电气与PLC智能控制技术 课件 第5章 三菱FX系列PLC的步进顺序控制和数据控制功能

第5章三菱FX系列PLC的步进顺序控制和数据控制功能对于复杂的控制电路或大型的自动控制系统，应用梯形图或指令表编程，程序过长，不易阅读和编写。一些PLC生产厂家，为了克服这一问题增加了IEC标准的SFC(SequentialFunctionChart)语言编制控制程序的方法，称为步进顺序控制。本章主要介绍三菱FX系列PLC的步进顺序控制和数据控制功能。第5章三菱FX系列PLC的步进顺序控制和数据控制功能5.1三菱FX系列PLC的步进顺序控制5.2步进顺序控制的应用和编程实例5.3三菱FX系列PLC的功能指令和数据控制功能5.4三菱FX系列PLC的基本功能指令5.1三菱FX系列PLC的步进顺序控制5.1.1步进顺序控制指令步进顺序控制指令共有二条，即STL(StepLadder)和RET。是一种符合IEC1131—3标准中定义的SFC图(SequentialFunctionChart顺序功能图)的通用流程图语言。顺序功能图也叫状态转移图，相当于国家标准“电气制图”的功能表图(FunctionCharts)。SFC图特别适合于步进顺序的控制，而且编程十分直观、方便、便于读图，初学者也很容易掌握和理解。具体见表5-1。表5-1步进梯形图指令5.1.2单分支的状态转移图和步进梯形图1．状态转移图和步进梯形图

初始化状态元件一般用PLC运行后的初始化脉冲特殊继电器M8002置位或由其他初始信号将其初始值置位。其他元件状态由状态转移条件决定。如图5-1所示，可有3种表示方式，即既可用状态转移图表示，也可用步进梯形图和指令表表示。图5-1SFC图的三种表达方式2．单分支的状态转移图

图5-2为某送料小车自动循环控制单分支的状态转移控制图。用双线框表示初始状态，其他状态元件用单线框表示，图中的初始状态S0由M8002驱动。PLC由STOP→RUN进行切换时：M8002初始化脉冲→S0置1，送料小车在原位→X0接近开关受压闭合接通→按下启动按钮X3→状态转移到（S20）→S20置1→同时S0复位至零→S20立即驱动Y0→送料小车前进。送料小车前进至A点时→转移条件接近开关X1接通→状态从S20转移到（S21）→S21置1，S20则在下一执行周期自动复位至零→Y0线圈断电。2．单分支的状态转移图S21置1时→驱动线圈Y1→送料小车后退。送料小车后退至原位→X0接近开关受压闭合接通，状态转移到S22→再次驱动Y0→送料小车前进。送料小车前进至B点→转移条件接近开关X2接通，状态转移到S23→驱动Y1→送料小车后退。送料小车后退至原位时,X0接近开关受压闭合接通→状态转移回到S0，使初始化状态S0又置位，控制过程第一次循环结束。当需要再一次工作时，可按下启动按钮X3，控制过程可再次循环动作。

图5-2某送料小车自动循环控制单分支的状态转移图

5.1.3多分支的状态转移图和步进梯形图1．选择性分支的状态转移图和步进梯形图

选择性分支的状态转移图是由各自的条件选择执行，可选择左分支执行，也可选择右分支执行，取决于各自的选择条件。两个或两个以上的分支的状态不能同时转移。图5-3（a）所示为选择性分支的状态转移图，图5-3(b)为其步进梯形图，图5-3(c)为其相应的指令表。

图5-3选择分支的状态转移图和步进梯形图2．并行分支的状态转移图和步进梯形图

并行分支的状态转移是当同一条件满足时，状态同时向各并行分支转移。图5-4（a）为并行性分支的状态转移图，图5-4（b）为其步进梯形图，图5-4(c)为其相应的指令表。

图5-4并行分支的状态转移图和步进梯形图

3．混合分支的状态转移图有些步进顺控有多层分支和汇合组合，对于FX2N系列的PLC，其分支数有一定的限制。对所有的初始状态（S0～S9），每一状态下的分支电路不能大于16个，并且在每一分支点分支数不能大于8个。对于多层分支和汇合要注意编程方法。图5-5为混合分支的状态转移图。图5-5混合分支的状态转移图5.2步进顺序控制的应用和编程实例5.2.1运料小车自动往返控制如图5-6所示，为某运料小车自动往返工况示意图，其控制工艺要求如下：(1)按下启动按钮SB→运料小车电机M正转→运料小车前进→碰到限位开关SQ1后→运料小车电机M反转→运料小车后退；(2)运料小车后退碰到限位开关SQ2后→运料小车电机M停转→运料小车停车→停5s→第二次前进→碰到限位开关SQ3→再次后退；(3)当后退再次碰到限位开关SQ2时→运料小车停止(或者继续下一个循环)。图5-6运料小车自动往返工况示意图5.2.1运料小车自动往返控制为编程需要，设置输入、输出端口配置如下表5-2所示。

表5-2输入、输出端口配置

图5-7运料小车自动往返系统状态转移流程图图5-7是该运料小车的流程图。该运料小车的每次循环工作过程分为前进、后退、延时、前进、后退五个工步。每一步用一个矩形方框表示，方框中用文字表示该步的动作内容或用数字表示该步的的标号。与控制过程的初始状态相对应的步称为初始步。线段上的短线表示工作转移条件，图中状态转移条件为SB、SQ1。5.2.2物料自动混合装置步进顺序控制

作为步进顺序的实例，此处简要介绍物料自动混合装置的步进顺序，如图5-8所示为物料自动混合装置的结构示意图。如图5-8所示，初始状态时容器是空的，电磁阀YV1、YV2、YV3和YV4，搅拌电动机M，液面传感器SL1、SL2和SL3，加热器EH和温度传感器ST均处于关断状态。其控制工艺要求如下：1)工作时，按下启动按钮→电磁阀YV1开启→开始注入物料A→至高度SL2→此时SL2、SL3为ON时→关闭阀YV1→同时开启电磁阀YV2→注入物料B→当液面上升至SL1时→关闭阀YV2。2)停止物料B注入后→启动搅拌电动机M→使A、B两种物料混合10s。3)10s后停止搅拌→开启电磁阀YV4→放出混合物料→当液面高度降至SL3后→再经5s关闭阀YV4。4)停止操作时按下停止按钮→在当前过程完成以后→再停止操作→回到初始状态。

图5-8物料自动混合装置结构示意图

5.2.2物料自动混合装置步进顺序控制图5-9为采用PLC控制的I/O配置及接线图。物料自动混合过程，实际上是一个按一定顺序操作的控制过程，因此，我们可采用步进指令进行编程，其状态转移图如图5-10所示。其工作原理分析见前述步进顺序控制方法。

图5-9PLCI/O配置及接线图图5-10物料自动混合控制的状态转移图5.3三菱FX系列PLC的功能指令和数据控制功能5.3.1功能指令和数据控制功能三菱FX2N型PLC的功能指令有两种形式，一种是采用功能号FNC00～FNC246表示；一种是采用助记符表示其功能意义。例如：传送指令的助记符为MOV，对应的功能号为FNC12，其指令的功能为数据传送。功能号(FNC□□□)和助记符是一一对应的。FX2N型PLC的功能指令主要有以下几种类型：1)程序流程控制指令2)传送与比较指令3)算术与逻辑运算指令4)循环与移位指令5)数据处理指令6)高速处理指令7)方便指令8)外部输入输出指令9)外部串行接口控制指令10)浮点运算指令11)实时时钟指令12)葛雷码变换指令13)接点比较指令三菱FX1N和FX2NPLC中共有功能指令108条，功能指令一般由助记符和操作元件组成，助记符是每一条基本指令的符号，它表明操作功能；操作元件是被操作的对象。有些基本指令只有助记符，没有操作元件。三菱FX1N和FX2NPLC中共有功能指令108条。5.3.2功能指令的表达形式1．功能指令

功能指令由指令助记符、功能号、操作数等组成，功能指令按功能号(FNC00～FNC250)编排。每条功能指令都有一助记符。在简易编程器中输入功能指令时是以功能号输入功能指令，在编程软件中是以指令助记符输入功能指令。三菱FX系列PLC功能指令的一般表现形式如图5-11所示。图5-11三菱FX系列PLC功能指令的一般表现形式

2．助记符和功能号如上述图5-11所示助记符MEAN(求平均值)的功能号为FNC45。每一助记符表示一种功能指令，每一指令都有对应的功能号。

3．操作元件(或称操作数)

助记符表示一种功能指令，有些功能指令只须助记符，但大多数功能指令在助记符之后还必须有1—4个操作元件。它的组成部份有：1）源操作元件[S·]，有时源不止一个，例如有[S1·]、[S2·]。S后面[·]的，表

示可使用变址功能。

2）目标操作元件[D·]，如果不止一个目标操作元件时，用[D1]、[D2]表示。3）K、H为常数。K表示十进制数，H表示十六进制数。4）功能助记符后有符号(P)的，表示具有脉冲执行功能。

5）功能指令中有符号(D)的，表示处理32位数据，而不标(D)的，只处理16位数据。5.3.2功能指令的表达形式4．位软元件和字软元件

只处理ON/OFF状态的元件,称为位软元件,如X、Y、M、S等。其它处理数字数据的元件，例如T、C、D、V、Z等，称为字软元件。

5．变址寄存器V、Z

变址寄存器是在传送、比较指令中用来修改操作对象元件号的，其操作方式与普通数据寄

存器一样。V和Z是16位数据寄存器。将V和Z的组合可进行32位的运算，此时，V作为高位数据处理。变址寄存器用于改变软元件地址号。例如下列的Z值定为4，则：K2X000Z＝K2X004K1Y000Z＝K1Y004K4M10Z＝K4M104

K2S5Z＝K2S9D5Z＝D9

F6Z＝T10C7Z＝C11P8Z＝P12K100Z＝K104

6．整数与实数

（1）整数在PLC中整数的表示及运算采用BIN码格式，可以用16ht或32以t元件来表示整数，其中最高bit为符号bit，0表示正数，1表示负数。负数以补码方式表示。整数可表示的范围：16bit时为-32768～+32767，32bit位时为-2147483648～+2147483647。除表示范围受限制外，作科学运算时产生的误差也较大，所以需要引入实数。5.3.2功能指令的表达形式（2）实数的浮点格式

实数必须用32bit来表示，通常用数据寄存器对来存放实数。实数的浮点格式如图5-12所示。（3）实数的记数格式

PLC内实数的处理是采用上述浮点格式

的，但浮点格式不便于监视，所以引入实数的记数格式。这是一种介于BIN与浮点格式之间的表示方法。用这种方法来表示实数也需占用32bit，即两个字元件。通常也用数据寄存器对(如D1，D0)来存放记数格式实数。此时,序号小的数据寄存器(D0)存放尾数，序号大的数据寄存器存放以10为底的指数。科学格式实数＝尾数×10指数(上例中即是D0×10Dl)；尾数范围：±(1000～9999)图5-12实数的浮点格式

或0；指数范围：-41～＋35。值得注意的是：尾数应以4位有效数字(不带小数)表示，例如2.34567×105应表示为2345×102，上例中即为D0＝2345，D1＝2。

5.3.2功能指令的表达形式5.4三菱FX系列PLC的基本功能指令5.4.1程序流控制指令1.条件跳转指令(FNC00)

（1）指令助记符及操作元件

指令助记符：CJ(FNC00)。操作元件：指针P0～P63(P63相当于END

指令)。

（2）指令格式

指令格式如图5-13所示。

图5-13跳转指令格式

（3）指令说明

1）当CJ指令的驱动输入X0为ON时，程序跳转到指令指定的指针P同一编号的标号处。如果X0为OFF时，则执行紧接指令的程序。2）

当X0为ON时，被跳转命令到标号之间的程序不予执行。在跳转过程中如果Y、M、S被OUT、SET、RST指令驱动使输入发生变化，则仍保持跳转前的状态。例如，通过X0驱动输出Y0后发生跳转，在跳转过程中即使X0变为OFF，但输出Y0仍有效。3）对于T、C，如果跳转时定时器或计数器正发生动作，则此时立即中断计数或定时，直到跳转结束后继续进行定时或计数。但是，正在动作的T63或高速计数器，不管有无跳转，仍旧连续工作。4）功能指令在跳转时不执行，但PLSY、PWM指令除外。5.4.1程序流控制指令

2.调用子程序指令（1）指令助记符及操作元件

调用子程序指令助记符：CALL(FNC01)。操作元件：指针P0～P63。子程序返回指令助记符：SRET(FNC02)。操作元件：无。（2）指令格式

调用子程序格式如图5-14表示。（3）指令说明

1）把一些常用的或多次使用的程序以子程序写出。

2）子程序应写在主程序结束指令FEND之后。

3）调用子程序可嵌套，嵌套最多可达5级。

4）CALL的操作数与CJ的操作数不能用同一标号,但不同嵌套的CALL指令可调用同一标号的子程序。

5)在子程序中使用的定时器范围规定为:

T192～T199和T246～T249。

图5-14调用子程序格式

3.中断指令

（1）指令助记符及操作元件

中断返回指令助记符：IRET(FNC03)，操作元件：无。允许中断指令助记符：EI(FNC04)，操作元件：无。禁止中断指令助记符：DI(FNC05)，操作元件：无。（2）指令格式

中断指令格式如图5-15所示。（3）指令说明

1)中断用指针分为输入中断、定时中断和高速计数器中断三种。2)在主程序执行过程中，X000由OFF→ON时，则程序跳转到1001标志的子程序处，当子程序执行到IRET时就返回到原来的主程序。3)如果有多个依次发出的中断信号，则优先级按发生的先后为序，中断标号小的优先级高。4)中断程序在执行过程中，不响应其他的中断。不能重复使用与高速计数器相关的输入，不能重复使用1000与1001相同的输入。5)可编程控制器平时处于禁止中断状态。如果EI-DI指令在扫描过图5-15中断指令格式程中有中断输入时，则执行中断程序(从中断标号到IRET之间的程序)。6)即使在允许中断范围内，如果特殊辅助继电器M805△(△=0～3)被驱动，则I△0□的中断不执行。如图5-15(b)所示，如果X010为ON时，则禁止1001或1000的中断。即虽存在中断请求，中断也不被接受。7)当DI～EI指令间(中断禁止区间)发生中断请求时，则存贮这个请求信号，然后在EI指令执行完后才被执行。如果中断禁止区间较大，则等待中断响应的时间也较长。

5.4.1程序流控制指令4.主程序结束

（1）指令助记符及操作元件主程序结束指令助记符：FEND(FNC06)。操作元件，无。

（2）指令格式指令格式如图5-16所示。

（3）指令说明

1)FEND指令表示一个主程序的结束，执行这条指令与执行END指令一样，即执行输入、输出处理或警告定时器刷新后，程序送回到0步程序。

2)

使用多条FEND指令时，中断程序应写在最后的FEND指令与END指令之间。子程序应写在FEND之后，而且必须以SRET结束。

3)如果在FOR指令执行后，在NEXT指令执行前执行FEND指令时，程序将会出错。程序流控制指令除上述所介绍的指令外，还有：警戒时钟、

图5-16主程序结束指令格式循环等指令。

5.4.1程序流控制指令5.4.2数据传送及比较指令1.数据比较指令(1)指令助记符及操作元件数据比较指令指令助记符：(D)CMP(FNCl0)。操作元件如图5-17所示。(2)指令格式指令格式如图5-18所示。(3)指令说明

1）比较指令操作数有两个源数据，把源数据[S1·]与源数据[S2·]的数据进行比较，其结果送到目标[D·]按比较结果进行操作。按代数规则进行图5-17数据比较指令操作元件大小比较。

2）所有的源数据都按二进制数值处理。对于多个比较指令，其目标[D·]也可指定为同一个软元件，但每执行一次比较指令，[D·]的内容随发生变化。

3）一条CMP指令用到三个操作数，如果只有一个或二个操作数，就会出错，妨碍PLC运行。

4）功能指令的前面加字母D为32位指令格式。

图5-18数据比较指令格式

2.数据传送指令

(1)指令助记符及操作元件

指令助记符：（D）MOV(FNCl2)。操作元件如图5-19所示。

(2)指令格式指令格式如图5-20所示。

(3)指令说明图5-19数据传送指令操作元件

1）传送指令是将数据按原样传送的指令,当X0为ON时,K100数据传送到D10中果X0为OFF时，则目标元件中的数据保持不变。

2）传送时源数据常数K100自

图5-20数据传送指令格式动转换成二进制数。5.4.2数据传送及比较指令3.二进制码变换成BCD码指令(1)指令助记符及操作元件

指令助记符:(D)BCD(FNC18)。操作元件如图5-21所示。(2)指令格式二进制码变换成BCD码指令格式如图5-22所示。(3)指令说明

1）BCD指令是将源中二进制数(BIN)

图5-21二进制码变换成BCD码指令操作元件转换成目标中的BCD的变换传送指令。当X0为ON时，D12中数据转换成BCD码传送到K2Y中；当X0为OFF时，目标中的数据不变。2）BCD的转换结果超过0～9999(16位运算)，或超过0～99999999(32位运算)时则出错。

图5-22

二进制码变换成BCD码指令格式

3）在PLC控制中，BIN向BCD变换，常用于向七段码显示等外部器件输出。5.4.2数据传送及比较指令5.4.3四则运算及逻辑运算指令1.二进制加法、减法指令(1)指令助记符及操作元件加法指令助记符：(D)ADD(FNC20);减法指令助记符：(D)SUB(FNC21)。操作元件如图5-23所示。(2)指令格式

二进制加法、减法指令格式如图5-24所示。图5-23二进制加法、减法指令操作元件

(3)指令说明

1）二个源数据的二进制数值相加(相减)，其结果送人目标元件中。各数据的高位是符号位,正为0，负为1。这些数据按代数规则进行运算。例如:5+(-8)=-3，5-(-8)=13。2）当驱动输入X000为OFF时，不执行运算,目标元件的内容也保持不变。3）如果运算结果为0，零标志M8020置1，如果运算结果超过32767(16位运算)或2147483647(32位运算)，则进位标志M8022置1。如果运算结果小于

-32767(16位运算)或-2147483647(32位运算)，则借

图5-24二进制加法、减法指令格式位标志M8021置1。

2.二进制乘、除法

(1)指令助记符及操作元件

乘法指令助记符：(D)MUL(FNC22)；除法指令助记符：(D)DIV(FNC23)。操作元件同上二进制数的加减法。

(2)指令格式指令格式如图5-25所示。

(3)指令说明

1）乘法，二源的乘积以32位形式送到指定目标中。低16位在指定目标元件(D4)中，高16位在下一个元件(D5)中。在上例中，如D0=8，D2=9，则其乘积送到(D5，D4)=72，最高位为符号位(0为正，1为负)，V不用于目标元件。只有Z允许作16位运算。2）16位运算的结果变为32位，32位运算的结果变为64位。如果位组合指定元件为目标元件，超过32位的数据就会丢失。3）如果驱动输入X0为OFF，不执行运算，目标元件中的数据不变。4）除法，[S1]指定为被除数，[S2]指定为除数，商存于[D]中、

图5-25二进制乘除法指令格式余数存于紧靠[D]的下一个编号的软元件中。V和Z不可用于[D]中。5）若位组合指定元件为[D]，则余数就会丢失。除数为零时，则运算出错，且不执行运算。5.4.3四则运算及逻辑运算指令

3.逻辑与、或、异或指令

(1)指令助记符及操作元件

与指令助记符：AND（FNC26）；或指令助记符：OR（FNC27）；异或指令助记符：XOR（FNC28）。操作元件同上二进制数的加减法。

(2)指令格式

指令格式如图5-26所示。

(3)指令说明

1）16位运算时，指令为WAND、WOR、WXOR。32位运算时，指令为(D)AND、(D)OR、(D)XOR。

2）当X0为ON时，进行各对应的逻辑运算，把结果存于目标[D]中。当X0为OFF时，不执行运算，[D]的内容保持不变。图5-26逻辑与、或、异或指令格式5.4.3四则运算及逻辑运算指令5.4.4外部设备SER指令在PLC中，外部设备SER指令主要用于连接串行口的特殊适配器进行控制的指令。PID运算指令也包括在其中。表5-3为外部设备SER指令。表5-3外部设备SER指令

此处针对表5-3为外部设备SER指令主要介绍一下串行数据传送指令(RS)、八进制位传送指令(PRUN)、PID运算指令(PID)。1.串行数据传送指令(RS)(1)指令助记符及操作元件

指令助记符：RS（FNC80)。操作元图5-27串行数据传送指令操作元件件如图5-27所示。(2)指令格式

串行数据传送指令格式如图5-28所示。

图5-28串行数据传送指令格式(3)指令说明

串行数据传送指令(RS)用于可编程控制器与外部设备进行串行通信，在可编程控制器上使用RS-232C及RS-485功能扩展板及特殊适配器，即可进行发送和

图5-29串行数据传送指令说明接收串行数据，如图5-29所示。5.4.4外部设备SER指令

(4)数据传送与接收应用说明接收数据由特殊辅助继电器M8122控制，发送数据是由特殊辅助继电器M8123控制。数据传送的位数可以是8位