电气控制与plc应用技术课件第章

第第第第4 4章章章章 三菱三菱三菱三菱FXFX2N2N系列系列系列系列PLC PLC 4.1 FX系列系列PLC性能简介性能简介 4.2 FX2N系列系列PLC的编程元件的编程元件4.1.1 FX系列系列PLC的特点的特点 1体积极小的微型体积极小的微型PLC 2先进美观的外部结构先进美观的外部结构 3提供多个子系列供用户选用提供多个子系列供用户选用4灵活多变的系统配置灵活多变的系统配置5功能强，使用方便功能强，使用方便4.1.2 FX系列系列PLC的型号的型号输入输出总点数输入输出总点数M(基本单元基本单元)E（扩展单元）（扩展单元）输出类型输出类型R继电器输出继电器输出T晶体管输出晶体管输出S晶闸管输出晶闸管输出电源种类电源种类V100/110V交流交流E220/240V交流交流D24V直流直流FX2N1 2 3 41、输入输出的总点数。、输入输出的总点数。2、单元类型：、单元类型：M为基本单元，为基本单元，E为输入输出混合为输入输出混合扩展单元与扩展模块，扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块。为输出专用扩展模块。3、输出形式：、输出形式：R为继电器输出，为继电器输出，T为晶体管输出，为晶体管输出，S为双向晶闸管输出。为双向晶闸管输出。继电器输出继电器输出“R”：输出接口由继电器构成，：输出接口由继电器构成，用继电器的触点用继电器的触点和线圈，将和线圈，将PLC的内部电路与外部负载电路相连接和隔离的内部电路与外部负载电路相连接和隔离。适。适于于大功率、低速、交、直流负载大功率、低速、交、直流负载。晶体管输出晶体管输出“T”：输出接口由晶体管构成，通过光电耦合器：输出接口由晶体管构成，通过光电耦合器使开关晶体管通使开关晶体管通/断，以控制和隔离外部电路。适合于断，以控制和隔离外部电路。适合于小功率、小功率、高速、直流负载高速、直流负载。晶闸管输出晶闸管输出“S”（可控硅）（可控硅）：输出接口由晶闸管构成，：输出接口由晶闸管构成，有光有光电晶闸管控制和隔离外部电路。电晶闸管控制和隔离外部电路。适合于适合于大功率、高速、交流负大功率、高速、交流负载载。4、电源和输入、输出类型等特性：、电源和输入、输出类型等特性：D和和DS为为DC 24电源；电源；DSS为为DC 24电源，晶体管输出；电源，晶体管输出；ES为交流电源；为交流电源；ESS为交流电源，源晶体管输出；为交流电源，源晶体管输出；UA1为为AC电源，电源，AC输入。例如输入。例如FX2N-40MRD属于属于FX2N系列，是有系列，是有40个个I/O点的基本单元，继电器输出点的基本单元，继电器输出型，使用型，使用DC24V电源。电源。4.1.3 FX系列系列PLC的一般技术指标的一般技术指标FX系列系列PLC的输入、输出技术指标见表的输入、输出技术指标见表4.1、表、表4.2。表表4.1 FX系列系列PLC的输入性能指标的输入性能指标输入入电压DC24V10%元件号元件号X0X7其余其余输入点入点输入信号入信号电压DC24VV10%输入信号入信号电流流DC 24V，7mADC 24V，5mA输入开关入开关电流流（OFFON）4.5mA3.5mA输入开关入开关电流（流（ON OFF）1.5mA输入响入响应时间10ms可可调节输入响入响应时间X0X17为0 060ms（FX2N），其次系列），其次系列0 015ms输入信号形式入信号形式无无电压触点，或触点，或NPN集集电极开路极开路输出晶体管出晶体管输入状入状态显示示输入入ON时LED灯亮灯亮表表4.2 FX系列系列PLC的输出性能指标的输出性能指标项 目目继电器器输出出晶晶闸管管输出（出（仅FX2N）晶体管晶体管输出出外部外部电源源最大最大AC 240V或或DC 30VAC 85 5242242VDC 5 53030V最大最大负载电阻阻负载2A/1点，点，8A/4点点0.3A/1点，点，0.8A/4点点0.5A/点，点，0.8A/COM感性感性负载80VA，120/240V AC36VA/240V AC12W/24V DC电灯灯负载100W30W0.9W/24V DC（FX1S），其他系），其他系列列1.5W/24V DC最小最小负载电压5V DC时2mA，电压24V DC时5 mA（FX2N）2.3VA/240V AC响响应时间OFFON10ms1ms（Y0，Y1）ON OFF10ms10ms（Y0，Y1）开路漏开路漏电流流2.4VA/240V AC0.1mA/30V AC电路隔离路隔离继电器隔离器隔离光光电晶晶闸管隔离管隔离光耦合器隔离光耦合器隔离输出出动作作显示示线圈通圈通电时LED亮亮4.1.4 FX2N系列系列PLC 的产品和一般技术指标的产品和一般技术指标 FX2N目前是目前是FX系列中功能较强、速度较快的微型系列中功能较强、速度较快的微型PLC，它有，它有20种基本单种基本单元（见表元（见表4.3）。）。FX2N系列的系列的I/O扩展单元、基本性能指标、扩展单元、基本性能指标、I/O扩展模块见扩展模块见表表4.4、表、表4.5、表、表4.6所示。所示。表表4.3 FX2N系列系列PLC的基本单元的基本单元AC电源，源，24V直流直流输入入DC电电源，源，24V直流直流输输入入输入输入点数点数输出输出点数点数继电继电器器输输出出晶体管晶体管输输出出继电继电器器输输出出晶体管晶体管输输出出FX2N-16MR-001FX2N-16MT-00188FX2N-32MR-001FX2N-32MT-001FX2N-32MR-DFX2N-32MT-D1616FX2N-48MR-001FX2N-48MT-001FX2N-48MR-DFX2N-48MT-D2424FX2N-64MR-001FX2N-64MT-001FX2N-64MR-DFX2N-64MT-D3232FX2N-80MR-001FX2N-80MT-001FX2N-80MR-DFX2N-80MT-D4040FX2N-128MR-001FX2N-128MT-0016464表表4.4 FX2N系列系列PLC的的I/O扩展单元扩展单元AC电源，24V直流输入DC电源，24V直流输入输入点数输出点数继电器输出晶体管输出晶闸管输出继电器输出晶体管输出FX2N-32ERFX2N-32ETFX2N-32ES1616FX2N-48ERFX2N-48ETFX2N-48ER-DFX2N-48ET-D2424表表4.5 FX2N系列系列PLC的基本性能指标的基本性能指标项 目FX2N运算控制方式存储程序，反复运算I/O控制方式批处理方式（在执行END指令时），可以使用I/O刷新运算处理速度基本指令/指令应用指令/指令数百微秒/指令程序语言逻辑梯形图和指令表，可以用步进指令来生成顺序控制指令程序容量（EEPROM）内置8kB步，用存储器卡可达16kB步指令容量基本、步进基本指令27条，步进指令2条应用指令128条I/O设置最多256点表表4.6 FX2N系列系列PLC的的I/O扩展模块扩展模块输入模入模块继电器器输出出晶体管晶体管输出出晶晶闸管管输出出输入点数入点数输出点数出点数FX2N-16EX16FX2N-16EX-C16FX2N-16EL-C16FX2N-16EYRFX2N-16EYS16FX2N-16EYT16FX2N-16EYT-C164.2 FX2N系列系列PLC的编程元件的编程元件4.2.1 输入继电器与输出继电器输入继电器与输出继电器 FX2N系列系列PLC梯形图中的编程元件的名称由字母和数梯形图中的编程元件的名称由字母和数字组成，它们分别表示元件的类型和元件号，例如字组成，它们分别表示元件的类型和元件号，例如X000、Y001。输入继电器和输出继电器的元件号用八进制表示，。输入继电器和输出继电器的元件号用八进制表示，八进制数只有八进制数只有07这这8个数字符号，遵循个数字符号，遵循“逢逢8进进1”的运算的运算规则。规则。P86页表页表4.7给出了给出了FX2N系列系列PLC的输入、输出继的输入、输出继电器元件号。电器元件号。w1输入继电器输入继电器Xw专门用于接收从外部开关或敏感元件来的信号，其线圈与专门用于接收从外部开关或敏感元件来的信号，其线圈与输入端相连，可提供多对电子常开、常闭触点，供编程时输入端相连，可提供多对电子常开、常闭触点，供编程时调用。调用。w只能由外部信号驱动，不能由内部指令驱动。只能由外部信号驱动，不能由内部指令驱动。图图4-1 输入继电器电路示意图输入继电器电路示意图 图图4.1 PLC控制系统的示意图控制系统的示意图几个元件的对应梯形图图符几个元件的对应梯形图图符 w2输出继电器输出继电器Yw只能由程序内部指令驱动，它提供一个外部输出触点带负只能由程序内部指令驱动，它提供一个外部输出触点带负载，另外提供多对电子常开、常闭触点供编程时使用。载，另外提供多对电子常开、常闭触点供编程时使用。w元件编号采用八进制元件编号采用八进制 图图42 输出继电器电路示意图输出继电器电路示意图w只能由只能由PLC内各软元件的触点驱动，它不能接收外部的输内各软元件的触点驱动，它不能接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载，相当于继电器控制系入信号，也不能直接驱动外部负载，相当于继电器控制系统中的中间继电器。统中的中间继电器。w十进制编码十进制编码w辅助继电器有三种类型。辅助继电器有三种类型。图图4-3 辅助继电器电路示意图辅助继电器电路示意图4.2.2 辅助继电器（辅助继电器（M）w（1）通用型辅助继电器）通用型辅助继电器w有有500点，编号为点，编号为M0M499，无掉电保持功能。，无掉电保持功能。w（2）掉电保护型辅助继电器）掉电保护型辅助继电器w有有2572点，编号为点，编号为M500M3071，某些控制系统要求记忆，某些控制系统要求记忆电源中断瞬时的状态，重新通电后再现其状态，断电保持电源中断瞬时的状态，重新通电后再现其状态，断电保持辅助继电器适用于这种场合。辅助继电器适用于这种场合。图图4-4 失电数据保持电路失电数据保持电路w（3）特殊辅助继电器）特殊辅助继电器w有有256点，编号为点，编号为M8000M8255，每一个均具有特定功能，每一个均具有特定功能，分为两大类：分为两大类：w1）触点利用型：线圈由）触点利用型：线圈由PLC自己驱动，用户只能利用其自己驱动，用户只能利用其触点。触点。nM8000：运行监视：当运行监视：当PLC处于运行状态时，处于运行状态时，M8000自自动为动为“1”；反之，；反之，M8000 为为“0”nM8002：产生初始化脉冲，：产生初始化脉冲，PLC的第一个扫描周期内，的第一个扫描周期内，M8002为为“1”，以后为，以后为“0”。M8000M8002M8012：以周期为：以周期为100ms循环通断循环通断（M8011M8014：10ms、100ms、1s、1min时钟时钟）M8012w2）驱动线圈型。用户驱动线圈后，）驱动线圈型。用户驱动线圈后，PLC作特定动作。作特定动作。M8030：锂电池电压下降到一定值时：锂电池电压下降到一定值时M8030为为“1”M8033：PLC停止运行时输出保持停止运行时输出保持M8034：若使：若使M8034为为“1”将起到禁止全部输出的作用将起到禁止全部输出的作用M8039：PLC以以D8039中指定的扫描时间工作。中指定的扫描时间工作。w4.2.3 状态继电器（状态继电器（S）w与步进顺控指令与步进顺控指令STL组合使用。编号为组合使用。编号为S0S999，共，共1000点。点。w初始化用初始化用：S0S9，共，共10点；点；w回原点用回原点用：S10S19，共，共10点；点；w通用通用：S20S499，共，共480点；点；w掉电保持用掉电保持用：S500S899，w 共共400点；点；w报警用报警用：S900S999，共，共100点。点。w以机械手抓取工件的运动为例，以机械手抓取工件的运动为例，w说明状态器的功能和作用：说明状态器的功能和作用：w三个动作：下降三个动作：下降夹紧夹紧上升，是典型的步进顺序控制上升，是典型的步进顺序控制.图图4-17 机械手抓取工件步进机械手抓取工件步进 顺控流程图顺控流程图 w4.2.4定时器（定时器（T）w定时器在定时器在PLC中的作用相当于一个时间继电器，它有一中的作用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）以及无限个触点（一个位），这三个存储单元个字长）以及无限个触点（一个位），这三个存储单元使用同一个元件号。使用同一个元件号。w采用十进制编码，定时值采用十进制编码，定时值=K值值 定时精度值，定时精度值，所有定时所有定时器都只有其线圈器都只有其线圈“通电通电”并延时后才动作的触点，都没有并延时后才动作的触点，都没有瞬时动作的触点。瞬时动作的触点。w触点动作定时器可以用用户程序存储器内的常数触点动作定时器可以用用户程序存储器内的常数k或或H作作为设定值，也可以用数据寄存器为设定值，也可以用数据寄存器D的内容作为设定值。的内容作为设定值。w（1）通用型定时器（非积算定时器）（）通用型定时器（非积算定时器）（T0T245）w1)100ms定时器（定时器（T0T199）：时间设定值为）：时间设定值为0.1-3276.7s，定时值，定时值=K值值 100msw2)10ms定时器（定时器（T200T245）：时间设定值为）：时间设定值为0.01-327.67s，定时值，定时值=K值值 0.01s 图图4-5 通用型定时器原理示意图通用型定时器原理示意图 图图4-6通用型定时器动作时序图通用型定时器动作时序图 w（2）积算型定时器（积算型定时器（T246T255）w输入电路断开或停电时，当前值保持不变。输入电路断开或停电时，当前值保持不变。w1）1ms积算定时器（积算定时器（T246T249），时间设定值），时间设定值为为0.00132.767s，定时值，定时值=K值值 1msw2）100ms积算定时器（积算定时器（T250T255）：时间设定）：时间设定值为值为0.13276.7s，定时值，定时值=K值值 0.1s 图图4-7 积算定时器原理示意图积算定时器原理示意图 图图4-8 积算定时器动作时序图积算定时器动作时序图w4.2.5 计数器（计数器（C）w内部计数器是在执行扫描操作时对内部元件（如内部计数器是在执行扫描操作时对内部元件（如X、Y、M、S、T、C）的信号进行计数的计数器。）的信号进行计数的计数器。w十进制编码（分加计数、减计数和双向计数器）十进制编码（分加计数、减计数和双向计数器）w（1）内部信号计数器（）内部信号计数器（C0C234）w1）16bit增计数器（增计数器（C0C199）w通用型：通用型：C0C99，共，共100点，设定值为点，设定值为K1K32767；w掉电保持型：掉电保持型：C100C199，共，共100点，设定值为点，设定值为K1K32767。图图4-9 16bit增计数器的用法增计数器的用法 图图4-10 16bit增计数器动作时序图增计数器动作时序图 w2）32bit双向计数器（双向计数器（C200C234）w通用型：通用型：C200C219，共，共20点，作增计数或减计数（计数点，作增计数或减计数（计数方向）由特殊辅助继电器方向）由特殊辅助继电器M8200M8219设定。当对应的设定。当对应的辅助继电器断开（置辅助继电器断开（置0）时为加计数，置）时为加计数，置1时为减计数。时为减计数。w掉电保持型：掉电保持型：C220C234，共，共15点，作增计数或减计数点，作增计数或减计数（计数方向）由特殊辅助继电器（计数方向）由特殊辅助继电器M8220M8234设定。它设定。它的当前值和触点状态在失电时均能保持。的当前值和触点状态在失电时均能保持。表表432位计数器增位计数器增/减计数切换所用的减计数切换所用的对应特殊辅助继电器地址号对应特殊辅助继电器地址号计数器地计数器地址号址号方方 向向 切切 换换计数器地计数器地址号址号方方 向向 切切 换换计数器地计数器地址号址号方方 向向 切切 换换计数器地计数器地址号址号方方 向向 切切 换换C200M8200C209M8209C218M8218C226M8226C201M8201C210M8210C219M8219C227M8227C202M8202C211M8211C228M8228C203M8203C212M8212C220M8220C229M8229C204M8204C213M8213C221M8221C230M8230C205M8205C214M8214C222M8222C231M8231C206M8206C215M8215C223M8223C232M8232C207M8207C216M8216C224M8224C233M8233C208M8208C217M8217C225M8225C234M8234图图4-11 32bit双向计数器的用法双向计数器的用法 图图4-12 32bit双向计数器动作时序图双向计数器动作时序图 w（2）高速计数器（）高速计数器（C235C255）w共共21点，在点，在PLC中共享中共享6个高速计数器输入端个高速计数器输入端X000X005。高速计数器按中断原则运行，。高速计数器按中断原则运行，均为均为32位加位加/减计数减计数器。器。w高速计数器是按中断原则运行的，因而它独立于扫描周高速计数器是按中断原则运行的，因而它独立于扫描周期，选定计数器的线圈应以连续方式驱动，以表示这个期，选定计数器的线圈应以连续方式驱动，以表示这个计数器及其有关输入连续有效，其它高速处理不能再用计数器及其有关输入连续有效，其它高速处理不能再用其输入端子其输入端子。w高速计数器的选择不是任意的，它取决于所需计数器的高速计数器的选择不是任意的，它取决于所需计数器的类型及高速输入端子。类型及高速输入端子。表表4.11 全部高速计数器全部高速计数器 注：注：U表示加计数输入，表示加计数输入，D表示减计数输入，表示减计数输入，R表示复位输入，表示复位输入，S表示启动输入，表示启动输入，A表示表示A相输入，相输入，B表示表示B相输入。相输入。w 1）1相无启动相无启动/复位端子高速计数器复位端子高速计数器C235C240w 2）1相带启动相带启动/复位端子高速计数器复位端子高速计数器C241C245w 3）1相相2输入（双向）高速计数器输入（双向）高速计数器C246C250 w 4）2相输入（相输入（AB相型）高速计数器相型）高速计数器C251C255 w4.2.6 数据寄存器数据寄存器(D)w（1）通用数据寄存器（）通用数据寄存器（D0D199）w十进制编码，共十进制编码，共200点；点；w只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。w但是当但是当PLC由运行到停止或断电时，该类数据寄存器的数由运行到停止或断电时，该类数据寄存器的数据被清除为据被清除为0。w但是当特殊辅助继电器但是当特殊辅助继电器M8033置置1，PLC由运行转向停止由运行转向停止时，数据可以保持。时，数据可以保持。w（2）断电保持数据寄存器（）断电保持数据寄存器（D200D7999）w断电保持断电保持/锁存寄存器有断电保持功能，锁存寄存器有断电保持功能，PLC从从RUN状态状态进入进入STOP状态时，断电保持寄存器的值保持不变。利用状态时，断电保持寄存器的值保持不变。利用参数设定，可改变断电保持的数据寄存器的范围。参数设定，可改变断电保持的数据寄存器的范围。w断电保持数据寄存器断电保持数据寄存器D200D511共共312点，只要不改写，点，只要不改写，原有数据不会丢失。原有数据不会丢失。w文件寄存器文件寄存器D1000D7999共共2000点；点；w文件寄存器是以文件寄存器是以500点为一个单位，可被外部设备存取。点为一个单位，可被外部设备存取。文件寄存器实际上被设置为文件寄存器实际上被设置为PLC的参数区。文件寄存器与的参数区。文件寄存器与锁存寄存器是重叠的，可保证数据不会丢失。锁存寄存器是重叠的，可保证数据不会丢失。FX2N系列系列的文件寄存器可通过的文件寄存器可通过BMOV（块传送）指令改写。（块传送）指令改写。w（3）特殊用：）特殊用：D8000D8255，共，共256点。点。w这些数据寄存器供监视这些数据寄存器供监视PLC中器件运行方式用。其内容中器件运行方式用。其内容在电源接通时，写入初始值（先全部清在电源接通时，写入初始值（先全部清0，然后由系统，然后由系统ROM安排写入初始值）。例如，安排写入初始值）。例如，D8000所存的警戒监视所存的警戒监视时钟的时间由系统时钟的时间由系统ROM设定。若有改变时，用传送指设定。若有改变时，用传送指令将目的时间送入令将目的时间送入D8000。该值在。该值在PLC由由RUN状态到状态到STOP状态保持不变。未定义的特殊数据寄存器，用户状态保持不变。未定义的特殊数据寄存器，用户不能用。不能用。w4.2.7 变址寄存器（变址寄存器（V、Z）w编号为编号为V0V7、Z0Z7，都是，都是16位数据寄存器，可像其位数据寄存器，可像其它的数据寄存器一样进行数据的读写。变址寄存器除了它的数据寄存器一样进行数据的读写。变址寄存器除了和普通的数据寄存器有相同的使用方法外，还常用于修和普通的数据寄存器有相同的使用方法外，还常用于修改器件的地址编号。改器件的地址编号。V、Z都是都是16位的寄存器，可进行数位的寄存器，可进行数据的读写。当进行据的读写。当进行32位操作时，将位操作时，将V、Z合并使用，指定合并使用，指定Z为低位。为低位。图图4-13 变址寄存器的用法变址寄存器的用法w4.2.8 指针（指针（P、I）w（1）分支指令用指针）分支指令用指针P0P127（128点）点）w用来指示跳转指令（用来指示跳转指令（CJ）的跳步目标和子程序调用指令）的跳步目标和子程序调用指令（CALL）调用的子程序的人口地址，执行）调用的子程序的人口地址，执行 到子程序中的到子程序中的SRET（子程序返回）指令时返回去执行主程序。其中（子程序返回）指令时返回去执行主程序。其中P63是结束跳转用，是结束跳转用，P0-P62，P64-P127用来指定条件跳转。用来指定条件跳转。图图414分支用指针的用法分支用指针的用法（2）中断用指针）中断用指针I0I8（9点）点）w中断用指针用来指明某一中断源的中断程序入口标号，执中断用指针用来指明某一中断源的中断程序入口标号，执行到行到IRET（中断返回）指令时返回主程序。（中断返回）指令时返回主程序。w1）输入中断输入中断I0w0表示为下降沿中断；表示为下降沿中断；1表示为上升沿中断。表示为上升沿中断。w表示输入号，取值范围为表示输入号，取值范围为05，每个输入只能用一次。，每个输入只能用一次。w 2)定时器中断定时器中断Iw表示定时器中断号，取值范围为表示定时器中断号，取值范围为68，每个定时器只能，每个定时器只能用用1次。次。表示定时时间，取值范围为表示定时时间，取值范围为1099ms。w3）计数器中断计数器中断I00w表示计数中断号，取值范围为表示计数中断号，取值范围为16ms。w使用中断指令时应注意：使用中断指令时应注意：w中断指针必须编在中断指针必须编在FEND指令后作为标号；指令后作为标号；w中断点数不能多于中断点数不能多于15点；点；w中断嵌套不能多于中断嵌套不能多于2 层；层；w中断指针中百位数上的数字不可重复使用；中断指针中百位数上的数字不可重复使用；w用于中断的输入端子，不能再用于用于中断的输入端子，不能再用于SPD指令或其指令或其它高速处理。它高速处理。（3）常数（）常数（K/H）w常数也作为器件对待，它在存储器中占有一定的空间，常数也作为器件对待，它在存储器中占有一定的空间，十进制常数用十进制常数用K表示，如表示，如18表示为表示为K18；十六进制常数；十六进制常数用用H表示，如表示，如18表示为表示为H12。