第3章_PLC程序设计基础.ppt

第3章PLC程序设计基础,目录,3.1PLC程序设计语言与程序结构3.2存储器的数据类型与寻址方式3.3基本位逻辑指令3.4定时器与计数器指令,3.1PLC程序设计语言与程序结构,PLC编程语言国际标准(IEC61131-3):梯形图结构文本顺序功能流程图功能块图指令表,1.梯形图（LadderDiagram）程序设计语言,LAD图形指令有3个基本形式：触点、线圈、指令盒,2.语句表（StatementList）程序设计语言,语句表(STL)程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。语句表程序设计语言具有下列特点:(1)采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点；(2)在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；(3)用编程软件可以将语句表与梯形图可以相互转换。,3.顺序功能流程图（SepuentialFunctionChart）程序设计,顺序功能流程图(SFC)程序设计是近年来发展起来的一种程序设计。采用顺序功能流程图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。顺序功能流程图的主要元素是步、转移、转移条件和动作。,顺序功能流程图程序设计的特点是：,（1）以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通；（2）对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间；（3）常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合；（4）只有在活动步的命令和操作被执行，才对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间要大大缩短。,4.功能块图（FunctionBlockDiagram）程序设计语言,功能块图(FB)程序设计语言是采用逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。功能块图指令由输入、输出段及逻辑关系函数组成。流动。,5.结构文本(StructuredText),结构文本(ST)是为IEC1131-3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。,3.2存储器的数据类型与寻址方式,数据存储类型,在计算机中使用的都是二进制数，其最基本的存储单位是位(bit)，8位二进制数组成1个字节(Byte)，其中的第0位为最低位(LSB)，第7位为最高位(MSB)。两个字节（16位）组成1个字(Word)，两个字（32位）组成1个双字（Doubleword）。,编址方式,1.位编址位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号位号，如I0.0；Q0.0；I1.2。2.字节编址字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号），如IB0表示由I0.0I0.7这8位组成的字节。3.字编址字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。4.双字编址双字编址的指定方式为：（区域标志符）D（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。,1.输入映像寄存器（I）,（1）输入映像寄存器的工作原理输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。PLC中的“继电器”与继电器控制系统中的继电器有本质性的差别，是“软继电器”，它实质是存储单元（2）输入映像寄存器的地址分配S7-200输入映像寄存器区域有IB0IB15共16个字节的存储单元。系统对输入映像寄存器是以字节（8位）为单位进行地址分配的,2.输出映像寄存器（Q）,（1）输出映像寄存器的工作原理,“输出继电器”是用来将输出信号传送到负载的接口，每一个“输出继电器”线圈都与相应的PLC输出相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使用（2）输出映像寄存器的地址分配,S7-200输出映像寄存器区域有QB0QB15共16个字节的存储单元。系统对输出映像寄存器也是以字节（8位）为单位进行地址分配的,3.变量存储器(V),变量存储器主要用于存储变量。可以存放数据运算的中间运算结果或设置参数，在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。变量存储器可以是位寻址，也可按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222为V0.0V2047.7共2KB存储容量，CPU224/226为V0.0V5119.7共5KB存储容量。,4.内部标志位存储器（中间继电器）M,内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器，内部标志位存储器在PLC中没有输入/输出端与之对应，其线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动，其触点不能直接驱动外部负载，只能在程序内部驱动输出继电器的线圈，再用输出继电器的触点去驱动外部负载。,5.特殊标志位存储器SM,PLC中还有若干特殊标志位存储器,特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，用来在CPU和用户程序之间交换信息，特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取，CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0SM179.7共180个字节。其中SM0.0SM29.7的30个字节为只读型区域。,6.局部变量存储器L,局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。,7.定时器T,PLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。其设定时间由程序设置。,8.计数器C,计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定值由程序赋予。,9.高速计数器HC,一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不能太高。而高速计数器可用来累计比CPU的扫描速度更快的事件。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，且为只读值。,10.累加器AC,累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。CPU提供了4个32位的累加器，其地址编号为AC0AC3。累加器的可用长度为32位，可采用字节、字、双字的存取方式，按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字可以存取累加器全部的32位。,11.顺序控制继电器S（状态元件）,顺序控制继电器是使用步进顺序控制指令编程时的重要状态元件，通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图的编程。,12.模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）,S7-200的模拟量输入电路是将外部输入的模拟量信号转换成1个字长的数字量存入模拟量输入映像寄存器区域，区域标志符为AI。,常数,常数的表示方法与范围常数值可以是字节、字或双字，CPU以二进制方式存储常数，常数也可以用十进制、十六进制、ASCII码或浮点数形式来表示。实数字符串的格式字符串由若干个ASCII码字符组成，每个字符占一个字节。例:十进制常数：1234；十六进制常数：16#3AC6；二进制常数：2#1010000111100000ASCII码：“Show”；实数（浮点数）：+1.175495E-38（正数），-1.175495E-38（负数）,CPU存储器的范围与特性,详见表3-3和表3-4。,直接寻址,直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式，,间接寻址,间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址指针来存取存储器中的数据。在S7-200中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C（仅当前值）存储区进行间接寻址（1）使用间接寻址前，要先创建一指向该位置的指针。（2）指针建立好后，利用指针存取数据。,323直接寻址与间接寻址,1)直接寻址,直接寻址给出了存储器的区域、长度和位置，例如VW790指V存储区中的字，地址为790。可以用字节（B）、字（W）或双字（DW）方式存取V、I、Q、M、S和SM存储器区。例如VBl00表示以字节方式存取，VWl00表示存取VBl00、VB101组成的字，VDl00表示存取VBl00VBl03组成的双字。取代继电器控制的数字量（开关量）控制系统一般只用直接寻址。,返回,2)建立间接寻址的指针,S7-200CPU允许使用指针对下述存储区域进行间接寻址：I，Q，V，M，S，T(仅当前值)和C(仅当前值)。但不能对独立的位(Bit)或模拟量进行间接寻址。使用间接寻址之前，应创建一个指向该位置的指针。指针为双字值，用来存放另一个存储器的地址，只能用V、L或累加器AC1、AC2和AC3作指针。为了生成指针，必须用双字传送指令(MOVD)将某个位置的地址移入另一位置或累加器作为指针。指令的输入操作数开始处使用输出:上轻下重),可以反复使用“=”指令。,(4)A,AN的操作数:I,Q,M,SM,T,C,V,S.,3.触点并联指令：（OR），ON（ORNOT）,(1)定义,（OR）：并联连接常开触点。ON：并联连接常闭触点。,(2)指令格式,O,ON指令使用说明:,（1）O,ON指令可作为并联一个接点指令。紧接在LD,LDN指令之后用，即对其前面的LD,LDN指令所规定的触点并联一个触点,可以连续使用。,（2）若要将两个以上触点的串联回路与其他回路并联时,须采用OLD指令。,（3）O,ON操作数为:I,Q,M,SM,V,S,T,C。,4.逻辑环节（电路块）的串联指令ALD.,(1)定义,ALD(ndload):用于串联连接并联触点组成的电路块。,(2)指令格式,LAD,STL,电路块1,电路块2,ALD,ALD指令使用说明:,并联电路块与前面电路串联连接时,使用ALD指令。分支的起点用LD,LDN指令。并联电路结束后使用ALD指令与前面电路串联。,如果有多个并联电路块串联,顺次使用ALD指令与前面支路连接,支路数量没有限制。,ALD指令无操作数。,5.逻辑环节（电路块）的并联指令OLD.,（1）定义,OLD(ORload):用于并联连接串联触点组成的电路块。,（2）指令格式,OLD,OLD,STL,LDI0.0AI0.1,LDI0.2AI0.3,LDNI0.4AI0.5,=Q0.0,OLD,OLD,（3）OLD指令使用说明:,几个串联支路并联连接时,其支路的起点以LD,LDN开始,以OLD结束。,如需将多个支路并联,从第二条支路开始,在每一条支路后面加OLD指令,用这种方法编程,对并联支路数没有限制。,OLD指令没有操作数。,例题：起动保持停止电路（起保停电路）,LDI0.0,起动I0.0,停止I0.1,Q0.0,OQ0.0,ANI0.1,=Q0.0,0,1,0,1,例题：起动保持停止电路（起保停电路）,LDI0.0,起动I0.0,停止I0.1,Q0.0,OQ0.0,ANI0.1,=Q0.0,0,1,0,1,1,1,LDI0.0,起动I0.0,停止I0.1,Q0.0,OQ0.0,ANI0.1,=Q0.0,1,0,1,0,1,1,0,0,0,例题：起动保持停止电路（起保停电路）。,如果把停止按钮换为常闭按钮，同样完成“起保停”的控制功能，将如修改梯形图？,每一个传感器或开关输入对应一个PLC确定的输入点，每一个负载对应PLC一个确定的输出点。外部按钮一般用常开按钮。,输入“左重右轻”:把并联触点多的支路靠近最左端。,输出“上轻下重”:把串联触点多的支路放在下面。,输出线圈不能串联.,LDM0.0AT37ANT38=Q0.0,6.逻辑堆栈指令,S7-200系列采用模拟栈的结构，用于保存逻辑运算结果及断点的地址，称为逻辑堆栈。S7-200系列PLC中有一个9层的堆栈。,LD指令时，将指令指定的位地址中的二进制数据装载人栈顶。执行A(与)指令时，将指令指定的位地址中的二进制数和栈顶中的二进制数相“与”，结果存人栈顶。执行O(或)指令时，将指令指定的位地址中的二进制数和栈顶中的二进制数相“或”，结果存人栈顶。执行常闭触点对应的LDN，AN和ON指令时，取出指令指定的位地址中的二进制数据后，将它取反(0变为1，1变为0)，然后再做对应的装载、与、或操作。,OLD指令用逻辑“或”操作对堆栈第1层和第2层的数据相“或”，即将两个串联电路块并联，并将运算结果S2=S0+S1存人堆栈的顶部。ALD指令用逻辑“与”操作对堆栈第1层和第2层的数据相“与”，即将两个电路块串联，并将运算结果S4=S2S3存人堆栈的顶部。将电路块串并联时，每增加一个用LD或LDN指令开始的电路块的运算结果，堆栈中增加一个数据，堆栈深度加1，每执行一条ALD或0LD指令，堆栈深度减1。,执行前,执行后,S4=S2.S3,ALD（栈顶值与）,4)ALD(AndLoad)指令,ALD指令用逻辑“与”操作对堆栈第1层和第2层的数据相“与”，即将两个电路块串联，并将运算结果S4=S2S3存入堆栈的顶部(见图，图中x表示不确定的值)。将电路块串并联时，每增加一个用LD或LDN指令开始的电路块的运算结果，堆栈中增加一个数据，堆栈深度加1，每执行一条ALD或OLD指令，堆栈深度减1,OLD指令用逻辑“或”操作对堆栈第1层和第2层的数据相“或”，即将两个串联电路块并联，并将运算结果S2=S0+S1存入堆栈的顶部。第3第9层的数据依次向上移动一位（x表示不确定的值）。OLD指令不需要地址，它相当于需并联的两块电路右端的一段垂直连线。,执行前,执行后,S2=S0+S1,OLD（栈顶值或）,（1）指令的功能,堆栈操作指令用于处理线路的分支点。,LPS（入栈）指令：LPS指令把栈顶值复制后压入堆栈，栈中原来数据依次下移一层，栈底值压出丢失。LRD（读栈）指令：LRD指令把逻辑堆栈第二层的值复制到栈顶，2-9层数据不变，堆栈没有压入和弹出。但原栈顶的值丢失。LPP（出栈）指令：LPP指令把堆栈弹出一级，原第二级的值变为新的栈顶值，原栈顶数据从栈内丢失。,入栈(LPS，LogicPush)指令复制栈顶的值并将其压入堆栈的下一层，栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推出丢失（见图）。,入栈前,入栈后,LPS（入栈）,堆栈操作,读栈前,读栈后,LRD（读栈）,读栈操作,读栈(LRD，LogicRead)指令将堆栈中第2层的数据复制到栈顶，29层的数据不变，但原栈顶值消失。,出栈(LPP，LogicPop)指令使栈中各层的数据向上移动一层，第2层的数据成为堆栈新的栈顶值，原来栈顶的数据从栈内消失。,出栈前,出栈后,LPP（出栈）,出栈操作,执行前,执行后,LDS3（装载堆栈）,装载堆栈(LDSn，LoadStack，n：18)指令复制堆栈内第n层的值到栈顶，栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推出丢失。,（3）指令使用说明,逻辑堆栈指令可以嵌套使用，最多为9层。为保证程序地址指针不发生错误，入栈指令LPS和出栈指令LPP必须成对使用，最后一次读栈操作应使用出栈指令LPP。堆栈指令没有操作数。,LDI0.2AI0.0LPSANI0.1=Q2.1LRDAI0.5=M3.7LPPANI0.4=Q0.3,堆栈指令的使用,7.置位/复位指令S/R,（1）指令功能,置位指令S：使能输入有效后从起始位S-bit开始的N个位置“1”并保持。复位指令R：使能输入有效后从起始位S-bit开始的N个位清“0”并保持。,（2）指令格式,置位/复位指令S/R,S/R指令格式,（3）指令使用说明,对同一元件(同一寄存器的位)可以多次使用S/R指令(与“=”指令不同)。由于是扫描工作方式，当置位、复位指令同时有效时，写在后面的指令具有优先权。操作数N为：VB,IB,QB,MB,SMB,SB,LB,AC,常量,*VD,*AC,*LD。取值范围为：0255。数据类型为：字节。操作数S-bit为：I,Q,M,SM,T,C,V,S,L。数据类型为：布尔。置位复位指令通常成对使用，也可以单独使用或与指令盒配合使用。,8.脉冲生成指令EU/ED,（1）指令功能,EU指令：在EU指令前的逻辑运算结果有一个上升沿时（由OFFON）产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动后面的输出线圈。ED指令：在ED指令前有一个下降沿时产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后线圈。,（2）指令格式,脉冲生成指令EU/ED,（3）指令使用说明,EU、ED指令只在输入信号变化时有效，其输出信号的脉冲宽度为一个机器扫描周期。对开机时就为接通状态的输入条件，EU指令不执行。EU、ED指令无操作数。,LDNII0.5OII0.1AII1.4=Q0.3LDII0.4ONII0.2ANII0.0ANII0.0=IQ3.4,立即触点与输出指令,6)立即触点,立即(Immediate)触点指令只能用于输入I，执行立即触点指令时，立即读入物理输入点的值，根据该值决定触点的接通断开状态，但是并不更新该物理输入点对应的映像寄存器。在语句表中，分别用LDI、AI、OI来表示开始、串联和并联的常开立即触点，用LDNI、ANI、ONI来表示开始、串联和并联的常闭立即触点。触点符号中间的“I”和“I”表示立即常开和立即常闭。下图是立即触点与输出指令的例子。,2)立即输出,立即输出指令(=I)只能用于输出量(Q)，执行该指令时，将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出映像寄存器。线圈符号中的“I”用来表示立即输出。,LDNII0.5OII0.1AII1.4=Q0.3LDII0.4ONII0.2ANII0.0ANII0.0=IQ3.4,立即触点与输出指令,4)立即置位与立即复位,执行SI(SetImmediate，立即置位)或RI(ResetImmediate，立即复位)指令时，从指定位地址开始的N个连续的物理输出点将被立即置位或复位，N=1128。线圈中的I表示立即。该指令只能用于输出量(Q)，新值被同时写入对应的物理输出点和输出映像寄存器。使S、R、SI和RI指令ENO(使能输出)=0的错误条件：SM43(运行时间)，0006(间接寻址)，0091(操作数超出范围)。,基本位逻辑指令应用举例,1.起动、保持、停止电路,3.比较电路,若I0.0、I0.1同时接通，Q0.0有输出；I0.0、I0.1均不接通，Q0.1有输出；若I0.0不接通。I0.1接通，则Q0.2有输出；若I0.0接通，I0.1不接通，则Q0.3有输出。,4.微分脉冲电路,5.分频电路,输出信号Q0.0是输入信号I0.0的二分频。,6.抢答器程序设计,输入I0.0S0/主持席上的复位按钮（常闭）I0.1S1/抢答席1上的抢答按钮I0.2S2/抢答席2上的抢答按钮I0.3S3/抢答席3上的抢答按钮输出Q0.1H1/抢答席1上的指示灯Q0.2H2/抢答席2上的指示灯Q0.0H3/抢答席3上的指示灯,编程注意事项及编程技巧,1.梯形图语言中的语法规定1）程序应按自上而下，从左至右的顺序编写。（2）同一操作数的输出线圈在一个程序中不能使用两次，不同操作数的输出线圈可以并行输出。（3）线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过特殊内部标志位存储器SM0.0（该位始终为1）来连接。（4）适当安排编程顺序，以减少程序的步数。,1）串联多的支路应尽量放在上部。,2）并联多的支路应靠近左母线。,3）触点不能放在线圈的左边。4）对复杂的电路，用ALD、OLD等指令难以编程，可重复使用一些触点画出其等效电路，然后再进行编程。,梯形图常见错误,对同一存储器位使用2次以上输出（线圈）指令；线圈直接与母线相连；线圈串联；对I或只读的SM使用输出指令；对非I使用立即输入指令，对非Q使用立即输出指令；,梯形图短路,能流方向逆转,无效网络或网络太复杂,2.设置中间单元3.尽量减少可编程控制器的输入信号和输出信号,4.外部联锁电路的设立。为了防止控制正反转的两个接触器同时动作造成三相电源短路，应在PLC外部设置硬件联锁电路。5.外部负载的额定电压。PLC的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块一般只能驱动额定电压AC220V的负载，交流接触器的线圈应选用220V的。,电动机控制实训,3.4定时器与计数器指令,定时器,计数器指令,定时器指令介绍,S7-200系列PLC的定时器是对内部时钟累计时间增量计时的。每个定时器均有一个16位的当前值寄存器用以存放当前值（16位符号整数）；一个16位的预置值寄存器用以存放时间的设定值；还有一位状态位，反应其触点的状态。,1.工作方式,S7-200系列PLC定时器按工作方式分三大类定时器。其指令格式如表所示。,2.时基,按时基脉冲分，则有1ms、10ms、100ms三种定时器。不同的时基标准，定时精度、定时范围和定时器刷新的方式不同,1ms10ms100ms定时器的刷新方式,1ms定时器每隔1ms刷新一次与扫描周期和程序处理无关即采用中断刷新方式。因此当扫描周期较长时，在一个周期内可能被多次刷新，其当前值在一个扫描周期内不一定保持一致。10ms定时器则由系统在每个扫描周期开始自动刷新。由于每个扫描周期内只刷新一次，故而每次程序处理期间，其当前值为常数。100ms定时器则在该定时器指令执行时刷新。下一条执行的指令，即可使用刷新后的结果，非常符合正常的思路，使用方便可靠。但应当注意，如果该定时器的指令不是每个周期都执行，定时器就不能及时刷新，可能导致出错。,3.定时器指令工作原理,通电延时型有记忆的通电延时型断电延时型,通电延时定时器工作原理,TONR记忆型通电延时型定时器工作原理,注意：TONR记忆型通电延时型定时器采用线圈复位指令R进行复位操作，当复位线圈有效时，定时器当前位清零，输出状态位置0。,TOF断电延时定时器的工作原理,TOF和TON共享同一组定时器，不能重复使用。,定时器指令应用举例,1.一个机器扫描周期的时钟脉冲发生器,（1）T32为1ms时基定时器，每隔1ms定时器刷新一次当前值，CPU当前值若恰好在处理常闭触点和常开触点之间被刷新，Q0.0可以接通一个扫描周期，但这种情况出现的几率很小，一般情况下，不会正好在这时刷新。若在执行其他指令时，定时时间到，1ms的定时刷新，使定时器输出状态位置位，常闭触点打开，当前值复位，定时器输出状态位立即复位，所以输出线圈Q0.0一般不会通电。（2）若将定时器T32换成T33，时基变为10ms，当前值在每个扫描周期开始刷新，计时时间到时，扫描周期开始时，定时器输出状态位置位，常闭触点断开，立即将定时器当前值清零，定时器输出状态位复位（为0）。这样输出线圈Q0.0永远不可能通电。（3）若用时基为100ms的定时器，如T37，当前指令执行时刷新，Q0.0在T37计时时间到时准确的接通一个扫描周期。可以输出一个断开为延时时间，接通为一个扫描周期的时钟脉冲。,若将输出线圈的常闭接点作为定时器的使能输入，则无论何种时基都能正常工作。,2.延时断开电路,3.延时接通和断开,4.闪烁电路,正次品分拣机编程实训,1.控制要求（1）用启动和停止按钮控制电动机M运行和停止。在电动机运行时，被检测的产品（包括正次品）在皮带上运行。（2）产品（包括正、次品）在皮带上运行时，S1（检测器）检测到的次品，经过5s传送，到达次品剔除位置时，起动电磁铁Y驱动剔除装置，剔除次品（电磁铁通电1s），检测器S2检测到的次品，经过3s传送，起动Y，剔除次品；正品继续向前输送。,PLCI/O端口分配,（1）I/O分配输入SB1I0.0M启动按钮SB2I0.1M停止按钮S1I0.2检测站1，S2I0.3检测站2输出MQ0.0电动机（传送带驱动），YQ0.1次品剔除,