PLC原理與應用第6講課件

PLC原理與應用2007年2月PLC原理與應用第6講

講解內(nèi)容：4可編程序控制器的指令系統(tǒng)4.1PLC的編程資源4.2PLC的梯形圖語言

學習說明：本講是學習PLC的指令系統(tǒng)。重點掌握：1基本指令和應用指令，程序執(zhí)行控制類指令及指令構成。2PLC用戶數(shù)據(jù)存儲器編程資源（11個：符號、梯形圖中繪法、工作原理）

。3PLC的梯形圖：要素4個，連接原則。4可編程序控制器的指令系統(tǒng)

PLC的指令系統(tǒng)，或稱編程語言（梯形圖語言及相應的助記符語句指令）。PLC的指令一般分為兩大類：基本指令和應用指令?；局噶睿菏且赃壿嬜兞堪次贿M行基本邏輯操作的指令，按基本指令建立的PLC梯形圖與繼電器控制線路的梯形原理圖基本是一致的。應用指令：用來增強PLC的控制能力，擴大PLC的功能和應用范圍。應用指令多種多樣，不同型號、不同類別的PLC應用指令數(shù)目的多少，功能的強弱是不同的。應用指令主要是通用微型計算機一般都具備的數(shù)據(jù)操作類指令。它包括數(shù)據(jù)傳送類、數(shù)據(jù)處理類、數(shù)據(jù)移位類、數(shù)值運算類、數(shù)值比較類、字符顯示類、自檢監(jiān)控類，等等。除了基本指令和應用指令外，還有程序執(zhí)行控制類指令，如程序結束符號、跳轉、循環(huán)指令、子程序調(diào)用和返回指令等。這方面指令有些是每個程序必備的，如程序結束符號END指令。指令構成：與一般語句指令微型計算機匯編語言指令基本相同的。語句指令要有操作碼和操作數(shù)。梯形圖指令中，圖形符號和圖形符號的位置共同表明操作類型和操作對象，具體操作數(shù)或操作數(shù)地址在圖形符號附近標出。4.1.1PLC的編程資源的特點編程，從使用編程資源來說，一般要考慮兩個方面的問題：一、是用戶程序怎么存儲，存儲在什么地方；二、是操作數(shù)有哪些類型，與什么硬件有關，操作數(shù)怎么尋址。PLC編程資源的特點：1．一般PLC中存儲用戶程序的程序存儲器與存儲指令的操作數(shù)的存儲器，在物理上是分開的。2．用戶程序存儲器區(qū)域的地址，用戶程序中每條指令的地址安排，都由PLC系統(tǒng)自動給出，不須用戶特別關心，但其長度不得超過系統(tǒng)最大程序步數(shù)。3．與指令操作數(shù)相關的硬件器件，只是存儲器。4．把存儲指令操作數(shù)的存儲器稱為用戶數(shù)據(jù)存儲器。這樣PLC用戶程序可分兩大類：用戶程序存儲器和用戶數(shù)據(jù)存儲器。5．用戶數(shù)據(jù)存儲器分兩大類管理。一類是可以進行位操作的一位存儲器，另一類是進行字或字節(jié)操作的16位或8位存儲器。6．可以進行位操作的一位存儲器采用了繼電器名稱，被稱為××繼電器。4.1.1PLC的編程資源的特點為什么一位存儲器采用繼電器的名稱？一位存儲器值的存取邏輯關系正好與繼電器線圈和觸點實現(xiàn)的邏輯關系一致，所以用PLC實現(xiàn)邏輯控制任務時，人們基于繼電器控制系統(tǒng)的梯形原理圖，采用了觸點、線圈和導線做梯形圖的元件，使一位存儲器在梯形圖上表現(xiàn)為繼電器的線圈和觸點，開發(fā)出PLC的梯形圖程序語言，使我們可以按照與設計繼電器控制系統(tǒng)幾乎一樣的方法去設計PLC的控制程序。因而，一位存儲器在這里被稱為了“繼電器”。注意：梯形圖程序語言使PLC有了繼電器接線控制的外裝，掩蓋了存儲器的程序控制的實質(zhì)，因此我們在設計邏輯控制程序時，可以不再與存儲器打交道，而是同各種繼電器打交道。各種繼電器是PLC的編程資源，而作為繼電器的實體在PLC內(nèi)部是不存在的。繼電器就是一位存儲器。4.1.1PLC的編程資源的特點7．PLC作為一個專用的計算機，也要進行與開關量無直接關系的運算和數(shù)據(jù)處理，這與繼電器控制線路無關，所以進行字或字節(jié)操作的16位或8位的存儲器也采用了計算機的術語，稱為數(shù)據(jù)存儲器。當同類繼電器按字或字節(jié)操作時，也稱為××數(shù)據(jù)存儲器。數(shù)據(jù)存儲器有時也稱為數(shù)據(jù)寄存器。8．在PLC編程時需要多種功能的一位存儲器（繼電器）和一般字、字節(jié)存儲器，為適應編程需要，用戶數(shù)據(jù)存儲器按各類功能又進行了進一步地劃分。一、輸入繼電器（InputRelay）特別應當注意：輸入繼電器狀態(tài)只受外部輸入開關控制，不受PLC程序控制，PLC程序可以讀取輸入繼電器的狀態(tài)，不能改變輸入繼電器的狀態(tài)，所以輸入繼電器沒有線圈符號，PLC梯形圖上不應出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。外部輸入開關只能直接控制輸入繼電器和它的觸點,不能直接控制其他的繼電器。梯形圖中P000的常開觸點：表示從P000中取出數(shù)據(jù)，參與邏輯運算；梯形圖中P000的常閉觸點：表示從P000中取出數(shù)據(jù)后取反，再參與邏輯運算。輸入狀態(tài)表：在PLC的內(nèi)存中所有輸入開關狀態(tài)的映像，即輸入狀態(tài)映像存儲器我們稱為輸入狀態(tài)表。在PLC內(nèi)，輸入繼電器是繼電器的一種，對它們怎樣尋址呢？在PLC內(nèi)不同類別的繼電器都有各自的存儲區(qū)域，為了識別它們，一種方案*是：每個區(qū)域都有不同的標號，同類別下繼電器的尋址由同一標號下不同的數(shù)字序號來區(qū)分；另一種方案是：序號大排隊，不同類別的繼電器有不同的序號區(qū)間，具體繼電器的查找在相應的序號區(qū)間內(nèi)進行。顯然，后一種方案不方便用戶的使用。一、輸入繼電器（InputRelay）不同廠家、不同類型的PLC，采用的編址方案不同德國西門子SIMATICS7-200系列PLC用I表示輸入繼電器，CPU222中，從I0.0～I15.7共有128個輸入繼電器。韓國LGMASTER-K系統(tǒng)的PLC用P表示輸入輸出繼電器。例如K32H中P000~P007、P010~P017表示輸入繼電器，共16個。日本富士NB系列可編程序控制器用X表示輸入繼電器，例如NBO中輸入繼電器是X00~X07。施耐德電氣ModiconTSXNezaPLC用%I表示輸入繼電器，本機從%I0.0～%I0.7共8個輸入繼電器。美國GE公司的GE系列PLC，日本OMRON公司的C系列PLC機、SYAMACCVM1型號可編程控制器都是按序號對繼電器進行分類的。二、輸出繼電器（OutputRelay）

工作：一個輸出繼電器是與一個輸出點對應的一位存儲器。PLC運行時，每執(zhí)行完一遍程序，邏輯運算的結果就存入到相應的一位存儲器中。其中需要控制輸出開關的運算結果存到輸出映像存儲器中。在PLC的輸出刷新階段，輸出映像存儲器的內(nèi)容被集中傳送到輸出接口電路的輸出狀態(tài)鎖存器中，再經(jīng)過輸出接口的光耦電路使輸出開關通或斷，控制外部執(zhí)行器件工作。這個輸出映像存儲器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一位，就是一個輸出繼電器。輸出繼電器在PLC梯形圖上的符號和意義如下：P020P020

P020的常開觸點P020的常閉觸點P020的線圈二、輸出繼電器（OutputRelay）不同廠家、不同類型的PLC，輸出繼電器的表示方法和名稱是不一樣的S7-200CPU222的輸出繼電器用Q0.0~Q15.7表示。ModiconTSXNezaPLC用%Q表示輸出繼電器，本機從%Q0.0～%Q0.7。MASTER-K32H中，P020~P027、P030~P037表示輸出繼電器，共16個。NBO中輸出繼電器是Y10~Y1F，16個。OMRON公司C系列P型機的輸出繼電器是按編號區(qū)分的,為0500~0915,05~09是字號，或通道號，每個通道16個繼電器，編號為00~15；而它的輸入繼電器的字號,或通道號是00~04。三、內(nèi)部輔助繼電器(AuxiliaryRelay)

內(nèi)部輔助繼電器：也是一位存儲器，但是它不與輸入點對應，也不與輸出點相對應，它用來存儲PLC內(nèi)部的中間變量，相當于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。輔助繼電器的線圈、常開觸點、常閉觸點：在梯形圖上的圖形符號與I/O繼電器相同，只是標號字母名稱不同或序號不同。內(nèi)部輔助繼電器的線圈和觸點的關系和輸出繼電器的一樣，但只有內(nèi)部觸點，不對應外部觸點。它的內(nèi)部觸點也是無限多個。從存儲器的角度看，內(nèi)部輔助繼電器是一個暫存運算數(shù)據(jù)的一位存儲器，它的名稱標號是這個存儲單元的地址。。三、內(nèi)部輔助繼電器(AuxiliaryRelay)一個PLC含有的內(nèi)部輔助繼電器的數(shù)目也是PLC的一項重要性能指標。不同廠家、不同類型的PLC的內(nèi)部輔助繼電器S7-200CPU222的輔助繼電器用M0.0~M31.7表示。ModiconTSXNezaPLC用%M表示輔助繼電器，從%M0～%M128。前64位為斷電數(shù)據(jù)保持位。K32H中斷電數(shù)據(jù)不保持的輔助繼電器標號用字母M表示；斷電數(shù)據(jù)保持的輔助繼電器用字母K表示。如M000~M637，512個；K000~K317，256個。NBO中的輔助繼電器是R000~R255，256個。OMRON公司的C系列P型機的輔助繼電器通道（字）的編號為10~18，每個通道16個繼電器，共8個半通道，序號為1000~1715，1800~1807，共132個。四、定時器（Timer）

PLC中的定時器的觸點也是無限多的而且都是內(nèi)部觸點。與電器控制系統(tǒng)的時間繼電器不同之處是，時間繼電器除了延時動作觸點外，還有即時動作觸點，而PLC的定時器一般只有延時觸點。有的類型的PLC也有多種觸點。從存儲器的角度看，一個定時器有三個存儲器。MASTER-K系列有兩個16位存儲器，分別存時間設定值和當前值，它們存的最大數(shù)值是65535（FFFFH）；一個一位存儲器，存的是定時器的輸出狀態(tài)，這個一位存儲器稱為定時器狀態(tài)映像存儲器。通電延時定時器的線圈得電：啟動定時器的當前值存儲器，值從0開始定時增加，增加到設定值時輸出狀態(tài)存儲器的值由“0”變?yōu)椤?”(寫入“1”)，線圈失電，將輸出狀態(tài)存儲器的值由“1”變?yōu)椤?”(寫入“0”)，同時，當前值存儲器的值變?yōu)?。斷電延時定時器的線圈得電：使當前值存儲器的內(nèi)容從設定值開始定時減小；減少到0值時，觸點狀態(tài)存儲器的值由“1”值變?yōu)椤?”值（寫入“0”值）。注意：定時器的三個存儲器的名稱標號都一樣，如都是T000。隨著指令的不同，T000可以表示存輸出狀態(tài)的一位存儲器，也可以表示16位的當前值存儲器。定時器的設定值可以不是立即數(shù)，而是某個數(shù)據(jù)寄存器存儲的數(shù)據(jù)。四、定時器（Timer）

不同廠家、不同類型的PLC中定時器的數(shù)目，S7-200CPU222的定時器有128個；MASTER-K30系列有128個，K200系列有256個；OMRON的C系列H機最多可達512個。在某些類型的PLC中有一部分定時器是斷電保持的。定時器在PLC中一般以字母T做名稱標記，也有按存儲器序號區(qū)分的。K30系列中，定時器T000~T127，共128個，其中：T000~T095，定時單位為0.1s；T096~T127，定時單位為0.01s。T072~T095和T120~T127為斷電保持。S7-200定時器的定時精度分別為0.1s、0.01s、0.001s，最大設定值為32767。T000T000T000的常開觸點 T000的常閉觸點五、計數(shù)器(Counter)

計數(shù)器是：計量脈沖信號數(shù)目，到達計數(shù)設定值后發(fā)出開關量控制信號的器件。在PLC的梯形圖上看，計數(shù)器也是一個繼電器，它由計數(shù)部分和觸點組成，還有計數(shù)設定值。

（1）MASTER—K系列計數(shù)器（2）S7—200系列計數(shù)器五、計數(shù)器(Counter)以上升（加法）計數(shù)為例，介紹計數(shù)器的工作原理：計數(shù)：計數(shù)器的計數(shù)輸入端每輸入一個脈沖，即輸入信號OFF一ON一OFF一次，計數(shù)器的當前值加1，直到計數(shù)器的當前值等于設定值；此時，計數(shù)器輸出為ON，計數(shù)器的觸點才動作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開。注意：計數(shù)器輸出為ON后，若有計數(shù)脈沖繼續(xù)輸入，當前值繼續(xù)增加到最大值。計數(shù)器復位：需另外的復位信號。復位端在正常計數(shù)時應當是失電的（0），一旦得電，即復位信號ON（1），計數(shù)器的輸出變?yōu)镺FF，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。計數(shù)器復位端為0，計數(shù)器正常計數(shù)；計數(shù)器復位端為1，計數(shù)器不能計數(shù)。計數(shù)器的觸點也都是內(nèi)部觸點，也是無限多個。五、計數(shù)器(Counter)注意：從存儲器的角度看，一個計數(shù)器也有三個存儲器。MASTER-K系列兩個16位存儲器，分別存計數(shù)設定值和計數(shù)當前值，它們存的最大數(shù)值也是65535（FFFFH）；一個一位存儲器，存的是計數(shù)器的輸出狀態(tài)，稱為計數(shù)器的狀態(tài)映像存儲器。計數(shù)器在PLC中一般以字母C做名稱標記。不同類型不同廠家PLC各類繼電器都按存儲器序號或字號（通道號）區(qū)分，計數(shù)器也不例外。MASTER-K30系列中，計數(shù)器為C000~C127，共128個。其中C096~C127為斷電保護的。S7—200系列、MASTER-K30系列的計數(shù)器與定時器不重復，不像有些PLC中計數(shù)器和定時器是一個存儲器，當計數(shù)器用就不能當定時器用，當定時器用就不能再當計數(shù)器用。六、數(shù)據(jù)存儲器（數(shù)據(jù)寄存器）（DATARegister）

進行控制總要做一些數(shù)據(jù)處理。應用指令中，專門的數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)類型變換指令等，都要與8位、16位或32位數(shù)據(jù)打交道。對這些數(shù)據(jù)不需要進行位處理，而且這類數(shù)據(jù)的需要量又很大，所以PLC專門設置了數(shù)據(jù)存儲器（或數(shù)據(jù)寄存器），一般可一次進行16位或32位數(shù)據(jù)的讀寫。不同類型不同廠家PLC數(shù)據(jù)存儲器：MASTER—K系列數(shù)據(jù)寄存器用D字母來表示，MASTER-K30H的數(shù)據(jù)寄存器為D000~D255，共256個，每個8位，其中D192~D255是斷電保持的。S7—200系列數(shù)據(jù)寄存器用VB、VW字母來表示，稱為變量存儲器。數(shù)據(jù)寄存器有時存的是操作數(shù)據(jù)地址，這時稱為間接數(shù)據(jù)寄存器。MASTER-K系列機這種情況下用#D表示。例如，#D100的內(nèi)容是0240，則表示D100這個地址的存儲單元中存的是地址0240。MASTER-K10、K60H、K200H中D的個數(shù)是1K，從D0000到D1024。K500H、K1000H中D的數(shù)目是1萬，從D0000到D9999。S7—200系列CPU222變量存儲器為2048個字節(jié)，可以按位、按字節(jié)、按字、按雙字操作，分別表示為V、VB、VW、VD。以MASTER-K30H為例介紹特殊繼電器的功能1．PLC運行狀態(tài)顯示F000PUN狀態(tài)時ON。F001PGM狀態(tài)時ON。F002PAUSE狀態(tài)時ON。F007PLC內(nèi)部裝有EPROM時ON。2．PUN（運行）開始系統(tǒng)內(nèi)部提供的信號F012第一個SCAN（掃描周期）時ON，其他時間為OFF。F013第一個SCAN時OFF，其他時間為ON。F014每一個SCAN都翻轉一次（由ON變OFF，或由OFF變ON）。以MASTER-K30H為例介紹特殊繼電器的功能3．調(diào)試運行時信息顯示F020單步運行時ON。F021設斷點運行時ON。F022按掃描次數(shù)運行時ON。F023按位值運行時ON。F024按字（或字節(jié)）值運行時ON。F025按雙字值運行時ON。4．診斷故障顯示F030CALL、JMP指令碼錯誤時ON。F031I/O裝置異常時ON。F032監(jiān)控定時器錯誤時ON。F033電池有問題時ON。F040~F045P00~P05字節(jié)發(fā)生錯誤時ON。F050~F057用戶存儲程序錯誤時，顯示錯誤類型號。F060~F067指出發(fā)生錯誤的用戶程序步號（低地址）。若存在JMP、CALL指令而沒有JMEn和SBRTn的情況下，指示JMP和CALL號。F067~F077指出發(fā)生錯誤的用戶程序步號（高地址）。若存在JMP、CALL指令而沒有JMEn和SBRTn的情況下，它是00H。以MASTER-K30H為例介紹特殊繼電器的功能5．系統(tǒng)時鐘F0900.02s系統(tǒng)時鐘。F0910.1s系統(tǒng)時鐘。F0920.2s系統(tǒng)時鐘。F0931s系統(tǒng)時鐘。F0942s系統(tǒng)時鐘。F09510s系統(tǒng)時鐘。F0962s系統(tǒng)時鐘。F0971min（60s）系統(tǒng)時鐘。6．用戶時鐘F100~F107用戶使用的8個時鐘，它們以一次掃描時間為單位，按設定的值重復地ON/OFF。ON/OFF時間（次數(shù)）由指令DUTY確定，例如：[DUTYF104n1n2]┤表示F104在n1次掃描期間ON，在n2次掃描期間OFF，電源接通時為OFF。F104波形為：n2n1n2n1n2n1n2

十、步進控制繼電器（StepControlRelay）

步進控制繼電器是專用于順序步進控制的繼電器，它也有線圈和觸點。不同類型的PLC，步進控制指令和步進控制繼電器的作用和使用方法不完全一樣，要根據(jù)具體類型的PLC來研究步進繼電器。不同類型不同廠家PLC步進控制繼電器：MASTER-K系列的步進控制繼電器用字母S表示。K30H有S00~S31，共32組步進控制繼電器，每組可順序執(zhí)行99步控制。S7—200系列的步進控制繼電器用字母S表示。CPU222的步進控制繼電器為S0.0~S31.7。十一、常數(shù)（Constant）

很多PLC指令的操作數(shù)都有常數(shù)（立即數(shù)），各個指令對使用的常數(shù)的要求，包括數(shù)的范圍、數(shù)的類型、數(shù)的進制等，這些是操作PLC必須掌握的。常數(shù)也是PLC的內(nèi)部資源。項目10進制數(shù)16進制數(shù)T、C的設定值MCS級JMP地址CALL子程序地址FOR循環(huán)數(shù)DUTY周期值16位整數(shù)32位整數(shù)0～655350～70～630～630～655350～655350～655350～42949672950～FFFFH———0～FFFFH0～FFFFH0～FFFFH0～FFFFFFFFH注意：S7－200和MASTER—KPLC編程數(shù)據(jù)資源比較西門子LGS7－200MASTER—K◆輸入繼電器IP◆輸出繼電器QP◆變量寄存器或數(shù)據(jù)寄存器VB或VWD◆輔助繼電器MM◆特殊標志位SMF◆定時器TT◆計數(shù)器CC◆高速計數(shù)器HSCHSC◆累加器AC沒有◆狀態(tài)元件或步控繼電器SS◆模擬量輸入存儲器AIW沒有專門存儲器◆模擬量輸出存儲器AQW沒有專門存儲器表示器件數(shù)據(jù)類型時，可加位、字節(jié)、字和雙字標志，它們是bit、B、w、D。4.2PLC的梯形圖語言

梯形圖的由來：PLC的梯形圖是在繼電器控制線路梯形原理圖的基礎上開發(fā)出來的。它是把圖形符號按一定規(guī)則連接起來的線路圖。這個線路圖不要求用真實的繼電器實現(xiàn)。但是，只要把這個線路圖輸入到PLC中去，PLC就可以完成線路圖中確定的邏輯操作，實現(xiàn)人們期望的控制要求。由于這個線路圖與繼電器控制線路的梯形圖形式上基本一致，所以稱為梯形圖。由梯形圖的圖形符號、器件名稱標號、畫圖規(guī)則構成梯形圖語言（LAD）。連接好的完整的梯形圖就是梯形圖程序。4.2.1梯形圖的要素（圖形符號）4個

1．母線有左母線、右母線之分。它們是兩條豎直線，從程序的第一行開始到最后一行結束。它們相當于電路中的電源線。有些類型的PLC的梯形圖不畫右母線。2．觸點它們是各類繼電器、定時器、計數(shù)器的內(nèi)部觸點。3．線圈線圈是PLC用戶程序能夠控制的繼電器的線圈。注意：以上三