電工電子第十三章

第十三章可編程序控制器的

控制技術(shù)

13.1PLC的基礎(chǔ)知識(shí)13.2PLC的編程方式和編程軟元件13.3PLC的指令系統(tǒng)13.4PLC的程序設(shè)計(jì)方法13.5應(yīng)用實(shí)例可編程序控制器（PLC）是以微處理器為核心，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它克服了繼電器—接觸器控制電路存在觸點(diǎn)多、組合復(fù)雜、通用性和靈活性差等缺點(diǎn)。它不僅具有各種邏輯控制功能，而且還具有各種運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制，同時(shí)還具有抗干擾性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好和可靠性高等特點(diǎn)。因而廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域中。13.1PLC的基礎(chǔ)知識(shí)

一、PLC的基本組成及作用

PLC的硬件系統(tǒng)主要由中央微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM、RAM）、輸入/輸出（I/O）接口、編程器、電源等組成。1．中央微處理器（CPU）CPU的主要作用是接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)表或數(shù)據(jù)寄存器中。圖13-1PLC的硬件系統(tǒng)簡化框圖

2．存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器有兩種，一種是可進(jìn)行讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM；另一種為只讀存儲(chǔ)器ROM。3．輸入/輸出（I/O）接口輸入/輸出接口是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)被控對(duì)象之間的連接部件。輸入/輸出接口有數(shù)字量（包括開關(guān)量）輸入/輸出和模擬量輸入/輸出兩種形式。4．外設(shè)I/O接口PLC還有各種外設(shè)接口，PLC通過這些接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它的PLC或計(jì)算機(jī)相連。5．編程器編程器主要由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關(guān)和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成。編程器的作用是用來編寫、編輯、調(diào)試用戶程序，也可以在線監(jiān)視PLC的工作狀況以及通過通信接口與CPU相連，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。6．電源PLC一般使用220V交流電源，PLC內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各單元的元件提供直流電壓，某些PLC可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置（如接近開關(guān)）提供24V直流電源，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。二、PLC執(zhí)行用戶程序的過程

執(zhí)行過程分為輸入采樣、程序處理和輸出刷新等三個(gè)階段。圖13-2PLC執(zhí)行用戶程序過程三、PLC的等效電路

輸入部分由用戶輸入設(shè)備組成，如按鈕、傳感器等，是直接接在繼電器控制線路中，用以產(chǎn)生控制信號(hào)。輸出部分由用戶輸出設(shè)備組成，如繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件及信號(hào)元件，用以控制各種被控對(duì)象（如電動(dòng)機(jī)等）及指示輸出的狀態(tài)?？刂撇糠质前幢豢貙?duì)象實(shí)際要求而動(dòng)作的繼電器控制線路。其“程序”已固定在線路中，不能靈活改變的。繼電器控制系統(tǒng):與繼電器控制系統(tǒng)比較，PLC控制系統(tǒng)也由輸入部分、控制部分、輸出部分這三大部分組成的。但PLC的控制部分采用大規(guī)模集成電路的微處理器及存儲(chǔ)器來代替繼電器控制線路，其控制作用是通過編制好的程序?qū)崿F(xiàn)的。圖13-3PLC的等效電路圖圖13-4PLC的外接線圖在PLC控制系統(tǒng)中，通常將接在輸入端向PLC輸入信號(hào)的器件部分和接在輸出端接受PLC輸出信號(hào)的器件部分的接線電路，稱為PLC外部接線。如如圖13-3PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖為如圖13-4所示。四、FX2N系列PLC的基本性能

FX2N系列PLC的基本性能如表13-1所示。見教材P388-38913.2PLC的編程方式和編程軟元件

一、PLC的編程方式

FX2N系列PLC的編程方式主要有：梯形圖編程、指令表編程和順序功能圖編程三種。1．梯形圖（LD-LadderDiagram）編程LDX000ORY000ANIX001ANIX002OUTY000ENDa）b）圖13-5編程方式a）梯形圖編程b）指令表編程

梯形圖由觸點(diǎn)符號(hào)、繼電器線圈符號(hào)等組成，在這些符號(hào)上標(biāo)注有操作數(shù)。梯形圖是以一個(gè)繼電器線圈為一階梯，左側(cè)以豎母線“高電位”開始，以繼電器線圈作為一階的結(jié)尾，右側(cè)以“地線”終止，也可不畫。梯形圖編程有如下的特點(diǎn)：1）梯形圖按自上而下、從左至右的順序排列，每一個(gè)繼電器線圈為一個(gè)邏輯行，稱為一個(gè)階梯，整個(gè)圖形呈階梯狀。2）梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器中的每位觸發(fā)器，稱為“軟繼電器”，相應(yīng)的某位觸發(fā)器位“1”態(tài)，表示該繼電器線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開。3）梯形圖中，一般情況下（除有跳轉(zhuǎn)指令和步進(jìn)指令的程序段外），某個(gè)編號(hào)的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器觸點(diǎn)則可無限引用，既可是常開觸點(diǎn)又可是常閉觸點(diǎn)。4）梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過。但為了方便，常用“有電流”或“得電”等來形象地描述用戶程序運(yùn)算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件。5）PLC的內(nèi)部繼電器不能作輸出控制用，但觸點(diǎn)可供PLC內(nèi)部使用。6）PLC在運(yùn)算用戶邏輯時(shí)就是按照梯形圖從上到下、從左到右的先后順序逐行進(jìn)行處理，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，因此不存在幾條并列支路的同時(shí)動(dòng)作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡化。2．指令表（IL—InstructionList）編程又稱語句表或指令表語言等。指令表是由若干條指令語句組成，每條語句表示一個(gè)操作功能，語句是指令表程序的最小編程元素，一般情況下，每條指令語句由一個(gè)操作碼和操作數(shù)兩部分組成。

操作碼是PLC指令系統(tǒng)中的指令代碼、指令助記符，是CPU要完成的某種操作功能，又稱為編程指令，包括邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位、傳送等操作。

操作數(shù)是給出了操作碼指令的某種操作的對(duì)象或執(zhí)行操作所需的數(shù)據(jù)，通常為編程器件的繼電器號(hào)或常數(shù)，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器設(shè)定值等。3．順序功能圖(SFC—SequentialFunctionChart)編程圖13-6SFC編程圖SFC編程是根據(jù)操作的流程進(jìn)行順序控制設(shè)計(jì)的輸入方式，如圖13-6所示，步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作是SFC中的3種主要元件，步是一種邏輯塊，即對(duì)應(yīng)于特定的控制任務(wù)的編程邏輯，動(dòng)作是控制任務(wù)的獨(dú)立部分，轉(zhuǎn)換是從一個(gè)任務(wù)到另一個(gè)任務(wù)的原因。SFC提供了一種組織程序的圖形方式，作為圖形語言提供給用戶如圖13-6中幾種基本的程序結(jié)構(gòu)，在順序結(jié)構(gòu)中，CPU首先反復(fù)執(zhí)行步1中的動(dòng)作，直到轉(zhuǎn)換1變?yōu)椤?”狀態(tài)，將處理第二步，同時(shí)步1的動(dòng)作停止，按此執(zhí)行過程順序進(jìn)行。二、FX2N系列PLC的編程軟元件

PLC內(nèi)部有大量由軟元件組成的內(nèi)部繼電器，這些軟元件要按一定的規(guī)則進(jìn)行編號(hào)，即軟元件的名稱由字母和數(shù)字組成，它們分別表示軟元件的類型和元件量如Y10、M499。在FX2N系列PLC中，用X表示輸入繼電器；Y表示輸出繼電器；M表示輔助繼電器；S表示狀態(tài)繼電器；T表示定時(shí)器；C表示計(jì)數(shù)器；D表示數(shù)據(jù)寄存器等。1．輸入繼電器（X）輸入繼電器是PLC用來接收用戶輸入設(shè)備發(fā)出的輸入信號(hào)。圖13-7輸入繼電器等效電路圖2．輸出繼電器（Y）輸出繼電器是PLC用來將輸出信號(hào)傳送給負(fù)載的軟元件，它是由內(nèi)部程序所驅(qū)動(dòng)的，其觸點(diǎn)有兩類：一類是軟元件構(gòu)成的內(nèi)部觸點(diǎn)（軟觸點(diǎn)）；另一類則是由輸出模塊構(gòu)成的外部觸點(diǎn)（硬觸點(diǎn)），此觸點(diǎn)具有一定的帶負(fù)載能力，因而由它的僅有一對(duì)常開觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載工作。圖13-8輸出繼電器等效電路圖

表13-2輸入/輸出繼電器軟元件號(hào)分配表3．輔助繼電器（M）輔助繼電器與輸入/輸出繼電器不同，是用程序軟件實(shí)現(xiàn)的，它們即不能接收外部的輸入信號(hào)，也不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。1）通用輔助繼電器（M0~M499）2）斷電保持輔助繼電器（M500~M3071）3）特殊輔助繼電器（M8000~M8255）M8000（運(yùn)行監(jiān)視）M8002（初始化脈沖）M8005（鋰電池電壓降低）

M8011~M8014（時(shí)鐘脈沖）M8020（零標(biāo)記）M8021（借位標(biāo)記）M8022（進(jìn)位標(biāo)記）4．狀態(tài)繼電器（S）狀態(tài)繼電器是一種用于編制順序控制步進(jìn)梯形圖的繼電器，它與后面介紹的STL指令一起使用，通用狀態(tài)繼電器（S0~S499）沒有斷電保持功能，但是可用程序?qū)⑺鼈冊(cè)O(shè)定為有斷電保持功能狀態(tài)，其中S0~S9是供初始化狀態(tài)用的，S10~S19供返回原點(diǎn)用的。S500~S899有斷電保持功能，S900~S999供報(bào)警器用的。5．定時(shí)器（T）PLC中的定時(shí)器相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的通過延時(shí)時(shí)間繼電器，它將PLC內(nèi)的1ms、10ms、100ms等時(shí)鐘脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器的輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。定時(shí)器利用時(shí)鐘脈沖可定時(shí)的時(shí)間范圍為0.001~3276.7s。FX2N系列PLC的定時(shí)器分為通用定時(shí)器和積算定時(shí)器。1）通用定時(shí)器（T0~T245）a）b）圖13-9通用定時(shí)器的應(yīng)用a）梯形圖b）波形圖T0~T199為100ms定時(shí)器，定時(shí)范圍為0.1~3276.7s，其中T192~T199為子程序和中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ玫亩〞r(shí)器；T200~T245為10ms定時(shí)器（共46點(diǎn)），定時(shí)范圍為0.01~327.67s。2）積算定時(shí)器（T246~T255）1ms積算定時(shí)器T246~T249的定時(shí)范圍為0.001~32.767s，100ms積算定時(shí)器T250~T255的定時(shí)范圍為0.1~3276.7s。a）b）圖13-10積算定時(shí)器的應(yīng)用a）梯形圖b）波形圖6．計(jì)數(shù)器（C）常用的計(jì)數(shù)器有以下兩種：1）內(nèi)部計(jì)數(shù)用計(jì)數(shù)器（C0~C234）2）高速計(jì)數(shù)器（C235~C255）圖13-11計(jì)數(shù)器的應(yīng)用a）梯形圖b）波形圖7．?dāng)?shù)據(jù)寄存器（D）數(shù)據(jù)寄存器是存儲(chǔ)數(shù)值、數(shù)據(jù)的軟元件，用于在模擬量檢測(cè)與控制及位置控制等場(chǎng)合存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和參數(shù)；也常被用于定時(shí)器、計(jì)數(shù)器設(shè)定值的間接指定和應(yīng)用指令中。1）通用數(shù)據(jù)寄存器（D0~D199）2）斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器（D200~D7999）3）特殊數(shù)據(jù)寄存器D8000~D82554）變址寄存器（V0~V7、Z0~Z7）13.3PLC的指令系統(tǒng)FX2N系列PLC的指令分為27條基本邏輯指令、2條步進(jìn)指令和128種298條應(yīng)用指令。一、基本邏輯指令1．取指令和輸出指令表13-3取指令和輸出指令使用說明：1）LD指令用于將常開觸點(diǎn)接到母線上；LDI指令用于將常閉觸點(diǎn)接到母線上。此外，LD、LDI與后面的ANB、ORB指令配合，用于電路塊的起點(diǎn)。2）OUT指令是對(duì)Y、M、S、T、C的繼電器驅(qū)動(dòng)，它不能使用于輸入繼電器X。3）OUT指令可多次并聯(lián)使用。定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的OUT指令之后應(yīng)設(shè)定常數(shù)K，常數(shù)也占一個(gè)步序。圖13-12LD、LDI、OUT指令的應(yīng)用a）梯形圖b）指令表2．串聯(lián)和并聯(lián)指令表13-4串聯(lián)和并聯(lián)指令使用說明：1）AND、ANI用于LD、LDI后與一個(gè)常開或常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)，串聯(lián)的數(shù)量不限制；OR、ORI用于LD、LDI后與一個(gè)常開或常閉觸點(diǎn)的并聯(lián)，并聯(lián)的數(shù)量不限制。2）當(dāng)串聯(lián)的是兩個(gè)或兩個(gè)以上的并聯(lián)觸點(diǎn)或并聯(lián)的是兩個(gè)或兩個(gè)以上的串聯(lián)觸點(diǎn)，要用到下面講述的塊與（ANB）或塊或（ORB）指令。圖13-13AND、ANI指令的應(yīng)用圖13-14OR、ORI指令的應(yīng)用a）梯形圖b）指令表a）梯形圖b）指令表3．電路塊與和電路塊或指令表13-5電路塊與和電路塊或指令使用說明：1）兩個(gè)或兩個(gè)以上觸點(diǎn)并聯(lián)的電路稱為并聯(lián)電路塊；兩個(gè)或兩個(gè)以上觸點(diǎn)串聯(lián)的電路稱為串聯(lián)電路塊。建立電路塊用LD或LDI開始。2）當(dāng)一個(gè)并聯(lián)電路塊和前面的觸點(diǎn)或電路塊串聯(lián)時(shí)，需要用塊與ANB指令；當(dāng)一個(gè)串聯(lián)電路塊和前面的觸點(diǎn)或電路塊并聯(lián)時(shí)，需要用塊或ORB指令。3）若對(duì)每個(gè)電路塊分別使用ANB、ORB指令，則串聯(lián)或并聯(lián)的電路塊沒有次數(shù)的限制；也可成批使用ANB、ORB指令，但重復(fù)使用次數(shù)限制在8次以下。圖13-15ORB指令的應(yīng)用a）梯形圖b）指令表圖13-16ANB指令的應(yīng)用a）、c）梯形圖b）、d）指令表圖13-17ANB、ORB指令的混合使用a）梯形圖b）指令表4．主控指令和主控復(fù)位指令表13-6主控指令和主控復(fù)位指令使用說明：1）主控指令中的公共串聯(lián)觸點(diǎn)相當(dāng)于電氣控制中一組電路的總開關(guān)。主控MC指令有效，相當(dāng)于總開關(guān)接通。2）MC指令可用于輸出繼電器Y和輔助繼電器M。3）執(zhí)行MC到MCR的指令，MC指令的輸入觸點(diǎn)斷開時(shí)，積算定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、復(fù)位/位置指令驅(qū)動(dòng)的軟元件保持其當(dāng)時(shí)的狀態(tài)。而非積算定時(shí)器和用OUT指令驅(qū)動(dòng)的軟元件變?yōu)镺FF。4）與主控觸點(diǎn)相連的觸點(diǎn)必須用LD或LDI指令，即使用MC指令后，母線移到主控觸點(diǎn)的后面去了，MCR使母線（LD點(diǎn)）回到原來的位置。5）在MC內(nèi)再采用MC指令就成為主控指令的嵌套，相當(dāng)于在總開關(guān)后接分路開關(guān)。嵌套級(jí)N的編號(hào)按順序增加，即N0→N1→N2→…→N7。采用MCR指令返回時(shí)，則從N編號(hào)大的嵌套級(jí)開始消除，MC與MCR成對(duì)出現(xiàn)，但若使用MCRN0，則嵌套級(jí)立即回到0。a）b）圖13-18MC、MCR指令的應(yīng)用a）梯形圖b）指令表圖13-19含有嵌套的MC、MCR指令的應(yīng)用5．脈沖邊沿檢測(cè)和脈沖邊沿輸出指令表13-7脈沖邊沿檢測(cè)和脈沖邊沿輸出指令使用說明：1）在脈沖邊沿檢測(cè)指令中，P代表上升沿檢測(cè)，它表示在指定的軟元件觸點(diǎn)閉合（上升沿）時(shí)，被驅(qū)動(dòng)的線圈得電一個(gè)掃描周期T；F代表下降沿檢測(cè)，它表示指定的軟元件觸點(diǎn)斷開（下降沿）時(shí)被驅(qū)動(dòng)的線圈得電一個(gè)掃描周期T。2）在脈沖邊沿輸出指令中，PLS表示在指定的驅(qū)動(dòng)觸點(diǎn)閉合（上升沿）時(shí)，被驅(qū)動(dòng)的線圈得電一個(gè)掃描周期T；PLF表示在驅(qū)動(dòng)觸點(diǎn)斷開（下降沿）時(shí)、被驅(qū)動(dòng)的線圈得電一個(gè)掃描周期T。PLS和PLF指令只能用于輸出繼電器和輔助繼電器。圖13-20脈沖邊沿檢測(cè)和脈沖邊沿輸出指令的應(yīng)用a）梯形圖b）指令表c）波形圖6．置位和復(fù)位指令表13-8置位和復(fù)位指令使用說明：1）對(duì)于一軟元件，SET、RST可以多次使用，順序先后也可任意，但以最后執(zhí)行的一行有效。2）SET和RST指令的功能與數(shù)字電路中R—S觸發(fā)器的功能相似，SET和RST指令之間可以插入別的程序。3）對(duì)于數(shù)據(jù)寄存器D和變址寄存器Z、V，也可使用RST指令將數(shù)據(jù)寄存器和變址寄存器的內(nèi)容清零。4）RST指令還可用來對(duì)積算定時(shí)器T246~T255和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值的復(fù)位及觸點(diǎn)復(fù)位。如果不希望計(jì)數(shù)器和積算定時(shí)器具有斷電功能，可以在用戶程序開始運(yùn)行時(shí)用初始化脈沖M8002將它們復(fù)位。5）在任何情況下，RST指令都優(yōu)先執(zhí)行。如計(jì)數(shù)器處于RST復(fù)位狀態(tài)時(shí)，就不會(huì)接收輸入的計(jì)數(shù)脈沖。圖13-21置位和復(fù)位指令的應(yīng)用a）梯形圖b）指令表c）波形圖7．進(jìn)棧、讀棧和出棧指令表13-9進(jìn)棧、讀棧和出棧指令使用說明：1）在FX2N系列的PLC中有11個(gè)存儲(chǔ)器，它們用來存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，稱為棧存儲(chǔ)器。使用一次MPS指令，將此時(shí)刻的運(yùn)算結(jié)果送入棧存儲(chǔ)器的第一段，再使用一次MPS指令，則將原先存入的數(shù)據(jù)依次移到棧存儲(chǔ)器的下一段，并將此時(shí)刻的運(yùn)算結(jié)果送入棧存儲(chǔ)器的第一段。2）使用MRD指令是讀出最上段所存的最新數(shù)據(jù)，棧存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)不發(fā)生移動(dòng)。3）使用MPP指令，各數(shù)據(jù)依次向上移動(dòng)，并將最上段的數(shù)據(jù)讀出，同時(shí)該數(shù)據(jù)從棧存儲(chǔ)器中消失。4）MPS指令可反復(fù)使用，但最終MPS指令和MPP指令數(shù)要一致。圖13-22MPS、MRD、MPP指令的應(yīng)用和棧存儲(chǔ)器a）梯形圖b）指令表c）棧存儲(chǔ)器8．取反指令符號(hào)名稱功能梯形圖可用軟元件INV取反將執(zhí)行該指令之前的運(yùn)算結(jié)果取反無表13-10取反指令使用說明：INV指令是將執(zhí)行該指令之前的運(yùn)算結(jié)果取反，若運(yùn)算結(jié)果為0，則將它變?yōu)?；若運(yùn)算結(jié)果為1，則將它變?yōu)?。LDX000INVOUTY000a）b）c）圖13-23INV指令的應(yīng)用a）梯形圖b）指令圖c）波形圖9．空操作和程序結(jié)束指令表13-11空操作和程序結(jié)束指令圖13-24END指令應(yīng)用使用說明：1）在將全部程序清除時(shí)，全部指令成為空操作。2）在PLC反復(fù)進(jìn)行輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理時(shí)?若在程序的中加入END指令，那么，以后的其余程序步不再執(zhí)行，而直接進(jìn)行輸出處理；若在程序中沒有END指令，則要處理到最后的程序步。在調(diào)試中，可在各程序段插入END指令，依次檢查各程序段的動(dòng)作。3）程序開始的首次執(zhí)行，從執(zhí)行END指令開始。二、步進(jìn)指令STL和返回指令RET步進(jìn)指令（STL）是利用內(nèi)部軟元件進(jìn)行工序步進(jìn)式控制的指令。返回指令（RET）是狀態(tài)（s）流程結(jié)束，用于返回主程序（母線）的指令。按一定規(guī)則編寫的步進(jìn)梯形圖（STL圖），也可作為順序功能圖（SFC圖）處理，從順序功能圖反過來也可形成步進(jìn)梯形圖。表13-12步進(jìn)指令和返回指令a）b）c）圖13-25STL指令與順序功能圖a）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖b）梯形圖c）指令表使用說明：1）除了并行序列的步進(jìn)梯形指令方式外，STL觸點(diǎn)是與左側(cè)母線相連的常開觸點(diǎn)，當(dāng)某狀態(tài)步為活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的STL觸點(diǎn)接通，該狀態(tài)步的負(fù)載被驅(qū)動(dòng)。2）與STL觸點(diǎn)相連的觸點(diǎn)應(yīng)使用LD或LDI指令，即LD點(diǎn)移到STL觸點(diǎn)的右側(cè)，直到出現(xiàn)下一條STL指令或出現(xiàn)RET指令，RET指令使LD點(diǎn)返回左側(cè)母線。3）STL觸點(diǎn)可以直接驅(qū)動(dòng)或通過別的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)Y、M、S、T等元件的線圈，STL觸點(diǎn)也可以使Y、M、S等元件置位或復(fù)位。4）STL觸點(diǎn)斷開時(shí)，CPU不執(zhí)行它驅(qū)動(dòng)的電路塊，即CPU只執(zhí)行活動(dòng)狀態(tài)步對(duì)應(yīng)的程序。在沒有并行序列時(shí)，任何時(shí)候只有一個(gè)活動(dòng)狀態(tài)步，因此大大縮短了掃描周期。5）由于CPU只執(zhí)行活動(dòng)狀態(tài)步對(duì)應(yīng)的電路塊，使用STL指令時(shí)允許雙線圈輸出，即同一元件的幾個(gè)線圈可以分別被不同的STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。實(shí)際上在一個(gè)掃描周期內(nèi)，同一元件的幾條OUT指令中只有一條被執(zhí)行。6）STL指令只能用于狀態(tài)繼電器，在沒有并行序列時(shí)，一個(gè)狀態(tài)繼電器的STL觸點(diǎn)在梯形圖中只能出現(xiàn)一次。7）STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊中不能使用MC和MCR指令，但是可以使用條件跳轉(zhuǎn)指令。當(dāng)執(zhí)行CJPi指令跳入某一STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊時(shí)，不管該STL觸點(diǎn)是否為“1”狀態(tài)，均執(zhí)行指定的位置Pi之后的電路。8）像普通的輔助繼電器一樣，可以對(duì)狀態(tài)繼電器使用LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、SET、RST、OUT等指令，這時(shí)狀態(tài)繼電器觸點(diǎn)的畫法與普通觸點(diǎn)的畫法相同。9）使?fàn)顟B(tài)繼電器置位的指令如果不在STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊內(nèi)，執(zhí)行置位指令時(shí)系統(tǒng)程序不會(huì)自動(dòng)地將前級(jí)狀態(tài)步對(duì)應(yīng)的狀態(tài)繼電器復(fù)位。

三、常用的應(yīng)用指令圖13-27應(yīng)用指令的格式應(yīng)用指令的操作碼有統(tǒng)一的格式，如圖13-27所示。圖中1、2、3為操作碼，4為操作數(shù)，操作數(shù)有兩種：通過執(zhí)行指令不改變其內(nèi)容的操作數(shù)稱為源操作數(shù)?用[S·]表示；通過執(zhí)行指令改變其內(nèi)容的操作數(shù)稱為目標(biāo)操作數(shù),用[D·]表示。1．條件跳轉(zhuǎn)指令CJCJ指令的功能指令編號(hào)為FNC00，操作數(shù)為P0~P127，其中P63是END所在步序，不需要標(biāo)記。該指令占3個(gè)程序步，標(biāo)號(hào)占一個(gè)程序步。圖13-28條件跳轉(zhuǎn)指令的應(yīng)用a）梯形圖b）指令表圖13-29跳步指令與主控指令規(guī)則：1）當(dāng)要求由MC外跳轉(zhuǎn)到MC外時(shí)，可隨意跳轉(zhuǎn)。2）當(dāng)要求由MC外跳轉(zhuǎn)至MC內(nèi)時(shí)，此時(shí)不管該MC是否為接通，MC均作接通處理。3）當(dāng)要求由MC內(nèi)跳轉(zhuǎn)到MC內(nèi)時(shí)，若主控?cái)嚅_，則不跳轉(zhuǎn)。4）當(dāng)要求由MC內(nèi)跳轉(zhuǎn)到MC外時(shí)，若主控?cái)嚅_，則不跳轉(zhuǎn)；若主控接通，則跳轉(zhuǎn)，但MCR無效。2．比較指令CMPCMP指令的功能指令編號(hào)為FNC10，其功能是將兩個(gè)源操作數(shù)[S1·]和[S2·]進(jìn)行比較，所有的源操作數(shù)可取任意的數(shù)據(jù)格式，并將比較的結(jié)果存放于目標(biāo)操作數(shù)[D·]中，[D·]可取Y、M和S。其中兩個(gè)源操作數(shù)可以是以K為標(biāo)志的常數(shù)，也可以是計(jì)數(shù)器、定時(shí)器的當(dāng)前值，還可以是數(shù)據(jù)寄存器中存放的數(shù)據(jù)。圖13-30比較指令的使用圖13-31比較指令的應(yīng)用3．傳送指令MOVMOV指令的功能指令編號(hào)為FNC12。其功能是將源操作數(shù)的內(nèi)容傳送到目標(biāo)軟元件，作為源操作數(shù)的軟元件可以是常數(shù)K、X、Y、M、S、T、C和D等，而作為目標(biāo)軟元件可以是KnY、KnM、KnS、T、C和D等。圖13-32傳送指令的應(yīng)用a）利用MOV指令間接設(shè)定定時(shí)器的值b）利用MOV指令讀出計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值4．二進(jìn)制加法指令A(yù)DD和減法指令SUBADD指令的功能指令編號(hào)為FNC20。其功能是將2個(gè)源操作數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行代數(shù)加法，將相加結(jié)果送至目標(biāo)操作數(shù)所指定的軟元件中。各數(shù)據(jù)的最高位為符號(hào)位，0表示正，1表示負(fù)。16位加法運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果大于32767時(shí)，進(jìn)位繼電器M8022動(dòng)作；運(yùn)算結(jié)果小于-32768時(shí)，借位繼電器8021動(dòng)作；運(yùn)算結(jié)果等于0時(shí)，零標(biāo)志M8020動(dòng)作。圖13-33加法/減法指令的應(yīng)用SUB指令的功能指令編號(hào)為FNC21。其功能是將2個(gè)源元件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行代數(shù)減，將相減的結(jié)果送到目標(biāo)軟元件中，數(shù)據(jù)符號(hào)和進(jìn)位、借位、零標(biāo)志同加法指令。5．位右移指令SFTR和位左移指令SFTL位右移SFTR和位左移SFTL指令的功能指令編號(hào)分別為FNC34和FNC35。它們的源操作數(shù)可取X、Y、M、S，目標(biāo)操作數(shù)可取Y、M、S。圖13-34SFTR指令的應(yīng)用位左移也有相同的功能，所不同的是在移位時(shí)，最高的n2位首先被移出，低位的數(shù)據(jù)以n2位為一組向左移動(dòng)，最后源操作數(shù)的數(shù)據(jù)從低n2位移入。13.4PLC的程序設(shè)計(jì)方法PLC在邏輯控制系統(tǒng)中的程序設(shè)計(jì)方法主要有:繼電器控制電路“移植”法、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯順序控制設(shè)計(jì)法三種。一、繼電器控制電路“移植”法繼電器控制電路“移植”法的PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序的設(shè)計(jì)，即根據(jù)繼電器控制原理圖，將繼電器控制電路“移植”成PLC梯形圖?！耙浦病狈ㄊ歉鶕?jù)繼電接觸器控制電路的邏輯關(guān)系，按照一一對(duì)應(yīng)的方式畫出PLC梯形圖的方法。圖13-35三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的主電路和控制電路圖13-36正反轉(zhuǎn)PLC控制電路梯形圖與外部接線圖a）外部接線圖b）控制電路梯形圖1）FR熱電器的觸點(diǎn)保護(hù)信號(hào)可以不進(jìn)PLC輸入端作輸入控制信號(hào)，直接接在PLC輸出端的外部接線圖中，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；2）圖13-36b中，雖然在梯形圖中已經(jīng)有了軟繼電器的互鎖觸點(diǎn)（Y000與Y001），但在外部接線輸出電路中，即圖13-36a應(yīng)還必須使用KM1、KM2的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖。二、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法實(shí)際上是沿用了傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計(jì)方法，即在一些典型單元電路（梯形圖）的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時(shí)需要多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，增加很多輔助觸點(diǎn)和中間編程元件，最后才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。此設(shè)計(jì)方法沒有規(guī)律可遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果因人而異，不是唯一的。這種設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，稱之為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法.圖13-37運(yùn)料小車系統(tǒng)示意圖及PLC外部接線圖a）運(yùn)料小車系統(tǒng)示意圖b）PLC外部接線圖圖13-38運(yùn)料小車控制系統(tǒng)的梯形圖a）不完整的梯形圖b）完整的梯形圖三、順序控制設(shè)計(jì)法所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有秩序進(jìn)行操作。順序控制設(shè)計(jì)法又稱步進(jìn)控制設(shè)計(jì)法，它是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，很容易被初學(xué)者接受。順序控制設(shè)計(jì)法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱為步，并且用編程元件（如M、S）來代表各步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量的0/1狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。圖13-39順序功能圖的組成順序功能圖（SFC）是設(shè)計(jì)順序控制程序的一種極為重要的圖形編程語言和工具，根據(jù)順序功能圖可設(shè)計(jì)出梯形圖。所謂順序功能圖又叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或功能表圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形；它主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作（或命令）組成。根據(jù)步與步間進(jìn)展的不同情況，順序功能圖有三種基本結(jié)構(gòu)：1．單序列反映按順序排列的步相繼激活的一種基本進(jìn)展情況，如圖13-39所示。根據(jù)第i步的開啟和關(guān)斷條件，運(yùn)用邏輯式表達(dá)此狀態(tài)為：2．選擇序列一個(gè)活動(dòng)步之后緊按著有幾個(gè)后續(xù)步可供選擇的結(jié)構(gòu)形式稱之選擇序列，選擇序列的各分支都有各自的轉(zhuǎn)換條件.圖13-40選擇序列a）開始分支圖b）結(jié)束合并圖3．并行序列當(dāng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致幾個(gè)分支同時(shí)激活時(shí)，采用并行序列。其有向連線的水平部分用雙線表示.圖13-41并行序列a）開始并行圖b）結(jié)束合并圖除上述三種以外還有跳步、循環(huán)、重復(fù)等序列，但它們都可以變?yōu)樯鲜鋈N基本序列形式.順序控制梯形圖的編程方法是根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計(jì)出來的，通常的梯形圖設(shè)計(jì)有三種方法：即功能表圖法、STL指令法、SET/RST指令法.1．功能表圖法功能表圖法是采用通用邏輯關(guān)系和邏輯指令，并用典型的起動(dòng)、保持、停止電路來實(shí)現(xiàn)梯形圖的設(shè)計(jì)。它的設(shè)計(jì)過程為：①列寫出現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表；②根據(jù)控制要求繪制功能表圖；③列寫出狀態(tài)步的邏輯表達(dá)式；④根據(jù)邏輯表達(dá)式繪制出梯形圖并設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的外部接線圖；⑤列寫出程序清單。例:某組合機(jī)床動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)示意圖和輸入/輸出信號(hào)時(shí)序圖，如圖13-42a所示。設(shè)動(dòng)力頭在初始位置時(shí)停在左邊，限位開頭SQ3為“1”狀態(tài)，按下起動(dòng)按鈕后，動(dòng)力頭向右快速進(jìn)給，碰到限位開關(guān)SQ1后變?yōu)楣ぷ鬟M(jìn)給，碰到SQ2后快速退回，返回初始位置后停止運(yùn)動(dòng)，再按下按鈕重復(fù)上述過程。a）b）圖13-42動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)示意圖、時(shí)序圖和功能表圖a）運(yùn)動(dòng)示意圖和時(shí)序圖b）功能表圖①列寫現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表13-13所示。表13-13動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表分類輸入信號(hào)輸出信號(hào)其它信號(hào)名稱起初按鈕原位限位開關(guān)轉(zhuǎn)工進(jìn)限位開關(guān)轉(zhuǎn)快退限位開關(guān)快進(jìn)電磁閥工進(jìn)電磁閥快退電磁閥初始激活現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)SBSQ3SQ2SQ1YV1YV2YV3

PLC編號(hào)X000X003X002X001Y000Y001Y002M8002②根據(jù)工藝要求可給制出功能表圖如圖13-42b所示，③根據(jù)功能表圖列寫出邏輯表達(dá)式

④由③的邏輯表達(dá)式可畫出順序功能的梯形圖，并設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的外部接線圖，如圖13-45所示。a）b）圖13-45動(dòng)力頭控制系統(tǒng)的順序功能梯形圖和外部接線圖a）順序功能梯形圖b）外部接線圖⑤列寫程序清單（略）對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)的順序功能表圖編程方式時(shí)的梯形圖轉(zhuǎn)化?？砂慈鐖D13-46所示的選擇序列與此對(duì)應(yīng)的梯形圖，圖13-47所示的并行序列與此對(duì)應(yīng)的梯形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)化。a）b）圖13-46選擇序列功能表圖和梯形圖a）選擇序列功能表圖和部分邏輯表達(dá)式b）選擇序列的梯形圖M200=(M202*X002+M8002+M200(M201+M203)M202=(M201*X001+M203*X004+M202)*M200M200=(M203*X003+M8002+M200(M201+M204)M203=(M202*M205*X002+M203)*M200a）b）圖13-47并行序列功能表圖和梯形圖a）并行序列功能表圖和部分邏輯表達(dá)式b）并行序列梯形圖2．步進(jìn)指令法步進(jìn)指令法編程方式是利用STL和RET兩條指令編制順序控制梯形圖程序，即以步進(jìn)的STL接點(diǎn)為主體，最后必須用RET指令返回。此種設(shè)計(jì)方法類似于上述的功能表圖法，不同的是步進(jìn)指令法采用指令實(shí)現(xiàn)順序控制過程，采用狀態(tài)繼電器S與STL配合才具有進(jìn)功能的方式來編程。步進(jìn)指令法的設(shè)計(jì)步驟是：①列寫現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表；②根據(jù)控制要求畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；③將狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)化為順序功能梯形圖,并設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的外接線圖；④列寫出梯形圖的程序清單。如上例的動(dòng)力頭控制系統(tǒng)若采用步進(jìn)指令法，它的設(shè)計(jì)過程是：①列寫現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表同上例（略）。②畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖13-48所示；③將狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)化為順序功能梯形圖如圖13-49a所示，設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的外接線圖同圖

13-45b；④列寫出程序清單如圖13-49b所示。圖13-48動(dòng)力頭控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖13-49動(dòng)力頭的梯形圖和程序清單a)梯形圖b)程序清單對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用步進(jìn)梯形指令的編程方法轉(zhuǎn)化梯形圖?？砂慈鐖D13-50所示的選擇序列與此對(duì)應(yīng)的梯形圖，如圖13-51所示的并行序列與此對(duì)應(yīng)的梯形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)化。a)b)圖13-50選擇序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和梯形圖a）選擇序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖b）選擇序列梯形圖a）b）圖13-51并行序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和梯形圖a）并行序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖b）并行序列梯形圖13.5應(yīng)用實(shí)例一、應(yīng)用PLC對(duì)送料小車控制如圖13-52所示小車送料的工作過程的示意圖，其循環(huán)工作過程為：循環(huán)過程開始時(shí)，小車處于最左端，此時(shí)，裝料電磁閥YC1通電，開始裝料，延時(shí)20s；裝料結(jié)束，接觸器KM3、KM5得電，向右快行；碰到限位開關(guān)SQ2后，KM5失電，小車慢行；碰到SQ4時(shí)，KM3失電，小車停，電磁閥YC2得電，卸料開始，延時(shí)15s；卸料結(jié)束后，接觸器KM4、KM5得電，小車向左快行；碰到限位開關(guān)SQ1，KM5失電，小車慢行；碰到SQ3，KM4失電，小車停，裝料開始……如此周而復(fù)始。整個(gè)過程分為裝料、右快行、右慢行、卸料、左快行、左慢行六個(gè)狀態(tài)。整個(gè)流程循環(huán)往復(fù)，如圖13-53所示的狀態(tài)流程。圖13-52小車送料示意圖圖13-53狀態(tài)流程及轉(zhuǎn)換條件圖13-54狀態(tài)流程及轉(zhuǎn)換條件1．操作面板在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了滿足生產(chǎn)需要設(shè)置了多種不同的工作方式，如圖13-54所示的送料小車的操作面板的工作方式有全自動(dòng)、半自動(dòng)、單步、手動(dòng)的幾種方式。2．輸入/輸出設(shè)備與PLC輸入/輸出點(diǎn)對(duì)照表對(duì)照表如表13-14所示。表13-14現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC輸入/輸出點(diǎn)對(duì)照輸入輸出設(shè)備輸入點(diǎn)設(shè)備輸出點(diǎn)左快行限位開關(guān)SQ1X001裝料電磁閥YC1Y001右快行限位開關(guān)SQ2X002卸料電磁閥YC2Y002左行限位開關(guān)SQ3X003右行接觸器KM3Y003右行限位開關(guān)SQ4X004左行接觸器KM4Y004起動(dòng)按鈕SB1X011快行接觸器KM5Y005停止按鈕SB2X012

右行手動(dòng)按鈕SB3X005左行手動(dòng)按鈕SB4X006裝料手動(dòng)按鈕SB5X007卸料手動(dòng)按鈕SB6X000轉(zhuǎn)換開關(guān)SA手動(dòng)觸點(diǎn)A1X015單步觸點(diǎn)A2X014半自動(dòng)觸點(diǎn)A3X0133．PLC的輸入/輸出接線圖圖13-55外部接線圖4．送料小車狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖13-56狀態(tài)