艺术彩灯造型的PLC控制设计

艺术彩灯造型的 PLC 控制摘 要随着社会经济的发展，彩灯广泛应用于宾馆、酒楼、商厦、家居、橱窗、俱乐部、音乐会、时装表演、舞厅等场所的圣诞、节日彩灯装饰和夜景灯光装饰。本次设计的彩灯造型彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。本设计是采用日本三菱公司生产的 FX2N-16MR 型 PLC 作为控制器的彩灯造型。主要运用时间继电器、辅助继电器构成脉冲电路实现时间控制， 利用移位指令实现彩灯的轮流点亮，利用区间复位指令实现彩灯的熄灭控制。本设计给出了系统梯形图、指令表及输入输出接线图。关键词：彩灯，FX2N-16MR，脉冲电路，移位指令，区间复位指令THE PLC CONTROL OF ART LANTERNABSTRACT With the social economic development, lantern is widely used in hotels, restaurants, office, home, window, clubs, concerts, fashion shows, dance halls and other places of the Christmas decorations and festive lanterns decorative night lights. The design of the lantern lantern controller design is one of the more simple, but it is complicated to design. This design is produced by Japans Mitsubishi FX2N-48MR-based Carnival PLC as the controller. The main use of time relay, auxiliary relay circuit constitute a pulse-time control, using shift instruction achieve tolight the lanterns in turn, zone reset instruction to control the Extinguish of lanterns. This design gives the system ladder diagram, instruction sheet and wiring diagram of input and output.KEY WORDS: Lantern, FX2N-16MR, pulse circuits, shift instructions,zone reset instruction目 录第 1 章 绪论 .11.1 课题任务的提出 .11.2 PLC 的简介 .31.2.1 PLC 的应用 .41.2.2 PLC 的系统结构 .41.2.3 PLC 各部分的作用 .51.2.4 现代 PLC 的发展趋势 .6第 2 章 彩灯造型的设计方案 .82.1 控制要求 .82.2 PLC 的选择 .92.2.1 系统对 PLC 的要求 .92.2.2 确定 PLC 的类型 .102.3 FX 系列 PLC 的型号及编程元件 .112.3.1FX 系列 PLC 的型号说明 .112.3.2FX 系列 PLC 的编程元件 .122.4 FX 系列 PLC 的基本逻辑指令 .162.4.1 取指令与输出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT） .162.4.2 触点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF ） .172.4.3 触点并联指令（O R/ORI/ORP/ORF） .18第 3 章 艺术彩灯造型的 PLC 设计 .203. 1 确定 PLC 的输入输出配置 .203.1.1 确定输入输出设备 .203.1.2 PLC 的外部接线图 .203.2 程序设计 .213.2.1 系统控制梯形图 .213.2.2 系统控制指令语句表 .24第 4 章 PLC 的现场维护 .274.1 PLC 的可靠性设计 .274.2 故障检测与分析 .284.3 备用电源的更换 .29结 论 .31谢 辞 .32参考文献 .33附录 FX 可编程控制器的功能指令 .34第 1 章 绪论1.1 课题任务的提出彩灯是一种比较常见的设备，它通过不同颜色彩灯有规律的变化，形成特定的艺术效果。彩灯控制系统有继电器控制、单片机控制及逻辑电路控制。继电器控制系统故障率高，不易维修。另外，继电器元件设备寿命短，更换元件不方便。单片机和逻辑电路控制系统需要附加配套的集成电路 I/O 接口，又必须完成大量的硬件设计和制作工作，而且对维修人员技术水平要求太高。鉴于以上原因我们选择 PLC 来控制彩灯。 PLC 控制系统有上述控制系统所不具有的优点：1、抗干扰能力强，可靠性好PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：（1） 、隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC 的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源 1、抗干扰能力强，可靠性好PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。！所有下载了本文的注意：本论文附有 CAD 图纸和完整版最终设计，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（QQ 邮箱） ，或加我百度用户名 QQ，我把图纸发给你。最后，希望此文能够帮到你！（2） 、滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在 PLC 的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。（3） 、对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。（4） 、内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗” ）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循 环） ，立即报警，以保证 CPU 可靠运行。（5） 、利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。（6） 、对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。（7） 、采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。（8） 、以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。2、控制系统结构简单，通用性强PLC 及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。3、编程方便，易于使用PLC 是面向用户的设备，PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。4、功能完善PLC 的输出/ 输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在 PLC 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制 I/O 等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。5、设计、施工、调试、的周期短用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 PLC 到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。6、体积小，维护操作方便PLC 体积小，质量轻，便于安装。PLC 的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。7、易于实现网络化PLC 可连成功能很强的网络系统。8、可实现三电一体化PLC 将电控（逻辑控制） 、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。1.2 PLC 的简介1.2.1 PLC 的应用由于 PLC 的以上特点，使其在国民经济的各个领域都得到了广泛的应用，范围不断扩大，主要有以下几个方面的应用：1、开关量逻辑控制这是 PLC 最早也是最基本的应用。PLC 具有与或非等逻辑指令，可以实现触点和电路的串联和并联，代替继电器进行逻辑控制、顺序控制与定时控制，既可实现单机控制，与可用于多机控制及自动化生产线的控制，如组合机床、电梯、电镀流水线、 、冶金高炉的上下料、以及港口码头货物的存放与提取控制等。2、运动控制由于模拟量输入输出功能的实现，也由于 PLC 对数据处理功能的提高，制造相应提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴运动控制模块。把描述目标位置的数据送给模块，当每个轴移动时，运动控制模块能使之保持适当的速度和加速度，确保运动的平滑性。可编程控制器的运动控制功能可广泛用于各种运动机械，如金属切削机床、机器人及电梯等。3、过程控制过程控制对温度、压力、流量、和速度等模拟量的闭环控制。通过 PLC 模拟量输入、输出模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的转换（A/D 或 D/A 转换） ，并利用 PID(Proportional-Integral-Detivative)子程序或专用的智能 PID 模块对模拟量进行闭环控制。PLC 的模拟量 PID 控制已广泛应用于水处理、锅炉、加热炉、热处理炉、冷冻设备、酿酒以及闭环速度控制等方面。4、数据处理现代的 PLC 不仅能进行数学运算、数据传输，而且能进行数据比较、数据转换和数据通信等。PLC 也能和机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）相结合，实现数值控制。如日本公司的 System10、11、12 系列已将 CNC 功能作为 PLC 的一部分。通过窗口软件，用户可以独自编程，实现 PLC 和 CNC 设备之间内部数据自由传递。5、通信联网PLC 的通信包括基本单元与 I/O 之间的通信、PLC 之间的通信、PLC 和智能设备（如计算机、变频器、数控设备等）之间的通信。为了实现近几年兴起的工厂自动化（FA ） 、柔性制造单元（FMC ）柔性制造系统（FMS）发展的需要，近几年开发的 PLC 都加强了通信功能。作为实时控制系统，PLC 数据通信速率要求提高，并且要考虑出现停电、故障时的对策。PLC 之间、PLC 和其他智能设备之间都采用光纤通信多级传递。I/O 模块按各自功能在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成分布式控制系统。1.2.2 PLC 的系统结构目前 PLC 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元 CPU、存储器 RAM 和 ROM、输入输出接口电路、电源、I/O 扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。如图 1-1 所示，PLC 控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量，它们经 PLC外部输入端子，作为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC 的基本结构有控制部分输入和输出组成。图 1-1 PLC 硬件结构图1.2.3 PLC 各部分的作用 1、中央处理器CPU 是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下：（1） 、诊断 PLC 电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。（2） 、采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入 PLC 的寄存器中。（3） 、按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。（4） 、将存于寄存器中的处理结果送至输出端。（5） 、应各种外部设备的工作请求。2、存储器PLC 的存储器分为两大部分：一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。3、输入输出接口电路PLC 通过输入输出（ I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC 的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号。4、电源PLC 的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足 PLC 的 CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。5、输入输出 I/O 扩展接口若主机单元的 I/O 点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将 I/O 扩展单元与主机单元相连接。1.2.4 现代 PLC 的发展趋势近年来，随着技术的发展和市场需求的增加，PLC 的结构和功能正在不断改进，各个生产厂家不断推出 PLC 新产品，平均 35 年更新换代一次，有些新型中小型 PLC 的功能甚至达到或超过了过去大型 PLC 的功能。现代 PLC 的几个发展趋势。1、向高速度、大容量方向发展为了提高 PLC 的处理能力，要求 PLC 具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的 PLC 的扫描速度可达 0.1ms/k 步左右。PLC 的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的 PLC 最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。2、向超大型、超小型两个方向发展当前中小型 PLC 比较多，为了适应市场的多种需要，今后 PLC 要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有 I/O 点数达 14336 点的超大型 PLC，其使用 32 位微处理器，多 CPU 并行工作和大容量存储器，功能强。小型 PLC 由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型 PLC，最小配置的 I/O 点数为 816 点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司 系列 PLC。3、PLC 大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程 I/O 模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU 和存储器的智能 I/O 模块，既扩展了 PLC 功能，又使用灵活方便，扩大了PLC 应用范围。加强 PLC 联网通信的能力，是 PLC 技术进步的潮流。PLC 的联网通信有两类：一类是 PLC 之间联网通信，各 PLC 生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是 PLC 与计算机之间的联网通信，一般 PLC 都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC 生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC 已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。4、增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在 PLC 控制系统的故障中，CPU 占 5%，I/O 接口占 15%，输入设备占 45%，输出设备占 30%，线路占 5%。前二项共 20%故障属于 PLC 的内部故障，它可通过 PLC 本身的软、硬件实现检测、处理；而其余 80%的故障属于 PLC 的外部故障。因此，PLC 生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。5、编程语言多样化在 PLC 系统结构不断发展的同时，PLC 的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数 PLC 使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（C 、 C+语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是 PLC 进步的一种趋势。图 2-1 彩灯演示板第 2 章 彩灯造型设计方案2.1 控制要求艺彩灯演示板如 2-1 图所示，其控制要求如下：1、将启动按钮按下。系统启动按下停止按钮，系统停止工作。2、彩灯亮灭控制。系统启动后，8 盏灯按以下规律点亮：图中A、B、 C、D 、E、F 、G 、H 为八只彩灯呈环形分布。控制要求如下：将启动开关 S1 合上，八只彩灯同时亮 1 秒，即A、B、 C、D 、E、F 、G 、H 同时亮一秒； 接着八只彩灯按逆时针方向各亮 1 秒，即 A 亮 1SB 亮 1SC 亮 1SD 亮 1SE 亮 1SF 亮 1SG 亮 1SH 亮 1S；接下来八只彩灯又同 1 秒，即 ABCDEFGH 同时亮 1 秒；然后八只彩灯按顺时针方向各亮 1 秒，即 H 亮 1SG 亮 1SF 亮 1SE 亮 1SD 亮 1S C 亮 1SB亮 1SA 亮 1S；之后，此程序重复执行，直到按下停止开关 S2 后,所有灯熄灭。3、分析控制要求：（1） 、按下启动按钮系统启动，按下停止按钮系统停止工作，即要求八只彩灯同时熄灭，需使用区间复位指令。（2） 、八只彩灯需要轮流点亮，用移位指令实现。（3） 、移位一次为一个状态，各个状态轮流转换，用辅助继电器连接各个状态。（4） 、移位过程中，每个状态开启时间为一秒，用时间继电器控制。系统工作流程图如图 2-2 所示：启动八只彩灯同时亮 1 秒A - H 轮流点亮 1 秒八只彩灯同时亮 1 秒H - A 轮流点亮 1 秒停止图 2-2 系统工作流程图2.2 PLC 的选择2.2.1 系统对 PLC 的要求1、确定系统所需输入输出点数通过对控制要求分析，系统输入设备只有两个按钮开关，PLC 至少要有两个输入点，彩灯造型八盏灯，PLC 要用八个输出点来驱动它们。为了指令后期调整和扩充，需再加 15%-20%的裕量，因此可编程控制器的输入输出总点数至少要有 12个。2、系统对 PLC 响应时间的要求系统输入输出量都是开关量，系统开启后连续工作，PLC 的响应时间一般为10ms，因此对于本次设计，任何类型的 PLC 都能满足要求。3、内存的估计用户程序所需内存量要受到内存利用率、开关输入输出点数、模拟量输入输出点数及用户编程水平的影响。对于本次设计，估算内存量只考虑开关量输入输出点数，用户编程水平。（1） 、一般设计中，根据开关量输入输出点数和的经验公式来估计所需内存字数。所需内存字数=开关量总数10 (2-1)（2） 、程序编程质量给据经验公式可确定存储器字数总存储字数=开关量总点数10+ 模拟量150 (2-2)考虑到用户编程水平及后期调整，在计算的存储其字数的基础上再加上 25%的裕量，所需总字数为 150 字节4、输入输出模块选择可编程控制器的输入模块有直流 5、12、24、48、60V 交流 115V 和 220V 等考虑到驱动负载的额定电压为交流 220V，因此输入模块选用交流 220V。PLC 输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的最大值，输出模块的电流值必须大于所有负载的额定电流值。本设计中负载为八只彩灯，额定功率为 10W 额定电压为 220V,因此，PLC 的输出驱动为交流 220V，2.2.2 确定 PLC 的类型根据以上计算考虑具体情况，本设计选用三菱 FX2N-16MR 可编程控制器。FX2N-16MR 主要参数如下：表 2-1 FX2N-16MR 一 般 性 能电 源 AC110120V/220240V 单 相 50/60Hz电 源 波 动 AC93.5132V/187264V， 10ms 以 下 瞬 时 断 电 ， 控 制 无 影 响环 境 温 度 055 度环 境 湿 度 45%95%， 无 凝 露抗 振 动 1055Hz， 0.5mm， 最 大 2g（ 重 力 加 速 度 ）抗 冲 击 10g， 3 轴 X、 Y、 Z 方 向 各 3 次抗 噪 声 1000V,1us,30100Hz(噪 声 仿 真 器 )绝 缘 耐 压 AC 1500V， 1min(各 端 子 与 接 地 端 之 间 )绝 缘 电 阻 5M,500V DC(各 端 子 与 接 地 端 之 间 )接 地 小 于 100（ 如 果 不 可 能 ， 也 可 以 不 接 地 ）环 境 无 腐 蚀 气 体 ， 无 导 电 尘 埃表 2-2 FX2N-16MR 输 入 性 能输 入 类 型 无 电 压 触 点 或 NPN 集 电 极 开 路 晶 体 管绝 缘 光 -电 隔 离输 入 电 压 内 部 电 源 DC24V4V,外 部 电 源 DC24V8V输 入 阻 抗 近 似 3.3KOFF-ON DC4mA(最 小 )工 作电 流 ON-OFF DC1.5mA（ 最 大 ）OFF-ON 近 似 10ms(有 8 点 可 改 变 从 060ms)响 应时 间 ON-OFF 近 似 10ms（ 有 8 点 可 改 变 从 060ms）表 2-3 FX2N-16MR 输 出 性 能输 出 类 型 继 电 器 输 出绝 缘 继 电 器 绝 缘电 阻 负 荷 2A/点感 性 负 荷 35V/A/300000 次 接 通 断 开输 出 负 荷灯 泡 负 荷 100W漏 电 流 0mAOFF-ON 近 似 10ms响 应 时 间ON-OFF 近 似 10ms2.3 FX 系列 PLC 型号及编程元件2.3.1 FX 系列 PLC 型号说明 FX 系列 PLC 型号说明如图 2-3 所示图 2-3 FX 系列 PLC 型号说明序列号： 0. 0S. ON. 2. 2C. 2N. 2NC/数 : 10-256单元类型： M-基本单元E-输入输出混合扩展单元EX输入专用扩展模块EY输出专用扩展模块输出形式： R-继电器输出T-晶体管输出S-闸管输出 特殊品种区别：DDC 电源，DC 输入A1AC 电源，AC 输入H大电流输出扩展模块V立式端子排的扩展模块C接插口输入输出方式2.3.2 FX 系列可编程控制器的编程元件1、输入继电器和输出继电器（1） 、输入继电器 X输入继电器的作用是接收并存储外部输入的开关量信号，它和对应的输入端子相连，同时提供无数的常开和常闭触点用于编程。FX2N 系列可编程控制器输入继电器都采用八进制编码，基本单元输入继电器最大范围为 X0X77 共 64 点，扩展后可达 X0X267 共 184 点。（2） 、输出继电 Y输出继电器的作用是它具有一常开硬触点用于向外部负载发送信号，每一个输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数的常开和常闭触点用于编程。FX2N 系列可编程控制器输出继电器也采用八进制编码，基本单元输入继电器最大范围为 Y0Y77 共 64 点，扩展后可达 Y0Y267 共 184 点。（3） 、辅助继电器 M辅助继电器 M 是通过软件来实现的，用于状态暂存、移位辅助运算及赋予特殊功能的一类编程元件，它们既不能接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载，其作用类似于继电器控制系统中的中间继电器。它们同样能提供无数常开和常闭触点用于内部编程，除某些特殊继电器线圈由系统程序驱动外，绝大多数继电器线圈由用户程序驱动。a、通用辅助继电器通用辅助继电器为 M0M499，共 500 点，无断电保持功能。b、断电保持辅助继电器断电保持辅助继电器为 M500M3071，其中的 M500M1023 可以用软件来设定使其变为非断电保持辅助继电器。c、特殊辅助继电器PLC 内有大量的特殊辅助继电器，它们都有各自的特殊功能。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（a） 、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 运行中接通） ，M8001 与 M8000 相反逻辑。M8002：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通） ， M8003 与 M8002 相反逻辑。M8011、M8012、M8013 和 M8014 分别是产生 10ms、100ms 、1s 和 1min时钟脉冲的特殊辅助继电器。（b） 、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 停止时保持输出映象存储器和数据寄存器内容。M8034：若使其线圈得电，则将 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） 、状态器 S状态器用来纪录系统运行中的状态。是编制顺序控制程序的重要编程元件，它与后述的步进顺控指令 STL 配合应用。状态器有五种类型：初始状态器 S0S9 共 10 点；回零状态器 S10S19 共10 点；通用状态器 S20 S499 共 480 点；具有状态断电保持的状态器有S500S899，共 400 点；供报警用的状态器（可用作外部故障诊断输出）S900S999 共 100 点。在使用用状态器时应注意：a、状态器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；b、状态器不与步进顺控指令 STL 配合使用时，可作为辅助继电器 M 使用；c、FX2N 系列 PLC 可通过程序设定将 S0S499 设置为有断电保持功能的状态器（5） 、定时器 TPLC 中的定时器（ T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。它可以提供无限对常开常闭延时触点。定时器中有一个设定值寄存器（一个字长） ，一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位） ，这三个量使用同一地址编号。但使用场合不一样，意义也不同。FX2N 系列中定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种。它们是通过对一定周期的时钟脉冲的进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为1ms、 10ms、 100ms 三种，当所计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。a、通用定时器通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有 100ms 和 10ms 通用定时器两种。（a） 、100ms 通用定时器（T0T199） 共 200 点，其中 T192T199 为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对 100ms 时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为 0.13276.7s。（b） 、10ms 通用定时器（T200T245） 共 46 点。这类定时器是对 10ms时钟累积计数，设定值为 132767，所以其定时范围为 0.01327.67s 。b、积算定时器积算定时器具有计数累积的功能。在定时过程中如果断电或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值） ，通电或定时器线圈 ON 后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为 0。（a） 、1ms 积算定时器（T246T249） 共 4 点，是对 1ms 时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为 0.00132.767s。（b） 、100ms 积算定时器（T250T255）共 6 点，是对 100ms 时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为 0.13276.7s。以下举例说明积算定时器的工作原理。如图 2-4 所示，当 X0 接通时，T253当前值计数数器开始累积 100ms 的时钟脉冲的个数。当 X0 经 t0 后断开，而T253 尚未计数到设定值 K345，其计数的当前值保留。当 X0 再次接通，T253 从保留的当前值开始继续累积，经过 t1 时间，当前值达到 K345 时，定时器的触点动作。累积的时间为 t0+t1=0.1345=34.5s。当复位输入 X1 接通时，定时器才复位，当前值变为 0，触点也跟随复位。图 2-4 积算定时器工作原理内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如 X、Y 、M、S 、T 等）进行计数。内部输入信号的接通和断开时间应比 PLC 的扫描周期稍长。（7）、内部计数器a、16 位增计数器（ C0C199） 共 200 点，其中 C0C99 为通用型，C100 C199 共 100 点为断电保持型（断电保持型即断电后能保持当前值待通电后继续计数）。这类计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。计数器的设定值为 132767（16 位二进制），设定值除了用常数 K 设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定。b、32 位双向计数器，C200C219 共 20 点为无断电保持计数器；C220C234 共 15 点为断电保持计数器。它们的计数设定值可用常数 K 设定，范围为-2147483648+2147483647，也可以通过寄存器 D 设定，32 位设定值存放在元件号相连的两个数据寄存器中。C200C234 是增计数还是减计数，分别由特殊辅助继电器 M8200M8234 设定。对应的特殊辅助继电器被置为 ON 时为减计数，置为 OFF 时为增计数。c、高速计数器（ C235C255）（a）、单相单计数输入高速计数器（C235C245） 其触点动作与 32 位增/减计数器相同，可进行增或减计数（取决于 M8235M8245 的状态）。（b）、单相双计数输入高速计数器（C246C250） 这类高速计数器具有二个输入端，一个为增计数输入端，另一个为减计数输入端。利用M8246M8250 的 ON/OFF 动作可监控 C246C250 的增记数/减计数动作。（c）、双向双计数输入高速计数器（251255 ）。这种计数器的计数方向由A、B 两相的脉冲信号的相位关系决定。在 A 相输入接通期间，如果 B 相输入由断开变为接通，则计数器为加计数；反之，为减计数。2.4 FX 系列可编程控制器基本逻辑指令2.4.1 取指令与输出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）1、LD （取指令） 一个常开触点与左母线连接的指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都用此指令。2、LDI（取反指令） 一个常闭触点与左母线连接指令，每一个以常闭触点开始的逻辑行都用此指令。3、LDP（取上升沿指令） 与左母线连接的常开触点的上升沿检测指令，仅在指定位元件的上升沿（由 OFFON ）时接通一个扫描周期。4、LDF（取下降沿指令） 与左母线连接的常闭触点的下降沿检测指令。5、OUT （输出指令） 对线圈进行驱动的指令，也称为输出指令。取指令与输出指令的使用如图 2-6 所示。X 0M 1Y 1M 00 L D X 01 O U T Y 12 L D IY 134789O U T Y 2O U T T 2K 2 0L D P X 2O U TL D F M 11 0 O U T Y 3Y 1Y 2Y 3M 0X 2T 2K 2 0图 2-5 取指令与输出指令的使用取指令与输出指令的使用说明：（1） 、LD 、LDI 指令既可用于输入左母线相连的触点，也可与 ANB、ORB指令配合实现块逻辑运算；（2） 、LDP、LDF 指令仅在对应元件有效时维持一个扫描周期的接通。图 3-15 中，当 M1 有一个下降沿时，则 Y3 只有一个扫描周期为 ON。（3） 、LD 、LDI、LDP、 LDF 指令的目标元件为 X 、Y 、M 、T 、C、S；（4） 、OUT 指令可以连续使用若干次（相当于线圈并联） ，对于定时器和计数器，在 OUT 指令之后应设置常数 K 或数据寄存器。（5） 、OUT 指令目标元件为 Y、M、T、C 和 S，但不能用于 X。2.4.2 触点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF ）1、AND（与指令）一个常开触点串联连接指令，完成逻辑“与”运算。2、ANI（与反指令）一个常闭触点串联连接指令，完成逻辑“与非”运算。3、ANDP 上升沿检测串联连接指令。4、ANDF 下降沿检测串联连接指令。触点串联指令的使用如图 2-6 所示。触点串联指令的使用的使用说明：（1） 、AND、ANI 、ANDP、ANDF 都指是单个触点串联连接的指令，串联次数没有限制，可反复使用。（2） 、AND、ANI 、ANDP、ANDF 的目标元元件为 X、Y、M 、T 、C 和S。（3） 、图 1 中 OUT M101 指令之后通过 T1 的触点去驱动 Y4 称为连续输出。X 2Y 3T 5M 3 M 2Y 3Y 40 L D X 21 A N D X 02 O U T Y 3345678L D Y 3A N I X 3O U T M 1 0 1A N D T 1O U TA N D FL D M 39 A N D P T 5T 1X 3M 1 0 1M 01 01 1X 07M 2O U T M 0图 2-6 触点串联指令的使用2.4.3 触点并联指令（OR/ORI/ORP/ORF）1、OR（或指令） 用于单个常开触点的并联，实现逻辑 “或”运算。2、ORI（或非指令） 用于单个常闭触点的并联，实现逻辑 “或非”运算。3、ORP 上升沿检测并联连接指令。4、ORF 下降沿检测并联连接指令。触点并联指令的使用如图 2-7 所示。X 4X 6M 1 0 2Y 5M 1 0 4M 1 1 0Y 5M 1 0 30 L D X 41 O R X 62 O R P M 1 0 2345678O U T Y 5L D Y 5A N D X 7O R I M 1 0 4O R F M 1 1 0A N I X 1 09 O U T M 1 0 3X 7 X 1 0图 2-7 触点并联指令的使用触点并联指令的使用说明：（1） 、OR、ORI、ORP、ORF 指令都是指单个触点的并联，并联触点的左端接到 LD、LDI、LDP 或 LPF 处，右端与前一条指令对应触点的右端相连。触点并联指令连续使用的次数不限；（2） 、OR、ORI、ORP、ORF 指令的目标元件为 X、Y 、M、T、C、S。第 3 章 艺 术 彩 灯 造 型 的 PLC 设 计3.1 确定 PLC 的输入输出配置3.1.1 确定输入输出设备根据以上分析，系统输入设备为两个开关按钮，PLC 用 X0、X1 两个输入点来接它们的常开触点，彩灯造型共有八盏灯，PLC 用 Y0-Y7 八个输出点来驱动。根据以上的分析，可以设计出 PLC 的 I/O 分配表 3-1：表 3-1 输入输出分配表输入信号 输出信号名称 代号输出点编号名称 代号输出点编号启动开关S1 X0 红灯 C Y2停止开关S2 X1 白灯 D Y3输出信号 黄灯 E Y4名称 代号输出点编号绿灯 F Y5黄灯 A Y0 红灯 G Y6绿灯 B Y1 白灯 H Y73.1.2 PLC 的外部接线图根据 PLC 的 I/O 分配表可以设计出 PLC 的外部接线PLC 的外部接线图如图 3-1 所示：Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 C O M 1 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 C O M 2X 0 X 1 C O M L NS 1 S 2电源图 3-1 PLC 的外部接线3.2 程序设计梯形图中，PLC 运行时，程序 9-19 歩中，M11 导通，由于程序 50-120 歩中M11 动合触点闭合，分别控制了 Y0-Y7 的导通，因而彩灯A、B、 C、D 、E、F 、G 、H 同时亮，同时 T0 构成一秒振荡器，延时一秒，因此彩灯 A、B 、C 、D 、E、F、G、H 同时亮一秒。一秒时间到，程序第 40 步 T0 动合触点闭合，移位指令执行，实现轮流点亮，即 A、B 、C、D 、E 、F 、G、H 轮流点亮，因为每隔一秒 T0 动合触点闭合闭合一次 ，所以A、B、 C、D 、E、F 、G 、H 轮流点亮的时间间隔为一秒。程序 20-29 歩中，当M20 导通时，将 M101 置位，由 M101 动合触点与 M12-M19 动合触点配合，分别轮流点亮 H-A,即 H、G、F、E、D、C、B、A 每隔一秒轮流点亮；程序 30-39歩中，当 M20 导通时，将 M101 复位，由 M101 动断触点与 M12-M19 动合触点配合，分别串联点亮 A-H，即 A、B、C、D、E、 F、G、H 每隔一秒轮流点亮。任何时候合上开关 S2，复位指令使 M0 复位，使时间继电器 T0 及辅助继电器M11 断电，同时程序第 114-119 步，区间复位指令使 M12-M19 全部复位，所有灯均不亮。3.2.1 系统控制梯形图 彩灯系统控制梯形图如图 3-2 所示20492 02 52 73 03 53 74 05 05 8X 0X 1S E T M 0R S T00M 0 T 0T 0K 1 0M 0 M 1 2 M 1 3 M 1 4 M 1 5 M 1 6S E T M 1 0 1R S TM 0M 1 1C 1K 1K 1C 2R S TR S TM 1 0 1M 1 1 1M 1 1 M 1 2 K 9