电 气 控 制 技 术
主讲人：吕国芳
河海大学电气工程学院
2
教学计划：
? 本课程计划学时,48学时（ 3学分）
? —— 2.5 学分课堂教学（上课 12周）
? —— 0.5 学分试验 （ 4-6个试验）
教学内容：
? （上篇）电器控制
? （下篇） PLC原理及应用
3
考核办法：
平时成绩 占 1/4
期终测验成绩 占 2/4
试验评分 占 1/4
4
参考书目：
5,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
2,电器控制
李 仁 主编 机械工业出版社
1,现代电气控制技术
郑 萍 主编 重庆大学出版社
3,可编程序控制器应用技术
廖常初 等编 重庆大学出版社
4,可编程序控制器应用指南
易传禄 等编 上海科普出版社
5
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 ） 。
6
下篇：
PLC原理及应用
主讲人：吕国芳
河海大学电气工程学院
7
第一章,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。
8
第一节,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 。
9
例 1-1,电机控制
N
×
RJCTA
QA
C
C
L A
B
C
D
HD
C
N
×
KR KM
SB2SB1
KM
L U
V
W
M
HL
KM
KM
图 1-1 电机控制
10
1,PLC的产生
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 。
11
解决问题的设想
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：
12
GE公司公开招标的十大指标：
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；
13
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 。
14
结果
?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 PC，当时命
名为 PC(Programmable 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。
15
第二节,PLC的定义及其术语
? 1,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 。
16
NEMA 1987年作的定义
? 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。,
17
2,PLC ~ PC 之争
?PC (Programmable Controller)
?PC (Personal Computer)
?PLC (Programmable Logic Controller)
18
3,常用术语
?点数
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。
?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)。
19
? 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。
KA1
X1
X2
X0 X2 X3
Y0
Y0
Y0 Y1
×X3 Y1
图 1-2 梯形图
HL1
SB2
KR
SB1
Y0
梯形图
20
第三节,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
? 程序可变、具有柔性
? 编程简单、使用方便
? 功能完善
? 组合灵活、扩充方便
? 减少了工作量
? 体积小、重量轻、环境要求低
? 成本低、水平高
21
一、可靠性高、抗干扰能力强
? 故障原因
设备故障
原 因
外部
环境, 温度, 灰尘, 有害气体的影响
由 I/O线, 电源线等引入的干扰
振动, 冲击引起的器件损坏等
辐射干扰
电磁干扰
存储器信息的丢失, 出错
内部
元器件的老化, 失效
程序错误
运行进入死循环
22
解决方法
? 硬件
? 常规手段,优质元器件,合理的系统结构
? 隔离, I/O电路光电隔离，无电气回路的联接
点
? 滤波,对供电系统及输入回路采用模拟量滤波
和数字滤波
? 屏蔽,导电、导磁性能良好的材料,防电磁波
辐射的干扰
? 增强电源的适应性,开关电源
? 采用模块式结构,一旦某模块有故障，能迅速
更换
23
解决方法
? 软件
? 设置警戒时钟 WDT (看门狗 )
? 系统软件对用户软件自动进行检查
? 掉电保护
? 自检
24
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。
25
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。
26
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。
27
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。
28
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。
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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。
30
八,成本低、水平高
? PLC功能强大，使得控制系统的费用大量降低。
? PLC具有易修改性、高可靠性、易扩展性、易维护性，
降低了日常运行的检修、维修工作量。
? 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。
? 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。
? 体积小、功能强，所以占地少、耗电小，每年节省的
电费就可将投资收回。
? PLC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。
31
第四节,PLC的应用状况和发展趋势
? 应用状况
? 生产状态
? 发展趋势
? 结构微型化、模块化
? 功能全面化、标准化
? 产品系列化
? 大容量化、高速化
? 模块化、模块智能化
? 通迅化、网络化
? 编程语言化
? 增强外部故障检测能力
32
第二章,PLC的组成及工作原理
PLC由三个基本部分组成：
① 输入部分 ② 逻辑处理部分 ③ 输出部分
第一节,PLC的组成
图 2-1 PLC的基本组成框图
逻辑处理
输
出
接
口
输
入
接
口
M
SB
KA1
Rt
HL
KA2
33
第一节,PLC的组成
CPU
开关量
I/O接口
RAM,
ROM
模拟量
I/O接口
EPROM
/ E2ROM
通迅
接口
编程器
电
源
图 2-2 PLC组成的原理框图
PLC由 5个主要部件组成：
① CPU ② 存储器 ③ I/O部分 ④ 编程器编程器 ⑤ 电源
34
第二节,PLC主要部件功能
一,CPU
? 通用微处理器
? 单片微处理器
? 位片式微处理器
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二、存储器
? 系统程序存储器
? 用户程序存储器
? 数据表存储器 (I/O映像存储器 )
? 高速暂存储器
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PLC的 I/O部分，因用户的需求不同有
各种不同的组合方式
1) 开关量 I/O模块
2) 模拟量 I/O模块
3) 数字量 I/O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
11)通信模块 。
以下我们详细介绍
三,I/O部分
37
1,开关量 I/O模块 (部分 )
开关量输入模块的作用：
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。
开关量输出模块的作用：
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模块的特性
仅有通、断两种状态；用发光二极管在面板上显示。
输入电压等级, 4~64点 /模块；
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）
38
开关量输入模块的几种型式
（ 1） 开关量输入模块
(a) AC220V输入 (IA222)
▽ △
……
～
in
in
CO
M
0.15uf
680kAC220
V 910Ω
↙
↙
内部电路
Ω
680Ω
(b) DC24V输入 (ID212)
▽ △
…… 内部电路
↙
↙
0.01uf
in
in
DC24V
COM
1.8KΩ3K Ω
(d) AC/DC24V输入 (ID212)
▽ △
内部电路
↙↙
0.01uf
in
in
AC/DC24V~
输
入
电
路
COM
1.8KΩ3K Ω
……
(c) 无压接点输入 (ID001)
0.01uf
in
in
—
—
DC24V
内 部 电
源
COM
▽ △
内部电路
↙↙
1.8KΩ3K Ω
输
入
电
路
……
39
开关量输入模块 的主要技术指标
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。
③ AC 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。
⑥ ON 电压：指逻辑,1”之电压值，开关接通时为,1”。
⑦ OFF电压：指逻辑,0”之电压值，开关断开时为,0”。
⑧ OFF→ON的响应时间：指开关由断 →通时，导致内部逻辑
由,0”→“1”的变化时间。
⑨ ON→OFF的响应时间：指开关由通 →断时，导致内部逻辑
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。
40
? 继电器输出
? 晶体管输出
? 可控硅 输出
（ 2）开关量输出模块
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
? 输出保护电路
41
继电器输出
J
↘ ～
▽
+∨
↗↗ 100Ω
0.02uf
∨ 负载
(a) 继电器输出
J△
42
↘
▽
↗↗
↗↗
△
↘
24v
负
载
(b) 晶体管输出
▽
?晶体管输出
43
～
▽ ↗↗
0.01uf
∨
470Ω
(c) SSR/可控硅输出
负
载
∧∨
▽ ↗↗
?可控硅 输出
44
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 。
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。
4) 回路数, 等于公共点的个数。独立式模块，等于
输出点数。
5) 接通压降
6) OFF→ ON响应时间
7) ON→ OFF响应时间
8) 内部功耗 同输入模块
45
输出模块按外部接线方式分有：
? 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。
? 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。
(a) 汇点式 (b) 独立式
图 2-5开关量输出模块接线方式
……
COM
……～
46
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。
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。
4,高速计数模块
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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。
6,快速响应模块
7,中断控制模块
8,PID调节模块
9,位置控制模块
10,轴向定位模块
11,通信模块
48
四,编程工具
? 简易编程器
? 图形编程器
? 用专用编程软件在个人计算机 (PC)上实现
编程功能
49
五,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。
50
第三节,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
51
一,PLC的工作过程
PLC是采用循环扫描方式工作的, 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 。
内部处理
通迅服务
图 2-6 PLC工作流程图
输入刷新
执行用户程序
输出刷新
RUN？ N
Y
52
举例
I/O状态表
点 状态
X00 0
Y00 0
Y01 0
Y02 0
……
× Y00
Y01
Y02
输
入
端
子
输
出
端
子
KA3
HL
KA1
KA2
Y00
Y01
Y02
Y01
X00
Y01
……
用户程序
LD Y01
OUT Y00
LD X00
OUT Y00
LD Y01
OUT Y02
I/O刷新 程序执行
图 2-7 扫描过程示意图
X00SB1
53
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
用户程序是按梯形图, 从头开始
由左 →右,
由上 →下,
逐条执行, 每个扫描周期程序执行的结果是：
Y00 ( N )= Y01 ( N-1 )
Y01 ( N )= X00 ( N )
Y02 ( N )= Y01 ( N )
状
态
分
析
Y00
Y01
Y02
Y01
X00
Y01
……
54
由前面分析知：
Y00 ( N )= Y01 ( N-1 ) Y01 ( N )= X00 ( N ) Y02 ( N )= Y01 ( N )
周期号 X00 Y00 Y01 Y02
0 0 0 0 0
1 1
2 1
3 0
4 0
0 1 1
1 1 1
1 0 0
0 0 0
状态表
X00在后面的扫描周期中，
呈现出右表中的状态：
若第 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
55
二、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。
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
56
扫描周期的计算公式：
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
57
? 内部处理时间,是固定的（ 2.6ms）。
? 通信服务时间：如有，也是 固定的
——外设部件,0.8mS（ MAX）
——网络模块,8 mS（ MAX）
? 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。 （ 0.07 mS / 8点 ）
? 用户程序时间：取决于程序的长度和指令的种类
? 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。
（ 0.04 mS / 8点 ）
?
以 OMRON C200H PLC为例
58
[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
若没有外设：
T = 2.6 + (0.75+1.13) / 2× 5.120
+ 0.07× 8 + 0.04× 9
= 8.3 ms
59
三、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
X00 Y00 ×Y00
X00
图 2-8 描述系统响应时间接线原理图
SB
60
1,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；
该信号通过输入刷新进入 I/O状态表；
经扫描周期中程序的处理，得到的输出结果存入 I/O状态表；
经输出刷新,将 I/O状态表中的信号刷新到输出点；
直到内部输出元件 (J,SSR,T)给出有效的输出为止。
这种响应时间为系统最小响应时间。
61
最小响应时间 = 输入响应时间 + 输出响应时间
+ 1个周期的扫描时间 。
I刷新
系统 用户程序
扫描周期 扫描周期
输入响应延时 输出响应延时
最小响应时间
外输入 (SB)
输入点 (100)
输出元件
(a) 最小响应时序
O刷新
最小响应时序
62
2,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；
经扫描周期中程序的处理，得到的输出结果存入 I/O状态表；
经输出刷新,将 I/O状态表中的信号刷新到输出点；
直到内部输出元件 (J,SSR,T)给出有效的输出为止。
这种响应时间为系统的最大响应时间。
。
63
最大响应时间 = 输入响应时间 + 输出响应时间
+ 2个周期的扫描时间
输入点 (100)
输入响应延时
输出元件
输出响应延时
最大响应时间
(b) 最大响应时序
I刷新
系统 用户程序
扫描周期 扫描周期
O刷新
最大响应时序
64
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 + 15 + 1 × 10
= 26.5 ms
系统最大响应时间 = 1.5 + 15 + 2 × 10
= 36.5 ms
例如：
65
其响应延迟时间可长达 2个多扫描周期，可达几十 ms。
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。
这点对一般的应用场合无关紧要；
但是，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。
66
第四节：三菱 FX2N PLC简介及编程元
件的地址
一,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点数基本单元 2、输出形式（ R,S,T）
3、其它区分 1基本单元
67
F X 2 N - □ □ E □ - □
扩展单元系列名称
1,I/O点数基本单元 2、输出形式（ R,S,T）
3、其它区分 1
F X □ N - □ □ E □
系列名称 扩展单元
1,I/O点数基本单元 2、输出形式（ R,S,T）
? 扩展模块
? 扩展单元
68
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
? 扩展规则
a种扩展方式
FX2N基本单元
A种扩展方式：
FX2N用扩展单元, 扩展模块, 特殊模块
FXON用扩展模块, 特殊模块
(不能接 FXON用的扩展单元 )
? 特殊扩展模块
69
B种扩展方式：
FX1,FX2 用的
扩展单元, 扩展模块,
特殊单元, 特殊模块
FX2N -CNV- IF型
转换电缆
FX2N基本单元
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。
b种扩展方式
70
二,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
71
项 目 FX2N系列
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 0.08μ s/指令
应用指令 1.52 ~ 数 100μ s / 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
72
项 目 FX2N系列
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
73
项 目 FX2N系列
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 ）
74
项 目 FX2N系列
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 ）
75
76
第五节,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 。
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。
77
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 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
78
第三章,三菱 FX2N PLC指令系统
79
第一节,编程语言简介
一、梯形图
它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，形象、直观
实用，是 PLC的主要编程语言，绝大多数 PLC
均具有这种编程语言，下一节将对此作重点
介绍。
80
二、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。
81
三、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。
82
四、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。
83
五、功能表图 ( Function chart )
也称顺序功能表图 (Sequence Function
chart )，简称 SFC 。
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。
84
? 根据功能表图的原理设计 PLC程序，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，从而减少了扫描时间，提高了 PLC的
运行速度。
2,用功能表图描述 PLC所要完成的控制功能，
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。
六,高级语言
功能表图在 PLC编程过程中有 2种用法：
85
第二节：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。
86
一,梯形图中的符号、概念
? 母线,梯形图的两侧各有 1垂直的公共母线
(Bus bar), 母线之间是触点和线圈
? 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
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
87
3,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。
88
4,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。
89
二,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。
? 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。
90
? 触点和线圈只能作水平元件用，不能作垂直元件用。
? 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。
1 2
3
4 5
1 2
3 4
1 3 5
4
1 2
3 4
5 6
(a) 错误的 (b) 正确的 图 3-2 能流路径说明
图 3-1梯形图举例 1
91
第三节：三菱 FX2N PLC指令
? 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：
[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
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
92
[AND]
与
[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
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
串联
常开触点
93
[ORF]
或脉冲（ F）
[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
YMSTC
SET YMS
RST YMSTCD
PLS YM
并联下
降沿触点
94
[PLF]
脉冲（ F）
[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
PLF YM
MC N YM
MCR N
MPS
MRD
MPP
INV
下降沿检
测指令
95
二、基本指令概述
? LD,LDI、
AND,ANI、
OR,ORI、
OUT、
END 指令
概要
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 OUT Y000
2 LDI X000
3 AND X001
4 OUT M0
5 ANI X002
6 OUT Y001
7 LDI X001
8 OR X002
9 ORI X003
10 OUT Y002
11 END
X000
X000 X001
X002
X001
X002
X003
Y000
M0
Y001
Y002
END
母线
梯 形 图 程 序
96
? LDP、
ANDF、
ORP、
ORF 指
令概要
助记符程序
步 指 令
0 LDP X000
1 OUT Y000
2 LD X000
3 ANDP X001
4 OUT Y001
5 OUT X002
6 LD X011
7 ORP Y002
8 OUT Y003
9 LDF X003
10 OUT Y004
11 LD X012
12 ANDF X004
13 OUT Y005
14 LD X013
15 ORF X005
16 OUT Y006
17 END
X000
X000 X001
X011
X002
X003
Y000
LDF
梯 形 图 程 序
Y001
Y002
Y003
Y004
Y005
Y006
END
X012 X004
X013
X005
ORF
ANDF
ORP
LDP
ANDP
LDF、
ANDP
97
? ANB、
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 OR X001
2 LD X002
3 OR X003
4 ANB
5 OUT Y000
6 LD X004
7 AND X005
8 LD X006
9 AND X007
10 ORB
11 OUT Y001
12 END
梯 形 图 程 序
X000
X001
X004
Y000
Y001
END
ORB
X002
X003
X005
X006 X007
ORB指令概要
98
? SET、
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 PLS M0
2 LD X001
3 PLF M1
4 LD M0
5 SET M50
6 LD M1
7 RST M50
8 END
X000
梯 形 图 程 序
END
PLS M0
PLF M1
SET M50
RST M50
X001
M0
M1
[操作图 ]
SET输入 →(X000)
一个扫描时间 (PLS)
RST输入 →(X001)
M0
M1
M50
SET RST
RST,PLS,PLF 指令概要
99
? I
执行 INV指令之前 到 INV指令执行之
的运算结果 后的运算结果
OFF ON
ON OFF
[操作图 ]
OFF
ON
Y000
X000 OFF
ON
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 IND
2 OUT Y001
3 END
X000
梯 形 图 程 序
END
Y000
INV 指令概要
100
? 定时器、计数器指令
定时器有一般用和累计用两种 。 累计用定时器即
使计数输入为 OFF,也能存储当前值 。 计数器有 16位
向上计数和 32位向上 /向下计数用的两种 。 向上 /向下
计数器的计数方向由特殊辅助继电器 M8200~M8234
的 ON/OFF来指定的 。
定时器的设定值, 可以用 K常数直接指定, 用数据寄
存器 （ D） 间接指定 。 但间接指定值必须事先写入数
据寄存器里 。
定时器
101
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 OUT T0
2 K123
4 LD T0
5 OUT Y000
10 LDX001
11 OUT T2
12 D1
X000
梯 形 图 程 序
T0
Y000
T0
X001
T2
K123
常数指定
间接指
定
D1
总线
[操作时序图 ]
X0接点
计数输入
T0 线圈
T0 接点
Y0线圈
12.3秒
102
计数器的设定值，可以用 K常数直接指定，
和用数据寄存器（ D）间接指定。但间接指定值
必须先写入数据寄存器。
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 RST C0
3 LD X001
4 OUT C0
5 K5
7 LD C0
8 OUT Y000
10 LD X001
11 OUT T2
12 D1
X000
梯 形 图 程 序
Y000
X001
C 0 常数指定
间接指定
X002
C 2 D1
C 0 K5
RST C 0
计数器
103
[操作图 ]
X000接点
OFF
Y000线圈
X001接点
计数输入
C0 当前值
C0 接点
ON
0
1
2
3
4
5
104
第四章,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。例一：
LD X0 LD X3
AND X1 OUT C05
OUT C04 D30
K30 LD X4
LD X2 OR X5
RST C04 RST C05
LD C04 LDI C05
OUT Y05 OUT Y06
Y05
Y06
x00 x01
x03
x04
x05
x02
C05
K30C04
C04
RST C04
RST C05
D30C05
105
例 2：
图 4-3
X00
1sec T06
X00
K150
(a) (b)
C06 K15
RST C06
例 3,点动接收 /去抖电路
Y04
T11Y04
X00 T11
Y04
(a)
K10
图 4-4 点动接收 /去抖电路
T11
抖动引起
一个扫描周期
X00
Y04
(b)
106
例 4,点动输出 /脉冲输出
图 4-5
X00
Y04
M00
T12
Y04
T12 K5
M00
(a) (b)
X00
M00
T12
Y04 0.5sec
107
例 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。
X00
T14
Y05
T13
Y05
T14 K10
T13 K20
(a) (b)
X00
T13
T14
Y05
图 4-6
1s 2s 1s2s
108
例 6,图 4-7为一种自锁电路的 2种编程方法
Y00
X02 X03
Y00
X02
X03
(a) (b)
图 4-7
SET Y00
RST Y00
109
例 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
` M1 M2 M3 M4 M5 M6
SB1 √ √ √ √ √ √
SB2 O √ √ √ √ √
SB3 O O √ √ √ √
SB4 O O O √ √ √
SB5 O O O O √ √
SB6 O O O O O √
SB0 O O O O O O
电机
按钮
X1
Y1
M2
E+
X0
X5
X6
PLC
Y6
Y2
COM
…………
M6
M1
NL
…………
图 4-8 电机连锁控制 PLC接线原理图
SB1
SB0
SB5
SB6
KM1
KM2
KM6
110
X10 X0
Y10
X1
Y1 M1
X2 X3 X4 X5 X6
X2
Y2 M2
Y2
X0 X3 X4 X5 X6
X1
X2
Y3 M3
X3
X0 X4 X5 X6
Y3
X1
X2
Y4 M4
X3
X4
X0 X5 X6
Y4
图 4-9
X1
X2
Y5 M5
X3
X4
X0 X6
X5
Y5
X1
X2
Y6 M6
X3
X4
X0
X5
X6
Y6
END
111
例 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 。
112
M110
M110M111
T110
M111
M110 T120
M111
M110 M105
M111
M106 T100 X04
M105
M110
T100 X04
停止报警
X02
X00
K600
K4
K8
PLS
M110
M111
T100
T110
T120
Y0
END
T110
事故
故障
报警
M105
PLS M106
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。
图 4-10 梯形图
113
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。
114
X00 事故信号
X02 故障信号
M105事故信号上升沿
M106故障信号上升沿
X04报警复位信号
M111故障信号锁存
Y0报警器输出
60s
图 4-11 时序图
115
第五章,PLC程序设计的功能表图
方法
第一节,概 述
功能表图 ( Function Chart ) 亦称顺序功能
表图 ( Sequence Function Chart )，简称 SFC。
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。
116
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。
功能表图
117
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。
118
第二节：功能表图的基本概念
一、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。
? 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，
n为序号
图 5-1步的符号
n 10如
N N为序号
图 5-2起始步
119
? 动步,：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。
图 5-3动步符号
N
·
静步
120
? 步,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。
图 5-4与步对应动作的
表 示方法
N 动作
图 5-5 一步对应多个动作
的表示方法
N
动作 A
动作 B
N 动作 A 动作 B
对应的动作
121
? 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。
? 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。
二,有向线和转移
122
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。
三、功能表图的构成规则
123
四、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
d
3
4
5
(a)
e
124
选择序列：
? 选择序列,选择序列的开始称为分支，见图 (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。
? 选择序列的结束称为合并，见图 (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。
5
96 11
(b)
e f g
7 8 12
13
(c)
m n p
125
? 并发序列,并发序列的开始称为分支，见下图。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。
3
4 6 8
d
(a)
126
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 。
3
4 6 8
d
(a)
图 5-8
2 5 7
9
(b)
e
并发序列的分支与合并
127
例子：
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 。
钻孔
卸工件
返回返回
装工料
图 5-9 工作台示意图
128
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。
129
三工位钻床控制系统 功能表图
2
3
4
5
6
7
8
9
11
12
13
14
10
15
16
送料推杆推
料到位
送料推杆返回
推杆初始位
夹具夹紧
已夹紧
下钻
钻到位
提钻
升到顶
夹具松开
已松开
测头下探 定时 2,2.1秒
探到底,且
2<T<2.1秒
测头上升
卸料杆拨
升到顶
卸毕
卸料杆返回
卸料杆初始位
探到底,但 T<2.0秒
或 T≥2.1秒
测头上升
升到顶
人工卸料
卸完按钮
17
↑
1
工作台旋转
120°
=1
图 5-10 三工位钻床控制系统 功能表图
起动
130
第三节,用梯形图实现功能表图的程序设计
一,步的进入
除起始步外, 每步的进入作为 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 。
二,步的退出
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 。
131
例子,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。
图 5-11 液体混合装置控制系统功能表
图
1
2
3
4
5
开 YV1
开 YV2
R加热
开 YV3
Y1
Y2
Y4
Y3
RUN.L
I
H
T
L
（ b）（ a）
YV1
R
NL
E+
X0
X1
X2
X3
X4
COM
Y1
Y2
Y3
Y4
启动
RUN
H
I
L
T
YV2
YV3
132
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。
*M15Y1 Y2 Y3 Y4
Y1
X0 X3 Y2
END
M15
Y1
Y0 X2
Y2
Y1 X1 Y3
Y4
Y4 X4 X3
Y3
Y2
Y4
Y3
Y4
图 5-12 液体混合装置 PLC控制
程序梯形图
133
再如三
位工位钻床
的 PLC控制
原理图、地
址分配见图
5-13：
Y1
Y2
Y4
Y3
X0
X1
X5
X3
X2
RUN
X4
X6
X7
X11
X10
X12
X13
Y5
Y6
Y10
Y7
Y11
Y12
Y14
Y13
送料推杆返回
夹具夹紧
夹具松开
钻头下钻
钻头提钻
测头下探
测头上升
卸料杆拨
卸料杆返回
工作台旋转
人工卸料灯
送料推杆推
COM
E+
X14
图 5-13
料到位
推杆初始位
夹具已夹紧
夹具已松开
钻头钻到位
钻头升到顶
探头探到底
探头升到顶
卸毕
卸料杆初始位
旋转 120°
启动
卸完按钮
三位工位钻床的 PLC控制原理图
134
第六章,PLC应用中的若干问题
第一节,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。
135
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。
136
1) 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；
2) 可靠性要求较高，继电器控制无法达到；
3) 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；
4) 多台设备的系统需要用同一个控制器控制；
5) 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。
下列情况应使用 PLC：
137
一,PLC型号的选择
? I/O点数问题
? 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。
138
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。
139
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。
140
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。
141
二,开关量 I/O模块的选择
? 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。
? 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。
142
? 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。
? 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。
143
三、编程手段的选择
? 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。
144
第二节：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。
一,减少模块的数量
二,减少输入点
减少输入点可以有效的减少与此相关的费用,
主要体现在软硬件的调整上。常用的方法有如下几
种：
145
1,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。
X0
X1
X0
……
X1
X0 X0 ……
图 6-1 输入信号合并
146
2,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。
X0
X1
手动
自动
手动
自动 X0
……
X0
……X1 自动
手动 ……X0
……X0
手动
自动
图 6-2 去掉多余信号
147
3,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。
X0 Y0
X0
Y0
KA KM
KM
L
KA
N
图 6-3 无需接入 PLC的信号
148
4,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。
1K 4K 7K E+
Y0
Y1
Y2
O
U
T
X1
X2
X3
COM
2K 5K 8K
3K 6K 9K
I
N
……
1K
2K
9K
X11
X1
in
E+
X2
图 6-4
149
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。
150
下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。
…………
X1
X11
X2 M8011
(0.01S)
M23
M20
M21
M22
X1
X2
X3
X1
X2
X3
X1
X2
X3
M8002
M20
M21
M22
图 6-5
M0
SFTL M0 M20 K16 K1
151
三,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。
Y0
Y1 ×
Y0
Y1
Y0
×
Y0
图 6-6
152
? 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。
Y0 ×
×
………
只有 1个灯亮
×
………
Y0
个位
1
2
4
8
1
2
4
8
十位
用数字显示
图 6-7
Y1
Y17
Y3
Y4
Y7
主讲人：吕国芳
河海大学电气工程学院
2
教学计划：
? 本课程计划学时,48学时（ 3学分）
? —— 2.5 学分课堂教学（上课 12周）
? —— 0.5 学分试验 （ 4-6个试验）
教学内容：
? （上篇）电器控制
? （下篇） PLC原理及应用
3
考核办法：
平时成绩 占 1/4
期终测验成绩 占 2/4
试验评分 占 1/4
4
参考书目：
5,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
2,电器控制
李 仁 主编 机械工业出版社
1,现代电气控制技术
郑 萍 主编 重庆大学出版社
3,可编程序控制器应用技术
廖常初 等编 重庆大学出版社
4,可编程序控制器应用指南
易传禄 等编 上海科普出版社
5
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 ） 。
6
下篇：
PLC原理及应用
主讲人：吕国芳
河海大学电气工程学院
7
第一章,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。
8
第一节,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 。
9
例 1-1,电机控制
N
×
RJCTA
QA
C
C
L A
B
C
D
HD
C
N
×
KR KM
SB2SB1
KM
L U
V
W
M
HL
KM
KM
图 1-1 电机控制
10
1,PLC的产生
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 。
11
解决问题的设想
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：
12
GE公司公开招标的十大指标：
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；
13
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 。
14
结果
?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 PC，当时命
名为 PC(Programmable 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。
15
第二节,PLC的定义及其术语
? 1,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 。
16
NEMA 1987年作的定义
? 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。,
17
2,PLC ~ PC 之争
?PC (Programmable Controller)
?PC (Personal Computer)
?PLC (Programmable Logic Controller)
18
3,常用术语
?点数
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。
?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)。
19
? 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。
KA1
X1
X2
X0 X2 X3
Y0
Y0
Y0 Y1
×X3 Y1
图 1-2 梯形图
HL1
SB2
KR
SB1
Y0
梯形图
20
第三节,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
? 程序可变、具有柔性
? 编程简单、使用方便
? 功能完善
? 组合灵活、扩充方便
? 减少了工作量
? 体积小、重量轻、环境要求低
? 成本低、水平高
21
一、可靠性高、抗干扰能力强
? 故障原因
设备故障
原 因
外部
环境, 温度, 灰尘, 有害气体的影响
由 I/O线, 电源线等引入的干扰
振动, 冲击引起的器件损坏等
辐射干扰
电磁干扰
存储器信息的丢失, 出错
内部
元器件的老化, 失效
程序错误
运行进入死循环
22
解决方法
? 硬件
? 常规手段,优质元器件,合理的系统结构
? 隔离, I/O电路光电隔离，无电气回路的联接
点
? 滤波,对供电系统及输入回路采用模拟量滤波
和数字滤波
? 屏蔽,导电、导磁性能良好的材料,防电磁波
辐射的干扰
? 增强电源的适应性,开关电源
? 采用模块式结构,一旦某模块有故障，能迅速
更换
23
解决方法
? 软件
? 设置警戒时钟 WDT (看门狗 )
? 系统软件对用户软件自动进行检查
? 掉电保护
? 自检
24
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。
25
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。
26
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。
27
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。
28
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。
29
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。
30
八,成本低、水平高
? PLC功能强大，使得控制系统的费用大量降低。
? PLC具有易修改性、高可靠性、易扩展性、易维护性，
降低了日常运行的检修、维修工作量。
? 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。
? 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。
? 体积小、功能强，所以占地少、耗电小，每年节省的
电费就可将投资收回。
? PLC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。
31
第四节,PLC的应用状况和发展趋势
? 应用状况
? 生产状态
? 发展趋势
? 结构微型化、模块化
? 功能全面化、标准化
? 产品系列化
? 大容量化、高速化
? 模块化、模块智能化
? 通迅化、网络化
? 编程语言化
? 增强外部故障检测能力
32
第二章,PLC的组成及工作原理
PLC由三个基本部分组成：
① 输入部分 ② 逻辑处理部分 ③ 输出部分
第一节,PLC的组成
图 2-1 PLC的基本组成框图
逻辑处理
输
出
接
口
输
入
接
口
M
SB
KA1
Rt
HL
KA2
33
第一节,PLC的组成
CPU
开关量
I/O接口
RAM,
ROM
模拟量
I/O接口
EPROM
/ E2ROM
通迅
接口
编程器
电
源
图 2-2 PLC组成的原理框图
PLC由 5个主要部件组成：
① CPU ② 存储器 ③ I/O部分 ④ 编程器编程器 ⑤ 电源
34
第二节,PLC主要部件功能
一,CPU
? 通用微处理器
? 单片微处理器
? 位片式微处理器
35
二、存储器
? 系统程序存储器
? 用户程序存储器
? 数据表存储器 (I/O映像存储器 )
? 高速暂存储器
36
PLC的 I/O部分，因用户的需求不同有
各种不同的组合方式
1) 开关量 I/O模块
2) 模拟量 I/O模块
3) 数字量 I/O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
11)通信模块 。
以下我们详细介绍
三,I/O部分
37
1,开关量 I/O模块 (部分 )
开关量输入模块的作用：
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。
开关量输出模块的作用：
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模块的特性
仅有通、断两种状态；用发光二极管在面板上显示。
输入电压等级, 4~64点 /模块；
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）
38
开关量输入模块的几种型式
（ 1） 开关量输入模块
(a) AC220V输入 (IA222)
▽ △
……
～
in
in
CO
M
0.15uf
680kAC220
V 910Ω
↙
↙
内部电路
Ω
680Ω
(b) DC24V输入 (ID212)
▽ △
…… 内部电路
↙
↙
0.01uf
in
in
DC24V
COM
1.8KΩ3K Ω
(d) AC/DC24V输入 (ID212)
▽ △
内部电路
↙↙
0.01uf
in
in
AC/DC24V~
输
入
电
路
COM
1.8KΩ3K Ω
……
(c) 无压接点输入 (ID001)
0.01uf
in
in
—
—
DC24V
内 部 电
源
COM
▽ △
内部电路
↙↙
1.8KΩ3K Ω
输
入
电
路
……
39
开关量输入模块 的主要技术指标
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。
③ AC 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。
⑥ ON 电压：指逻辑,1”之电压值，开关接通时为,1”。
⑦ OFF电压：指逻辑,0”之电压值，开关断开时为,0”。
⑧ OFF→ON的响应时间：指开关由断 →通时，导致内部逻辑
由,0”→“1”的变化时间。
⑨ ON→OFF的响应时间：指开关由通 →断时，导致内部逻辑
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。
40
? 继电器输出
? 晶体管输出
? 可控硅 输出
（ 2）开关量输出模块
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
? 输出保护电路
41
继电器输出
J
↘ ～
▽
+∨
↗↗ 100Ω
0.02uf
∨ 负载
(a) 继电器输出
J△
42
↘
▽
↗↗
↗↗
△
↘
24v
负
载
(b) 晶体管输出
▽
?晶体管输出
43
～
▽ ↗↗
0.01uf
∨
470Ω
(c) SSR/可控硅输出
负
载
∧∨
▽ ↗↗
?可控硅 输出
44
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 。
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。
4) 回路数, 等于公共点的个数。独立式模块，等于
输出点数。
5) 接通压降
6) OFF→ ON响应时间
7) ON→ OFF响应时间
8) 内部功耗 同输入模块
45
输出模块按外部接线方式分有：
? 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。
? 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。
(a) 汇点式 (b) 独立式
图 2-5开关量输出模块接线方式
……
COM
……～
46
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。
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。
4,高速计数模块
47
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。
6,快速响应模块
7,中断控制模块
8,PID调节模块
9,位置控制模块
10,轴向定位模块
11,通信模块
48
四,编程工具
? 简易编程器
? 图形编程器
? 用专用编程软件在个人计算机 (PC)上实现
编程功能
49
五,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。
50
第三节,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
51
一,PLC的工作过程
PLC是采用循环扫描方式工作的, 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 。
内部处理
通迅服务
图 2-6 PLC工作流程图
输入刷新
执行用户程序
输出刷新
RUN？ N
Y
52
举例
I/O状态表
点 状态
X00 0
Y00 0
Y01 0
Y02 0
……
× Y00
Y01
Y02
输
入
端
子
输
出
端
子
KA3
HL
KA1
KA2
Y00
Y01
Y02
Y01
X00
Y01
……
用户程序
LD Y01
OUT Y00
LD X00
OUT Y00
LD Y01
OUT Y02
I/O刷新 程序执行
图 2-7 扫描过程示意图
X00SB1
53
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
用户程序是按梯形图, 从头开始
由左 →右,
由上 →下,
逐条执行, 每个扫描周期程序执行的结果是：
Y00 ( N )= Y01 ( N-1 )
Y01 ( N )= X00 ( N )
Y02 ( N )= Y01 ( N )
状
态
分
析
Y00
Y01
Y02
Y01
X00
Y01
……
54
由前面分析知：
Y00 ( N )= Y01 ( N-1 ) Y01 ( N )= X00 ( N ) Y02 ( N )= Y01 ( N )
周期号 X00 Y00 Y01 Y02
0 0 0 0 0
1 1
2 1
3 0
4 0
0 1 1
1 1 1
1 0 0
0 0 0
状态表
X00在后面的扫描周期中，
呈现出右表中的状态：
若第 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
55
二、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。
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
56
扫描周期的计算公式：
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
57
? 内部处理时间,是固定的（ 2.6ms）。
? 通信服务时间：如有，也是 固定的
——外设部件,0.8mS（ MAX）
——网络模块,8 mS（ MAX）
? 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。 （ 0.07 mS / 8点 ）
? 用户程序时间：取决于程序的长度和指令的种类
? 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。
（ 0.04 mS / 8点 ）
?
以 OMRON C200H PLC为例
58
[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
若没有外设：
T = 2.6 + (0.75+1.13) / 2× 5.120
+ 0.07× 8 + 0.04× 9
= 8.3 ms
59
三、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
X00 Y00 ×Y00
X00
图 2-8 描述系统响应时间接线原理图
SB
60
1,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；
该信号通过输入刷新进入 I/O状态表；
经扫描周期中程序的处理，得到的输出结果存入 I/O状态表；
经输出刷新,将 I/O状态表中的信号刷新到输出点；
直到内部输出元件 (J,SSR,T)给出有效的输出为止。
这种响应时间为系统最小响应时间。
61
最小响应时间 = 输入响应时间 + 输出响应时间
+ 1个周期的扫描时间 。
I刷新
系统 用户程序
扫描周期 扫描周期
输入响应延时 输出响应延时
最小响应时间
外输入 (SB)
输入点 (100)
输出元件
(a) 最小响应时序
O刷新
最小响应时序
62
2,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；
经扫描周期中程序的处理，得到的输出结果存入 I/O状态表；
经输出刷新,将 I/O状态表中的信号刷新到输出点；
直到内部输出元件 (J,SSR,T)给出有效的输出为止。
这种响应时间为系统的最大响应时间。
。
63
最大响应时间 = 输入响应时间 + 输出响应时间
+ 2个周期的扫描时间
输入点 (100)
输入响应延时
输出元件
输出响应延时
最大响应时间
(b) 最大响应时序
I刷新
系统 用户程序
扫描周期 扫描周期
O刷新
最大响应时序
64
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 + 15 + 1 × 10
= 26.5 ms
系统最大响应时间 = 1.5 + 15 + 2 × 10
= 36.5 ms
例如：
65
其响应延迟时间可长达 2个多扫描周期，可达几十 ms。
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。
这点对一般的应用场合无关紧要；
但是，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。
66
第四节：三菱 FX2N PLC简介及编程元
件的地址
一,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点数基本单元 2、输出形式（ R,S,T）
3、其它区分 1基本单元
67
F X 2 N - □ □ E □ - □
扩展单元系列名称
1,I/O点数基本单元 2、输出形式（ R,S,T）
3、其它区分 1
F X □ N - □ □ E □
系列名称 扩展单元
1,I/O点数基本单元 2、输出形式（ R,S,T）
? 扩展模块
? 扩展单元
68
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
? 扩展规则
a种扩展方式
FX2N基本单元
A种扩展方式：
FX2N用扩展单元, 扩展模块, 特殊模块
FXON用扩展模块, 特殊模块
(不能接 FXON用的扩展单元 )
? 特殊扩展模块
69
B种扩展方式：
FX1,FX2 用的
扩展单元, 扩展模块,
特殊单元, 特殊模块
FX2N -CNV- IF型
转换电缆
FX2N基本单元
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。
b种扩展方式
70
二,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
71
项 目 FX2N系列
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 0.08μ s/指令
应用指令 1.52 ~ 数 100μ s / 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
72
项 目 FX2N系列
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
73
项 目 FX2N系列
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 ）
74
项 目 FX2N系列
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 ）
75
76
第五节,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 。
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。
77
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 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
78
第三章,三菱 FX2N PLC指令系统
79
第一节,编程语言简介
一、梯形图
它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，形象、直观
实用，是 PLC的主要编程语言，绝大多数 PLC
均具有这种编程语言，下一节将对此作重点
介绍。
80
二、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。
81
三、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。
82
四、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。
83
五、功能表图 ( Function chart )
也称顺序功能表图 (Sequence Function
chart )，简称 SFC 。
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。
84
? 根据功能表图的原理设计 PLC程序，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，从而减少了扫描时间，提高了 PLC的
运行速度。
2,用功能表图描述 PLC所要完成的控制功能，
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。
六,高级语言
功能表图在 PLC编程过程中有 2种用法：
85
第二节：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。
86
一,梯形图中的符号、概念
? 母线,梯形图的两侧各有 1垂直的公共母线
(Bus bar), 母线之间是触点和线圈
? 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
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
87
3,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。
88
4,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。
89
二,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。
? 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。
90
? 触点和线圈只能作水平元件用，不能作垂直元件用。
? 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。
1 2
3
4 5
1 2
3 4
1 3 5
4
1 2
3 4
5 6
(a) 错误的 (b) 正确的 图 3-2 能流路径说明
图 3-1梯形图举例 1
91
第三节：三菱 FX2N PLC指令
? 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：
[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
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
92
[AND]
与
[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
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
XYMSTC
串联
常开触点
93
[ORF]
或脉冲（ F）
[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
YMSTC
SET YMS
RST YMSTCD
PLS YM
并联下
降沿触点
94
[PLF]
脉冲（ F）
[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
PLF YM
MC N YM
MCR N
MPS
MRD
MPP
INV
下降沿检
测指令
95
二、基本指令概述
? LD,LDI、
AND,ANI、
OR,ORI、
OUT、
END 指令
概要
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 OUT Y000
2 LDI X000
3 AND X001
4 OUT M0
5 ANI X002
6 OUT Y001
7 LDI X001
8 OR X002
9 ORI X003
10 OUT Y002
11 END
X000
X000 X001
X002
X001
X002
X003
Y000
M0
Y001
Y002
END
母线
梯 形 图 程 序
96
? LDP、
ANDF、
ORP、
ORF 指
令概要
助记符程序
步 指 令
0 LDP X000
1 OUT Y000
2 LD X000
3 ANDP X001
4 OUT Y001
5 OUT X002
6 LD X011
7 ORP Y002
8 OUT Y003
9 LDF X003
10 OUT Y004
11 LD X012
12 ANDF X004
13 OUT Y005
14 LD X013
15 ORF X005
16 OUT Y006
17 END
X000
X000 X001
X011
X002
X003
Y000
LDF
梯 形 图 程 序
Y001
Y002
Y003
Y004
Y005
Y006
END
X012 X004
X013
X005
ORF
ANDF
ORP
LDP
ANDP
LDF、
ANDP
97
? ANB、
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 OR X001
2 LD X002
3 OR X003
4 ANB
5 OUT Y000
6 LD X004
7 AND X005
8 LD X006
9 AND X007
10 ORB
11 OUT Y001
12 END
梯 形 图 程 序
X000
X001
X004
Y000
Y001
END
ORB
X002
X003
X005
X006 X007
ORB指令概要
98
? SET、
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 PLS M0
2 LD X001
3 PLF M1
4 LD M0
5 SET M50
6 LD M1
7 RST M50
8 END
X000
梯 形 图 程 序
END
PLS M0
PLF M1
SET M50
RST M50
X001
M0
M1
[操作图 ]
SET输入 →(X000)
一个扫描时间 (PLS)
RST输入 →(X001)
M0
M1
M50
SET RST
RST,PLS,PLF 指令概要
99
? I
执行 INV指令之前 到 INV指令执行之
的运算结果 后的运算结果
OFF ON
ON OFF
[操作图 ]
OFF
ON
Y000
X000 OFF
ON
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 IND
2 OUT Y001
3 END
X000
梯 形 图 程 序
END
Y000
INV 指令概要
100
? 定时器、计数器指令
定时器有一般用和累计用两种 。 累计用定时器即
使计数输入为 OFF,也能存储当前值 。 计数器有 16位
向上计数和 32位向上 /向下计数用的两种 。 向上 /向下
计数器的计数方向由特殊辅助继电器 M8200~M8234
的 ON/OFF来指定的 。
定时器的设定值, 可以用 K常数直接指定, 用数据寄
存器 （ D） 间接指定 。 但间接指定值必须事先写入数
据寄存器里 。
定时器
101
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 OUT T0
2 K123
4 LD T0
5 OUT Y000
10 LDX001
11 OUT T2
12 D1
X000
梯 形 图 程 序
T0
Y000
T0
X001
T2
K123
常数指定
间接指
定
D1
总线
[操作时序图 ]
X0接点
计数输入
T0 线圈
T0 接点
Y0线圈
12.3秒
102
计数器的设定值，可以用 K常数直接指定，
和用数据寄存器（ D）间接指定。但间接指定值
必须先写入数据寄存器。
助记符程序
步 指 令
0 LD X000
1 RST C0
3 LD X001
4 OUT C0
5 K5
7 LD C0
8 OUT Y000
10 LD X001
11 OUT T2
12 D1
X000
梯 形 图 程 序
Y000
X001
C 0 常数指定
间接指定
X002
C 2 D1
C 0 K5
RST C 0
计数器
103
[操作图 ]
X000接点
OFF
Y000线圈
X001接点
计数输入
C0 当前值
C0 接点
ON
0
1
2
3
4
5
104
第四章,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。例一：
LD X0 LD X3
AND X1 OUT C05
OUT C04 D30
K30 LD X4
LD X2 OR X5
RST C04 RST C05
LD C04 LDI C05
OUT Y05 OUT Y06
Y05
Y06
x00 x01
x03
x04
x05
x02
C05
K30C04
C04
RST C04
RST C05
D30C05
105
例 2：
图 4-3
X00
1sec T06
X00
K150
(a) (b)
C06 K15
RST C06
例 3,点动接收 /去抖电路
Y04
T11Y04
X00 T11
Y04
(a)
K10
图 4-4 点动接收 /去抖电路
T11
抖动引起
一个扫描周期
X00
Y04
(b)
106
例 4,点动输出 /脉冲输出
图 4-5
X00
Y04
M00
T12
Y04
T12 K5
M00
(a) (b)
X00
M00
T12
Y04 0.5sec
107
例 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。
X00
T14
Y05
T13
Y05
T14 K10
T13 K20
(a) (b)
X00
T13
T14
Y05
图 4-6
1s 2s 1s2s
108
例 6,图 4-7为一种自锁电路的 2种编程方法
Y00
X02 X03
Y00
X02
X03
(a) (b)
图 4-7
SET Y00
RST Y00
109
例 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
` M1 M2 M3 M4 M5 M6
SB1 √ √ √ √ √ √
SB2 O √ √ √ √ √
SB3 O O √ √ √ √
SB4 O O O √ √ √
SB5 O O O O √ √
SB6 O O O O O √
SB0 O O O O O O
电机
按钮
X1
Y1
M2
E+
X0
X5
X6
PLC
Y6
Y2
COM
…………
M6
M1
NL
…………
图 4-8 电机连锁控制 PLC接线原理图
SB1
SB0
SB5
SB6
KM1
KM2
KM6
110
X10 X0
Y10
X1
Y1 M1
X2 X3 X4 X5 X6
X2
Y2 M2
Y2
X0 X3 X4 X5 X6
X1
X2
Y3 M3
X3
X0 X4 X5 X6
Y3
X1
X2
Y4 M4
X3
X4
X0 X5 X6
Y4
图 4-9
X1
X2
Y5 M5
X3
X4
X0 X6
X5
Y5
X1
X2
Y6 M6
X3
X4
X0
X5
X6
Y6
END
111
例 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 。
112
M110
M110M111
T110
M111
M110 T120
M111
M110 M105
M111
M106 T100 X04
M105
M110
T100 X04
停止报警
X02
X00
K600
K4
K8
PLS
M110
M111
T100
T110
T120
Y0
END
T110
事故
故障
报警
M105
PLS M106
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。
图 4-10 梯形图
113
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。
114
X00 事故信号
X02 故障信号
M105事故信号上升沿
M106故障信号上升沿
X04报警复位信号
M111故障信号锁存
Y0报警器输出
60s
图 4-11 时序图
115
第五章,PLC程序设计的功能表图
方法
第一节,概 述
功能表图 ( Function Chart ) 亦称顺序功能
表图 ( Sequence Function Chart )，简称 SFC。
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。
116
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。
功能表图
117
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。
118
第二节：功能表图的基本概念
一、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。
? 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，
n为序号
图 5-1步的符号
n 10如
N N为序号
图 5-2起始步
119
? 动步,：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。
图 5-3动步符号
N
·
静步
120
? 步,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。
图 5-4与步对应动作的
表 示方法
N 动作
图 5-5 一步对应多个动作
的表示方法
N
动作 A
动作 B
N 动作 A 动作 B
对应的动作
121
? 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。
? 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。
二,有向线和转移
122
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。
三、功能表图的构成规则
123
四、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
d
3
4
5
(a)
e
124
选择序列：
? 选择序列,选择序列的开始称为分支，见图 (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。
? 选择序列的结束称为合并，见图 (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。
5
96 11
(b)
e f g
7 8 12
13
(c)
m n p
125
? 并发序列,并发序列的开始称为分支，见下图。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。
3
4 6 8
d
(a)
126
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 。
3
4 6 8
d
(a)
图 5-8
2 5 7
9
(b)
e
并发序列的分支与合并
127
例子：
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 。
钻孔
卸工件
返回返回
装工料
图 5-9 工作台示意图
128
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。
129
三工位钻床控制系统 功能表图
2
3
4
5
6
7
8
9
11
12
13
14
10
15
16
送料推杆推
料到位
送料推杆返回
推杆初始位
夹具夹紧
已夹紧
下钻
钻到位
提钻
升到顶
夹具松开
已松开
测头下探 定时 2,2.1秒
探到底,且
2<T<2.1秒
测头上升
卸料杆拨
升到顶
卸毕
卸料杆返回
卸料杆初始位
探到底,但 T<2.0秒
或 T≥2.1秒
测头上升
升到顶
人工卸料
卸完按钮
17
↑
1
工作台旋转
120°
=1
图 5-10 三工位钻床控制系统 功能表图
起动
130
第三节,用梯形图实现功能表图的程序设计
一,步的进入
除起始步外, 每步的进入作为 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 。
二,步的退出
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 。
131
例子,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。
图 5-11 液体混合装置控制系统功能表
图
1
2
3
4
5
开 YV1
开 YV2
R加热
开 YV3
Y1
Y2
Y4
Y3
RUN.L
I
H
T
L
（ b）（ a）
YV1
R
NL
E+
X0
X1
X2
X3
X4
COM
Y1
Y2
Y3
Y4
启动
RUN
H
I
L
T
YV2
YV3
132
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。
*M15Y1 Y2 Y3 Y4
Y1
X0 X3 Y2
END
M15
Y1
Y0 X2
Y2
Y1 X1 Y3
Y4
Y4 X4 X3
Y3
Y2
Y4
Y3
Y4
图 5-12 液体混合装置 PLC控制
程序梯形图
133
再如三
位工位钻床
的 PLC控制
原理图、地
址分配见图
5-13：
Y1
Y2
Y4
Y3
X0
X1
X5
X3
X2
RUN
X4
X6
X7
X11
X10
X12
X13
Y5
Y6
Y10
Y7
Y11
Y12
Y14
Y13
送料推杆返回
夹具夹紧
夹具松开
钻头下钻
钻头提钻
测头下探
测头上升
卸料杆拨
卸料杆返回
工作台旋转
人工卸料灯
送料推杆推
COM
E+
X14
图 5-13
料到位
推杆初始位
夹具已夹紧
夹具已松开
钻头钻到位
钻头升到顶
探头探到底
探头升到顶
卸毕
卸料杆初始位
旋转 120°
启动
卸完按钮
三位工位钻床的 PLC控制原理图
134
第六章,PLC应用中的若干问题
第一节,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。
135
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。
136
1) 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；
2) 可靠性要求较高，继电器控制无法达到；
3) 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；
4) 多台设备的系统需要用同一个控制器控制；
5) 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。
下列情况应使用 PLC：
137
一,PLC型号的选择
? I/O点数问题
? 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。
138
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。
139
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。
140
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。
141
二,开关量 I/O模块的选择
? 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。
? 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。
142
? 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。
? 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。
143
三、编程手段的选择
? 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。
144
第二节：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。
一,减少模块的数量
二,减少输入点
减少输入点可以有效的减少与此相关的费用,
主要体现在软硬件的调整上。常用的方法有如下几
种：
145
1,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。
X0
X1
X0
……
X1
X0 X0 ……
图 6-1 输入信号合并
146
2,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。
X0
X1
手动
自动
手动
自动 X0
……
X0
……X1 自动
手动 ……X0
……X0
手动
自动
图 6-2 去掉多余信号
147
3,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。
X0 Y0
X0
Y0
KA KM
KM
L
KA
N
图 6-3 无需接入 PLC的信号
148
4,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。
1K 4K 7K E+
Y0
Y1
Y2
O
U
T
X1
X2
X3
COM
2K 5K 8K
3K 6K 9K
I
N
……
1K
2K
9K
X11
X1
in
E+
X2
图 6-4
149
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。
150
下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。
…………
X1
X11
X2 M8011
(0.01S)
M23
M20
M21
M22
X1
X2
X3
X1
X2
X3
X1
X2
X3
M8002
M20
M21
M22
图 6-5
M0
SFTL M0 M20 K16 K1
151
三,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。
Y0
Y1 ×
Y0
Y1
Y0
×
Y0
图 6-6
152
? 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。
Y0 ×
×
………
只有 1个灯亮
×
………
Y0
个位
1
2
4
8
1
2
4
8
十位
用数字显示
图 6-7
Y1
Y17
Y3
Y4
Y7
