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职教技术出版中心

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● 高等职业教育 “十一五” 规划教材

高职高专机电类教材系列

可编程控制器应用技术

胡汉辉　李德尧　主　编何其文　何忠胜　朱晶波　副主编

谭耀辉　邱丽芳　主　审

内　容　简　介

本书共分８章，主要介绍了可编程控制器的工作原理、结构特点、基本指令、步进指令、数据处理类功能指令、程序控制类功能指令、特殊功能模块、触摸屏、变频器及其应用等内容，着重讲解可编程控制器在实际生产中的基本应用知识和基本操作技能，在讲述过程中力求语言简明、举例恰当，实用性强。

本书可作为高职高专院校、职工大学、业余大学电类专业的教材，也可供相关工程技术人员参考。

　图书在版编目（CIP）数据

　可编程控制器应用技术／胡汉辉，李德尧主编畅 —北京：科学出版社，２００９　高等职业教育“十一五”规划教材．高职高专机电类教材系列　 ISBN ９７８唱７唱０３唱０２４５２２唱９

　 Ⅰ畅可 … 　 Ⅱ畅 ①胡 … ②李 … 　 Ⅲ畅可编程控制器高等学校：技术学校教材　Ⅳ畅 TM５７１畅６　中国版本图书馆 CIP数据核字（２００８）第　　　号

责任编辑：庞海龙／责任校对：耿　耘责任印制：吕春珉／封面设计：耕者设计工作室

出版北京东黄城根北街１６号

邮政编码：１００７１７

ht tp ：／／ w w w畅 sciencep畅 com中国科学院印刷厂印刷

科学出版社发行　各地新华书店经销

倡２００９年５月第　一　版　开本：７８７ × １０９２　１／１６２００９年５月第一次印刷　印张：１２３／４印数：１－３０００字数：３０００００

定价：20元（如有印装质量问题，我社负责调换枙科印枛）

销售部电话０１０唱６２１３４９８８　编辑部电话０１０唱６２１３５７６３唱８９９９（V T０３）

版权所有，侵权必究举报电话：０１０唱６４０３０２２９；０１０唱６４０３４３１５；１３５０１１５１３０３

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　　前　　言　　

可编程控制器（programmable logic controller ，PLC）是一种以微型计算机为核心的通用工业控制器。它继承了继电器 —接触器控制装置的部分突出性能，并与现代的计算机技术和通信技术结合为一体，代表了当前电气控制技术的世界先进水平。

本书是编者在多年从事可编程控制技术及应用教学改革的基础上编写而

成的，吸取了各校教学改革、教材建设等方面的经验。作者在编写本教材时，总结了 PLC课程的理论与实践教学经验，打破了以往教材的编写思路，立足应用型人才的培养目标，具有如下特点。

１畅章节大部分采用案例教学模式，将每个案例分解成若干个任务进行驱动，遵循“从特殊到一般”的学习规律，在分析解决实际案例的过程中，使读者能动地学习理论知识。

２畅体现“以能力培养为核心，以实践教学为主，理论教学为辅”的教学新思路，加强理论与实践的结合。按照“管用、适用、够用”的原则精选教材内容，充分体现教材的科学性、先进性、实用性和可操作性。

３畅教材注重引导学生掌握枟传感器技术及应用枠课程的学习方法。教材内容做到少而精，而且具有启发性、实用性、新颖性，使学生在探索中学习，学习中得到收获。

４畅教材内容及安排方式在兼顾知识相关性和连贯性的基础上灵活多样。教材有开放性和弹性。在合理安排枟传感器技术及应用枠基本内容的基础上，留有选择和拓展的空间，以满足不同专业、不同学生学习和发展的需要。

本书由胡汉辉、李德尧担任主编，何其文、何忠胜和朱晶波担任副主编，刘德玉和张志田参与了教材的编写。谭耀辉、邱丽芳认真仔细地审阅了全书，并提出了许多宝贵意见，在此对他们表示诚挚的谢意。

由于作者水平有限，不当之处在所难免，敬请读者批评指正。

编　者２００９年２月

ⅰ

　　目　　录　　

第 1章　可编程控制器概述１………………………………………………………………

　１畅１　 PLC 常识１…………………………………………………………………………

　　　１畅１畅１　 PLC的发展简史１………………………………………………………………

　　　１畅１畅２　常用 PLC ３………………………………………………………………………

　　　１畅１畅３　 PLC与继电器控制装置的区别３…………………………………………………

　１畅２　 PLC 的特点５………………………………………………………………………

　１畅３　 PLC 的分类６………………………………………………………………………

　１畅４　 PLC 的应用和发展趋势７…………………………………………………………

　　　１畅４畅１　 PLC的应用７……………………………………………………………………

　　　１畅４畅２　 PLC的发展趋势８………………………………………………………………

　习题９………………………………………………………………………………………

第 2章　 PLC的工作原理及结构特点１０……………………………………………………

　２畅１　 PLC 工作原理１０……………………………………………………………………

　２畅２　 PLC 的内部结构和控制系统１３……………………………………………………

　　　２畅２畅１　 PLC的内部结构１３………………………………………………………………

　　　２畅２畅２　 PLC的控制系统１６………………………………………………………………

　　　２畅２畅３　可编程控制器的技术性能指标１７…………………………………………………

　２畅３　编程元件１７…………………………………………………………………………

　２畅４　 FX２ N系列 PLC的系统配置２２……………………………………………………

　习题２３……………………………………………………………………………………

第 3章　基本逻辑指令及其应用２４…………………………………………………………

　３畅１　触点串并联指令及其应用２４………………………………………………………

　　　３畅１畅１　输入／输出指令（LD／LDI／OUT）２５………………………………………………

　　　３畅１畅２　触点串、并联指令（AND／ANI／ANDP／ANDF／OR／ORI／ORP／ORF）２６……………

　　　３畅１畅３　三相异步电动机连续运行控制电路２９……………………………………………

　３畅２　置位复位指令及其应用３１…………………………………………………………

　　　３畅２畅１　置位与复位指令（SET／RST）３１…………………………………………………

　　　３畅２畅２　脉冲输出指令（PLS／PLF）３３……………………………………………………

ⅲ

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　　　３畅２畅３　三相异步电动机连续运行控制电路３３……………………………………………

　３畅３　电路块串、并联指令及其应用３４…………………………………………………

　　　３畅３畅１　电路块的并联和串联指令（ORB 、ANB）３６…………………………………………

　　　３畅３畅２　堆栈指令（MPS／MRD／MPP）３８…………………………………………………

　　　３畅３畅３　梯形图的优化３９…………………………………………………………………

　３畅４　定时器及其应用４０…………………………………………………………………

　　　３畅４畅１　通用定时器４０……………………………………………………………………

　　　３畅４畅２　积算定时器４０……………………………………………………………………

　　　３畅４畅３　断电延时问题４２…………………………………………………………………

　　　３畅４畅４　电动机延时起动控制４２…………………………………………………………

　　　３畅４畅５　定时器其他应用４３………………………………………………………………

　３畅５　辅助继电器及其应用４７……………………………………………………………

　３畅６　主控指令及其应用５１………………………………………………………………

　　　３畅６畅１　主控指令（MC／MCR）５１…………………………………………………………

　　　３畅６畅２　 Y／ △起动的可逆运行电动机５４…………………………………………………

　３畅７　计数器及其应用５６…………………………………………………………………

　３畅８　取反、空操作和结束指令５７………………………………………………………

　　　３畅８畅１　取反指令 INV ５７………………………………………………………………

　　　３畅８畅２　空操作和程序结束指令 NOP／END ５８……………………………………………

　习题５９……………………………………………………………………………………

第 4章　 PLC步进指令及其应用６０…………………………………………………………

　４畅１　状态编程思想６０……………………………………………………………………

　　　４畅１畅１　流程图６３………………………………………………………………………

　　　４畅１畅２　状态转移图６３……………………………………………………………………

　　　４畅１畅３　状态继电器６６……………………………………………………………………

　　　４畅１畅４　步进顺控指令６６…………………………………………………………………

　　　４畅１畅５　编程注意事项６８…………………………………………………………………

　４畅２　单流程状态转移图的编程７０………………………………………………………

　４畅３　选择性流程与并行性流程的程序编制７７…………………………………………

　　　４畅３畅１　选择性流程及其编程７７…………………………………………………………

　　　４畅３畅２　并行性流程及其编程８３…………………………………………………………

　习题８８……………………………………………………………………………………

第 5章　 PLC数据处理类功能指令及其应用８９……………………………………………

　５畅１　功能指令及其应用９０………………………………………………………………

ⅳ

目　　录

　　　５畅１畅１　位元件与字元件９０………………………………………………………………

　　　５畅１畅２　喷水池花式喷水的控制９１………………………………………………………

　５畅２　数据寄存器、变址寄存器及其应用９５……………………………………………

　５畅３　比较指令及其应用９７………………………………………………………………

　５畅４　交换指令及其应用１０１……………………………………………………………

　５畅５　算术运算指令及其应用１０５………………………………………………………

　５畅６　逻辑运算指令及其应用１０９………………………………………………………

　５畅７　循环移位指令及其应用１１１………………………………………………………

　５畅８　移位指令及其应用１１４……………………………………………………………

　５畅９　编码译码指令及其应用１１７………………………………………………………

　５畅１０　数码显示及应用１２０………………………………………………………………

　习题１２５……………………………………………………………………………………

第 6章　 PLC程序控制类功能指令及其应用１２６…………………………………………

　６畅１　跳转指令及其应用１２６……………………………………………………………

　６畅２　子程序指令及其应用１２９…………………………………………………………

　６畅３　循环指令及其应用１３１……………………………………………………………

　６畅４　高速计数器指令及其应用１３２……………………………………………………

　习题１３７……………………………………………………………………………………

第 7章　特殊功能模块及其应用１３８………………………………………………………

　７畅１　通信模块及其应用１３８……………………………………………………………

　７畅２　模拟量输入／输出模块及其应用１４２………………………………………………

　习题１５４……………………………………………………………………………………

第 8章　 PLC综合应用１５５…………………………………………………………………

　８畅１　 M１４３２型万能外圆磨床控制电路改造１５５………………………………………

　８畅２　用触摸屏和 PLC 实现４人抢答器的控制设计１５９………………………………

　８畅３　变频控制１６４………………………………………………………………………

附录 1 　 GX唱Developer软件使用入门１７４……………………………………………………

附录 2 　手持式编程器的使用１７９……………………………………………………………

附录 3 　三菱 FX系列 PLC功能指令一览表１８８……………………………………………

参考文献１９３…………………………………………………………………………………

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可编程控制器概述第 1 章

可编程控制器（programmable controller ， PC）是为了适应工业控制发展的需要而出现的，代表当前电气控制技术的先进水平，为与个人计算机的简称 PC 相区别，用

PLC （programmable logic controller）表示。本书也用 PLC作为可编程控制器的简称。

　 1 H6畅1 　 PLC常识

1畅1畅1 　 PLC的发展简史

PLC的产生源于汽车制造业。２０世纪６０年代后期，汽车型号更新速度加快，原先

的汽车制造生产线使用的继电器控制系统，尽管具有原理简单、使用方便、操作直观、

价格便宜等诸多优点，但由于它的控制逻辑由元器件的布线方式来决定，因此缺乏变

更控制过程的灵活性，不能满足用户快速改变控制方式的要求，更无法适应汽车换代

周期迅速缩短的需要。

２０世纪４０年代出现的电子计算机在２０世纪６０年代已得到迅猛发展。虽然小型计

算机已开始应用于工业生产的自动控制，但因其原理复杂，又需要专门的程序设计语

言，致使一般电气工作人员难以掌握和使用。

１９６８年，美国通用汽车公司设想将两者的长处结合起来，提出了新型电气控制装

置的１０点招标要求。这１０项指标如下所述。

１）编程方便，现场可修改程序。

２）维修方便，采用插件式结构。

３）可靠性高于继电控制盘。

４）体积小于继电控制盘。


l2　　　　

５）数据可直接送入管理计算机。

６）成本可与继电控制盘竞争。

７）输入可为交流电。

８）输出可为交流电，要求２A 以上，可直接驱动电磁阀、接触器等。

９）扩展时原系统变更要少。

１０）用户存储器大于４K 。

这１０项指标，实际上就是当今 PLC 的最基本的功能。将其归纳一下，其核心为

４点。

１）用计算机代替继电器控制盘。

２）用程序代替硬件接线。

３）输入／输出电平可与外部装置直接相连。

４）结构易于扩展。

当然，当今 PLC已大大扩展而远远超越了以上指标，但当时电子计算机才面世不

久，能实现以上指标的控制装置已是相当先进了。

l９６９年，美国数字设备公司（DEC）结合计算机和继电器控制两者的优点，按招

标要求完成了研制工作，并在美国通用汽车公司的自动生产线上试用成功，从而诞生

了世界上第一台 PLC 。

初期的 PLC仅具备逻辑控制、定时、计数等功能，只是用它来取代继电器控制。

随着微电子技术和计算机技术的发展，２０世纪７０年代中期出现了微处理器和微型计算

机，微机技术被应用到 PLC中，使其不仅具有逻辑控制功能，而且还增加了数据运算、

传送和处理等功能，成为具有计算机功能的工业控制装置。

国际电工委员会（IEC）于１９８５年１月颁布了 PLC标准第二稿，对 PLC作了如下定义： PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计，它采用

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

运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的生产机械

或生产过程。 PLC及其有关设备都应按易于与工业控制系统联成一体，易于扩充功能

的原则而设计。

从第一台 PLC诞生至今， PLC大致经历了四次更新换代。

第一代 PLC ，多数用一位机开发，采用磁芯存储器存储，仅具有单一的逻辑控制

功能。

第二代 PLC ，使用了８位微处理器以及半导体存储器，其产品也逐步系列化。

第三代 PLC ，向通信方向发展。

第四代 PLC ，不仅全面使用 l６位、３２位微处理器、位片式微处理器、精简指令系

统微处理器等高性能、高速度的 CPU ，而且在一台 PLC中配置多个微处理器，极大地

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第１章　可编程控制器概述

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提高了 PLC的工作性能、速度和可靠性，同时由于大量含有微处理器的智能模块的出

现，致使这一代 PLC具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等诸

多功能，真正成为名副其实的多功能控制器。在这一时期， PLC构成的 PLC 网络也得到飞速的发展， PLC及其网络日益成为首选的工业控制装置， PLC被视作现代工业自动化的三大支柱之一。

1畅1畅2 　常用 PLC

１畅美国的 PLC目前，美国已注册的 PLC生产厂家超过１００家， PLC产品的品种约为２００种。国

内使用较多的有 GE公司和 AB公司的 PLC ，其中美国 AB公司早在１９８８年就立足厦

门，在中国建立了合资公司，又于１９９４年转合资公司为独资公司。美国 AB 公司的PLC唱５系列 PLC只使用梯形图，所有程序都要依靠梯形图编制，而不采用其他 PLC所用的语句表；同时，它的梯形图在形式、含义、功能及用法上也与其他 PLC相去甚远。

２畅欧洲的 PLC欧洲有数十家已注册的 PLC 生产厂家，生产几十个品种的 PLC 产品。欧洲 PLC

技术是在与美国 PLC技术相互隔离的情况下，独自研究开发而形成的。因此，欧洲的

PLC产品和美国的 PLC产品存在着明显的差异，其中，德国西门子公司的 PLC生产技术早在２０世纪９０年代初就被我国辽宁无线电二厂引进。

３畅日本的 PLC日本有６０～７０家 PLC厂商，生产多达２００余种 PLC产品。日本的 PLC技术是从

美国引进的，因此日本的 PLC产品相对于美国产品存在一定 “继承” 的痕迹，但日本

将自己的 PLC主推产品定位在小型机上。目前，在全世界的小型 PLC市场上，日本的

产品已占有７０％的份额。日本的微型、小型 PLC产品相当有特色，它采用梯形图、语

句表并重的编程手段，而且配置了包括功能指令在内的功能很强的指令系统。日本

PLC的典型代表有三菱、松下、欧姆龙等 PLC 。本书以三菱公司的 FX２N系列为例，介绍 PLC的原理及应用。

1畅1畅3 　 PLC与继电器控制装置的区别

１畅 PLC和继电器控制装置的相同点图１畅l示出了两张简单的控制电路图，其中图１畅１（a）为继电器控制电路图，图１畅１（b）


l4　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　则为 PLC梯形图。

图１畅１　控制电路比较

从图１畅１中可以看出， PLC 梯形图和继电器控制电路的符号基本类似，结构形式基

本相同，所反映的输入、输出逻辑关系也基

本一致；两者均大量地应用于顺序控制领域；

均能在恶劣的环境下，对生产机械、生产过

程进行控制。

２畅PLC和继电器控制装置的不同点（１）组成器件不同

继电器控制电路中的继电器是真实的，是由硬件构成的；而 PLC 中的继电器，则

是虚拟的，是由软件构成的，称为 “软继电器” 。

（２）触点情况不同

继电器控制电路中的常开、常闭触点由实际的结构决定，因此其数量是固定的，

不能重复使用；而 PLC中每只软继电器的触点数量则是不固定的，可重复使用。继电

器控制电路中的触点寿命是有限的，而 PLC中各软继电器的触点寿命则是无限的。

（３）工作电流不同

继电器控制电路中有实际电流存在，是可以用电流表直接测得的；而 PLC 梯形图中的工作电流是一种信息流，可称之为 “软电流” ，或称 “能流” 。

（４）接线方式不同

继电器控制电路图中的所有接线都必须逐根连接，缺一不可；而 PLC 中的接线，

除输入、输出端需要实际接线外，内部的所有软接线都是通过软件连接的。由于接线方

式的不同，在改变控制顺序时，继电器控制线路必须改变其实际的接线；而 PLC则仅需修改程序，控制要求通过软件加以改接，其改变的灵活性及其速度，是继电器控制线路

无法比拟的。

（５）工作方式不同

继电器控制电路中，当电源接通时，各继电器都处于受约状态，该吸合的都吸合，

不该吸合的因受某种条件限制而不吸合； PLC 则采用扫描循环执行方式，即从第一阶

梯形图开始，依次执行至最后一阶梯形图，再从第一阶梯形图开始继续往下执行，周

而复始。因此，从激励到响应有一个时间的滞后。

通过比较可以看出， PLC的最大特点是：用软件提供了一个能随要求迅速改变的

“接线网络” ，使整个控制过程能根据需要灵活地改变，从而省去了传统继电器控制系

统中拆线、接线的大量繁琐费时的工作。

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　 1 H6畅2 　 PLC的特点

１畅可靠性高，抗干扰强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触

不良，容易出现故障。 PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输

入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的１／１０～１／１００，因触点接触

不良造成的故障大为减少。 PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，如电源有１kV ／μs的脉冲干扰时， PLC不会出现误动作；它还具有很强的抗振动和抗冲击能力，可以

直接用于有强烈干扰的工业生产现场。其高可靠性已得到用户的普遍认可，这是 PLC得以广泛应用的重要原因之一。

保证 PLC高可靠性的主要措施有：良好的综合设计，选用优质元器件，采用隔离、

滤波、屏蔽等抗干扰技术，采用先进的电源技术，采用实时监控技术和故障诊断技术，

采用良好的制造工艺。

２畅功能强大，性价比高

一台小型 PLC内有成千上百个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实

现非常复杂的控制功能，与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

３畅编程简单，现场可修改

PLC常用的编程语言是梯形图语言。梯形图与继电器原理图类似，这种编程语言

形象、直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。

当生产流程需要改变时，可现场修改程序，使用方便灵活。

４畅通用性强

各个 PLC生产厂家都有各种系列化产品、各种模块供用户选择。用户可以根据控

制对象的规模和控制要求。选择合适的 PLC产品，组成所需要的控制系统。 PLC的安装接线也很方便，一般通过接线端子连接外部设备。 PLC 有较强的带负载能力，可以

直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。在应用设计时，一般不需要用户制作任

何附加装置，从而使设计施工工作简化。


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５畅体积小、结构紧凑、安装维护方便

PLC体积小、重量轻、便于安装。 PLC 具有自诊断、故障报警、故障类型显示功

能，便于操作和维修人员检查，可以通过更换模块插件，迅速排除故障。 PLC 的结构紧凑，与被控制对象的硬件连接方式简单、接线少、便于维护。

　 1 H6畅3 　 PLC的分类

PLC的种类很多，使其在实现的功能、内存容量、控制规模、外形等方面都存在

较大的差异，因此 PLC的分类没有一个严格、统一的标准，可按 I／O 总点数、组成结

构、功能进行大致的分类。

１畅按 I／O 总点数分类通常可分为小型、中型、大型三种。

１）小型 PLC ： I／O 总点数为２５６点及其以下的 PLC 。２）中型 PLC ： I／O 总点数超过２５６点且在２０４８点以下的 PLC 。３）大型 PLC ： I／O 总点数为２０４８点及其以上的 PLC 。当然，还有把 I／O总点数少于３２点的 PLC称为微型或超小型 PLC ，而把 I／O 总

点数超过万点的 PLC称为超大型 PLC 。此外，不少 PLC生产企业，根据自己生产的 PLC产品的 I／O总点数情况，也存在

着企业内部的划分标准。应当指出，目前国际上对于 PLC 按 I／O 总点数分类，并无统

一的划分标准。

２畅按组成结构分类

PLC按组成结构可分为整体式和模块式两类。

（１）整体式 PLC整体式 PLC是将中央处理器、存储器、 I／O 点、电源等硬件都装在一个机壳内的

PLC ，整体式 PLC也可由包含一定 I／O点数的基本单元（主机）和含有不同功能的扩

展单元构成。这种 PLC具有结构紧凑、体积小、价廉等优点，但维修不如模块式 PLC方便。这种结构的 PLC ，较多见于微型或小型机。

（２）模块式 PLC模块式 PLC是将 PLC的各部分分成若干个单独的模块。如将 CPU 、存储器组成

主控模块，将电源组成电源模块，将若干输入点组成 I模块，若干输出点组成 O 模块，

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将某项的功能专门制成一定的功能模块等。模块式 PLC ，由用户自行选择所需要的模

块，安插在框架或底板上构成。这种 PLC 具有配置灵活、装配方便、便于扩展和维修

等优点，较多用于中型或大型机。由于其输入、输出模块可根据实际需要任意选择，

组合灵活，维修方便，目前也有一些小型机采用模块式。

近期，也出现了把整体式、模块式两者长处结合为一体的一种 PLC 结构，即所谓

的叠装式 PLC 。其 CPU 和存储器、电源、 I／O等单元依然是各自独立的模块，但它们

之间通过电缆进行连接，且可一层层地叠装，既保留了模块式可灵活配置之所长，也

体现了整体式体积小巧之优点。

３畅按功能分类

按功能， PLC可大致分为低档、中档、高档机三种。

（１）低档机

具有逻辑运算、计时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能，还可能具有少量

的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送与比较、远程 I／O 、通信等功能。

（２）中档机

除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送与比

较、数据转换、远程 I／O 、子程序、通信联网等功能。还可能增设中断控制、 PID控制等功能。

（３）高档机

除具有中档机的功能外，还有符号运算（３２位双精度加、减、乘、除及比较）、矩

阵运算、位逻辑运算（置位、清除、右移、左移）、平方根运算及其他特殊功能函数的

运算、表格传送及表格功能等。而且高档机具有更强的通信联网功能。可用于大规模

过程控制，构成集散控制系统或整个工厂的自动化网络。

　 1 H6畅4 　 PLC的应用和发展趋势

1畅4畅1 　 PLC的应用

PLC在国内外已广泛应用于冶金、采矿、水泥、钢铁、石油、化工、电力、机械

制造、汽车、轻工、环保及娱乐等行业。它的应用类型大致可分为如下几种控制领域。

（１）逻辑控制

这是 PLC最基本的应用，主要利用 PLC 的逻辑运算、定时、计数等基本功能实

现，可取代传统的继电控制。用于单机、多机群、自动生产线等的控制，如机床、注


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塑机、印刷机、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是 PLC 最基本、最广泛

的应用领域。

（２）位置控制

用于该类控制的 PLC具有拖动步进电动机的单轴或多轴位置控制模块。 PLC将描述目标位置和运动参数的数据传送给位置控制模块，然后由位置控制模块以适当的速

度和加速度，确保单轴或数轴的平滑运行，移动到目标位置。

（３）过程控制

用于该类控制的 PLC ，具有多路模拟量输入、输出模块，有的还具有 PID 模块，

因此 PLC可通过对模拟量的控制实现过程控制，具有 PID模块的 PLC还可构成闭环控制系统，从而实现单回路、多回路的调节控制。

（４）数据处理

现代的 PLC具有数学运算（包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、

求反、循环、移位和浮点数运算等）、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，

可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，

也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表。

（５）通信联网

PLC的通信包括主机与远程 I／O之间的通信、多台 PLC之间的通信、 PLC与其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。 PLC 与其他智能控制设备一起，可以组成 “分散控制、集中管理” 的分布式控制系统，以满足工厂自动化系

统发展的要求。

可以预料，随着 PLC性能的不断提高，随着 PLC的进一步推广和普及， PLC的应用领域还将不断拓展，它所应用的类型也必将继续延伸。

1畅4畅2 　 PLC的发展趋势

PLC经过了几十年的发展，实现了从无到有，从一开始的简单逻辑控制到现在的

过程控制、数据处理和联网通信，随着科学技术的进步， PLC 还将有更大的发展，主

要表现以下几个方面。

１）从技术上看，随着计算机技术的新成果更多地应用到 PLC 的设计和制造上，

PLC会向运算速度更快、存储容量更大、功能更广、性能更稳定、性价比更高的方向

发展。

２）从规模上看，随着 PLC应用领域的不断扩大，为适应市场需求， PLC 会向超小型和超大型两个方向发展。

３）从配套性上看，随着 PLC功能的不断扩大， PLC 产品会向品种更丰富、规格

更齐备的方向发展。

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４）从标准上看，随着 IEC１１３１标准的诞生，各厂家 PLC 或同一厂家不同型号的PLC互不兼容的格局将被打破，将会使 PLC 的通用信息、设备特性、编程语言等向

IEC１１３１标准的方向发展。

５）从网络通信的角度看，随着 PLC和其他工业控制计算机网构成大型控制系统以及现场总线的发展， PLC将向网络化和通信的简便化方向发展。

习　　题

１畅简述 PLC的定义。

２畅 PLC的主要特点有哪些？

３畅 PLC控制和继电器控制有哪些异同点？

４畅 PLC有哪几种类型？

５畅简述 PLC的应用领域和发展趋势。

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第 2 章 PLC的工作原理及结构特点

　 2 H6畅1 　 PLC工作原理

PLC是一种工业控制计算机，其核心就是一台计算机。但由于有接口器件及监控

软件的包围，因此其外形不像计算机，操作使用方法，编程语言甚至工作原理都与计

算机有所不同。另一方面，作为继电控制盘的替代物，由于其核心为计算机芯片，因

此与继电器控制逻辑的工作原理也有很大区别。我们通过一个电路实例来说明这个

问题。

【例】　有２个开关 X１、 X２，设计电路使得其中任何一个接通都将立即点亮红灯，

２s后点亮绿灯。

解：为解决以上问题，可以选用２个按钮开关，２个常开继电器及１个具有延时２s后闭合触点的时间继电器，构成图２畅１的电路。

图２畅１　继电器控制电路

继电器电路工作过程：如图２畅１所示，当 X１或 X２任一按钮按下后，线圈 Y１接通，Y１触点同时接通，红灯亮，时间继电器线圈 T 开始计时。此时， T 触点因时间未到，因此未接通。一旦时间到， T 触点接通，则线圈 Y２接通，同时 Y２触点接通，绿

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第２章　 PLC的工作原理及结构特点

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灯亮，整个过程完成。

PLC的工作过程：先读入 X１、 X２触点信息。然后对 X１、 X２状态进行逻辑运算，

若逻辑条件满足，线圈 Y１接通，此时 Y１触点接通，外电路形成回路，红灯亮；在定

时时间未到， T 触点接通的条件不满足时，线圈 Y２不通电，因此绿灯不亮。在定时时

间到后，线圈 Y２才接通，Y２触点接通，绿灯亮。

由上例可见，整个工作过程需要三步：读入开关状态、逻辑运算、输出运算结果。

输入的是给定量或反馈量，输出的是被控量。因为计算机每一瞬间只能做一件事，因

此工作的次序是输入 →第一步运算 → 第二步运算 ⋯ ⋯ 最后一步运算 → 结果输出。这种

工作方式就称为扫描工作方式。从输入到输出的整个执行时间称为扫描周期时间。

１畅基本工作模式

PLC用户程序的执行采用循环扫描工作方式。它有两种基本工作模式，即运行

（RUN）模式和停止（STOP）模式，如图２畅２所示。

图２畅２　 PLC基本工作模式在运行模式中， PLC除进行内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程

序执行和输出刷新３个阶段的周期扫描工作，如图２畅３所示。

图２畅３　周期扫描过程


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（１）内部处理阶段

在内部处理阶段， PLC检查 CPU 内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及

完成一些其他内部工作。

（２）通信服务阶段

在通信服务阶段， PLC与其他的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编

程器的显示内容。当 PLC处于停止模式时，只执行以上两个操作；当 PLC处于运行模式时，还要完成另外３个阶段的操作。

（３）输入处理阶段

输入处理又称为输入采样。在 PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信

号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。 PLC 梯形图中的其他软元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。外部输入电路

接通时，对应的输入映像寄存器为１状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接

通，常闭触点断开。外部输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为０状态，梯

形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。某一软元件对应的映像寄

存器为１状态时，称该软元件为接通（ON ），映像寄存器为０状态时，称该软元件为

断开（OFF）。在输入处理阶段， PLC顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入

内存中所对应的输入元件映像寄存器，此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序

执行阶段，在程序执行时，输入映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其

映像寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被

读入。

（４）程序处理阶段

根据 PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的顺序，逐行逐句扫描，执行

程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当用户

程序涉及到输入／输出状态时，PLC从输入映像寄存器中读出取上一阶段输入处理时对应输入端子的状态，从输出映像寄存器读取对应映像寄存器的当前状态，根据用户程序进

行逻辑运算，运算结果再存入有关元件寄存器中。因此，对每个元件而言，元件映像

寄存器中所寄存（输入映像寄存器除外）的内容，会随着程序执行过程而变化。

（５）输出处理阶段

在输出处理阶段，CPU 将输出映像寄存器的０／１状态传送到输出锁存器。梯形图

中某一输出继电器的线圈 “通电” 时，对应的输出映像寄存器为１状态。信号经输出

单元隔离和功率放大后，继电器型输出单元中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开

触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出继电器的线圈 “断电” ，对应的输出

映像寄存器为０状态，在输出处理阶段之后，继电器型输出单元中对应的硬件继电器

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的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。

循环扫描的工作方式是 PLC的一大特点，也可以说 PLC是 “串行” 工作的，这和

传统的继电器控制系统 “并行” 工作有质的区别， PLC 的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。

由于 PLC是扫描工作的，在程序处理阶段即使输入信号的状态发生了变化，输入

映像寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。暂存在输

出映像寄存器中的输出信号要等到一个循环周期结束，CPU 集中将这些输出信号全部输送给输出锁存器。由此可以看出，全部输入／输出状态的改变，需要一个扫描周期。

换言之，输入／输出的状态保持一个扫描周期。

PLC在运行工作模式时，执行一次如图２畅２所示的扫描操作所需的时间称为扫描

周期，其典型值约为 l ～１００ms 。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和 CPU 执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大

的比例。有的编程软件或编程器可以提供扫描周期的当前值，有的还可以提供扫描周

期的最大值和最小值。

２畅输入／输出滞后时间

输入／输出滞后时间是指 PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它所控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入模块滤波时间、输出模块的滞后时

间和扫描工作方式产生的滞后时间这３部分组成。

　 2 H6畅2 　 PLC的内部结构和控制系统

2畅2畅1 　 PLC的内部结构

PLC主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和电源组成。图２畅４所示为 PLC 控制系统的结构图。

１畅CPU 模块PLC的 CPU 模块由 CPU 芯片和存储器组成。 PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起

神经中枢的作用，每台 PLC至少有一个 CPU ，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存

入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。


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图２畅４　 PLC控制系统的结构图

２畅开关量输入／输出接口

PLC的对外功能，主要是通过各种 I／O 接口模块与外界联系的，按 I／O 点数确定模块规格及数量， I／O 模块可多可少，但其最大数量受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 I／O 模块集成了 PLC 的 I／O 电路，其输入暂存

器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

（１）开关量输入接口

开关量输入电路可分为３类：直流输入接口、交流输入接口和交直流输入接口。

１）直流输入接口。直流输入接口原理图如图２畅５所示。图中只画出了一个输入端

子的输入电路，其他输入端子的输入电路与它相同，COM 是它们的公共端。

图２畅５　直流输入接口

直流输入接口所用的电源，一般由 PLC内部２４V 直流电源供给。

２）交流输入接口。交流输入接口原理图如图２畅６所示。

３）交直流输入接口。交直流输入接口原理图如图２畅７所示。

（２）开关量输出接口

１）直流输出接口（晶体管输出型）。直流输出接口（晶体管输出型）原理图如图２畅８

所示。

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图２畅６　交流输入接口

图２畅７　交直流输入接口

图２畅８　直流输出接口（晶体管输出型）

　　２）交流输出接口（双向晶闸管输出型）。交流输出接口原理图如图２畅９所示。


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图２畅９　交流输出接口（双向晶闸管输出型）

　　３）交直流输出接口（继电器输出型）。交直流输出接口（继电器输出型）原理图

如图２畅１０所示。

图２畅１０　交直流输出接口（继电器输出型）

2畅2畅2 　 PLC的控制系统

１畅接线程序控制系统

在传统的继电器唱接触器控制系统中，逻辑控制功能是依靠导线连接来实现的，所

以也称为接线程序，如图２畅１１所示。

图２畅１１　接线程序控制系统

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２畅存储程序控制系统

可编程控制系统就是存储程序控制系统，如图２畅１２所示。它由输入设备、 PLC逻辑控制部分和输出设备３部分组成。

图２畅１２　 PLC构成的控制系统对用户来说，不必考虑 PLC内部的复杂电路，只要将 PLC看成内部由许多 “软继

电器” 组成的控制器，以便用梯形图（类似于继电器控制电路的形式）编程。

2畅2畅3 　可编程控制器的技术性能指标

PLC的技术性能指标有一般指标和技术指标两种。

一般性能规格是指使用 PLC时应注意的问题，主要包括电源电压、允许电压波动

范围、耗电情况、直流输出电压、绝缘电阻、耐压情况、抗噪声性能、耐机械振动及

冲击情况、使用环境温度和湿度、接地要求、外形尺寸、质量等。

具体性能规格是指 PLC所具有的技术能力，如果只是一般地了解 PLC的性能，了

解如下的基本技术性能指标，即： ① I／O 点数，如 FX 系列的 I／O 点数最多为２５６；

②扫描速度，小型 PLC的扫描时间可能大于４０ms ； ③内存容量，一般小型机的存储容

量为１KB到几千字节，大型机则为几十千字节，甚至达到１～２MB ，通常以 PLC所能存放用户程序的多少来衡量； ④指令系统； ⑤内部寄存器； ⑥特殊功能模块。

　 2 H6畅3 　编程元件

FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗

叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称

它们为 “软继电器” 。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大

小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的

指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。

一般情况下，X代表输入继电器，Y 代表输出继电器，M 代表辅助继电器， SPM 代表


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专用辅助继电器， T 代表定时器，C 代表计数器， S 代表状态继电器，D 代表数据寄存器。

FX系列中几种常用型号 PLC 的编程元件及编号如表２畅１所示。编程元件的编号

由字母和数字组成，其中输入继电器和输出继电器用八进制数字编号，其他均采用十

进制数字编号。

表 2畅1 　 FX系列 PLC的内部软继电器及编号

　 PLC型号编程元素种类

FX０S FX１S FX０N FX１NFX２N

（FX２NC ）输入继电器 X（按八进制编号）

X０～ X１７（不可扩展）

X０～ X１７（不可扩展）

X０～ X４３（可扩展）

X０～ X４３（可扩展）

X０～ X７７（可扩展）

输出继电器 Y（按八进制编号）

Y０～ Y１５（不可扩展）

Y０～ Y１５（不可扩展）

Y０～ Y２７（可扩展）

Y０～ Y２７（可扩展）

Y０～ Y７７（可扩展）

辅助

继电器 M

普通用 M０～ M４９５ fM０～ M３８３ �M０～ M３８３鲻M０～ M３８３ ?M０～ M４９９行保持用 M４９６～ M５１１弿M３８４～ M５１１鬃M３８４～ M５１１ M３８４～ M１５３５ |M５００～ M３０７１特殊用　 M８０００～ M８２５５（具体见使用手册）

状态

寄存器 S

初始状态用 S０～ S９ S０～ S９ gS０～ S９ �S０～ S９ �S０～ S９墘返回原点用 — — — — S１０～ S１９膊普通用 S１０～ S６３ HS１０～ S１２７いS１０～ S１２７眄S１０～ S９９９ 5S２０～ S４９９破保持用 — S０～ S１２７悙S０～ S１２７刎S０～ S９９９ !S５００～ S８９９圹

信号报警用 — — — — S９００～ S９９９圹

定时器 T

１００ms T０～ T４９ AT０～ T６２墘T０～ T６２乙T０～ T１９９ /T０～ T１９９览１００ms T２４～ T４９ VT３２～ T６２灋T３２～ T６２骀T２００～ T２４５ XT２００～ T２４５殚１ms — T６３ w— —

１ms 累积 — T６３ /— T２４６～ T２４９ XT２４６～ T２４９殚１００ms 累积 — — — T２５０～ T２５５ XT２５０～ T２５５殚

加／减计

数器 C

１６位加计数

（普通）C０～ C１３ ;C０～ C１５儍C０～ C１５烫C０～ C１５ C０～ C９９ゥ

１６位加计数

（保持）C１４～ C１５ PC１６～ C３１槝C１６～ C３１噜C１６～ C１９９ =C１００～ C１９９沣

３２位加／减计

数（普通）— — — C２００～ C２１９ RC２００～ C２１９沣

３２位加／减计

数（保持）— — — C２２０～ C２３４ RC２２０～ C２３４沣

高速计数器　 C２３５～ C２５５（具体见使用手册）

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续表

　 PLC型号编程元素种类

FX０S FX１S FX０N FX１NFX２N

（FX２NC ）

数据

寄存器 D

１６位普通用 D０～ D２９ ?D０～ D１２７湝D０～ D１２７滗D０～ D１２７ -D０～ D１９９揪１６位保持用 D３０～ D３１ TD１２８～ D２５５排D１２８～ D２５５ D１２８～ D７９９９ jD２００～ D７９９９ �１６位特殊用 D８０００～ D８０ }D８０００～ D８２５５铑D８０００～ D８２５５ 6D８０００～ D８２５５ �D８０００～ D８２５５

１６位变址用VZ

V０～ V７Z０～ Z７ j

VZ

V０～ V７Z０～ Z７ �

V０～ V７Z０～ Z７寣

指针

N 、 P 、 I

嵌套用 N０～ N７ 1N０～ N７ yN０～ N７亮N０～ N７ N０～ N７洓跳转用 P０～ P６３ 8P０～ P６３ �P０～ P６３缮P０～ P１２７ &P０～ P１２７贩

输入中断用 I００倡～ I３０倡 I００倡～ I５０倡 I００倡～ I３０倡 I００倡～ I５０倡 I００倡～ I５０倡

定时器中断 — — — — I６倡倡～ I８倡倡

计数器中断 — — — — I０１０～ I０６０烫常数

K 、 H１６位　 K ：－３２７６８～＋３２７６７　　　　　　　　　　 H ：００００～ FFFF３２位　 K ：－２１４７４８３６４８～＋２１４７４８３６４７　　　 H ：００００００００～ FFFF FFFF

１畅输入继电器（X）PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口， PLC内部与输入端子连接的输入继

电器 X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），

线圈的吸合或释放只取决于 PLC外部触点的状态。内部有常开／常闭两种触点供编程时随

时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于１０ms 。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为 X０００～ X００７，X０１０～ X０１７，X０２０～ X０２７。它们一般位于机器的上端。

２畅输出继电器（Y）PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输

出继电器的外部输出主触点接到 PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开／常闭触点

供内部程序使用。输出继电器的电子常开／常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数

是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为 Y０００～ Y００７，Y０１０～ Y０１７，Y０２０～

Y０２７。它们一般位于机器的下端。

３畅辅助继电器（M ）

PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由 PLC内各软元件的触


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点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用，

其常开／常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负

图２畅１３　辅助继电器的应用

载的驱动必须通过输出继电器来实现。如图２畅１３

中的 M３００，它只起到一个自锁的功能。在 FX２N中普遍采用 M０～ M４９９，共５００点辅助继电器，

其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些

特殊的辅助继电器，如掉电保持继电器等，在这

里就不一一介绍了。

４畅定时器（T ）在 PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输

出触点动作，时钟脉冲有１ms 、１０ms 、１００ms 。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般

使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计

数器往往会发生误动作。

定时器通道范围如下：

１００ms定时器 T０～ T１９９，共２００点，设定值：０畅１～３２７６畅７s ；１０ms定时器 T２００～ T２４５，共４６点，设定值：０畅０１～３２７畅６７s ；１ms积算定时器 T２４６～ T２４９，共４点，设定值：０畅００１～３２畅７６７s ；１００ms积算定时器 T２５０～ T２５５，共６点，设定值：０畅１～３２７６畅７s 。定时器指令符号及应用如图２畅１４所示。

当定时器线圈 T２００的驱动输入 X０００接通时， T２００的当前值计数器对１０ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值 K１２３相等时，定时器的输出触点动作，即输出

触点是在驱动线圈后的１畅２３s （１０ms × １２３＝１畅２３s）时才动作，当 T２００触点吸合后，

Y０００就有输出。当驱动输入 X０００断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也

复位。

图２畅１４　定时器的应用之一图２畅１５　定时器的应用之二

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　　每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电

时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，

另一个是当前值寄存器，编程时，由用户设定累积值。

如果是积算定时器，其符号接线如图２畅１５所示。

定时器线圈 T２５０的驱动输入 X００１接通时， T２５０的当前值计数器对１００ms的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值 K３４５相等时，定时器的输出触点动作。在计数

过程中，即使输入 X００１断开再接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为３４畅５s（１００ms × ３４５＝３４畅５s）时触点动作。当复位输入 X００２接通，定时器就复位，输出触点

也复位。

５畅计数器（C）FX２N中的１６位增计数器，是１６位二进制加法计数器，它在计数信号的上升沿进

行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使计

数器的当前值加１，当前值等于设定值时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号

的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再又进入计数状态。

其设定值在 K１～ K３２７６７之间有效。

设定值 K０与 K１含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。

通用计数器的通道号：C０～ C９９，共１００点。

保持用计数器的通道号：C１００～ C１９９，共１００点。

通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。

图２畅１６　计数器的应用

计数器的应用如图２畅１６所示，由计数

输入 X０１１每次驱动 C０线圈时，计数器的

当前值加１。当第１０次执行线圈指令时，计

数器 C０的输出触点即动作。之后，即使计

数器输入 X０１１再动作，计数器的当前值保

持不变。当复位输入 X０１０接通（ON ）时，

执行 RST 指令，计数器的当前值为０，输出

触点也复位。应注意的是，计数器 C１００～

C１９９，即使发生停电，当前值与输出触点的

动作状态或复位状态也能保持。

６畅数据寄存器

数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。 FX２N中每一个数据寄


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存器都是１６位（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储３２位

数据（最高位为正、负符号位）。

（１）通用数据寄存器 D通道分配 D０～ D１９９，共２００点。

只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由 RUN → STOP时，全部

数据均清零（若特殊辅助继电器 M８０３３已被驱动，则数据不被清零）。

（２）停电保持用寄存器

通道分配 D２００～ D５１１，共３１２点，或 D２００～ D９９９，共８００（由机器的具体型号

定）。

基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与

否， PLC运行与否，其内容也不变化。然而在两台 PLC 作点对点的通信时，D４９０～

D５０９被用作通信操作。

（３）文件寄存器

通道分配 D１０００～ D２９９９，共２０００点。

文件寄存器是在用户程序存储器（RAM 、 EEPROM 、 EPROM ）内的一个存储区，

以５００点为一个单位，最多可在参数设置时到２０００点。用外部设备口进行写入操作。

在 PLC运行时，可用BMOV 指令读到通用数据寄存器中，但是不能用指令将数据写入

文件寄存器。用 BMOV 将数据写入 RAM 后，再从 RAM 中读出。将数据写入 EEP唱ROM 时，需要花费一定的时间，务必请注意。

（４） RAM 文件寄存器通道分配 D６０００～ D７９９９，共２０００点。

上述的数据寄存器可作为文件寄存器处理，用 BMOV 指令传送数据（写入或

读出）。

（５）特殊用寄存器

通道分配 D８０００～ D８２５５，共２５６点。

写入特定目的的数据，其内容在电源接通时，写入初始化值（一般先清零，然后

由系统 ROM 来写入）。

　 2 H6畅4 　 FX2N系列 PLC的系统配置

１畅 FX２N系列 PLC型号名称的含义目前市场上的 PLC的厂家较多，在国内占有较大市场份额的有日本的三菱公司、

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欧姆龙公司、德国西门子公司等。本书主要介绍的是日本三菱公司的 FX２N系列 PLC 。

FX２N系列 PLC型号名称的含义如下：

①表示输入／输出的总点数：４～１２８。

②表示单元类型：M 表示基本单元， E 为输入／输出混合扩展单元与扩展模块，

EX为输入专用扩展模块，EY 为输出专用扩展模块。

③ 表示输出形式：R为继电器输出， T 为晶体管输出， S为双向晶闸管输出。

④ 表示特殊品种的区别：D 为 DC （直流）电源，DC 输出； A 为 AC （交流）电

源，AC输入（AC１００～１２０V ）或 AC 输出模块； H 为大电流输出扩展模块（１A ／１点）；V 为立式端子排的扩展模块； C 为接插口输入方式； F 为输入滤波时间常数为１ms的扩展模块； L 为 TTL 输入扩展模块； S 为独立端子（无公共端）扩展模块；若

无符号，则为 AC 电源、 DC 输入、横式端子排、标准输出（继电器输出为２A ／１点；

晶体管输出为０畅５A ／１点；双向晶闸管输出为０畅３A ／１点）。

２畅 FX２N系列 PLC的基本构成FX２N是 FX系列中功能最强、速度最高的可编程控制器。其基本指令执行时间高

达０畅７４μs 。用户存储器容量可扩展到１６k步，最大可以扩展到２５６个 I／O 点，有５种

模拟量输入／输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、４种位置控制模块、多种

RS２３２C 、 RS４８５串行通信模块或功能扩展板以及模拟定时器功能扩展板。使用特殊功

能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。

习　　题

１畅 FX系列 PLC循环扫描的过程是什么？

２畅简述 FX系列 PLC的基本组成。

３畅 FX系列 PLC的输出电路有哪几种形式？各自的特点是什么？

４畅 FX系列 PLC的工作原理是什么？并说明其工作过程。

５畅 FX２N唱４８MR是基本单元还是扩展单元？有多少个 I／O点？输出形式是什么？

６畅 PLC性能指标有哪些？

７畅 FX系列 PLC有哪些编程元件？各自含义是什么？

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第 3 章基本逻辑指令及其应用

基本逻辑指令是 PLC中最基础的编程语言，掌握了基本逻辑指令也就初步掌握了

PLC的使用方法。 PLC生产厂家很多，其梯形图的形式大同小异，指令系统也大致一

样，只是形式稍有不同。

　 3 H6畅1 　触点串并联指令及其应用

［案例 1 ］　电动玩具前进、后退控制。本案例要求用三个按钮分别控制电动玩具

的启停，即按前进按钮或后退按钮玩具前进、后退，按停止按钮电动玩具停止运动。

１畅确定输入／输出端口分配

输入／输出端口分配如表３畅１所示， PLC接线如图３畅１所示。

表 3畅1 　输入／输出端口分配表

输入端输出端

编　号代　号名　称编　号代　号名　称

X００１ �SB１ .前进按钮 Y００１ �KM１ @前进交流接触器

X００２ �SB２ .后退按钮 Y００２ �KM２ @后退交流接触器

X０００ �SB０ .停止按钮

２畅控制程序的实现

本案例的控制梯形图和指令表设计如图３畅２和图３畅３所示。

考虑到前进、后退两个接触器不能同时接通，在 PLC接线图中，将两个交流接触

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第３章　基本逻辑指令及其应用

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图３畅１　 PLC接线图

图３畅２　梯形图图３畅３　指令表

器的常闭触点 KM１、 KM２分别连接 KM２、 KM１的线圈支路中，形成硬件互锁，从而

确保即使因程序控制出错而导致 Y００１、 Y００２两个输出继电器同时置１，也能避免前进

后退两个接触器同时闭合而造成断路。

3畅1畅1 　输入／输出指令（LD／LDI／OUT）

１畅LD／LDI／OUT 指令的功能、梯形图及操作元件

逻辑取及驱动线圈指令如表３畅２所示。

表 3畅2 　逻辑取及驱动线圈指令

符号、名称功　能电路表示操作元件

LD 取常开触点逻辑运算起始 X ， Y ， M ， T ， C ， S

LDI取反常闭触点逻辑运算起始 X ， Y ， M ， T ， C ， S

OU T 输出线圈驱动 Y ， M ， T ， C ， S

LD与 LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。 OUT 指令是线圈的驱动指令。


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２畅说明

１） LD是电路开始的常开触点连到母线上，可以用于 X ，Y ，M ， T ，C和 S 。２） LDI是电路开始的常闭触点连到母线上，可以用于 X ，Y ，M ， T ，C和 S 。３） OUT 是驱动线圈的输出指令，可以用于 Y ，M ， T ，C和 S 。４） LD与 LDI指令对应的触点一般与左侧母线相连，若与后述的 ANB 、 ORB 指

令组合，则可用于串、并联电路块的起始触点。

５）线圈驱动指令可并行多次输出（即并行输出），如图３畅４梯形图中的 OUTM１００、 OUT T０ K１９。

图３畅４　逻辑取及驱动线圈指令的用法

６）输入继电器 X不能使用 OUT 指令。

７）对于定时器的定时线圈或计数器的计数线圈，必须在 OUT 指令后设定常数。

3畅1畅2 　触点串、并联指令（AND／ANI／ANDP／ANDF／OR／ORI／ORP／ORF）

１畅触点串、并联指令的功能、梯形图表示形式及操作元件

触点串、并联指令如表３畅３所示。

表 3畅3 　触点串、并联指令


AND 与常开触点串联连接 X ， Y ， M ， S ， T ， C

ANI与非常闭触点串联连接 X ， Y ， M ， S ， T ， C

OR 或常开触点并联连接 X ， Y ， M ， S ， T ， C

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续表


ORI或非常闭触点并联连接 X ， Y ， M ， S ， T ， C

　　注： AND 、 ANI 指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。

２畅指令说明

（１） AND与指令单个常开触点串联连接指令，完成逻辑 “与” 运算。 ANDP是上升沿与指令，触点的

中间用一个向上的箭头表示上升沿，受该类触点驱动的线圈只在该脉冲的上升沿接通一个扫

描周期如图３畅５所示。

图３畅５　上升沿与指令

ANDF为下降沿与指令，下降沿检测串联连接指令，触点的中间用一个向下的箭

头表示下降沿，受该类触点驱动的线圈只在该脉冲的下降沿接通一个扫描周期，如

图３畅６所示。

（２） ANI与非指令单个常闭触点串联连接指令，完成逻辑 “与非” 运算。

（３） OR或指令单个常开触点并联连接指令，实现逻辑 “或” 运算。 ORP为上升沿或指令。

（４） ORI或非指令单个常闭触点并联连接指令，实现逻辑 “或非” 运算。 ORF为下降沿或指令。

３畅用法示例

触点串、并联指令的应用如图３畅７所示。


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图３畅６　下降沿与指令

图３畅７　触点串、并联指令用法图

４畅说明

１） AND 、 ANI 、 OR 、 ORI这４条指令后面必须有被操作的元件名称及元件号，

都可以用于 X ，Y ，M ， T ，C和 S 。２）单个触点与左边的电路串联，使用 AND和 ANI指令时，串联触点的个数没有

限制，但是因为图形编程器和打印机的功能有限制，所以建议尽量做到一行不超过１０

个触点和１个线圈。

３） OR和 ORI指令是从该指令的当前步开始，对前面的 LD 、 LDI指令并联连接，

并联连接的次数无限制，但是因为图形编程器和打印机的功能有限制，所以并联连接

的次数不超过２４次。

４） OR和 ORI用于单个触点与前面电路的并联，并联触点的左端接到该指令所在的

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电路块的起始点（LD点）上，右端与前一条指令对应的触点的右端相连，即单个触点并

联到它前面已经连接好的电路的两端（两个以上触点串联连接的电路块的并联连接时，

要用后续的 ORB指令）。以图３畅７中的 M１１０的常开触点为例，它前面的４条指令已经将

４个触点串、并联为一个整体，因此 OR M１１０指令对应的常开触点并联到该电路的两端。

５畅连续输出

如图３畅８（a）所示， OUT M１指令之后通过 X１的触点去驱动 Y４，称为连续输

出。串联和并联指令是用来描述单个触点与其他触点（而不是线圈）组成的电路的连

接关系。虽然 X１的触点和 Y４的线圈组成的串联电路与 M１的线圈是并联关系，但是

X１的常开触点与左边的电路是串联关系，所以对 X１的触点应使用串联相与。只要按

正确的顺序设计电路，就可以多次使用连续输出，但是因为图形编程器和打印机的功

能有限制，所以连续输出的次数不超过２４次。

应该指出，如果将图３畅８（a）中的 M１和 Y４线圈所在的并联支路改为图３畅８（b）的电路（不推荐），就必须使用后面要讲到的 MPS （进栈）和 MPP （出栈）指令。

图３畅８　连续输出电路的梯形图及指令表

3畅1畅3 　三相异步电动机连续运行控制电路

图３畅９所示为用接触器控制的三相异步电动机连续运行电路，KM 为交流接触器，

SB１为起动按钮， SB２为停止按钮， FR为热继电器。当按下 SB１时， KM 的线圈通电自锁，电动机开始运行；当按下 SB２时， KM 的线圈断电，电动机停止运行。本部分

介绍用 PLC来实现三相异步电动机连续运行控制。

将图３畅９（b）所示控制电路的功能用 PLC来实现，输入／输出端口分配如表３畅４所示。


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图３畅９　三相异步电动机连续运行电路


输　入输　出

输入编号代　号名　称输出编号代　号名　称

X０００ �SB１ Z起动按钮 Y０００膊KM 交流接触器

X００１ �SB２ Z停止按钮

X００２ �FR 热继电器

根据输入／输出端口分配，画出 PLC的接线图，输入端口使用不同类型的触点，设

计出的梯形图也不相同。输入端口使用继电器控制如图３畅１０所示，输入端口全部接入

常开触点如图３畅１１所示。

图３畅１０　 PLC实现三相异步电动机连续运行电路（一）

图３畅１１　 PLC实现三相异步电动机连续运行电路（二）

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比较图３畅１０和图３畅１１可以看出，将 SB１（起动按钮）、 SB２（停止按钮）和 FR（热继电器）的常开触点接到 PLC的输入端，梯形图中的触点类型与继电器控制系统完

全一致，容易分析梯形图，所以在教学中 PLC 的输入触点常使用常开触头。但在实际

设备的电气控制中，停止按钮和热继电器常使用常闭触点，如果生产过程中 PLC的输入回路发生断线故障时，设备能自动停车，比较安全。但梯形图中触点的常开／常闭类

型与继电器电路图相反。所以，在分析设备梯形图时应注意它们的区别。

在梯形图中起自锁作用的输出触点 Y０与输入继电器的触点一样也是软元件，可以

无限次地使用。

　 3 H6畅2 　置位复位指令及其应用

［案例 2］　电动机过载声光报警控制。本案例要求给电动机设置一个起动按钮，

一个停止按钮，同时电动机过载保护热继电器信号也提供给控制系统，当电动机过载

时控制系统能使电动机自动停止运转，并且系统同时进行声光报警，声光报警的时间

设定为２０s ，下面以蜂鸣器持续发声作为声音报警，以灯光闪烁作为光报警。


输入／输出端口分配如表３畅５所示。


输　入输　出


X０００ �FR 热继电器 Y０００ DKM 交流接触器

X００１ �SB１ w起动按钮 Y００１ DDL 蜂鸣器

X００２ �SB２ w停止按钮 Y００２ DHL 报警指示灯


声光报警控制的梯形图和指令表如图３畅１２所示。

3畅2畅1 　置位与复位指令（SET／RST）

１畅置位与复位指令的功能、梯形图及操作元件

置位与复位指令如表３畅６所示。


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图３畅１２　梯形图及指令表

表 3畅6 　置位与复位指令表符号、名称功　能电路表示操作元件

SET 置位令元件自保持 ON Y ， M ， S

RST 复位令元件自保持 OFF 或清除数据寄存器的内容

Y ， M ， S ， C ， D ， V ， Z ，积 T

２畅说明

１）置位指令 SET 。该指令使被操作的目标组件置位并保持接通状态。

２）复位指令 RST 。该指令使被操作的目标组件复位并保持断开状态。

SET ，RST 指令的使用如图３畅１３所示。

图３畅１３　 SET 、 RST 指令的使用

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３） RST 指令常被用来对 D ，Z ，V 的内容清零，还用来复位积算定时器和计数器。

４）对于同一目标组件， SET ，RST 可多次使用，顺序可随意，但最后执行的指令

有效。

５）图３畅１３中的 X１０一接通，即使再变成断开， Y１０也保持接通。 X１１接通后，

即使再变成断开，Y１０也保持断开，对于 M 、 S也是同样的。

3畅2畅2 　脉冲输出指令（PLS／PLF）

１畅脉冲输出指令的功能、梯形图及操作元件

脉冲输出指令如表３畅７所示。

表 3畅7 　脉冲输出指令符号、名称功　能电路表示操作元件程序步

PLS 上升沿脉冲上升沿微分输出 Y ， M ２种

PLF 下降沿脉冲下降沿微分输出 Y ， M ２种

２畅说明

１）上升沿微分指令 PLS在输入信号上升沿产生一个扫描周期的脉冲输出。

２）下降沿微分指令 PLF在输入信号下降沿产生一个扫描周期的脉冲输出。

PLS和 PLF指令只能用于输出继电器和辅助继电器（不包括特殊辅助继电器）。

图３畅１４中的 M０仅在 X０的常开触点由断开变为接通（即 X０的上升沿）时的一个扫描

周期内为 ON ，M１仅在 X０的常开触点由接通变为断开（即 X０的下降沿）时的一个扫

描周期内为 ON 。

图３畅１４　微分指令的使用

用微分指令可以实现对输入信号的任意分频，图３畅１５所示为二分频电路。

3畅2畅3 　三相异步电动机连续运行控制电路

三相异步电动机连续运行控制电路也可以用置位、复位指令来实现，如图３畅１６所


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图３畅１５　二分频电路

图３畅１６　用 SET 、 RST 指令实现三相异步电动机连续运行电路示。有时为了节省 PLC的输入点，将热继电器的常闭触点接在输出端，输入／输出端口

分配如表３畅８所示。


输　入输　出


X０００ FSB１葺起动按钮 Y０００ �KM 交流接触器

X００１ FSB２葺停止按钮

　 3 H6畅3 　电路块串、并联指令及其应用

［案例 3］　工业控制系统中常设置多个监控点，若发现某处异常则进行报警处理，

而在一些对容错能力要求较高的场合，报警系统并非都设计成只要有一点异常就报警

的模式。设计一个三点监控系统，当监控到任意两点或两点以上的异常，系统才作报

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警处理。

１畅确定输入／输出元件分配表

输入／输出元件分配如表３畅９所示。

表 3畅9 　输入／输出元件分配表

输　入输　出


X０００ �SB０ .起动按钮 Y０００ �HL０ 9报警指示灯

X００１ �S１开关１（传感器） Y００１ �HL１ 9故障１指示灯

X００２ �S２开关２（传感器） Y００２ �HL２ 9故障２指示灯

X００３ �S３开关３（传感器） Y００３ �HL３ 9故障３指示灯

X０１０ �S４监控开关


该系统起动监控有两种方式：一种是接通监控开关使系统一直处于监控状态，另

一种方式是在某时刻通过起动按钮发出监控脉冲起动监控。当起动按钮按下时，检测

到 X０００的常开触点状态有上升沿变化，此时其操作对象辅助继电器 M０的线圈接通一个扫描周期，再利用 M０的常开触点实现自锁；或者当监控开关接通，输入继电器

X０１０保持通电状态，其常开触点闭合，它是起动监控的另一种方式。把 M０的常开触

点和 X０１０的常开触点并联就完成了起动报警部分的设计。

如果这时开关１和开关２均接通，表示这两处有异常，对应的输入继电器X００１和 X００２的常开触点闭合，此时报警。同样 X００２和 X００３同时闭合或 X００３和 X００１同时闭合都会报警。

此外，在监控开关接通时系统要求故障发生处其指示灯亮，即 X０１０保持通电状态时，如果开关１接通，则驱动 Y００１线圈通电，对应的故障１指示灯点亮；同理，如果

开关２或３接通，则驱动 Y００２或 Y００３线圈通电。

该系统的梯形图和指令表如图３畅１７所示。


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图３畅１７　梯形图及指令表

3畅3畅1 　电路块的并联和串联指令（ORB 、 ANB）

１畅电路块的并联和串联指令的功能、梯形图及操作元件

电路块的并联和串联指令如表３畅１０所示。

表 3畅10 　电路块的并联和串联指令


ORB 电路块或串联电路的

并联连接无

ANB 电路块与并联电路的

串联连接无

含有两个以上触点串联连接的电路称为串联连接块，串联电路块并联连接时，支

路的起点以 LD或 LDI指令开始，而支路的终点要用 ORB指令。 ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一

段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个 ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次

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写出，然后在这些电路块的末尾集中写出 ORB 的指令，但这时 ORB 指令最多使用７次。

将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用 ANB指令，各并联电路

块的起点，使用 LD或 LDI指令；与 ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需

要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个 ANB指令，用这种方法

编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用 ANB指令，最多使用７次。

２畅说明

（１）电路块的并联指令 ORBORB指令用于两个或两个以上的触点串联连接的电路之间的并联，如图３畅１８和

图３畅１９所示。

图３畅１８　串联电路块并联连接

图３畅１９　 ORB指令连续使用

　　（２）电路块的串联指令 ANBANB指令用于两个或两个以上的触点并联连接的电路之间的串联，如图３畅２０

所示。


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图３畅２０　并联连接的电路之间的串联

3畅3畅2 　堆栈指令（MPS／MRD／MPP）

１畅堆栈操作指令的功能、梯形图及操作元件

堆栈操作指令如表３畅１１所示。

表 3畅11 　堆栈操作指令


MPS 进栈

MRD 读栈

MPP 出栈

进栈

读栈

出栈

无

无

无

在 FX系列 PLC中有１１个存储单元，如图３畅２１所示，它们采用先进后出的数据

存取方式，专门用来存储程序运算的中间结果，被称为栈存储器。

２畅说明

（１）进栈指令 MPSMPS指令用于分支的开始处，将运算结果送入栈存储器的第一层，同时将先前送

入的数据依次移到下一层。

（２）读栈指令 MRDMRD指令用于分支的中间段，将栈存储器的第一层数据（最后进栈的数据）读

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图３畅２１　堆栈指令

出，该数据继续保存在栈存储器的第一层，栈内各层的数据不发生移动。

（３）出栈指令 MPPMPP指令用于分支的结束处，将栈存储器的第一层数据（最后进栈的数据）读

出，该数据从栈中消失，同时将栈中各层数据依次上移。

（４） MRD指令MRD指令可连续重复使用，最多不超过２４次。

（５） MPS指令和 MPP指令MPS指令和 MPP指令必须成对使用，连续使用时不能超过１１次。

如图３畅２２所示为两层堆栈的例子。

图３畅２２　两层堆栈

3畅3畅3 　梯形图的优化

１）在串联电路中，单个触点应放在电路块的右边，符合 “左重右轻” 的原则。

２）在并联电路中，单个触点应放在电路块的下边，符合 “上重下轻” 的原则。

３）在有线圈的并联电路中，将单个线圈放在上面，如图３畅２３所示。


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图３畅２３　梯形图优化

　 3 H6畅4 　定时器及其应用

FX２N系列中定时器可分为通用定时器和积算定时器。它们是通过对一定周期的时

钟脉冲的个数进行累计而实现定时的，时钟脉冲的周期有１ms 、１０ms 、１００ms ，当所计脉冲个数达到设定值时触点动作。设定值可用常数 K 或数据寄存器 D的内容来设置。

3畅4畅1 　通用定时器

图３畅２４所示为通用定时器的内部结构示意图，图３畅２５所示为通用定时器的梯形

图和波形图。

１）１００ms通用定时器（T０～ T１９９）为共２００点，设定值为１～３２７６７，其定时范

围为０畅１～３２７６畅７s 。２）１０ms通用定时器（T２００～ T２４５）为共４６点，设定值为１～３２７６７，其定时范

围为０畅０１～３２７畅６７s 。

图３畅２４　通用定时器的内部结构示意图

3畅4畅2 　积算定时器

图３畅２６所示为积算定时器的内部结构示意图，图３畅２７所示为积算定时器的梯形

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图３畅２５　通用定时器的梯形图和波形图

图３畅２６　积算定时器的内部结构示意图

图和波形图。

１）１ms积算定时器（T２４６～ T２４９）共４点，定时的时间范围为０畅００１～３２畅７６７s 。２）１００ms积算定时器（T２５０～ T２５５）共６点，定时的时间范围为０畅１～３２７６畅７s 。当定时线圈 T２５０的驱动输入 X１接通时， T２５０的当前值计数器开始累计１００ms

的时钟脉冲的个数，当该值与设定值 K１０００相等时，定时器的常开触点接通，其常闭

触点就断开。当计数中间驱动输入 X１断开或停电时，当前值可保持，输入 X１再接通或复电时，计数继续进行。当累计时间为０畅１s × １０００＝１００s时，输出触点动作。当复

位输入 X２接通时，计数器就复位，输出接点也复位。


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图３畅２７　积算定时器的梯形图和波形图

3畅4畅3 　断电延时问题

FX２N系列的定时器是通电延时定时器，如果需要使用断电延时的定时器，可采用

图３畅２８所示电路。

图３畅２８　断电延时定时器

3畅4畅4 　电动机延时起动控制

１畅控制要求

在生产过程中，常常需要延时控制。在图３畅２９所示电路中，要求按下起动按钮

SB１后，第一台电动机 M１起动，延时５s 后第二台电动机 M２再起动，按下停止按钮

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SB２，两台电动机同时停止。

图３畅２９　两台电动机顺序起动及运行

２畅输入／输出端口分配

PLC需要４个输入点、２个输出点和１个定时器，输入／输出端口分配如表３畅１２所示。


输　入输　出


X０００ �SB１ .起动按钮 Y００１ �KM１ @M１用接触器

X００１ �SB２ .停止按钮 Y００２ �KM２ @M２用接触器

X００２ �FR１ 5M１过线保护

X００３ �FR２ 5M２过线保护

３畅控制电路和程序

控制电路如图３畅３０所示。

3畅4畅5 　定时器其他应用

１畅用定时器构成振荡电路

PLC接线图、梯形图与时序图如图３畅３１所示。


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图３畅３０　 PLC控制两台电动机顺序起动及运行

图３畅３１　定时器构成振荡器

２畅脉冲发生器

程序梯形图如图３畅３２所示。

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图３畅３２　脉冲发生器

３畅应用 M８０１３时钟脉冲M８０１３为１s的时钟脉冲，所以 Y０输出脉冲宽度也是０畅５s ，如图３畅３３所示。

图３畅３３　应用 M８０１３时钟脉冲４畅振荡电路的应用

（１）控制要求

两台电动机交替顺序控制。电动机 M１工作１０s停下来，紧接着电动机 M２工作５s停下来，然后再交替工作；按下停止按钮，电动机 M１、 M２全部停止工作。

（２）输入／输出端口分配

输入／输出端口分配如表３畅１３所示。

表 3畅13 　输入／输出端口分配

输　入输　出


X０００ �SB１ w起动按钮 Y００１ DM１ �电动机

X００１ �SB２ w停止按钮 Y００２ DM２ �电动机

（３）梯形图设计

工作梯形图如图３畅３４所示。

５畅最大限时控制程序

系统起动后，若工作时间未达到设定的最大时间，系统可继续工作；当系统的工

作时间达到设定的最大工作时间时，则自动停止工作。最大限时控制程序如图３畅３５

所示。

６畅最小限时控制程序

系统起动后，若工作时间未达到设定的最小时间，系统不可停止工作；当系统的


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工作时间达到或大于设定的最小工作时间时，系统才可停止工作。最小时限控制程序

如图３畅３６所示。

图３畅３４　两台电动机交替顺序工作梯形图

图３畅３５　最大限时控制程序

图３畅３６　最小限时控制程序

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７畅定时器的延时扩展

FX系列 PLC 定时器的延时都有一个最大值，如１００ms 的定时器最大延时为３２７６畅７s 。若工程中所需要的延时大于选定的定时器的最大值，则可采用多个定时器接

力延时，即先起动一个定时器计时，延时到时，用第一个定时器的常开触点起动第二

个定时器延时，再使用第二个定时器起动第三个，如此下去，用最后一个定时器的常

开触点去控制控制对象，最终的延时为各个定时器的延时之和，如图３畅３７（a）所示。

另外，也可采用计数器配合定时器以获得较长时间的延时，如图３畅３７（b）所示。当

X１保持接通时，电路工作，定时器 T１线圈的前面接有定时器 T１的延时断开的常闭触点，它使定时器 T１每隔１００s 复位一次，同时，定时器的延时闭合的常开触点每隔

１０００s接通一个扫描周期，使计数器 C１计一次数，当 C１计到设定值时，将控制对象

Y０接通，其延时为定时器的设定时间乘以计数器的设定值。

图３畅３７　定时器的延时扩展

　 3 H6畅5 　辅助继电器及其应用

１畅通用辅助继电器（M０～ M４９９）FX２N系列共有５００个通用辅助继电器［图３畅３８（a）］。通用辅助继电器常在逻辑运

算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。

２畅断电保持辅助继电器（M５００～ M３０７１）FX２N系列有 M５００～ M３０７１共２５７２个断电保持辅助继电器［图３畅３８（b）］。下面通过小车往复运动控制来说明断电保持辅助继电器的应用，如图３畅３９所示。

小车的正反向运动中，用 M６００，M６０１控制输出继电器驱动小车运动。 X０，X１


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图３畅３８　通用辅助继电器和断电保持辅助继电器

图３畅３９　断电保持辅助继电器的作用

为限位输入信号。运行的过程是 X０＝ ON → M６００＝ ON → Y０＝ ON →小车右行 →停电 →

小车中途停止 → 上电（M６００＝ ON → Y０＝ ON ）继续右行 → X１＝ ON → M６００＝ OFF ，

M６０１＝ ON → Y１＝ ON （左行）。可见，由于 M６００和 M６０１具有断电保持，所以在小

车中途因停电停止后，一旦电源恢复供电，M６００或 M６０１仍记忆原来的状态，小车继

续向原方向运动。

３畅特殊辅助继电器

FX２N系列中有２５６个特殊辅助继电器，可分成触点型和线圈型两大类。

（１）触点型

其线圈由 PLC自动驱动，用户只可使用其触点。例如：

M８０００：运行监视器（在 PLC运行时接通），M８００１与 M８０００相反逻辑。

M８００２：初始脉冲（仅在运行开始时接通一个扫描周期），M８００３与 M８００２相反逻辑。

M８０００，M８００２的时序图如图３畅４０所示。

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图３畅４０　 M８０００、 M８００２时序图FX２N系列的特殊辅助继电器 M８０１１～ M８０１４分别是１０ms 、１００ms 、１s和１min的

时钟脉冲，其中 M８０１１和 M８０１２时钟脉冲波形图如图３畅４１所示。

图３畅４１　 PLC内部时钟脉冲波形图（２）线圈型

由用户程序驱动线圈后 PLC执行特定的动作。例如：

M８０３３：若使其线圈得电，则 PLC停止时保持输出映像存储器和数据寄存器内容。

M８０３４：若使其线圈得电，则 PLC的输出全部禁止。

M８０３９：若使其线圈得电，则 PLC按 D８０３９中指定的扫描时间工作。

４畅顺序相连的传送带控制系统

（１）控制要求

图３畅４２（a）所示为某车间两条顺序相连的传送带，为了避免运送的物料在传送带

上堆积，按下起动按钮后，２号传送带先运行，５s 后１号传送带再运行。而停机时，

则是１号传送带先停止，１０s后２号传送带才停止。图３畅４２（b）所示为两条顺序相连传送带的波形图。

（２）输入／输出端口分配

PLC需要２个输入点、２个输出点和２个定时器，输入／输出端口分配如

表３畅１４所示。


输　入输　出

输入继电器输入组件作　用内部与输出资源组　件作　用

X０栽SB１ w起动按钮 Y０墘KM１ @１号传送带接触器

X１栽SB２ w停止按钮 Y１墘KM２ @２号传送带接触器


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（３）程序梯形图

PLC的接线图如图３畅４３（a）所示，如图３畅４３（b）所示的程序梯形图有错误，原

因是该程序是双线圈输出，在一个扫描周期内，Y１输出了两次。

图３畅４２　两条顺序相连的传送带

图３畅４３　 PLC控制两条顺序相连的传送带

借助辅助继电器可以解决双线圈问题。程序梯形图如图３畅４４所示，当按下起动按

钮 SB１时，X０接通，M０和 T０线圈接通，Y１通电，２号传送带运行， T０线圈接通５s后， T０常开触点闭合，Y０通电，１号传送带运行。

按下停止按钮 SB２时，X１常闭触点断开， Y０断电，１号传送带停止运行。同时

T１线圈接通， T１线圈延时１０s后， T１常闭触点断开，使 M１断开， Y１断电，２号传

送带停止运行。该电路的时序图如图３畅４４所示。

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图３畅４４　 PLC控制两条顺序相连的传送带梯形图

　 3 H6畅6 　主控指令及其应用

3畅6畅1 　主控指令（MC／MCR）

在编程时，经常会遇到许多线圈同时受一个或一组触点控制的情况，如果在每个

线圈的控制电路中都串入同样的触点，将占用很多存储单元，主控指令可以解决这一

问题。使用主控指令的触点称为主控触点，它在梯形图中与一般的触点垂直，主控触

点是控制一组电路的总开关。

［案例 4］　设计一个四队参加的抢答比赛，其使用设备和比赛规则做如下安排。

主持人所在的总台设有一个总台灯，一个总台开始按钮，一个总台复位按钮。各分队

所在的分台各有一个分台灯，同时各有一个分台抢答按钮。当主持人给出题目，说

“开始” 并同时按下总台开始按钮后方可进行抢答，如果哪个分队提前抢答，则做 “抢

答违例” 处理，若过了２０s 还无队抢答，则做 “无队抢答” 处理。在有队抢答时，抢

得的队必须在５０s内完成答题，如在５０s内没答完（主持人不能进行复位处理），则做

“答题超时” 处理。

１畅确定输入／输出端口分配表

输入／输出端口分配见表３畅１５所示。


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输入端输出端


X０００ �SB０ .总台开始按钮 Y０１１ �HL０ 9总台灯

X００１ �SB１ .一分台抢答按钮 Y００１ �HL１ 9一分台抢答灯

X００２ �SB２ .二分台抢答按钮 Y００２ �HL２ 9二分台抢答灯

X００３ �SB３ .三分台抢答按钮 Y００３ �HL３ 9三分台抢答灯

X００４ �SB４ .四分台抢答按钮 Y００４ �HL４ 9四分台抢答灯

X０１０ �SB５ .总台复位按钮 Y０１０ �DL 总台蜂鸣器

２畅系统设计

１）总台灯亮＋某分台抢答灯亮 ———表示 “正常抢答” 。

２）某分台抢答灯亮＋蜂鸣器响 ———表示 “抢答违例” 。

３）总台灯亮＋延时２０s后蜂鸣器响 ———表示 “无队抢答” 。

４）总台灯亮＋某分台抢答灯亮＋延时５０s后总台还没复位，则蜂鸣器响 ———表示

“答题超时” 。

为了清晰地表达总台灯、分台灯以及蜂鸣器的工作条件，机内元件除了安排两个

定时器外，还选用辅助继电器进行控制。

定时器 T１ ———抢答时限２０s定时器 T２ ———答题时限５０s辅助继电器 M１ ———主控触点辅助继电器辅助继电器 M２ ———抢答封锁辅助继电器辅助继电器 M３ ———答题时限辅助继电器该系统梯形图如图３畅４５所示。

３畅主控指令（MC／MCR）的功能、梯形图及操作元件

主控触点指令如表３畅１６所示。

４畅说明

１）主控指令 MC用于公共串联触点的连接，执行 MC后，左母线移到 MC触点的后面。

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图３畅４５　四队参赛抢答器梯形图

表 3畅16 　主控触点指令

符号、名称功　能电路表示及操作元件程序步

MC 主控

MCR 主控复位

主控电路块起点

主控电路块终点

３种

２种

２）主控复位指令 MCR是 MC指令的复位指令，即恢复原左母线的正常位置。

３） MC ，MCR指令的目标组件为 Y和 M ，但不能用特殊辅助继电器。

４）主控触点在梯形图中与一般触点垂直（图３畅４６中的 M１００）。主控触点是与左母线相连的常开触点，是控制一组电路的总开关。与主控触点相连的触点必须用 “取”

指令。

５） MC指令的输入触点断开时，在 MC 和 MCR 之内的积算定时器、计数器、用

复位／置位指令驱动的组件保持其之前的状态不变。非积算定时器和计数器，用 OUT指令驱动的组件将复位。

６）在一个 MC指令区内若再使用 MC指令称为嵌套。嵌套级数最多为８级，编号


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按 N０～ N７的顺序增大，每级的返回用对应的 MCR指令，按 N７～ N０的顺序复位，如

图３畅４７所示。

图３畅４６　主控指令的使用图３畅４７　主控指令使用嵌套

3畅6畅2 　 Y／△起动的可逆运行电动机

１畅控制电路

正常运行时三相定子绕组作三角形联结的三相笼型异步电动机，也可采用 Y／△起动的方法，以达到限制起动电流的目的。起动时定子绕组先作星形联结减压起动，延

时一段时间转速上升到额定转速时，定子绕组改为三角形联结，电动机进入全压运行

状态，控制电路如图３畅４８所示。

该电路控制要求如下：按下正转按钮 SB１，电动机以 Y／△ 方式正向起动，Y 形联结起动３０s后转换为 △形联结运行。按下停止按钮 SB３，电动机停止运行；按下反转按

钮 SB２，电动机以 Y／△方式反向起动，Y 形联结起动３０s后转换为 △ 形联结运行。按

下停止开关 SB３，电动机停止运行。

２畅输入／输出端口分配

输入／输出端口分配如表３畅１７所示。

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图３畅４８　 Y／△起动的可逆运行电动机电路表 3畅17 　输入／输出端口分配表

输　入输　出


X０栽SB１ w正向起动按钮 Y０墘KM１ @正向运行用接触器

X１栽SB２ w反向起动按钮 Y１墘KM２ @反向运行用接触器

X２栽SB３ w停止按钮 Y２墘KM３ @Y 形接触器

Y３墘KM４ @△ 形接触器

３畅程序梯形图

采用堆栈指令的程序梯形图如图３畅４９（a）所示，也可以用主控指令实现，如

图３畅４９（b）所示。当按下 SB１，X０接通，驱动 Y０，Y２动作，电动机M作正向 Y形减压起动，３s后，Y２断开，Y３接通，电动机 M 转入 △形全压运行。同理可分析反向运行。

这里的常闭触点 X０，X１起到按钮互锁的作用，常闭触点 Y０，Y１和 Y２，Y３分别起到接


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触器互锁的作用。

图３畅４９　 Y／△起动的可逆运行电动机程序

　 3 H6畅7 　计数器及其应用

FX２N系列的计数器分为普通计数器和高速计数器两类，高速计数器在第６章中介绍。

　　１畅１６位加计数器

１６位加计数器（C０～ C１９９）共２００点，其中 C０～ C９９为通用型， C１００～ C１９９为断电保持型。计数器的设定值为１～３２７６７，设定值除了用常数 K设定外，还可通过指

定的数据寄存器设定。

图３畅５０　３２位加／减计数器

　　２畅３２位加／减计数器（图３畅５０）

３２位加／减计数器（C２００～ C２３４）共有３５点，其中

C２００～ C２１９为通用型， C２２０～ C２３４为断电保持型。这类

计数器与１６位加计数器除位数不同外，还在于它能通过控

制实现加／减双向计数。设定值范围均为－２１４７４８３６４８～

＋２１４７４８３６４７０。

C２００～ C２３４是加计数还是减计数，分别由特殊辅助继

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电器 M８２００～ M８２３４设定。对应的特殊辅助继电器被置为 ON 时为减计数，置为 OFF时为加计数。

　　３畅计时程序

图３畅５１所示为计时程序，M８０１３是 PLC内部的秒时钟脉冲，C０，C１，C２分别是分、时、天计数器，M８０１３每来一个秒时钟脉冲，分计数器 C０当前值加１，一直加到

６０，达到１min ，C０常开触点闭合，使时计数器 C１当前值加１，同时 C０当前值清０后

继续新的计数。同理可分析 C１，C２的作用。

图３畅５１　计时程序

　 3 H6畅8 　取反、空操作和结束指令

3畅8畅1 　取反指令 INV

１畅取反指令的功能、梯形图及操作元件

取反指令如表３畅１８所示。

表 3畅18 　取反指令

符号、名称功　能电路表示操作元件程序步

INV 取反逻辑运算结果取反无１ h


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２畅说明

１） INV 指令在梯形图中用一条４５°的短斜线来表示。

２） INV 指令用在由触点连接成的电路之后，该指令的功能是把 INV 指令之前的逻辑运算结果取反，即运算结果如为０将它变为１，运算结果为１则变为０。

３） INV 指令不能单独占有一条电路支路，也不能直接和左母线相连。通过 INV指令取反后的结果仍可继续运算。

４） INV 指令也可用于 LDP 、 LDF 、 ANDP等触点状态变化边沿检测指令后。

在图３畅５２所示程序中，如果 X０和 X１同时为 ON ，则 Y０为 OFF ；反之，Y０则为 ON 。

图３畅５２　 INV指令

3畅8畅2 　空操作和程序结束指令 NOP／END

空操作和程序结束指令如表３畅１９所示。

表 3畅19 　空操作和程序结束指令

符号、名称功　能电路表示操作元件程序步

NOP 空操作无动作无无１ h

END 结束输入输出处理，

程序回到第０步无１ h

１畅空操作指令 NOP１）若在程序中加入 NOP指令，则改动或追加程序时，可以减少步序号的改变。

２）若将 LD 、 LDI 、 ANB 、 ORB等指令换成 NOP指令，电路构成将有较大幅度的

变化。

３）执行程序全清除操作后，全部指令都变成 NOP 。２畅程序结束指令 ENDPLC按照循环扫描的工作方式，首先进行输入处理，然后进行程序处理，当处理

到 END指令时，即进行输出处理。所以，若在程序中写入 END指令，则 END指令以

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后的程序就不再执行，直接进行输出处理；若不写入 END 指令，则从用户程序存储器

的第一步执行到最后一步。因此，若将 END指令放在程序结束处，则只执行第一步至

END这一步之间的程序，可以缩短扫描周期。在调试程序时，可以将 END 指令插在各段程序之后从第一段开始分段调试，调试好以后必须删去程序中间的 END指令，这

种方法对程序的查错也很有用处，而且，执行 END指令时，也刷新警戒时钟。

习　　题

１畅用 X０００、 X００１为各输入点，Y０００为输出点，各画出它们符合与、或、与非、

异或、同或关系的梯形图。

２畅设计一个计数器，其计数次数为５００００次。

３畅设计一个三地控制的路灯控制电路。

４畅设计一个延时开和延时关的梯形图。输入触点 X００１接通３s后输出继电器 Y０００闭合，之后输入触点 X００１断开２s后输出继电器 Y０００断开。

５畅用一个定时器设计一个定时电路：当 X０００接通时， Y０００立即接通；当 X０００断开１０s后，Y０００才断开。

６畅设计一个梯形图，当按钮 X０００按下，Y０００接通并保持；当按钮 X００１按３次

（用 C１计数）后， T１开始定时，定时５s后使 Y０００断开，C１复位。

７畅某磨床的冷却液滤清输送系统由３台电动机 M１、 M２、 M３驱动。在控制上应

满足下列要求：M１、 M２同时起动；M１、 M２起动后，M３才能起动；停止时，M３先停，隔２s后，M１、 M２才同时停止。试根据以上要求，设计一个 PLC控制系统。

８畅利用 PLC实现下列控制要求，分别设计出其梯形图。

１）电动机 M１起动后，M２才能起动，M２可单独停机；

２）电动机 M１起动后，M２才能起动，且 M２可实现点动；

３）电动机 M１起动后，经过一段时间后，M２自行起动；

４）电动机 M１起动后，经过一段时间后，M２自行起动，同时 M１停机；

５）电动机 M１起动后，经过一段时间后，M２才能起动，M２起动后，经过一定延

时，M１自动停机。

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第 4 章 PLC步进指令及其应用

状态编程法是可编程控制器程序编制的重要方法。状态编程思想是将复杂的顺序

控制过程分解成若干小的 “工作状态” 先分别编程，再依据总的控制要求组合成整体

程序。本章依托实际案例介绍了状态编程的思想，状态转移图，步进顺控指令及单分

支、选择性分支、并行分支这三种流程的编程方法。

　 4 H6畅1 　状态编程思想

［案例 1 ］　在工业自动化生产过程中，在机床或者自动化生产流水线上，常常需

要用机械手完成工件的取放。对机械手的控制主要是位置识别、方向控制、物料到位

判断。以图４畅１所示的机械手为例，它的工作工程是机械手从原点下降到 A 点（下限

位处） →夹取工件（维持２s） → 上升到顶端（上限位处） → 右移到右端（右限位

处） →下降到 B点（下限位处） →松开工件（维持２s） →上升到顶端（上限位处） →

左退到原点。

图４畅１　工业机械手工作系统

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第４章　 PLC步进指令及其应用

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上升、下降、左移、右移等分别使用双螺线管电磁阀（在某方向的驱动线圈失电

时能保持在原位置上，只有驱动反方向的线圈才能反向运动），夹钳使用单螺线管电磁

阀（有电时才能夹紧）。


输入／输出端口分配如表４畅１所示。


输　入输　出


X０００ JSB０殮起动按钮 Y０００ MKM０北夹紧电磁阀

X００１ JSB１殮下限位开关 Y００１ MKM１北下降电磁阀

X００２ JSB２殮上限位开关 Y００２ MKM２北上升电磁阀

X００３ JSB３殮右限位开关 Y００３ MKM３北右移电磁阀

X００４ JSB４殮左限位开关 Y００４ MKM４北左移电磁阀

２畅设计状态转移图

设计状态转移图见图４畅２。

在本案例中，机械手的控制工程可以分解成９个顺序工作状态，每个状态的任务、

转移条件、转移方向分别如下：

１） S０初始状态：机械手在原点位置，当按下起动按钮 X０，工作状态从 S０转向 S２０。

２） S２０状态：下降电磁阀的输出 Y１接通，机械手从原点下降到 A 处，当下限位

开关 X１接通时，工作状态从 S２０转向 S２１。３） S２１状态：下降电磁阀的输出 Y１切断，夹紧电磁阀的输出 Y０接通并保持，机

械手夹取工件（维持２s）。当２s后定时器 T０动作，工件状态转移至 S２２。４） S２２状态：上升电磁阀的输出 Y２接通，机械手开始上升，当到达上限时，上

限位开关 X２接通，状态转移至 S２３。５） S２３状态：右移电磁阀的输出 Y３接通，机械手右移，到达右限位 X３接通，状

态转移至 S２４。６） S２４状态：下降电磁阀的输出 Y１再次接通，机械手下降，到达下限位 X１接

通，状态转移至 S２５。７） S２５状态：夹紧电磁阀的输出 Y０复位并保持，机械手松开，当松开时间达到


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图４畅２　机械手控制系统的状态转移图

２s ，定时器 T１动作，使状态转移至 S２６。８） S２６状态：上升输出 Y２动作，机械手又开始上升，当到达上限时 X２接通，状

态转移至 S２７。９） S２７状态：左移输出 Y４动作，机械手左移到左限位置，X４接通，状态返回

S０，成为等待再次起动的初始状态。

以图４畅２中 S２１状态为例，该状态激活时，Y０线圈通电， T０开始计时，当转移

条件满足，即 T０常开触点接通瞬间，状态就从 S２１转向 S２２；当 S２２激活时， Y２接通，同时 T０线圈断电，由 SET 驱动的 Y０保持接通。

用梯形图或指令表方式编程固然为广大电气技术人员接受，但对于一些复杂的控

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第４章　 PLC步进指令及其应用

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制程序，尤其是顺序控制程序，由于其内部的联锁、互动关系极其复杂，在程序的编

制、修改和可读性等方面都存在许多缺陷。因此，近年来，许多新生产的 PLC 在梯形图语言之外增加了符合 IEC１１３１ — ３标准的顺序功能图语言。顺序功能图（sequentialfunction chart ， SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形语言，专门

用于编制顺序控制程序。

所谓顺序控制，就是按照生产工艺的流程顺序，在各个输入信号及内部软元件的

作用下，使各个执行机构自动有序地运行。使用顺序功能图设计程序时，首先应根据

系统的工艺流程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图或写出指令表。

三菱 FX系列 PLC ，在基本逻辑指令之外还增加了两条简单的步进顺控指令，同

时辅之以大量的状态继电器，用类似于 SFC语言的状态转移图来编制顺序控制程序。

　图４畅３　工作流程图

4畅1畅1 　流程图

下面以电动机循环正反转控制为例。其控制要求为：

电动机正转３s ，暂停２s ，反转３s ，暂停２s ，如此循环５个

周期，然后自动停止；运行中，可按停止按钮停止，热继

电器动作也应停止。

从上述的控制要求中，可以知道：电动机循环正反转

控制实际上是一个顺序控制，整个控制过程可分为如下６

个工序（也叫阶段）：复位、正转、暂停、反转、暂停、计

数；每个阶段又分别完成如下的工作（也叫动作）：初始复

位、停止复位、热保护复位，正转、延时，暂停、延时，

反转、延时，暂停、延时，计数；各个阶段之间只要条件

成立就可以过渡（也叫转移）到下一阶段。因此，可以很

容易地画出电动机循环正反转控制的工作流程图，如

图４畅３所示。

4畅1畅2 　状态转移图

（１）状态转移图

状态转移图又称状态流程图，它是一种用状态继电器来表示的顺序功能图，是 FX系列 PLC专门用于编制顺序控制程序的一种编程方式。那么，如何将流程图转化为状

态转移图呢？其实很简单，只要进行如下的变换：一是将流程图中的每一个工序（或

阶段）用 PLC的一个状态继电器来替代；二是将流程图中的每个阶段要完成的工作

（或动作）用 PLC的线圈指令或功能指令来替代；三是将流程图中各个阶段之间的转移

条件用 PLC的触点或电路块来替代；四是流程图中的箭头方向就是 PLC状态转移图中

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