电气控制及PLC课件.ppt

第七章三菱公司FX2系列可编程序控制器7 1可编程序控制器的编程语言7 1 1PLC编程语言的国际标准IEC 国际电工委员会 的PLC编程语言标准 IEC61131 3 中有5种编程语言 顺序功能图 SequentialFunctionChart 梯形图 LadderDiagram 功能块图 FunctionBlockDiagram 指令表 InstructionList 结构文本 StructuredText 其中的顺序功能图 SFC 梯形图 LD 和功能块图 FBD 是图形编程语言 指令表 IL 和结构文本 ST 是文字语言 目前已有越来越多的PLC生产厂家提供符合IEC61131 3标准的产品 有的厂家推出的在个人计算机上运行的 软PLC 软件包也是按IEC61131 3标准设计的 图7 1为西门子PLC常用的编程方法举例 图7 1PLC常用编程方法 1 梯形图梯形图 LD 是使用最广泛的PLC图形编程语言 梯形图与继电器控制系统的电路图很相似 直观易懂 很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握 特别适用于开关量逻辑控制 图7 1中用西门子S7 200系列PLC的3种编程语言来表示同一逻辑关系 西门子的说明书中将指令表称为语句表 梯形图由触头 线圈和应用指令等组成 触头代表逻辑输入条件 例如外部的开关 按钮和内部条件等 线圈通常代表逻辑输出结果 用来控制外部的指示灯 交流接触器和内部的输出标志位等 在分析梯形图中的逻辑关系时 为了借用继电器电路图的分析方法 可以想象左右两侧垂直母线之间有一个左正右负的直流电源电压 有时省略了右侧的垂直母线 当图7 1 a 中I0 1与I0 2的触头接通 或M0 3与I0 2的触头接通时 有一个假想的 能流 PowerFlow 流过Q1 1的线圈 利用能流这一概念 可以帮助我们更好地理解和分析梯形图 能流只能从左向右流动 2 顺序功能图顺序功能图 SFC 是一种位于其他编程语言之上的图形语言 用来编制顺序控制程序 顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法 在其中可以用其他语言嵌套编程 步 转换和动作是顺序功能图中三种主要的元件如图7 1 b 所示 顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能 根据它可以很容易地画出顺序控制梯形图程序 3 功能块图功能块图 FBD 是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言 有数字电路基础的人很容易掌握 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 输出端的小圆圈表示 非 运算 方框被 导线 连接在一起 信号自左向右流动 如图7 1 c 所示 国内很少有人使用功能块图语言 4 指令表PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式 由指令组成的程序叫做指令表 InstructionList IL 程序 指令表程序较难阅读 其中的逻辑关系很难一眼看出 所以在设计时一般使用梯形图语言 如果使用手持式编程器 必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC 在用户程序存储器中 指令按步序号顺序排列 5 结构文本结构文本 ST 是为IEC61131 3标准创建的一种专用的高级编程语言 与梯形图相比 它能实现复杂的数学运算 编写的程序非常简洁和紧凑 7 1 2FX系列PLC梯形图的编程举例图7 2 a 是第二章介绍过的自动往返控制线路 下面来学习用PLC实现控制的方法 1 自动往返控制线路用PLC来实现控制 是指保留图7 2 a 中的主电路不变 控制线路由PLC的软 硬件及其接口电路来代替 图7 2PLC实现控制应用举例 表7 1梯形图常用符号 在计算机上 使用FX的编程软件 可以直接输入梯形图 自动转换成指令表程序 输入PLC 也可以手动把梯形图编译成指令表程序 再通过手持编程器输入PLC 图7 2 e 给出了对应的指令表程序 4 由图7 2 a 中的主电路和图7 2 c PLC端子图组成新的电气控制线路 如图7 3所示 图7 3PLC实现控制的电气原理图 7 1 3梯形图的主要特点 1 PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称 例如输入继电器X1 输出继电器Y1 辅助继电器M0等 但是它们不是真实的物理继电器 即硬件继电器 而是在软件中使用的编程元件 每一编程元件与PLC存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应 以辅助继电器M0为例 如果对应的存储单元为0状态 梯形图中M0的线圈 断电 其常开触头断开 常闭触头闭合 称M0为0状态 或称M0为OFF 该存储单元如果为1状态 M0的线圈 通电 其常开触头接通 常闭触头断开 称M0为l状态 或称M0为ON 2 根据梯形图中各触头的状态和逻辑关系 求出与图中各线圈对应的编程元件的ON OFF状态 称为梯形图的逻辑运算 逻辑运算是按梯形图中从上到下 从左至右的顺序进行的 运算的结果 马上可以被后面的逻辑运算所利用 逻辑运算是根据输入映像寄存器中的值 而不是根据运算瞬时外部输入触头的状态来进行的 3 梯形图中各编程元件的常开触头和常闭触头均可以无限多次地使用 4 输入继电器的状态唯一地取决于对应的外部输入电路的通断状态 因此在梯形图中不能出现输入继电器的线圈 7 2FX2系列可编程序控制器的编程元件所谓编程元件又称软元件 是指PLC中可以被程序使用的所有功能性器件 表7 2FX2N和FX2NC型PLC的功能技术指标 7 2 1输入继电器X输入继电器的代表符号是 X 输入继电器的外部物理特性就相当于一个开关量的输入点 称为输入接点 外接开关的两个接线点中一个接到输入接点上 另一个接在输入端的公共接点COM上 从内部操作的角度看 一个输入继电器就是一个一位的只读存储器单元 可以无限次读取 其量值只能有两种状态 当外接的开关闭合时是 ON 状态 当开关断开时是 OFF 状态 但在使用中既可以用输入继电器的常开触头 也可以用输入继电器的常闭触头 使用次数不限 在 ON 状态 其常开触头闭合 常闭触头断开 在 OFF 状态 常开触头断开 常闭触头闭合 FX2N系列的PLC中各种型号的输入接点数是不同的 实际上输入输出接点数是一个系列中最主要的区分型号的特征 接点的数量决定了PLC的价格 因此在使用中一定要根据具体控制对象选择PLC 表7 3FX2系列PLC常用型号输入继电器接点配置 型号中的数字就是PLC的输入输出接点总数 由于输入接点的排列序号是八进制的 因此 输入继电器的序号不是输入接点的数量 例如FX2 48M型 其总接点数是48个 其中输入接点是24个 而输入接点的序号排列是X0 X7 X10 X17 X20 X27 输入继电器的状态用程序无法改变 7 2 2输出继电器Y输出继电器的代表符号是 Y 输出继电器的外部物理特性就相当于一个接触器的触头 称为输出接点 从使用的角度看 就可以将一个输出继电器当作一个受控的开关 其断开或闭合受所编制的程序的控制 PLC的输出继电器是无源的 因此需要外接电源 从内部操作的角度看 一个输出继电器就是一个一位的可读 写的存储器单元 可以无限次读取和写入 在读取时既可以用输出继电器的常开触头 也可以用输出继电器的常闭触头 使用次数不限 同输入接点一样 FX2系列的PLC中各种型号的输出接点数是不同的 也要求在使用中根据具体控制对象选择适合的PLC 表7 4FX2系列PLC常用型号输出继电器接点配置 表7 4列出了FX2系列PLC常用型号的输出继电器接点的配置 各型号的输出接点数 不加扩展单元情况下 和输入接点数相等 占总接点数的一半 由于输出接点的排列序号也是八进制的 因此 输出继电器的序号也不是输出接点的数量 例如FX2 32M 其总接点数是32个 其中输出接点是16个 而输出接点的序号排列是Y0 Y7 Y10 Y17 输出继电器的初始状态为断开状态 7 2 3辅助继电器M辅助继电器的代表符号是 M FX2系列PLC中有1K 1024 个常用的辅助寄存器和256个辅助特殊用途的辅助寄存器 辅助继电器的功能相当于各种中间继电器 可以由其它各种软元件驱动 也可以驱动其它软元件 辅助继电器有常开和常闭两种触头 可以无限次引用 其物理特征和微机中的内存单元完全相同 引用是读操作 被驱动是写操作 但是辅助继电器的触头是一位的 只有 ON 和 OFF 两种状态 辅助继电器没有输出触头 也就是说不能驱动外部负载 外部负载只能由输出继电器驱动 辅助继电器的触头使用和输入继电器类似 在 ON 状态 其常开触头闭合 常闭触头断开 在 OFF 状态 常开触头断开 常闭触头闭合 FX2系列PLC中有三种特性不同的辅助继电器 分别是通用辅助继电器 断电保持辅助继电器和特殊功能辅助继电器 所有软元件中只有输入继电器X和输出继电器Y采用八进制编号 其它所有软元件都采用十进制编号 1 通用辅助继电器共有500点通用辅助继电器 其元件的序号为M0 M499 这些继电器在通电之后 全部处于 OFF 状态 无论程序是如何编制的 一旦断电 再次通电之后 M0 M499这500点辅助继电器都恢复为 OFF 状态 这相当于微机中的内存RAM 2 断电保持辅助继电器M500 M1023这524点为断电保持辅助继电器 当PLC断电并再次通电之后 这些继电器会保持断电之前的状态 断电之前是 OFF 的辅助继电器 再次通电之后仍然是 OFF 断电之前是 ON 的辅助继电器 再次通电之后仍然是 ON 状态 除此之外的其它特性与前面介绍过的通用辅助继电器完全一样 在这些辅助继电器区间 M800 M999在两台PLC作点对点通信时用作通信辅助继电器 有关细节请参见第十章相关内容 3 特殊功能辅助继电器从M8000到M8255这256个辅助继电器区间是不连续的 也就是说 有一些辅助继电器是根本不存在的 对这些没有定义的继电器无法进行有意义的操作 有定义的特殊功能辅助继电器可分为两大类 一类是反映PLC的工作状态或PLC为用户提供的常用功能器件 这些器件用户只能使用其触头 不能对其驱动 例如 M8013 每秒发出一个脉冲信号 即 自动地每秒 ON 一次 M8020 加减运算结果为零时状态为 ON 否则为 OFF M8060 I O编号出错时置位 ON 例如对不存在的X或Y进行了操作 另一类是可控制的特殊功能辅助继电器 驱动这些继电器之后 PLC将做一些特定的操作 例如 M8034 ON 时禁止所有输出 即 所有的输出都断开 M8030 ON 时熄灭 为电池欠电压指示灯 M8050 ON 时禁止I0 中断 其它特殊功能辅助继电器的编号及其功能见附录2 7 2 4状态元件S状态元件是特别为步进顺控类指令设计的 在编制步进顺控程序时使用状态元件很方便 FX2系列PLC的状态元件共有1000点 分为五类 1 初始状态用 10点 S0 S9 2 回归原点用 10点 S10 S19 3 一般通用 480点 S20 S499 4 有断电保持功能 400点 S500 S899 5 程序流程故障诊断用 100点 S900 S999前4种状态元件S在使用中同步进指令STL配合使用 使编程简洁明了 在通常情况下 下一个状态开始时 自动退出上一个状态 详细的使用方法见与指令有关的第九章 第5种状态元件是专为指示所编程序的错误而设置的 7 2 5指针P IFX2系列PLC的指令中允许使用两种标号 一种为 P 标号 用于子程序调用或跳转 另一种为 I 标号专用于中断服务程序的入口标记 P 标号有128个 从P0到P127 不能随意指定 FX2系列PLC的跳转用CJ指令 CJ后面紧跟标号 一般常用P0 P62 CJP63相当于跳过所有主程序 直接到END处 子程序调用也用 P 标号 使用格式为 CALLP0 CALLP62 CALLP64 CALLP128 以SRET指令返回 标号指明的子程序只能放在主程序结束指令FEND之后 P 标号作为被使用标号在整个程序中只允许出现一次 但可多次引用 详细使用情况请参阅第九章有关跳转和调用指令的内容 I 标号有9点 I0XY I8XY X和Y有特定的含义 中断有两种形式 一种是外部输入信号引起的中断 一种是定时中断 外部信号中断用 IX0Y 的形式 X 是输入继电器的标号 从0 5共6点 Y 是中断信号的方式 Y 0 是下降沿中断 由 ON 变为 OFF Y 1 是上升沿中断 由 OFF 变为 ON 因此只有如下12种外部信号中断方式 1 I000输入继电器X0下降沿 由 ON 变为 OFF 引起中断 2 I001输入继电器X0上升沿 由 OFF 变为 ON 引起中断 3 I100输入继电器Xl下降沿 由 ON 变为 OFF 引起中断 4 I101输入继电器Xl上升沿 由 OFF 变为 ON 引起中断 5 I200输入继电器X2下降沿 由 ON 变为 OFF 引起中断 6 I201输入继电器X2上升沿 由 OFF 变为 ON 引起中断 7 I300输入继电器X3下降沿 由 ON 变为 OFF 引起中断 8 I301输入继电器X3上升沿 由 OFF 变为 ON 引起中断 9 I400输入继电器X4下降沿 由 ON 变为 OF