第二篇可編程控制器技術

第五章可編程控制器概述第六章三菱FX2N系列可編程控制器及其基本指令的應用第七章FX2N系列可編程控制器步進指令及狀態編程法第八章FX2N系列可編程控制器應用指令及編程方法第九章可編程控制系統設計第十章FX2N系列PLC的特殊功能模塊及通信第二篇可編程控制器技術

①了解可編程序控制器的基本結構和基本工作過程；②掌握PLC內部等效繼電器電路的等效思路；③熟悉PLC的指令系統；④掌握PLC的編程方法和開發步驟。

掌握指令系統與編程方法。

①PLC的梯形圖與一般繼電器控制原理電路圖的異、同點；

②各指令的使用場合和注意點；

③現場器件的常閉觸點在梯形圖中的使用。

基本要求重點難點第五章可編程控制器概述5.1可編程控制器的基本概念

5.2可編程控制器的特點及應用

5.3可編程控制器的發展

5.4可編程控制器的組成及其各部分功能

5.5可編程控制器的結構及軟件

5.6可編程控制器的工作原理

5.7可編程控制器系統與繼電接觸器系統工作原理的差別5.1可編程控制器的基本概念1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM)，為了適應汽車型號不斷更新的需要，提出了十條技術指標，在社會上公開招標，制造一種新型的工業控制裝置。

①

編程方便，可在現場修改程序；

②

維護方便，最好采用插件式結構；

③

可靠性高于繼電器控制裝置；

④

數據可直接輸入管理計算機；

⑤

體積小于繼電器控制裝置；

⑥

成本可與繼電器控制裝置競爭；

⑦

輸入電源可為市電（交流115V）；

⑧

輸出電源可為市電，負載電流要求在2A以上，

能直接驅動電磁閥、接觸器等；

⑨

擴展時，原系統要求變更最少；

⑩

用戶程序存儲器容量大于4K字節。可編程序控制器的歷史5.1可編程控制器的基本概念

1969年美國數字設備公司（DEC）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。

1980年美國電氣制造商協會（NEMA）正式將其命名為

可編程序控制器（ProgrammableController），簡稱PC。由于可編程序控制器最初只具備邏輯控制、定時、計數等功能，主要是用來取代繼電接觸器控制，相當于可編程序邏輯控制器（PLC），另一方面，為了與個人計算機（PC）相區別，

因此可編程序控制器簡稱為PLC。可編程序控制器的歷史5.1可編程控制器的基本概念

國際電工委員會(IEC)于82年11月、85年1月和87年2月分別頒發了可編程序控制器標準草稿第一、二稿和第三稿，對可編程序控制器作了如下的定義：

“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，

并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，

控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統聯成一個整體，

易于擴充功能的原則而設計”。可編程序控制器的定義5.2可編程控制器的特點及應用

①通用性強；

②功能強；

③可靠性高；

④體積小、耗電少、價格便宜；

⑤編程和接線可同步進行；

⑥擴展靈活、維修方便；

⑦編程語言簡單、易掌握；

⑧抗干擾能力強、可靠性高；

⑨輸入輸出接口電路已設計好，輸出驅動能力強。一、可編程序控制器的特點二、可編程序控制器的應用1、開關量邏輯控制

2、運動控制

3、過程控制

4、數據處理

5、通信聯網5.3可編程控制器的發展①

向高速度、大存儲容量方向發展②向多品種方向發展和提高可靠性（超大型和超小型）③產品更加規范化、標準化（硬件、軟件兼容的PLC）④分散型、智能型、與現場總線兼容的I/0⑤

加強聯網和通信的能力⑥控制的開放和模塊化的體系結構可編程序控制器的發展方向5.4可編程控制器的組成及其各部分功能

整體式PLC組成示意圖

⑤外部設備①②③③③⑤④③⑤①中央處理單元②存儲器③輸入/輸出單元(模塊)④電源5.4可編程控制器的組成及其各部分功能

裝有CPU的單元稱為CPU模塊，其他稱為擴展模塊。

CPU與各擴展模塊間通過電纜連接。中、大型機常采用組合式PLC。

組合式PLC組成示意圖

各單元分別做成相應的電路板或模塊，插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯系。5.4可編程控制器的組成及其各部分功能

中央處理單元是PLC的主要組成部分，是系統的控制中樞。它的主要功能是：接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并診斷用戶程序的語法錯誤。不同廠家、不同產品的CPU也不一樣。一般有三類：通用微處理機、單片機芯片、位處理器。一、中央處理單元(CPU)5.4可編程控制器的組成及其各部分功能1．系統程序存儲器系統程序是廠家根據其選用的CPU的指令系統編寫的，它決定了PLC的功能。系統程序存儲器是只讀存儲器，用戶不能更改其內容。2．用戶程序存儲器根據控制要求而編制的應用程序稱為用戶程序。不同機型的PLC的用戶程序存儲器的容量可能差異較大。根據生產過程或工藝的要求，用戶程序經常需要改動，所以用戶程序存儲器必須可讀寫。二、存儲器5.4可編程控制器的組成及其各部分功能輸入/輸出模塊：(一)開關量I/O模塊

1.開關量輸入模塊

①直流輸入；②交流/直流輸入；③交流輸入。

2.開關量輸出模塊①繼電器輸出（交流/直流驅動）；②晶體管輸出（直流驅動）；③雙向晶閘管輸出（交流驅動）。(二)模擬量I/O模塊(三)其他功能I/O模塊三、輸入/輸出模塊5.4可編程控制器的組成及其各部分功能(一)開關量I/O模塊

1.開關量輸入模塊②交流/直流輸入電路三、輸入/輸出模塊①直流輸入電路③交流輸入電路5.4可編程控制器的組成及其各部分功能(一)開關量I/O模塊

2.開關量輸出模塊②晶體管輸出電路（直流驅動）③雙向晶閘管輸出電路（交流驅動）①繼電器輸出電路（交流/直流驅動）三、輸入/輸出模塊5.4可編程控制器的組成及其各部分功能(一)開關量I/O模塊

3.開關量I/O模塊的外部接線為什么輸出端采用分組式或分隔式？實際的接線如何？三、輸入/輸出模塊5.4可編程控制器的組成及其各部分功能模擬量輸入模塊結構框圖(二)模擬量I/O模塊

1.模擬量輸入模塊三、輸入/輸出模塊5.4可編程控制器的組成及其各部分功能模擬量輸出模塊結構框圖(二)模擬量I/O模塊

2.模擬量輸出模塊三、輸入/輸出模塊5.4可編程控制器的組成及其各部分功能(二)模擬量I/O模塊模擬量輸入單元框圖模擬量輸出單元框圖三、輸入/輸出模塊5.4可編程控制器的組成及其各部分功能

電源部件將交流電源轉換成PLC的中央處理器、存儲器等電路工作所需要的直流電源。電源部件還能使PLC向外部提供24V的直流電源，給輸入單元所連接的外部開關或傳感器供電。四、電源

編程器編程器分為以下三類：

①簡易編程器

②圖形編程器

③工業控制計算機作為編程器

其它外部設備五、外部設備5.5可編程控制器的結構及軟件一、可編程序控制器的結構1.按結構分類整體式：①單元式組合式：②模塊式③疊裝式2.按控制規模分類①微型機控制點數在100點左右。②小型機控制點數在250點左右。③中型機控制點數在500～1000點。④大型機控制點數在1000點以上。⑤超大型機控制點數可達上萬點，甚至于幾萬點。3.按生產廠家分類

①德國：西門子公司、…②日本：三菱公司、OMRON公司、…③美國：GE公司、AB公司、…5.5可編程控制器的結構及軟件一、可編程序控制器的結構西門子S7-2005.5可編程控制器的結構及軟件一、可編程序控制器的結構西門子S7-3005.5可編程控制器的結構及軟件一、可編程序控制器的結構西門子S7-4005.5可編程控制器的結構及軟件S7系列的網絡結構④過程測量與控制級③過程監控級②工廠與過程管理級①公司管理級金字塔由4級組成一、可編程序控制器的結構5.5可編程控制器的結構及軟件三菱FX2N系列一、可編程序控制器的結構5.5可編程控制器的結構及軟件三菱Q系列一、可編程序控制器的結構5.5可編程控制器的結構及軟件三菱Q系列應用舉例一、可編程序控制器的結構5.5可編程控制器的結構及軟件三菱Q系列應用舉例一、可編程序控制器的結構5.5可編程控制器的結構及軟件三菱Q系列應用舉例一、可編程序控制器的結構5.5可編程控制器的結構及軟件三菱Q系列應用舉例一、可編程序控制器的結構5.5可編程控制器的結構及軟件二、可編程序控制器的軟件(一)可編程控制器的軟件分類1．系統軟件系統管理程序用以完成機內運行相關時間分配、存儲空間分配管理及系統自檢等工作。用戶指令解釋程序用以完成用戶指令變換為機器碼的工作。系統軟件在用戶使用可編程控制器之前就已裝入機內，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調整。2．應用軟件（用戶軟件）

是用戶為達到某種控制目的，采用PLC廠家提供的編程語言自主編制的程序。5.5可編程控制器的結構及軟件二、可編程序控制器的軟件(二)應用軟件編程語言的表達方式

應用程序編制需使用可編程控制器生產廠提供的編程語言。至今為止沒有能適合于各種可編程控制器的通用編程語言。國際電工委員會(IEC)于1994年5月公布了可編程序控制器標準(IEC1131)，其中的第三部分是可編程序控制器的編程語言標準(IEC1131-3)。可編程序控制器的五種編程語言5.5可編程控制器的結構及軟件二、可編程序控制器的軟件(二)應用軟件編程語言的表達方式

1．梯形圖(LD)

梯形圖語言是一種以圖形符號及其在圖中的相互關系表示控制關系的編程語言，是從繼電器電路圖演變過來的。梯形圖是PLC編程語言中使用最廣泛的一種語言。

2．指令表(IL)

指令表也叫語句表。由語句指令依一定的順序排列而成。類似于單片機程序中的匯編語言。

3．順序功能圖(SFC)

順序功能圖常用來編制順序控制類程序。體現了一種編程思想，在程序的編制中有很重要的意義。5.5可編程控制器的結構及軟件二、可編程序控制器的軟件(二)應用軟件編程語言的表達方式

4．功能塊圖(FBD)

功能塊圖是一種類似于數字邏輯電路的編程語言，用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關系，熟悉數字電路的人比較容易掌握。

5．結構文體(ST)

為了增強PLC的數學運算、數據處理、圖表顯示、報表打印等功能，許多大中型PLC都配備了

PASCAL、BASIC、C語言等高級編程語言。這種編程方式叫作結構文本。5.6可編程控制器的工作原理一、等效電路PLC控制接線圖PLC控制等效電路圖（PLC的I/O配置圖）繼電器-接觸器控制電路圖注意SB2→X1輸入電路輸出電路梯形圖5.6可編程控制器的工作原理一、等效電路PLC的I/O配置圖電機控制電路相似相差常用少用5.6可編程控制器的工作原理二、掃描方式①讀①寫②讀㈠㈢②寫①讀③讀指令表0LDX01ORY02ANIX13OUTY04OUTT0K1007LDT08OUTY19END②讀⑥讀㈡④寫⑤寫⑦寫⑧寫梯形圖5.6可編程控制器的工作原理二、掃描方式㈠㈡㈢5.6可編程控制器的工作原理三、工作原理循環掃描工作方式

PLC工作狀態：

運行(RUN)狀態，執行應用程序。

停止(STOP)狀態，編制與修改程序。

PLC執行一次掃描操作所需的時間稱為掃描周期。

典型值1～100ms。

其中大部分時間用于完成用戶程序的三個階段。

5.6可編程控制器的工作原理四、輸入/輸出滯后時間PLC輸入輸出滯后時間又稱為系統響應時間。

它由①輸入電路的濾波時間、②輸出模塊的滯后時間

③掃描工作方式產生的滯后時間

三部分所組成。

響應延遲時間只有數十毫秒，對一般控制系統影響不大。掃描工作方式產生的滯后5.7

PLC系統與繼電接觸器系統工作原理的差別

在邏輯控制場合，可編程控制器的梯形圖和繼電器線路圖非常相似。但是這二者之間在運行時序問題上，有著根本的不同。這就是兩種工作方式的差別：

對于繼電器-接觸器系統，為并行工作方式，所有觸點的動作是和它的線圈通電或斷電同時發生的。

對于可編程序控制器系統，為串行工作方式，

由于指令的分時掃描執行，同一個器件的線圈工作和它各個觸點的動作并不同時發生。

舉例：①定時點滅控制；②臺車往復運動控制。

5.7

PLC系統與繼電接觸器系統工作原理的差別繼電接觸器控制線路可編程控制器梯形圖(一)定時點滅控制PLC的I/O配置圖

接觸器線圈KM為“斷電”狀態輸出：無輸出繼電器Y1為

“定時點滅”狀態輸出：反復循環斷0.5s、通0.5s原理分析（自學）5.7

PLC系統與繼電接觸器系統工作原理的差別(一)定時點滅控制①③③③③③③③④②

初始狀態；①SA合上，②KT線圈通電，延時；③延時到，

KT常閉點斷開，

KT常開點閉合，

KT線圈斷電，

KT常開點不能閉合，

KT常閉點重新閉合，④KM線圈斷電；回到②重復上述過程。繼電接觸器控制線路分析

線路分析的結果：KM接觸器線圈處于“斷電”狀態。幾乎同時進行5.7

PLC系統與繼電接觸器系統工作原理的差別(一)定時點滅控制可編程控制器梯形圖分析0.5s0.5s0.5s一個掃描周期①②③④⑧

梯形圖分析的結果：Y1輸出繼電器處于“定時點滅”狀態。⑥⑦⑤①②③④⑤⑥⑦⑧斷0.5s、通0.5s反復循環5.7

PLC系統與繼電接觸器系統工作原理的差別控制要求：按下啟動按鈕SB，①

電機M正轉，臺車第一次前進；②

碰到限位開關SQ1時，電機M反轉，臺車第一次后退。③

碰到SQ2時，臺車暫停5s；④

延時時間到，臺車第二次前進；⑤

碰到SQ3時，臺車第二次后退。⑥

碰到SQ2時，臺車暫停5s；然后重復上述過程。

(二)臺車往復運動控制X2T0X1X35.7

PLC系統與繼電接觸器系統工作原理的差別(二)臺車往復運動控制第一次正向啟動第二次正向啟動前進后退二次啟動服務延時第一次反向啟動第二次反向啟動⑴⑵⑶3⑶1⑶2⑷⑸⑹2⑹1⑺⑼⑻⑽3⑽1⑽2⑾↓⑹1梯形圖分析⑷1⑷2⑸2⑸1⑸3⑵1⑵2功能？順序？X2T0X1X35.7

PLC系統與繼電接觸器系統工作原理的差別(二)臺車往復運動控制前進后退二次啟動服務延時前進后退二次啟動服務延時在X2與X1、X3之間往復運動在X2與X1之間往復運動不起作用X2T0X1X35.7

PLC系統與繼電接觸器系統工作原理的差別

在邏輯控制場合，可編程控制器的梯形圖和繼電器線路圖非常相似。但是這二者之間在運行時序問題上，有著根本的不同。

這就是兩種工作方式的差別：

對于繼電器-接觸器系統，為并行工作方式，所有觸點的動作是和它的線圈通電或斷電同時發生的。

對于可編程序控制器系統，為串行工作方式，

由于指令的分時掃描執行，同一個器件的線圈工作和它各個觸點的動作并不同時發生。小結例一：定時點滅控制“繼電器線路”無輸出“PLC梯形圖”有輸出例二：臺車往復運動控制“繼電器線路”無支路順序“PLC梯形圖”有支路順序演講完畢，謝謝觀看！附錄資料：不需要的可以自行刪除QTP自動化測試自動化測試的好處快速QuickTest執行測試比人工測試速度快多了。可靠QuickTest每一次的測試都可以正確的執行相同的動作，可以避免人工測試的錯誤。可重復QuickTest可以重復執行相同的測試。可程序化QuickTest可以以程序的方式，撰寫復雜的測試腳本，以帶出隱藏應用程序中的信息。廣泛性QuickTest可以建立廣泛的測試腳本，涵蓋應用程序的所有功能。可再使用QuickTest可以重復使用測試腳本，即使應用程序的使用接口已經改變。QTP背景BTO：BusinessTechnologyOptimization業務科技優化方案使IT系統既能滿足質量和成本的需求，又能適應多變的業務需求，可隨之改變QTP是HP花費45億美元購買的Mecury公司測試產品套件之一QTP是繼WR后推出以VBS為內嵌語言的測試工具用于功能測試QC產品協作進行自動化測試開發（BPT）BusinessProcessTesting特點：價格高昂但是容易掌握QTP應用范圍自帶插件ActiveX

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QuichTest

Professinal支持功能測試和回歸測試自動化，用于每個主要軟件應用程序和環境。此解決方案使用關鍵字驅動的測試概念，簡化了測試創建和維護過程。它使測試人員能夠使用專業的不惑技術直接從應用程序屏幕中捕獲流程來構建測試案例。測試專家還可以通過集成的腳本和調試環境完全訪問內在測試和對象屬性。QTP的基本功能介紹TestActionActionActionFunctionFunctionFunctionFunctionLibraryStepStepStep以Test為測試運行單位，每個Test包含若干類型Action。

以Action為最小單位映射對象庫，多個Action之間可以共享統一對象庫

Action內的Step可以包含用戶錄制操作或者函數庫內對Function的調用StepStep使用QuickTest進行測試測試和業務組件測試：組織成一個或多個操作的步驟集合，用于驗證應用程序是否按預期執行。業務組件：表示應用程序中單任務的步驟集合。業務組件（也稱為組件）在MercuryQualityCenter中由業務流程測試組合為特定的場景以建立業務流程測試。測試流程使用QuickTest測試包括三個主要階段創建測試或組件以下列一種或兩種方式向測試中添加步驟在應用程序或網站上錄制會話。建立對象庫并使用這些對象在關鍵字視圖或專家視圖中手動添加步驟然后，使用特殊的測試選項或編程語句來修改測試或組件。通過用參數替換固定值拓寬測試或組件的范圍使用設計的數據表中的數據QuickTest生成隨機數據使用QuickTest中眾多的功能測試功能來增強測試或組件，或添加編寫語句來實現更復雜的測試目標。運行測試或組件運行測試或組件檢查網站或應用程序運行測試或者組件以對其進行調試單步執行單步跳過單步退出設置斷點使測試或組件在預定點暫停分析結果在“結果”窗口中查看結果。報告在運行會話過程中檢測到的缺陷。QuickTest窗口標題欄&菜單欄文件工具欄調試工具欄測試工具欄操作工具欄測試窗格：關鍵字、專家試圖數據表運行窗口調試查看器基本使用介紹各個按鈕介紹QuickTest如何識別對象確定對象符合的測試對象類對測試對象進行分類標準Windows對話框(Dialog)Web按鈕(WebButton)

VisualBasic滾動條對象(VbScrollBar)強制屬性列表添加輔助屬性特殊的順序標識應用測試對象模型在錄制時執行應用程序的相應操作，則QuickTest將標識QuickTest測試對象類（表示執行了操作的對象），并創建相應的測試對象讀取應用程序中對象屬性的當前值，然后將屬性和屬性值列表與測試對象一起存儲選擇該對象的唯一名稱，一般使用該對象某個重要屬性的值使用適當的QuickTest測試對象方法錄制對對象執行的操作實例<INPUTTYPE="submit"NAME="Find"VALUE="Find">對象標識為WebButton測試對象創建一個名為Find的WebButton對象為FindWebButton對象存儲屬性和屬性值屬性值typeFindnameresetHtmltaginput實例（續）錄制對WebButton執行了Click方法關鍵字視圖專家視圖Browser("MercuryInteractive").Page("MercuryInteractive").WebButton("Find").Click核心功能清單對象庫描述性編程檢查點對象屬性運行期間變更數據驅動錯誤恢復自動化對象核心功能-對象庫入口：

tools->ObjectRepository

Ctrl+R

功能

保存被測試對象屬性，

在編寫執行步驟時使用核心功能-對象庫對象庫中的對象可以在錄制過程中自動產生，也可以手動添加指定對象對象庫分為本地對象庫和共享對象庫，區別是:

本地對象庫只應用于本地Action調用共享對象庫以.tsr擴展名文件形式存在，可以被其他Action調用。對象庫面板具有定義以及更新對象的功能，并且能夠進行在被測軟件和對象庫之間雙向查找對象。對象屬性可以在對象庫中被任意修改，并且其屬性描述支持正則表達式。核心功能-對象庫智能識別是雞肋，輔助標識符要慎用對象庫與描述性編程的區別：對象庫將對象收集起來，以可視化的方式呈現給用戶描述性編程在運行步驟中通過對象屬性指定對象。結合使用時應注意：描述性編程的子對象不可以是對象庫中的對象，反之可以。具體采用哪種方式指定對象因具體情況和個人喜好所定，并非描述性編程更“高人一籌“核心功能-對象庫-簡單的對象識別原理用戶通過錄制或指定對象屬性的方式將一個對象添加到對象庫，在錄制過程中添加的對象是根據Tools->ObjectIdentification中的設定記錄的。在回放的過程中QTP通過將對象庫中的對象屬性和被測軟件中的實時對象屬性進行比對，如果發現存在能夠唯一確定的對象，則對對象使用相應的用戶設定的方法，完成用戶動作。若不能發現唯一確定的對象，則啟動智能識別機制，若智能識別仍無法唯一確定對象，則報錯。更多細節請參見QTP幫助。核心功能-描述性編程'Browser("name:=UML軟件工程組織").Page("Title:=UML軟件工程組織").link("text:=項目管理","htmltag:=A").ClickSetdesc=Description.Createdesc("text").value="項目管理"desc("htmltag").value="A"Browser("name:=UML軟件工程組織").Page("Title:=UML軟件工程組織").link(desc).Click對象類型