FX系列PLC编程及应用课件

1、可编程控制器原理与应用,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,2,课前的话： 开设这门课的目的是让同学们更好的适应社会的需求，使你们的知识结构更加完善，该课程专业性很强，是工业化大生产的必备知识。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,3,教材及参考书,教材： 可编程序控制器应用技术，廖常初，重庆大学出版社，2007 参考书： FX系列PLC编程及应用，廖常初，机械工业出版社，2005 常用低压电器与可编程序控制器，刘涳，西安电子科技大学出版社，2005 电气控制与可编程控制器技术，史国生，化学工业出版社，2004 其它有关书籍,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,4,说明：,课

2、程开设总学时为40学时，其中课堂讲授30学时、实验10学时。 课程考核为闭卷考试，课程成绩组成部分： 考勤10 平日及实验20 卷面成绩70,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,5,可编程控制器的定义 PLC的历史及发展 PLC的基本结构 可编程控制器的特点及应用 未来的可编程控制器,第一章 概 述,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,6,第一节 可编程控制器的定义,1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLC (Programmable Logic Controller)。 70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称PC (Programmab

3、le Controller)。但由于PC容易和个人计算机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。,一、可编程控制器的名称演变,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,7,二、 可编程控制器的定义,1987年颁布的 PLC标准草案第三稿中对 PLC作的定义：,PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形

4、成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,8,定义中值得注意的几点：, 可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”。 可编程控制器是“为在工业环境下应用”而设计的计算机。 可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,9,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,10,电磁继电器的结构,一、PLC之前的工业控制装置,在PLC诞生之前,工业控制设备的主流品种是以继电器、接触器为主体的控制装置。继电器、接触器是一些电磁开关。,第二节 PLC的历史及发展,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,11,缺陷,首

5、先复杂的系统需要使用成百上千个各种各样的继电器和成千上万根导线,只要有一个电器,一根导线出现故障,系统就不能正常工作, 这大大降低了系统的可靠性。 其次是查找和排除故障困难，维修及改造也很不容易，改造工期长、费用高。 控制柜的安装、接线工作量大,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,12,1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM公司）提出设想。 1969年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台PC，型号为PDP-14。 20世纪70年代初出现了微处理器，很快被引入可编程控制器,使 PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,成为真正具有计算机特征的工业控制装置。 20世纪70年代中

6、末期,可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。,PLC的历史及发展：,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,13,20世纪80年代初,可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。,20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应 于现代工业控制的需要。 21世纪初的几年,可编程控制器重点发展网络通讯能力。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,14,PLC的国内外状况,美国PLC发展得最快： 1984年有48家，生产150多种PLC； 1987年有63家，生产243种PLC； 1996年有70余家，生产近300种PLC。 著名厂家有A

7、B（AllenBradley）艾伦一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GEFSNUC公司，TI（Texas Instrument）德州仪器公司，WESTHOUSE Electric西屋电气公司， IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,15,PLC的国内外状况,欧洲PLC的厂家有60余家: 西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。 金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh）， AEG， 法国的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的Selectron公

8、司等。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,16,PLC的国内外状况,1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。 日本生产PLC的厂家有40余家： 三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON), 富士电机（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA）, 光洋（KOYO),松下电工（MEW）, 和泉（IDEC）,夏普(SHARP）, 安川等公司。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,17,PLC的国内外状况,我国在 70年代末和 80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有： 北京机械工业自动化研究所， 上海工业自动化仪表

9、研究所， 大连组合机床研究所， 成都机床电器研究所， 中科院北京计算机所及自动化所， 长春一汽， 上海起重电器厂， 上海香岛机电公司， 上海自力电子设备厂等单位。 以上诸单位都没有形成规模化生产。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,18,PLC的国内外状况,辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC； 无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC; 中美合资的厦门 AB公司生产的PLC； 上海香岛机电公司引进技术生产的PLC; 上海OMRON公司; 西安Siemens公司等。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,19,PLC著名品牌,1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家： 美国

10、 AB公司 （AllenBradley） 德国西门子公司（Siemens） 美国GEFanuc公司 美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司 日本欧姆龙公司（OMRON） 日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI） 日本富士电机株式会社（Fuji Electric） 日本东芝公司（TOSHIBA） 日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE） 日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd）,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,20,三菱PLC外形图,2006-3-3,20,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PL

11、C,FX1S系列PLC,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,21,西门子PLC外形图,2006-3-3,21,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列PLC,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,22,欧姆龙PLC外形图,C200H系列PLC,CPM1A、CPM2A系列PLC,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,23,第三节 PLC的基本结构,一、PLC的基本组成,主要由CPU模块、存储器、输入输出模块、编程设备和电源组成。,按钮、 选择开关、 限位开关、 电源 等设备,接触器、 电磁阀、 指示灯、 电源 等设备,CPU 模块,可编程控制器原理及应用,2

12、020/7/6,24,1. CPU模块 由微处理器CPU和存储器组成 (1)输入处理：取入各种开关量输入信号 (2)执行程序：读取程序指令，编译、执行指令 (3)输出处理：把运算结果送到输出端，控制外部负载,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,25,2. 输入、输出模块,输出模块：控制外部负载，包括接触器、电磁阀等执行器和显示、报警装置。,输入模块：接受和采集输入信号 将按钮、行程开关等产生的开关量输入信号； 电位器、各类变送器提供的模拟量输入信号,另外输出电路也使计算机与外部强电隔离，同时I/O模块也起到了电平装换与噪声隔离的作用，,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,26,编程

13、设备：用来生成、检查和修改用户程序，还可以监视用户程序的执行情况。 一是专用的手持式的编程器； 二是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。,3. 编程设备与电源,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,27,可编程序控制器的电源一般使用220V交流电源， 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的直流电源。 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。,电源：,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,28,第四节 可编程控制器的特点及应用,一、PLC的特点,1.易学易用,深受工程技术人员欢迎 2.硬件配套齐全,用户使用方便 3.通用性和适用性强,性

14、价比高 4.可靠性高,抗干扰能力强 5.系统的设计、安装、调试工作量小 6.维护方便,改造容易 7.体积小,重量轻,能耗低,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,29,二、可编程控制器的应用领域,(一)开关量逻辑控制 (二)运动控制 (三)闭环过程控制 (四)数据处理 (五)通讯及联网,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,30,第五节 未来的可编程控制器,从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计及制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、组网能力更强的品种出现。,从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,31,从

15、产品的配套性上看,产品的品种会更丰富,规格更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。,从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,32,从网络的发展情况来看,可编程控制器和其他工业控制计算机组网,构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,33,作为通用工业控制计算机, 30多年来,可编程控制器从无到有,实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数字控

16、制的进步;其应用领域从小到大,实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备,在世界工业控制中发挥着越来越大的作用。,结论,可编程控制器应用技术,第3章 PLC的编程语言 与指令系统,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,35,主要内容：,编程语言 FX系列PLC梯形图中的编程元件 FX系列PLC的基本逻辑指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,36,第一节 PLC的编程语言概述,一、PLC编程语言的国际标准,1994年5月公布PLC标准（IEC 61131）,图3.1 PLC的编程语言,可编程控制器原

17、理及应用,2020/7/6,37,1.顺序功能图(Sequential function chart),顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。它包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法将一个复杂的顺序控制过程分解为一些小的工作状态,对这些小状态的功能分别处理后再将它们依顺序连接组合成整体的控制程序。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,38,2.梯形图(Ladder diagram),梯形图语言是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言,是从继电器电路图演变过来的。,继电器电路图,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,39,表2-2 符号对照表,可编程控制器原理

18、及应用,2020/7/6,40,梯形图设计思想:将可编程控制器中参与逻辑组合的元件看成和继电器一样,具有常开、常闭触点及线圈,且线圈的得电失电将导致触点的相应动作;再用母线代替电源线,用能量流概念来代替继电器电路中的电流概念;使用绘制继电器电路图类似的思路绘出梯形图。,PLC中的继电器等编程元件不是实际物理元件,而只是计算机存储器中一定的位,它的所谓接通不过是相应存储单元置1而已。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,41,梯形图的主要特点: 1) PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，例如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器(即硬件继电器)

19、，而是在用户程序中使用的编程元件。 2) 根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑运算。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,42,3) 梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线(bus bar)。 4) 梯形图中的线圈和其他输出类指令应放在最右边。 5) 梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,43,3.指令表(Instruction list),指令表：也叫做语句表。它和单片机程序中的汇编语言有点类似,由语句指令依一定的顺序排列而成。一条指令一般可分为二部分,一为助记符,二为操

20、作数。,图3.3 梯形图与语句表,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,44,3.指令表(Instruction list),指令表语言和梯形图有严格的对应关系：对指令表运用不熟悉的人可先画出梯形图,再转换为语句表。另一方面,程序编制完毕装入机内运行时,简易编程设备都不具备直接读取图形的功能,梯形图程序只有改写为指令表才有可能送入可编程控制器运行。,图3.3 梯形图与语句表,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,45,4.功能块图(Function block diagram),功能块图：是一种类似于数字逻辑电路的编程语言。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系,方框的左侧

21、为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量,输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算,信号自左向右流动。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,46,结构文本(ST) 为IEC61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。 在ST语言中支持运算符、控制语句、函数。 两大优点： 能实现复杂的数学运算； 非常简洁和紧凑。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,47,3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件 一、FX系列的用户数据结构与基本性能 1. 三种数据结构 bit数据：位编程单元，表示开关量的状态； 字数据：16位二进制数，以二进制补码的形式存储； 字与位的结合 2. 基本性能： （表3.1

22、，表3.2）,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,48,二、PLC的编程元件,在可编程控制器内部设置的具有各种功能、能方便地代表控制过程中的事物的元器件。,定义,物理实质,是电子电路及存储器。,注：具有不同使用目的的编程元件的电子电路是有所不同的。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,49,分类 及编号,FX系列PLC编程元件的编号分为两个部分。 第一部分是代表功能的字母,如输入继电器用“X”表示,输出继电器用“Y”表示; 第二部分为数字,数字为该类器件的序号。,FX2N系列 PLC中输入继电器及输出继电器的序号为八进制,其余器件的序号为十进制。从元件的最大序号可以了解可编程控制器

23、可能具有的某类器件的最大数量。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,50,1. 输入继电器(X),输入继电器是接收机外信号的窗口。可编程控制器输入接口的一个接线点对应一个输入继电器。 输入继电器的线圈只能由机外信号驱动,在反映机内器件逻辑关系的梯形图中并不出现。梯形图中常见的是输入继电器的常开、常闭触点。它们的工作对象是其他软元件的线圈。,输入继电器的应用,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,51,2. 输出继电器(Y),输出继电器是PLC中惟一具有外部触点的继电器，可编程控制器输出接口的一个接线点对应一个输出继电器。 输出继电器可通过外部接点接通该输出口上连接的输出负载或执行器件

24、。输出继电器的线圈只能由程序驱动,输出继电器的内部常开常闭触点可作为其他器件的工作条件出现在程序中。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,52,图3.6 输入继电器与输出继电器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,53,3. 辅助继电器与状态,（1）通用型辅助继电器,M0M499(500点),常用于逻辑运算的中间状态存储及信号类型的变换。 辅助继电器的线圈只能由程序驱动。它只具有内部触点。,通用型辅助继电器 的应用,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,54,掉电保持是指在 PLC外部电源停电后,由机内电池为某些特殊工作单元供电,可以记忆它们在掉电前的状态。 掉电保持的通用型辅

25、助继电器具有记忆能力。 其中 M5001023为出厂时设定为停电保持区域, M1024M3071为固定停电保持区域。如需要改变时,用户可在M0M499及M5001023区域中自由安排停电保持区。,(2) 具有掉电保持的通用型辅助继电器,M5001023(524点)及 M1024M3071(2048点),可编程控制器原理及应用,2020/7/6,55,(3)特殊辅助继电器,M8000M8255(256点）,特殊辅助继电器根据使用方式可以分为二类。,触点利用型：由PLC的系统程序驱动其线圈。 线圈驱动型：由用户程序驱动其线圈。,用来表示PLC的某些状态，提供时钟脉冲和标志（例如进位、借位标志），设

26、定PLC的运行方式，或者用于步进顺控、禁止中断、设定计数器是加计数或是减计数等。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,56,例：,M8000: 运行监视，RUN模式为1，STOP模式为0； M8002：初始化脉冲，仅在M8000由OFF变为ON时的一个扫描周期内为ON，可用其常开触点使有断电保持功能的元件初始化复位和清零； M8012：产生100MS时钟脉冲,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,57,(4) 状态,用于编制顺序控制程序的一种编程元件，与STL指令（步进梯形指令）一起使用。 通用状态（S0S499）没有断电保持功能，但用程序可以将它们设定为有断电保持功能的状态。 S5

27、00S899有断电保持功能 S900S999供报警器使用。 注：不使用步进梯形指令时，可把它们当作普通辅助继电器使用,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,58,4. 定时器(T) 相当于继电器系统中的时间继电器。包括一个设定值寄存器(一个字长)、一个当前值寄存器(一个字长)和一个用来储存其输出触点状态的映像寄存器(占二进制的一位)。,工作原理：定时器满足计时条件时开始计时,当前值寄存器则开始计数,当它的当前值与设定值寄存器存放的设定值相等时定时器动作,其常开触点接通,常闭触点断开,并通过程序作用于控制对象,达到时间控制的目的。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,59,(1) 通用

28、定时器(T0T245),100ms定时器 T0T199(200点),计时范围: 0.13276.7s 10ms定时器 T200T245(46点) ,计时范围: 0.01327.67s,分类： 通用定时器(T0T245) 累计型定时器(T246T255),可编程控制器原理及应用,2020/7/6,60,图3.10 延时停止输出定时器,图3.9 通用定时器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,61,1ms累计型定时器 T246T249(4点:中断动作),计时范围：0.00132.767s 100ms累计型定时器 T250T255(6点) ,计时范围: 0.13276.7s,(2)累计型定时器

29、(T246T255),可编程控制器原理及应用,2020/7/6,62,图3.11 累计型定时器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,63,5.计数器,计数器在程序中用作计数控制。,分类,内部计数器 外部计数器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,64,(1) 内部计数器,对PLC的内部信号X,Y,M,S等计数,1) 16位加计数器(设定值: 132767),类型： 通用的 C0C99(100点) 掉电保持用的 C100C199(100点)。,16位指其设定值及当前值寄存器为二进制16位寄存器,其设定值在 K1K32767范围内有效。设定值 K0与K1意义相同,均在第一次计数时,其触

30、点动作。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,65,图3.12 16位加计数器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,66,2) 32位加/减计数器(设定值:-2147483648+2147483647),类型： 通用的 C200C219(20点) 掉电保持用的 C220C234(15点)。,32位指其设定值寄存器为32位，其首位为符号位。设定值的最大绝对值为31位二进制数所表示的十进制数。即为-2147483648+2147483647。设定值可直接用常数或间接用数据寄存器D的内容。间接设定时,要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。,计数的方向 (加计数器或减计数器)由特殊辅助继电

31、器 M8200M8234设定。 对应的特殊辅助继电器为ON时为减计数，反之为加计数。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,67,图3-13 32位增/减计数器的工作过程,置位条件:当前值从小于设定值跳跃到等于设定值 复位条件: 1.状态值变为零，软复位， 即当前值从等于设定值跳跃到小于设定值 2.状态值和当前值都是零，硬复位， 即外部RST,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,68,(2) 高速计数器,C235C255；21点； C235C240：1相，无启动/复位端 C241C245：1相，带启动/复位端 C246C250：1相，双计数输入 C251C255：2相，双计数输入 均

32、为32位加/减计数器；,用特殊辅助继电器M8235 M8245设定计数方向 。 对应的特殊辅助继电器为ON时为减计数，反之为加计数。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,69,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,70,图3.14 一相高速计数器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,71,图3.15 AB相高速计数器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,72,6. 数据寄存器(D),在模拟量检测与控制以及位置控制等场合用来储存数据和参数，数据寄存器为16位(最高位为符号位)，两个合并起来可以存放32位数据。,(1) 通用数据寄存器 (2) 保持型数据寄存器 (3) 特殊数

33、据寄存器 (4) 文件寄存器 (5) 外部调整寄存器 (6) 变址寄存器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,73,1) 通用数据寄存器,特殊辅助寄存器M8033的为OFF时, 当PLC从RUN模式进入STOP模式时，所有的通用数据寄存器的值被改写为0。,2) 保持型数据寄存器,当PLC从RUN模式进入STOP模式时，保持型数据寄存器的值保持不变。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,74,3) 特殊数据寄存器,用来控制和监视PLC内部的各种工作方式和元件，例如： D8010D8012：分别是PLC扫描时间的当前值，最大值，最小值； D8008:FX2N系列PLC的停电检测时间寄存

34、器； PLC上电时，这些数据寄存器被写入默认的值。,4) 文件寄存器,以500点为单位，可以被外部设备存取。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,75,5) 外部调整寄存器,FX1S和FX1N有两个内置的设置参数用的小电位器，可改变指定的数据寄存器D8030和D8031的值。 FX2N和FX2NC可用附加的特殊功能扩展板实现同样的功能。 常用来修改定时器的时间设定值。,图3.16 设置参数的小电位器,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,76,6) 变址寄存器,16个：V0V7, Z0Z7 用来改变编程元件的元件号，通过修改变址寄存器的值，可以改变实际的操作数，例： 当V012时，数

35、据寄存器的元件号D6V0相当于D18 也可用来修改常数的值，例： 当Z021时，K48Z0相当于K69,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,77,7. 指针与常数,指针： 包括分支和子程序用的指针(P)和中断用的指针(I)。 在梯形图中，指针放在左侧母线的左边。,常数： 常数K用来表示十进制常数 常数H用来表示十六进制常数,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,78,后面为后补充内容,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,79,第一节 数据类软元件及存储器组织,一、数据类软元件的类型及使用,1.数据寄存器（D）,数据寄存器是用于存储数值数据的软元件，FX2N系列机中为16位（最高

36、位为符号位，可处理数值范围为-32, 768+32，768），如将2个相邻数据寄存器组合，可存储32位（最高位为符号位,可处理数值范围为-2，147，483, 648 +2, 147, 483, 648）的数值数据。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,80,第一节 数据类软元件及存储器组织,图6-1 16/32位二进制数据各位权值,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,81,第一节 数据类软元件及存储器组织,常用数据寄存器有以下几类: 通用数据寄存器 (D0D199共200点) 断电保持数据寄存器 (D200D511共312点) 特殊数据寄存器 (D8000D8255共256点),

37、可编程控制器原理及应用,2020/7/6,82,第一节 数据类软元件及存储器组织,它的初始值由系统只读存储器在通电时写入。要改变时可利用传送指令(FNC12 MOV)写入,未定义的特殊数据寄存器不要使用！,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,83,第一节 数据类软元件及存储器组织,变址寄存器V、Z和通用数据寄存器一样,是进行数值数据读、写的16位数据寄存器。主要用于运算操作数地址的修改。 进行32位数据运算时,将V0V7,Z0Z7对号结合使用,如指定Z0为低位,则V0为高位,组合成为:(V0,Z0)。变址寄存器V、Z的组合如图6-3所示。,2.变址寄存器 (V0V7,Z0Z7共16点),

38、可编程控制器原理及应用,2020/7/6,84,第一节 数据类软元件及存储器组织,可以用变址寄存器进行变址的软元件是: X、Y、M、S、P、T、C、D、K、H、KnX、KnY、Kn M、KnS。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,85,第一节 数据类软元件及存储器组织,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,86,第一节 数据类软元件及存储器组织,在FX2N可编程控制器的数据寄存器区域,D1000号以上的数据寄存器为通用停电保持寄存器,利用参数设置可作为最多7000点的文件寄存器使用,文件寄存器实际上是一类专用数据寄存器,用于集中存储大量的数据,例如采集数据、统计计算数据、多组控制参

39、数等。,3.文件寄存器 ( D1000D2999共2000点),可编程控制器原理及应用,2020/7/6,87,第一节 数据类软元件及存储器组织,4.指针,用途,用作跳转、中断等程序的入口地址,与跳转、子程序、中断程序等指令一起应用。地址号采用十进制数分配。,分类,按用途可分为分支类指针P和中断用指针I两类,其中中断用指针又可分为输入中断用,定时器中断用及计数器中断用等三种。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,88,第一节 数据类软元件及存储器组织,(1)指针 P 指针P用于分支指令,其地址号P0P63,共64点。P63即相当于END指令。,图6-5 指针P的使用,可编程控制器原理及应

40、用,2020/7/6,89,第一节 数据类软元件及存储器组织,(2)指针I 输入中断用指针。输入中断用指针I00I50,共6点。6个输入中断仅接收对应于输入口 X000X005的信号触发。这些输入口无论是硬件设置还是软件管理上都与一般的输入口不同,可以处理比扫描周期短的输入中断信号。上升沿或下降沿指对输入信号类别的选择。,例如：I001为输入X000从OFFON变化时,执行由该指针作为标号后面的中断程序,并在执行IRET指令时返回。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,90,第一节 数据类软元件及存储器组织,定时器中断用指针。定时器中断用指针I6I8,共3点。定时器中断为机内信号中断。由

41、指定编号为68的专用定时器控制。设定时间在1099ms间选取。每隔设定时间中断一次。用于不受PLC运算周期影响的循环中断处理控制程序。,例如：I610为每隔10ms就执行标号为I610的中断程序一次,在IRET指令执行时返回。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,91,第一节 数据类软元件及存储器组织,计数器中断用指针。计数器中断用指针I010I060 ,共6点。计数器中断可根据PLC内部的高速计数器比较结果执行中断程序。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,92,3.3 FX系列PLC的基本逻辑指令 一、 LD，LDI，OUT指令 LD(load)：常开触点与母线连接的指令。 可

42、以用于X，Y，M，T，C和S。 LDI(load inverse)：常闭触点与母线连接的指令。 可以用于X，Y，M，T，C和S。 OUT(out)：驱动线圈的输出指令。 可以用于Y，M，T，C，S这些元件， 不能用于输入继电器。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,93,图3.17 LD，LDI与OUT指令,注：OUT指令可以连续使用若干次，相当于线圈的并联。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,94,二、串联指令与并联指令 (1) 串联指令 AND(and)：常开触点串联连接指令。 ANI(and inverse)：常闭触点串联连接指令。 (2) 并联指令 OR(or)：常开触点

43、的并联连接指令。 ORI(or inverse)：常闭触点的并联连接指令。 (3) ORB指令(or block)：电路块并联连接指令。 (4) ANB指令(and block)：电路块串联连接指令。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,95,图3.18 AND与ANI指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,96,图3.20 OR与ORI指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,97,图3.22 ANB指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,98,图3.21 ORB指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,99,注： AND,ANI,OR,ORI应用于单个触点

44、；ORB，ANB应用于电路块。 两个以上的触点组成的电路称为电路块，电路块的起始触点要使用LD或LDI指令 AND,ANI,OR,ORI后面有元件号；ORB，ANB后面没有元件号。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,100,三、置位与复位指令 SET：置位指令，使操作保持的指令。 RST：复位指令，使操作保持复位的指令。 任何情况下都优先执行。,图3.24 置位复位指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,101,图3.25 定时器与计数器的复位,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,102,四、栈存储器与多重输出指令 MPS(point store)，MRD(read)，M

45、PP(pop)指令分别是进栈、读栈和出栈指令，它们用于多重输出电路。,FX系列有11个存储中间运算结果的栈存储器。 堆栈采用先进后出的存取方式。 MPS与MPP指令必须成对出现 MRD指令读取存储在堆栈最上层的运算结果，读数后堆栈中的数据不变化。 MPP指令弹出存储在堆栈最上层的运算结果，运行此指令后最上层的数据从堆栈中消失。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,103,图3.26 栈存储器与多重输出指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,104,图3.27 使用二层堆栈的分支电路,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,105,1、主控指令 MC(master control

46、)： 主控指令，或公共触点串联连接指令。 MCR(master control reset)： 主控复位指令，MC指令的复位指令。 主控触点：使用主控指令的触点，是控制一组电路的总开关，在梯形图中与一般的触点垂直。,五、其他指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,106,图3.28 主控与主控复位指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,107,注： MC指令只能用于输出继电器Y和辅助继电器M。 MC指令使母线移到了主控触点的下面，因此与主控触点相连的触点必须用LD或LDI指令， MCR指令使母线回到原来的位置。 在MC指令区内使用MC指令称为嵌套，无嵌套时，通常用N0编程，使用

47、次数没有限制，有嵌套时，嵌套级N的编号顺序增大,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,108,图3.29 多重嵌套主控指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,109,2、取反指令,图3.30 INV指令,INV(inverse)：将执行该指令之前的运算结果取反，运算结果如果为0将它变为1，运算结果为1则变为0。,图3.30中，如果串联触点电路接通，则Y0为OFF；如果串联触点电路断开，则Y0为ON。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,110,3、微分输出指令 PLS(pulse)：上升沿微分输出指令。 PLF：下降沿微分输出指令。 只能用于输出继电器和辅助继电器。,图3.3

48、1 微分输出指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,111,4、边沿检测触点指令 LDP，ANDP和ORP：用来做上升沿检测的触点指令，它们仅在指定位元件的上升沿(由OFFON变化)时接通一个扫描周期。 LDF，ANDF和ORF：用来做下降沿检测的触点指令，它们仅在指定位元件的下降沿(由ONOFF变化)时接通一个扫描周期。 指令中的LD，AND和OR分别表示开始的触点、并联和串联的触点,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,112,图3.32 边沿触点检测指令,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,113,5、NOP与END指令 NOP(non processing)：空操作指

49、令。 END(end)：结束指令，表示程序结束。 使用END指令可以缩短扫描周期。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,114,六、双线圈输出与程序的优化设计 (1) 双线圈输出： 同一元件的线圈在程序中使用了两次或多次。,图3.33 双线圈输出,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,115,图3.34 梯形图的优化设计,(2) 梯形图的优化设计,不出现双线圈输出情况； 设计并联支路，为简化指令表应将单个触点的支路放在下面；,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,116,图3.35 梯形图的优化设计,设计串联电路时，为简化指令表应将单个触点放在右面； 在有线圈的并联电路中将单个线

50、圈放在上面，可以避免使用入栈和出栈指令。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,117,遇到不可编程的梯形图时,可根据信号流对原梯形图重新编排,以便于正确应用PLC基本指令来编程。,Y,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,118,(3) 语句表的编辑规则: 利用 PLC基本指令对梯形图编程时, 必须按梯形图节点从左到右、自上而下的原则进行。 在处理较复杂的触点结构时,如触点块的串联并联或堆栈相关指令,指令表的表达顺序为:先写出参与因素的内容,再表达参与因素间的关系。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,119,可编程控制器应用技术,第4章 梯形图程序的设计方法,可编程控制器原理

51、及应用,2020/7/6,121,主要内容：,基本电路分析 开关量控制系统梯形图的设计方法,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,122,一、梯形图的基本电路 1、起动-保持-停止电路,图4.1 起保停电路,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,123,图4.2 异步电动机正反转电路,2、三相异步电动机正反转控制电路,KM1、KM2：控制正转运行与反转运行的交流接触器,FR：手动复位的热继电器,主回路,控制回路,停止按钮,正转启动按钮,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,124,图4.3 异步电动机正反转电路的PLC外部接线图与梯形图,要点：,两个起保停电路分别控制电动机的正转和

52、反转 互锁系统：Y0与Y1的常闭触点分别与对方的线圈串连，保证它们不会同时接通。 按钮互锁：将XO、X1的常闭触点分别与线圈Y1、Y0串连，保证Y1、Y0不会同时接通。 硬件互锁电路：PLC输出电路中KM1、KM2的辅助常闭触点组成。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,125,问题的提出： FX系列定时器的最长定时时间为3276.7s，如果要定更长时间怎么办？,3、 定时器计数器应用程序 (1) 定时范围的扩展,方法一： 利用辅助继电器M8014的触点向计数器提供周期为1min的时钟脉冲，可把单个计数器的最长定时时间延长为32767min。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,1

53、26,方法二： 利用程序设定，图4.4所示,图4.4 定时范围的扩展,设T0和C0的设定值分别为KT和KC，对于100ms定时器，总的定时时间为：,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,127,图4.5 闪烁电路,(2) 闪烁电路,Y0“通电”和“断电”的时间由T1和T0的设定值决定。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,128,图4.6 延时接通/断开电路,(3) 延时接通/断开电路,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,129,PLC程序设计常用的方法,1. 经验设计法 2. 继电器控制电路转换为梯形图法 3. 顺序控制设计法,4.2 梯形图的经验设计法,可编程控制器原理及应

54、用,2020/7/6,130,经验设计法: 在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称为经验设计法。经验设计法用于较简单的梯形图设计。应用经验设计法必须熟记一些典型的控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路等。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,131,例： 送料小车自动控制系统的梯形图设计,要解决的问题： 送料小车在限位开关X4处装料，10S后装料结束，开始右行，碰到X3后停下来卸料，15S后

55、左行，碰到X4后又停下来装料，如此循环往复。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,132,设计过程： 根据问题描述我们想到了电动机正反转控制系统。 再考虑需修改的地方：要增加时间控制和限位开关控制。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,133,用经验法设计梯形图存在的问题： 1) 设计方法很难掌握，设计周期长。 没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性； 在设计复杂的梯形图时，由于要考虑的因素很多，往往交织在一起，分析起来非常困难。 2) 装置交付使用后维修困难。 用经验设计法设计出的梯形图往往非常复杂，分析起来非常困难，给PLC控制系统的维修和改进带来了很大困难

56、。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,134,4.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法,因为老的继电器控制系统已被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，用PLC的硬件和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。 这种设计方法的优点： 改造前后的系统没有太大区别，操作工人易适应。 一般不需改动控制面板和它上面的器件，可减少硬件改造的费用和改造的工作量。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,135,4.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法,步骤： （1）熟悉现有的继电器控制线路。 （2）对照PLC的I/O端子接线图，

57、将继电器电路图上的被控器件（如接触器线圈、指示灯、电磁阀等）换成接线图上对应的输出点的编号，将电路图上的输入装置（如传感器、按钮开关、行程开关等）触点都换成对应的输入点的编号。 （3）将继电器电路图中的中间继电器、定时器，用PLC的辅助继电器、定时器来代替。 （4）画出全部梯形图，并予以简化和修改。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,136,例： 某卧式镗床继电器电路,熟悉现有的继电器控制线路 该镗床电机能实现高、低速运转；正、反转运行； 可通过开关按钮及限位开关实现对它的相应操作。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,137,确定输入信号和输出负载，并画出PLC的外部接线图,可

58、编程控制器原理及应用,2020/7/6,138,中间继电器ZZJ 辅助继电器M200 中间继电器ZFJ 辅助继电器M201 时间继电器SJ 定时器T0,确定辅助继电器和定时器的元件号,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,139,根据需要增设的中间单元,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,140,注意事项: (1) 应遵守梯形图语言的语法规定 梯形图中的线圈应放在最右边,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,141,注意事项: (1) 应遵守梯形图语言的语法规定 在梯形图中最好将继电器电路图中连在一起的线圈对应的控制电路分开。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,142,注

59、意事项： (2) 尽量减少PLC的输入信号和输出信号 因PLC的价格与I/O点数有关，因此要减少I/O点数以降低硬件费用。 如果继电器电路图中几个输入元件触点的串并联电路只出现一次，或者作为整体多次出现，可将它们作为PLC的一个输入信号，只占一个输入点。例图4.11中的2JPK的常开触点和2ZPK的常闭触点的并联电路,图4.14 局部等效电路图,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,143,注意事项： (2) 尽量减少PLC的输入信号和输出信号,图4.14 局部等效电路图,又如1ZPK和1JPK的常开触点的串联电路，还有一个它们的常闭触点的并联电路，因 ,即1ZPK与1JPK的常开触点的串联电路对应的“与”逻辑表达式取反后，即为它们的常闭触点的并联电路对应的逻辑表达式。因此可将1ZPK与1JPK的常开触点的串联电路作为一个输入信号。,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,144,注意事项: (3) 适当地设置中间单元 例梯形图4.13中增加的辅助继电器M202,可编程控制器原理及应用,2020/7/6,145,注意事项: (3) 适当地设置中间单元 例梯形图4.13中增加的辅助继电器M202,可