可编程序控制器的指令系统

1,PLC原理与应用第6讲,讲解内容：6可编程序控制器的指令系统6.1PLC的编程资源6.2PLC的梯形图语言学习说明：本讲是学习PLC的指令系统。重点掌握：1基本指令和应用指令，程序执行控制类指令及指令构成。2PLC用户数据存储器编程资源（11个：符号、梯形图中绘法、工作原理）。3PLC的梯形图：要素4个，连接原则。,2,6可编程序控制器的指令系统,PLC的指令一般分为两大类：基本指令和应用指令。基本指令：是以逻辑变量按位进行基本逻辑操作的指令，按基本指令建立的PLC梯形图与继电器控制线路的梯形原理图基本是一致的。应用指令：用来增强PLC的控制能力，扩大PLC的功能和应用范围。应用指令多种多样，不同型号、不同类别的PLC应用指令数目的多少，功能的强弱是不同的。另，还有程序执行控制类指令，如程序结束符号、跳转、循环指令、子程序调用和返回指令等。指令构成：语句指令要有操作码和操作数。梯形图指令中，图形符号和图形符号的位置共同表明操作类型和操作对象，具体操作数或操作数地址在图形符号附近标出。,3,6.1PLC的编程资源,PLC的编程资源：,指的是站在PLC的指令系统或PLC的程序语言的层次看可供PLC用户使用的内部器件，也就是与用户设计PLC程序相关的器件。,4,6.1.1PLC的编程资源的特点,PLC编程资源的特点：1一般PLC中存储用户程序的程序存储器与存储指令的操作数的存储器，在物理上是分开的。2用户程序存储器区域的地址，用户程序中每条指令的地址安排，都由PLC系统自动给出，不须用户特别关心，但其长度不得超过系统最大程序步数。3与指令操作数相关的硬件器件，只是存储器。4把存储指令操作数的存储器称为用户数据存储器。这样PLC用户程序可分两大类：用户程序存储器和用户数据存储器。5用户数据存储器分两大类管理。一类是可以进行位操作的一位存储器，另一类是进行字或字节操作的16位或8位存储器。6可以进行位操作的一位存储器采用了继电器名称，被称为继电器。,5,为什么一位存储器采用继电器的名称？一位存储器值的存取逻辑关系正好与继电器线圈和触点实现的逻辑关系一致，所以用PLC实现逻辑控制任务时，人们基于继电器控制系统的梯形原理图，采用了触点、线圈和导线做梯形图的元件，使一位存储器在梯形图上表现为继电器的线圈和触点，开发出PLC的梯形图程序语言，使我们可以按照与设计继电器控制系统几乎一样的方法去设计PLC的控制程序。因而，一位存储器在这里被称为了“继电器”。注意：各种继电器是PLC的编程资源，而作为继电器的实体在PLC内部是不存在的。继电器就是一位存储器。,6,7PLC作为一个专用的计算机，也要进行与开关量无直接关系的运算和数据处理，这与继电器控制线路无关，所以进行字或字节操作的16位或8位的存储器也采用了计算机的术语，称为数据存储器。8在PLC编程时需要多种功能的一位存储器（继电器）和一般字、字节存储器，为适应编程需要，用户数据存储器按各类功能又进行了进一步地划分。,7,6.1.2PLC用户数据存储器编程资源（11个：符号、梯形图中绘法、工作原理）,8,6.1.2PLC用户数据存储器编程资源（11个：符号、梯形图中绘法、工作原理）,一、输入继电器（InputRelay）工作：输入点的外部输入开关状态通过输入接口电路存到输入状态暂存器中，经过PLC的输入采样（输入刷新），把输入状态暂存器中输入开关的状态存入输入状态映像存储器中。输入继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下：,9,注意：输入继电器状态只受外部输入开关控制，不受PLC程序控制，PLC程序可以读取输入继电器的状态，不能改变输入继电器的状态，所以输入继电器没有线圈符号。外部输入开关只能直接控制输入继电器和它的触点,不能直接控制其他的继电器。寻址：一种方案是：每个区域都有不同的标号，同类别下继电器的寻址由同一标号下不同的数字序号来区分；另一种方案是：序号大排队，不同类别的继电器有不同的序号区间，具体继电器的查找在相应的序号区间内进行。显然，后一种方案不方便用户的使用。,10,不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同德国西门子SIMATICS7-200系列PLC用I表示输入继电器，CPU222中，从I0.0I15.7共有128个输入继电器。韩国LGMASTER-K系统的PLC用P表示输入输出继电器。例如K30中P000P007、P010P017表示输入继电器，共16个。日本富士NB系列可编程序控制器用X表示输入继电器，例如NBO中输入继电器是X00X07。施耐德电气ModiconTSXNezaPLC用%I表示输入继电器，本机从%I0.0%I0.7共8个输入继电器。,11,二、输出继电器（OutputRelay）,工作：PLC运行时，每执行完一遍程序，逻辑运算的结果就存入到相应的一位存储器中。其中需要控制输出开关的运算结果存到输出映像存储器中。这个输出映像存储器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一位，就是一个输出继电器。输出继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下：,P020的常开触点P020的常闭触点P020的线圈,12,功能：输出继电器线圈得电与否不但控制它在PLC内部的触点，而且还控制它在PLC输出接口电路中对应的输出开关，进而控制接在输出点上的输出负载（执行部件）得电与否。注意1：一体机，输出点地址是固定的，输出继电器与对应的输出状态锁存器，与对应的输出端子排上的输出接点的名称标号是相同的。P020的线圈，一定控制输出端子排上的P020点。注意2：输出继电器在PLC内部的触点，原则上说可以无限多。从存储器的角度看，P020是记录输出端子排上P020点（实际是连接P020点的输出回路）的开关状态的一位存储器的地址。输出继电器P020的线圈：表示按逻辑运算结果向地址是P020地址的一位存储单元写入（或存入）数据。,13,不同厂家、不同类型的PLC，输出继电器的表示方法和名称是不一样的S7-200CPU222的输出继电器用Q0.0Q15.7表示。MASTER-K30中，P020P027、P030P037表示输出继电器，共16个。ModiconTSXNezaPLC用%Q表示输出继电器，本机从%Q0.0%Q0.7。OMRON公司C系列P型机的输出继电器是按编号区分的,为05000915,0509是字号，或通道号，每个通道16个继电器，编号为0015；而它的输入继电器的字号,或通道号是0004。,14,输入、输出继电器示意图,15,输入继电器X、输出继电器Y动画,16,三、内部辅助继电器(AuxiliaryRelay),内部辅助继电器：也是一位存储器，但是它不与输入点对应，也不与输出点相对应，它用来存储PLC内部的中间变量，相当于继电器控制系统中的中间继电器。辅助继电器的线圈、常开触点、常闭触点：在梯形图上的图形符号与I/O继电器相同，只是标号字母名称不同或序号不同。内部辅助继电器的线圈和触点的关系和输出继电器的一样，但只有内部触点，不对应外部触点。它的内部触点也是无限多个。注意：从存储器的角度看，内部辅助继电器是一个暂存运算数据的一位存储器，它的名称标号是这个存储单元的地址。,17,一个PLC含有的内部辅助继电器的数目也是PLC的一项重要性能指标。不同厂家、不同类型的PLC的内部辅助继电器S7-200CPU222的辅助继电器用M0.0M31.7表示。K30中断电数据不保持的辅助继电器标号用字母M表示；断电数据保持的辅助继电器用字母K表示。如M000M637，512个；K000K317，256个。ModiconTSXNezaPLC用%M表示辅助继电器，从%M0%M128。前64位为断电数据保持位。OMRON公司的C系列P型机的辅助继电器通道（字）的编号为1018，每个通道16个继电器，共8个半通道，序号为10001715，18001807，共132个。,18,断电数据保持辅助继电器,19,四、定时器（Timer）,定时器指令：包括定时器的类型TON、定时器名称标号T000和定时时间设定值1500；也可以看成T000的线圈。定时器一般有两种类型：一种是通电延时，另一种是断电延时。延时时间：就是由设定值确定的时间，如上例中的1500，它的单位是10ms或100ms等，一般由T的序号决定。在MASTER-K30系列中，定时器T000延时单位是100ms，1500表示延时0.11500=150s。通电延时定时器：是指线圈通电后，定时器的触点不立即动作，而是经过设定值规定的时间后定时器的触点才动作：常开触点闭合。常闭触点断开；当线圈断电后定时器的触点立即动作：常开触点马上断开，常闭触点马上闭合。断电延时定时器：是指线圈通电后，定时器的触点立即动作：常开触点闭合，常闭触点断开；当线圈断电后，定时器的触点不立即动作，而是经过设定值规定的时间后才动作：常开触点断开，常闭触点闭合。,20,不同厂家、不同类型的PLC中定时器的数目。S7-200CPU222的定时器有128个；S7-200定时器的定时精度分别为0.1s、0.01s、0.001s，最大设定值为32767。MASTER-K30系列有128个，K200系列有256个；K30系列中，定时器T000T127，共128个，其中：T000T095，定时单位为0.1s；T096T127，定时单位为0.01s。注意：T072T095和T120T127为断电保持。OMRON的C系列H机最多可达512个。,T000的常开触点T000的常闭触点,21,常规定时器的工作原理,22,常规定时器的动作过程,23,积算定时器的动作过程,24,五、计数器(Counter),计数器是：计量脉冲信号数目，到达计数设定值后发出开关量控制信号的器件。在PLC的梯形图上看，计数器也是一个继电器，它由计数部分和触点组成，还有计数设定值。,（1）MASTERK系列计数器（2）S7200系列计数器,这里：C000是一个计数器的名称标号，04321是计数设定值，CTU是计数器的类别表示加法是计数器。,25,计数器C000的常开触点计数器C000的常闭触点,计数器有上升（加法）计数器，下降（减法）计数器，双向（、）可逆计数器。,26,以上升（加法）计数为例，介绍计数器的工作原理：计数：计数器的计数输入端每输入一个脉冲，即输入信号OFF一ON一OFF一次，计数器的当前值加1，直到计数器的当前值等于设定值；此时，计数器输出为ON，计数器的触点才动作，常开触点闭合，常闭触点断开。注意：计数器输出为ON后，若有计数脉冲继续输入，当前值继续增加到最大值。计数器复位：需另外的复位信号。复位端在正常计数时应当是失电的（0），一旦得电，即复位信号ON（1），计数器的输出变为OFF，常开触点断开，常闭触点闭合。计数器复位端为0，计数器正常计数；计数器复位端为1，计数器不能计数。计数器的触点也都是内部触点，也是无限多个。,27,计数器在PLC中一般以字母C做名称标记。不同类型不同厂家PLC各类继电器都按存储器序号或字号（通道号）区分，计数器也不例外。MASTER-K30系列中，计数器为C000C127，共128个。其中C096C127为断电保护的。S7200系列、MASTER-K30系列的计数器与定时器不重复，不像有些PLC中计数器和定时器是一个存储器，当计数器用就不能当定时器用，当定时器用就不能再当计数器用。,28,16位计数器工作过程示意图,29,16位加法计数器,设定值位132767。其中，C0C99共100点是通用型，C100C199共100点是断电保持型。下图表示了递加计数器的动作过程。,30,六、数据存储器（数据寄存器）（DATARegister）,进行控制总要做一些数据处理。PLC专门设置了数据存储器（或数据寄存器），一般可一次进行16位或32位数据的读写。不同类型不同厂家PLC数据存储器：MASTERK系列数据寄存器用D字母来表示，MASTER-K30H的数据寄存器为D000D255，共256个，每个8位，其中D192D255是断电保持的。数据寄存器有时存的是操作数据地址，这时称为间接数据寄存器。MASTER-K系列机这种情况下用#D表示。例如，#D100的内容是0240，则表示D100这个地址的存储单元中存的是地址0240。S7200系列数据寄存器用VB、VW字母来表示，称为变量存储器。S7200系列CPU222变量存储器为2048个字节，可以按位、按字节、按字、按双字操作，分别表示为V、VB、VW、VD。,31,七、移位寄存器（ShiftRegister）可进行数据按位移动的8位或16位存储器（寄存器），称为移位寄存器。有的PLC中设有专用的移位寄存器；有的PLC不设专用的移位寄存器，数据寄存器，或以字节或字来处理的继电器都可以做移位寄存器。例如，MASTER-K系列PLC中，M、P、K、T、C、D、#D都可以做移位寄存器。八、链接继电器（LinkRelay）在MASTER-K200以上的PLC中设有链接继电器，用于上下位机之间的数据链接。它们是内部继电器，不能直接向外输出。链接继电器用L表示，从L000L31F，共512个。不作为链接使用时，它们可当做内部辅助继电器来使用，像M继电器一样。九、特殊继电器（SpecialRelay）在PLC中能够按位进行操作的存储单元都称为继电器，特殊继电器就是一些有特殊用途的一位存储器。S7200系列的特殊继电器用字母SM表示，MASTER-K系列的特殊继电器用字母F来表示。有的PLC中特殊继电器也是按储存器序号来区分的。一般情况下在梯形图上特殊继电器只能以触点出现，也就是说，用户对特殊继电器只能读，不能写。,32,十、步进控制继电器（StepControlRelay）,步进控制继电器是专用于顺序步进控制的继电器，它也有线圈和触点。不同类型不同厂家PLC步进控制继电器：MASTER-K系列的步进控制继电器用字母S表示。K30H有S00S31，共32组步进控制继电器，每组可顺序执行99步控制。S7200系列的步进控制继电器用字母S表示。CPU222的步进控制继电器为S0.0S31.7。,33,十一、常数（Constant）,很多PLC指令的操作数都有常数（立即数），各个指令对使用的常数的要求，包括数的范围、数的类型、数的进制等，这些是操作PLC必须掌握的。常数也是PLC的内部资源。,34,注意：S7200和MASTERKPLC编程资源比较,西门子LGS7200MASTERK输入继电器IP输出继电器QP变量寄存器或数据寄存器VB或VWD辅助继电器MM特殊标志位SMF定时器TT计数器CC高速计数器HSCHSC累加器AC没有状态元件或步控继电器SS模拟量输入存储器AIW没有专门存储器模拟量输出存储器AQW没有专门存储器,35,6.2PLC的梯形图语言,梯形图的由来：PLC的梯形图是在继电器控制线路梯形原理图的基础上开发出来的。梯形图：将图形符号按一定规则连接起来的线路图。这个线路图不要求用真实的继电器实现。但是，只要把这个线路图输入到PLC中去，PLC就可以完成线路图中确定的逻辑操作，实现人们期望的控制要求。由于这个线路图与继电器控制线路的梯形图形式上基本一致，所以称为梯形图。梯形图程序：由梯形图的图形符号、器件名称标号、画图规则构成梯形图语言（LAD）。连接好的完整的梯形图就是梯形图程序。,36,6.2.1梯形图的要素（图形符号）4个,1母线有左母线、右母线之分。它们是两条竖直线，从程序的第一行开始到最后一行结束。它们相当于电路中的电源线。有些类型的PLC的梯形图不画右母线。2触点它们是各类继电器、定时器、计数器的内部触点。3线圈线圈是PLC用户程序能够控制的继电器的线圈。注意：以上三个要素对应着PLC的基本指令。4功能指令符应用指令、程序执行控制类指令和其他不写出整条指令就不能把意思表达清楚的指令，在梯形图上也要把整条指令写出来，一般把这样指令写在梯形图上的一