第六单元程序控制类应用指令

,第六单元程序控制类应用指令,任务一跳转程序,任务二子程序,任务三循环程序,任务四外部中断子程序,任务五定时中断子程序,任务六高速计数器,任务一跳转程序,一、任务提出为了提高设备的可靠性，在工业控制中许多设备要建立自动及手动两种工作方式。这就要在程序中编排两段程序，一段用于手动，一段用于自动。然后设立一个手动自动切换开关对程序段进行选择。梯形图一般采用如图6-1所示的结构。X10是自动手动切换开关，当它为ON时将跳过自动程序，执行手动程序，为OFF时将跳过手动程序，执行自动程序。公用程序用于自动程序和手动程序相互切换的处理，自动程序和手动程序都需要完成的任务也可以用公用程序来处理。,图6-1自动手动程序切换,二、原理分析跳转指令CJ可用来选择执行一定的程序段，跳过暂且不执行的程序段，缩短了扫描周期。如图6-2所示，若X0接通，则跳到标号为P8的程序处执行。X0断开时，不执行跳转指令，顺序往下执行。,图6-2跳转程序梯形图,表6-1给出了图6-2中跳转发生前后相关器件状态发生变化对程序执行结果的影响。表6-1跳转对元器件状态的影响,1被跳过的程序段中的输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S由于该段程序不再执行，即使梯形图中涉及的工作条件发生变化，它们的工作状态将保持跳转发生前的状态不变。2被跳过的程序段中的定时器及计数器，无论其是否具有掉电保持功能，由于相关程序停止执行，它们的当前值寄存器被锁定，跳转发生后其定时值、计数值保持不变，在跳转中止，程序接续执行时，定时计数将继续进行。另外，定时、计数器的复位指令具有优先权，即使复位指令位于被跳过的程序段中，执行条件满足时，复位工作也将执行。,三、知识链接1编程元件跳转指针（P）FX2N的指针P有128点(P0P127)，用于分支和跳转程序。指针P使用时要注意：在梯形图中，指针放在左侧母线的左边，一个指针只能出现一次，如出现两次或两次以上，就会出错。多条跳转指令可以使用相同的指针。P63是END所在的步序，在程序中不需要设置P63。,2跳转指令（CJ）跳转指令CJ执行时，PLC将不再扫描执行跳转指令与跳转指针P间的程序，即跳到以指针P为入口的程序段中执行。使用跳转指令要注意：(1)跳转指令具有选择程序段的功能。在同一程序中位于不同程序段的程序不会被同时执行，所以不同程序段中的同一线圈不被视为双线圈。(2)可以有多条跳转指令使用同一指针。(3)指针一般设在相关的跳转指令之后，也可以设在跳转指令之前。但要注意从程序执行顺序来看，如果由于指针在前造成该程序的执行时间超过了警戒时钟设定值，则程序就会出错。(4)使用CJ(P)指令时，跳转只执行一个扫描周期，但若用辅助继电器M8000作为跳转指令的工作条件，跳转就成为无条件跳转。(5)跳转与主控区的关系。(6)在编写跳转程序的指令表时，指针需占一行。,3主程序结束指令FENDFEND为主程序结束指令，FEND指令与END指令一样，进行输出、输入处理、监视定时器刷新，再返回0步的程序。四、任务实施为了更好地观察跳转指令，本任务实施图6-5的程序。1将两个带自锁的按钮分别连接到PLC的X0、X1，输出用指示灯代替，并连接PLC的电源，确保接线无误。2输入图6-2的梯形图，检查无误后运行程序。3按下X0输入按钮，观察输出继电器Y0Y3的状态有无变化，理解跳转指令。4按下X1输入按钮，观察输出继电器Y0Y3的状态有无变化，理解跳转指令。,任务二子程序,一、任务提出化工企业经常要完成多液体物料的化合工作，需要完成物料的比例投入及送出以及化合炉的温度控制工作。物料的比例投入和化合物的送出可通过特定的运算结果再控制相关阀门的开度实现。温度控制使用加温及降温设备，而温度需维持在一个区间内。二、原理分析在利用PLC实现控制时，常常将以运算为主的程序内容做为主程序。将加温及降温等逻辑控制为主的程序作为子程序。程序结构如图6-6所示。其中X1为上限位温度传感器、X2为下限位温度传感器，X1为ON时，调用降温控制子程序，X2为ON时，调用升温控制子程序。,图6-6子程序结构示意图,三、知识链接1子程序调用指令（CALL）子程序调用指令CALL是为一些特定的控制目的编制的相对独立的程序。为了区别于主程序，规定在程序编排时，将主程序写在前边，以FEND指令结束主程序，子程序写在FEND后边，当主程序带有多个子程序时，子程序可依次列在主程序结束指令FEND之后。子程序调用指令CALL安排在主程序段中。如图6-6所示。2子程序返回指令（SRET）子程序返回指令SRET是不需要驱动触点的单独指令。子程序的范围从它的指针标号开始，到SRET指令结束。每当程序执行到子程序调用指令CALL时，都转去执行相应的子程序，遇到SRET指令即返回原断点继续执行原程序。子程序可以实现五级嵌套。图6-7是一级嵌套的例子。,图6-7子程序嵌套结构示意图,四、任务实施1将两个带自锁的按钮分别连接到PLC的X1、X2，输出用指示灯代替，并连接PLC的电源，确保接线无误。2输入图6-8的梯形图，检查无误后运行程序。3按下X1输入按钮，观察输出继电器Y1和Y2的状态有无变化，理解子程序。4按下X2输入按钮，观察输出继电器Y1和Y2的状态有无变化，理解子程序。,图6-8子程序实施梯形图,任务三循环程序,一、任务提出在进行数据处理时，经常要求从某一批数据中找出一些有特征值的数据来，例如找出存储在D0D9内的数据中的最大值，存储到D10。二、原理分析本任务用循环指令实现，设计出的梯形图如图6-9所示。,图6-9求最大值程序,三、知识链接循环指令由FOR及NEXT二条指令构成，这二条指令总是成对出现的。如梯形图6-10所示，三条FOR指令和三条NEXT指令相互对应。图6-10是三级循环嵌套的情况。从图中还可看出，每一对FOR指令和NEXT指令间的程序就是执行过程中需按一定的次数进行循环的部分。循环的次数由FOR指令后的源数据给出。该程序最中心的循环内容为向数据存储器D100中加1，它一共执行了223=12次。,图6-10循环指令说明,四、任务实施1连接PLC的电源，确保接线无误。输入图6-9的梯形图，检查无误。2设置D0D9的值分别为K10、K5、K100、K40、K30、K20、K318、K9、K123、K56，运行程序，观察Y17Y0的指示是否为0000000100111110（即K318）。3改变D0D9的设置，再调试程序。4修改程序，将它变为求最小值的程序，并调试。,任务四外部中断子程序,一、任务提出在日常生活和工作中经常碰到这种情况：正在做某项工作时，有一件更重要的事情要马上处理，这时候必须暂停正在做的工作，处理这一紧急事务，等处理完这一紧急事务，继续完成刚才暂停的工作，PLC也有这样的工作方式，称为中断。中断是指在主程序的执行过程中，中断主程序的执行去执行中断子程序，执行完中断子程序后再回到刚才中断的主程序处继续执行，中断不受PLC扫描工作方式的影响，使PLC能迅速响应中断事件。和前边所谈到过的子程序一样，中断子程序也是为某些特定的控制功能而设定的。和普通子程序不同的是，这些特定的控制功能都有一个共同的特点，即要求响应时间小于机器的扫描周期。因而，中断子程序都不能由程序内安排的条件引出。能引起中断的信号叫中断源，FX2N系列可编程序控制器有三类中断源，即外部中断、定时器中断和高速计数器中断。本任务分析外部中断。,二、原理分析图6-12是一个带有外部中断子程序的梯形图。在主程序段程序执行中，特殊辅助继电器M8050为零时，标号为I001的中断子程序允许执行。该中断在输入口X0送入上升沿信号时执行。上升沿信号出现一次该中断执行一次。执行完毕后即返回主程序。本中断子程序完成的功能是M8013驱动输出继电器Y11工作。作为执行结果的输出继电器Y11的状态，取决于X0出现上升沿时M8013秒时钟脉冲的状态。即M8013置1则Y11置l，否则Y11置0。,图6-12外部中断子程序梯形图,三、知识链接1编程元件中断指针I中断指针I用来指明某一中断源的中断程序入口指针，执行到IRET(中断返回)指令时返回主程序。中断指针I应在FEND指令之后使用。外部输入中断从输入端子送入，用于机外突发随机事件引起的中断。图6-13给出了外部输入中断指针编号的意义，输入中断指针为I0，最高位与X0X5的元件号相对应，即输入号分别为05(从X0X5输入)，最低位为中断信号的形式，为0时表示下降沿中断，反之为上升沿中断。例如中断指针I001之后的中断程序在输入信号X0的上升沿时执行。,图6-13外部中断指针编号含义,2与中断有关的指令与中断有关的指令有中断返回指令IRET、允许中断指令EI和禁止中断指令DI，均无操作数。PLC通常处于禁止中断的状态，指令EI和DI之间的程序段为允许中断的区间，当程序执行到该区间时，如果中断源产生中断，CPU将停止执行当前的程序，转去执行相应的中断子程序，执行到中断子程序中的IRET指令时，返回原断点，继续执行原来的程序。中断程序从它惟一的中断指针开始，到第一条IRET指令结束。中断程序应放在FEND指令之后，IRET指令只能在中断程序中使用，中断程序的结构如图6-14所示。特殊辅助继电器M805为ON时(=08)，禁止执行相应的中断I口口(口口是与中断有关的数字)。例如M8050为ON时，禁止执行相应的中断I000和I001。M8059为ON时，关闭所有的计数器中断。,图6-14中断程序结构,由于中断的控制是脱离于程序的扫描执行机制的，多个突发事件同时出现时必须有个处理秩序，这就是中断优先权。中断优先权按中断号的大小决定，号数小的中断优先权高。由于外部中断号整体上高于定时器中断。即外部中断的优先权较高。执行一个中断子程序时，其他中断被禁止，在中断子程序中编入EI和DI，可实现双重中断，只允许两级中断嵌套。一次中断请求，中断程序一般仅能执行一次。如果中断信号在禁止中断区间出现，该中断信号被储存，并在EI指令之后响应该中断。不需要关闭中断时，只使用EI指令，可以不使用DI指令。中断输入信号的脉冲宽度应大于200s，选择了输入中断时，其硬件输入滤波器自动地复位为50us(通常为10ms)。直接高速输入可用于“捕获”窄脉冲信号。FX系列PLC需要用EI指令来激活X0X5的脉冲捕获功能，捕获的脉冲状态存放在M8170M8175中。接收到脉冲后，相应的特殊辅助继电器M变为ON，可用捕获的脉冲来触发某些操作。如果输入元件已用于其他高速功能，脉冲捕获功能将被禁止。,四、任务实施1用一个按钮接到X0模拟外部中断信号，用另一个带自锁的按钮接到X20模拟外部中断禁止信号，输出用指示灯代替，并连接PLC的电源，确保无误。2输入图6-12的梯形图，检查无误后运行程序。3先按下X20，再按X0，观察输出继电器Y10、Y11的状态有无变化，判断有无中断。4再按一下X20，解除M8050的禁止中断后，再按X0，观察输出继电器Y10、Y11的状态有无变化，判断有无中断。,任务五定时中断子程序,一、任务提出在电动机等设备的软启动控制中经常要用到斜坡信号，FX系列可编程序控制器的斜坡输出指令是用于产生线性变化的模拟量输出的指令，使用定时中断实现。二、原理分析斜坡信号发生电路的梯形图如图6-15所示，其中指针I610是定时中断入口地址，RAMP指令为斜坡输出指令。RAMP指令源操作数D1为斜坡初值，D2为斜坡终值，D3为斜坡数据的当前值，辅助操作数K1000为从初值到终值需经过的指令操作次数。该指令如不采取中断控制方式，从初值到终值的时间及变化速率要受到扫描周期的影响。而如图6-15所示使用指针I610的定时中断程序，D3中数值的变化时间及变化的线性就有了保障。,图6-15斜坡信号发生电路的梯形图,三、知识链接1定时中断入口FX2N和FX2NC系列有3点定时中断，如图6-16所示。中断指针为I6口口I8口口，低两位是以ms为单位的定时时间。定时中断使PLC以指定的周期定时执行中断子程序，循环处理某些任务，处理时间不受PLC扫描周期的影响。定时中断是机内中断，使用定时器引出，多用于周期性工作场合。用特殊辅助继电器M8056M8058来实现中断的选择，当这些辅助继电器通过控制信号被置l时，其对应的中断被封锁。,图6-16定时中断指针,如图6-17所示为一段试验性质的定时中断子程序。中断指针I610是中断号为6，时间周期为l0ms的定时器中断，从梯形图的内容来看，每执行一次中断程序数据存储器D0中数据加1，当加到1000时使Y2置1，为了验证中断程序执行的正确性，在主程序段中设有定时器T0，设定值为100，并用此定时器控制输出口Y1，这样当X20由ON至OFF并经历10s后，Y1及Y2应同时置1。,图6-17定时中断子程序,2监控定时器指令（WDT）监控定时器指令WDT无操作数。在执行FEND和END指令时，监控定时器被刷新(复位)，PLC正常工作时扫描周期(从0步到FEND或END指令的执行时间)小于它的定时时间。如果强烈的外部干扰使PLC偏离正常的程序执行路线，监控定时器不再被复位，定时时间到时，PLC将停止运行，它上面的CPUE发光二极管亮。监控定时器定时时间的缺省值为200ms，可通过修改D8000来设定它的定时时间。如果扫描周期大于它的定时时间，可将WDT指令插入到合适的程序步中刷新监控定时器，如图6-18所示，将240ms的程序一分为二并在它们中间给WDT指令编程，则前半部分和后半部分都在200ms以下。,图6-18WDT指令插入到程序步中刷新监控定时器,3斜坡指令（RAMP）斜坡指令RAMP如图6-19所示，预先把所定的初值与终值写入D1、D2，当X0为ON时，D3的内容从Dl的值到D2的值慢慢变化。其移动次数为n次，D4存入扫描次数。此指令形成的斜坡信号如图6-20所示。,图6-19斜坡指令说明,图6-20斜坡信号,如果把所定的扫描时间（稍长于程序实际扫描时间）写到D8039，并驱动M8039，可编程控制器为恒扫描运行模式。例如所定的扫描时间在20ms时，在上例中以100020ms=20秒的时间将（D3）值由（D1）向（D2）变化。M8026是斜坡指令保持方式，它的作用可用图6-21表示。,图6-21M8026在RAMP指令中的作用,4程序结构常用的程序结构类型有以下几种。简单结构简单结构也叫作线性结构，指令按照顺序写下来，执行时也是按照顺序运行下去。程序中也会分一些段，简单结构的特点是每个扫描周期中每一条指令都要被扫描。有跳转及循环的简单结构按照控制要求，程序需要有选择地执行时要用到跳转指令如自动、手动程序段的选择，初始化程序段和工作程序段的选择。这时在某个扫描周期中就不一定全部指令被扫描了，而是有选择的，被跳过的指令不被扫描。循环可以看做是相反方向的选择，当多次执行某段程序时，其他程序就相当于被跳过。组织模块式结构虽然有跨越及反复、有跳越及循环的简单程序从程序结构来说仍旧是纵向结构。而组织模块式结构的程序则存在并列结构。组织模块式程序可分为组织块、功能块、数据块。组织块专门解决程序流程问题，常作为主程序。功能块则独立地解决局部的，单一的功能，相当于一个个的子程序。数据块则是程序所需的各种数据的集合。在这里，多个功能块和多个数据块相对组织块来说是并列的程序块。前边讨论过的子程序指令及中断程序指令常用来编制组织模块式结构的程序。,四、任务实施1将输入按钮连接到X0，并连接PLC的电源，确保无误。2输入图6-17的梯形图，检查无误后运行程序。3按下输入按钮，观察D1D4中的数值，尤其是D3中数值的变化。,任务六高速计数器,一、任务提出普通计数器的工作受扫描频率的限制，只能对低于扫描频率的信号计数。这在许多工业控制场合是不能满足要求的。在工业控制中，许多物理量都可以转变为脉冲列。当信号的量值发生变化时，它所转变的脉冲列的频率发生变化。比如，用光电编码器可以将转速变换为频率信号，速度越高，单位时间中脉冲数就越多。用压频器件将电压变为脉冲信号，然后用计数器统计每秒中接收到的脉冲数，再经过一定的当量运算求出对应的电压值。这种由其他物理量转化成的频率信号一般高于扫描频率，能达到数千赫兹，这时普通计数器不能胜任这种计数工作。高速计数器便应运而生了。,二、原理分析如图6-22a所示为高速计数器控制电动机的启动、高速、低速、停止运行的时序，如图6-22b所示为梯形图，电动机启动前，使Y10Y12和C251均复位，由于HSZ指令在计数脉冲输入时驱动比较结果输出，因此，即使C251的当前值为0，启动时Y10也会变为OFF。因此，为使Y10启动时为ON，使用ZCP指令，通过只在启动时的脉冲，比较C251的当前值和K1000、K1200，来驱动Y10。这利用了即使ZCP指令为OFF，比较结果仍被保留这一特点。,图6-22高速计数器控制电动机运行,三、知识链接1高速计数器FX2N系列PLC设有C235C255共21点高速计数器。它们共享8个高速计数器输入口(X0X7)。使用某个高速计数器时可能要同时使用多个输入口，而这些输入口又不能被多个高速计数器重复使用。FX2N系列PLC的高速计数器分类见表6-2。表6-2FX2N系列可编程高速计数器,表中：U表示增计数输入，D表示减计数输入，A表示A相输入，B表示B相输入，R表示复位输入，S表示启动输入。,表6-2FX2N系列可编程高速计数器,表中：U表示增计数输入，D表示减计数输入，A表示A相输入，B表示B相输入，R表示复位输入，S表示启动输入。,一相无启动复位端子一相无启动复位端高速计数器C235C240，共6点。它们的计数方式及触点动作与普通32位计数器相同。作增计数时，当计数值达到设定值时，触点动作并保持，做减计数时，到达计数值则复位。其计数方向取决于计数方向标志继电器M8235M8240。M后三位为对应的计数器号。图6-23为一相无启动复位高速计数器工作的梯形图。这类计数器只有一个脉冲输入端。图中计数器为C235，其输入端为X0。图中X12为C235的启动信号，这是由程序安排的启动信号。X10为由程序安排的计数方向选择信号，接通时为减计数，相反，X10断开时为增计数。（程序中无辅助继电器M8235相关程序时，机器默认为增计数）X11为复位信号，当X11接通时，执行复位。Y10为计数器C235的控制对象。,图6-23一相无启动复位端高速计数器,一相带启动复位端子一相带启动复位端的高速计数器C241C245，共5点，这些计数器较一相无启动复位型的高速计数器增加了外部启动和外部复位控制端子，它们的梯形图的结构是一样的。如图6-24所示。需注意的是，X7端子上送入的外启动信号只有在X15接通，计数器C245被选中时才有效。而X3及X14二个复位信号则并行有效。,图6-24一相带启动复位端高速计数器,一相双输入型一相双输入型高速计数器C246C250，共5点。一相双输入高速计数器有二个外部计数输入端子。一个端子上送入的计数脉冲为增计数，另一个端子上送入的为减计数。图6-25所示为高速计数器C246的信号连接情况及梯形图。X0及X1分别为C246的增计数输入端及减计数输入端。C246是通过程序安排启动及复位条件的，如图中的X11及X10。也有的一相双输入计数器还带有外复位及外启动端。如高速计数器C250，图6-26是C250的端子情况图。图中X5及X7分别为外启动及外复位端。它们的工作情况和一相带启动复位端计数器的相应端子相同。,图6-25一相双输入型高速计数器,图6-26一相双输入带复位/启动端高速计数器,二相AB相型二相AB相型高速计数器C251C255，共5点。二相AB相型高速计数器的二个脉冲输入端子是同时工作的，外计数方向控制方式由二相脉冲间的相位决定。如图6-27所示，当A相信号为1且B相信号为上升沿时为增计数，B相信号为下降沿时为减计数。其余功能与一相双输入型相同。,图6-27二相AB相型高速计数器,需要说明的是，带有外计数方向控制端的高速计数器也配有编号相对应的特殊辅助继电器，只是它们没有控制功能只有指示功能。,高速计数器的频率总和频率总和指同时在PLC输入端口上出现的所有信号的最大频率之和。高速计数器采取中断方式工作，它受机器中断处理能力的限制。使用高速计数器，特别是一次使用多个高速计数，要注意高速计数器的频率总和。以FX2N系列机为例，最大频率总和不得超过20kHz。安排高速计数器的工作频率时需考虑二个问题。一是各输入端的响应速度，受硬件限制，只使用一个计数器时，各输入端的最高响应频率：X0、X2、X3的最高频率为10kHz，X1、X4、X5的最高频率为7kHz。二是被选用的计数器及其工作方式，一相型高速计数器无论是增计数还是减计数，都只需一个输入端送入脉冲信号。一相双输入型高速计数器在工作时，如已确定为增计数或为减计数，情况和一相型类似。如增计数脉冲和减计数脉冲同时存在时，同一计数器所占用的工作频率应为二相信号频率之和。二相AB相型高速计数器工作时不但要接收二路脉冲信号，还需同时完成对二路脉冲的解码工作，有关技术手册规定，其每相的计数频率不得高于2kHz。且在计算总的频率和时，要将它们的工作频率乘以4。,高速计数器的二种使用方式高速计数器是实现数值控制的一种设备。使用的目的是通过高速计数器的计数值控制其他器件的工作状态。这有二种方法。一是和普通计数器一样，通过计数器本身的触点在计数器达到设定值时动作并完成控制任务。如图6-24所示，