基于PLC的全自動洗衣機的控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、目錄一、PLC的概述11.PLC的基本概念12.PLC的基本結(jié)構(gòu)1二、PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域21.PLC的特點22. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域2三、PLC的發(fā)展歷程31.早期的PLC（60年代末70年代中期）32.中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）33.近期的PLC（80年代中、后期至今）3四、PLC的硬件31.PLC的物理結(jié)構(gòu)32.CPU模塊中的存儲器43.I/O模塊4五、PLC 的工作原理41.啟動、保持、停止電路42.存儲器的數(shù)據(jù)類型與尋址方式75.輸出指令與其他指令96.定時器與計數(shù)器指令10七、數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計方法121.梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法：122.根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計

2、梯形圖的方法123.順序控制設(shè)計法與順序功能圖12八、PLC編程實現(xiàn)全自動洗衣機的控制141.全自動洗衣機概述142.洗衣機控制要求：147.系統(tǒng)檢測與調(diào)試20十、參考文獻20摘要 本文主要講述的是PLC的硬件結(jié)構(gòu)特點，工作原理和程序設(shè)計基礎(chǔ)，還重點講述了數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計方法和順序功能圖的繪制方法，最后用一個全自動洗衣機的控制系統(tǒng)的設(shè)計實例來說明了PLC的整個工作過程。關(guān)鍵字：PLC，工作原理，程序設(shè)計，順序功能圖一、PLC的概述1.PLC的基本概念可編程序控制器（PLC）是應(yīng)用最廣的以計算機技術(shù)為核心的自動控制裝置，現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量,多品種

3、，多規(guī)格，低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，PLC正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。PLC的應(yīng)用面廣，功能強大，使用方便，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其它領(lǐng)域，例如民用和家庭自動化的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。PLC仍然處于不斷的發(fā)展中，其功能不斷增強，更為開放，它不但是單機自動化中應(yīng)用最廣的設(shè)備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也占有不可動搖的地位。可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，

4、順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。2.PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC主要由CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊，編程器和電源模塊組成（如圖1-1所示）。(1) CPU模塊CPU模塊主要由微處理器和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存數(shù)據(jù)和程序。(2) I/O模塊輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，它們相當于人的眼，耳，手，腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU

5、模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器，電磁閥，電磁鐵，指示燈，數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備；模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥，變頻器等執(zhí)行裝置。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。(3) 編程器編程器用來生成用戶程序，并用它來編輯，檢查，修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。使用編程軟件可以在計算機屏幕上直接生成和編輯梯形圖或指令表程序，并且可以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。(4) 電源PLC使用AC220V電源或DC24V電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同電壓等

6、級的直流電源。二、PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域1. PLC的特點（1） 編程方法簡單易學(xué)（2） 功能強，性能價格比高（3） 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強（4） 可靠性高，抗干擾能力強軟件措施：求和檢查和奇偶校驗硬件措施：濾波，隔離，屏蔽和Watch dog（5） 系統(tǒng)的設(shè)計，安裝，調(diào)試工作量少（6） 維修工作量小，維修方便（7） 體積小，能耗低2. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域（1）數(shù)字量邏輯控制:PLC用”與”,”或”,”非“等邏輯控制指令來實現(xiàn)觸點和電路的串并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制，定時控制與順序邏輯控制。（2）運動控制：PLC使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置，速度和加速度

7、進行控制，可以實現(xiàn)單軸，雙軸，三軸和多軸位置控制，使運動控制與順序控制有機的結(jié)合在一起。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械，例如金屬切削機床，金屬成形機械，裝配機械，機器人，電梯等場合。（3）閉環(huán)過程控制：過程控制是指對溫度，壓力，流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PID閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機，加熱爐，熱處理爐鍋爐等設(shè)備，以及輕工，化工，機械，冶金，電力，建材等行業(yè)。（4）數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運算，數(shù)據(jù)傳輸，轉(zhuǎn)換，排序和查表，位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集，分析和處理。（5）通信聯(lián)網(wǎng)：PLC與其它智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理，分散控制“的分布式控制系

8、統(tǒng)。三、PLC的發(fā)展歷程1.早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。2.中期的PLC（70年代中期80年代中，后期） 在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。這樣，使PLC得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠

9、程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC得應(yīng)用范圍得以擴大。3.近期的PLC（80年代中、后期至今）進入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的當次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。四、PLC的硬件1.PLC的物理結(jié)構(gòu)根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式.模塊式和混合式：（1）整體式PLC整體式又叫做單元式或箱體式，它的體積小，價格

10、低，小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC將CPU模塊，I/O模塊和電源裝在一個箱型塑料機殼內(nèi)。（2）模塊式PLC模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點數(shù)的多少，輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例，I/O模塊的種類和塊數(shù)，特殊I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大得多，維修時更換模式，判斷故障范圍也很方便，因此叫復(fù)雜的，要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。 2.CPU模塊中的存儲器 PLC使用以下幾種物理存儲器：（1）隨機存取存儲器（RAM）RAM又叫讀寫存儲器，它是易失性的存儲器，它的電源中斷后，儲存的信息將會丟失，RAM的工作速度高，價格便宜，改寫方便。（2）只讀存儲器（ROM）R

11、OM的內(nèi)容只能讀出，不能寫入，它是非易失性的，它的電源消失后，仍能保存儲存的內(nèi)容，ROM用來存放PLC的系統(tǒng)程序。（3）可以電擦除可編程的只讀存儲器（EEPROM）EEPROM是非易失性的，但是可以用編程裝置對它進行編程，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機存取優(yōu)點，但是將信息寫入所需的時間比RAM長得多。（4）可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)3.I/O模塊I/O模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁，PLC通過I/O模塊與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。PLC的I/O模塊分為開關(guān)量I/O模塊和模擬量I/O模塊。（1）I/O模塊的外部接線方式分為匯點式、分組式和分隔式三種。（2）輸入模塊交流輸入方式工

12、作電壓較高，抗干擾能力和工作穩(wěn)定性較強，適合于在有油霧、粉塵等惡劣環(huán)境下使用。（3）輸出模塊：繼電器輸出模塊，雙向晶閘管輸出模塊和場效應(yīng)晶體管型輸出模塊。五、PLC 的工作原理1.啟動、保持、停止電路起動-保持-停止電路時一種用觸點和線圈實現(xiàn)邏輯運算的電路。圖5-1 啟動、保持、停止電路 按下起動按鈕SB1，它的常開觸點接通，電流經(jīng)過SB1的常開觸點和停止按鈕SB2的常閉觸點，經(jīng)過交流接觸器KM的線圈，接觸器的銜鐵被吸合，使主電路中KM的三對常開觸點閉合，異步電動機M的三相電源接通，電動機開始運行，控制電路中接觸器KM的輔助常開觸點同時接通。放開起動按鈕后，SB1的常開觸點斷開，電流經(jīng)KM的輔

13、助常開觸點和SB2的常閉觸點流過KM的線圈，電動機繼續(xù)運行。在電動機運行時按下停止按鈕SB2，它的常閉觸點斷開，使KM得線圈失電，KM的主觸點斷開，異步電動機的三相電源被切斷，電動機停止運行，同時控制電路中KM的輔助常開觸點斷開。當停止按鈕SB2被放開，其常閉觸點閉合后，KM的線圈仍然失電，電動機繼續(xù)保持停止運行狀態(tài)。2.PLC的操作模式及工作原理PLC通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，初始化后PLC要反復(fù)不斷地分階段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。所以，PLC在RUN工作模式下，將采用周期性循環(huán)

14、掃描、分時操作的工作方式，不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作。圖5-2 PLC的掃描過程PLC的RUN工作模式和STOP工作模式下完成的掃描過程工作任務(wù)如圖5-2所示。(1)讀取輸入（輸入采樣）PLC把所有輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器中寄存起來，作為程序執(zhí)行時的條件。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入。(2)執(zhí)行用戶程序PLC逐條順序掃描執(zhí)行用戶程序（如果程序用梯形圖表示，則

15、按先上后下，先左后右的順序掃描執(zhí)行）。執(zhí)行程序指令時，所需要的輸入狀態(tài)或其它編程元件的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出，而執(zhí)行結(jié)果寫入到元件映像寄存器中，這就是說，對于每個編程元件來說，元件映像寄存器中寄存的內(nèi)容，會隨程序執(zhí)行的進程而變化。(3)通信處理可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。(4)CPU自診斷測試在內(nèi)部處理階段，可編程序控制器檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。(5)改寫輸出（輸出刷新）輸出刷新階段，當程序執(zhí)行完后，進入輸出刷新階段。此時，將元件映像寄存器中所有的輸出繼電

16、器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再通過輸出模塊去驅(qū)動用戶輸出設(shè)備（負載），這就是PLC的實際輸出。(6)中斷程序的處理如果程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時，CPU停止執(zhí)行正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序。中斷功能可以提高PLC對某些事件的響應(yīng)速度。(7)立即I/O處理在程序執(zhí)行過程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點。用立即I/O指令讀入輸入點的值時，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令來改寫輸出點時，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被更新。(8)掃描周期PLC在RUN工作模式下，執(zhí)行一次完整的掃描工作操作所需的時間稱為掃描工作周期。掃描時間取決于掃描速度和用戶程序的長短，其典型值為

17、1100ms。它由掃描工作過程中的五個工作階段分時操作過程組成。當PLC的CPU模塊確定后，掃描速度就確定下來了。除用戶程序執(zhí)行時間外，其它四個工作過程所花時間即基本確定了。而用戶程序執(zhí)行時間則與用戶程序的指令數(shù)量有關(guān)，用戶程序越長，指令數(shù)量越多，PLC的掃描工作周期越長。如日本歐姆龍公司的C系列P型PLC，其內(nèi)部處理時間為1.26ms；執(zhí)行編程器等外部通信時間為12ms，沒有外部設(shè)備與PLC相連時該段時間為零；輸入/輸出處理時間1ms；每條指令平均執(zhí)行時間為30us.西門子S7-200系列PLC使用的CPU掃描速度較快，其指令的平均執(zhí)行時間為0.22us。(9)輸入/輸出滯后時間輸入/輸出時

18、間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時間，是指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。數(shù)字量輸入模塊的RC濾波器用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作時產(chǎn)生的抖動引起的不良影響。濾波電路的時間常熟決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為10ms左右。S7-200型PLC集成的輸入點的輸入濾波器的延遲時間可以用編程軟件在系統(tǒng)塊中來設(shè)置。輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關(guān)。繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；場效應(yīng)晶體管型輸出電路的滯后時間為數(shù)us至100多us；雙向可

19、控硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為1ms，負載由導(dǎo)通到斷開的最大滯后時間為10ms。由于PLC在一個掃描工作周期的各個階段采用分時操作的工作方式，引起的滯后時間最長可達兩三個掃描周期。六PLC程序設(shè)計基礎(chǔ)1.PLC的編程語言與程序結(jié)構(gòu)PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。各廠家的PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達方式也不一致。IEC（國際電工委員會）于1994年5月公布了PLC標準，它由以下五個部分組成：通用信息、設(shè)備與測試要求、編程語言、用戶指南和通信。其中的第三部分是PLC的編程語言標準，它詳細地說明了句法、語義和下述五種編程語言：（1）PLC有五種編程語言：1）順

20、序功能圖2）梯形圖3）功能塊圖4）指令表5）結(jié)構(gòu)文本圖6-1 PLC的編程語言 順序功能圖梯形圖功能塊圖指令表結(jié)構(gòu)文本梯形圖和功能塊圖是圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本是文字語言。順序功能圖：對目前大多數(shù)PLC來說，它僅僅作為組織編程的工具使用。梯形圖：梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語言。它被稱為電路或程序，是一種軟件信息，與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)硬件電路不同。梯形圖由觸電、線圈和用方框表示的功能塊組成。觸點代表邏輯輸入條件，線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的標志位等，功能塊用來表示定時器、計數(shù)器或者數(shù)學(xué)運算等指令。在梯形圖網(wǎng)絡(luò)中，程序的邏輯運算按從左到右的方向執(zhí)行

21、，與能流的方向一致。各網(wǎng)絡(luò)按從上到下的順序執(zhí)行，執(zhí)行完所有的網(wǎng)絡(luò)后，下一個掃描周期返回最上面的網(wǎng)絡(luò)重新執(zhí)行。梯形圖的一個網(wǎng)絡(luò)中只能有一塊獨立電路。功能塊圖：功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言。語句表：S7序列PLC將指令表稱為語句表，語句表由若干條指令組成，指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作數(shù)由標識符和參數(shù)組成。結(jié)構(gòu)文本：結(jié)構(gòu)文本是為IEC61131-3標準創(chuàng)建的一種專門的高級編程語言。與梯形圖相比，它能實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，編寫的程序非常簡潔和緊湊。（2）程序結(jié)構(gòu)包括主程序，子程序和中斷程序。1）主程序主程序是程序的主體，每一個項目都必須并且只能有一個主程序。在主程序中可以調(diào)用子程序和中斷

22、程序。2）子程序子程序是可選的，僅在被其他程序調(diào)用時執(zhí)行，同一個子程序可以再不同的地方被多次調(diào)用。3）中斷程序中斷程序用來及時處理與用戶程序的執(zhí)行時序無關(guān)的操作，或者不能事先預(yù)測何時發(fā)生的中斷事件。中斷程序不是由用戶程序調(diào)用，而是在中斷事件發(fā)生時由操作系統(tǒng)調(diào)用。2.存儲器的數(shù)據(jù)類型與尋址方式（1） 數(shù)據(jù)在存儲器中存取的方式1）用一位二進制數(shù)表示開關(guān)量：S7200的位存儲單元的地址由字節(jié)地址和位地址組成，這種存取方式稱為“字節(jié).位”尋址方式。2） 多位二進制數(shù)：用2#來表示二進制常數(shù)3）十六進制數(shù)：可以用十六進制數(shù)來表示多位二進制數(shù)，可以用數(shù)字后面加”H”來 表示十六進制常數(shù)，用數(shù)字前面的“16

23、#”來表示十六進制常數(shù)。4）字節(jié)，字與雙字：8位二進制數(shù)組成一個字節(jié)，其中的第0位為最低有效位（LSB），第七位位最高有效位（MSB）。相鄰的兩個字節(jié)組成一個字，VW100是由VB100和VB101組成的一個字，V為區(qū)域標識符，W表示字，100為起始字節(jié)的地址，注意V100是高位字節(jié)。相鄰的四個字節(jié)組成一個雙子，VD100是由VB100VB103組成的雙子，V為區(qū)域標識符，D表示雙子，100為起始字節(jié)的地址，注意VB100是最高位的字節(jié)。5）負數(shù)的表示方法：PLC一般用二進制補碼來表示有符號數(shù)，其最高位為符號位，最高位為零時表示正數(shù)，為一時為負數(shù)。正數(shù)的補碼是它本身，將正數(shù)的補碼逐位取反后加一

24、，得到絕對值與它相同的負數(shù)的補碼。6）BCD碼：BCD碼是二進制編碼的十進制數(shù)的縮寫，BCD碼用四位二進制數(shù)的組合來表示一位十進制數(shù)，3.CPU的存儲區(qū)重點講了以下幾種：1）輸入過程映像寄存器（I）：PLC通過光耦合器，將外部信號的狀態(tài)讀入并存儲在輸入過程映像寄存器中，外部輸入電路接通時對應(yīng)的映像寄存器為1狀態(tài)，反之為0狀態(tài)。輸出過程映像寄存器（Q）：在掃描周期的末尾，CPU將輸出過程映像寄存器的數(shù)據(jù)傳送給輸出模塊，再由輸出模塊驅(qū)動外圍負載。2） 變量存儲區(qū)（V）3） 位存儲區(qū)（M）4）定時器存儲區(qū)（T）：定時器位用來描述定時器的延時動作的觸點的狀態(tài)，定時器位為1時，梯形圖中對應(yīng)的定時器的常開

25、觸點閉合，常閉觸點斷開；為0時則觸點的狀態(tài)相反。5）計數(shù)器存儲區(qū)（C）：來累計其計數(shù)輸入脈沖電平由低到高的次數(shù)，CPU提供加計數(shù)器，減計數(shù)器和加減計數(shù)器。6）特殊存儲器（SM）：特殊存儲器用于CPU與用戶之間交換信息，例如SM0.0一直為1狀態(tài)，SM0.1僅在執(zhí)行用戶程序的第一個掃描周期為1狀態(tài)，SM0.4和SM0.5分別提供周期為1min和1s的時鐘脈沖。4.位邏輯指令（1）觸點指令標準觸點指令：常開觸點對應(yīng)的存儲器地址位為1狀態(tài)時，該觸點閉合，在語句表中，分別用LD，A，O指令來表示開始，串聯(lián)和并聯(lián)的常開觸點。常閉觸點對應(yīng)的存儲器地址位為0狀態(tài)時，該觸點閉合，在語句表中，分別用LDN,AN

26、,ON來表示開始，串聯(lián)和并聯(lián)的常閉觸點。圖6-2 標準觸點指令 （2）堆棧的基本概念（3）裝載或（OLD）指令：OLD指令用邏輯“或“操作對堆棧第一層和第二層的數(shù)據(jù)相”或“，即將兩個串聯(lián)電路塊并聯(lián)，并將運算結(jié)果存入堆棧的頂部，第三至九層中的數(shù)據(jù)依次向上移動一位。（4）堆棧與（ALD）指令：ALD指令用邏輯“與“操作對堆棧第一層和第二層的數(shù)據(jù)相”與“，即將兩個串聯(lián)電路塊串聯(lián)，并將運算結(jié)果存入堆棧的頂部，第三至九層中的數(shù)據(jù)依次向上移動一位。（5）其它堆棧操作指令：邏輯入棧（LPS）指令復(fù)制棧頂?shù)闹挡⑵鋲喝攵褩５南乱粚樱瑮Ｖ性瓉淼臄?shù)據(jù)依次向下一層推移，棧底值被推出丟失。邏輯讀棧（LRD）指令將堆棧

27、中的第二層的數(shù)據(jù)復(fù)制到棧頂。第2-9層的數(shù)據(jù)不變，但是原棧頂值消失。邏輯出棧（Logic Pop,LPP）指令使棧中各層的數(shù)據(jù)向上移動一層，第二層的數(shù)據(jù)稱為堆棧的棧頂值，棧頂原來的數(shù)據(jù)從棧內(nèi)消失。轉(zhuǎn)載堆棧（Load Stack,n=1-8，LDS n）指令復(fù)制堆棧內(nèi)第n層的值到棧頂。棧中原來的數(shù)據(jù)依次向下一層推移，棧底值被推出丟失。（6）立即觸點立即（Immediate）觸點指令只能用于輸入量I，執(zhí)行立即觸點指令時，立即讀入物理輸入點的值，根據(jù)該值決定觸點的接通/斷開狀態(tài)，但是并不更新該物理輸入點的輸入過程映像寄存器。在語句表中，分別用LDI、AI、OI來表示開始、串聯(lián)和并聯(lián)的常開立即出點。用

28、LDNI、ANI、ONI來表示開始、串聯(lián)和并聯(lián)的常閉立即觸點。觸點符號中間的“I”和“/I”用來表示立即常開觸點和立即常閉觸點。5.輸出指令與其他指令表6-1 輸出指令與其它指令語句描述= bit輸出=I bit立即輸出S bit,N置位SI bit,N立即置位R bit,N復(fù)位RI bit,N立即復(fù)位（1）輸出指令輸出指令（=）與線圈相對應(yīng)，驅(qū)動線圈的觸點電路接通時，線圈流過“能流”，指定位對應(yīng)的映像寄存器位1，反之則為0。執(zhí)行輸出指令時，將棧頂值復(fù)制到對應(yīng)的映像寄存器。（2）立即輸出指令執(zhí)行立即輸出指令時，將棧頂值立即寫入指定的物理輸出位和對應(yīng)的輸出過程映像寄存器。該指令只能用于輸出位（Q

29、），線圈符號中的“I”用來表示立即輸出。（3）置位與復(fù)位指令S（Set）是置位指令，R（Reset）是復(fù)位指令。執(zhí)行置位指令或復(fù)位指令時，從指定的位地址開始的N各連續(xù)的位地址都被置位（變?yōu)?）或復(fù)位（變?yōu)?），N=1-255。置位指令與復(fù)位指令最重要的特點是有記憶和保持功能。如果被指定復(fù)位的是定時器（T）或計數(shù)器（C），將清楚定時器/計數(shù)器的當前值，它們的位變?yōu)?狀態(tài)。（4）立即置位與立即復(fù)位指令執(zhí)行立即置位（Set Immediate,SI）或立即復(fù)位（Reset Immediate,RI）指令時，從指定位地址開始的N個連續(xù)的物理輸出點將被立即置位或復(fù)位，N=1-128。線圈中的I表示立即。

30、該指令只能用于輸出量（Q），新值被同時寫入對應(yīng)的物理輸出點和輸出過程映像寄存器。（5）其他指令表6-2 其他指令語句描述NOT取反EU正跳變ED負跳變NOP N空操作1）取反指令取反（NOT）觸點將存放在堆棧頂部的左邊電路的邏輯運算結(jié)果取反，運算結(jié)果若為1則變?yōu)?，為0則變?yōu)?，該指令沒有操作數(shù)。在梯形圖中，能流到達該觸點時即停止；若能流未到達該觸點，該觸點給右側(cè)供給能流。2）跳變觸點指令正跳變觸點檢測到一次正跳變（觸點的輸入信號由0變?yōu)?）時，或負跳變觸點檢測到一次負跳變（觸點的輸入信號由1變?yōu)?）時，觸點接通一個掃描周期。正/負跳變指令的助記符分別為EU（Edge Up,上升沿）和ED（E

31、dge Down,下降沿），它們沒有操作數(shù)，觸點符號中間的“P”和“N”分別表示正跳變和負跳變。3）空操作指令空操作指令（NOP N）不影響程序的執(zhí)行，操作數(shù)N=0-255。6.定時器與計數(shù)器指令定時器與計數(shù)器的指令見表6-3：表6-3 定時器與計數(shù)器指令語句描述語句描述TON TXXX,PT接通延時定時器CTU CXXX,PV加計數(shù)器TOF TXXX,PT斷開延時定時器CTD CXXX,PV減計數(shù)器TONR TXXX,PT保持型接通延時定時器CTUD CXXX,PV加減計數(shù)器1.定時器指令（1）接通延時定時器定時器、計數(shù)器的當前值、設(shè)定值均為16位有符號整數(shù)（INT），允許的最大值為3276

32、7。接通延時定時器（TON）的使能輸入端（IN）的輸入電路接通時開始定時。當前值大于等于預(yù)知時間（Preset Time,PT）端指定的設(shè)定值（1-35767）時，定時器位變?yōu)镺N，梯形圖中該定時器的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。達到設(shè)定值后，當前值仍然繼續(xù)增大，直到最大值32767。輸入電路斷開時，定時器自動復(fù)位，當前值被清零，定時器位變?yōu)镺FF。CPU第一次掃描時，定時器位被清零。定時器有1ms、10ms和100ms三種分辨率。定時器的設(shè)定時間等于設(shè)定值與分辨率的乘積。（2）斷開延時定時器圖6-3 斷開延時定時器 接在斷開延時定時器（TOF）IN輸入端的輸入電路接通時，定時器位變位ON，當前

33、值被清零。輸入電路斷開后，開始定時，當前值從0開始增大，當前值等于設(shè)定值時，輸出位變?yōu)镺FF，當前值保持不變，直到輸入電路接通。用于設(shè)備停機后的延時，如圖6-3所示。（3）保持型接通延時定時器圖6-4 接通延時定時器 保持型接通延時定時器（TONR）接通時，開始定時。當前值大于等于PT端指定的設(shè)定值時，定時器位變?yōu)镺N。達到設(shè)定值后，當前值仍然繼續(xù)計數(shù)，直到最大值32767。輸入電路斷開時，當前值保持不變?？梢杂肨ONR來累計輸入電路接通的若干個時間間隔，如圖6-4所示。2.計數(shù)器指令（1）加計數(shù)器（CTU）圖6-5 加計數(shù)器當接在R輸入端的復(fù)位輸入電路斷開時（見圖6-5），接在CU輸入端的加

34、計數(shù)脈沖輸入電路由斷開變?yōu)榻油ǎ丛贑U信號的上升沿），計數(shù)器的當前值加1.直至計數(shù)最大值32767。當前值大于等于設(shè)定值PV時，計數(shù)器位被置1.當復(fù)位輸入R為ON或執(zhí)行復(fù)位指令時，計數(shù)器被復(fù)位，計數(shù)器位變?yōu)镺FF，當前值被清零。計數(shù)器的編號范圍位C0-C255。不同類型的計數(shù)器不能共用同一計數(shù)器號。在語句表中，棧頂值是復(fù)位輸入R，加計數(shù)脈沖輸入CU放在棧頂下面一層。（2）減計數(shù)器圖6-6 減計數(shù)器在減計數(shù)脈沖輸入信號的上升沿（從OFF到ON），從設(shè)定值開始，計數(shù)器的當前值減1，減至0 時，停止計數(shù)，計數(shù)器位被置1（見圖6-6）。裝載輸入LD為1狀態(tài)時，計數(shù)器位被復(fù)位為0，并把設(shè)定值裝入當前值

35、寄存器。在語句表中，棧頂值是裝載輸入LD，減計數(shù)輸入CD放在棧頂下面一層。（3）加減計數(shù)器圖6-7 加減計數(shù)器在加計數(shù)輸入脈沖CU的上升沿，計數(shù)器的當前值加1，在減計數(shù)輸入脈沖CD的上升沿，計數(shù)器的當前值減1，當前值大于等于設(shè)定值（PV）時，計數(shù)器位被置位（見圖6-7）。若復(fù)位輸入（R）為ON，或?qū)τ嫈?shù)器執(zhí)行復(fù)位（R）指令時，計數(shù)器被復(fù)位。當前值為最大值32767時，下一個CU輸入的上升沿使當前值加1，變?yōu)樽钚≈?32768.當前值為-32768時，下一個CD輸入的上升沿使當前值減1，變?yōu)樽畲笾?2767。在語句表中，棧頂值是復(fù)位輸入R，減計數(shù)輸入CD在堆棧的第2層，加計數(shù)輸入CU在堆棧的第3

36、層。七、數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計方法1.梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法：可以用設(shè)計繼電器電路圖的方法來設(shè)計比較簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)的梯形圖，即在一些典型的電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸電，最后才能得到一個較為滿意的結(jié)果。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的，設(shè)計所用的時間，設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大關(guān)系，它可以用于叫簡單的梯形圖的設(shè)計。經(jīng)驗設(shè)計法中常用的基本電路時有記憶功能的電路和定時器應(yīng)用電路2.根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖的方法 這種設(shè)計方法一般不需要改

37、動控制面板，保持了系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長期形成的操作習慣。根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計PLC的外部接線圖和梯形圖時應(yīng)注意以下問題：（1） 應(yīng)遵守語言中的語法規(guī)定（2） 設(shè)置中間單元（3） 盡量減少PLC的輸入信號和輸出信號（4） 設(shè)立外部聯(lián)鎖電路（5） 梯形圖的優(yōu)化設(shè)計（6） 外部負載的額定電壓3. 順序控制設(shè)計法與順序功能圖（1）所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先預(yù)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。順序控制系統(tǒng)的特點：有很強的時序性，即先做什么后做什么，前面的工作沒做完，則不能做后面的工作，其中有很多的聯(lián)鎖，互

38、鎖等邏輯關(guān)系。順序控制設(shè)計法設(shè)計過程：首先根據(jù)被控系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計出梯形圖程序。有的PLC為用戶提供了順序功能圖語言，在編程軟件中生成順序功能圖便完成了編程工作，編程軟件會自動生成對應(yīng)的梯形圖程序。順序控制設(shè)計法的優(yōu)點：這是一種先進的設(shè)計方法，設(shè)計過程規(guī)律性強，容易接受和掌握，可以極大地提高設(shè)計效率，是順序控制的生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)計PLC梯形圖程序的主要方法，它用輸入量X控制代表各步的編程元件（如輔助繼電器M）,再用它們控制輸出量Y，設(shè)計出的程序可讀性強，程序的調(diào)試、修改和維護方便，要重點學(xué)習和掌握。順序功能圖是描述控制系統(tǒng)的控制過程，功能和特性的一種圖形，也是設(shè)

39、計PLC的順序控制程序的有力工具。順序功能圖主要由步，有向連線，轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換條件和動作（或命令）組成。（2）步與動作步的基本概念：順序控制設(shè)計法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步，并用編程元件來代表各歩。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一部之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。初始步：與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動命令的相對靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個順序功能圖至少應(yīng)該有一個初始步。與步對應(yīng)的動作或命令：可以將一個控制系統(tǒng)劃分為被控系統(tǒng)和施控系統(tǒng)。對于被控系統(tǒng)，在某

40、一步中要完成某些“動作“；對于施控系統(tǒng)，在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”?；顒硬剑寒斚到y(tǒng)正處在某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。步處于活動狀態(tài)時，相應(yīng)的動作被執(zhí)行；處于不活動狀態(tài)時，相應(yīng)的非存儲型動作被停止執(zhí)行。（3）有向連線與轉(zhuǎn)換條件有向連線:在畫順序功能圖時,將代表各歩的方框按它們成為活動步的先后次序順序排列,并用有向連線將它們連接起來.步的活動狀態(tài)習慣的進展方向是從上到下或從左至右,在這兩個方向有向連線上的箭頭可以省略.如果不是上述的方向,應(yīng)在有向連線上用箭頭注明進展方向。轉(zhuǎn)換:轉(zhuǎn)換用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示,轉(zhuǎn)換將相鄰兩步分隔開.步的活動狀

41、態(tài)的進展是由轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)來完成的,并與控制過程的發(fā)展相對應(yīng)。轉(zhuǎn)換條件:使系統(tǒng)由當前步進入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件,轉(zhuǎn)換條件可以是外部的輸入信號,例如按鈕,指令開關(guān),限位開關(guān)的接通或斷開等,也可以是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號,例如定時器,計數(shù)器常開觸點的接通等,轉(zhuǎn)換條件還可能是若干個信號的與,或,非邏輯組合.在順序功能圖中,只有當某一步的前級步是活動步時,該步才有可能變?yōu)榛顒硬健?5) 順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)單序列: 由一系列相繼激活的步組成，每一步之后僅有一個轉(zhuǎn)換，每一個轉(zhuǎn)換之后也僅有一個步。選擇序列: 選擇系列的開始稱為分支，其結(jié)構(gòu)是某一步之后在不同轉(zhuǎn)換條件的控制之下，當某個轉(zhuǎn)換條件滿足時，可以由該步

42、有選擇地進入到后續(xù)的某一步所對應(yīng)的分支系列中。該步轉(zhuǎn)換符號只能標注于水平線之下。選擇系列的結(jié)束稱為合并。幾個選擇系列合并到一個公共系列時，用需要重新組合的系列相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換符號和水平連線來表示。轉(zhuǎn)換符號只允許標注于水平連線之上。并行序列: 用來表示系統(tǒng)的幾個同時工作的獨立部分的工作情況。當轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)導(dǎo)致幾個系列同時激活時，這些系列稱為并行系列。并行系列的開始部分稱為分支, 并行系列的結(jié)束稱為合并。在表示同步的水平雙線之下，只允許有一個轉(zhuǎn)換符號。復(fù)雜的順序功能圖: 順序功能圖中同時具有單系列、選擇系列和并行系列等結(jié)構(gòu)的順序功能圖稱為復(fù)雜順序功能圖。(6) 順序功能圖中轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本原則a.轉(zhuǎn)換實

43、現(xiàn)的條件:1)該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步2)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足b.轉(zhuǎn)換實現(xiàn)應(yīng)完成的操作:1)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬?2)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的前級步都變?yōu)椴换顒硬?c.繪制順序功能圖時的注意事項：1）功能表圖中，兩個步不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們隔開；2）兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個步將它們隔開。3）順序功能圖中的初始步一般對應(yīng)于系統(tǒng)等待起動的初始狀態(tài)，初始步是必不可少的；4）順序功能圖中不能有“到此為止”的死胡同。順序控制設(shè)計法的本質(zhì)：順序控制設(shè)計法是用輸入量I控制代表各歩的編程，再用它們控制輸出量Q。八、PLC編程實現(xiàn)全自動洗

44、衣機的控制1.全自動洗衣機概述波輪式全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安裝的。外桶固定，作盛水用，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩干）用。內(nèi)桶的四周有許多小孔，使內(nèi)外桶水流相通。洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥控制。進水時，控制系統(tǒng)使進水電磁閥打開，將水注入外桶；排水時，使排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌和脫水由同一臺電機拖動，通過電磁閥離合器來控制，將動力傳遞給洗滌波輪或甩干桶（內(nèi)桶）。電磁離合器失電，電動機帶動洗滌波輪實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，進行洗滌；電磁離合器得電，電動機帶動內(nèi)桶單向旋轉(zhuǎn)，進行甩干（此時波輪不轉(zhuǎn)）。水位高低分別由高低水位開關(guān)進行檢測。啟動按鈕用來

45、啟動洗衣機工作。2.洗衣機控制要求：啟動時，首先進水，到高位時停止進水，開始洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌15S，暫停3S后反轉(zhuǎn)洗滌15S，暫停3S后再正轉(zhuǎn)洗滌，如此反復(fù)30次。洗滌結(jié)束后開始排水，當水位下降到低水位時，進行脫水（同時排水），脫水時間為10S。這樣完成一次從進水到脫水的大循環(huán)過程。經(jīng)過3次上述大循環(huán)后（第2、3次為漂洗），進行洗衣完成報警，報警10S后結(jié)束全部過程，自動停機。3.系統(tǒng)性能分析根據(jù)系統(tǒng)控制功能的描述，該系統(tǒng)可分為9個工步，每一步實現(xiàn)的功能見表8-1:表8-1 工步功能分配表工步實現(xiàn)功能M0.0復(fù)位大循環(huán)計數(shù)器C1M0.1注水，同時復(fù)位小循環(huán)計數(shù)器C0M0.2正轉(zhuǎn)洗滌，同時計時15

46、SM0.3暫停3SM0.4反轉(zhuǎn)洗滌，同時計時15SM0.5暫停3S，同時用C0計數(shù)M0.6排水M0.7繼續(xù)排水，控制脫水的電磁離合器上電，并驅(qū)動正轉(zhuǎn)，脫水15S，同時計數(shù)器C1計數(shù)M1.0響鈴10S4.系統(tǒng)的輸入輸出（I/O）分配根據(jù)系統(tǒng)各工步所實現(xiàn)的功能，用相應(yīng)的輸入輸出信號來控制和實現(xiàn)各工步的功能如下表，并結(jié)合實際，畫出PLC實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的外部接線圖，如下表所示，從而繪制出PLC的外部接線圖，如圖8-2所示。表8-2 輸入輸出分配表輸入信號I0.0 啟動洗衣機I0.1 注水達到高水位線I0.2 排水到低水位線輸出信號Q0.0 注水Q0.1 控制脫水桶的電磁離合器上電Q0.2 正轉(zhuǎn)洗滌Q

47、0.3 反轉(zhuǎn)洗滌Q0.4 排水Q0.5 響鈴圖8-1 PLC外部接線圖 5.系統(tǒng)的順序功能圖根據(jù)各個工步所實現(xiàn)的功能以及系統(tǒng)輸入輸出的分布，用順序控制設(shè)計法，按照全自動洗衣機預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在洗衣機的運轉(zhuǎn)中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作，從而繪制出系統(tǒng)的順序功能圖：圖8-2 全自動洗衣機的順序功能圖 6.用以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制梯形圖設(shè)計方法繪制梯形圖在以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，將該轉(zhuǎn)換所有前級步對應(yīng)的存儲器位的常開觸點與轉(zhuǎn)換對應(yīng)的觸點或電路串聯(lián)，該串聯(lián)電路即為起保停電路中的起動電路，用它作為使所有后續(xù)步對應(yīng)的存儲器位置位（使用S指令），和使所有前級步對應(yīng)的存儲器位復(fù)位（