电气控制与可编程控制器(第4章)

2020/5/26,1,第四章PLC的编程语言与指令系统,第一节PLC的编程语言编程语言程序表明所采用的方式现代PLC通常采用以下几种编程语言：,2020/5/26,2,一、梯形图（LadderDiagram)及其格式特点简单、直观、易学易懂、应用最为广泛、最受电气技术人员欢迎逻辑电路构成常开接点、常闭接点组合功能逻辑运算、算术运算、数据传送、变换与外部输出表达形式类似于继电器线路图一个接触器的启、停控制线路驱动一个逻辑线圈或功能指令块,2020/5/26,3,继电器线路图与梯形图有两个重要区别：1）继电器线路图为并行工作方式梯形图为串行工作方式2）继电器线路图中常开、常闭接点的数量有限梯形图中各类软器件用于内部编程的常开、常闭接点使用次数不受限制,2020/5/26,4,另外：在梯形图左右两侧的直线称为左右母线相当于继电器线路图中的左右电源线与左母线相连的控制线路通常是一个由常开、常闭接点组成的逻辑电路与右母线相连接的是输出线圈、其他各类软器件的逻辑线圈或功能指令块在梯形图中右母线有时也可以省略。,2020/5/26,5,二、指令语句表及其格式（语句表）是梯形图的一种派生语言类似于汇编语言但更简单表答助记符形式的各类指令语句来描述梯形图的逻辑运算、算术运算、数据传送与处理或程序执行中的某些特定功能基本格式操作码操作数与梯形图之间有着严格的一一对应关系特点是便于用户程序的输入、读出与修改,2020/5/26,6,MOV,X0X1Y0,Y0,示例：PLC梯形图,M100T0,Y0,K100,D10,0915,K123,2020/5/26,7,示例：指令语言表,2020/5/26,8,三、顺序功能图及其格式(SFC)近年国际电工协会（IEC）大力推广的新编程标准顺序功能图又称为功能表图或状态转移图原理将一个完整的控制过程分解为若干个阶段（状态）各阶段有不同的动作或其他各种控制内容阶段之间有一定的转换条件一旦条件满足就实现状态的自动转移上一阶段结束下一阶段动作开始直至完成整个过程的控制要求,2020/5/26,9,S21,S20,S2,M8002自动方式初始状态状态转移开始原始位置条件,夹具夹紧,Y0下降,X1下限位,T0K10,机械手自动方式下状态转移图(a),M8041M8044,SET,Y1,S22,T2上升,T0,S23,T3右移,X2上限位,1,2,2020/5/26,10,S25,夹具放松,T1K10,机械手自动方式下状态转移图(b),RST,Y1,S26,Y2上升,X1,S27,Y4右移,X4左限位,S24,Y0下限,X3右限位,1,2,T1,X2,2020/5/26,11,四、级式编程语言是类似功能图的图形编程语言沿用了梯形图编程方法在PLC内部开发了供编程使用的通用与专用编程元件和指令（状态元件、级式指令）,2020/5/26,12,110,级式语言图与语句表程序,S10转移目标,10,SG,转移条件,Y1,Y10,10,JMPS5,本级处理,2020/5/26,13,五、逻辑图(功能块图)编程语言是一种图形编程语言采用逻辑电路规定的“与”、“或”、“非”等逻辑图符号依控制顺序组合而成是国际电工协会（IEC）颁布的PLC编程语言之一,2020/5/26,14,Y30,逻辑符号图（功能块图）程序,X3X1X2,OR,NOT,AND,2020/5/26,15,六、高级编程语言中、大型PLC已采用BASICFORTRANPASCALC等高级语言的PLC专用编程语言,2020/5/26,16,第二节PLC的基本指令及其编程应用一、PLC的基本指令系统1、基本指令LD（取）、LDI（取反）OUT（输出）LD取用指定元件的常“开”触点；LDI取用指定元件的常“闭”触点。（起始取指令）OUT是线圈输出指令是程序执行的结果总是出现在一个逻辑行的末,2020/5/26,17,接点取用与线圈输出指令,2020/5/26,18,X1,LD、LDI、OUT指令的应用,X2,T2,027,Y1M101T2K20Y2,写母线相连驱动指令驱动（定时器）指令设定常数，延时设定2s与母线相连驱动指令,2020/5/26,19,X1,Warning：输出线圈重复使用的程序执行,Y3,X2,Y3Y4Y3,输出处理Y3=OFFY4=ON,输入处理X1=ONX2=OFF,1st2nd,2020/5/26,20,2、逻辑运算指令AND（与）ANI（与非）OR（“或”）ORI（“或非”）ANB（块“与”）ORB（块“或”）AND串联一个常“开”触点；ANI串联一个常“闭”触点。（“与”“与非”是单个触点的串联指令）,2020/5/26,21,逻辑运算指令,2020/5/26,22,X1,AND、ANI指令的应用,X4,Y5Y6Y7,串联常开接点串联常闭接点,X2,X3,X5,03,2020/5/26,23,X1,X4,Y5Y7Y6,X2,X3,X5,03,Warning：不推荐，需要用到栈命令,2020/5/26,24,OR并联一个常“开”触点；ORI并联一个常“闭”触点。（“或”“或非”是单个触点的串联指令）ANB、ORB是块“与”“或”指令用于程序块的串联或并联连接该指令无操作数。,2020/5/26,25,X1,OR、ORI指令的应用,M105,X3,04,Y1M100,并联接点并联接点,X2,M110,M100,X4,2020/5/26,26,X0,ORB指令的应用,X4,X1,Y5,X2,X3,X5,2020/5/26,27,X0,ANB指令的应用,X3,Y0,X2,X1,X4,2020/5/26,28,3、内部信息与器件状态处理指令MPS、MRD、MPP；LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF；PLS、PLF、SET、RSTMPS、MRD、MPP多重输出指令用于多重输出电路,2020/5/26,29,MPS指令将接点状态储存起来（进栈）MRD或MPP指令读出对于同一个接点状态MRD指令可以多次使用读出后栈内容不变各层内容也不移动MPP指令只能使用一次读出后栈内容消失（全零）MPS与MPP必须成对使用且连续使用应少于11次,注意,2020/5/26,30,信息与器件状态处理指令,2020/5/26,31,2020/5/26,32,X000,X001,X002,X006,X007,X010,栈存储器与多重输出指令的应用,X003,X004,X005,MPS,MPP,X011,X012,MPS,MRD,MRD,MPP,MRDMPSMPP,0714,123n,Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7,MPS,MPP,2020/5/26,33,X000,X001,Y0,X002,X005,X007,X010,一层栈电路,Y1,X003,X004,Y3,X006,Y2,X011,MPS,MRD,MPP,2020/5/26,34,X000,X001,Y0,X002,X004,X006,二层栈电路,Y1,X003,Y3,X005,Y2,MPS,MPP,MPS,MPP,MPP,MPS,2020/5/26,35,X001,X002,Y0,X003,四层栈电路,Y1,X004,MPS,MPS,MPP,MPP,MPS,MPS,Y2,Y3,MPP,X000,Y4,MPP,2020/5/26,36,X00,X01,M8000,LDP、LDF指令应用,M0,X02,M1,X00X01X02M0M1,一个扫描周期,一个扫描周期,一个扫描周期,2020/5/26,37,X00,X01,M8000,LDP、LDF指令的应用,M0,X02,M1,2020/5/26,38,PLS与PLF脉冲输出指令被操作元件的脉冲输出宽度为一个程序扫描周期PLS（上升沿微分）在信号的上升沿输出PLF（下降沿微分）在信号的下降沿输出PLS、PLF不能应用于输入继电器X、状态器S和特殊型辅助继电器M,注意,2020/5/26,39,2020/5/26,40,脉冲指令的用法：1）一组与LD、AND、OR指令相对应的脉冲式操作指令。触点只在操作元件有上升/下降沿时导通一个扫描一个周期2）PLS、PLF指令的软元件指定为辅助继电器（M）,2020/5/26,41,X000,M0,M0,PLS,X001,M1,Y000,RST,Y000,SET,M1,PLF,X000X001M0M1Y000,一个扫描周期,一个扫描周期,PLS、PLF指令的应用,注意：LDPX0OUTM0与LDX0PLSM0功能是一样的,2020/5/26,42,置位与复位指令SET（置位）RST（复位）应用:SET、RST对位元件操作时必须成对使用对同一元件可以多次使用SET与RST指令指令顺序可任意状态决定于程序最后的执行结果,2020/5/26,43,2020/5/26,44,X000,SET,Y000,X001,RST,Y000,X002,SET,M0,X003,RST,M0,X004,SET,S0,X005,RST,S0,X006,RST,D0,X0,X1,Y0,SET、RST指令应用于位元件,2020/5/26,45,RST指令可单独应用于T、C、D、V、Z等字元件的清零当X0接通时T246复位当前值清0其触头复位X1接通期间T246对1ms时钟脉冲计数累积计数到1234时Y0动作32位双向计数器根据M8200状态对X4端子输入脉冲进行加计数（M8200状态为0）或减计数（X2接通M8200置1）当计数值达到D1、D0所存的设定值时C200线圈置位，Y1置1，当X3接通C200复位当前值清零，Y1值0。,2020/5/26,46,X000,T246,X001,RST,T246,X002,X003,C200,X004,RST,C200,T246K1234Y000M8200C200D0Y001,RST指令应用于T、C,2020/5/26,47,4、程序处理指令NOP,INV(取反)ENDMC（进主控）MCR（出主控）应用用于程序修改，结束。,程序处理指令,2020/5/26,48,说明:1、在编程序过程中，放进NOP指令在程序更改时使步序号码变更少。2、若将LD、LDI、ANB、ORB指令改为NOP则梯形图的构成将发生很大变化。3、END防止程序结束后，还继续执行无用的空操作。4、END分段调试程序时放在每一段的结束，可实现分段调试。,2020/5/26,49,主控与主控复位指令MC（进主控）MCR（出主控）应用用于公共串联触点的连接；,程序处理指令,2020/5/26,50,注意：1、当M100ON则执行MCMCR中的所有程序；2、MCMCR中非积算定时器、OUT驱动的元件复位；3、MCMCR中积算定时器、计数器、SET/RST指令驱动的元件保持当前状态；4、MC可以嵌套使用嵌套级N的编号按07顺次增大返回时用MCR从N大到小逐级解除；5、特殊用途辅助继电器不能用作MC操作元件；6、MC、MCR要同时使用。,2020/5/26,51,M100,X001,X002,X003,N0,X000,MC,N0,M100,MCR,N0,MC、MCR指令应用,Y000,Y001,Y002,2020/5/26,52,Exercise1,2020/5/26,53,PLC的基本指令的编程应用,一、延时断开电路,Y0,X0,Y0,X0,T0,K50,T0,Y0,输入条件X0为ON，输出Y为ON；当输入从ON到OFF时，输出Y0延时一段时间5s才断开,2020/5/26,54,二、定时器延时扩展电路,X0,T0,K1000,T0,T1,K2000,T1,Y0,（一）,2020/5/26,55,X1,T1,K100,T1,C1,K100,C1,Y0,（二）,T1,C1,RST,X2,2020/5/26,56,三、异步电动机单向运转控制电路,PLC,COM,COM,X0,X1,Y0,SB1,SB2,KM,220V,X0,Y0,Y0,X1,2020/5/26,57,PLC,四、异步电动机可逆运行控制互锁电路,COM,COM,X0,X1,Y0,SB1,SB2,KM1,220V,X0,Y0,Y0,X2,X2,SB3,Y1,KM2,KM1,KM2,FR,Y1,X1,X1,Y0,Y1,X2,Y0,X0,2020/5/26,58,五、两台电动机分时启动的基本延时电路,X1,Y1,Y1,X2,T0,Y2,Y2,X2,T0,K100,两台电动机，一台启动10s后第二台起动，共同运行后一起停止。,2020/5/26,59,六、分频电路,X0,M100,Y0,M100,Y0,Y0,M100,PLS,2020/5/26,60,七、编制一个用户程序，控制交流电动机M1、M2的启/停运行。其控制要求是：1）M1启动40s后方允许M2启动；2）M2停止运行30s后，方允许M1停止运行。,2020/5/26,61,SB1SB2SB3SB4,PLC的I/O端口接线,KM1,X0Y0X1Y1PLCX2X3COMCOM,FU,FR1,FR2,KM2,2020/5/26,62,M0,T0K400,X000,SET,Y0,END,SET,M0,T0X002,SET,Y1,RST,M0,M1,T1K300,X003,RST,Y1,SET,M1,T1X001,RST,Y0,RST,M1,2020/5/26,63,八、自动台车控制电路,SQ2（X2）,SQ1（X1）,SQ3（X3）,Y1,Y2,SB(X0),2020/5/26,64,九、抢答装置电路,5个队参加抢答比赛，设有主持人总台及5个参赛队分台。总台有台灯及音响、总台开始及复位按钮。分台装有分台灯及分台抢答按钮。各队抢答必须在主持人给出题目，说了“开始”并同时按下开始控制按钮的10s内进行，如提前，抢答器将报出“违例”信号，10s时间到，还无人抢答，抢答器将给出应答时间到信号，该题作废。在有人应答的情况下，抢得答题的队必须在30s内完成答题。如30s内还没答完，则作答题超时处理。灯光及音响信号设置是按控制要求这样安排的：音响及某队台灯满足条件属正常抢答成功。音响及某队台灯加主持人指示灯都满足条件属违例。音响及主持人指示灯满足条件属无人应答及答题超时。在一轮题目抢答终了后，主持人按下复位按钮，抢答器回复原始状态，为第二轮抢答做好准备。,2020/5/26,65,2020/5/26,66,绿灯亮25s,南北向,东西向,红灯亮30s,南北向,东西向,黄灯2s,红灯亮30s,绿灯亮25s,黄灯2s,绿灯亮,红灯亮,Y0Y1Y2,Y3Y4Y5,十、交通信号灯控制电路,2020/5/26,67,第三节PLC的步进指令及其编程应用梯形图编程：采用编程软器件接点的逻辑组合去完成一个多条件、多因素的复杂顺序控制用户程序的设计往往存在一定困难不仅要有经验而且所设计的梯形图难画、难懂、调试困难,2020/5/26,68,SFC编程方式：具有直观、简易的特点且程序调试极为方便特别适合于复杂的顺序控制系统的用户程序设计FX2系列PLC的SFC编程方式：它具有两条步进指令还配置较多的SFC基本编程软器件状态器,2020/5/26,69,一、状态转移图及其格式SFC编程的思路将一个完整的控制过程分解为若干个阶段每一阶段构成一种状态各个状态有不同的控制内容状态之间有一定的转换条件用一个方框表示一种状态方框右侧梯形图表示该状态的控制内容,2020/5/26,70,状态转移及其等效梯形与语句表,S21,X2,SET,S22,S22,S20,S21,X1,Y1,X2,SET,S20,M1,SET,Y1,SET,S21,X1,X0,M1,Y0Y2,Y3,Y0Y2Y3,S22,2020/5/26,71,例如当S20置位时Y0和Y2分别置1M1闭合时Y1也为1各状态之间的垂直短线上的控制线路表示状态转移条件例如：当X1=1时S20状态就转移到S21即S20置0、S21置1此时控制内容随之变化Y0、Y2均为0，Y1仍为1，Y3为1,2020/5/26,72,二、步进指令STL（步进开始）RET（步进结束）应用目前PLC应用中较多采用SFC编程语言。特点直观、简单；可使工作效率大为提高，程序调试方便。与梯形图相比对于完成一个多条件、多因素的复杂顺序控制程序设计存在一定困难，不仅要有经验，而且梯形图程序难读、难懂。,2020/5/26,73,说明：1）STL步进开始操作元件是状态器S。STL由此符号表示。SET设置一个状态后，则另一个状态复位。2）RET步进结束无操作目标元件在一系列STL后必须使用RET表示步进结束。3）步进顺序控制指令可以有多种方式表示多条件可选择的分支汇合状态转移方式。表示同一条件多顺序分支并行分支汇合状态转移方式。,2020/5/26,74,M8002,END,Y1,STL、RET指令的应用,SET,S0,S0,X000,SET,S20,S20,X001,SET,S21,Y2,S21,X002,SET,S22,Y3,S22,X003,SET,S23,Y4,S23,X004,RET,S20,S0,S20,Y1,S21,Y2,X0,X1,S22,Y3,S23,Y4,X2,X3,X4,M8002,启动按钮,初始脉冲,STL,X5,X5,X005,X004,S0,X005,2020/5/26,75,STL、RET指令的应用,2020/5/26,76,SFC编程方法1、SFC编程方法：单回路SFC的编程方法适用单流程顺序控制图中初始状态通常采用S0S9中的某一个状态器在启动运行之初先用初始化脉冲或其他条件使S0置1然后采用从S20开始的一系列状态器并逐一使用STL指令进入步进控制状态最后使用RET使控制过程进入自动循环或者使状态回复到初态而停止运行,2020/5/26,77,2、选择性分支与汇合SFC的编程方法当某一状态有多个转移条件且这些条件又不会同时出现例如某自动生产线的PLC程序要求有手动、步进、单循环及自动等不同运行方式时,可通过控制面板上的一个多档位主令开关SA示需要进行选择编程方法可采用下图所示状态转移图方式。当S20状态为1时输出线圈Y0为1，此时X11、X12、X13或X14中的任一个为1（对应手动、单步、循环和自动方式输入）将S20和Y0置0S21、S31、S41或S51中对应输入为1的那个状态器就置1为避免出现两条或两条以上支路同时运行可采用转移条件之间的互锁即将各X11、X12、X13和X14常闭接点作为转移条件之一串联在其他支路中,2020/5/26,78,（1）选择分支的用户程序,X10,S20,Y0,X11,S21,X12,S31,X14,S51,X13,S41,2020/5/26,79,（2）各分支汇合SFC的编程方法该4条分支分别编制到S26、S37、S48、S59并同时汇合到S60用户程序如图所示,各分支汇合的用户程序,X36,S37,X25,S26,X43,S48,X51,S59,S60,Y1,2020/5/26,80,3、并行分支与汇合SFC的编程方法（1）并行分支SFC的编程方法某一状态器转移条件满足时，需要将该状态同时转移到若干个相独立的分支使这些分支程序同时运行。如下图所示的并行分支程序a）S20为1时，Y0置1b）转移条件X11为1时，S20和Y0都由1变成0，S21、S31和S41同时为1，3条并联支路程序同时运行。,2020/5/26,81,并行分支的用户程序,2020/5/26,82,(2)并行分支汇合的SFC编程若上述3条并行分支的程序分别编制到S27、S38、S49，各分支程序运行结束需