松下PLC培训讲义

第一章第一章可编程序控制器概述可编程序控制器概述 随着电气控制设备 尤其是电子计算机的迅猛发展 工业生产自动化控制 技术也发生了深刻的变化 无论是从国外引进的自动化生产线 还是自行设计 的自动控制系统 普遍把可编程序控制器作为控制系统的核心器件 可编程序 控制器在取代传统电器控制方面有着不可比拟的优点 在自动化领域已经形成 一种控制趋势 电气设备能否方便可靠地实现自动化 很大程度上取决于我们 对可编程序控制器的应用水平 可编程序控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的通用控制器 是一 种以微处理器为基础 综合了计算机技术 自动控制技术 通信技术和传统的计算机技术 自动控制技术 通信技术和传统的 继电器控制技术继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置 它采用可编程序的存储器 能够执行逻辑控制 顺序控制 定时 计数和算数运算等功能 并通过开关量 模拟两的输入和输出完成各种各种机械或生产过程的控制 它具有丰富的输入 输出接口 并具有较强的驱动能力 其硬件须根据实际需要搭配 其软件则需 要根据控制要求进行设计 由于早期的可编程序控制器在功能上只能进行逻辑控制 因此被称为可编 程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 随着计算机技术的 发展 开始采用微处理器 Microprocessor 作为可编程序控制器的中央处理单 元 从个人扩大了可编程控制器的功能 现在的可编程控制器不仅可以进行逻 辑控制 也可以对模拟量进行控制 后来美国电气制造协会将它命名为可编程 控制器 Programmable Controller 简称 PC 但是这个名字已经成为个人计算 机 Personal Computer 的专称 所以现在仍然把可编程序控制器简称为 PLC 1 1 可编程序控制器的发展过程及基本功能可编程序控制器的发展过程及基本功能 可编程序控制器的发展过程可编程序控制器的发展过程 美国通用汽车公司 General Motors Corporation GM 1 编程简单方便 可在现场修改程序 2 硬件维护方便 采用插件式结构 3 可靠性要高于继电器控制系统 4 体积小于继电器控制系统 5 可将数据直接送入管理计算机 6 成本可与继电器控制系统竞争 7 输入可以是 AC115V 8 输出在 AC115V 2A 以上 能直接驱动电磁阀和接触器等 9 扩展时 原有系统只需要很小的改动 10 用户程序存储器的容量至少可扩展到 4KB PLC 是在 20 世纪 60 年代后期和 70 年代初期问世的 开始主要应用于汽车 制造业 当时汽车生产流水线控制基本上是由继电器控制装置构成的 汽车的 每一次改型都要求汽车生产流水线继电器控制装置重新设计 这样继电器控制 装置就需要经常更改设计和安装 为此美国的数字设备公司 DEC 于 1969 年 研制出世界上第一台可编程序控制器 此后这项新技术迅速发展 并推动世界 各国对可编程序控制器的研制和应用 日本 德国等先后研制出自己的可编程 序控制器 其发展过程大致分为以下几个阶段 第一阶段 功能简单 主要是逻辑运算 定时和计数功能 没有形成系列 与继电器控制相比 可靠性有一定的提高 CPU 由小规模集成电路组成 存储 器为芯片存储器 目前此类产品已经无人问津 第二阶段 增加了数字运算功能 能完成模拟量控制 开始具备自诊断功 能 存储器采用 EPROM 此类 PLC 已退出市场 第三阶段 将微处理器运用于 PLC 中 而且向多微处理器发展 使PLC 的 功能和处理速度大大的增强 具有通信功能和远程 I O 功能 这类 PLC 仍在使 用 第四阶段 能完成对整个车间的监控 可以在 CET 上显示各种现场图像 灵活方便的完成各种控制和管理工作 可将多台 PLC 连接起来与大系统连成一 体 实现网络资源共享 编程语言除了传统的梯形图 流程图 语句表等以外 还加入了高级语言如 BASIC 和 C 等 目前 为了适应大中小型企业的不同需要 扩大 PLC 在工业自动化领域的 应用范围 PLC 正朝向以下两个方向两个方向发展 低档 PLC 向小型化 简易廉价方向发展 使之能更加广泛的取代继电器控 制 中高档 PLC 向大型 高速 多功能方向发展 使之能取代控制机的部分功 能 对复杂系统进行综合性自动控制 可编程控制器的基本功能可编程控制器的基本功能 可编程序控制器的控制程序由用户根据生产过程和工艺要求设计 PLC 根 据现场输入信号的状态控制现场的执行机构按一定的规律动作 它能完成以下 功能 1 逻辑控制 逻辑控制 PLC 具有逻辑运算功能 它设有与 或 非等逻辑指令 能够继电器的的 串联 并联 串并联等各种连接 因此可以代替继电器进行组合逻辑与顺序逻 辑运算 2 定时与计数控制 定时与计数控制 PLC 具有定时 计数功能 它为用户提供若干个定时器和计数器 并设置 了定时 计数指令 定时 计数值由用户在编程时设置 并能读出与修改 使 用灵活操作方便 程序投入运行后 PLC 将根据用户设定的计时值和计数值对 某个操作进行定时计数控制 以满足生产工艺要求 3 步进控制 步进控制 PLC 能完成步进控制功能 步进控制是指在完成一道工序以后在进行下一 道工序 也就是顺序控制 4 A D D A 转换转换 PLC 还具有模 数 数 模转换功能 能完成对模拟量的控制与调节 5 数据处理 数据处理 有的 PLC 还具有数据处理能力以及并行运算指令 能够进行数据并行传送 比较和逻辑运算 BCD 码的加 减 乘 除等运算 还能进行字的与 或 异 或 求反 逻辑移位 算数移位 数据检索 比较及数制转换等操作 6 通信联网 通信联网 现代 PLC 采用了通信技术 可以进行远程 I O 控制 多台 PLC 之间可以进 行同为连接 还可以与计算机进行上位连接 接收计算机的命令 并将执行结 果通知计算机 由一台计算机和若干台 PLC 可以组成 集中管理 分散控制 的分布式控制网络 以完成较大规模的复杂控制 7 控制系统监控 控制系统监控 PLC 配置有较强的监控功能 它能记忆某些异常的情况 或当发生异常情 况时自动终止运行 在控制系统中 操作人员通过监控命令可以监视有关部分 的运行状态 可以调整定时 计数等设定值 因而调试 使用 维护方便 可 以预料 随着科学技术的不断发展 PLC 的功能也会不断拓宽和增强 1 2 可编程控制器的特点 性能指标以及分类可编程控制器的特点 性能指标以及分类 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 1 高可靠性 高可靠性 高可靠性是 PLC 的突出特点之一 由于工业生产过程是昼夜 连续的 一般的生产装置要几个月 甚至一年才大修一次 这就对于工业生产 过程的控制器提出了高可靠性的要求 PLC 之所以具有高可靠性是因为它采用 了微电子技术 大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成 另外还采取了 屏蔽 滤波 隔离等抗干扰措施 它的平均故障时间为 3 5 万小时以上 2 灵活性 灵活性 过去 电气工程师必须为每套设备配置专用的控制装置 有了 可编程控制器 硬件设备采用相同的可编程控制器 只需编写不同的应用软件 即可 而且可以一台可编程控制器控制几台操作方式完全不同的设备 3 便于改进和修正 便于改进和修正 相对传统的电气控制线路 可编程序控制器为改进和 修订原设计提供了及其方便的手段 以前也许花费几周的时间 而用可编程序 控制器也许只用几分钟就可以完成 4 节点利用率高 节点利用率高 传统电路中一个继电器只能提供几个节点用于连锁 在 可编程控制器中 一个输入中的开关量或程序中的一个线圈可以提供用户所需 要的任意个连锁节点 也就是说 节点在程序中可不受限制的使用 5 丰富的 丰富的 I O 接口接口 由于工业控制机只是整个工业生产过程自动化中的一 个控制中枢 为了实现对工业生产过程的控制 还必须与各种现场设备的连接 才能完成控制任务 因此 PLC 除了具有计算机的基本部分如 CPU 存储器以外 还有丰富的 I O 接口单元 对不同的工业现场信号都有相应的 I O 单元与工业 现场的器件或设备直接连接 另外 PLC 还有通信模块和特殊功能模块等 6 模拟调试 模拟调试 PLC 能够对所控功能在试验室内进行模拟调试 缩短现场调 试时间 而传统的电气线路是无法在实验室径行调试的 只能在现场花费大量 的时间 7 对现场进行微观监控 对现场进行微观监控 在 PLC 系统中 操作人员能够通过显示器观测到 所控制的每一个节点的运行情况 随时监控事故发生点 8 快速动作 快速动作 传统继电器响应时间一般为几百毫秒 而 PLC 的节点反应很 快 内部是微秒级外部是毫秒级 9 梯形图及布尔代数并用 梯形图及布尔代数并用 PLC 的程序编制可以采用电气人员熟悉的梯形 图方式 也可以采用程序员熟悉的布尔代数图形方式 10 体积小 质量轻 功耗低 体积小 质量轻 功耗低 由于采用半导体集成电路 与传统控制系统 相比 其体积小 质量轻 功耗低 11 编程简单 使用方便 编程简单 使用方便 PLC 采用面向控制过程 面向问题的 自然语言 编程 容易掌握 例如目前 PLC 大多采用梯形图语言方式 它继承了传统控制 线路的清晰直观感 考虑到大多数电气人员的读图习惯以及应用微机水平 很 容易被技术人员所接受 易于编程 程序改变时也易于修改 PLC 的性能指标的性能指标 PLC 的性能指标是 PLC 控制系统应用设计时选择 PLC 产品的重要依据 衡量 PLC 性能指标可分为硬件指标和软件指标两大类 硬件指标包括环境温度 和湿度 抗干扰能力 使用环境 输入特性和输出特性等 软件指标包括扫描 速度 存储容量 指令功能 编程语言等 1 编程语言 编程语言 PLC 常用的编程语言有梯形图 指令表 流程图以及某些高 级语言等 目前使用最多的是梯形图和指令表 2 I O 点总数点总数 PLC 的输入和输出量有开关量和模拟量两种 开关量 I O 点用最大 I O 点表示 模拟量 I O 点用最大 I O 通道表示 3 用户程序存储量 用户程序存储量 用户程序存储器用于存储通过编程器输入的用户程序 其存储量通常是以字 字节为单位计算 16 位二进制数为一个字 每 1024 个字 为 1K 字 中小型 PLC 的存储容量一般在 8K 字以下 大型 PLC 的存储容量有 的已经达到 96K 字以上 通常一般的逻辑指令每条占一个字 数字操作指令占 两个字 4 扫描速度 扫描速度 以 ms K 字为单位表示 例如 20ms K 表示扫描 1K 字的用 户程序需要的时间为 20ms 5 工作环境 工作环境 一般在下列条件下工作 0 55 摄氏度 相对湿度小于 80 1 3 可编程序控制器的分类 组成及工作原理可编程序控制器的分类 组成及工作原理 可编程序控制器的分类可编程序控制器的分类 目前 PLC 的品种很多 规格性能不一 且没有一个权威的统一的分类标准 目前一般按下面几种情况大致分类 1 按结构形式分类 按结构形式分类 PLC 可以分为整体式和模块式两大类 整体式是指将电源 中央处理器 输入输出部件等集中配置在一起有的甚 至全部安装在一块印刷电路板上 集中式 PLC 结构紧凑 体积小 质量小 价 格低 I O 点数固定 使用不灵活 小型 PLC 常采用这种结构 模块式 PLC 把 PLC 的各部分以模块形式分开 如电源模块 CPU 模块 输入输出模块等 把这些模块插入机架内 组成一个整机 这种结构配置灵活 装配方便便与扩展 一般中型机和大型机采用这种方式 2 按输入输出点和存储容量分类 按输入输出点和存储容量分类 按输入输出点和存储容量分类 大致可 以分为大 中 小型三种 小型 PLC 的输入 输出点数在 256 点以下 用户存 储容量在 2K 字以下 中型 PLC 的输入输出点数在 256 4028 点之间 用户程序 存储容量一般为 2 10K 之间 大型 PLC 的输入输出点在 2048 点以上 用户程 序存储容量在 10K 字以上 3 按功能分类 按功能分类 按 PLC 功能强弱来分可以分为低档机 中档机和高档机三 种 低档机具有逻辑运算 定时 计数等功能 有的还增设模拟量处理 算数 运算 数据传送等功能 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 数据传送等功能 可以完成既有开关量又有模拟量的控制任务 高档机增设有符号的算术运算以及矩阵运算等 使运算能力更强更多 能 进行远程控制 构成分布式控制系统 成为整个工厂的自动化网络 可编程序控制器的组成 可编程序控制器的组成 PLC 从组成形式上一般分为整体式和模块式两种 但在组成结构上基本相 同 整体式 PLC 一般由 CPU 板 I O 板 显示面板 内存和电源等组成 PLC 的工作原理的工作原理 PLC 具有比计算机更强的工业过程接口 更适应于控制要求的编程语言 因此可视为一种特殊的工业控制计算机 但是编程语言和工作方式于计算机相 比有一点关的差别 于继电器控制逻辑的工作过程也存在很大差别 PLC 的工作过程一般可以分为三个主要阶段 输入采样阶段 程续执行阶 段 输出刷新阶段 如图所示 PLC 工作原理图 输入采样阶段输入采样阶段 PLC 以扫描工作方式 按顺序将所有信号读到寄存输入状态 的输入映像区中存储 这一状态称为采样 在整个工作工作周期内 这个采样 结果的内容是不会改变的 而且这个采样结果将在 PLC 执行程序时被使用 程序执行阶段程序执行阶段 PLC 按顺序对程序进行扫描 即从上到下 从左到右的扫描 每条指令 并分别从输入映像区和输出映像区获得所需要的数据进行运算 处 理 再将程序执行的结果写入输出映像区 这个结果在程序执行期间可能发生 变化 但是在整个程序为执行完毕前不会送到输出端 输出刷新阶段输出刷新阶段 在执行完所有用户程序后 PLC 将输出映像区的内容送到寄 存器输出状态的输出锁存器中 再去驱动用户设备 1 4 PLC 的发展趋势的发展趋势 随着技术的发展和市场需求的增加 PLC 的结构和功能也在不断改进 其 发展趋势主要体现在以下几个方面 网络化 主要是朝 DCS 方向发展 使其具有 DCS 系统的一些功能 网络化 和通信能力强是 PLC 发展的一个重要方向 向下将多个 PLC 多个 I O 框架相 连 向上与工业计算机 以太网等相连构成整个工厂的自动化控制系统 多功能 为了各种特殊功能的需要 各公司陆续推出了多种智能模块 智能 现 场 输 入 输 入 模 块 输 出 映 像 区 输 出 模 块 输 出 执行 用户 程序 输 入 映 像 区 输入采样阶段程序执行输出刷新阶段 模块是以微处理器为基础的功能部件 他们的 COU 与 PLC 的 CPU 并行工作 占用主机的 CPU 的时间很少 有利于提高 PLC 的扫描速度和完成特殊的控制 要求 智能模块主要有模拟量 I O PID 回路控制 通信控制 机械运动控制 如轴定位 步进电机控制 高速计数等 高可靠性 由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视 一些公司将自诊断 技术 冗余技术 容错技术广泛应用到现有的产品中 退出了高可靠性的冗余 系统 并采用热备用或并行工作 例如 S7 400 即使在恶劣的工业环境下依然可 以正常工作 在操作运行中模板还可以热插拔 兼容性 现代 PLC 已经不再是单个的 独立的控制装置 而是整个控制系 统中的一部分或一个环节 好的兼容性是 PLC 深层次应用的重要保证 小型化简单易用 随着应用范围的扩大和用户投资规模的不同 小型化 低 成本 简单易用的 PLC 将广泛应用于各行各业 小型 PLC 由整体结构向小型 模块化发展 增加了配置的灵活性 编程语言向高层次发展 PLC 的编程语言在原有的梯形图语言 顺序功能块 语言和指令语句表的基础上 正在不断的丰富和向高层次发展 第二章第二章 继电器系统与继电器系统与 PLC 指令系统指令系统 可编程控制器来源于继电器系统和计算机系统 可以将其理解为计算机化 的继电器系统 继电器在控制系统中主要起两种作用 1 逻辑运算 逻辑运算 运用继电器触点的串 并联接等完成逻辑与 或 非等功能 从 而可完成较复杂的逻辑运算 2 弱电控制强电 弱电控制强电 即通过有关的触点的通断 控制继电器的电磁线圈 从而来 控制强电的断通 对于简单控制功能的完成 采用继电器控制系统具有简单 可靠 方便等 特点 因此 继电器控制系统得到了广泛应用 注意 注意 PLC 内部的硬件资源多数是以继电器的概念出现的 注意 只是概念上的 继电器 并非物理继电器 这里所指的继电器均为软继电器 是由 PLC 内部的 存储单元构成的 二 FP1 指令系统分类 表表 1 1 FP1 系列可编程控制器指令统计表系列可编程控制器指令统计表 分类名称分类名称C14 C16C24 C40C56 C72 顺序指令191919 功能指令778 基本 指令 控制指令151818 条件比较指令03636 数据传输指令11111l 数据运算及比较指令364141 数据转换指令162626 数据位移指令141414 位操作指令666 高级 指令 特殊功能指令71819 总计总计131196198 FP1 的指令按照功能可分为两大类 基本指令基本指令 高级指令高级指令 按照在手持编程器上的输入方式可为三种 键盘指令 键盘指令 可以直接在键盘上输入的指令 即各种指令在手持编程器上 有相应的按键 非键盘指令 非键盘指令 键盘上找不到 输入时需借助于 SC 和 HELP 键 指令方 可输入 扩展功能指令 扩展功能指令 也是键盘上找不到的 但可通过输入其功能号将其输入 即用 FN 键加上数字键输入该类指令 这类指令在指令表中都各自带有 功能编号 在显示器上显示为 FN 其中 N 是功能编号 是指令的助记符 输入功能编号后 助记符可自动显示 不必由 用户输入 第二节第二节 FP1 的基本指令系统的基本指令系统 基本指令可分为四大类 即 基本顺序指令 基本顺序指令 主要执行以位 bit 为单位的逻辑操作 是继电器控制电 路的基础 基本功能指令 基本功能指令 有定时器 计数器和移位寄存器指令 控制指令 控制指令 可根据条件判断 来决定程序执行顺序和流程的指令 比较指令 比较指令 主要进行数据比较 基本指令多数是构成继电器顺序控制电路的基础 所以借用继电器的线圈 和触点来表示 同时 该类指令还是可编程控制器使用中最常见 也是用得最 多的指令 因此 属于必须熟练掌握和运用的内容 基本顺序指令基本顺序指令 基本顺序指令主要是对继电器和继电器触点进行逻辑操作的指令 FP1 的指令表达式比较简单 由操作码和操作数构成 格式为 地址 操作码 操作数 其中 操作码规定了 CPU 所执行的功能 例如 AN X0 表示对 X0 进行与操作 操作数包含了操作数的地址 性质和内容 操作数可以没有 也可以是一 个 两个 三个甚至四个 随不同的指令而不同 如 指令就没有操作数 表表 2 1 基本顺序指令的操作数基本顺序指令的操作数 继电器定时 计数器触点 指令助记 符 XYRTC ST ST OT AN AN OR OR SET RST KP 表中对应项目为 表示该项不可用 为空则表示可用 例如 OT 指令对应继电器 X 项为 说明 OT 指令的操作数不能为 X 继电器 1 输入输出指令 输入输出指令 ST ST OT ST 加载 用 A 类触点 常开触点 开始逻辑运算的指令 ST 加载非 用 B 类触点 常闭触点 开始逻辑运算的指令 OT 输出 输出运算结果到指定的输出端 是继电器线 圈的驱动指令 非 将该指令处的运算结果取反 其中 ST 和 ST 用于开始一个新的逻辑行 例 3 1 梯形图 0 4 X0 X0 Y0 Y1 Y2 地址指令数据 0STX0 1OTY0 2 3OTY1 4ST X0 5OTY2 指令表时序图 X0 Y0 Y1 Y2 例题说明 例题说明 当 X0 接通时 Y0 接通 当 X0 断开时 Y1 接通 Y2 接通 由例中可见 Y0 和 Y1 都受控于 X0 但是因为 Y1 前面有非指令 因此 与 Y0 的状态正好相反 这与继电器系统明显不同 在继电器系统中 X0 断开 Y1 回路就不可能导通 此外 对于输出 Y2 也是当输入触点 X0 断开时 Y2 接通 与 Y1 的控 制方式一样 可见 常闭触点的功能可以用上述两种方式实现 这在时 序图中可以更为直观地看到 注意事项注意事项 指令为逻辑取反指令 可单独使用 但是一般都是与其它指令组合形 成新指令使用 如 ST OT 不能直接从左母线开始 但是必须以右母线结束 OT 指令可以连续使用 构成并联输出 也属于分支的一种 可参见堆栈 指令 一般情况下 对于某个输出继电器只能用一次 OT 指令 否则 可编程 控制器按照出错对待 2 逻辑操作指令 逻辑操作指令 AN AN OR OR AN与串联一个 A 类 常开 触点 AN 与非串联一个 B 类 常闭 触点 OR或并联一个 A 类 常开 触点 OR 或非并联一个 B 类 常闭 触点 例例 3 2 例题说明 例题说明 当 X0 X4 接通且 X3 断开时 R0 接通 R0 同时又是 Y0 的控制触点 R0 地址指令数据 0STX0 1OR X1 2ORX2 3AN X3 4ANX4 5OTR0 6STR0 7OTY0 指令表时序图 X0 X3 X4 R0 Y0 梯形图 0 6 X0 R0 R0 Y0 X1 X2 X4X3 接通时 Y0 也接通 由于 X0 X1 和 X2 三个触点并联 X2 与 X0 同为常开触点 所以 X2 和 X0 具有同样的性质 而 X1 为常闭触点 与 X0 的性质正好相反 X2 和 X1 的 时序图也与 X0 相同或相反 故这里略去 注意事项注意事项 AN AN OR OR 可连续使用 3 块逻辑操作指令 块逻辑操作指令 ANS ORS ANS 组与执行多指令块的与操作 即实现多个逻辑块相串联 ORS 组或执行多指令块的或操作 即实现多个逻辑块相并联 例例 3 3 例题说明 例题说明 从时序图上看 该例的逻辑关系显得比较复杂 但是仔细分析就可发现 Y0 有四个接通段 分别代表了该例子的四种有效组合 当 X0 X1 接通且 X4 接通时 Y0 接通 对应图中第 1 段接通情况 当 X0 X1 接通且 X5 接通时 Y0 接通 对应图中第 2 段接通情况 当 X2 X3 接通且 X4 接通时 Y0 接通 对应图中第 3 段接通情况 当 X2 X3 接通且 X5 接通时 Y0 接通 对应图中第 4 段接通情况 注意事项注意事项 掌握 ANS ORS 的关键主要有两点 一是要理解好串 并联关系 二是要 形成块的观念 针对例 3 3 在下面的图中 分别从程序和逻辑关系表达式两方 面对此加以具体说明 从图中可见 X0 和 X1 串联后组成逻辑块 1 X2 和 X3 串联后组成逻辑块 梯形图 0 X0X1X4 X2X3X5 Y0 地址指令数据 0STX0 1ANX1 2STX2 3ANX3 4ORS 5STX4 6ORX5 7ANS 8OTY0 指令表时序图 X0 X1 X4 X5 Y0 X2 X3 1234 2 用 ORS 将逻辑块 1 和逻辑块 2 并联起来 组合成为逻辑块 3 然后由 X4 和 X5 并联后组成逻辑块 4 再用 ANS 将逻辑块 3 和逻辑块 4 串联起来 组合 成为逻辑块 5 结果输出给 Y0 4 堆栈指令 堆栈指令 PSHS RDS POPS PSHS 推入堆栈 存储该指令处的操作结果 RDS 读取堆栈读出 PSHS 指令存储的操作结果 POPS 弹出堆栈 读出并清除由 PSHS 指令存储的操作结果 堆栈指令主要用于构成具有分支结构的梯形图 使用时必须遵循规定的 PSHS RDS POPS 的先后顺序 例例 3 4 例题说明 例题说明 当 X0 接通时 程序依次完成下述操作 存储 PSHS 指令处的运算结果 这里指 X0 的状态 这时 X0 接通 则 当 X1 也接通且 X2 断开时 Y0 输出 由 RDS 指令读出存储的结果 即 X0 接通 则当 X3 接通时 Y1 输出 由 RDS 指令读出存储的结果 即 X0 接通 则当 X4 断开时 Y2 输出 由 POPS 指令读出存储的结果 即 X0 接通 则当 X5 接通时 Y3 输出 然后将 PSHS 指令存储的结果清除 即解除与 X0 的关联 后续指令的 执行将不再受 X0 影响 地址指令数据 0STX0 1ANX1 2STX2 3ANX3 4ORS 5STX4 6ORX5 7ANS 8OTY0 块1 块2 块3 块4 块5 Y0 X0 X1 X2 X3 X4 X5 块1块2 块4块3 块5 0 X0X1 X3 X5 X6 Y0X2 X4 Y4 Y1 Y2 Y3 14 梯形图 地址指令数据 0STX0 1PSHS 2ANX1 3AN X2 4OTY0 5RDS 6ANX3 7OTY1 8RDS 9AN X4 指令表 10OTY2 11POPS 12ANX5 13OTY3 14STX6 15OTY4 当 X6 接通时 Y4 输出 此时与 X0 的状态不再相关 本例中连用了两个 RDS 指令 目的是为了说明该指令只是读存储结果 而不影 响存储结果 在执行了 POPS 后 就结束了堆栈指令 不再与 X0 的状态相关 如例中 Y4 的状态只受 X6 控制 注意事项注意事项 当程序中遇到 PSHS 时 可理解为是将左母线到 PSHS 指令 即分支点 之间的所有指令存储起来 推入堆栈 提供给下面的支路使用 换个角 度 也可理解为左母线向右平移到分支点 随后的指令从平移后的左母 线处开始 RDS 用于 PSHS 之后 这样 当每次遇到 RDS 时 该指令相当于将 PSHS 保存的指令重新调出 随后的指令表面上是接着 RDS 实际上相 当于接着堆栈中的指令来写 在功能上看 也就是相当于将堆栈中的那 段梯形图与 RDS 后面的梯形图直接串联起来 POPS 相当于先执行 RDS 的功能 然后结束本次堆栈 因此 用在 PSHS 和 RDS 的后面 作为分支结构的最后一个分支回路 从上面对构成堆栈的三个指令的分析可知 最简单的分支 即两个分支 可只由 PSHS 和 POPS 构成 而三个以上的分支 则通过反复调用 RDS 指令完成 这点可参见例题 也就是说 一组堆栈指令中 有且只有一 个 PSHS 和一个 POPS 但是可以没有或有多个 RDS 注意区分分支结构和并联输出结构梯形图 二者的本质区别在于 分支 结构中 分支点与输出点之间串联有触点 而不单纯是输出线圈 堆栈指令的复杂应用还包括嵌套使用 5 微分指令 微分指令 DF DF DF 上升沿微分 检测到触发信号上升沿 使触点接通一个扫描周期 DF 下降沿微分 检测到触发信号下降沿 使触点接通一个扫描周期 例例 3 5 梯形图 DF 0 X0X2 X2 Y0X1 Y1 5 X0 DF 地址指令数据 0STX0 1AN X1 2DF 3ANX2 4OTY0 5STX0 6DF 7ANX2 8OTY1 指令表时序图 X0 X1 X2 Y0 Y1 t1 例题说明 例题说明 当检测到触发信号的上升沿时 即 X1 断开 X2 接通且 X0 由 OFF ON 时 Y0 接通一个扫描周期 另一种情况是 X0 接通 X2 接通且 X1 由 ON OFF 时 Y0 也接通一个扫描周期 这是由于 X1 是常闭触点的缘故 当检测到触发信号的下降沿时 即 X2 接通且 X0 由 ON OFF 时 Y1 接 通一个扫描周期 注意事项注意事项 DF 和 DF 指令的作用都是在控制条件满足的瞬间 触发后面的被控对象 触点或操作指令 使其接通一个扫描周期 这两条指令的区别在于 前者是 当控制条件接通瞬间 上升沿 起作用 而后者是在控制条件断开瞬间 下降 沿 起作用 这两个微分指令在实际程序中很有用 可用于控制那些只需触发 执行一次的动作 在程序中 对微分指令的使用次数无限制 这里所谓的 触发信号 指的是 DF 或 DF 前面指令的运算结果 而不是单 纯的某个触点的状态 如例中 X0 与 X1 的组合 也不是后面的触点状态 如在 时序图中的 t1 时刻 X0 和 X1 都处于有效状态 X2 的上升沿却不能使 Y0 接 通 6 置位 复位指令 置位 复位指令 SET RST SET置位保持触点接通 为 ON RST复位保持触点断开 为 OFF 例例 3 6 例题说明 例题说明 该程序执行的结果是 当 X0 接通时 使 Y0 接通 此后不管 X0 是何状态 Y0 一直保持接通 而当 X1 接通时 将 Y0 断开 此后不管 X1 是何状态 Y0 一直保持断开 梯形图 0 X0 4 X1 Y0 Y0 地址指令数据 0STX0 1SETY0 4STX1 5RSTY0 指令表时序图 X0 X1 Y0 7 保持指令 保持指令 KP KP 保持使输出为 ON 并保持 KP 指令的作用是将输出线圈接通并保持 该指令有两个控制条件 一个是 置位条件 S 另一个是复位条件 R 当满足置位条件 输出继电器 Y 或 R 接通 一旦接通后 无论置位条件如何变化 该继电器仍然保持接通状态 直至复位条件满足时断开 S 端与 R 端相比 R 端的优先权高 即如果两个信号同时接通 复位信号 优先有效 例例 3 7 例题说明 例题说明 当 X0 接通时 Y0 接通 当 X1 接通时 Y0 断开 而不论 X0 状态如何 注意事项注意事项 该指令与 SET RST 有些类似 另外 SET RST 允许输出重复使用 而 KP 指令则不允许 8 空操作指令 空操作指令 NOP NOP 空操作 PLC 执行 NOP 指令时 无任何操作 但是要消耗一定的时间 当没有输入程序或进行清理内存操作时 程序存储器各单元均自动为空操 作指令 可用 NOP 作为查找时的特殊标记 人为插入若干个 NOP 指令 对程序进 行分段 便于检查和修改 如程序中某一点插入的 NOP 指令的数量超出 1 个 编程系统会自动对其进行编号 因此 该指令常在调试程序时使用 此时 程 序的大小有所增加 但是对运算结果没有影响 二 基本功能指令 基本功能指令主要包括一些具有定时器 计数器和移位寄存器三种功能的 指令 其中 定时和计数本质上是同一功能 根据指令功能分类 将高级指令 梯形图 0 X0 X1 KP Y0 S R 地址指令数据 0STX0 1STX1 2KPY0 指令表时序图 X0 X1 Y0 中的可逆计数指令 F118 UDC 左右移位指令 F119 LRSR 以及辅助定时器指令 F137 STMR 也包括在内 表表 3 5 基本功能指令的操作数基本功能指令的操作数 可用寄存器 继电器 定时 计数器 寄存器 索引 寄存器 常数 指令 助记符 WX WY WR SV EV DTIXIYKH 索引 修正值 TM 预置值 CT 预置值 SR 1 定时器指令 TM F137 STMR TMR以 0 01s 为最小时间单位 设置延时接通的定时器 TMX以 0 1s 为最小时间单位 设置延时接通的定时器 TMY以 1 0s 为最小时间单位 设置延时接通的定时器 定时器的工作原理为 定时器为减 1 计数 当程序进入运行状态后 输入 触点接通瞬间定时器开始工作 先将设定值寄存器 SV 的内容装入过程值寄存 器 EV 中 然后开始计数 每来一个时钟脉冲 过程值减 1 直至 EV 中内容减 为 0 时 该定时器各对应触点动作 即常开触点闭合 常闭触点断开 而当输 入触点断开时 定时器复位 对应触点恢复原来状态 且 EV 清零 但 SV 不 变 若在定时器未达到设定时间时断开其输入触点 则定时器停止计时 其过 程值寄存器被清零 且定时器对应触点不动作 直至输入触点再接通 重新开 始定时 简单的说 当定时器的执行条件成立时 定时器以 R X Y 所规定的时 间单位对预置值作减计数 预置值减为 0 时 定时器导通 其对应的常开触点 闭合 常闭触点断开 例例 3 8 TM 定时器设定值 K1 K32767 定时器序号 默认值0 99 定时器类型 R X Y三种 梯形图 0 X0 T1 TMX 1 K100 Y0 4 地址指令数据 0STX0 1TMX1 K100 4STT1 5OTY0 指令表时序图 X0 T1 Y0 10s10s 例题说明 当 X0 接通时 定时器开始定时 10 秒后 定时时间到 定时器对应的常 开触点 T1 接通 使输出继电器 Y0 导通为 ON 当 X0 断开时 定时器复位 对应的常开触点 T1 断开 输出继电器 Y0 断开为 OFF 注意事项 1 TM 指令是减法计数型预置定时器 参数有两个 一个是时间单位 即 定时时钟 可分为 3 种 R 0 01s X 0 1s Y 1 0s 另一个是预置值 只能用 十进制 编程格式为 K 加上十进制数 因此 取值范围可表示为 K1 K32767 这样 定时时间就可以根据上述两个参数直接计算出来 即 定时时间 时间单位 预置值 也正是由于这个原因 TM R1 K1000 TM X1 K100 TM Y1 K10 这三条指 令的延时时间是相同的 都是 10 秒 差别仅在于定时的时间精度不同 对于这 个例子 由于只用到定时结果 采用上述任何一种写法都可以 2 定时器的设定值和过程值会自动存入相同编号的专用寄存器 SV 和 EV 中 因此可通过察看同一编号的 SV 和 EV 内容来监控该定时器的工作情况 采用不同的定时时钟会影响精度 也就是说 过程值 EV 的变化过程不同 3 同输出继电器的概念一样 定时器也包括线圈和触点两个部分 采用相 同编号 但是线圈是用来设置 触点则是用于引用 因此 在同一个程序中 相同编号的定时器只能使用一次 即设置一次 而该定时器的触点可以通过常 开或常闭触点的形式被多次引用 4 在 FP1 C24 中 初始定义有 100 个定时器 编号为 T0 T99 通过系统 寄存器 No 5 可重新设置定时器的个数 5 由于定时器在定时过程中需持续接通 所以在程序中定时器的控制信号 后面不能串联微分指令 6 在实际的 PLC 程序中 定时器的使用是非常灵活的 如将若干个定时 器串联或是将定时器和计数器级联使用可扩大定时范围 或将两个定时器互锁 使用可构成方波发生器 还可以在程序中利用高级指令 F0 MV 直接在 SV 寄存 器中写入预置值 从而实现可变定时时间控制 F137 STMR 以 0 01s 为最小时间单位设置延时接通的定时器 该定时器与 TMR 类似 但是设置方式上有所区别 下面举例说明 例例 3 9 例题说明 例题说明 该例与上例中使用 TMX 实现的定时结果类似 但是当用 R900D 作为定时 器的触点编程时 务必将 R900D 编写在紧随 F137 STMR 指令之后 此外 这 里的 DT5 起到与经过值寄存器 EV 类似的作用 2 计数器指令 计数器指令 CT F118 UDC CT 指令是一个减计数型的预置计数器 其工作原理为 程序一进入 运行 方式 计数器就自动进入初始状态 此时 SV 的值被自动装入 EV 当计数器的 计数输入端 CP 检测到一个脉冲上升沿时 预置值被减 1 当预置值被减为 0 时 计数器接通 其相应的常开触点闭合 常闭触点断开 计数器的另一输入端为 复位输入端 R 当 R 端接收到一个脉冲上升沿时计数器复位 计数器不接通 其常开触点断开 常闭触点闭合 当 R 端接收到脉冲下降沿时 将预置值数据 再次从 SV 传送到 EV 中 计数器开始工作 计数器 CT 指令的梯形图符号如下 图所示 例例 3 10 指令表 地址指令数据 0STX0 1F137 STMR K1000 DT5 6STR900D 7OTY0 梯形图 X0 F137 STMR K1000 DT50 Y0 6 R900D CT 计数器设定值 K0 K32767 计数器序号 默认值100 143 CP R 地址指令数据 0STX0 1STX1 2CT101 K500 5STC101 6OTY0 梯形图指令表 0 X0 X1 5 CT101 CP R K500 C101Y0 例题说明 例题说明 程序开始运行时 计数器自动进入计数状态 当检测到 X0 的上升沿 500 次时 计数器对应的常开触点 C101 接通 使输出继电器 Y0 导通为 ON 当 X1 接通时 计数器复位清零 对应的常开触点 C101 断开 输出继电器 Y0 断开为 OFF 注意事项注意事项 FP1 C24 中 共有 44 个计数器 编号为 C100 C143 此编号可用系统 寄存器 No 5 重新设置 设置时注意 TM 和 CT 的编号要前后错开 计数器与定时器有密切的关系 编号也是连续的 定时器本质上就是计 数器 只不过是对固定间隔的时钟脉冲进行计数 因此两者有许多性质 是类似的 与定时器一样 每个计数器都有对应相同编号的 16 位专用寄存器 SV 和 EV 以存储预置值和过程值 同一程序中相同编号的计数器只能使用一次 而对应的常开和常闭触点 可使用无数次 计数器有两个输入端 即计数脉冲输入端 CP 和复位端 R 分别由两个 输入触点控制 R 端比 CP 端优先权高 计数器的预置值即为计数器的初始值 该值为 0 32767 中的任意十进制 数 书写时前面一定要加字母 K F118 UDC F118 UDC 指令 也起到计数器的作用 与 CT 不同的是 该指令可以根 据参数设置 分别实现加 减计数的功能 下面举例说明 例例 3 11 地址指令数据 50STX0 51STX1 52STX2 53F118 UDC DT10 DT0 58STR900B 59OTR50 梯形图指令表 50 X0 X1 X2 F118 UDC DT10 DT0 R50R900B 58 52 51 例题说明 使用 F118 UDC 指令编程时 一定要有加 减控制 计数输入和复位触发三 个信号 当检测到复位触发信号 X2 的下降沿时 DT10 中的数据被传送到 DT0 中 计数器开始工作 当检测到 X2 的上升沿时 即复位信号有效 DT0 被清 0 计 数器停止工作 X0 为加 减控制信号 当其为 ON 时 进行加计数 为 OFF 时 进行减计 数 X1 为计数输入信号 检测到其上升沿时 根据 X0 的状态 执行加 1 或减 1 计数 这里 DT10 相当于 CT 指令中的预置值寄存器 SV DT0 相当于经过值寄 存器 EV 当 DT0 中的结果为 0 时 特殊内部寄存器 R900B 接通 内部寄存器 R50 有输出 3 移位指令 移位指令 SR F119 LRSR SR 为左移移位指令 其功能为 当 R 端为 OFF 状态时 该指令有效 这时 每检测到一个 CP 端的上升沿 OFF ON WRn 中的数据就从 低位向高位依次左移一位 其中 WRn 的最低位 用数据输入端 IN 的状态补入 最高位数据丢失 当 R 为 ON 状态时 该指令 复位 WRn 中的数据被清零 此外 需要指出的是 该指令的操作数只能用内 部字继电器 WR n 为 WR 继电器的编号 例例 3 12 例题说明 例题说明 当复位信号 X3 为 OFF 状态时 每当检测到移位信号 X2 的上升沿 WR6 寄存器的数据左移 1 位 最高位丢失 最低位由当时数据输入信号 X1 的状态 决定 如果当时 X1 处于接通状态 则补 1 否则 补 0 如果 X3 接通 WR6 的内容清 0 这时 X2 信号无效 移位指令停止工作 F119 LRSR 指令为左 右移位寄存器指令 使 16 bit 内部继电器中的数 SR WRn IN R CP 地址指令数据 0STX1 1STX2 2STX3 3SRWR6 梯形图指令表 0 X1 X2 X3 SR WR 6 IN R CP 据向左或向右移动 1 bit F119 LRSR 指令可以使用作为数据区的寄存器和 常数见下表 D1 移位区内首地址寄存器 D2 移位区内末地址寄存器 注意 移位区内的首地址和末地址要求是同一种类型的寄存器 并满足 D1 D2 可用寄存器 继电器 定时 计数器 寄存器 索引 寄存器 常数操作数 WX WY WR SV EV DTIXIYKH 索引 修正值 D1 D2 例例 3 13 例题说明 例题说明 F119 LRSR 指令需要有 4 个输入信号 即左 右移位信号 数据输入 移位 信号和复位触发信号 分别对应例中 X0 X3 共 4 个触点 DT0 指定移位区首 地址 DT9 指定末地址 当 X3 为 ON 时 复位信号有效 DT0 和 DT9 均被清 0 移位寄存器停止 工作 当 X3 为 OFF 时 移位寄存器正常工作 这时 由移位触发信号 X2 的上 升沿触发移位操作 移动的方向由 X0 决定 若 X0 为 ON 表示进行数据左移 为 OFF 表示进行数据右移 至于移入的数据为 1 还是为 0 则取决于 X1 的状 态 若 X1 接通 移入数据为 1 否则 移入数据为 0 这里 DT0 DT9 构成了连续的 16 位寄存器区 移位操作使所有位同时进 行 整个区域按照高位在左侧 低位在右侧的顺序排列 地址指令数据 50STX0 51STX1 52STX2 53STX3 54F119 LRSR DT0 DT9 梯形图指令表 50 X0 X1 X2 F119 LRSR DT0 DT9 X3 53 52 51 控制指令控制指令 从程序的执行步骤和结构构成上看 基本顺序指令和基本功能指令是按 照其地址顺序执行的 直到程序结束为止 而控制指令则可以改变程序 的执行顺序和流程 产生跳转和循环 构成复杂的程序及逻辑结构 PLC 指令的执行特点是采用扫描执行方式 这里就存在扫描和执行的关 系的问题 对于一段代码 扫描并执行是正常的步骤 但是也存在另外 一种情况 就是扫描但不执行 从时间上看 仍然要占用 CPU 时间 但 从结果上看 什么也没有作 相当于忽略了这段代码 因此 这种情况 比较特殊 在控制指令部分会经常遇到 要注意区别 另外 触发信号的概念在这部分经常用到 实际上与前文提到的控制信 号是一样的 可以是一个触点 也可以是多个触点的组合 用于控制 触 发 相关程序的执行 1 主控继电器指令 主控继电器指令 MC MCE MC 主控继电器指令 MCE 主控继电器结束指令 功能 用于在程序中将某一段程序单独界定出来 当 MC 前面的控制触点 闭合时 执行 MC 至 MCE 间的指令 当该触点断开时 不执行 MC 至 MCE 间 的指令 例例 3 14 例题说明 例题说明 当控制触点 X0 接通时 执行 MC0 到 MCE0 之间的程序 这时 从上图 中的梯形图可以看出 效果等同于右侧的简化梯形图 否则 不执行 MC0 到 MCE0 之间的程序 值得注意的是 当主控继电器控制触点断开时 在 MC 至 MCE 之间的程 梯形图 0 X0 3 MC 0 MCE 0 5 7 X1Y0 Y1X2 X0X1Y0 Y1X2 X0接通 执行条件 地址指令数据 0STX0 1MC0 3STX1 4OTY0 5ST X2 6OTY1 7MCE0 指令表时序图 X0 X1 Y0 序 遵循扫描但不执行的规则 可编程控制器仍然扫描这