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。设定时，要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。

使用方法见图使用方法见图 5-235-23 ，，动作时序见图动作时序见图 5-245-24 。。

图图 5-23 325-23 32bitbit双向计数器的用法图双向计数器的用法图 5-24 325-24 32bitbit双向计数器动作时序图双向计数器动作时序图 X12X12 控制计数方向，当控制计数方向，当 X12X12 断开时，断开时， M8200M8200 置置 00 ，为增计数；，为增计数； X12X12 接通时，接通时，

M8200M8200 置置 11 ，为减计数。，为减计数。 X14X14 作为计数输入端，驱动计数器作为计数输入端，驱动计数器 C200C200 线圈进行加计数或减计数。线圈进行加计数或减计数。当计数器当计数器 C200C200 的当前值由－的当前值由－ 6 → 6 → －－ 55增加时，其触点接通（置增加时，其触点接通（置 11 ），输），输

出出


继电器继电器 Y1Y1 接通；由－接通；由－ 5 → 5 → －－ 66减少时，其触点断开（置减少时，其触点断开（置 00 ），输出继电），输出继电器器 Y1Y1断开。断开。

当复位输入信号当复位输入信号 X13X13 接通（接通（ ONON ））时，计数器当前值复位到时，计数器当前值复位到 00 ，输出触点，输出触点也复位。也复位。

如果使用掉电保持计数器，其当前值和输出触点状态在停电时均能保持。如果使用掉电保持计数器，其当前值和输出触点状态在停电时均能保持。 (2) (2) 高速计数器高速计数器 C235C235 ～～ C255C255 ，，共共 2121 点。共享点。共享 PLCPLC 上的上的 66 个高速计数输入端（个高速计数输入端（ X000X000

～～ X005X005 ），），其中其中 X000X000 、、 X002X002 、、 X003X003 ，，最高计数频率可达最高计数频率可达 1010KHKHZZ; ; X001X001 、、 X004X004 、、 X005X005 ，，最高计数频率可达最高计数频率可达 77KHKHZZ..

高速计数器的选择不是任意的，它取决于所需计数器类型及高速输入的端高速计数器的选择不是任意的，它取决于所需计数器类型及高速输入的端子。子。

计数器类型：计数器类型： 11 相单向计数输入：相单向计数输入： C235C235 ～～ C240C240

11 相双向计数输入：相双向计数输入： C246C246 ～～ C250C250

22 相计数输入：相计数输入： C251C251 ～～ C255C255 高速计数器按中断原则运行高速计数器按中断原则运行 ..


7. 7. 数据寄存器数据寄存器 ((D)D) 存贮数值数据的元件。存贮数值数据的元件。 FXFX2N2N系列有数据寄存器系列有数据寄存器 81068106 个，采用十进制编个，采用十进制编号，为号，为 D0D0 ～～ D8195D8195 。。全是全是 1616 位（最高位为正、负位），用二个寄存位（最高位为正、负位），用二个寄存器组合可处理器组合可处理 3232 位（最高位为正、负位）数值。分通用、掉电保持和特位（最高位为正、负位）数值。分通用、掉电保持和特殊用三种。殊用三种。

通用通用 *1*1 ：： D0D0 ～～ D199D199 ，，共共 200200 点；点；掉电保持用掉电保持用 *2*2 ：： D200D200 ～～ D511D511 ，，共共 312312 点；点；掉电保持用掉电保持用 *3*3 ：： D512D512 ～～ D7999D7999 ，，共共 74887488 点；点；特殊用：特殊用： D8000D8000 ～～ D8195D8195 ，，共共 106106 点。点。用于模拟量控制、位置量控制、数据用于模拟量控制、位置量控制、数据 II ／／ OO 时，存贮参数及工作数时，存贮参数及工作数

据，据， DD 的数量随机型不同而异。低档机（逻辑控制）没有的数量随机型不同而异。低档机（逻辑控制）没有 DD ，，高档机高档机 DD的数量可达数千个的数量可达数千个。。

88 ．变址寄存器．变址寄存器 ((VV ／／ Z)Z) 类似于类似于 Z80Z80 中的变址寄存器中的变址寄存器 IXIX 、、 IYIY ，，通常用于修改软元件的元件号。通常用于修改软元件的元件号。编号为编号为 V0V0 ～～ V7V7 、、 Z0Z0 ～～ Z7Z7 ，，都是都是 1616 位数据寄存器，可像其它的数据位数据寄存器，可像其它的数据寄存器一样进行数据的读写。如进行寄存器一样进行数据的读写。如进行 3232bit bit 操作，可将操作，可将 VV 、、 ZZ 合并使合并使用，指定用，指定 ZZ 为低位。为低位。

如图如图 5-255-25 示示 , MOV, MOV 是传送指令。用是传送指令。用 VV 、、 ZZ 的内容改变软元件的元件号，的内容改变软元件的元件号，称之为软元件的变址。称之为软元件的变址。


图图 5-25 5-25 变址寄存器的用法图变址寄存器的用法图 5-26 5-26 分支用指针的用法分支用指针的用法 9. 9. 指针（指针（ PP 、、 II ））指针有分支用和中断用的两种。指针有分支用和中断用的两种。分支用指针分支用指针 P0P0 ～～ P63P63 ，，采用十进制编号，共采用十进制编号，共 6464 点，用于指定点，用于指定

FNC00FNC00 （（ CJCJ ））条件跳转，具体应用方法如图条件跳转，具体应用方法如图 5-265-26示。图中示。图中

CJCJ 、、 CALLCALL 等分支指令是为了指定跳转目标，用指针等分支指令是为了指定跳转目标，用指针 P0P0 ～～ P63P63 作作为标号。为标号。 P63P63表示跳转至表示跳转至 ENDEND 指令步的意思。指令步的意思。

图图 5-265-26 （（ a):a):X20X20 一接通（一接通（ ONON ），），程序向标号为程序向标号为 P0P0 的步序跳转。的步序跳转。图图 5-265-26 （（ b):b):X21X21 一接通（一接通（ ONON ），），就执行在就执行在 FENDFEND 指令后标号为指令后标号为

P1P1 的子程序，并根据的子程序，并根据 SRETSRET 指令返回。指令返回。


55 ．． 3 3 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 55 ．． 33 ．． 11 扫描的概念扫描的概念 CPUCPU 依次对各种规定的操作项目进行访问和处理。依次对各种规定的操作项目进行访问和处理。 CPUCPU 按程序规定的顺序依次执行各个操作，这种需要处理多个作业时依按程序规定的顺序依次执行各个操作，这种需要处理多个作业时依次按顺序处理的工作方式称为扫描工作方式。次按顺序处理的工作方式称为扫描工作方式。

扫描一个循环所用的时间称为扫描周期。扫描一个循环所用的时间称为扫描周期。循环扫描工作方式是循环扫描工作方式是 PLCPLC 的基本工作方式的基本工作方式 .. 55 ．． 33 ．． 22 可编程控制器的工作过程可编程控制器的工作过程基本上是用户程序的执行过程。在系统软件控制下，依次扫描各输入点基本上是用户程序的执行过程。在系统软件控制下，依次扫描各输入点状态（输入采样），按用户程序解算控制逻辑（程序执行），然后顺序状态（输入采样），按用户程序解算控制逻辑（程序执行），然后顺序向各输出点发出相应控制信号（输出刷新）。向各输出点发出相应控制信号（输出刷新）。

为提高工作可靠性和及时接收外部控制命令，每个扫描周期还要进行故为提高工作可靠性和及时接收外部控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断（自诊断），处理与编程器、计算机的通信请求（与外设通障自诊断（自诊断），处理与编程器、计算机的通信请求（与外设通信）。信）。

扫描工作过程如图扫描工作过程如图 5-275-27 示示 .. 1.1. 自诊断自诊断每次扫描用户程序前，对每次扫描用户程序前，对 CPUCPU 、、存贮器、存贮器、 II ／／ OO 模块等进行故障诊断，模块等进行故障诊断，

发现发现


故障或异常情况则转入处理程序，保留故障或异常情况则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，停机并现行工作状态，关闭全部输出，停机并显示出错信息。显示出错信息。 22 。与外设通信。与外设通信自诊断正常后，自诊断正常后， PLCPLC 对编程器、上位机对编程器、上位机等通信接口进行扫描，如有请求便响等通信接口进行扫描，如有请求便响应处理。图应处理。图 5-27 5-27 PLCPLC 的扫描工作过的扫描工作过

程程 33 。输入采样。输入采样完成前两步后，完成前两步后， PLCPLC 扫描各输入点，将各点状态和数据（开关的通／断、扫描各输入点，将各点状态和数据（开关的通／断、

AA ／／ DD 转换值、转换值、 BCDBCD 码数据等），读入到寄存输入状态的输入映象寄存码数据等），读入到寄存输入状态的输入映象寄存器中存贮，称为采样。器中存贮，称为采样。

44 ．程序执行．程序执行 PLCPLC 从用户程序存贮器的最低地址（从用户程序存贮器的最低地址（ 00000000HH ））开始顺序扫描（无跳转情开始顺序扫描（无跳转情况），并分别从输入映象寄存器和输出映象寄存器中获得所需的数据进况），并分别从输入映象寄存器和输出映象寄存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入输出映象寄存器中保存。行运算、处理，再将程序执行的结果写入输出映象寄存器中保存。


55 ．输出刷新．输出刷新执行完用户程序后，执行完用户程序后， PLCPLC 将输出映象寄存器中的内容送到寄存输将输出映象寄存器中的内容送到寄存输

出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备，称为输出刷新。出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备，称为输出刷新。扫描不断循环，实现对设备的连续控制。扫描不断循环，实现对设备的连续控制。扫描周期扫描周期 ::TT ＝＝ T1T1 ＋＋ T2T2 ＋＋ T3T3 ＋＋ T4T4 ＋＋ T5T5 ，，为上述五步操作时为上述五步操作时

间之和。间之和。


第5章 可编程控制器的组成及工作原理

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第5章可编程控制器的组成及工作原理