- PLC技术及应用项目教程
- 史宜巧 侍寿永主编
- 14955字
- 2025-02-17 14:48:15
模块1 PLC的基础知识
专题1.1 PLC概述
一、PLC的定义
PLC是可编程序控制器（Programmable Controller）的简称。实际上，可编程序控制器的英文缩写为PC，为了与个人计算机（Personal Computer）的英文缩写词相区别，人们就将最初用于逻辑控制的可编程序控制器（Programmable Logic Controller）称为PLC。
PLC的发展极为迅速。为了确定它的性质，国际电工委员会（International Electrical Committee）于1982年颁布了PLC标准草案第一稿，1987年2月颁布了第三稿，对PLC作了如下定义。
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其相关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则设计。
二、PLC控制系统与继电器接触器控制系统的比较
1.组成器件不同
继电器接触器控制系统是由许多硬件继电器、接触器组成的，而PLC控制系统则是由许多“软继电器”组成的。传统的继电器接触器控制系统用了大量的机械触点，因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响，使系统可靠性大大降低。而PLC控制系统采用无机械触点的微电子技术，复杂的控制由PLC控制系统内部的运算器完成，故寿命长，可靠性高。
2.触点数量不同
继电器接触器的触点数较少，一般只有4～8对；而“软继电器”可供编程的触点数有无限对。
3.控制方法不同
继电器接触器控制系统是通过元器件之间的硬接线来实现的，其控制功能是固定的；而PLC控制功能是通过软件编程来实现的，只要改变程序，即可改变功能。
4.工作方式不同
在继电器接触器控制电路中，当电源接通时，电路中各继电器都处于受制约状态；而在PLC控制系统中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，每个“软继电器”受制约接通的时间是短暂的。
三、PLC简介
随着PLC市场的不断扩大，PLC生产已经发展成为一个庞大的产业，其主要厂商集中在一些欧美国家及日本。美国与欧洲一些国家的PLC是在相互隔离的情况下独立研究开发的，产品有比较大的差异；日本的PLC则是从美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性。另外，日本的主推产品定位在小型PLC上；而欧美则以大、中型PLC为主。
1.美国的PLC产品
美国有100多家PLC制造商，著名的PLC制造商有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋公司等。其中A-B公司是美国最大的PLC制造商，产品约占美国PLC市场的一半。A-B公司的产品规格齐全、种类丰富，其主推的产品为大、中型的PLC-5系列。该系列为模块式结构，CPU模块为中型的PLC有PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/14、PLC-5/25；CPU模块为大型的PLC有PLC-5/11、PLC-5/20、PLC-5/30、PLC-5/40和PLC-5/60。A-B公司的小型机产品有SLC-500系列等。
GE公司的代表产品是GE-Ⅰ、GE-Ⅲ、GE-Ⅵ等系列，分别为小型机、中型机及大型机，GE-Ⅵ/P最多可配置4000个I/O点。TI公司的小型机有510、520等，中型机有5TI等，大型机有PM550、530、560、565等系列。MODICON公司生产M84系列小型机、M484系列中型机和M584系列大型机。M884系列是增强型中型机，具有小型机的结构及大型机的控制功能。
2.欧洲的PLC产品
德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司和法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商。德国西门子公司的电子产品以性能精良而久负盛名。在大、中型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名。
西门子公司PLC的主要产品有S5及S7系列，其中S7系列是近年来开发的代替S5系列的新产品。S7系列含S7-200、S7-300及S7-400系列。其中S7-200是微型机，S7-300是中、小型机，S7-400是大型机。S7系列机性价比较高，近年来在中国市场的占有份额有不断上升之势。
3.日本的PLC产品
日本PLC产品在小型机领域颇具盛名。某些用欧美中型或大型机才能实现的控制，日本小型机就可以解决。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立和东芝等。在世界小型机市场上，日本的产品约占70%的份额。
三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列有了更强的控制能力。继F1/F2系列之后，20世纪80年代末，三菱公司又推出了FX系列，在容量、速度、特殊功能和网络功能等方面都有加强。FX2系列是在20世纪90年代推出的高性能整体式小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。FX2N系列是高性能整体式小型机，它是FX2系列的换代产品。近年来，三菱公司还推出了满足不同要求的微型PLC，如FX0S、FX1S、FX0N、FX1N等系列的产品。本书以三菱FX2N系列机型为例来介绍PLC的应用技术。
欧姆龙（OMRON）公司的PLC产品，大、中、小和微型规格齐全。微型机以SP系列为代表；小型机有P型、H型、CPM1A、CPM2A系列及CPM2C、CQM1系列等；中型机有C200H、C200HS、C200HX、C200HX、C200HG、C200HE及CS1等系列。
在松下公司的PLC产品中，FP0为微型机；FP1为整体式小型机；FP3为中型机；FP5/FP10、FP10S及FP20为大型机。
4.我国的PLC产品
我国有许多厂家及科研院所从事PLC的研制及开发工作，产品有中国科学院自动化研究所的PLC-0088，北京联想计算机集团公司的GK-40，上海机床电器厂的CKY-40，上海起重电器厂的CF-40MR/ER，苏州机床电器厂的YZ-PC-001A，原机电部北京工业自动化研究所的MPC-001/20、KB20/40，杭州机床电器厂的DKK02，天津中环自动化仪表公司的DJK-S-84/86/480，上海自立电子设备厂的KKI系列，上海香岛机电制造有限公司的ACMY-S80、ACMY-S256，无锡华光电子工业有限公司（合资）的SR-10、SR-20/21等。
四、PLC的应用领域
PLC的应用非常广泛，如电梯控制、防盗系统的控制、交通分流信号灯控制、楼宇供水自动控制、消防系统自动控制、供电系统自动控制、喷水池自动控制及各种生产流水线的自动控制等。其应用情况大致可归纳为如下几类。
1.开关量逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，取代传统的继电器接触器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线，如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线和电镀流水线等。
2.模拟量控制
PLC利用比例积分微分（Proportional Integral Derivative，PID）算法可实现闭环控制功能，例如对温度、速度、压力及流量等过程量的控制。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的定位控制。近年来，许多PLC制造商在自己的产品中增加了脉冲输出功能，配合原有的高速计数器功能，使PLC的定位控制能力大大增加。此外，许多PLC品牌具有位置控制模块，如可驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，使PLC广泛应用于各种机械、机床、机器人及电梯等设备中。
4.数据处理
现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表和位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据除可以与储存在储存器中的参考值比较，完成一定的控制操作之外，也可以利用通信功能传送到别的智能装置中，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统（如无人控制的柔性制造系统），也可用于过程控制系统（如造纸、冶金和食品工业中的一些大型控制系统）。
5.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备之间的通信。随着计算机控制技术的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC制造商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC，无论是网络接入能力还是通信技术指标，都得到了很大改善，这使PLC在远程及大型控制系统中的应用能力大大增强。
专题1.2 PLC的组成与工作原理
一、PLC的组成
PLC系统的组成与微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分构成的。
1.PLC的硬件系统
PLC硬件系统是指构成它的各个结构部件，是有形实体。PLC硬件系统的组成框图如图1-1所示。
图1-1 PLC硬件系统的组成框图
PLC硬件系统由主机、I/O扩展单元及外围设备组成。主机和扩展单元采用计算机的结构形式，其内部由运算器、控制器、存储器、输入单元、输出单元以及接口等部分组成。将运算器和控制器集成在一片或几片大规模集成电路中，称为微处理器（或微处理机、中央处理器），简称为CPU。存储器主要有系统程序存储器（EPROM）和用户程序存储器（RAM）。
主机内各部分之间均通过总线连接。总线有电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。
输入/输出单元是PLC与外部输入信号、被控设备连接的转换电路，通过外部接线端子可直接与现场设备相连。如将按钮、行程开关、继电器触点和传感器等接至输入端子，通过输入单元把它们的输入信号转换成微处理器能接受和处理的数字信号。输出单元则接受经微处理器处理过的数字信号，并把这些信号转换成被控设备或显示设备能够接受的电压或电流信号，经过输出端子的输出驱动接触器线圈、电磁阀、信号灯和电动机等执行装置。
编程器是PLC重要的外围设备，一般PLC都配有专用的编程器。通过编程器可以输入程序，并可以对用户程序进行检查、修改、调试和监视，还可以调用和显示PLC的一些状态和系统参数。目前，在许多PLC控制系统中，可以用通用的计算机加上适当的接口和软件进行编程。
2.PLC的软件系统
PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，包括系统程序（或称为系统软件）和用户程序（或称为应用软件）。系统程序主要包括系统管理和监控程序以及对用户程序进行编译处理的程序，各种性能不同的PLC系统程序会有所不同。系统程序在出厂前已被固化在EPROM中，用户不能改变。用户程序是用户根据生产过程和工艺要求而编制的程序，通过编程器或计算机输入到PLC的RAM中，并可对其进行修改或删除。
二、PLC的工作原理
1.循环扫描工作方式
PLC用户程序的执行采用的是循环扫描工作方式，即PLC对用户程序逐条顺序执行，直至程序结束为止，然后再从头开始扫描，周而复始，直至停止执行用户程序为止。PLC的基本工作模式有两种，即运行（RUN）模式和停止（STOP）模式，如图1-2所示。
（1）运行模式
在运行模式下，PLC对用户程序的循环扫描过程分为3个阶段，即输入处理阶段、程序执行阶段和输出处理阶段。PLC的工作过程如图1-3所示。
图1-2 PLC的基本工作模式
a）运行模式 b）停止模式
图1-3 PLC的工作过程
1）输入处理阶段。输入处理阶段又称为输入采样阶段。PLC在此阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端子的状态（接通或断开），并将其状态存入输入映像寄存器中。接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会变化，这些变化只能在一个工作周期的输入采样阶段才被读入刷新。
2）程序执行阶段。在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下、先左后右的顺序进行扫描。每扫描一条指令时，所需的输入状态或其他元素的状态分别从输入映像寄存器和元素映像寄存器中读出，然后进行逻辑运算，并将运算结果写入到元素映像寄存器中。也就是说，在程序执行过程中，元素映像寄存器内元素的状态可以被后面将要执行到的程序所应用，它所寄存的内容也会随程序执行的进程而变化。
3）输出处理阶段。输出处理阶段又称为输出刷新阶段。在此阶段，PLC将元素映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通或断开）转存到输出锁存电路，再驱动被控对象（负载），这就是PLC的实际输出。
PLC重复执行上述3个阶段，这3个阶段也是分时完成的。为了连续完成PLC所承担的工作，系统必须周而复始地按一定的顺序完成这一系列的具体工作。这种工作方式叫做循环扫描工作方式。PLC执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1～100ms。一般来说，在一个扫描过程中，执行指令的时间占了绝大部分。
（2）停止模式
在停止模式下，PLC只进行内部处理和通信服务工作。在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，进行监控定时器复位等工作。在通信服务阶段，PLC与其他带CPU的智能装置进行通信。
2.输入/输出滞后时间
由于PLC采用循环扫描工作方式，即对信息采用串行处理方式，这就必然带来了输入/输出的响应滞后问题。
输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起，至由它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止所需的时间。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间3部分组成。
1）输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生抖动引起的不良影响。滤波时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms。
2）输出模块的滞后时间与模块开关器件的类型有关，继电器型约为10ms；晶体管型一般小于1ms；双向晶闸管型在负载通电时的滞后时间约为1ms；负载由通电到断电时的最大滞后时间约为10ms。
3）由扫描工作方式产生的最大滞后时间可超过两个扫描周期。
输入/输出滞后时间对于一般工业设备是完全允许的，但对于某些需要输出对输入做出快速响应的工业现场，可以采用快速响应模块、高速计数模块以及中断处理等措施来尽量减少响应时间。
专题1.3 PLC的编程语言与编程方法
一、PLC的编程语言
PLC是按照程序进行工作的。程序就是用一定的程序语言描述出来的控制任务。1994年5月国际电工委员会（IEC）在PLC标准中推荐的常用程序语言有梯形图（Ladder Dia-gram，LD）、指令表（Instruction List，IL）、顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC）和功能块图（Function Block Diagram，FBD）等。
1.梯形图
梯形图（Ladder Diagram）基本上沿用电气控制图的形式，采用的符号也大致相同。如图1-4a所示，梯形图两侧的平行竖线为母线，其间为由许多触点和编程线圈组成的逻辑行。在应用梯形图进行编程时，只要按梯形图逻辑行顺序输入到计算机中，计算机就可自动将梯形图转换成PLC能接受的机器语言，存入并执行。
2.指令表
指令表（Instruction List）类似于计算机汇编语言的形式，用指令的助记符来进行编程。它通过编程器按照指令表的指令顺序逐条写入PLC并可直接运行。指令表的指令助记符比较直观易懂，编程也很简单，便于工程人员掌握，因此得到了广泛的应用。但要注意的是，不同厂家制造的PLC，所使用的指令助记符有所不同，即对同一梯形图来说，用指令助记符写成的语句表也不相同。图1-4a梯形图对应的指令表如图1-4b所示。
3.顺序功能图
顺序功能图（Sequential Function Chart）应用于顺序控制类的程序设计，包括步、动作、转换条件、有向连线和转换5个基本要素。顺序功能图的编程方法是将复杂的控制过程分成多个工作步骤（简称为步），每个步又对应着工艺动作，把这些步按照一定的顺序要求进行排列组合，就构成整体的控制程序。顺序功能图如图1-5所示。
图1-4 梯形图和对应的指令表
a）梯形图 b）指令表
图1-5 顺序功能图
4.功能块图
功能块图（Function Block Diagram）是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，熟悉数字电路的技术人员比较容易掌握。该编程语言用类似“与门”、“或门”的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号自左向右流动。功能块图如图1-6所示。
二、PLC的编程方法
在设计PLC程序时，可以根据自己的实际情况，采用以下不同的方法。
图1-6 功能块图
1.经验法
经验法是运用自己的经验或者借鉴他人的已经成功的实例进行设计。可以对已有相近或者类似的实例按照控制系统的要求进行修改，直到满足控制系统的要求为止。在工作中应不断积累经验和收集资料，从而丰富自己的设计经验。
2.解析法
PLC的逻辑控制实际上就是逻辑问题的综合。可以根据组合逻辑或者时序逻辑的理论，并运用相应的解析方法，对其进行逻辑关系求解，按照求解的结果编制梯形图或直接编写指令。解析法比较严谨，可以避免编程的盲目性。
3.图解法
图解法是依照画图的方法进行PLC程序设计。常见的方法有梯形图法、时序图（波形图）法和流程图法。
梯形图法是最基本的方法，无论是经验法还是解析法，在把控制系统的要求等价为梯形图时都要用到梯形图法。
时序图（波形图）法适用于时间控制电路，先把对应信号的波形画出来，再依照时间顺序用逻辑关系去组合，就可以把控制程序设计出来。
流程图法是用框图表示PLC程序的执行过程及输入条件与输出之间的关系。在使用步进指令编程的情况下，采用该方法设计很方便。
图解法和解析法不是彼此独立的。解析法要画图，图解法也要列解析式，只是两种方法的侧重点不一样。
4.技巧法
技巧法是在经验法和解析法的基础上运用技巧进行编程，以提高编程质量。还可以使用流程图做工具，将巧妙的设计形式化，进而编制所需要的程序。该方法是多种编程方法的综合应用。
5.计算机辅助设计
计算机辅助设计是利用PLC通过上位链接单元与计算机实现链接，运用计算机进行编程。该方法需要有相应的编程软件。
专题1.4 FX2N系列PLC的型号、安装与接线
一、FX2N系列PLC的型号
FX2N系列PLC的基本单元、扩展单元、扩展模块的型号规格分别见表1-1～表1-3。
表1-1 FX2N系列PLC的基本单元一览表
表1-2 FX2N系列PLC的扩展单元一览表
表1-3 FX2N系列PLC的扩展模块一览表
图1-7所示为基本单元型号名称及其含义说明。扩展单元及扩展模块型号的构成与基本单元相同，只是在模块区分部分中用“E”代替“M”。
二、FX2N系列PLC的安装及接线
应将PLC安装在环境温度为0～55℃、相对湿度小于89%大于35%、无粉尘和油烟、无腐蚀性及可燃性气体的场合中。
图1-7 基本单元型号名称及其含义说明
PLC有两种安装方式：一是直接利用机箱上的安装孔，用螺钉将机箱固定在控制柜的背板或面板上；二是利用DIN导轨安装，这需要先将DIN导轨固定好，再将PLC及各种扩展单元卡上DIN导轨。安装时，还要注意在PLC周围留足散热及接线的空间。图1-8所示为FX2N机及扩展设备在DIN导轨上的安装示意图。
图1-8 FX2N机及扩展设备在DIN导轨上的安装示意图
①—35mm宽，DIN导轨 ②—安装孔（32点以下两个，以上4个） ③—电源、辅助电源，输入信号用装卸式端子台 ④—输入口指示灯 ⑤—扩展模块、特殊单元、特殊模块接线插座盖板 ⑥—输出用装卸式端子台 ⑦—输出口指示灯 ⑧—DIN导轨装卸中卡子 ⑨—面板盖 ⑩—外转设备接线插座盖板 ⑾—电源，运行错误指示灯
在PLC工作前，必须将其正确地接入控制系统。与PLC连接的主要有PLC的电源接线、输入/输出器件的接线、通信线和接地线等。
1.电源接入及端子排列
PLC基本单元的供电通常有两种情况：一是直接使用工频交流电，通过交流输入端子连接，这种情况对电压的要求比较宽松，100～250V均可使用；二是采用外部直流开关电源供电，一般配有直流24V输入端子。采用交流供电的PLC内部带有直流24V内部电源，为输入器件及扩展模块供电。FX2N系列PLC大多为AC电源、DC输入形式。图1-9所示为FX2N-48M的接线端子排列图，上部端子排中标有L及N的接线位为交流电源相线及中线的接入点。图1-10所示为基本单元接有扩展模块时交直流电源的配线示意图。
2.输入端器件的接入
PLC的输入端连接输入信号，器件主要有开关、按钮及各种传感器，这些都是触点类型
图1-9 FX2N-48M的接线端子排列图
图1-10 基本单元接有扩展模块时交直流电源的配线示意图
注：
端子为空端子，不要外部配线，可作为中断端子使用。
的器件。在接入PLC时，将每个触点的两个接头分别连接一个输入点及输入公共端。由图1-9可知，PLC的开关量输入接线点都是螺钉接入方式，每一位信号占用一个螺钉。图1-9中上部为输入端子，COM端为公共端，输入公共端在某些PLC中是分组隔离的，在FX2N机中是连通的。开关、按钮等器件都是无源器件，PLC内部电源能为每个输入点提供大约7mA的工作电流，这也就限制了线路的长度。在接入有源传感器时，需注意与机内电源的极性配合。对模拟量信号的输入，需采用专用的模拟量工作单元。图1-11所示为输入器件的接线示意图。
图1-11 输入器件的接线示意图
3.输出端器件的接入
在PLC输出端上连接的器件主要是继电器、接触器和电磁阀的线圈。这些器件均采用PLC外部的专用电源供电，PLC内部不过是提供一组开关触点。接入时，线圈的一端接输出点螺钉，另一端经电源接输出公共端。图1-9所示的中下部为输出端子，由于输出端连接线圈种类多，所需的电源种类及电压不同，所以输出端的公共端常分为许多组，而且组间是隔离的。PLC输出端的额定电流一般为2A，大电流的执行器件须配装中间继电器。图1-12所示为输出器件（继电器）的接线示意图。
4.通信线的连接
PLC一般设为专用的通信口，通常为RS-485口或RS-422口，FX2N型PLC为RS422口。与通信口的接线常采用专用的接插件连接。
图1-12 输出器件（继电器）的接线示意图
专题1.5 SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的使用
一、概述
三菱公司的SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件供对FX0S、FX0N、FX2和FX2N系列三菱PLC编程以及监控PLC中各软元件的实时状态。它占用的存储空间不到2MB，功能强大、使用方便，且界面和帮助文件均已汉化，可在Windows 3.1及Windows 95以上版本中运行。
1.进入SWOPC-FXGP/WIN-C的编程环境
在安装好软件后，在桌面上自动生成FXGP/WIN-C软件包，用鼠标双击进入软件包，选择可执行文件FXGPW.EXE，双击鼠标左键，出现图1-13所示的窗口，即可进入编程。
2.PLC程序下载
PLC程序下载的方法是，首先使用编程通信转换接口电缆SC-09连接好计算机的RS-232C接口和PLC的RS-422编程器接口，然后打开图1-13所示的“PLC”菜单，即生成图1-14所示的窗口。
在图1-14窗口出现后，再打开PLC菜单下的“端口设置”子菜单，出现图1-15所示的对话框，选择正确的串行口后再单击“确认”按钮。
在选择好串行口后，打开图1-14“PLC”菜单下的“程序读入”子菜单，即可进入图1-16所示的对话框。正确选择PLC型号，单击“确认”按钮后等待几分钟，PLC中的程序即下载到计算机的SWOPC-FXGP/WIN-C文件夹中。PLC程序下载后的窗口如图1-17所示。
图1-13 SWOPC-FXGP/WIN-C编程环境的窗口
图1-14 PLC程序下载的窗口
图1-15 “端口设置”对话框
图1-16 “PLC类型设置”对话框
图1-17 PLC程序下载后的窗口
3.PLC程序的打开
首先打开“文件”菜单下的“打开”子菜单，弹出图1-18所示的对话框。选择正确的文件后，单击“确定”按钮，即可打开文件。
图1-18“文件打开”对话框
4.编制新的程序
如图1-19所示，打开“文件”菜单下的“新文件”子菜单，弹出图1-16所示的对话框。然后选择PLC型号，即可进入编制程序窗口，如图1-20所示。
5.设置页面和打印
打开“文件”菜单下的“页面设置”子菜单，即可进行编程页面设置。打开“文件”菜单下的“打印机设置”子菜单，即可进行打印设置。
6.退出主程序
打开“文件”菜单下的“退出”子菜单或单击窗口右上角的＜×＞键，即可退出主程序。
图1-19 创建新文件窗口
图1-20 编制程序窗口
7.帮助文件的使用
打开“帮助”菜单下的“索引”子菜单，寻找需帮助的目录名，如图1-21所示。双击目录名，即可进入帮助文件。“帮助”菜单下的“如何使用帮助”告诉用户如何使用该帮助文件。
二、程序编制
1.编制语言的选择
SWOPC-FXGP/WIN-C软件提供3种编程语言，分别是梯形图、语句表和功能逻辑图（SFC）。打开“视图”菜单，其窗口如图1-22所示，可选择对应的编程语言。
图1-21 帮助文件窗口
图1-22 “视图”菜单窗口
2.采用梯形图编写程序
1）按以上步骤选择梯形图编程语言。可选择“视图”菜单下的“工具栏”、“状态栏”、“功能键”和“功能图”4个子菜单，如图1-23所示。
2）梯形图中对软元件的选择，既可通过以上“功能键”和“功能图”子菜单完成，也可用“工具”菜单完成。“工具”菜单窗口如图1-24所示。菜单下的“触点”子菜单提供对输入各元件的选用；“线圈”和“功能”子菜单提供了对各输出继电器、中间继电器、时间继电器和计数器等软元件的选用；“连线”子菜单除了用于梯形图中各连线外，还可以通过＜DEL＞键删除连接线；“全部清除”子菜单用于清除所有的编程内容。
图1-23 “视图”菜单下的4个子菜单
a）工具栏 b）状态栏 c）功能键 d）功能图
图1-24 “工具”菜单窗口
3.“编辑”菜单的使用
“编辑”窗口如图1-25所示。“剪切”、“撤消键入”、“粘贴”、“复制”和“删除”子菜单操作均与普通软件一样，这里不再介绍。其余各子菜单是对各连接线、软元件等的操作。
4.编程语言的转换
在编写梯形图程序后，通过选择“视图”菜单下梯形图、指令表和功能逻辑图子菜单可进行3种编程语言的转换。
图1-25 “编辑”菜单窗口
三、程序的检查
单击“选项”菜单下的“程序检查”子菜单，就进入了“程序检查”对话框，如图1-26所示。“程序检查”子菜单有3个单选按钮：“语法错误检查”检查软元件号有无错误，“双线圈检验”检查输出软元件，“电路错误检查”检查各回路有无错误。这3项检查都可以通过图1-26所示下面的显示文本框显示有无错误信息。
图1-26 “程序检查”对话框
四、程序的传送
程序的传送操作通过“PLC”菜单的“传送”子菜单实现，如图1-27所示。“传送”子菜单有3项内容，即“读入”、“写出”和“核对”。程序的读入是指把PLC的程序读入到计算机的SWOPC-FXGP/WIN-C程序操作环境中；程序的写出是指把已经编写的程序写入到PLC中。当编写的程序有错误时，写出的过程中CPU-E指示灯将闪烁。当要读入PLC程序时，在正确选择好串行口和连接好编程电缆后，按＜读入＞键即可；当要把程序写出到PLC中时，按＜写出＞键即可。写完程序后，＜核对＞键将起作用，用于确认要写出的程序和PLC的程序是否一致。
五、软元件的监控和强制执行
在SWOPC-FXGP/WIN-C操作环境中，可以监控各软元件的状态和强制执行输出等功能。这些功能主要在“监控/测试”菜单中完成，其菜单窗口如图1-28所示。
图1-27 “传送”子菜单
图1-28 “监控/测试”菜单
图1-29 “遥控运行/中止”对话框
1.PLC的强制运行和强制停止
打开图1-27中“PLC”菜单下的“遥控运行/停止”子菜单，弹出图1-29所示的“遥控运行/中止”对话框。选择“运行”单选按钮后，单击“确认”按钮，PLC将被强制运行；选择“中止”单选按钮后，单击“确认”按钮，PLC将被强制停止。
2.软元件监控
对软元件的状态、数据，均可以在SWOPC-FXGP/WIN-C编程环境中监控。例如，若Y软元件工作在“ON”状态，则在监控环境中以绿色高亮方框，并且闪烁表示；若工作在“OFF”状态，则无任何显示。数据寄存器D中的数据也可在监控环境中表示出来，可以带正、负号。
打开图1-28中“监控/测试”菜单下的“进入元件监控”子菜单，选择好所要监控的软元件，即可进入图1-30所示的窗口监控各软元件。若计算机没有与PLC通信，则无法反映监控元件的状态，会显示通信错误信息。
图1-30 监控软元件的窗口
3.Y输出软元件强制执行
为了调试、维修设备等工作的方便，SWOPC-FXGP/WIN-C程序还提供了强制执行Y输出状态的功能。打开图1-28中“监控/测试”菜单下的“强制Y输出”子菜单，即可进入如图1-31所示的“强制Y输出”对话框。
图1-31 “强制Y输出”对话框
选择好Y软元件，即可对其强制执行，并在左下角方框中显示其状态，PLC对应的Y软元件灯将根据选择状态亮或灭。
4.其他软元件的强制执行
也可通过SWOPC-FXGP/WIN-C程序设定各输入软元件的状态，打开图1-28中“监控/测试”菜单下的“强制ON/OFF”子菜单，即可进入此强制执行环境来设定软元件的工作状态。
选择X002软元件，并置S状态，单击“确认”按钮，PLC的X002软元件指示灯将亮，“强制ON/OFF”对话框如图1-32所示。
图1-32 “强制ON/OFF”对话框
六、其他菜单及目录的使用
1.PLC数据寄存器的读入和写出
在“PLC”菜单下的“寄存器数据传送”子菜单有3项内容：“读入”、“写出”和“核对”，如图1-33所示。按＜读入＞键，即可从PLC中读出数据寄存器的内容；按＜写出＞键，即可将程序中相应的数据寄存器内容写入PLC中；＜核对＞键用于确认内容是否一致。
图1-33 “寄存器数据传送”菜单
2.“选项”菜单的使用
“选项”菜单的内容如图1-34所示。
（1）PLC的EPROM处理
“EPROM传送”子菜单有3项内容：“读入”、“写出”和“核对”。按＜读入＞键，即可从PLC读出EPROM的内容；按＜写出＞键，即可将编写好的程序写入PLC中；＜核对＞键用于验证编写的程序与EPROM中的内容是否一致。
图1-34 “选项”菜单的内容
（2）设置字体
单击“选项”菜单下的“字体”子菜单，进入图1-35所示的“字体”对话框，即可设置字体、大小等有关内容。
图1-35 “字体”对话框
（3）“窗口”菜单的使用
用鼠标双击“窗口”菜单下的“视图顺排”子菜单，即可层铺编程环境；用鼠标双击“窗口水平排列”子菜单，即可水平铺设编程环境；用鼠标双击“窗口垂直排列”子菜单，即可垂直铺设编程环境。
专题1.6 GX-Developer编程软件的使用
三菱GX-Developer编程软件是应用于三菱系列PLC的中文编程软件，可在Windows 9X及以上版本的操作系统运行。
一、GX-Developer编程软件的主要功能
GX-Developer的功能十分强大，集成了项目管理、程序输入、编译链接、模拟仿真和程序调试等功能，其主要功能如下。
1）在GX-Developer中，可通过线路符号、列表语言及SFC符号来创建PLC程序，建立注释数据及设置寄存器数据。
2）可创建PLC程序并将其存储为文件，用打印机打印。
3）该程序具有在串行系统中与PLC进行通信、文件传送、操作监控以及各种测试功能。
4）该程序可脱离PLC进行仿真调试。
二、系统配置
1.计算机
要求机型：IBM PC/AT（兼容）；CPU：486以上；内存：8MB或更高（推荐16MB以上）；显示器：分辨率为800×600像素，16色或更高。
2.接口单元
采用FX-232AWC型RS-232/RS-422转换器（便携式）或FX-232AW型RS-232C/RS-422转换器（内置式），以及其他指定的转换器。
3.通信电缆
采用FX-422CAB型RS-422缆线（用于FX2、FX2C型PLC，0.3m）或FX-422CAB-150型RS-422缆线（用于FX2、FX2C型PLC，1.5m），以及其他指定的缆线。
三、GX-Developer编程软件的安装
运行安装盘中的“SETUP”文件，按照逐级提示即可完成GX-Developer的安装。安装结束后，将在桌面上建立一个与“GX-Developer”相对应的图标，同时在桌面的“开始”→“程序”中建立一个“MELSOFT应用程序→GX-Developer”选项。若需增加模拟仿真功能，则可在上述安装结束后，再运行安装盘中LLT文件夹下的“STEUP”文件，按照逐级提示完成模拟仿真功能的安装。
四、GX-Developer编程软件的界面
用鼠标双击桌面上的“GX-Developer”图标，即可启动GX-Developer，其窗口如图1-36所示。GX-Developer的窗口由项目标题栏、下拉菜单栏、快捷工具栏、编辑窗口和管理窗口等部分组成。在调试模式下，可打开远程运行窗口、数据监视窗口等。
1.下拉菜单
GX-Developer共有10个下拉菜单，每个菜单又有若干个菜单项。许多基本相同菜单项的使用方法与目前文本编辑软件的同名菜单项的使用方法基本相同。多数使用者很少直接使用菜单项，而是使用快捷工具。常用的菜单项都有相应的快捷按钮，GX-Developer的快捷键直接显示在相应菜单项的右边。
图1-36 GX-Developer编程软件的窗口
2.快捷工具栏
GX-Developer共有8个快捷工具栏，即标准、数据切换、梯形图标记、程序、注释、软元件内存、SFC以及SFC符号工具栏。以鼠标选取“显示”菜单下的“工具条”命令，即可打开这些工具栏。常用的有标准、梯形图标记和程序工具栏，将鼠标指针停留在快捷按钮上片刻，即可获得该按钮的提示信息。
3.编辑窗口
PLC程序是在编辑窗口进行输入和编辑的，其使用方法与众多的编辑软件相似。
4.管理窗口
管理窗口可实现项目管理、修改等功能。
五、工程的创建和调试范例
1.系统的启动与退出
要想启动GX-Developer，可用鼠标双击桌面上的图标。图1-37所示为打开的GX-Developer窗口。
以鼠标选取“工程”菜单下的“关闭”命令，即可退出GX-Developer系统。
2.文件的管理
（1）创建新工程
打开“工程”菜单下的“创建新工程”命令，或者按＜Ctrl+N＞组合键操作，在出现的“创建新工程”对话框中选择PLC类型，如在选择FX2N系列PLC后，单击“确定”按钮。“创建新工程”对话框如图1-38所示。
图1-37 打开的GX-Developer窗口
图1-38 “创建新工程”对话框
（2）打开工程
打开一个已有工程的步骤是，打开“工程”菜单下的“打开工程”命令，或按＜Ctrl+O＞组合键，在出现的“打开工程”对话框中选择已有工程，单击“打开”按钮。“打开工程”对话框如图1-39所示。
图1-39 “打开工程”对话框
（3）文件的保存和关闭
保存当前PLC程序、注释数据以及其他在同一文件名下的数据。操作方法是，单击“工程”菜单下的“保存工程”命令，或按＜Ctrl+S＞组合键操作即可。将已处于打开状态的PLC程序关闭，操作方法是，单击“工程”菜单下的“关闭工程”命令。
3.编程操作
（1）梯形图输入
使用“梯形图标记”工具条（“梯形图输入”对话框如图1-40所示）或通过单击“编辑”菜单下的“梯形图标记”子菜单（如图1-41所示），将已编好的程序输入到计算机中。
图1-40 “梯形图输入”对话框
图1-41 “梯形图标记”子菜单
（2）编辑操作
通过执行“编辑”菜单栏中的指令，可对输入的程序进行修改和检查，如图1-41所示。
（3）梯形图的转换及保存操作
将编辑好的程序先通过单击“变换”菜单下的“变换”命令操作，或按＜F4＞键变换后，才能保存。变换操作如图1-42所示。在变换过程中显示梯形图的变换信息，如果在不完成变换的情况下关闭梯形图窗口，新创建的梯形图就不被保存。
图1-42 变换操作
4.程序调试及运行
（1）程序的检查
单击“诊断”菜单下的“PLC诊断”命令，弹出图1-43所示的“PLC诊断”对话框，进行程序检查。
图1-43 “PLC诊断”对话框
（2）程序的写入
在“STOP”状态下，单击“在线”菜单下的“PLC写入”命令，弹出“PLC写入”对话框，如图1-44所示。单击“参数+程序”按钮，再单击“执行”按钮，即可完成将程序写入PLC的操作。
图1-44 “PLC写入”对话框
（3）程序的读取
在“STOP”状态下，单击“在线”菜单下的“PLC读取”命令，可将PLC中的程序发送到计算机中
传送程序时，应注意以下问题。
1）在计算机的RS-232C端口及PLC之间，必须用指定的缆线及转换器进行连接。
2）PLC必须在“STOP”状态下执行程序传送。
3）执行完“PLC写入”命令后，PLC中的程序将被丢失，原有的程序将被读入的程序所替代。
4）在“PLC读取”时，程序必须在RAM或EE-PROM内存保护关断的情况下读取。
（4）程序的运行及监控
1）运行：单击“在线”菜单下的“远程操作”命令，将PLC状态设为RUN模式，单击“执行”按钮，程序运行。“远程操作”对话框如图1-45所示。
图1-45 “远程操作”对话框
2）监控：执行程序运行后，再单击“在线”菜单下的“监视”命令（如图1-46所示），可对PLC的运行过程进行监视。结合控制程序，操作有关输入信号，可观察输出状态。
（5）程序的调试
在程序运行过程中出现的错误有以下两种。
1）一般错误。运行的结果与设计的要求不一致，需要修改程序。先单击“在线”菜单下的“远程操作”命令，将PLC设为STOP模式，再单击“编辑”菜单下的“写模式”命令，再从（3）开始执行（输入正确的程序），直到程序正确为止。
2）致命错误。在PLC停止运行时，PLC上的ERROR指示灯会亮，若需要修改程序，则应先单击“在线”菜单下的“清除PLC内存”命令，弹出“清除PLC内存”对话框，如图1-47所示。将PLC内的错误程序全部清除后，再从（3）开始执行（输入正确的程序），直到程序正确为止。
图1-46 监视操作
图1-47 “清除PLC内存”对话框
专题1.7 PLC控制系统设计概述
一、PLC控制系统设计的基本原则
PLC控制系统的设计必须以满足生产工艺要求，保证系统安全、准确、可靠运行为准则，以提高生产效率和产品质量为宗旨。因而在PLC控制系统设计中要遵循以下原则。
1）最大限度地满足被控对象的要求。
2）尽可能使得控制系统简单、经济、实用、可靠且维护方便。
3）保证控制系统、操作人员及其生产设备的安全。
4）考虑生产的发展和工艺的更改，对所采用PLC的容量应留出适当的余地。
二、PLC控制系统的设计流程
PLC控制系统的设计流程图如图1-48所示，具体步骤如下。
图1-48 PLC控制系统的设计流程图
（1）分析被控对象，明确控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，详细了解被控对象的工作原理、工艺流程和操作方式，了解被控对象机械、电气和液压传动之间的配合关系，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，绘制系统结构框图及系统工艺流程图，拟订工作计划。
（2）PLC选型及相关电气设备的选择
PLC的选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块和电源等方面的选择。根据系统的控制方案，先确定系统输入设备的数量及种类，明确输入信号的特点，选择与之相匹配的输入模块。根据负载的要求选用合适的输出模块。确定输入/输出的点数。同时还要考虑用户今后的发展，适当留有I/O余量，并考虑用户存储器的容量、通信功能是否能达到要求以及系列化、售后服务等因素，然后选择PLC主机型号及其他模块，确定外围输入与输出设备，列出设备清单和PLC的I/O（输入/输出）分配表。
（3）控制流程设计
明确控制对象在各个阶段的特点和各阶段之间的转换条件，归纳出各执行元件的动作节拍表、控制要求表，画出控制流程图或时序图。
（4）电路设计
电路设计包括被控设备的主电路设计、PLC外部的其他控制电路设计、PLC输入/输出接线设计以及PLC主机、扩展单元、功能模块和输入/输出设备供电系统设计、电气控制柜和操作台的电器布置图及安装接线图设计等。
PLC外围电路的设计也要确保系统的安全和可靠，如果外围电路不能满足PLC的基本要求，同样也可能影响到系统的正常运行，造成设备运行的不稳定，甚至危及设备与人身安全。
（5）控制程序设计
PLC控制程序的设计可选择包括梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图等几种形式的语言。程序设计要根据系统的控制要求，首先构建程序结构框架，然后采用合适的方法来设计PLC程序。程序以满足系统控制要求为主，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常包括以下内容。
1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动做必要的准备，以避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等。在有些系统中，还需考虑紧急处理与复位程序。
2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。
3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由非法操作而引起的控制逻辑混乱、系统不能正常运行、损坏设备及危害人身安全等事故的发生。
4）主程序与各分（子）程序。主程序和各分程序、子程序等部分是实现控制系统主要功能的实体部分，应采用合理的程序结构，分段、分块进行编写，并采用程序流程控制类指令或其他指令将程序链接，以形成完整的系统程序。
（6）PLC安装及接线
应按照电路图进行PLC的安装及接线，注意要按照规定的技术指标进行安装，如考虑系统对布线的要求、输入/输出对工作环境的要求、控制系统抗干扰的要求等。在完成硬件电路安装并通过基本检查确认无误后，应该进一步对系统硬件进行测试，测试内容包括通电测试、手动旋转测试、I/O连接测试、安全电路确认等几部分，以确保硬件电路的安全可靠。
（7）调试
一般先要进行模拟调试，即不带输出设备根据I/O模块的指示灯显示进行的调试。发现问题及时修改，直到完全符合设计要求为止。此后就可联机调试，先连接电气柜而不带负载，在各输出设备调试正常后，再接上负载运行调试，直到完全满足设计要求为止。
（8）整理和编写技术文件
整理系统资料和技术文件。技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元器件明细表、PLC的I/O（输入/输出）分配表、PLC程序以及使用说明书等。