电 气 控 制 技 术
吕国芳
河海大学电气工程学院
教学内容： 电器控制（上篇）、PLC原理及应用（下篇）
参考书目：
现代电气控制技术
郑 萍 主编 重庆大学出版社
电器控制
李 仁 主编 机械工业出版社
可编程序控制器应用技术
廖常初 等编 重庆大学出版社
可编程序控制器应用指南
易传禄 等编 上海科普出版社
可编程序控制器原理及程序设计
崔亚军 等编 电子工业出版社
学习要求：
熟练掌握断路器、隔离开关、接触器、热继电器、熔断器在电路中的作用、特点、绘制符号、设计选型时要注意的重要技术参数。
熟练掌握行程开关、按钮开关在电路中的作用、绘制符号。
灵活掌握电气设备简单的起停保控制线路 、 异步电机正 、 反转电气控制线路 、 异步电机“Y/△”电气控制线路等，理解它们的设计思路，学会设计相应的电气控制电路。
透彻了解PLC的特点、为提高其可靠性采取的一些措施。
熟练掌握PLC的组成、各主要部件的功能、PLC的工作原理（扫描工作过程、系统响应时间），了解三菱FX2N PLC编程元件的地址。
熟练掌握梯形图使用的符号、概念、规则，学会自己设计PLC梯形图程序，掌握三菱FX2N PLC的基本指令。
熟练掌握PLC程序设计的功能表图法和其基本概念，学会用功能表图法设计PLC控制程序并能熟练地转化为梯形图。
掌握PLC控制系统的特点、判断一个控制系统是否需要由PLC来构成的特性以及PLC选型时应考虑的问题。
学会用PLC设计控制系统（包括PLC硬件、软件和电气控制回路）。
目 录
上篇 电器控制 7
第一章． 常用低压电器及其符号 7
1.1 电器的作用与分类 7
1.2 低压电器的电磁机构及执行机构 7
1.2.1 电磁机构 7
1.2.2 执行机构 8
1.3 接触器 9
1.3.1 接触器的主要技术数据 9
1.3.2 交流接触器 10
1.3.3 直流接触器 10
1.4 继电器 11
1.4.1 继电器的特性及主要参数 11
1.4.2 电磁式继电器 11
1.4.3 时间继电器 13
1.4.4 行程开关 13
1.4.5热继电器 15
1.5 其他常用电器 15
1.5.1低压熔断器 15
1.5.2低压隔离器 16
1.5.3 低压断路器 17
1.5.4主令电器 18
1.6 常用电气元件图形符号 20
第二章． 基本电气控制线路 27
2.1 电气设备简单的起停保控制线路 27
2.2 多地点控制线路 27
2.3 异步电机正、反转电气控制线路 28
2.4 异步电机“Y-△”降压起动电气控制线路 29
第三章． 常用电器元件的选择 30
3.1 按钮 30
3.2 断路器 30
3.3 接触器 30
3.4 热继电器 30
3.5 熔断器 31
下篇 PLC原理及应用 32
第一章 PLC概论 32
第一节． PLC的产生 32
第二节． PLC的定义及其术语 33
一．定义 33
二．常用术语 33
第三节． PLC特点 34
一． 可靠性高、抗干扰能力强 34
二． 程序可变、具有柔性 35
三． 编程简单、使用方便 35
四． 功能完善 36
五． 组合灵活、扩充方便 36
六． 减少了工作量 36
七． 体积小、重量轻、环境要求低 36
八． 成本低、水平高 36
第四节． PLC的应用状况和发展趋势 37
一． 应用状况 37
二． 发展趋势 38
第二章 PLC的组成及工作原理 41
第一节． PLC的组成 41
第二节． PLC主要部件功能 42
一． CPU 42
二． 存储器 42
三． I/O部分 44
四． 编程工具 49
五． 电源 50
第三节． PLC的工作原理 51
一． PLC的工作过程 51
二． 扫描周期的计算方法 52
三． 系统响应时间 53
第四节． 三菱FX2N PLC简介及编程元件的地址 56
第五节． OMRON C200H数据通道 65
一． I/O继电器区 65
二． 内部辅助继电器区 ( Internal Relay ) IR区 66
三． 特殊继电器区 ( Special Relay ) SR区 66
四． 暂存继电器区 ( Temporary Relay ) TR区 69
五． 保持继电器区 ( Holding Relay ) HR区 69
六． 辅助存贮继电器区 ( Auxiliary Relay ) AR区 69
七． 链接继电器区 ( Link Relay ) LR区 69
八． 定时/计时继电器区 ( Timer & Counter ) TC区 69
九． 数据存贮区 ( Data Memory ) DM区 69
第三章 三菱FX2N PLC指令系统 70
第一节． 编程语言简介 70
一． 梯形图 70
二． 助记符 70
三． 布尔表达式 71
四． 功能块图 ( Function block diagram ) 71
五． 功能表图 ( Function chart ) 71
六． 高级语言 72
第二节． 梯形图使用的符号、概念及注意事项 73
一． 梯形图中的符号、概念 73
二． 梯形图使用应注意事项： 73
第三节． 三菱FX2N PLC指令 75
一． 分类 75
二． 基本指令概述 81
第四章 PLC应用实例 87
第五章 PLC程序设计的功能表图方法 99
第一节. 概 述 99
第二节. 功能表图的基本概念 99
一． 步 100
二． 有向线和转移 100
三． 功能表图的构成规则 101
四． 功能表图的基本形式 101
第三节. 用梯形图实现功能表图的程序设计 104
一． 步的进入 104
二． 步的退出 104
第六章 PLC应用中的若干问题 107
第一节． PLC的使用及其型号选择 107
一． PLC型号的选择 107
二． 开关量I/O模块的选择 108
三． 编程手段的选择 109
第二节． 降低PLC系统费用的方法 109
一． 减少模块的数量 109
二． 减少输入点 109
三． 减少输出点 112
上篇 电器控制
常用低压电器及其符号
低压电器（Low voltage Apparatus）通常指工作在交、直流电压1200V以下的电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。本章主要介绍常见的接触器、继电器、低压断路器、万能转换开关、熔断器等设备的基本结构、功能及工作原理。
1.1 电器的作用与分类
电器就是广义的电气设备。它可能很大、很复杂，比如一台彩色电视机或者一套自动化装置；它也可以很少、很简单，比如一个钮子开关或者一个熔断器。在工业意义上，电器是指能根据特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的电气设备。电器的种类繁多，构造各异，通常按以下分类方法分为几类。
按 电 压 等 级 分：高压电器（High-voltage Apparatus）、低压电器（Low-voltage Appara-tus）；
按所控制的对象分 ：低压配电电器（Distributing Apparatus）、低压控制电器（Control Apparatus）。
前者主要用于配电系统，如刀开关、熔断器等，后者主要用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中。
按 使 用 系 统 分：电力系统用电器、电力拖动及自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器；
按 工 作 职 能 分：手动操作电器、自动控制电器（自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、其他电器（稳压与调压电器、起动与调速电器、检测与变换电器、牵引与传动电器）；
按 电 器 组 合 分：单个电器、成套电器与自动化装置；
按 有 无 触 点 分：有触点电器、无触点电器、混合式电器；
按 使 用 场 合 分：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、其他场合（如航空、船舶、热带、高原）用电器。
本章主要涉及电力拖动、自动控制系统用电器，如交直流接触器、各类继电器、自动空气断路器、行程开关、熔断器、主令电器等。
1.2 低压电器的电磁机构及执行机构
从结构上来看，电器一般都具有两个基本组成部分——感测部分、执行部分。
感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放大、判断，作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实现控制的目的。
执行部分则是触头。
对于有触头的电磁式电器，感测部分大都是电磁机构。对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作原理不同而各有差异，但执行部分仍是触头。
1.2.1 电磁机构
电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分一，它将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。
1.2.2 执行机构
低压电器的执行机构一般由主触点及其灭弧装置组成.
触点
触点用来接通或断开被控制的电路。它的结构形式很多，按其接触形式可分为3种，即点接触、线接触和面接触，如图2.2示。
图2.2（a）所示为点接触，它由两个半球形触点或一个半球形与一个平面形触点构成。它常用于小电流的电器中，如接触器的辅助触点或继电器触点。
图2.2（b）所示为线接触，它的接触区域是一条直线。触点在通断过程中是滚动接触，这样，可以自动清除触点表面的氧化膜，同时长期工作的位置不是在易烧灼的起始点而是在终点，保证了触点的良好接触。这种滚动线接触多用于中等容量的触点，如接触器的主触点。
图2.2（c）所示为面接触，它可允许通过较大的电流。这种触点一般在接触面上镶有合金，以减小触点接触电阻和提高耐磨性，多用作较大容量接触器或断路器的主触点。
电弧的产生与灭弧装置
当断路器或接触器触点切断电路时，如电路中电压超过10-20V和电流超过80-100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这实际上是一种气体放电的现象，通常称为“电弧”。
根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。根据上述灭弧原则，常用的灭弧装置有如下几种。
磁吹式灭弧装置
这种灭弧装置是利用电弧电流产生的磁场来灭弧，因而电弧电流越大，吹弧的能力也越强。它广泛应用于大电流的直流接触器中。
灭弧栅
灭弧栅灭弧原理：灭弧栅片3由许多镀铜薄钢片组成，片间距离为2-3mm，安放在触点上方的灭弧罩内。一旦发生电弧，电弧周围产生磁场，使导磁的钢片上有涡流产生，将电弧吸入栅片，电弧被栅片分割成许多串联的短电弧，当交流电压过零时电弧自然熄灭，两栅片间必须有150-250V电压，电弧才能重燃。这样一来，一方面电源电压不足以维持电弧，同时由于栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃。这是一种常用的交流灭弧装置。
灭弧罩
比灭弧栅更为简单的是采用一个用陶土和石棉水泥做的耐高温的灭弧罩，用以降温和隔弧，可用于交流和直流灭弧。
多断点灭弧
在交流电路中也可采用桥式触点，如图2.3所示。有两处断开点，相当于两对电极，若有一处断点要使电弧熄灭后重燃需要150-250V，现有两处断点就需要2×(150-250)V，所以用利于灭弧。若采用双极或三极触点控制一个电路时，根据需要可灵活地将二个极或三个极串联起来当做一个触点使用，这组触点便成为多断点，加强了灭弧效果。
1.3 接触器
接触器（Contactor）是用来频繁接通和切断电动机或其他负载主电路的一种自动切换电器。接触器由于生产方便、成本低廉、用途广泛，故在各类低压电器中，生产量最大、使用面最广。
接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合或断开大电流电路的，是一种非常典型的电磁式电器。接触器的主要组成部分为电磁系统和触头系统。电磁系统是感测部分，触头系统是执行部分。触头工作时，需经常接通和分断额定电流或更大的电流，所以常有电弧产生，为此，一般情况下都装有灭弧装置，并与触头共称触头一灭弧系统，只有额定电流甚小者才不设灭弧装置。
接触器按其主触头通过的电流种类，分为直流接触器和交流接触器。按主触头的极数又可分为单极、双极、三极、四极和五极等几种。直流接触器一般为单极或双极；交流接触器大多为三极，四极多用于双回路控制，五极用于多速电动机控制或者自动式自耦减压起动器中。
1.3.1 接触器的主要技术数据
额定电压
接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。通常用的电压等级为
直流接触器：220、440、660V。
交流接触器：220、380、500V。
按规定，在接触器线圈已发热稳定时，加上85%的额定电压，衔铁应可靠地吸合；反之，如果工作中电网电压过低或者突然消失，衔铁亦应可靠地释放。
额定电流
接触器铭牌额定电流是指主触点的额定电流。通常用的电流等级为
直流接触器：25、40、60、100、150、250、400、600A。
交流接触器：5、9、12、16、20、25、32、40、52、63、、75、110、170、250、400、630A。
上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，触点工作不超过额定温升，负载为间断-长期工作制时的电流值。所谓间断-长期工作制是指接触器连续通电时间不超过8h。若超过8h，必须空载开闭3次以上，以消除表面氧化膜。如果上述诸条件改变了，就要相应修正其电流值。具体如下：
当接触器安装在箱柜内时，由于冷却条件变差，电流要降低10%-20%使用；
当接触器工作于长期工作制时，则通电持续率不应超过40%；敞开安装，电流允许提高10%-25%；箱柜安装，允许提高5%-10%。
线圈的额定电压
通常用的电压等级为：
直流线圈：24、48、110、220、440V。
交流线圈：24、36、120、220、380V。
一般情况下，交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但交流负载频繁动作时也可采用直流吸引线圈的接触器。
额定操作频率
额定操作频率指每小时接通次数。现代生产的接触器，允许接通次数为150-1500次/h。
电寿命和机械寿命
电寿命是指接触器的主触点在额定负载条件下，所允许的极限操作次数。机械寿命是指接触器在不需修理的条件下，所能承受的无负载操作次数。现代生产的接触器其电寿命可达50-100万次，机械寿命可达500-1000万次。（106-7数量级）
接触器的电气符号
接触器的电气符号，如图2.4所示。
1.3.2 交流接触器
交流接触器（Alternating Current Contactor）一般有3对主触头，两个动合（常开）辅助触头，两个动断常闭辅助触头。中等容量及以下为直动式，大容量为转动式。
目前，国内市场产品繁多，举不胜举。有工厂自行设计改进的，有全国统一设计研制的，也有引进国外制造技术生产的，还有国外产品。介绍几种具有代表性的产品（可参考电气工程手册）。
1.3.3 直流接触器
直流接触器（Direct Current Contactor）是一种通用性很强的电器产品，除用于频繁控制电动机外，还用于各种直流电磁系统中。随着控制对象及其运行方式不同，接触器的操作条件也有较大差别。接触器铭牌上所规定的电压、电流、控制功率及电气寿命，仅对应于一定类别的额定值。GB1497-85《低压电器基本标准》列出了低压电器常见的使用类别及其代号，详见电气工程手册附录。
1.4 继电器
1.4.1 继电器的特性及主要参数
继电器（Relay）是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。一般来说，继电器由承受机构、中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映断电器输入量，并传递给中间机构，将它与预定的量（即整定值）进行比较，当达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使执行机构产生输出量，用于控制电路的开、断。继电器通常触点容量较小，接在控制电路中，主要用于反应控制信号，是电气控制系统中的信号检测元件；而接触器触点容量较大，直接用于开、断主电路，是电气控制系统中的执行元件。
继电器还可以有以下各分类方法：按输入量的物理性质分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器等；按动作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等；按动作时间分为快速继电器、延时继电器、一般继电器；按执行环节作用原理分为有触点继电器、无触点继电器；本节主要介绍控制继电器中的电磁式（电压、电流、中间）继电器、时间继电器、热继电器等。
继电器的主要特点是具有跳跃式的输入-输出特性，电磁式继电器的特性如图2.5所示，这一矩形曲线统称为继电器特性曲线。
一般，继电器的吸合时间、释放时间为0.05 ~ 0.15 s 。
1.4.2 电磁式继电器
常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器。中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大（触点数量及容量）作用。电磁式继电器的结构与原理与接触器类似，是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点等部分组成客观上，接触器与中间继电器无截然的分界线。某些容量特别小的接触器与一些中间继电器相比，无论从原理和外观都难以看出有什么明显的不同。
电磁式继电器种类很多，下面仅介绍几种较典型的电磁式继电器。
电流/电压继电器
电流继电器（Current Relay）与电压继电器（Voltage Relay）在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈与负载串联以反映负载电流，故它的线圈匝数少而导线粗，这样通过电流时的压降很少，不会影响负载电路的电流，而导线粗电流大仍可获得需要的磁势。电压继电器的线圈与负载并联以反映负载电压，其线圈匝数多而导线细。
中间继电器
中间继电器（Auxiliary Relay）在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。它输入的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。
1.4.3 时间继电器
凡是在敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段时间才动作的继电器叫时间继电器（Time Delay Relay）。这里指的延时区别于一般电磁继电器从线圈得到电信号到触点闭合的固有动作时间。时间继电器一般有通电延时型和断电延时型，其符号如图2.9所示。时间继电器种类很多，常用的有电磁阻尼式、空气阻尼式、电动式，新型的有电子式、数字式等时间继电器。
1.4.4 行程开关
行程开关（Travel Switch）又称限位开关，是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关电器。它是通过其机械结构中可动部分的动作，将机械信号变换为信号，以实现对机械的电气控制。
从结构看，行程开关由3个部分组成：操作头，触头系统和外壳。操作头是开关的感测部分，它接受机械结构发出的动作信号，并将此信号传递到触头系统。触头系统是开关的执行部分，它将操作头传来的机械信号，通过本身的转换动作，变换为电信号，输出到有关控制回路，使之能按需要作出必要的反应。
JW系列基本型微动开关
习惯上把尺寸甚小且极限行程甚小的行程开关称为微动开关（Sensition Switch），图2.10为JW系列基本型微动开关外形及结构示意图。JW系列微动开关由带纯银触点的动静触头、作用弹簧、操作钮和胶木外壳等组成。当外来机械力加于操作钮时，操作钮向下运动，通过拉钩将作用弹簧拉伸，弹簧拉伸到一定位置时触头离开常闭触头，转而同常开触头接通。当外力除去后，触头借弹簧力自动复位。微动开关体积小，动作灵敏，适用天在小型机构中使用。由于操作钮允许压下的极限行程很小，开关的机械强度不高，使用时必须注意避免撞坏。
LX19K型行程开关
图2.11 所示为最典型的LX19K型行程开关的结构示意图，它由按钮、常开静触点、常闭静触点、接触桥（桥式动触点）、触头弹簧、恢复弹簧和塑料基座等组成。其中，接触桥采用弹性铜片制造。其工作原理如下：当外界机械力碰压按钮，使它向内运动时，压迫弹簧，并通过弹簧使接触桥由与常闭静触头接触转而同常开静触头接触。此时，触头弹簧和接触桥本身的弹性都有助于使触头转换加速，起到了瞬动机构的作用。当外界机械力消失后，恢复弹簧使接触桥重新自动恢复到原来的位置。LX19系列开关配有动合触头、动断
触头各一对。该系列行程开关是以LX19K型元件为基础，装上金属或塑料的保护外壳，增设不同的滚轮和传动杆，就可组成单轮、双轮及径向传动杆等形式的行程开关。如装设传动杆的SX19-001型行程开关、装设单轮的LX19-111、122、131、型行程开关、装设双轮的LX19-212、222、232型行程开关。单滚轮行程开关在外力去掉后，触点能依靠弹簧自动复位。双滚轮行程开关在撞块通过其中一滚轮时，使开关动作。当撞块离开滚轮后，开关不能自动复位。直到撞块在返回行程中撞击另一滚轮时，开关才复位。这种开关具有记忆功能，在某些情况下，可使线路简化。
JLXK1系列行程开关
在上述LX19系列行程开关使用中，由于有较大的机械碰撞和磨擦，只适用于低速的机械。为了控制运动速度较高的机械，行程开关必须快速而可靠地动作，以减少电弧对触头的电侵蚀。为此，在JLXK1系列行程开关中采用了触头的速动机构。JLXK1系列行程开关头部的操作机构可在相差90°的4个方向任意安装，而且能够通过调整撞块的位置和方向，以适应不同的需要和满足单向或双向动作的要求。图1.24 o JLXK1-111型行程开关结构原理图。其动作原理是：当运动机构制子的移动压到行程开关滚轮上时，传动杠杆带动轴一起转动，使凸轮推动撞块，当撞块被压到相当位置时，推动钮使微动开关快速动作。当滚轮上的制子移开后，复位弹簧就使行程开关各部分自动恢复原始位置。这种单轮自动恢复式行程开关是依靠本身的恢复弹簧来复原，在生产机械的自动控制中应用较广泛。双轮旋转式行程开关，一般不能自动复原，而是依靠运动机械反向移动，制子碰撞另一个滚轮将其复原。这种双轮非自动恢复式行程开关结构较为复杂，价格较贵，但运行较为可靠，仍广泛用于需要的地方。
滚轮式行程开关由于带有瞬动机构，故触点切断速度快。国产行程开关的种类很多，目前常用的还有LX21、LX23、LX32、LXK3等系列。近年来国外生产技术不断引入，引进生产德国西门子公司的3XE3系列行程开关，规格全、外形结构多样、技术性能优良、拆装方便、使用灵活、动作可靠，有开启式、保护式两大类；单轮、双轮滚轮摆杆可调、杠杆可调和弹簧杆等行程开关的符号如图2.12所示。
1.4.5热继电器
热继电器（Thermal over-load Relay）是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作三相异步电动机的过载保护。热继电器的测量元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。主要层材料采用较高膨胀系数的铁镍铬合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。因此，这种双金属片在受热后将向膨胀系数较小的被动层一面弯曲。
双金属片有直接、间接和复式3种加热方式。直接加热就是把双金属片当作发热元件，让电流直接通过；间接加热是用与双金属片无电联系的加热元件产生的热量来加热；复式加热是直接加热与间接加热两种加热形式的结合。
热继电器的基本工作原理如图2.13所示。发热元件串联于电动机工作回路中。电机正常运转时，热元件仅能使双金属片弯曲，还不足以使触头动作。当电动机过载时，即流过热元件的电流超过其整定电流时，热元件的发热量增加，使双金属片弯曲得更厉害，位移量增大，经一段时间后，双金属片推动导板使热继电器的动断触头断开，切断电动机的控制电路，使电机停车。为了使热继电器触头快速动作，往往采瞬跳动作结构。热继电器的电气符号如图2.14所示。
热继电器的整定值是指热继电器长久不动作的最大电流，超过此值即动作。热继电器的整定电流可以通过热继电器所带的专门的调节旋钮进行调整。
热继电器的型号也很多。目前较新型的有：国产的JR16、JR20双多属片式热继电器，引进德国西门屋-芬纳尔公司制造技术生产的JR-23（KD7）系列热过载继电器，与ABB公司的B系列交流接触器配套的T系列热继电器，引进德国西门子公司制造技术生产的JRS3（3UA）系列热过载继电器等产品。
1.5 其他常用电器
1.5.1低压熔断器
熔断器（Fuse）是一种利用熔体的熔化作用而切断电路的、最初级的保护电器，适用于交流低压配电系统，作为线路的过负载及系统的短路保护用。
熔断器的作用原理可用保护特性或安秒特性来表示。所谓安秒特性是指溶化电流与熔化时间的关系，如表1.1和图1.30所示。
熔断电器
1.25IRT
1.6 IRT
2 IRT
2.5 IRT
3 IRT
4 IRT
熔断时间
∞
1h
40s
8s
4.5s
2.5s
熔断器作为过负载及短路保护电器具有分断能力高、限流特性好、结构简单、可靠性高、使用维护方便、价格低又可与开关组成组合电器等许多优点，所以得到广泛的应用。
熔断器是由熔断体及支持件组成。熔断体常制成丝状或片状，熔断体的材料一般有两种：一种是低熔点材料如铅锡合金、锌等；另一种是高熔点材料如银、铜等。支持件是底座与载熔件的组合。支持件的额定电流表示配用熔断体的最大额定电流。
熔断器有很多类型和规格，如有填料封闭管式RT型、无填料封闭管式RM型、螺旋式RL型、快速式RS型、插入式RC型等，熔体额定电流从最小的0.5A(FA4型)到最大的2 100A（RSF型），按不同的形式有不同的规格。
图1.31所示为RL1型螺旋式熔断品结构图。熔断器由瓷帽1、金属管2、指示器3、熔管4、瓷套5、下接线端6、上接线端7和瓷座8等组成。熔管为封闭有填料管式熔断体，它由变截面熔体及高强度瓷管、石英砂等组成。当线路发生过负截或短路时，故障电流通过熔体，熔体被加热、熔化、汽化、断裂而产生电弧。在电弧的高温作用下，熔体金属蒸气迅速向四周喷溅，石英砂使金属蒸气冷却，加速了电弧的熄灭，熔体熔断而切断了故障电路。
有填料管式熔断器具有较好的限流作用，因此，各种形式的有填料管式熔断器得到了广泛的应用。
目前，较新式的熔断器有取代RL1的RL6、RL7型螺旋式熔断器；取代RT0的RT16、RT17、RT20型有填料管式熔断器；取代RS0、RS3的RS、RSF型快速熔断器；取代RLS的RLS2型螺旋式快速熔断器。另外，还有取代R1型下班管式熔断器并可用于二次回路的RT14、RT18，RT19B型有填料封闭管式圆筒形熔断器。
1.5.2低压隔离器
低压隔离器是指在断开位置能符合规定的隔离功能要求的低压机械开关电器，而隔离开关的含义是在断开位置能满足隔离器隔离要求的开关。近十余年来，隔离开关和隔离器的发展非常迅速，常用产品除了HD11-HD14及HS11-HS13（B）系列外，很多都是新开发或引进国外技术生产的新产品，这些产品在结构及技术性能上都较好，代表相当的领先水平。
HR3系列熔断器式刀开关适用于交流50Hz、额定电压380V和直流电压440V、额定电流100-600A的工业企业配电网络中，作为电缆、导线及用电设备的过负载和短路保护，以及在网络正常供电的情况下不频繁地接通和切断电源，如图1.32所示。熔断器式开关是由RT0型熔断器、静触头、操作机构和底座组成的组合电器。它具有熔断器和刀开关的性能，在正常馈电的情况下，接通和切断电源由刀开关承担，熔断器用作导线和用电设备的短路保护或导线的过负载保护。
HR3系列开关都装有灭弧室，灭弧室是由酚醛纸板和钢板冲制的栅片铆合而成。熔断器式刀开关的熔断体固定在带有弹簧钩子锁板的绝缘横梁上，在政常运行时，保证溶断体不脱扣，而当熔断体因线路故障而熔断后，只需按下钩子便可以很方便地更换熔断体。
1.5.3 低压断路器
低压断路器（Automatic Cicuit Breaker）按结构形式分为万能式和塑料外壳式两类。其中，万能式原称作框架式断路器，为与IEC标准使用的名称相符合，已改称为万能式断路器。
低压器断路器又称作自动空气断路器，简称自动空气开关或自动开关。低压断路器与接触器不同的是，虽然允许切断短路电流，但允许操作的次数较低，不适宜频繁操作。
低压断路器主要由触头系统、操作机构和保护元件3部分组成。主触头由耐弧合金（如银钨合金）制成，采用灭弧栅片灭弧。操作机构较复杂，其通断可用手柄操作，也可用电磁机构操作，大容量的断路器也可采用电动机操作；自动脱扣装置可应付各种故障，使触点瞬时动作，而与手柄的操作速度无关。
低压断路器的工作原理如图1.33 所示。它相当于闸刀开关、熔断器、热断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种自动切断电路故障用的保护电器。政常工作时主触头1串联于主电路，处于闭合状态，此时锁键2由搭钩3勾住。自动开关一旦闭合后，由机械连锁保持主触头闭合，而不消耗电能。锁键2被扣住后，分断弹簧13被拉长，储蓄了能量，为开断作准备。过电流脱扣器12的线圈串联于主电路，当电流为正常值时，衔铁吸力不够，处于打开位置。当电路电流超过规定值时，电磁吸力增加，衔铁11吸合，通过杠杆5使搭钩3脱开，主触点1在弹簧13作用下切断电路，这就是过电流保护；当电压过低（欠压）或失压时，欠电压脱扣器8的衔铁7释放，同样由杠杆使搭钩脱开，切断电路，实现了失压保护；过载时双金属片10弯曲，也通过杠杆5使搭钩3脱开，主触点电路被切断，完成过负荷保护。图1.33中其他分别是：转轴4、弹簧6、加热电阻丝9。
低压断路的新型号很多，有用引进技术生产的，如C45、S250S、E4CB、3VE、ME、AE等系列，有国内开发研制的，如CM1、DZ20系列。在20世纪90年代，部分生产厂与国外企业合资建厂引进技术及零件，生产具有当代水平的新型断路器如S、F、M系列等，使我国断路器生产在某些方面达到新的水平。
C45、DPN、NC100小型塑料外壳系列断路器是中法合资天津梅兰有限公司用法国梅兰日兰公司的技术和设备制造的产品，适用于交流50Hz或Hz，额定电压为240/415V及以下的电路中，作为线路、照明及动力设备的过负载与短路保护，以及线路和设备的通断转换。该系列断路器也可用于直流电路。
DZ20系列断路器是我国20世纪80年代以来研制的作为替代DZ10等系列老产品的新型断路器，是目前国内应用得最多的断路器之一。DZ20系列断路器适用于交流50Hz、额定电压380V及以下，直流电压220V及以下网络中，作配电和保护电机用。在正常情况下，可分别作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动用，其外形如图1.34所示，技术数据详见附录1表1.6。
1.5.4主令电器
主令电器（Master Switch）是电气控制系统中用于发送控制指令的非自动切换的小电流开关电器。在控制系统中用以控制电力拖动系统的起动与停止，以及改变系统的工作状态，如正转与反转。主令电器可直接作用于控制线路，也可以通过电磁式电器间接作用。由于它是一种专门发号施令的电器，故称主令电器。
主令电器应用广泛，种类繁多，主要有控制按钮、万能转换开关等。
控制按钮
控制按钮（Push-button）是一种结构简单，应用广泛的主令电器，在控制回路中用于远距离手动控制各种电磁机构，也可以用来转换各种信号线路与电气连锁线路等。
控制按钮的基本结构如图1.35所示，一般由钮帽1、恢复弹簧2、桥式动触头4、静触头3和外壳5等组成。当按下按钮时，先断开常闭触头，然后接通常开触头。当按钮释放后，在恢弹簧作用下使按钮自动复原。这就是一般的按钮，通常称为自复式按钮，也有带自保持机构的按钮，第一次按下后，由机械结构锁定，手放开后不复原，要第二次按下后，锁定机构脱扣，手放开后自动复原。
生产控制中，按钮常常成组使用。为了便于识别各个按钮的作用，避免误操作，通常在按钮上作出不同标志或涂以不同的颜色。通常以绿色或黑色表示起动按钮，红色表示停止按钮。
国内生产的按钮种类很多，目前用得最多的仍然是LA18、LA19、LA20系列。
万能转换开关
万能转换开关（Control Switch）是一种多挡式、控制多回路的主令电器。它一般可用为各种配电装置的远距离控制，也可作为电压表、电流表的转换开关，或作为小容量电动机的起动、调速和换向之用。由于换接的线路多、用途广，故有“万能”之称。
万能转换开关的基本结构如图1.36所示。它由开关手柄1、面板2、固定板3、定位机构4、触头基座5、尾座6以及转轴，凸轮、触头、螺杆等组成。工作时，旋转手柄带动套在转轴上的凸轮来控制触点的接通和断开。由于每层凸轮可做成不同的形状，因此用用柄将开关转到不同位置时，通过作用，可使各对触点按所需要的变化规律接通或断开，以适应不同线路的需要。
我国生产的转换开关种类很多。长久以来，使用得最多的主要有LW2、LW5、LW6、LWX1等几种，这些开关以黑胶木为主要绝缘材料，绝缘强度和机械强度较差，加之触头机构复要，外观比较粗糙，外形比较大，因此质量一直不能使用户满意。近年来，新材料、新技术不断推广，一批新型开关已经上市，其中最有代表性的有国内技术生产的LW12-16系列万能转换开引进ABB技术生产的ABG10系列开关、ADA10转换开关、ABG12万能转换开关等。最常见的国外时口万能转换开关是奥地利生产的蓝系列开关，此开关性能优越，外观也比较好看，但其通断图表不符合国内用户习惯，所以不易使用。
万能转换开关组合形式多样，通断关系十分复杂。要掌握电气控制设计，熟悉开关通断图表是非常重要的。下面以ABG12-2.8N/3电动机可逆转开关为例，简要介绍开关触点图表的基本表示方法。
图1.37(a)为触点通断图，图中3条垂直虚线表示转换开关手柄的3个不同操作位置，分别代表正转、停止和反转3种工作状态；水平线表示端子引线；各对数字1-2、3-4表示6对触点脚号；在虚线上与水平线对应的黑点表示该对触点的虚线位置时是接通的，否则是断开的。
图(b) 为通断表，它以表格形式示出开关工作状态、手柄操作位置和触点对编号等。通常表中以“×”号表示触点接通，以“—”号或空白表示触点断开。如表中，手柄位于中间时，电动机停止；手柄逆时针旋转45°触点1-2、3-4、7-8、和9-10接通。不难看出，通断图和通断表是一一对应的两种表示方法，因此，它们也可以合在一起，组成通断图表。
特别需要指出的是，对于一些触点形式特别复杂的开关，如LW2、LWX1系列等，通断图表上还有必要示出其各层的触点形式代号。限于篇幅，本章不作介绍。
近十年来，低压电器技术迅速发展，更新换代产品日益增多。为了便于正确选择和使用低压电器，现列出低压电器的使用类别代号及其对应的用途性质，见附录1表1.3。
工作状态
手柄位置
触 点 号
1-2
3-4
5-6
7-8
9-10
11-12
正转
×
×
×
—
—
×
停止
—
—
—
—
—
—
反转
×
×
×
×
—
1.6 常用电气元件图形符号
原理、接线图图形符号
安装图图形符号
基本电气控制线路
2.1 电气设备简单的起停保控制线路
2.2 多地点控制线路
2.3 异步电机正、反转电气控制线路
2.4 异步电机“Y-△”降压起动电气控制线路
常用电器元件的选择
3.1 按钮
按钮是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器
选择依据是： 触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等；
电压等级、通流能力（1 ~ 8 A）。.
一般 启动按钮 —— 绿色
停止按钮 —— 红色
紧急操作 —— 蘑菇式按钮
3.2 断路器
断路器除了断开电路的作用外，还具有电流过载、欠压、短路保护的作用。
断路器类型有：框架式、塑料外壳式、限流式、手动操作式、电动操作式。
选择依据是： 极数、额定电流、电压类型、电压等级、分断能力、动作频繁程度等。.
3.3 接触器
接触器分直流接触器、交流接触器两大类
选择依据是： 主触头数、额定电流（I KM）、线圈控制电压的类型、等级等。
对于电动机负载，可按下面的经验公式计算接触器的额定电流：
I KM = Pe / （K * Ue）
式中 Pe —— 电机的额定功率
Ue —— 电机的额定线电压
K —— 经验系数 ， 取1 ~ 1.4
对于动作频繁的工作情况，为了防止主触点的烧坏/过早损坏，应将I KM降低1~2等级使用。
3.4 热继电器
热继电器主要用于电机过载保护。
热继电器分 两相式、三相式、三相带缺相保护式 三种形式
选择依据是：形式、额定电流（I FR）。
热继电器热元件的整定电流可调， 范围约为 0.8 ~ 1.2 I FR（热继电器的额定电流）
热继电器热元件的整定电流一般按0.95 ~ 1.05 I e（电动机的额定电流）选用，
对过载能力较差的电机可选得更小些。
3.5 熔断器
熔断器主要用于短路保护。
熔断器结构上主要由熔断器座、熔断体（熔体）组成
熔断器分 插入式、螺旋式、填料封闭管式 等等。
选择依据是：形式、熔体额定电流（I FU）。
对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），熔体额定电流就取线路的额定电流。
对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可按下式计取：
单台电机： I FU = 1.5 ~ 2.5 I e
多台电机： I FU = 1.5 ~ 2.5 I Nmax + ∑ I e
式中 I Nmax —— 功率最大电机的额定电流
∑ I e —— 除去功率最大电机之外，其余电机额定电流之和
轻载、起动时间短 取 1.5 ；重载、起动时间长、起停频繁则取 2.5。
下篇 PLC原理及应用
PLC概论
可编程序控制器(Programmable Controller)简称PC，为了避免同个人计算机（Personal Computer，简称PC）混淆，现在一般将可编程序控制器简称为PLC（Programmable Logic Controller）。
PLC从诞生至今已有30多年，发展势头异常迅猛，已经成为当代工业自动化领域中的支柱产品之一。特别是随着计算机技术和通信技术的发展，PLC的应用领域逐步扩大，应用前景十分看好。
PLC的产生
传统的控制系统（特别是1969年以前，那时PLC还未出现）中主要元件是各
种各样的继电器，它可以可靠且方便地组成一个简单的控制系统。例1-1：
但随着社会的进步，工业的发展，控制对象越来越多，其逻辑关系也越来越复杂，用继电器组成的控制系统就会变得非
常庞大，从而造成系统的不稳定和造价昂贵。主要表现在：①当某个继电器损坏、甚至继电器的某触点接触不良都会影响系统的运行；②继电器本身并不太贵，但控制柜内元件的安装和接线工作量极大，造成系统价格偏高；③产品需要不断地更新换代，生产设备的控制系统不断地作相应的调整。但对庞大的系统而言，日常维护已很难，再作调整难度更大。
鉴于以上问题，1968年美国通用汽车公司(General Motors)向传统的继电器控制系统提出了挑战：设想是否能用一种新型的控制器，引入这种控制器后可使庞大的系统减小，并且能方便地进行修改、调整。按照这个宗旨，该公司向外公开招标，提出如下十大指标：
①. 编程简单，可在现场改程序； ②. 维护方便，最好是插件式 ；
③. 可靠性高于继电器控制柜； ④. 体积小于继电器控制柜；
⑤. 成本低于继电器控制柜 ； ⑥. 可将数据直接输入计算机 ；
⑦. 输入可以是市电(AC110v)； ⑧. 控制程序容量 ≥ 4KB；
⑨. 输出可驱动市电2A以下的负荷，能直接驱动电磁阀 ；
⑩. 扩展时，原有的系统仅作少许更改。
这次招标引起了工业界的密切注视，吸引了不少大公司前来投标，最后DEC公司一举中标，并于1969年研制成功第一台PLC，当时命名为PC(Programmable Logic Controller)。这台PLC投运到汽车生产线后，取得了极为满意的效果，引发了效仿的热潮，从此PLC技术得以迅猛的发展。
PLC的定义及其术语
一．定义
严格地讲，至今对PLC没有最终的定义。
国际电工委员会（IEC）1985年在可编程序控制器标准草案（第二稿）中作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”
美国电气制造协会（NEMA）1987年作的定义如下：“它是一种带有指令存储器、数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。”
IEC(国际电工委员会)在标准草案中，将这种装置定义为可编程序控制器(Programmable Controller)，简称PC。为了避免同个人计算机混淆，现在一般将可编程序控制器简称PLC（Programmable Logic Controller）
二．常用术语
1 点数 (I/O Points) 指能够输入 / 输出开关量、模拟量的总个数。一般是4或8的倍数。
2 扫描周期 是指PLC执行系统监控程序、用户程序、I/O刷新一次所用的时间。它直接反映PLC的响应速度，因此是PLC的重要指标之一，其单位是ms/kw (kb)。
梯形图 梯形图是PLC用户编程时最常用的一种图形编程方法，是表示I/O点之间逻辑关系的一种图。它实质上是变相的继电器控制逻辑图，形式和规范非
常相似，其目的是为了让工厂技术人员不必懂计算机，就可使用(设计、阅读)它，例如图1-2：
PLC特点
PLC之所以能适应工业环境，并能够得以迅猛的发展，是因为它具有如下特点：
可靠性高、抗干扰能力强 5、 组合灵活、扩充方便
程序可变、具有柔性 6、 减少了工作量
编程简单、使用方便 7、 体积小、重量轻、环境要求低
功能完善 8、 成本低、水平高
一． 可靠性高、抗干扰能力强
据有关资料称：“到目前为止没有任何一种工业控制设备可达到PLC的可靠性”。
控制系统在使用时发生故障，绝大多数是由PLC外的开关、传感器、执行器引起的，而不是PLC本身。若是PLC，多数是使用、设计不当引起的。
诱发电子设备故障的原因大概有如下几种：
针对以上故障原因，PLC在硬、软件两方面采取了相应的解决方法，使其可靠性大为提高，PLC本身发生故障的概率极小。
硬件
(1)常规手段 选用优质元器件，设计合理的系统结构，实施加固使其易于抗冲击，印制板的设计加工和焊接工艺严格规范。
(2)隔离 所有I/O电路一律采用光电器件进行隔离，使内外无电气回路的联接点(电浮空)，这样可以抗电干扰。
(3)滤波 对供电系统及输入回路采用模拟量滤波(如LC、π型滤波网络)，再加上数字滤波，以消除或抑制高频干扰。
(4)屏蔽 采用导电、导磁性能良好的材料进行屏蔽，以防电磁波辐射的干扰。
(5)增强电源的适应性 PLC的供电系统(内部为DC)采用开关电源，并用集成电压调整器进行调整，使之适应电网电压较宽范围的波动。
(6)采用模块式结构 一旦某模块有故障，能迅速更换，使系统停用时间减到最低程度。
2. 软件
（1）设置警戒时钟WDT (看门狗) PLC在正常的运行程序中对WDT定时复位，若超过了WDT规定的时间，WDT会发出报警信号，并强制系统CPU复位，使之走入正常的运行程序。
（2）系统软件对用户软件自动进行检查 能对用户程序进行查错、报错，使用户程序无语法、结构性错误，错误的程序或参数得不到运行。
（3）掉电保护 对RAM区用后备电池或蓄能电容，掉电时使RAM继续有电，保证用户程序运行的状态信息和中间数据不会丢失。
（4）自检 系统程序中有对CPU及外围器件自动检测的功能，一旦出错，立即报警。
二． 程序可变、具有柔性
生产工艺或设备改变后，在原设计的PLC功能备用量够用的情况下，可不变PLC的硬件，只要改编控制程序即可。
这点就充分体现了PLC具有继电器控制系统所不具备和无可比拟的优点。故PLC除应用于单机控制外，还在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMC)、工厂自动化(FA)中被大量采用。
三． 编程简单、使用方便
PLC采用与继电器控制逻辑图非常接近的“梯形图”进行编程，这种编程方法既具备传统控制线路的易懂易编，清晰直观优点，又顾及了多数电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于被大众接受，因此受到普遍欢迎，这种面向生产的编程方法与目前微机控制中常用的汇编语言或高级语言编程相比，其优点是显而易见的。
为进一步优化编程，PLC还针对实际问题设计了诸如步进顺控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令，减少编程工作量，加快了开发速度。
四． 功能完善
现代的PLC还具有数字量及模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序检测、功率驱动、联网通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使控制系统的水平大大提高，功能更加完善。
五． 组合灵活、扩充方便
PLC除摸块化外，还具有各种扩充单元，I/O点数及各种I/O方式、I/O量均可选择，可以方便地适应不同的控制对象。
六． 减少了工作量
由于PLC是采用软件编程来实现控制功能的，而继电器控制采用硬接线来实现。这就减少了设计、施工的工作量。同时，PLC能事先进行摸拟调试并且具有很强的监视功能，所以系统的调试、检修、维护的工作量得到大大地减少。
七． 体积小、重量轻、环境要求低
由于PLC是专为工控而设计的专用计算机，所以其结构紧密、坚固、体积小巧、功能齐全，能直接投运在恶劣的工作环境。一般PLC的功能若用继电器来实现，需用3至4个1.8m高的大继电器控制柜。
八． 成本低、水平高
由于PLC功能的强大(一台PLC相当于3至4个大控制柜)，使得控制系统的直接费用大量降低。
由于PLC具有易修改性、高可靠性、易扩展性、易维护性，大大降低了日常运行的检修、维修工作量，降低了今后改造的成本。
由于PLC安装调试方便，开发、调试周期短，从而降低了设计、开发、安装、调试的工作量，故减少了工资费用。
由于PLC靠软件编程实现控制功能，硬件及其备件均具有通用性，也减少了采购的时间和费用。
由于体积小、功能强，所以占地少、耗电小(仅为继电器柜的几十分之一)，每年节省的电费就可将投资收回。
由于PLC实质上是一种专用工控计算机，实现了智能控制，从而使得控制水平上了新台阶，并且具有联网功能，很易构成综合控制系统。
PLC的应用状况和发展趋势
应用状况
PLC自问世以来，经30多年的发展，在工业发达国家(如美、日、德等)已成为重要的产业之一，生产厂家不断涌现，PLC的品种多达几百种。
国内应用始于80年代。一些大中型工程项目引进的生产流水线上采用了PLC控制系统，使用后取得了明显的经济效益，从而促进了国内PLC的发展和应用。目前国内PLC的应用已取得了许多成功的经验和成果，证明了PLC是大有发展前途的工业控制装置，它与DCS、SCADA、计算机网络系统相互集成、互相补充而形成的综合系统将得到更加广泛的应用。
我国PLC的生产厂家主要是80年代涌现出来的，靠技术引进、转让、合资等方式进行生产，目前约有十几家，生产的PLC型号主要有：
天津中环自动化仪表公司 DJK-84 ；无锡华光电子工业有限公司 KCK 系列；
上海东屋电器有限公司 C F系列 ；北京樁树电子仪表厂 BCM-PIC ；
杭州机床电器厂 DKK 、D系列 ；上海电力电子设备厂 KKI-IC ；
大连组合机床研究所 S 系列 ；机械部北京自动化所 MPC、KB系列；
上海国际程控公司 E、EM、H系列；上海工业自动化研究所 TCMS-300/D；
杭州通灵控制电脑公司 HZK 系列 ；苏州电子计算机厂 YZ系列；
苏州机床电器厂 CYK系列 。
此外还有联想计算机集团公司、中科院自动化所、上海机床电器厂、四川仪表十五厂、珠海春海电子设备厂、深圳科用开发公司、北京恒达机电技术发展公司、上海香岛斯迈克有限公司，辽宁无线电二厂，厦门A-B公司等也生产PLC。
由上可看出国产PLC的品种只有二十多种，主要集中在小型PLC品种上（中型PLC的生产较少，大型的更少），生产和销售规模均不大。目前国产PLC的质量和技术性能与发达国家相比还有较大的差距，远不能满足国内日益增长的市场需要，故须依赖进口，尤其是大中型PLC，更是清一色的国外产品。国内流行的PLC多是国外产品，主要有：
日本：立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、东芝、富士、安川、横河、
光洋(Koyo)等公司
美国：AB(Allen Bradley)、GM(Gould Modicon)、GE(GE-Fanuc)、Square D、
西屋(Westing House)、TI 仪器(Texas,Instruments德洲仪器) 等公司
德国：西门子（Siemens） 、 BBC 、 AEG等公司
法国：TE (Telemecanique) 公司等
其中美国的A-B(Allen-Bradley)、GE-Fanuc、 Modicon，德国的西门子(Siemens)，法国的TE(Telemecanique)，日本的三菱、立石(OMRON)等7家公司，在所有PLC制造厂中占有主导地位。这7家公司占有着全世界PLC市场 80%以上的份额，他们的系列产品有其技术广度和深度，从售价为100美元左右的微型PLC到有数千个I/O点的大型PLC应有尽有。
小型PLC日本各厂家占领的市场份额最大，其结构型式的优点也较为突出，故其他国家小型PLC的结构形式也都向日本看齐。大、中型PLC市场份额的90%一直被美、日、欧三家占领，具有三足鼎立之势，近年来日本稍有颓势。
发展趋势
结构微型化、模块化
自73年微处理机芯片(CPU)问世以后，为计算机应用产品(PLC也属其中之一)微型化创造了条件，一般小型的PLC产品只有32K—16K书这么大小(高度5—10mm)。一般小型PLC整体式的较多，但功能较多的小型机，结构型式大多采用模块式，以便使用户有更多的选择余地，配置成性能比较高的控制系统。
大、中型PLC几乎全部采用模块结构。采用模块式结构可让用户各取所需，减少投资费用。
功能全面化、标准化
在PLC发展的初期，PLC只具有开关量的I/O、定时、计数、顺序控制等功能，之后又增加了模拟量的I/O、PID调节、信号调制、数字量的I/O、通迅、高速计数器等功能模块，现代PLC能完成CNC过程控制、集散控制器柔性制造单元等各种控制系统所能完成的功能。它大大加强了数学运算、数据处理图形显示、联网通信等功能，使PLC向IPC方向渗透和发展。
功能标准化后，使用同一系列的产品(甚至不同厂家、不同系列的PLC)均能选用同一功能的PLC模块。
产品系列化
一家PLC生产公司往往以统一的设计思想，设计其系列产品，在系列产品中，I/O模块和各种功能摸块的接口功能是统一的，但有各种规格，可任意选择、组合，构成小型、中型或大型(小到几点，大到上万点)规模的控制系统。编程器、软件、指令是兼容的，也有不同规格、型号可选。
大容量化、高速化
IC及CPU技术的发展为PLC的大容量化、高速化创造了条件，现代大型PLC存储器容量大到数兆， 控制程序达到数万步，梯形图的扫描速度可达0.1ms/kw的数量级，速度上比许多DCS(分散型控制系统)快数十倍。
大容量及高速化的PLC为加工机具的精确定位、机床速度的精确调节、阀门的灵活控制以及PID过程控制等提供了更好的手段。
模块化、模块智能化
大中型PLC几乎全用模块式结构，功能较多的小型PLC也采用模块式结构，因为这种结构最大的优点是可让用户按需组合，避免功能资源的浪费，使控制系统的成本最小化，实现性价比最优。I/O模块的点数逐渐增多，小型机大多采用4、8及16点，大、中型机多采用64、32及16点。
模块智能化，就是模块的本身具有CPU，能独立工作，它们与主CPU模块并列运行，紧密结合，有助于克服PLC扫描算法上的局限性，使其在速度、精度、适应性、可靠性等各方面均更胜一筹，完成以前PLC本身无法完成的许多功能。
通迅化、网络化
现代工业生产规模大、控制复杂、被控对象分布广且具有一定的空间距离，因此要有许多PLC或其它控制器来分区控制，往往还有上位机对他们进行统一管理，以协调全厂的生产，这就需要各级控制器之间以及与上位机之间具有通讯手段，实现信息交流。
现代的PLC机大多具有标准通讯接口(例如RS-232C、422、485、ProfiBus、以太网等)，具有通迅联网功能。通过电缆或光纤，信息传送距离可达几十公里，联网后，各控制器形成一个统一的整体，实现集散控制。
各公司都有自己的专用通讯网络，造成了各家PLC之间的通迅困难，但是它们可以通过主机与遵循标准通迅协议(如MAP网络通迅协议)的网络联网。
编程语言化
梯形图编程固然方便直观，但对复杂的控制领域编程则较烦琐，因此对复杂的应用场合需要高级的编程工具，当代PLC已发展出了许多编程语言，如面向顺序控制的步进顺控语言，面向过程控制的流程图语言(它能表示过程中动态变量与信号的相互联接)。还有用高级语言BASIS、PASCAL、C语言编程的。
增强外部故障检测能力
据分析，PLC控制系统的故障中：
内部故障占20%（其中CPU板占5%；I/O板占15%），
外部故障(非PLC)占80%，其中：
传感器占45% 执行器占30% 接线 占 5%
除了内部故障可通过PLC的软、硬件自动检测以外，其余80%都不能通过自诊断查出，因此，检测外部故障的功能是很有价值的发展方向。
PLC的组成及工作原理
PLC的组成
PLC由三个基本部分组成：输入部分、逻辑处理部分、输出部分。基本结构示意图参见图2-1所示。
输入部分是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。
逻辑处理部分用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。
输出部分是指驱动各种电磁线圈、交 / 直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。
为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接，图2-2为一般PLC组成系统的原理框图。（由图2-2可看出，PLC的组成结构和计算机差不多，故PLC可看成用于工业控制的专用计算机）
PLC主要部件功能
CPU
CPU是PLC的核心部件之一， 它的主要功能有：
① 采集输入信号； ②执行用户程序； ③刷新系统输出；
④执行管理和诊断程序； ⑤与外界通信。
PLC常用的CPU芯片主要有：
通用微处理器
如INTEL（8080、8085、8086、8088，80386、80486、80586）、Zilog（Z80、Z8000）、Motorola（6800、6809、68000）等。通用微处理器芯片的通用性强、价格便宜、货源充足。
单片微处理器
如 INTEL（8031、8039、8049、8051、8089），单片微处理器又叫单片机，它将ROM、RAM、接口电路、时钟电路、串行口甚至A/D都集成在一个很小的芯片上，自成一个小的微处理机系统；另外，单片机有大量的位寻址单元和丰富的位操作指令，它为PLC在位处理方面提供了最佳的功能和速度，所以特别适用于PLC；此外，单片机集成度高、体积小、通用性强、价格低、可扩充性好、货源足。
位片式微处理器
如 AMD（2900、2901、2903、N8×300），位片式微处理器是独立于微型机的另一分支，因为它采用双极型工艺，所以比一般的MOS型微机处理器在速度上要快一个数量级。上述两种微处理器的字长、结构、指令系统是固定的，而位片机是具有CPU的一切必要附件(如寄存器、算术逻辑部件ALU等)，位片的宽度有2、4、8位几种，用几个位片机级联，可组成任意字长的微处理器。还可通过改变微程序存储器的内容来改变机器的指令系统(即指令系统对用户开放)；位片式结构可使用多个微处理器，将任务分成几个部分让其并行处理，即重叠操作，这样能更有效地发挥其快速的特点；其缺点是：集成度低，用的芯片较多，功耗也较大。
目前小型PLC一般采用8位CPU如：8080、8085、Z80、6800、MCS48、51系列，而大、中型PLC常采用位片式微处理器、16/32位通用微处理器。
存储器
存储器是保存系统程序、用户程序、中间运算结果的器件，据其在系统中的作用，可将它们分为下列4种：系统程序存储器、用户程序存储器、数据表存储器、高速暂存存储器。
系统程序存储器
系统程序存储器用来存放PLC的监控程序，可分为：系统管理程序、命令解释程序、故障检测、诊断程序、通信程序。系统程序由PLC厂家设计，并固化在ROM / PROM / EPROM存储器中，用户不必对它作细致的了解，更不能改变它。
用户程序存储器
用户程序存储器用来存放用户编制的控制程序。PLC术语中讲的存储器容量及型式就是指的用户程序存储器。常用的用户存储器型式有：EPROM、E2ROM、带掉电保护的RAM等。
EPROM作程序存储器的优点是：写入程序不会因停电而丢失，但其成本较高，主要体现在两个方面：
1） 调试时仍要用RAM作程序存储器，而且最好用带电容/电池后备的RAM，这样用户实质上是购了两套用户程序存储器。
2） 对许多PLC而言，往往还要另外配套购置专用的EPROM写入装置和擦除装置。
E2PROM是非易失性的且可电擦除的存储器，它兼有ROM的非易失性和RAM随机存取之优点，它的写入或擦除不需特殊装置，用它作用户程序存储器，在程序调试阶段，可用编程器直接修改程序，程序确定下来投入运行后。这是它的优越之处，不足的是，它的写入时间较长(约为ms 级)，但对手工输入或修改程序而言，这点是不成问题的。
一般而言，用户的控制程序必须经过多次的调试和修改才能确定下来，据此特点，在控制程序没确定以前，常先采用带掉电保护的RAM作用户程序存储器，待程序确定后，再由厂家提供的EPROM写入器将程序固化到EPROM中，并将该EPROM插入PLC中运行。EPROM插入PLC后，PLC则运行EPROM中的用户程序，若没EPROM插入，PLC则运行RAM区中的用户程序。许多用户用掉电保护的RAM作用户程序存储器，因为它比另两种价格便宜，一旦电源停电，靠后备电池/电容可以保存RAM中的程序数年 / 数十天，只要做到停电时间不超过这期限即可。这点对于一般的工矿企业而言是容易做到的。
例如：OMRON公司的C200H-MR431/831是全电池后备RAM存储器，C200H-MR431 / 831是电容后备RAM存储器，它们在25℃的坏境下，可以保存程序的时间分别是2~3年、20天。
数据表存储器 (I/O映像存储器)
数据表存储器用来存放开关量I/O状态表，定时器、计算器的预置值表，模拟量I/O数值等。
高速暂存储器
高速暂存储器主要存放运算的中间结果，统计数据、故障诊断的标志位等。其中，3、4两类存储器，常用RAM，这其中部分或全部有后备电源。
I/O部分
PLC的I/O部分，因用户的需求不同有各种不同的组合方式，通常以模块的形式供应，一般可分为：
① 开关量I/O模块 ② 模拟量I/O模块
③ 数字量I/O模块（包括TTL电平I/0模块、拨码开关输入模块、
LED/LCD/CRT显示控制模块、打印机控制模块）
④ 高速计数模块 ⑤ 精确定时模块
⑥ 快速响应模块 ⑦ 中断控制模块
⑧ PID模块 ⑨ 位置控制模块
⑩ 轴向定位模块 ⑾ 通信模块。
1．开关量I/O模块(部分)
开关量输入模块(部分) 的作用是接收现场设备的状态信号、控制命令等，如限位开关、操作按钮等，并且将此开关量信号转换成CPU能接收和处理的数字量信号。
开关量输出模块(部分)的作用是将经过CPU处理过的结果转换成开关量信号送到被控设备的控制回路去，以驱动阀门执行器、电动机的启动器和灯光显示等设备。
开关量I/O模块(部分)的信号仅有通、断两种状态，各I/O点的通/断状态用发光二极管在面板上显示。输入电压等级通常有DC（5V、12V、24V、48V）或AC（24V、120V、220V）等。
每个模块可能有4、8、12、16、24、32、64点，外部引线连接在模块面板的接线端子上，有些模块使用插座型端子板，在不拆去外部连线的情况下，可迅速地更换模块，便于安装、检修。
（1）开关量输入模块
按与外部接线对电源的要求不同，开关量输入模块可分为AC输入，DC输入，无压接点输入， AC/DC输入等几种型式，参见图2-3。每个输入点均有滤波网络、LED显示器、光电隔离管。
从图2-3?中可以看出无压接点输入是开关触点直接接在公共点和输入端，不另外接电源，电源由内部电路提供(公共点有(、Θ之分，图2-3?中为Θ)。
输入模块的主要技术指标有：
①输入电压：指PLC外接电源的电压值。
②输入点数：指输入模块开关量输入的个数。
③AC频率：指输入电压的工作频率，一般为50~60Hz。
④输入电流：指开关闭合时，流入模块内的电流。一般为5~10mA。
⑤输入阻抗：指输入电路的等效阻抗。
⑥ON电压：指逻辑“1”之电压值，开关接通时为“1”。
⑦OFF电压：指逻辑“0”之电压值，开关断开时为“0”。
⑧OFF→ON的响应时间，指开关由断→通时，导致内部逻辑电路由“0”→“1”的变化时间。
⑨ON→OFF的响应时间，指开关由通→断时，导致内部逻辑电路由“1”→“0”的变化时间。
⑩内部功耗：指整个模块所消耗的最大功率。
（2）开关量输出模块：
开关量输出通常有3种型式：
① 继电器输出
② 晶体管输出
③ 可控硅输出。
每个输出点均有LED发光管、隔离元件(光电管 / 继电器)、功率驱动元件和输出保护电路，见图2-4。
图a为继电器输出电路，继电器同时起隔离和功放的作用；与触点并联的R、C和压敏电阻在触点断开时起消弧作用。
图b为晶体管输出电路，大功率晶体管的饱和导通 / 截止相当于触点的通 / 断；稳压管用来抑制过电压，起保护晶体管作用。
图c为可控硅输出电路，光电可控硅，起隔离、功放作用；R、C和压敏电阻用来抑制SSR关断时产生的过电压和外部浪涌电流。
输出模块最大通断电流的能力大小依次为继电器、可控硅、晶体管。而通断响应时间的快慢则刚好相反。使用时应据以上特性选择不同的输出型式。
输出模块的主要技术指标有：
①工作电压：指输出触点所能承受的外部负载电压。
②最大通断能力：指输出触点在一定的电压下，能通过的最大电流，一般给出的电压等级有AC120V 、AC220V 、AC / DC24V 。
③漏电流：指当输出点断开时(逻辑“O”)，触点所流过的最大电流。此参数主要针对晶体管、可控硅型输出模块，无保护电路的继电器输出模块漏电流为0 ，有保护电路的继电器输出模块为1~2mA。
④接通压降：指当输出点接通时(逻辑“1”)，触点两端的压降。
⑤回路数：等于公共点的个数。独立式模块，等于输出点数。
⑥OFF→ON响应时间：同输入模块。
⑦ON→OFF响应时间：同输入模块。
⑧内部功耗 同输入模块。
输出模块按外部接线方式分有：
①汇点式：输出有1个公共点，各输出点属同一个回路，共用1个电源。
②独立式：输出无公共点，各输出点回路不同，可以使用不同电压等级的电源。
2．模拟量I/O模块
模拟量I/O模块常用的有：A/D、D/A、热电偶 / 热电阻输入等几种模块。A/D模块是将传感器测量的电流或电压信号转换成数字量给PLC的CPU处理；D/A模块是将CPU处理得到的数字量转变为电流或电压信号；热电偶 / 热电阻输入模块，可以直接连接热电偶 / 热电阻等测温传感器，外部不需放大电路和线性化电路，能自动进行冷端补偿和调零，并且具有开路检查、输入越限报警功能，内部有A/D电路。
模拟量I/O模块的量程一般是IEC标准信号(0-5V、1-5 V 、0-10V、10mA、4-20mA等)。也有双极性信号(如±50mv、±5v、±10v、±10mv、±20mA等)。A/D、D/A的转换位数通常为8、10、12、16位，并且在数字量I/O处用光电管将PLC的内部核心电路与外围接口电路隔离。
3．数字量I/O模块
常用的有TTL电平I/O模块、拨码开关输入模块、LED/LCD/CRT显示控制模块、打印机控制模块等。
TTL电平I/O模块是将外围设备输入的TTL电平数据进行处理，或将处理的结果以TTL电平形式输出给外围设备进行控制、执行。
拨码开关输入模块是TTL电平输入，专用于BCD拨码开关的输入模块，用来输入若干组拨码开关的BCD码，有若干个输入地址选择信号输出，某位(十进制)选择信号有效时，读入相应位的BCD码信息。
LED / LCD / CRT显示控制模块是TTL电平输出，专用于LED / LCD / CRT等显示设备的输入模块，有相应的控制信号输入 / 输出，能直接驱动LED数码管、液晶显示器、CRT显示器等。
打印机控制模块是专用于通用打印机的接口模块，是TTL电平的并行接口，除并行输出的数据信息外还有相应的I/O控制信号(有的PLC采用串行接口或编程器上的接口与打印机连接)。
4．高速计数模块
高速计数模块是工控中最常用的智能模块之一，过程控制中有些脉冲变量(如旋转编码器、数字码盘、电子开关等输出的信号)的变化速度很高(可达几十KHZ、几MHZ)，已小于PLC的扫描周期，对这类脉冲信号若用程序中的计数器计数，因受扫描周期的限制，会丢失部分脉冲信号。因此使用智能的高速计数模块，可使计数过程脱离PLC而独立工作，这一过程与PLC的扫描过程无关，可准确计数。PLC可通过程序对它设定计数预置值，并可控制计数过程的启、停。计数器的当前值等于、大于预置值时，均有开关量输出给PLC，PLC得到此信号后便可进行相应的控制。
5．精确定时模块
精确定时模块是智能模块，能脱离PLC进行精确的定时，定时时间到后会给出信号让PLC检测。例如：OMRON的模拟定时单元C200H-TM001提供4个精确定时器，可通过DIP开关设定成0.1～1S、1～10S 10～60S 1～10mm，定时值可通过内 / 外可调电阻进行设定。
6．快速响应模块
PLC的输入 / 输出量之间存在着因扫描工作方式而引起的延迟，最大延迟时间可达2个扫描周期，这使PLC对很窄的输入脉冲难以监控。快速响应模块则可检测到窄脉冲，它的输出与PLC的扫描工作无关，而由输入信号直接控制，同时它的输出还受用户程序的控制。
7．中断控制模块
它适用于要求快速响应的控制系统，接收到中断信号后，暂停正在运行的PLC用户程序，运行相应的中断子程序，执行完后再返回来继续运行用户程序。
8．PID调节模块
过程控制常采用PID控制方式，PID调节模块是一种智能模块，它可脱离PLC独立执行PID调节功能，实际上可看成1台或多台PID调节器，P、I、D参数可调。
通常的输入信号种类是：①直流电压(0-10v / 1-5v)、②直流电流(0-10mA / 4-20mA)、③热电偶 / 热电阻、④脉冲 / 频率以及有控制作用的开关量I/O。
9．位置控制模块
位置控制模块是用来控制物体的位置、速度、加速度的智能模块，可以控制直线运动(单轴)、平面运动(双轴)、甚至更复杂的运动(多轴)。
位置控制一般采用闭环控制，常用的驱动装置是伺服电机或步进电机、模块从参数传感器得到当前物体所处的位置，速度/加速度，并与设定值进行比较，比较的结果再用来控制驱动装置，使物体快进、慢进、快退，慢退、加速、减速、停止等，实现定位控制。
10．轴向定位模块
轴向定位模块是一种能准确地检测出高速旋转转轴的角度位置，并根据不同的角度位置控制开关ON/OFF(可以多个开关)。
例如：美国三菱公司的F2-32RM型凸轮控制器，它可准确检测出720度/转角位置信号，同时控制32个开关ON/OFF。允许最高转速是：1°方式时为830rpm，0.5°方式时为415 rpm。
它实质上很象一种机械凸轮：共有32个凸轮盘，每轮可多至360齿。
11．通信模块
通信模块大多是带CPU的智能模块，用来实现PLC与上位机、下位机或同级的其它智能控制设备通信，常用通信接口标准有RS-232C 、RS422、RS-485、ProfiBus、以太网等几种。
编程工具
编程工具是一种人机对话设备，用户用它来输入、检查、修改、调试PLC的用户程序，它还可用来监视PLC的运行情况。
PLC投入正常运行后，通常不要编程工具一起投入运行，因此，编程器都是独立设计的，而且是专用的，PLC生产厂家提供的专用编程器只能用在自己厂生产的某些型号的PLC。专用编程器分为简易编程器和图形编程器。
1．简易编程器
它类似于计算器，上面有命令键、数字键、功能键及LED显示器 / LCD显示屏。使用时可直接插在PLC的编程器插座上，也可用电缆与PLC相连。调试完毕后，或取下或将它安在PLC上一起投入运行。用简易的编程器输入程序时，先将梯形图程序转换为指令表程序，再用键盘将指令程序打入PLC。
2．图形编程器
常用的图形编程器是液晶显示图形编程器(手持式的)，它有一个大型的点阵式液晶显示屏。除具有简易型的功能外，还具有可以直接打入和编辑梯形图程序，使用起来更方便，直观。但它的价格较高，操作也较复杂。也有用CRT作显示器的台式图形编程器，它实质是一台专用计算机，它的功能更强，使用更方便，但价格也十分昂贵。
3．用专用编程软件在个人计算机(PC)上实现编程功能
随着PC的日益普及，最新发展趋势是使用专用的编程软件，在通用的PC上实现图形编程器的功能。这一编程方法的最大特点是：充分利用PC机的软、硬件资源(如：硬盘、打印及各种功能软件)，大大降低了编程器的成本，同时也大大增强了编程器的功能，使用十分方便。一般的PC添置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、修改PLC的梯形图程序，存贮、打印程序文件(清单)，与PLC联机调试及系统仿真等。并且用户程序可在PC、PLC之间互传。具有以上功能后，PLC的程序(特别是大型程序)编程、调试就显得十分方便和轻松。
电源
电源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首要条件。当电网有强烈波动遭强干扰时，输出电压要保持平稳。因此在PLC的电源中要加入许多稳压抗扰措施，如浪涌吸收器、隔离变压器、开关电源技术等。
PLC的工作原理
与其它计算机系统一样，PLC的CPU以分时操作方式处理各项任务，程序要按指令逐条执行，PLC的输入、输出就有时差。整个PLC的程序执行时问有多长？输入 / 输出的响应时间有多大？我们要很好地应用PLC，就必须对这些有清楚的认识。
PLC的工作过程
PLC是采用循环扫描方式工作的，图2-6为一般PLC的工作流程框图：
其循环过程为： ①内部处理 ②通迅服务
③输入刷新 ④执行用户程序
⑤输出刷新。
1．内部处理:
CPU对PLC内部的硬件作故障检查，复位WDT等。
2．通信服务：
与外围设备、编程器、网络设备等进行通信。
3．输入刷新：
将接在输入端子上传感器、开关、按钮等输入元件状态读入，并保存在“输入状态表” (I/O映像存储器)中，给本扫描周期用户程序运行时提供最新的输入信号。
4．执行用户程序：
CPU逐条解释并执行用户程序。根据I/O状态表(属数据表状态存储器)中ON / OFF信息，按用户程序给定的逻辑关系运算，将运算结果写入I/O状态表。
注意：“I/O状态表”这个概念，用户程序中的部分输入、输出“元件”是它，但它当前的状态值和与它对应I/O端子上的元件之状态不一定相同。(这点在学过I/O响应时间之后就明白了)。
5．输出刷新
将“输出状态表” (I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路，以驱动输出端子上的输出元件，实现控制。“输出状态表”中的内容是本次扫描周期用户程序运行的结果。
现举例说明如下。若程序经前一扫描周期的运行的I/O点状态被刷新成如图2-7中所示。
输入信号X00点的状态在后续的5个扫描周期中分别被刷新为1，1，0，0，0，试分析输出点Y00—Y02的输出状况情况：
分析：已知，第0扫描周期中：I/O点状态被刷新为
X00(0)—0 Y00(0)—0 Y01(0)—0 Y02(0)—0
在每一扫描周期内，用户程序是按梯形图，从头开始由左→右，由上→下，逐条执行，直至程序结束。根据梯形图逻辑
每个周期程序执行的结果是： 表2-1 状态表
I/O
周期号
X00
Y00
Y01
Y02
0
0
0
0
0
1
1
0
1
1
2
1
1
1
1
3
0
1
0
0
4
0
0
0
0
5
0
0
0
0
Y00(N)=Y01(N-1) Y01(N)=X00(N) Y02(N)=Y01(N)
已知： X00(0)=1 X00(1)=1 X00(2)=1
X00(3)、(4)、(5)=0
所以：第一周期的结果是
Y00(1)—0 Y01(1)—1 Y02(1)—1
( Y00(1)=Y01(0)=0; Y01(1)=X00(1)=1; Y02(1)=Y01(1)=1)
同理可得：第2--5周期的输出结果是：
Y00(2)=1 Y01(2)=1 Y02(2)=1
Y00(3)=1 Y01(3)=0 Y02(3)=0
Y00(4)=0 Y01(4)=0 Y02(4)=0
Y00(5)=0 Y01(5)=0 Y02(5)=0
用状态表列出（见表2-1）。
扫描周期的计算方法
扫描周期的长短，对PLC系统的性能有一定的影响，例如较长的扫描时间对I/O响应时间，对系统运行的精确性均会产生不利的影响。见表2-2。
表2-2 PLC扫描时间对内部功能的影响
扫描时间ms
产生的不利影响
>10
内部0.01s时钟脉冲不起作用
>100
内部0.1s时钟脉冲不起作用
>200
内部0.2s时钟脉冲不起作用
>6500
超过WDT定时值，迫使CPU停机
扫描周期(T)的计算公式是：
扫描周期（T）= 内部处理时间 + 通信服务时间 + 输入刷新时间
+ 用户程序时间 + 输出刷新时间
其中：
①内部处理时间：是固定的（例OMRON C200H为2.6ms）
②通信服务时间：若系统安装了外设、网络通信等模块，则有固定的时间（例OMRON C200H为0.8ms(max) 、8ms(max)），否则为0。
③输入刷新时间：将接在输入端子上元件的状态读入，并保存在“输入状态表” (I/O映像存储器)中所耗费的时间。（例OMRON C200H输入0.07ms/8点，三菱FX2N输入50μs/8点）。
④用户程序执行时间：取决于程序的长度和指令的种类，一般PLC均提供各指令的执行时间表。（例OMRON C200H LD、OUT指令，其执行时间分别为0.75、1.13μs；三菱FX2N基本指令0.08μs/条，应用指令1.52 ~ 数100μs/条）
⑤输出刷新时间：将“输出状态表” (I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路中所耗费的时间。（例OMRON C200H输出0.04ms/8点）
[例1]． C200H PLC配置：4个8点输入模块+2个16点输入模块O、 5个8点输出模块+2个16点输出模块、
程序5K个地址(且仅使用LD、OUT指令，其执行时间分别为0.75、1.13μs)
解：当编程器要在上面运行时：
T = 2.6+0.8 + (0.75+1.13) / 2 × 5.120 + 0.07 × 8 + 0.04× 9 = 9.1 ms
没有外设：T = 2.6 + (0.75+1.13) / 2×5.120 + 0.07× 8 + 0.04×9 = 8.3ms
系统响应时间
PLC系统的响应时间是指输入信号有效后，到输出元件动作所需要的时间。所以系统响应时间的长短与系统的扫描周期、输入响应时间、输出响应时间有关。
例如图2-8，如当SB接通有效后，直到与Y00对应的输出元件有效输出的时间即为该系统的响应时间
系统最小响应时间
若PLC在一次输入刷新前，输入点能建立起有效输入信号，现经扫描周期中程序的处理，经输出点输出，直到内部输出元件(J ,SSR, T)给出有效的输出为止 (见图2-9 (a))，这种响应时间为系统最小响应时间。
最小响应时间 = 输入响应时间 + 1个周期的扫描时间 + 输出响应时间
系统最大响应时间
若在输入刷新刚完成后，输入点才建立起有效的输入信号，则必须在下一周扫描周期的输入刷新时才能将这一信号写入I/O状态表。这种响应时间为系统的最大响应时间。(见图2-9 (b))
最大响应时间 = 输入响应时间 + 2个周期的扫描时间 + 输出响应时间
如：输入响应时间为 1.5ms ； 输出响应时间 15ms ； 扫描周期 10ms
系统最小响应时间 = 1.5+10+15 = 26.5 ms
系统最大响应时间 = 1.5+2×10+15 = 36.5 ms
由以上分析表明：从外部输入触点动作有效到内部输出元件(继电器、晶体管、可控硅)的有效输出，响应延迟时间可长达2个多扫描周期，可达几十ms，这点对一般的应用场合无关紧要。但在某些特殊应用场合，这么大的延时是不允许的，此时应考虑选用智能化的快速响应I/O模块或选用更高速的PLC机型。
三菱FX2N PLC简介及编程元件的地址
FX1、FX2、FX2C、FX2N系列是日本三菱公司近年来推出的高性能小型整体式PLC，FX0N、FX0系列微型PLC，它们间的关系如下图所示。
FX2N系列PLC名称体系、种类
基本单元
F X 2 N - □ □ M □ - □
系列名称 1、I/O点数 3、其它区分1
基本单元 2、输出形式（R、S、T）
基本单元一览表：
I/O
总点数
输入
点数
输出
点数
AC电源，DC输入（内部供电）
继电器输出
可控硅输出
晶体管输出
16
8
8
FX2N-16MR-001
FX2N-16MT-001
32
16
16
FX2N-32MR-001
FX2N-32MS-001
FX2N-32MT-001
48
24
24
FX2N-48MR-001
FX2N-48MS-001
FX2N-48MT-001
64
32
32
FX2N-64MR-001
FX2N-64MS-001
FX2N-64MT-001
80
40
40
FX2N-80MR-001
FX2N-80MS-001
FX2N-80MT-001
128
64
64
FX2N-128MR-001
FX2N-128MT-001
扩展单元
F X 2 N - □ □ E □ - □
系列名称 1、I/O点数 3、其它区分1
扩展单元 2、输出形式（R、S、T）
扩展单元一览表：
I/O
总点数
输入
点数
输出
点数
AC电源，DC输入
继电器输出
可控硅输出
晶体管输出
32
16
16
FX2N-32ER
FX2N-32ET
48
24
24
FX2N-48ER
FX2N-48ET
扩展模块
F X □ N - □ □ E □
系列名称 1、I/O点数
扩展单元 2、输出形式（R、S、T）
扩展模块一览表：
I/O
总点数
输入
点数
输出
点数
DC输入，电源由基本单元、扩展单元供
继电器输出
输入
晶体管输出
可控硅输出
输入电压
8
4
4
FX0N-8ER *
DC24V
8
8
0
FX0N-8EX
DC24V
8
0
8
FX0N-8EYR
FX0N-8EYT
16
16
0
FX0N-16EX
DC24V
16
0
8
FX0N-16EYR
FX0N-16EYT
16
16
0
FX2N-16EX
DC24V
16
0
16
FX2N-16EYR
FX2N-16EYT
FX2N-16EYS
* 占有总点数16个、输入点数8个、输出点数8个
特殊扩展模块
特殊功能模块：
FX2N-422-BD 422通讯板 FX2N-8AV-BD 容量适配器
FX2N-485-BD 485通讯板 FX2N-CNV-BD FX0N用适配器连接板
FX2N-232-BD 232通讯板
特殊扩展模块
FX0N-3A 2CH模拟输入，1CH模拟输出
FX0N-16NT M-NET/MINI用（双绞线）
FX2N-4AD 4CH模拟输入
FX2N-4DA 4CH模拟输出
FX2N-4AD-PT 4CH温度传感器输入
FX2N-4AD-TC 4CH温度传感器输入（热电偶）
FX2N-1HC 50kHz 2相高速计数器
FX2N-1PG 100kpps脉冲输出模块
FX2N-232IF RS232通讯接口
FX-16NP M-NET/MINI用（光纤）
FX-16NT M-NET/MINI用（双绞线）
FX-16NP-S3 M-NET/NINT-S3用（光纤）
FX-16NT-S3 M-NET/NINT-S3用（双绞线）
FX-2DA 2CH模拟输出
FX-4DA 4CH模拟输出
FX-4AD 4CH模拟输入
FX-2AD-PT 4CH温度传感器输入（PT-100）
FX-4AD-TC 4CH温度传感器输入（热电偶）
FX-1HC 50kHz 2相高速计数器
FX-1PG 100kpps脉冲输出模块
FX-1DIF 1DIF接口
FX-1GM 定位脉冲输出单元（1轴，100kpps）
FX-10GM 定位脉冲输出单元（1轴，200kpps）
FX-20GM 定位脉冲输出单元（2轴）
扩展规则
基本单元的右侧A部可接FX2N系列用的扩展单元、扩展模块，此外，还可接FXON、FX1，FX2N系列等多台扩展设备。各个系列的扩展设备组合如下：
a种扩展方式
b种扩展方式
FX2N基本单元的右侧，可以按“a种扩展方式”或“b种扩展方式”进行扩展。但是，用“b种扩展方式”时，一定须用FX2N-CNV-IF型转换电缆，且一旦用了“b种扩展方式”之后，就不能再用“a种扩展方式”的扩展设备了。
（在讲解指令之前，先介绍一下与用户编程有直接关系的PLC编程元件的地址分配问题。）
FX2N 系列PLC性能规格
项 目
FX2N系列
运算控制方式
存储程序反复运算方式（专用LSI）、中断命令
输入输出控制方式
批处理方式（执行END指令时），但是，有I/O刷新指令
程序语言
符号语言 + 梯形图 （可用SFC表示）
程序存储器
最大存储容量
16K，（含注释文件寄存器最大16K），有键盘保护功能
程序存储器
内置存储器容量
8K步，RAM（内置锂电池后备）
电池寿命：约5年，使用RAM卡盒约3年（保修期1年）
可选存储卡盒
RAM 8K（也可自配16K） / EEPROM 4K，8 K / 16K / EPROM 8k（也可匹配16K）步
不能使用带有实时锁存功能存储卡盒
指令种类
顺控步进梯形图
顺控指令27条，步进梯形图指令2条
应用指令
128种 298条
运算处理速度
基本指令
0.08μs/指令
应用指令
1.52 ~ 数100μs / 指令
I/O点数
输入点数（有扩展模块时）
X000 ~ X267 184点(8进制编号)
输入点数（有扩展模块时）
Y000 ~ Y267 184点(8进制编号)
I/O总点数（有扩展模块时）
256点
辅助继电器
* 一般用
M 0 ~ M 499 500点
** 保持用
M 500 ~ M1023 524点
*** 保持用
M1024 ~ M3071 2048点
特殊用
M8000 ~ M8255 156点
状态寄存器
初始化
S 0 ~ S 9 10点
* 一般用
S 10 ~ S 499 500点
** 保持用
S500 ~ S 899 400点
*** 信号用
S900 ~ S 999 100点
定时器
（限时）
100ms
T 0 ~ T 199 200点 （0.1 ~ 3276.7 秒）
10ms
T 200 ~ T 245 46点（0.01 ~ 327.67秒）
*** lms累积型
T 264 ~ T 249 4点 （0.001 ~ 32.767秒）
*** 100ms累积型
T 250 ~ T 255 6点 （0.1 ~ 3276.7秒 ）
计数器
* 16位向上
C 0 ~ C 99 100点（0 ~ 32767计数器）
** 16位向上
C 100 ~ C199 100点（0 ~ 32767计数器）
* 32位双向
C 200 ~ C 219 20点（-2,147,483,648~+2,147,483,647计数器）
** 32位双向
C 220 ~ C 234 15点（-2,147,483,648~+2,147,483,647计数器）
** 32位高速双向
C235 ~ 255中的6点（响应频率参见5-3项）
数据寄存器
（使用1对时为32位）
* 16位通用
D 0 ~ D199 200点
** 16位保持用
D200 ~ 511 312点
*** 16位保持用
D512 ~ D7999 7488点 （D1000以后可以500点为单位设置文件寄存器）
16位保持用
D8000 ~ D8159 106点
16位保持用
V0-V7，Z0-Z7 16点
指针
JAMP,CALL分支用
P 0 ~ P 127 128点
输入中断，计时中断
I0□□ ~ I8□□ 9点
计数中断
I010 ~ I060 6点
嵌套
主控
N 0 ~ N 7 8点
常数
10进制（K）
16位： -32,768 ~ +32,767
32位: -2,147,483,648 ~ +2,147,483,647
16进制（H）
16位：0-FFFF 32位：0-FFFFFFFF
* 、非 掉 电 保 护 区 ： 通过参数设置可变为掉电保护区（电池）。
** 、掉 电 保 护 区（电池） ： 通过参数设置可以改为非掉电保护区。
***、掉电保护固定区（电池） ： 区域特性不可改变。
二、元件号的分配和功能概要
FX2N可编程控制器的一般元件种类和编号如下所示。
与FX0，FX0S ，FX0N，FX1，FX2系列PLC不一样，请注意。
FX2N-16M
FX2N-32M
FX2N-48M
FX2N-64M
FX2N-80M
FX2N-128M
带扩展
输入继电器
X000 ~
X007
8点
X000 ~
X017
16点
X000 ~
X027
24点
X000 ~
X037
32点
X000 ~
X047
40点
X000 ~
X077
64点
X000 ~
X267(X177)
184点(128点)
输入输出合计256点
输出继电器
Y
Y000 ~
Y007
8点
Y000 ~
Y017
16点
Y000 ~
Y027
24点
Y000 ~
Y037
32点
Y000 ~
Y047
40点
Y000 ~
Y077
64点
Y000 ~
Y267 (Y177)
184点(128点)
辅助继电器
M
M 0 ~ M 499
500点
通用 *
【M 500 ~ M1023】
524点
掉电保持 **
继电器用-----------
主→从 [M800~M899]
从→主 [M900~M999]
【M1024 ~ M3071】
2048点
掉电保持 ***
M8000 ~ M8255
156点
特殊用
状态
S
S 0 ~ S 499
---------------------------
初始化用 S 0 ~ S 9
返回原点用 * S 10 ~ S 19
【S 500 ~ S 899】
400点
掉电保持 **
【S 900 ~ S 999】
100点
警报用 ***
定时器
T
T 0 ~ T 199
200点100ms
子程序用--------------
T 192~T 199
T 200 ~ T 245
46点10ms
【T 246 ~ T 249】
4点
1ms累积型 ***
【S 250 ~ S 255】
6点
100ms累积型 ***
计数器
C
16位向上
32位 可逆
32位 高速可逆 计算最大6点
C 0 ~ C 99
100点
通用 *
【S100~S 199】
100点
掉电保持 **
C200-C219
20点
通用 *
【S220~S 234】
15点
掉电保持 **
【S235~S 245】
1相单向
计数输入 **
【S246~S250】
1相双向
计数输入 **
【S 251~S255】
2相计数
输入 **
数据寄存器
D，V，Z
D 0 ~ D 199
200点
通用 *
【D200 ~ D511】
312点
掉电保持 **
【D512 ~ D7999】
7488点
掉电保持 ***
D8000 ~ D8159
256点
特殊用
V7 ~ V0
Z7 ~ Z0
16点
变址用
嵌套指针
N 0 ~ N 7
8点
主控 用
P 0 ~ P 63
64点
跳转子程序 用
分支指针
I00 ~ I50 **
6点
输入中断指针
I6 ~ I8 ***
3点
定时中断指针
I010 ~ I060
6点
计数中断指针
常数
K
16位 -32,768 ~ 32,767
32位 -2,147,483,648 ~ 2,147,483,647
H
16位 0 ~ FFFFH
32位 0 ~ FFFFFFFFH
【 】内的元件为掉电保护区（电池）。
* 、非掉电保护区 ： 通过参数设置可变为掉电保护区（电池）。
** 、掉电保护区（电池） ： 通过参数设置可以改为非掉电保护区。
***、掉电保护固定区（电池）：区域特性不可改变。
输入(X)，输出（Y）继电器
各基本单元按八进制数X000 ~ X007，X010 ~ X017…… 对输入继电器进行编号，
按八进制数Y000 ~ Y007，Y010 ~ Y017…… 对输出继电器进行编号。
扩展单元和扩展块的编号是接在基本单元后，按顺序往下排。
输入继电器X000~X017的输入滤波器上使用了数字滤波器，用程序可以将响应时间变更为0~60ms。
但，使用目的用于高速采集时，请分配16点。（输入中断，高速计数器，脉冲捕捉，高速输入等各种应用指令等均为X000~X007）。
辅助继电器（M）
在PLC内部的继电器叫做辅助继电器。与输入输出继电器不同，它是一种内部继电器，因此不能读取外部输入，不能直接驱动外部负载。辅助继电器中有一部分具有掉电保持功能，即使PLC的电源断电，也还能储存其ON/OFF状态。
状态元件（S）
是一种步进梯形图或SFC表达工序号用的继电器。
不作工序号使用时,也当作与辅助继电器相同的接点/线圈来使用。也可作信号器，用作外部故障诊断。
定时器
定时器是将PLC内的1ms,10ms,100ms等时钟脉冲进行加法计数，当它达到设定值时，输出接点就动作。定时器的定时范围为0.001~3276.7秒。
T192~T199也可以用于子程序和中断子程序内。
T250~T255是100ms累积定时器，其当前值为累积数，所以，定时线圈的驱动输入为OFF时，当前值被保持，作为累积操作使用。
计数器
计数器根据目的和用途可分为如下几种，
[内部计数用] 通用/停电保持用16位计数器：向上计数用，计数范围为1~32，76732：向上/向下计数用，计数范围为-2，147，483，648~+2，147，483，647。
这些计数器是PLC的内部信号用的，其响应速度通常为数10Hz以下。
[高速计数器用] 停电保持用
32位计数器：向上/向下，计数范围为-2，147，483，648~+2，147，483，647（1相1计数，1相2计数，2相2计数），分配在输入继电器X000~X007。
高数计数器与PLC的运算速度无关，最高计数为60kHz。
数据寄存器(D) (V) (Z)
数据寄存器是存储数值数据的元件。FX PLC的数据寄存器全是16位的（最高位是正负符号位），用二个寄存器组合就可以处理32位（最高位为正负位）数值。（数值范围同上述的“计数器”一项）。与其它元件一样，数据寄存器有一般用和掉电保持用两种。
数据寄存器之中还有被称为寻址用的V、Z寄存器（V0~V7，Z0~Z7，共16点）。V、Z还可按下述，附加其它元件使用。
[V0，Z0=5时] D100V0=D105 C20Z0=C25←元件编号+V0或Z0值。
数据寄存器和寻址寄存器被用于定时器、计数器的设定值的间接指定、应用指令之中。
常数（K）（M）
PLC使用的各种数值中，K为十进制整数，H为十六进制数。这些可用作定时器、计数器的设定值、当前值和应用指令的操作数。
指针（P）（I）
有分支用、中断用两种。分支用指针用于指定FNC00（CJ）条件跳转、或FNC01（CALL）子程序调入的地址。中断指针用于指定输入中断、定时中断、计数中断的中断子程序。
特殊元件
FX2N PLC的特殊元件种类及其功能如下表所述。
[M]、[D] 这种带有[ ]的元件、末使用的元件以及末写入下表的末定义元件都不许在程序中进行写入操作。
编 号
名 称
备 注
[M]8000
RUN监控 a接点
RUN时为ON
[M]8001
RUN监控 b接点
RUN时为OFF
[M]8002
初始脉冲 a接点
RUN后第1个扫描周期为ON
[M]8003
初始脉冲 b接点
RUN后第1个扫描周期为OFF
[M]8004
出错
M8086~M8067检测*8
[M]8005
电池电压降低
锂电池电压下降
[M]8006
电池电压降低锁存
保持降低信号
[M]8007
瞬停检测
[M]8008
停电检测
[M]8009
DC24V降低
检测24V电源异常
编 号
名 称
备 注
D8000
监视定时器
初始值200ms
[D]8001
PC型号和版本
* 5
[D]8002
存储器容量
* 6
[D]8003
存储器种类
* 7
[D]8004
出错特M地址
M8086~M8087
[D]8005
电池电压
0.1V 单位
[D]8006
电池电压降低检测
3.0V （0.1V单位）
[D]8007
瞬停次数
电源关闭清除
D8008
停电检测时间
4-2项
[D]8009
下降单元编号
降低的起始输出编号
时钟
编 号
名 称
备 注
[M]8010
[M]8011
10ms时钟
10ms周期振荡
[M]8012
100ms时钟
100ms周期振荡
[M]8013
1s时钟
1s周期振荡
[M]8014
1min时钟
1min周期振荡
M8015
计时停止或预置
M8016
时间显示停止
M8017
±30秒修正
[M]8018
内装RTC检测
常时ON
M8019
内装RTC出错
编 号
名 称
备 注
[D]8010
扫描当前值
0.1ms单位
包括常数扫描
等待时间
[D]8011
最小扫描时间
[D]8012
最大扫描时间
D8013
秒0~59秒预置值或当前值
D8014
分0~59秒预置值或当前值
D8015
时0~23秒预置值或当前值
D8016
日1~31秒预置值或当前值
D8017
月1~12秒预置值或当前值
D8018
公历4位预置值或当前值
D8019
星期0(一)-6(六)预置值或当前值
标记
编 号
名 称
备 注
[M]8020
零标记
应用命令运算标记
[M]8021
借位标记
M8022
进位标记
[M]8023
M8024
BMOV方向指定
M8025
HSC方式（FNC53~55）
M8026
RAMP方式（FNC67）
M8027
PR方式（FNC77）
M8028
执行FROM/TO指令时允许中断
[M]8029
执行指令结束标记
应用命令
编 号
名 称
备 注
[D]8020
调整输入滤波器
初始值10ms
[D]8021
[D]8022
[D]8023
[D]8024
[D]8025
[D]8026
[D]8027
[D]8028
ZO（Z）寄存器内容
寻址寄存器Z的内容
[D]8029
VO（Z）寄存器内容
寻址寄存器V的内容
PC状态
编 号
名 称
备 注
M8030
电池关灯命令
关闭面板灯*4
M8031
非保存存储清除
清除元件的ON/OFF
和当前值*4
M8032
保存存储清除
M8033
存储保存停止
图像存储保持
M8034
全输出禁止
外部输出均为OFF*4
M8035
强制RUN方式
8-1项*1
M8036
强制RUN指令
M8037
强制STOP指令
[M]8038
M8039
恒定扫描方式
定周期运作
编 号
名 称
备 注
[D]8030
[D]8031
[D]8032
[D]8033
[D]8034
[D]8035
[D]8036
[D]8037
[D]8038
D8039
常数扫描时间
初始值0(1ms单位)
* 1：RUN→STOP是清除。 * 7： 00H=FX-RAM8
* 2：STOP→RUN是清除。 01H= FX-EEPROM-8
* 3：电池后备 02H= FX-EEPROM-4，8，16（保护为OFF）
* 4：END指令结束处理 0AH= FX- EEPROM-4，8，16（保护为ON）
* 5： 24 100 10H= 可编程控制的内置RAM
↑ ↑ * 8：M8062除外
FX2N 版本1.00
* 6：0002=2k步 , 0004=4k步
0008=8k步 ， 0016=16k步
D8102加在以上项目
OMRON C200H数据通道
C200H PLC用户数据区的分类采用继电器的命名法，共分为9大类。（见表11-3）
对各区的访问C200H PLC采用通道的概念寻址，即将各个区都划分为若干个连续的通道，每个通道包含16位(bit)，数据区用2个字母标识(I/O继电器区除外)，通道号用2-4个数字标识，有些区可按继电器(即按位)寻址，在通道号后面再加上2位数(00—15)标识继电器(位号)，这样数据区的任一通道、任一继电器(或位)均可用通道号或继电器号唯一表示。
表11-3 C200H PLC用户数据区的分类表
序号
区域名称
标识字母
通 道 号
寻址方式
1
I/O继电器区
000-029(不用的I/O位可作为内部辅助继电器使用)
CH bit R/W
2
内部辅助继电器区
IR
030-250
CH bit R/W
3
专用继电器区
SR
251-255
CH bit
4
暂存继电器区
TR
TR0-TR7(只有8位)
bit R/W
5
保持继电器区
HR
HR00-HR99
CH bit R/W
6
辅助存贮继电器区
AR
AR00-AR27
CH bit
7
链接继电器区
LR
LR00-LR63
CH bit R/W
8
定时/计时继电器区
TC
TC000-TC511
CH
9
数据存贮区
DM
DM0000-DM0999 (读/写)
DM1000-DM1999 (只 读)
CH
CH
I/O继电器区
I/O继电器实际上是PLC的I/O状态表存储器中的某一位，各个位与外部I/O物理设备建立联系。共有30个通道（后面简称“CH”），编号为000—029，每个CH可以反映一个I/O模块的状态。
每个I/O模块的CH号是由它在母板上安装的位置决定，一个C200H PLC的CPU母板最多可带2个扩展母板,各母板上的安装槽位及相应的CH号见图11-11。
I/O继电器区既可用通道访问(地址：3位数字的CH号，CH号最前面的0可以省略)，也可用位访问(地址：在通道号后再加2位数字，位地址用下角表示)。寻址范围见表11-4
000
001
002
003
004
005
006
007
CPU单元
010
011
012
013
014
015
016
017
扩展单元
020
021
022
023
024
025
026
027
扩展单元
图11-11 C200H PLC母板通道号分布图
CPU
母板
00000
00015
00100
00115
00200
00215
00300
00315
00400
00415
00500
00515
00600
00615
00700
00715
00800
00815
00900
00915
I/O扩展母板
01000
01015
01100
01115
01200
01215
01300
01315
01400
01415
01500
01515
01600
01615
01700
01715
0180
01815
01900
01915
I/O扩展母板
02000
02015
02100
02115
02200
02215
02300
02315
02400
02415
02500
02515
02600
02615
02700
02715
02800
02815
02900
02915
表11-4 C200H PLC I/O继电器位访问地址
内部辅助继电器区 ( Internal Relay ) IR区
内部辅助继电器区简称IR区，通道的寻址范围为030-250，IR区还可用作数据处理区，控制其它位、计数器/定时器等，IR区的寻址方式同I/O继电器区，既可按CH访问也可按bit访问。
IR区中050-231通道提供给特殊I/O模块使用(如远程I/O模块、A/D、D/A模块等)，无相应的特殊I/O模块时，对应的CH号仍作为IR给用户任意使用。IR区通道分配见表11-5
表11-5 IR区通道分配
通道号
030-049
050-099
100-199
200-231
232-246
247-250
用
途
用户任
意用
远程I/O单元占用
A/D D/A 温度传感器位控高速计数器占用
光纤传输I/O模块占用
用户任意用
Link模块占用
备注
不使用这些特殊模块时，可由用户任意使用。
特殊继电器区 ( Special Relay ) SR区
特殊继电器区简称SR区，用于监视PLC系统工作状态、产生时钟脉冲、产生错误信息等。SR区的通道寻址范围是251-255，SR区各继电器的状态一般是由系统程序自动写入，用户只能读取，有些位用户可自行设置。SR区既可以CH，也可以bit访问。下面列出了部分SR区常用标志位及其功能。
25l00：多个远程I／0单元故障标志。当多个远程I／0单元故障时，该位被置1。
25103：单个远程I／0单元故障标志。当一个远程I／0单元或光传输单元故障时，该位被置l。
25104：远程I／0从单元故障标志。该位被置1表示高通道位单元故障，该位被置0表示低通道位单元故障。与25100或25103等位标志合用。
25105，25106：光传输单元故障标志。通过这两个位，能表示0～3共4个光传输单元的故障位置。
25l07：远程I／0主单元故障标志。
25108～25115：故障通道标志。对远程I／0单元、光传输单元和I／0链接单元的故障通道进行标志。
25211，25206：分别是第0号和第1号主机链接单元链接错误标志。
25213，25207：分别是第0号和第1号主机链接单元重新启动标志。
25208，25209：分别是CPU安装型主机链接单元链接错误和重新启动标志。
25212：数据保持标志。可编程序控制器在监控或运行状态时，如该位被置1，则I／0继电器区、IR区和LR区内的数据(25212被置位时的数据)被保持。
25215：输出禁止标志。该位被置1，所有输出单元的输出信号被禁止输出。通过0UT指令可使该位置l。掉电时，该位保持掉电前的状态。该位置0时，对输出单元的输出进行正常更新。
25300～25307：故障代码输出标志。
25308：电池电压不足标志。
25309：扫描时间错误标志。当扫描时间大于系统最大限值时，该位被置l。
25310：I／0校验出错标志。I／0单元地址与已存放的I／0单元地址不符时，该位被置1。
25313：常ON标志。PLC通电后始终为1。
25315：第一次扫描标志。在用户程序第一次执行时置1，扫描结束以后置0。
25407：步进启动标志。步进指令STEP第一次执行时置1，扫描结束以后置0。
25415：特殊I／0单元故障标志。系统中任何一个特殊I／0单元故障时，该位被置l。
25400： 1分钟时钟脉冲标志。用于产生脉冲周期为1分钟的时钟脉冲。脉冲的占空比为1：1。
25401：0.02秒时钟脉冲标志。用于产生脉冲周期为0.02秒的时钟脉冲。脉冲的占空比为1：1。
25500：0.1秒时钟脉冲标志。 用于产生脉冲周期为 0.1秒的时钟脉冲。脉冲的占空比为1：1。
25501：0.2秒时钟脉冲标志。 用于产生脉冲周期为0.2秒的时钟脉冲。 脉冲的占空比为1：1。
25502： 1 秒时钟脉冲标志。 用于产生脉冲周期为 1.0秒的时钟脉冲。 脉冲的占空比为1：1。
对时钟脉冲信号，要求系统的扫描时间小于相应的应用时钟脉冲周期，否则，将无法得到时钟的正确信号。例如，0.02秒脉冲信号的置位时间是10ms，扫描时间应小于10ms才能采集到0.02秒的脉冲信号。
25503：指令执行错误标志（ER）。当执行错误指令时，该位被置l。
25504：进位标志（CY）。当运算结果有进位时，该位被置l。用CLC指令可使其置0。
25505：大于标志（GR）。在比较运算中，第二个操作数大于第一个操作数时，该位被置l。
25506：等于标志（EQ）。在比较运算中，第二个操作数等于第一个操作数时，该位被置l。
25507：小于标志（LE）。在比较运算中，第二个操作数小于第一个操作数时
暂存继电器区 ( Temporary Relay ) TR区
特性见表11-3
保持继电器区 ( Holding Relay ) HR区
特性见表11-3、6
辅助存贮继电器区 ( Auxiliary Relay ) AR区
特性见表11-3、6
链接继电器区 ( Link Relay ) LR区
特性见表11-3、6
定时/计时继电器区 ( Timer & Counter ) TC区
特性见表11-3、7
数据存贮区 ( Data Memory ) DM区
特性见表11-3、7
表11-6 C200H PLC通道号、寻址范围及操作数范围
区名
I/O继电器
IR
SR
HR
AR
LR
通道号
000-029
030-250
251-255
HR00-HR99
R AR23-AR27
AR00-AR06
R/W
AR07-AR22
LR00-LR63
位寻址范围
00000-02915
03000-02515
25100-25515
HR0000-HR9915
R AR0000-AR0615
AR2300-AR2715
R/W
AR0700-AR2215
LR0000-R6315
表11-7 不可位寻址的对象
TC
DM
#
TC000-TC511
R/W DM0000-DM0999
R DM1000-DM1999
+ 0000-9999
= 0000-FFFF
三菱FX2N PLC指令系统
编程语言简介
现代PLC一般具有多种编程语言可供选择，常见的有梯形图、助记符、布尔表达式、功能图、功能表图、高级语言等几种。
梯形图
梯形图编程语言是由原继电器控制系统演变而来，与电气逻辑控制原理图非常相似，它形象、直观实用，为广大电气技术人员所熟知，是PLC的主要编程语言，绝大多数PLC(特别是中、小型PLC)均具有这种编程语言，只是一些符号的规定有所不同而已，下一节将对此作重点介绍。
助记符
助记符也称语句表达式，它与计算机的汇编语言很相似，但比汇编语言简单得多。PLC简易编程器没有梯形图编程功能，必须把梯形图翻译成助记符指令后再输入PLC。微型、小型PLC常采用这种方法，故助记符也是一种用得最多的编程语言。
助记符是用若干个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能。各PLC生产厂家使用的助记符不尽相同，表3-1列出了5种PLC的常见指令符号。
表3-1 PLC常见指令符号
功能或逻辑运算
OMRON C系列
三菱K系列
西门子S5系列
GE-1
西屋
起
点
常开触点
LD
LD
A
STR
RD
常闭触点
LD NOT
LDI
AN
STR NOT
RD NOT
与
AND
AND
U
AND
AND
与非
AND NOT
ANI
UN
AND NOT
AND NOT
或
OR
OR
O
OR
OR
或非
OR NOT
ORI
ON
OR NOT
OR NOT
输出
OUT
OUT
=
OUT
WR
与括弧
AND LD
ANB
A（ ）
AND STR
AND MEM
或括弧
OR LD
ORB
O（ ）
OR STR
OR MEM
主控
ILC
MC
MCR
MCS
WR MCR
取消主控
ILC
MCK
MCR（E）
MCR
WR NOT MCR
布尔表达式
它是一种找出输入量、辅助量(内部元件)、输出量之间关系，用布尔表达式或逻辑方程表达出来的编程方法。现今有少部分PLC采用这种编程方法，它配有专用的布尔表达式编程器。
布尔表达式编程法也是一种较好的编程方法，若没有专用编程器，采用此法先找出系统的布尔表达式组，然后再转换成梯形图编程。
功能块图 ( Function block diagram )
这是一种建立在布尔表达式之上的图形语言。实质上是一种将逻辑表达式用类似于“与”、“或”、“非”等逻辑电路结构图表达出来的图形编程语言。
这种编程语言及专用编程器也只有少量PLC机型采用。例如西门子公司的S5系列PLC采用STEP编程语言，它就有功能块图编程法。
功能表图 ( Function chart )
也称顺序功能表图 (Sequence Function chart )，简称SFC
这种语言是在80年代初由法国科技人员根据Petri网理论提出的，是一种功能说明语言，已先后成为法、德的国家标准，IEC也于88年公布了类似的标准(IEC848)。
我国也于86年颁布了功能表图的国标(GB6988.6-86)。
它是一种位于前述4种编程语言之上的一种图形语言，用来编制较为复杂的顺序控制程序。
对较复杂的控制系统用梯形图作程序设计，存在如下问题：
①设计方法很难掌握且设计周期长②装置投运后维护、修改困难。
但若用功能表图法设计PLC程序，则可有效地解决上述问题，有资料称可以使设计时间减少2/3。
功能表图是描述控制系统的控制过程、功能、特性的一种图形(最初是一种工艺性的流程图)，它并不涉及所描述的控制功能之具体技术，是一种通用的技术语言，可用于进一步的设计和不同专业的技术人员之间进行技术交流。
这种设计方法很容易被初学者接受。对有一定经验的技术人员，也会提高设计效率，程序的设计、调试、修改和阅读也很容易。
功能表图在PLC编程过程中有2种用法：
1）直接根据功能表图的原理设计PLC程序，编程主要通过CRT终端，直接使用功能表图输入控制要求，这种PLC的工作原理已不象小型机那样，程序从头到尾循环扫描，而只扫描那些与当前状态有关的条件，从而大大减少了扫描时间，提高了PLC的运行速度。目前已有此类产品，如GE FANUE公司(美)、西门子公司(德)、Telemecanigue公司(法)、富士FACOM公司(日)等，多数在大、中型PLC上应用。
2）用功能表图描述PLC所要完成的控制功能(即作为工艺说明语言使用)，然后再据此利用具有一定规则的技巧画出梯形图。这种用法，因为有功能表图易学易懂、描述简单清楚、设计时间少等优点，因此成为用梯形图设计程序的一种前置手段，是当前PLC梯形图设计的主要方法，是一种先进的设计方法。
高级语言
现代PLC已具有很强的数值运算、数据处理能力，为方便用户，许多PLC都配备了高级语言如：PSM、PL/M、BASIC、PASCAL、C语言等。
梯形图使用的符号、概念及注意事项
前面曾讲过，梯形图与继电器逻辑图的设计思想是一致的，具体表达方式有点区别。PLC的梯形图使用的是“软元件”(I点、O点、内部辅助继电器、计数器等)。是PLC 存储器中的某一位，由软件(用户程序)实现逻辑运算，使用和修改灵活方便。靠硬接线组成逻辑运算的继电器控制线路是无法与之相比的。
梯形图中的符号、概念
梯形图沿用了继电器逻辑图的一些画法和概念：
母线 梯形图的两侧各有1垂直的公共母线(Bus bar)，有的PLC省却了右侧的垂直母线(如OMRON系列的PLC)，母线之间是触点和线圈，用短路线连接。
触点 PLC内部的I/O继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、定时器、计数器、移位寄存的常开/闭触点，都用表3-2所示的符号表示，通常用字母数字串或 I/O地址标注。触点实质上是存储器中某1位，其逻辑状态与通断状态间的关系见表3-2，这种触点在PLC程序中可被无限次地引用。触点放置在梯形图的左侧。
表3-2 触点、线圈的符号
俗称名称
符 号
说 明
常开触点
1为触点“接通”，0为触点“断开”
常闭触点
1为触点“断开”，0为触点“接通”
继电器线圈
1为线圈“得电”激励，0为线圈“失电”不激励
继电器线圈 对PLC内部存储器中的某一位写操作时，这一位便是继电器线圈，用表3-2中的符号表示，通常用字母数字串，输出点地址，存储器地址标注，线圈一般有输出继电器线圈、辅助继电器线圈。它们不是物理继电器，而仅是存储器中的1 bit。一个继电器线圈在整个用户程序中只能使用一次(写)，但它还可当作该继电器的触点在程序中的其它地方无限次引用(读)，既可常开，也可常闭。继电器线圈放置在梯形图的右侧。
能流 能流是梯形图中的“概念电流”，利用“电流”这个概念可帮助我们更好地理解和分析梯形图。假想在梯形图垂直母线的左、右两侧加上DC电源的正、负极，“概念电流”从左→右流动，反之不行。
梯形图使用应注意事项：
梯形图中的触点、线圈不是物理触点和线圈，而是存储器中的某1位。相应位为1/0时表示的意义参见表3-2。
用户程序的运算是根据PLC的I/O状态表存储器中的内容，而不是外部I/O开关的状态。
梯形图中用户逻辑运算结果，可以立即被后面用户程序所引用。
输出线圈只对应输出状态表存储器中的相应位，并不是用该编程元件直接驱动现场执行机构。该位的状态是通过输出刷新，输出到输出模块上，控制对应的输出元件(继电器、可控硅、晶体管)，是输出元件驱动现场执行机构。
PLC内部辅助继电器线圈不能做输出控制用，它们只是PLC内部存储器中的一位，起中间暂存作用。
触点和线圈只能作水平元件用，不能作垂直元件用。(见图3-1(a、b))
梯形图中能流总是从左到右流动。在两行触点的垂直短路线上，能流可上→下，也可下→上流动。图3-2中虚线那样的路径不会成为能流的流动路径，这点与继电器逻辑图有较大的差别。
梯形图网络可由多个支路组成，每个支路可容纳多个编程元件。每个网络允许的支路条数、每条支路容纳的元件的个数，各PLC限制不一样。
[例]：如OMRON系列PLC的限制是：每个网络最多允许16条支路，每条支路能容纳的元件个数最多为11个。
三菱FX2N PLC指令
分类
分类
FX2N PLC的指令分为：基本顺控指令（基本指令）、功能指令。
基本指令表
FX2N PLC各基本指令的符号、功能如下表所示。
基本指令一览
符号名称
功 能
电路表示和目标元件
[LD]
取
运算开始
常开触点
[LDI]
取反
运算开始
常闭触点
[LDP]
取上升沿脉冲
运算开始
上升沿触点
[LDF]
取下降沿脉冲
运算开始
下降沿触点
[AND]
与
串联
常开触点
[ANI]
与非
串联
常闭触点
[ANDP]
与脉冲
串联
上升沿触点
[ANDF]
与脉冲（F）
串联下降沿触点
[OR]
或
并联
常开触点
[ORI]
或非
并联
常闭触点
[ORP]
或脉冲
并联上升沿触点
[ORF]
或脉冲（F）
并联下降沿触点
[ANB]
逻辑块与
块串联
[ORB]
逻辑块或
块并联
[OUT]
输出
线圈驱动指令
[SET]
置位
保持指令
[RST]
复位
复位指令
[PLS]
脉冲
上升沿检测指令
[PLF]
脉冲（F）
下降沿检测指令
[MC]
主控
主控
开始指令
[MCR]
主控复位
主控
复位指令
[MPS]
进栈
进栈指令
（PUSH）
[MRD]
读栈
读栈指令
[MPP]
出栈
出栈指令
（POP 读栈且复位）
[INV]
反向
运算结果的反向
[NOP]
无
空操作
程序清除或空格用
[END]
结束
程序结束
程序结束，返回0步
功能指令表（应用指令）
各指令功能和FNC.NO.（指令编号）如下：
应用指令一览表
分类
FNC
NO.
指令符号
功 能
D指令
P指令
程
序
流
00
CJ
有条件跳
—
〇
01
CALL
子程序调用
—
〇
02
SRET
子程序返回
—
—
03
IRET
中断返回
—
—
04
EI
开中断
—
—
05
DI
关中断
—
—
06
FEND
主程序结束
—
—
07
WDT
监视定时器刷新
—
—
08
FOR
循环区起点
—
—
09
NEXT
循环区终点
—
—
传
送
比
较
10
CMP
比较
〇
〇
11
ZCP
区间比较
〇
〇
12
MOV
传送
〇
〇
13
SMOV
移位传送
—
〇
14
CML
反向传送
〇
〇
15
BMOV
块传送
—
〇
16
FMOV
多点传送
〇
〇
17
XCH
交换
〇
〇
18
BCD
BCD转换
〇
〇
19
BIN
BIN转换
〇
〇
分类
FNC
NO
指令符号
功 能
D指令
P指令
四
则
逻
辑
运
算
20
ADD
BIN加
〇
〇
21
SUB
BIN减
〇
〇
22
MUL
BIN乘
〇
〇
23
DIV
BIN除
〇
〇
24
INC
BIN增1
〇
〇
25
DEC
BIN减1
〇
〇
26
WAND
逻辑字“与”
〇
〇
27
WOR
逻辑字“或”
〇
〇
28
WXOR
逻辑字异或
〇
〇
29
NEG
求补码
〇
〇
移
位
指
令
30
ROR
循环右移
〇
〇
31
ROL
循环左移
〇
〇
32
RCR
带进位右移
〇
〇
33
RCL
带进位左移
〇
〇
34
SFTR
位右移
—
〇
35
SFTL
位左移
—
〇
36
WSFR
字右移
—
〇
37
WSFL
字左移
—
〇
38
SFWR
“先进先出”写入
—
〇
39
SFRD
“先进选出”读出
—
〇
数
据
处
理
40
ZRST
区间复位
—
〇
41
DECO
解码
—
〇
42
ENCO
编码
—
〇
43
SUM
ON位总数
〇
〇
44
BON
ON位判别
〇
〇
45
MEAN
平均值
〇
〇
46
ANS
报警器置位
—
—
47
ANR
报警器复位
—
〇
48
SOR
BIN平方根
〇
〇
49
FLT
浮点数与十进制数间转换
〇
〇
高
速
处
理
50
REF
刷新
—
〇
51
REFE
刷新和滤波调整
—
〇
52
MTR
矩阵输入
—
—
53
HSCS
比较置位（高速计数器）
〇
—
54
HSCR
比较复位（高速计数器）
〇
—
55
HSZ
区间比较（高速计数器）
〇
—
56
SPD
速度检测
—
—
57
PLSY
脉冲输出
〇
—
58
PWM
脉冲幅宽调制
—
—
59
PLSR
加减速的脉冲输出
〇
—
分类
FNC
NO
指令符号
功 能
D指令
P指令
方
便
指
令
60
IST
状态初始化
—
—
61
SER
数据搜索
〇
〇
62
ABSD
绝对值式凸轮顺控
〇
—
63
INCD
增量式凸轮顺控
—
—
64
TTMR
示教定时器
—
—
65
STMR
特殊定时器
—
—
66
ALT
交替输出
—
—
67
RAMP
斜坡信号
—
—
68
ROTC
旋转台控制
—
—
69
SORT
列表数据排序
—
—
外
部
设
备
(I/O)
70
TKY
0-9数字键输入
〇
—
71
HKY
16键输入
〇
—
72
DSW
数字开关
—
—
73
SEGD
7段编码
—
〇
74
SEGL
带锁存的7段显示
—
—
75
ARWS
矢量开关
—
—
76
ASC
ASCⅡ转换
—
—
77
PR
ASCⅡ代码打印输入
—
—
78
FROM
特殊功能模块读出
〇
〇
79
TO
特殊功能模块写入
〇
〇
外
部
设
备
(SER)
80
RS
串行数据传送
—
—
81
PRUN
并联运行
〇
〇
82
ASCI
HEX→ASCⅡ转换
—
〇
83
HEX
ASCⅡ→HEX转换
—
〇
84
CCD
校正代码
—
〇
85
VRRD
FX-8AV变量读取
—
〇
86
VRSC
FX-8AV变量整标
—
〇
87
88
PID
PID运算
〇
〇
89
浮
点
数
110
ECMP
二进制浮点数比较
〇
〇
111
EZCP
二进制浮点数区比较
〇
〇
118
EBCD
二进制浮点数→十进制浮点数变换
〇
〇
119
EBIN
十进制浮点数→二进制浮点数变换
〇
〇
120
EADD
二进制浮点数加
〇
〇
121
ESUB
二进制浮点数减
〇
〇
122
EMUL
二进制浮点数乘
〇
〇
123
EDIV
二进制浮点数除
〇
〇
浮
点
运
算
127
ESOR
二进制浮点数开平方
〇
〇
129
INT
二进制浮点数→BIN整数转换
〇
〇
130
SIN
浮点数SIN运算
〇
〇
131
COS
浮点数COS运算
〇
〇
132
TAN
浮点数TAN运算
〇
〇
147
SWAP
上下字节转换
—
〇
分类
FNC
NO
指令符号
功 能
〇
—
时
钟
运
算
160
TCMP
时钟数据区比较
—
〇
161
TZCP
时钟数据区间比较
—
〇
162
TADD
时钟数据加
—
〇
163
TSUB
时钟数据减
—
〇
166
TRD
时钟数据读出
—
〇
167
TWR
时钟数据写入
—
〇
格雷码
170
GRY
格雷码转换
〇
〇
171
GBIN
格雷码逆转换
〇
〇
接
点
比
较
224
LD=
（S1）=（S2）
〇
—
225
LD＞
（S1）＞（S2）
〇
—
226
LD＜
（S1）＜（S2）
〇
—
228
LD<>
（S1）≠（S2）
〇
—
229
LD≦
（S1）≦（S2）
〇
—
230
LD≧
（S1）≧（S2）
〇
—
232
AND=
（S1）=（S2）
〇
—
233
AND>
（S1）＞（S2）
〇
—
234
AND＜
（S1）＜（S2）
〇
—
236
AND<>
（S1）≠（S2）
〇
—
237
AND≦
（S1）≦（S2）
〇
—
238
AND≧
（S1）≧（S2）
〇
—
240
OR=
（S1）=（S2）
〇
—
241
OR＞
（S1）＞（S2）
〇
—
242
OR＜
（S1）＜（S2）
〇
—
244
OR<>
（S1）≠（S2）
〇
—
245
OR≦
（S1）≦（S2）
〇
—
246
OR≧
（S1）≧（S2）
〇
—
基本指令概述
计数器
PLC应用实例
本章所举实例中，PLC均采用三菱 FX2N系列可编程序控制器。
[例4-1]．梯形图见右图，助记符指令见下
LD X0 LD X3
AND X1 OUT C05
OUT C04 D30
K30 LD X4
LD X2 OR X5
RST C04 RST C05
LD C04 LD I C05
OUT Y05 OUT Y06
C04的SV=30。 C05的SV是由D30决定，
可由外部设备设定，实现可调设定值，C04的动作时序见图4-2
复位输入(R=X2)
计数输入(CP=X0，X1)
PV
计数器输出(C04/Y05)
[例4-2]．
图4-3（a），实质上是个15sec的定时器。
[ 例4-3]. 点动接收/去抖电路
图4-4中可保证Y04可靠输出1sec
[例4-4]. 点动输出/脉冲输出
注：图4-5中，不管输入时间(X0)是长/短，Y04均给出0.5sec的脉冲输出。
[例4-5]. 振荡电路
图4-6中，在X0 为ON期间，Y05为脉宽可调的振荡输出。
[例4-6]. 图4-7为一种自锁电路的2种编程方法：
[例4-7]．按钮SB0—SB66控制电机M1—M6 ，控制要求见下表4-1，画出控制原理图和控制程序梯形图 。
表4-1 电机连锁控制状态表
电机
按钮
M1 M2 M3 M4 M5 M6
SB1
√ √ √ √ √ √
O √ √ √ √ √
O O √ √ √ √
O O O √ √ √
O O O O √ √
O O O O O √
O O O O O O
SB2
SB3
SB4
SB5
SB6
SB0
表中：√表示电机运转，O表示电机停止
解：由表4-1可看出，输入信号有7个:
SB1~SB6、SB0，输出信号有6个电机要
控制，分别用6个交流接触器驱动，I/O
信号对应的地址见下：
输入信号: 按钮 SB0 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6
地址 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6
输出信号: 电机 M1 M2 M3 M4 M5 M6
地址 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
每个输出点驱动1个交流接触器，由交流接触器KM1~KM6驱动电机M1~M6。
PLC接线原理图见图4-8。 控制程序梯形图见图4-9。
[例4-8].用一个输出点指示事故、故障报警信号。用间断的信号表示事故（重要）发生，用连续的信号表示故障（次要）发生。设计程序梯形图。假设：
采用事故（重要）优先的原则，即在故障报警时如果出现事故信号，将停止故障报警，改为事故报警。
经过设定的时间(1min)后自动停止报警；在该时间内，如果操作人员按了“停止报警”按钮，将立即停止报警。
I/O信号对应的地址见下：
事故信号 ： X00 ； 故障信号： X02 ；
“停止报警”按钮 ： X04 ； 报警器 ： Y0 。
梯形图如图4-10所示，在事故、故障刚发生时(即图4-11中X00、X02的上升沿)，PLC指令使M105、M106的常开触点接通一个扫描周期，事故信号、故障信号将分别锁存在M110和M111中，M110或M111的常开触点闭合后开始报警，同时定时器T100定时1min，定时时间到时，T100的常闭触点断开，使M110或M111线圈“断电”，停止报警。如果在1min内操作人员按了“停止报警”按钮，X04的常闭触点断开，也将使M110或M111复位，报警器停止报警。T110和T120用来产生接通0.4s、断开0.8s的信号。若仅出现故障信号，M111的常开触点和M110的常闭触点接通，Y0发出故障报警(连续的报警信号)。假设在故障出现期间又发生了事故(见图4-11)，在X00的上升沿，M105的常开触点、常闭触点分别接通、断开一个扫描周期，M105的
一个扫描周期，使T100复位，T100将重新开始定时60s，与此同时，M110的常开触点接通，常闭触点断开，Y0的线圈将由一直“通电”变为周期性地间断“通电”，由故障报警(连续的报警信号)变为事故报警(间断的报警信号)，从而满足了“事故报警优先”的要求。
[例4-9]．三相电机降压启动。在绕线异步电动机起动时，常采用定子全压起动，而转子回路需接入变阻器，如图4-12。画出控制原理图和控制程序梯形图 。
解：根据题意，
输入信号有3个: SB1、SB2、FR；
输出信号有4个: KM1~KM4。
PLC接线原理图见图4-13。
I/O信号对应的地址见图4-13。
如果KM2、KM3、KM4的切换
时间均为0.1秒，则控制程序梯形图见4-14。
[例4-10]．四层楼电梯控制系统， 电梯控制工作示意图如图4-15。控制要求：
画出控制原理图和控制程序梯形图 。
解：根据题意，输入信号有 :
1~4楼梯外请求按钮FU、FD；
1~4楼楼层信号SQ1~SQ4；
厢内控制面板上的按钮信号；
电梯开门、关门限位开关。
输出信号有 :
升降指示灯、
电梯升降交流接触器KM1~KM2、
电梯开关门交流接触器KM3~KM4、
电铃。
PLC接线原理图见图4-16。
I/O信号对应的地址见图4-16。
控制程序梯形图见图4-17。
[例4-11] 图4-18是一个小车运动系统工作原理示意图。图中，小车有三种运动状态：向左、向右、停车。LS为表示小车位置的行程开关，PB为请求信号按钮。
动作要求：
当小车所暂停的位置SQ号大于SB号，则小车向左行走至呼叫的SB位置后停止。
当小车所暂停的位置SQ号小于SB号，则小车向右行走至呼叫的 SB位置停下。
当小车所在位置SQ号与呼叫的SB号相等，则小车停止。
分析：我们要控制小车，首先要检测SQ和SB信号的位置，然后再根据已有的SQ和SB信号确定运动策略。SB与SQ比较有以下几种情况：
SQ>SB，则小车向左运动。
SQ=SB，则小车停止运动。
SQ<SB，则小车向右运动。
还有两种情况：
小车静止时处于两个SQ之间。
小车静止时，位于SQ1--SQ5之外。
上述这两种情况，均属于意外，小车不应运动，待人工处理。
根据上述思想，我们可以作出如下设计：
PLC接线原理图见图4-19。
I/O信号对应的地址见图4-19。
控制程序梯形图见图4-20。
[例4-12].如图4-21所示。H、I和L是液位传感器，它们被液体淹没时为“1”状态，YV1-YV3为电磁阀（线圈通电时打开，断电时关闭）。开始时容器是空的，各阀门均关闭，各传感器均为“0”状态。合上运行开关(RUN)后，YVl打开，液体A流入容器， I变为“1”状态时，关闭YVl，打开YV2，液体B流入容器。当液面到达H时，关闭YV2，电加热（R）开始通电加热，液体被加热到45度时，温度开关（K）接通，停止加热，打开YV3，放出液体，当液面降至L之后容器放空，关闭YV3，开始下一周期的操作。断开运行开关(RUN)后，在当前工作周期的操作结束后（即容器放空之后）才停止操作。画出控制原理图和控制程序梯形图 。
解：PLC控制原理图、各输入／输出变量地址号见图4-22。程序梯形图见图4-23(a)、(b)。
图4-23(a)利用启停保电路完成，图4-23(b)利用置位/复位指令（SFT）完成。
PLC程序设计的功能表图方法
概 述
功能表图 ( Function Chart ) 亦称顺序功能表图 ( Sequence Function Chart )，简称SFC。
在前面我们已经系统地介绍了梯形图设计方法，这种方法绝大多数是采用经验设计方法，是从传统的继电器逻辑设计方法继承而来，它的基本设计思想是：被控制过程由若干个状态所组成，每个状态都由输入的某些命令信号建立，辅助继电器用于区分状态且构成执行元件的输入变量，而辅助继电器的状态由输入的命令信号控制，正确找出辅助继电器、命令信号及执行元件之间的逻辑关系，也就基本完成了程序设计任务。
经验法仅适用于简单的单一顺序问题的程序设计，且设计无一定的规律可循，对稍复杂的程序设计起来显得较为困难，而对具有并发顺序选择顺序的问题就更显得无能为力，故有必要寻求一种能解决更广泛顺序类型问题的程序设计方法。
功能表图是一种能很好解决上述问题的程序设计方法，它是描述控制系统的控制过程、功能、特性的一种图形，它最初很象一种工艺性的流程图，它并不涉及所描述的控制功能之具体技术，是一种通用的技术语言。这种设计方法很容易被初学者接受，对有一定经验的技术人员而言也会提高设计效率，有资料称这种设计方法可减少2/3的设计时间，且用此法设计出的程序调试、修改、阅读也很容易。
这种设计方法是在80年代初由法国科技人员最先提出的，因为它有许多优越性，很快得到了推广，法、德等国并对此推出了相关的国家标准，IEC了于88年公布了类似的国际标准，我国也已在86年颁布了功能表图的国标。
功能表图法在PLC程设中有两种用法：
直接根据功能表图的原理研制PLC，即将功能表图作为一种编程语言直接使用，目前已有此类产品，多数应用在大、中型PLC上，其编程主要通过CRT终端，直接使用功能表图输入控制要求。
用功能表图说明PLC所要完成的控制功能，然后再据此找出逻辑关系并画出梯形图。这种应用法较多，本节主要讨论这种方法。
功能表图的基本概念
功能表图是一种描述顺序控制系统过程、功能和特性的图形表示方法。主要由步、转移，有向线等元素组成。
步
步是控制系统中一相对不变的状态，在功能表图中，步通常表示某个或某些执行元件的状态，其符号见图5-1。步又分成起始步、动步、静步。
1．起始步：
起始步对应于控制系统的初始状态，是系统运行的起点。一个控制系统至少要有1个起始步，起始步的符号见图5-2
2．动步、静步
静步是指控制系统当前没有运行的步。
动步是指控制系统当前正在运行的步。
动步用1个小黑点放在步的方框图中表示，见图5-3。
动步、静步是系统分析时用的术语，平时进行程设时并不用。
3．步对应的动作
步是一个稳定的状态，表示过程中的一个动作。在该步的右边用1个矩形框表示，见图5-4，当一个步对应多个动作时，可用图5-5表示。
有向线和转移
有向线
在控制系统中动步是变化的，会向前转移的，转移的方向是按有向线规定的路线进行，习惯上是从上到下、由左至右；如不是上述方向，应在有向线上用箭头标明转移方向。
必要时为了便于理解也可加箭头。
转移条件
动步的转移是有条件的，转移条件在有向线上划一短横线表示，见图5-6，横线旁边注明转移条件。
若同一级步都是动步，且该步后的转移条件满足，则实现转移，即后一静步变为动步，原来的动步变为静步。
功能表图的构成规则
画控制系统功能表图必须遵循以下规则：
步与步不能直接相连，必须用转移分开。
转移与转移不能相连，必须用步分开。
步与步之间的连接采用有向线，从上→下或由左→右画时，可以省略箭头。当有向线从下→上或由右→左时，必须画箭头，以明示方向。
至少有1个起始步。
功能表图的基本形式
单一序列
单一序列由一系列前后相继激活的步组成，每步的后面紧接一个转移，每个转移后面只有一个步，见图5-7（a）。
选择序列
选择序列的开始称为分支，见
图5-68(b)，转移符号只能标在水平
连线之下。如果步5是活动的，并且转移条件 e＝1，则发生由步5→步6的进展。
如果步5是活动的，并且f＝1，则发生由步5→步9的进展。一般只允许同时选择一个序列。
选择序列的结束称为合并，见图5-7(c)。几个选择序列合并到一个公共序列时，转移符号和需要重新组合的序列数量相同，转移符号只允许标在水平连线之上。如果步7是活动步，并且转移条件m＝1，则发生由步7→步13的进展。如果步8是活动步，并且n =1,则发生由步8→步13的进展。
并发序列
并发序列的开始称为分支，见图5-8(a)。当转移的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并发序列。当步3是活动的，并且转移条件d＝1时，
步4、步6、步8这三步同时变为活动步。同时步3变为静步。为了强调转移的同步实现。水平连线用双线表示。步4、步6、步8被同时激活后，每个序列中活动步的进展将是独立的。在表示同步的水平双线之上。只允许有一个转移符号。
并发序列的结束称为合并，见图5-8(b)。在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转移符号。当直接连在双线上的所有前级步都处于活动状态，并且转移条件e=1时，才会发生步2、步5、步7到步9的进展，即步2、步5、步7同时变为静步，而步9变为活动步。
并发序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。
例如：图5-9是一个三工位钻床的工作台示意图。图5-10是该工作台控制系统的功能表图。步1是初始步，按下起动按钮后，三个工位同时工作。一个工位将工件送到圆形工作台上，然后送料推杆退回。另一个工位将工件夹紧并钻孔，钻完后钻头向上返回初始位置并松开工件。在第三个工位用深度计测量加工的孔
是否合格：如果合格，则测量头上升，并自动卸下加工好的工件。然后卸料杆返回；如果不合格，测量头返回后人工取走次品，并用按钮发出人工卸料完成的信号。三个工位的操作都完成以后，工作台顺时针旋转120℃，最后系统返回初始
步。步4、步9、步14并不完成什么动作，是为同时结束三个并发步而设置的等待步。图5-10中水平双线之下的转移条件“=1”表示转移条件总是满足的，即只要步4、步9、步14都是活动的，就会发生步4、步9、步14到步17的转移，步4、步9、步14变为静步，而步17变为活动步。
用梯形图实现功能表图的程序设计
步的进入
除起始步外，每步的进入用该步前的转移条件和上一步的状态相与作为启动条件。
起始步一般用其它所有步的静步状态相与作为它的驱动条件。
步的退出
用后面1步的状态作为本步的退出条件
注意：并发序列步的退出。并发序列退出进入后一步时，必须将所有并发顺序支路最后一步的状态相与后作为下一步进入的条件。
例如：(4例6中讲述的液体混合装置一例，其PLC控制原理图、功能表图如图5-11（a）、（b）。控制程序梯形图如图5-12。
起始步1的状态用M15表示，是用步2～步5的静步状态相与作为它的驱动条件。
M15支路在单一顺序控制中无多大意义，可省。但在选择/并发顺序中有较明确的意义，可使程序结构清晰。
再如三位工位钻床的PLC控制原理图、地址分配见图5-13：
假设每步的状态用M位表示，例如M01、M09、M10、M17分别表示1、9、10、17步的状态。对应的梯形图如图5-14：
PLC应用中的若干问题
PLC的使用及其型号选择
工业控制现在趋向于使用可编程控制器。PLC的高可靠性、高抗干扰性、很强的自我纠错和自我诊断能力已受到人们的普遍欢迎。而事实上PLC在实际应用中的引入对整个系统而言确实是大有裨益，但是在实际应用中也不是处处都适宜使用PLC。一方面其价格相对较高(最小配置也达千元以上)，盲目使用会使系统造价偏高；另一方面在某些控制系统中使用PLC中未必适合，比如下列情况就没必要使用PLC：
被控制系统很简单，I/O点数很少。
I/O点数虽多，但控制并不复杂，各部分的联系很少，此种情况使用用继电器控制即可。
在下列情况则应选用PLC：
系统的I/O点数很多，控制复杂，若用继电器控制，要用大量的中间继电器、时间继电器和接触器等器件；
可靠性要求较高，继电器控制无法达到；
工艺流程/产品品种常变，需要经常改变控制电路的结构或修改多项控制参数；
多台设备的系统需要用同一个控制器控制；
用继电器控制的费用低于PLC，但两者的费用已是同一数量级时。
PLC型号的选择
在确定系统中使用PLC后，就必须进行PLC的选型工作。进行选型工作时，应该从以下几个方面进行综合考虑：
1．I/O点数问题
I/O点数是决定PLC选型的最重要因素之一，一般而言：
当控制对象I/O点在60点之内，I/O点数比为3/2时选用整体式(小型)PLC较为经济；
当控制对象I/O点在100—200点左右，选用小型模块式的较为合理；
当控制对象I/O点在300点左右时，选中型PLC；
当控制对象I/O点在Y0点以上时就必须选用大型PLC。
2．I/O类型问题
I/O类型也是决定PLC选型的重要因素之一，一般而言，多数小型PLC只具有开关量I/O；PID、A/D、D/A、位控等功能一般只有大、中型PL C才有。
3．联网通信问题
联网通讯是影响PLC选型的重要因素之一，多数小型机提供较简单的RS-232通讯口，少数小型PLC没有通讯功能。而大中型PLC一般都有各种标准的通信模块可供选择。必须根据实际情况选择适当的通信手段，然后决定PLC的选型。
4．系统响应时间问题
系统响应时间也是影响PLC选型的重要因素之一。一般而言，小型PLC扫描时间为10—20ms/kb；中型PLC扫描时间为几ms/kb；大型PLC扫描时间在1ms/kb以下。而系统响应时间约为2倍的扫描周期。根据实际要求进行分析，选择恰当的响应时间和PLC。
5．可靠性问题
应从系统的可靠性角度，决定PLC的类型和组网形式。比如对可靠性要求极高的系统，可考虑选用双CPU型PLC或冗余控制系统/热备用系统。
6．程序存贮器问题
在PLC选型过程中，PLC内存容量、型式也是必须考虑的重要因素。
通常的计算方法是：I/O点数×8(开关量)+100×模拟量通道数(模拟量)+120×(1+采样点数×0.25)(多路采样控制)
内存型式有CMOS(电容/电池保护的)、EPROM和E2PROM
总之，进行PLC选型时，不要盲目地追求过高的性能指标。另外，I/O点数，存贮容量应留有一定的余量以便实际工作中的调整。
开关量I/O模块的选择
确定下PLC的型号以后，就必须对各种模块进行选型，开关量模块的选型主要涉及到如下几个问题：
1.外部接线方式问题
I/O模块一般分为独立式、分组式和汇点式。通常，独立式的点均价格较高，如果实际系统中开关量输入信号之间不需隔离可考虑选择后两种。
2.点数问题
前面所说，点数是影响PLC选型的重要因素，同样在进行I/O模块的选型时也必须根据具体点数的多少选择恰当的I/O模块。通常I/O模块有4、8、16、24、32、64点几种。一般而言，点数多的点均价就低。
3.开关量输入模块
通常的开关量输入模块类型有有源输入、无源输入、光电接近传感器等输入。进行开关量输入模块的选型时必须根据实际系统运行中的要求综合考虑。当然，具体到有源输入模块还分为AC输入、DC输入和TTL电平输入。
AC电压等级24V、120V、220V
DC电压等级24V、48V、10~60V
AC/DC电压等级24V。
4.开关量输出模块
通常的开关量输出模块类型有继电器输出、可控硅输出和晶体管输出。在开关量输出模块的选型过程中，必须根据实际系统运行要求及要求输出的电压等级进行相应的选型。
编程手段的选择
PLC编程手段也是影响PLC选型的一个重要因素，一般常用的编程手段有如下几种：
便携式简易编程器：一般的应用场合选它较多，特别是当控制规模小，程序简单的情况下，使用较为合适。
图形(GP)编程器：此种编程方法适用于中、大型PLC，此方法除具有输入、调试程序功能外，还具有打印程序等功能。但价较高，一般情况不必采用。
PC机及编程软件包：这是PLC的一种很好的编程方法，具有功能强、成本低(因为很普及)以及使用方便等特点。
降低PLC系统费用的方法
一般，PLC系统的价格约有40—60%的费用是用于I/O模块及其辅助设备(如电源、扩展机架等)，当前PLC的I/O点均价高达100元/点左右。所以减少所需I/O点数是降低PLC系统费用的主要措施之一。
减少模块的数量
模块数的减少，可减少扩展机架和扩展电源的数量，从而达到减少造价的目的。同时I/O模块应该尽量选用点数多的、汇点式的，使其点均价降低。
减少输入点
减少输入点可以有效的减少与此相关的费用，具体操作实施要在系统设计过程中统筹安排，主要体现在软硬件的调整上。常用的方法有如下几种：
操作功能相同的输入信号合并
如下图所示，左边的示意图从功能上可用右图替代，而且减少了一个输入点。
去掉多余的输入信号
在实际系统集成的过程中，有许多冗余接线完成的功能，通过适当调整接线、程序，所完成的功能相同，但却少开销了PLC的输入点。如下图所示，左图中两位开关处于上/下触点表示的分别是手动/自动状态，而右图完成的功能与左图相同，只是程序稍作改动。
无需接入PLC的信号不要接入
图6-3所示，左图中开关K断 / 合分别导致交流接触器C的线圈激励/不激励。相同的功能可简单地由右图完成，无需开销PLC的I/O点。
矩阵输入
实际应用中，有许多冗余接线完成的功能，通过接线、程序的适当调整，所完成的功能相同。如下图所示，左图的PLC接线、程序占用9个输入点，而改成右图后，占用3个输入点和3个输出点（输出模块是继电器型的），总量上少用了3个点。工作原理是：M20--M22轮流为“1”状态，从输入端X1--X3分时输入3组开关的状态。因为输出电路的公共点COM与输入电路的公共点E+连在一起，M20为“1”状态时读入1K-3 K的状态，设1K接通，电流从M20端流出，经1K流入X1端，使输入点X1变为“1”状态。在梯形图中，将M20和X1的常开触点串联，对应于1K提供的输入量。M21为“1”状态时，读入4K-6K的状态；M22为“1”状态时，读入7K-9 K的状态。
右图是控制对应的梯形图，该梯形图使用了移位寄存器，移位脉冲的周期(0.01s)应大于PLC的扫描周期。1K-9 K的变位速度应慢于0.1s。
减少输出点
状态指示灯与输出命令并联
注意：并联时指示灯与负载的
额定电压应相同，总电流不应超过PLC允许的值。
数字显示器代替指示灯
用PLC的一个输出点控制指示灯常亮或闪烁，可以显示两种不同的信息
减少输入 / 输出点的方法还有好多，这里就不一一列举了。
