PLC的简介
作者：蓝天设计学院 时间：20201106
PLC 简介
可编程控制器是 60 年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器
PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器。以执行逻辑
判断、计时、计数等顺序控制功能。提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。PLC
的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的
简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通
用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器
内,使控制器和被控对象连接方便。
70 年代中期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出
模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC
已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通
信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器
作了如下的定义：可编程控制器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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑
运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟
式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外
围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工
艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及
推广应用。
可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。
①可靠性高，抗干扰能力强；
②编程直观、简单；
③适应性好；
④功能完善，接口功能强。
可编程逻辑控制器（ PLC ）的计算模块是由理查德.e.莫雷在 1968 年发明
的，现在已广泛应用于工业中的制造系统，运输系统，化工过程控制，以及许
多其他领域。PLC 使用软连线逻辑或所谓的梯形图取代硬接线逻辑，采用编程
语言和可视化的模拟硬接线逻辑设计，这样使的系统的配置时间从以前的 6 个
月减少到了 6 天。
虽然现在基于 PC 的控制系统已经开始进入工业控制领域，但是基于 PLC
的控制系统凭借其高性能，低廉的价格，优越的可靠性以及适应恶劣环境的能力，仍占领工业控制系统的大片领域。此外，一项关于 PLC 市场的研究报告中
指出，当时的 PLC 硬件市场价值已超过 8 亿美元，并且亿年销售增长量 15 万美
元的速度快速发展。PLC 的发明者理查德.e.莫雷当时已经预言，尽管硬件价格
在不断地下降，但是客观地估计 PLC 产业的市场价值将达到 50 亿美元。
虽然现在 PLC 已经被广泛地应用于工业领域，但是 PLC 控制系统的发展仍
然处于不断摸索阶段。就好像软件工程一样，PLC 的软件设计目前也面临着类
似于软件危机一样的两难境地。莫雷用自己的一句话非常形象地说明了这个危
机：“如果把一个软件项目比作一个楼房的话，那么一只啄木鸟就可以毁掉
它。”尤其严重的问题是，只有不断地在实际中遇到问题，才能有效地限制程序
中的错误和维护原有的梯形图程序的成本。虽然 PLC 的硬件成本在不断地下
降，但是如何有效地减少梯形图执行的扫描时间仍然是一个问题。一般来说，
PLC 的生产制造的发簪速度是落后于其他领域的。例如 VLSI（超大规模集成电
路）的设计，就可以依靠计算机辅助设计工具，高效率地进行。但是现有的软
件工程设计方法，却不一定适用于 PLC 的软件设计领域，因为 PLC 的编程需要
同时考虑硬件和软件因素。因此，PLC 软件设计中就被加入越来越多的主观成
分。在许多工业设计项目中，在整个 PLC 程序系统的测试和调试人员中，有超
过 50%的人力是用于控制系统的设计和安装的。此外，面对日益增长的弹性的
和可重塑性的需求，当前很多 PLC 控制系统的设计都不够适合。
PLC 的基本概念
PLC 周而复始地执行程序中的控制逻辑和读写数据。
FX2N 将程序和物理输入输出点联系起来
FX2N 的基本操作非常简单：
（1）CPU 读输入状态
（2）CPU 中存储的程序利用输入执行控制逻辑。当程序运行时，CPU 刷新
有关数据。
（3）CPU 将数据写到输出。
FX2N 在扫描循环中完成它的任务
FX2N 周而复始地执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。
在一个扫描周期中，FX2N 将执行部分或全部下列操作：
(1)读输入：FX2N 将物理输入点上的状态复制到输入过程映象寄存器中。
(2)执行逻辑控制程序：FX2N 执行程序指令并将数据存储在各种存储区
中。
(3)处理通讯请求：FX2N 执行通讯任务。
(4)执行 CPU 自诊断：FX2N 检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
(5)写输出：在输出过程映象寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。
用户程序的执行取决于 FX2N 是处于停止模式还是运行模式。当 FX2N 处于
运行模式时 CPU 执行程序；当 FX2N 处于停止模式时，CPU 不执行程序。
读输入
数字量输入： 在每个扫描周期的开始，CPU 会读取数字量输入的当前值，
并将这些值写入过程映象输入寄存器。
模拟量输入： 除非使能模拟量滤波，否则 FX2N 在扫描周期中不会刷新模
拟量输入值。模拟量滤波会使您得到较稳定的信号。您可以使能每个模拟量输
入通道的滤波功能。
当您使能了模拟量输入滤波功能后，FX2N 会在每一个扫描周期刷新模拟
量、执行滤波功能并且在内部存储滤波值。当程序中访问模拟量输入时使用滤
波值。
如果没有使能模拟量输入滤波，则当程序访问模拟量输入时，FX2N 都会直
接从扩展模块读取模拟值。
在每次扫描期间，模拟量输入都会读取模--数转换器生成的最新值，从而
完成刷新。该转换器求取的是均值（sigma-delta），因此通常无需软件滤波。
提示:
模拟量滤波会使您得到较稳定的信号。在模拟量输入信号随时间变化缓慢
时使用模拟量输入滤波。如果信号变化很快，不应该选用模拟量滤波。
不要对在模拟量字中传递数字信息或者报警指示的模块使用模拟量输入滤
波。对于 RTD、TC 和 ASI 主站模块，不能使用模拟量输入滤波。
执行程序
在扫描周期的执行程序阶段，CPU 从头至尾执行应用程序。在程序或中断
服务中，直接 I/O 指令允许您对 I/O 点直接进行存取。
如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断服务程序作为程序的一
部分被存储。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事
件发生时才执行（可能在扫描周期的任意点）。
处理通讯请求
在扫描周期的信息处理阶段，CPU 处理从通讯端口或智能 I/O 模块接收到
的任何信息。
执行 CPU 自诊断测试
在扫描周期的 CPU 自诊阶段，FX2N 检测 CPU 的操作和扩展模块的状态是否
正常。写数字输出
在每个扫描周期的结尾，CPU 把存储在输出映象寄存器中的数据写到数字
输出点。（模拟量输出直接刷新，与扫描周期无关）
编程的概念、惯例及特点
FX2N 周而复始地执行应用程序，控制一个任务或过程。利用 GX
Developer 可以创建一个用户程序并将它下载到 FX2N 中。GX-Developer 软件中
提供了多种工具和特性用于完成和调试应用程序。
设计一个微型 PLC 系统的指导原则
设计一个微型 PLC 系统有许多设计方法。以下这些通用的指导原则适用于
许多设计项目。当然，您所在公司的规程和您在培训中接受的实践经验是必须
遵循的。
分解控制过程或者机器
将您的控制过程或者机器分解成相互独立的部分。分解决定了控制器之间
的界限，并将影响功能描述和资源的分配。
创建功能说明
写出过程或者机器每一部分的操作描述。它包括以下内容：I/O 点、操作
的功能描述、每个执行机构（例如线圈、电机和驱动器等）在动作之前需要满
足的状态、操作员接口的描述以及过程或机器与其他部分的接口。
安全电路的设计
识别要求设计硬件安全线路的设备。控制设备在不安全的条件下出现故
障，会造成不可预料的启动或者机器操作的变化。在不可预料或者不正确的机
器操作会造成人身伤害或严重的财产损失的场合，应该考虑采用独立于 FX2N 的
机电超驰控制来防止不安全的操作。在设计安全电路时，应考虑以下几点：
(1)识别有可能不合适或者不可预料操作有可能会造成危害的执行机构。
(2)识别确保操作不发生危害的条件，并决定如何独立于 CPU 来检测这些
条件。
(3)识别上电或断电时，CPU 和 I/O 对过程有何影响，识别错误何时被检测
出来。这个信息只能用于常规的和可以预料的异常操作，不能用于保障安全的
目的。
(4)设计独立于 CPU 的手动或机电超驰控制来阻止危险的操作。
(5)向 CPU 提供独立电路的状态信息，便于程序和操作员界面得到需要的
信息。
(6)识别其它与过程安全操作相关的安全要求。
指定操作员站根据功能描述的要求建立操作员站的配置图。包括如下内容：
(1)与过程或者机器有关的每个操作员站的位置总图。
(2)与 CPU 或扩展模块有关的电气图
创建配置图
根据功能描述的要求建立控制设备的配置图。包括如下内容：
(1)和过程或者机器有关的每个 CPU 的位置图。
(2)CPU 和扩展 I/O 模块的机械布局图（包括控制柜和其它设备）。
(3)每个 CPU 和扩展模块的电气图（包括设备型号、通讯地址和 I/O 地
址）。
建立符号名表（可选）
如果选择了符号名寻址，需要对绝对地址建立一个符号名表。符号名表不
仅包括物理输入／输出信号，还包括程序中用到的其它元件。
程序的基本组件
一个程序块由可执行代码和注释组成。可执行代码由主程序和若干子程序
或者中断服务程序组成。可执行代码被编译并下载到 FX2N 中，而程序注释不会
被下载。您可以使用组织组件（主程序、子程序和中断服务程序）来结构化您
的控制程序。
主程序
主程序中包括控制应用的指令。FX2N 在每一个扫描周期中顺序执行这些指
令。
子程序
子程序是应用程序中的可选组件。只有被主程序、中断服务程序或者其它
子程序调用时，子程序才会执行。当您希望重复执行某项功能时，子程序是非
常有用的。与其在主程序中的不同位置多次使用相同的程序代码，不如将这段
程序逻辑写在子程序中，然后在主程序中需要的地方调用。调用子程序有如下
优点：
(1)用子程序可以减小程序的长度
(2)由于将代码从主程序中移出，因而用子程序可以缩短程序扫描周期。
FX2N 在每个扫描周期中处理主程序中的代码，不管代码是否执行。而子程序只
有在被调用时，FX2N 才会处理其代码。在不调用子程序时，FX2N 不会处理其代
码。
(3)用子程序创建的程序代码是可传递的。您可以在一个子程序中完成一
个独立的功能，然后将它复制到另一个应用程序中而无需作重复工作。
中断服务程序中断服务程序是应用程序中的可选组件。当特定的中断事件发生时，中断
服务程序执行。您可以为一个预先定义好的中断事件设计一个中断服务程序。
当特定的事件发生时，FX2N 会执行中断服务程序。中断服务程序不会被主程序
调用。只有当中断服务程序与一个中断事件相关联，且在该中断事件发生时，
FX2N 才会执行中断服务程序。
提示：因为无法预测何时会产生中断，所以应考虑尽量限制中断服务程序
和程序中其它部分所共用的变量个数。使用中断服务程序中的局部变量，可以
保证中断服务程序只使用临时存储器，并且不会覆盖程序中其它部分使用的数
据。为了保证主程序与中断服务程序正确地共享数据，您可以使用许多编程技
巧。关于这些技巧的描述
PLC 的安装
FX2N 的设计使其便于安装。可以利用安装孔把模块固定在控制柜的背板
上，或者利用设备上的 DIN 夹子，把模块固定在一个标准（DIN）的导轨上。体
积小巧的 FX2N 可以使您更为有效地安排空间。
FX2N 设备的安装指南
可以在面板或标准导轨上水平或垂直安装 FX2N。
将 FX2N 与热源、高电压和电子噪声隔离开
按照惯例，在安装元器件时，总是把产生高电压和高电子噪声的设备与诸
如 FX2N 这样的低压、逻辑型的设备分隔开。
在控制柜背板上安排 FX2N 时，应区分发热装置并把电子器件安排在控制
柜中温度较低的区域内。电子器件在高温环境下工作会缩短其无故障时间。
要考虑控制柜背板的布线， 避免将低压信号线和通讯电缆与交流供电线和
高能量、开关频率很高的直流线路布置在一个线槽中。
为接线和散热留出适当的空间
FX2N 设备的设计采用自然对流散热方式， 在器件的上方和下方都必须留
有至少 25mm 的空间，以便于正常的散热。前面板与背板的板间距离也应保持至
少 75mm。
注意：对于垂直安装，允许的最高环境温度降低 10 摄氏度。而且 CPU 应
安装在所有扩展模块的下方。在安排 FX2N 设备时，应留出接线和连接通讯电缆
的足够空间。当配置 FX2N 系统时，可以灵活地使用 I/O 扩展电缆。
电源定额
所有的 FX2NCPU 都有一个内部电源，为 CPU 自身、扩展模块和其它用电设
备提供 24V 直流电源。
FX2N 为系统中的所有扩展模块提供 5V 直流逻辑电源。必须格外注意您的系统配置，要确保 CPU 所提供的 5V 电源，能够满足您所选择的所有扩展模块的
需要。如果您的配置要求超出了 CPU 的供电能力，您只有去掉一些模块或者选
择一个供电能力更强的 CPU。
FX2N 的所有 CPU 也提供 24V 直流传感器供电，此 24VDC 可以为输入点、扩
展模块上的继电器线圈或者其它设备供电。如果设备用电量超过了传感器供电
定额，必须为系统另配一个外部 24VDC 供电电源。对于特定的 FX2NCPU，可以
在中查到其 24VDC 传感器供电电源定额。
如果您使用了外部 24VDC 供电电源，要确保该电源没有与 FX2NCPU 上的传
感器电源并联使用。为了加强电子噪音保护，建议将不同电源的公共端连在一
起
接地和接线指南
对所有电器设备进行合理的接地和接线是非常重要的，它能够确保您的系
统具备最优的操作特性，同时能够为您的应用和 FX2N 提供更好的电子噪声保
护。
先决条件
在接地和接线之前，必须先确保设备的电源已被切断。同样，也要确保与
该设备相关联的设备的供电已被切断。
隔离指南
FX2N 的交流供电和 I/O 点与交流电路之间的隔离为 1500VAC。这些隔离被
检验和证明可以作为交流线和低压电路之间的安全隔离。
所有与 FX2N 相连的低压电路，例如 24V 供电，必须与交流线和其它高压
之间有安全隔离，符合各种安全标准。这些电源具有国际电气安全标准里所定
义的双层绝缘保护，其输出符合 SELV、PELV、等级 2 标准或者根据各种标准的
限定电源输出。
FX2N 接地指南
对于您的应用，最佳的接地方案应该确保 FX2N 及其相关设备的所有接地
点在一点接地。这个单独的接地点应该直接连接到大地。
为了提高抗电子噪声保护特性，建议将所有直流电源的公共点连接到同一
个单一接地点上。同样建议将 24VDC 传感器供电的公共点接地。
所有的接地线应该尽量短并且用较粗的线径（2mm2 或者 14AWG）。
当选择接地点时，应当考虑安全接地要求和对隔离器件的适当保护。
FX2N 接线指南
在设计 FX2N 的接线时，应该提供一个单独的开关，能够同时切断
FX2NCPU、输入电路和输出电路的所有供电。提供熔断器或断路器等过流保护装置来限制供电线路中的电流。您也可以为每一输出电路都提供熔断器或其它限
流设备作为额外的保护。
在有可能遭受雷击浪涌的线路上安装浪涌抑制器件。
避免将低压信号线和通讯电缆与交流线和高能量快速开并的直流线设计在
同一个走线槽中。使用双绞线并且用中性线或者公共线与能量线或者信号线相
配对。
导线尽量短并且保证线粗能够满足电流要求。端子排适合的线粗为 2mm2
到 0.3mm2（14AWG 到 22AWG）。使用屏蔽电缆可以得到最佳的抗电子噪声特性。
通常将屏蔽层接地可以得到最佳效果。
当输入电路由一个外部电源供电时，要在电路中添加过流保护器件。如果
使用 FX2NCPU 上的 24VDC 传感器供电电源，则无需额外添加过流保护器件，因
为此电源已经有限流保护。
大多数的 FX2N 模块有可拆卸的端子排。为了防止连接松动，要确保端子
排插接牢固，同时也要确保导线牢固地连接在端子排上。为了避免损坏端子
排，螺钉不要拧得太紧。螺钉连接的最大扭矩为 0.56N--m（5 inch--pounds）。
为了避免意想不到的电流流入系统，FX2N 在合适的部分提供电气隔离。当
您设计系统走线时，应考虑这些隔离。级别低于 1500VAC 的隔离不能作为安全
隔离。
GT Designer - 人机界面
GT Designer 是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术
中性系统。它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模
板。高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据使其具有高度的实
用性。
除了这些系统功能外，GT Designer 还提供了开放的界面用于用户解决方
案。这使得将 GT Designer 集成入复杂、广泛的自动控制解决方案成为可能。
可以集成通过 ODBC 和 SQL 方式的归档数据访问，以及通过 OLE2.0 和 ActiveX
控件的对象和文档的链接，这些机制使 GT Designer 成为 Windows 世界中性能
卓越、善于沟通的伙伴。
GT Designer 是基于 Windows NT 32 位操作系统。Windows NT 具有的抢先多
重任务的特性确保了对过程事件的快速反应并提供了多种防止数据丢失的保
护。Windows NT 同样提供了安全方面的功能。GT Designer 软件本身是 32 位的
应用程序，开发使用调制解调器、面向对象的软件编程技术。
如果通过开始菜单启动 GT Designer 将首先打开 GT Designer 资源管理
器。 在此可以访问各种编辑器，从中执行操作和监控系统的指定任务。GT Designer 编辑器
图形编辑器
图形编辑器是一种用于创建过程画面的面向矢量的作图程序，也可以用包
含在对象和样式选项板中的众多的图形对象来创建复杂的过程画面。 可以通过
动作编程将动态添加到单个图形对象上。向导提供了自动生成的动态支持并将
他们链接到对象。也可以在库中存储自己的图形对象。
报警记录
报警记录提供了显示和操作选项来获取和归档结果。可以任意地选择消息
块、消息级别 消息类型、消息显示以及报表。系统向导和组态对话框在组态期
间提供相应的支持。为了在运行中显示消息，可以使用包含在图形编辑器的对
象选项板中的报警控件。
变量记录
变量记录被用来从运行过程中采集数据并准备将它们显示和归档。可以自
由地选择归档、采集和归档定时器的数据格式。可以通过 GT Designer 在线趋
势和表格控件显示过程值，并分别在趋势和表格形式下显示。
报表编辑器
报表编辑器是为消息、操作、归档内容和当前或已归档的数据的定时器或
事件控制文档的集成的报表系统，可以自由选择用户报表或项目文档的形式。
提供了舒适的带工具和图形选项板的用户界面，同时支持各种报表类型。具有
多种标准的系统布局和打印作业
全局脚本
全局脚本是 C 言函数和动作的通称，根据其不同的类型，可用于一个给定
的项目或众多项目中。脚本被用于给对象组态动作并，通过系统-内部 C 言编译
器来处理。全局脚本动作用于过程执行的运行中。一个触发可以开始这些动作
的执行。
文本库
可以在文本库中编辑多种模块在运行中使用的文本。在文本库中为组态的
文本定义了外语输出文本。随后输出在选择的运行语言中。
用户管理器
用户管理器用于分配和控制用户的单个组态和运行系统编辑器的访问权
限。每当建立了一个用户，就设置 GT Designer 功能的访问权力并独立地分配
给此用户。至多可分配 999 不同的授权。用户授权可以在系统运行时分配。
交叉索引
交叉索引用于为对象寻找和显示所有使用处，例如变量、画面和函数等。使用“链接”功能可以改变变量名称而不会导致组态不一致。
GT Designer 基本选项
客户机服务器
使用客户机服务器功能 GT Designer 可以用来在一般与连网的自动控制系
统的互连中操作几个并列的操作和监控站。理论上，至多 64 个客户机可以集成
在单一项目中。
冗余
GT Designer 冗余提供了并行操作一对服务器的可能，因此两台机器间可
以相互监控。如果一台失败，另一台接管整个系统的控制。在服务器恢复继续
服务后，全部消息和过程归档就复制到先前不能服务的服务器上。
用户归档
GT
Designer 用户归档是一个数据库系统，用户自己可以对其组态。这
样，来于技术处理的数据可持续存储在服务器上并在运行时在线显示。而且被
连接控制的配方和设定值的赋值也可以存储在用户归档中并且在需要时传递到
控件。
GT Designer 过程控制选项
存储
存储功能支持硬盘与长期数据介质自动地进行数据交换，同样也可以在硬
盘上将数据删除。
画面树管理器
画面树管理器用来管理系统、子系统、函数名称和图形编辑器画面体系。
设备状态监控
设备状态监控用来不断地监控单个系统(操作员站和自动控制系统)并且将
运行系统的结果可视化作为画面显示，自动触发蜂鸣器组件，以及自动生成系
统消息。
基本数据
基本数据用来通过向导组态基本的 GT Designer 数据。
拆分画面向导
拆分画面向导是拆分画面管理器的组件。用来组态、初始化当前 GT
Designer 项目的监控器和画面设置。在创建一个项目后由于其它的应用程序
(运行、组显示等)要访问这些数据，应立刻执行此初始化。
报警记录向导
报警记录向导用来组态和初始化消息窗口、消息、消息级别、自动系统消
息的系统和当前 GT Designer 项目的蜂鸣器信号设备。
蓝天教育教学优势
★课程务实：开设的课程是根据机械电子外贸设计公司等企业市场调查、设计就业发展趋势所精致设计的。课程包含精挑细选的实用技巧、生动的操作案例、丰富的项目实训，由浅入深、循序渐进、内容丰富，侧重实际操作与应用。
★价格实惠：宁波最实惠的电脑技术课程为您量身定做，让您花最少的钱，学更多的知识。
★教学特色：小班授课，以保证教学质量；"理论+实验"的教学模式，整合真实项目案例，使学员在动手实践中将知识融汇贯通；各种学习内部实验手册和复习资料免费提供给学员；并为基础薄弱的学员提供免费重听的机会。
★就业服务：蓝天教育与宁波本地很多机械，电子，外贸企业建立了良好的合作关系，及时为学员提供工作机会，并提供简历优化、面试辅导等职业技巧服务；为学员的就业提供了良好的交流平台和保障。
蓝天教育教学特色
专业资深认证教员授课，治学严谨、富有耐心和很强的逻辑推理能力。本中心通过理论+操作演示+实践，多种授课方式生动活泼为学员讲解。讲课的内容也不单单局限于书本上的，而是充分结合实际应用，让学员学得好用得上。1、小班授课（一个班控制在6~8人左右，一人一机）
2、专职教师授课（设计部专职教师，有着多年的教学、工作经验、保证每一位学员的质量，免费为基础差的学员做单独辅导）
3、免费重修（学不会可以免费再重新学习，学员的出勤率在90%以上）
4、免费推荐实习和就业
蓝天教育教育郑重承诺：
我们的综旨重在教学质量与教学水平，让每位学员学到技术和真本领，课程均采用小班形式，理论专业、实践全真案例教学。宁波蓝天教育教育教师教学经验丰富,我们的承诺百分百包学会，学不会免费重学。
设计培训 
