基于三菱FX2N系列PLC的六层电梯控制(3)

成都工业学院毕业设计（论文）

第2章三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍

2.1 可编程控制器的基础认识

2.1.1 三菱FX2N PLC的主要结构

可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

1. 电源

可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

2. 中央处理单元(CPU)

中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

3. 存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 4. 输入输出接口电路 （1） （2）

现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路

可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

5. 功能模块

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如计数、定位等功能模块。 6. 通信模块

2.1.2 三菱FX2N PLC的主要特点

1. 集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。

2. 对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。 3. 高速运算 （1） （2） （1） （2） （1） （2）

基本指令：0.08μs／指令 应用指令：1.52～几百μs／指令 内置8000步RAM存贮器

安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。

辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数：235点 数据寄存器；8000点

4. 安全、宽裕的存储器规格

5. 丰富的软元件范围

6. 除了具有输入输出16～256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。

7. 面向海外的产品适合各种安全规格

为大量实际应用而开发的特殊功能： 开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要----模拟I／O，高速计数器。对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块。 2.1.3 PLC的性能指标和分类

1. PLC的主要性能指标

输入／输出点数（I／O点数）

I／O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。

存储容量

存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。

扫描速度

一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用μs/步。

功能扩展能力

可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以

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适应各种特殊应用的需要，如A／D模块、D／A模块、位置控制模块等。

指令系统

指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。 2. PLC的分类

通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。

程序执行 N RUN方式？ Y 输入扫描 通信处理 内部处理 开始

输出处理

2.2 可编程序控制器的工作方式

1. PLC的扫描工作方式

可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-1所示，包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。

2. PLC的程序执行过程 图2-1 PLC的扫描过程 PLC的程序的执行过程一般可分输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-2所示。

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X001 Y001 输输入 入 端子输入映象寄① 存器 ② Y001 读 读 M1 输出③ 映像寄存器输④ 出锁存器⑤ 输出端子………. 输出 输入采样阶段 3. PLC的扫描周期

在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。

4. PLC的I／O响应时间

PLC采用集中I／O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。

2.3 PLC的编程语言

PLC的用户程序，是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制规范，按照实际需要使用的功能来设计的。只要用户能够掌握某种标准编程语言，就能够使用PLC在控制系统中，实现各种自动化控制功能。

根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC有五种标准编程语言：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）、结构文化本语言（ST）。 1. 梯形图语言

梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。

梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。 梯形图编程语

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程序执行阶段 输出刷新阶段

图2-1 PLC的扫描过程 成都工业学院毕业设计（论文）

言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。 2. 指令表语言

指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。

指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。 3. 功能模块图语言

功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。

功能模块图编程语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。 4. 顺序功能流程图语言

顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。

顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。

本毕业设计中主要使用梯形图语言。

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