图 1 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤
（ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求
a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。
b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。
（ 2 ）确定 I/O 设备
根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
（ 3 ）选择合适的 PLC 类型
根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。
（ 4 ）分配 I/O 点
分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
（ 5 ）设计应用系统梯形图程序
根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
（ 6 ）将程序输入 PLC
当使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。
（ 7 ）进行软件测试
程序输入 PLC 后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。
（ 8 ）应用系统整体调试
在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。
（ 9 ）编制技术文件
系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。
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PLC 硬件系统设计
1 ． PLC 型号的选择
在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用 PLC 进行控制。
在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、 PID 调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 PLC 控制是很必要的。
目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。
绘制各种电路图
绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端，把高压引入 PLC 输入端，会对 PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和可靠性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、全面。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。
4. 编制 PLC 程序并进行模拟调试
在绘制完电路图之后，就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，不要整个程序完成后一起算总帐。
5. 制作控制台与控制柜
在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格必须满足要求。设备的安装必须注意安全、可靠。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题必须妥善处理。
6. 现场调试
现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能后实地测试和后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。
7. 编写技术文件并现场试运行
经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要全面整流技术文件，包括整理电路图、PLC 程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。
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一个声控开关控制的照明灯控制程序的梯形图举例
试设计一个照明灯的控制程序。当接在I0.0上的声控开关感应到声音信号后，接在Q0.0上的照明灯可发光30S。如果在这段时间内声控开关又感应到声音信号，则时间间隔从头开始。这样可确保后一次感应到声音信号后，灯光可维持30S的照明。
答案：参考梯形图
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一些任务是间歇性的，但他们需要知道操作的后状态。这是一种典型的操作。要记住的是，什么构成一个模式?程序是怎样分配使得它满足两个要求?使用ALT指令能处理一种简单的这个/那个的情况。
这种编程形式在很多情况中可以见到。不过经常地，使用都略有不同。在某一场合中，一台机器可能被起动;在另一场合中，一个排气扇可能在循环与排气间转换。不同情况下，问题的初始表现并不能让人想起相同的解决方法。
对于本节的例子黑板擦来说，也是奴此。编程者的初始反应是它与起动一台机器或改变一个模式不一样。然而，如果忽略实际应用，只研究对象运行所要求的事件或序列，那么在这些不同的应用中能提取出相似之处。
这个目的不能独立地达到，因为实际问题确实访碍某些理想操作的发生。要记住的是，观察一个问题的方法不止一种，这个非常短小精悍的擦黑板程序就是其中一种方法。
4）输入输出组件（I/0模块）
I/0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。
输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。
（5）编程器
编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。
编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。
（6）外部设备
一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩形监控系统等外部设备。
（7）电源
根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。
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可编程控制器的工作过程及FN2N PLC的组成
PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，有键按下或I/O动作则转入相应的子程序无键按下则继续扫描。PLC则采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放，如：
1 × × × ×
2 × × × ×
3 × × × ×
10 × × × ×
11 ED
CPU从条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回条。如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个工作过程可分为五个阶段：自诊断，与编程器等的通信，输入采样，用户程序执行，输出刷新，其工作过程框图如图所示：
PLC工作过程框图
1）每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容为I/O部分、存储器、CPU等，发现异常停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。
2）PLC检查是否有与编程器和计算机的通信请求，若有则进行相应处理，如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机等的通信请求，也在这段时间完成数据的接受和发送任务。
3）PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输人端的状态送到输入状态寄存器中，这就是输入采样阶段。
4）中央处理器CPU将指令逐条调出并执行，以对输人和原输出状态（这些状态统称为数据）进行“处理”，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出状态寄存器中，这就是程序执行阶段。
5）当所有的指令执行完毕时，集中把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备，这就是输出刷新阶段。
PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期。完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。扫描周期是PLC的重要指标之一，在不考虑第二个因素（与编程器等通信）时，扫描周期T为：
T＝（读入一点时间×输入点数）+（运算速度×程序步数）＋（输出一点时间×输出点数）十故障诊断时间
显然扫描时间主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该精确的计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。
PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器控制是按“并行”方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个继电器同时动作。而PLC是以反复扫描的式工作的，它是循环地连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行”方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题。
总之，采用循环扫描的工作方式也是PLC区别于微机的特点，使用者应特别注意。
FN2N PLC 的规格及组成
FN2N系列PLC有FN2N16、FN2N32、FN2N48、FN2N64、FN2N80 、FN2N128等， FN2N 32，主要由以下几个部分构成：
1、控制单元：设有与编程器，计算机的接口，与I/O扩展单元相连的扩展口，输入、输出端子、电源输入和输出端子，FN2N有16个输入点和16个输出点。
2、扩展单元。
3、智能单元。
4、链接单元。
5、编程工具：使用MELSOFT GX Developer编程软件。
要避免静电的冲击有下列三种方式：在进行维修或更换组件时，请先碰触接地的金属，以去除身上的静电；不要碰触电路板上的接头或是IC接脚；电子组件不使用时，请用有隔离静电的包装物，将组件放置在里面。想象PLC里的元器件是一个娇嫩的婴儿，而那些静电会导致这个婴儿死亡，你就会更容易以正确的态度对待这个问题了。
基座安装（RACK）时，在决定控制箱内各种控制组件及线槽位置后，要依照图纸所示尺寸，标定孔位，钻孔后将固定螺丝旋紧到基座牢固为止。在装上电源供应模块前，必须同时注意电源线上的接地端有无与金属机壳连结，若无则须接上。接地不好的话，会导致一系列的问题，静电、浪涌、外干扰，等等。由于不接地，往往PLC也能够工作，因此，不少经验不足的工程师就误以为接地不那么重要了。这就像登山的时候，没有系上保护缆绳一样，虽然你正常前进的时候，保护缆绳没有任何作用，但一旦你失足的时候，没有那根绳子，你的生命就完结了。PLC的接地，就相当于给PLC系上保护缆绳。
在I/O模块安装时，须注意如下事项：I/O模块插入机架上的槽位前，要先确认模块是否为自己所预先设计的模块；I/O模块在插入机架上的导槽时，务必插到底，以确保各接触点是紧密结合的；模块固定螺丝务必锁紧；接线端子排插入后，其上下螺丝必须旋紧。由于现场的变压器、电机等影响，多少会有振动，如果这些螺丝钉松动了，会导致模块从机架中松开。
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PLC在数控机床中的工作流程简介 PLC的分类
PLC在数控机床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤:
(1).输入采样:输入采样，就是PLC以顺序扫描的方式读入所有输入端口的信号状态，并将此状态，读入到输入映象寄存器中。当然，在程序运行周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的到来，并且原来端口信号状态已经改变，读到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化。
(2)、程序执行:程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描，并且同时读入输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据，在进行相关运算后，将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。
(3)、出刷新阶段:在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。
PLC是专为工业自动控制而开发的装置，通常PLC采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程。不同厂家的产品采用的编程语言不同，这些编程语言有梯形图、语句表、控制系统流程图等。为了增强PLC的各种运算功能，有的PLC还配有BASIC语言，并正在探索用其他语言来编程。
日本的FANUC公司、立石公司、三菱公司、富士公司等所生产的PLC产品，都采用梯形图编程。在用编程器向PLC输入程序时，一般简易编程器都采用编码表输入，大型编程器也可用梯形图直接输入。在众多的PLC产品中，由于制造厂家不同，其指令系统的表示方法和语句表中的助记符也不尽相同，但原理是完全相同的。在本书中我们以FANUC-PMC-L为例，对适用于数控机床控制的PLC指令作一介绍。在FANUC系列的PLC中，规格型号不同时，只是功能指令的数目有所不同，如北京机床研究所与FANUC公司合作开发的FANUC-BESK PLC-B功能指令23条，除此以外，指令系统是完全一样的。
在FANUC-PMC-L中有两种指令：基本指令和功能指令。当设计顺序程序时，使用多的是基本指令，基本指令共12条。功能指令便于机床特殊运行控制的编程，功能指令有35条。
在基本指令和功能指令执行中，用一个堆栈寄存器暂存逻辑操作的中间结果，堆栈寄存器有9位（如图1所示），按先进后出、后进先出的原理工作。当前操作结果压入时，堆栈各原状态全部左移一位；相反地取出操作结果时堆栈全部右移一位，后压入的信号首先恢复读出。
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