可编程控制器原理及应用课件

1、第第1 1章章 可编程控制器概述可编程控制器概述 可编程控制器的产生可编程控制器的产生 1.11.1可编程控制器的特点可编程控制器的特点1.21.2可编程控制器的应用可编程控制器的应用1.31.31.1 可编程控制器的产生qPLC的由来n 可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC。是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。 qPLC的定义n 国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布了PLC的标准草案（第三稿），草案对PLC作了如下定义。可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设

2、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。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.2 可编程控制器的特点及与继电器控可编程控制器的特点及与继电器控 制、微机控制比较制、微机控制比较1.2.1可编程控制器的特点可编程控制器的特点硬件方面采用如下措施： 1.可靠性高，抗干扰能力强（1）光电隔离（2）滤波（3）电磁屏蔽 （4）电源电路在软件方面采用如下措施：（1）设置了警戒时钟WDT （

3、2）程序检查和校验 （3）对程序及动态数据进行电池后备 （4）内部电路检查 （5）用户程序检查 2.编程直观、易学3.适应性好，用户使用方便4.系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便5.体积小，能耗低 1.2.21.2.2可编程控制器与继电器控制、微机控制可编程控制器与继电器控制、微机控制比较比较1.2.21.2.2可编程控制器与继电器控制、微机控制比可编程控制器与继电器控制、微机控制比较较1.3 1.3 可编程控制器的应用可编程控制器的应用1开关量的逻辑控制2运动控制3闭环过程控制4数据处理5通信联网6在计算机集成制造系统中的应用第第2 2章章 可编程控制器的硬件可编程控制器的硬件构成与工

4、作原理构成与工作原理可编程控制器基本工作原理2.32.3可编程控制器的分类 2.42.4可编程控制器的基本组成可编程控制器的基本组成2.12.1PLC对继电器控制系统的仿真 2.22.2可编程控制器的分类可编程控制器的分类 2.42.4PLC对继电器控制系统的仿真 2.22.2可编程控制器基本工作原理可编程控制器基本工作原理2.32.3PLCPLC对继电器控制系统的仿真对继电器控制系统的仿真 2.22.2可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置 2.52.52.1 可编程控制器的基本组成可编程控制器的基本组成2.1.12.1.1中央处理器模块（中央处理器模块（CPUCPU） 中央处理器模块

5、主要由CPU芯片组成，相当于人的大脑，是可编程控制器的核心。它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。可编程控制器通常使用以下几类CPU芯片：n1.通用微处理器，如Intel公司的8086，80186到Pentium系列芯片；n2.单片微处理器（单片机），如Intel公司的MCS51/96系列单片机；n3.位片式微处理器，如AMD2900系列位片式微处理器。2.1.2存储器模块（存储器模块（Memory） 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。1.PLC常用的存储器类型（1）RAM 随机存储器 (2) ROM 只读存储器,只能读出，不能写入。

6、 (3) EPROM 可擦除的只读存储器。 (4) EEPROM或E2PROM 可电擦除的只读存储器。 主要有以下三点： 写入信息所需的时间比RAM长的多，读写过程约需1015ms。 执行读写操作的次数有限，约10000次。 比RAM和EPROM的价格高一些。2PLC存储空间的分配（1）系统程序存储器 包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在EPROM或ROM中。它和硬件一起决定了该PLC的各项性能。（2）系统RAM存储器 包括输入输出I/O映象寄存器以及各类软设备(例如计时器、计数器、变址寄存器、累加器等)存储器。（3）用户程序存储器 由用户使用

7、者根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序，用于解决实际问题，一般存放在用户程序存储器 EEPROM /RAM中，可由用户通过编程器或计算机修改。2.1.3输入输出模块（输入输出模块（I/O）1.开关量I/O模块的接线方式 开关量开关量I/O模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。为模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。为适应被控对象的不同，适应被控对象的不同，I/O模块的输入输出电压等级通常有直流模块的输入输出电压等级通常有直流5V、12V、24V、48V和交流和交流l10V、220V等。等。2. 开关量输入模块 直流输入模块和交流输入模块。 开关量输入模块的输入端子与外部开关连

8、接，将现场开关信号变成CPU能接收的标准电信号，并将输入信号状态锁存，以便于CPU通过系统实时读入。3.开关量输出模块 开关量输出模块的输出端与外部执行元件相连，其作用是：驱动接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，和外部负载指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出电路的负载电源由外部提供，负载电流一般不超过2A。4.电源 供电电源是一般市电，也有用直流24V供电的。PLC对电源稳定度要求不高，一般允许电源电压额定值在+1015的范围内波动。5. 编程器 编程器是PLC的最重要外围设备。小型PLC常用简易型编程器，大中型PLC多用智能型CRT编程器。在个人计算机上添加适当的硬件接口和软

9、件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。2.2 PLC对继电器控制系统的仿真对继电器控制系统的仿真2.3 可编程控制器基本工作原理可编程控制器基本工作原理2.3.1可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理循环扫描方式2.PLC控制异步电动机“启动-保持-停止”程序扫描过程示例 针对可编程控制器PLC实现异步电动机“启动-保持-停止”逻辑控制，进一步说明PLC的扫描工作过程 2.3.2 I/O2.3.2 I/O系统响应时间系统响应时间 由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。2.4 可编程控制器的分类可编程

10、控制器的分类2.4.1按硬件的结构类型分类按硬件的结构类型分类1.整体式可编程控制器 体积小、价格低，小型可编程控制器一般采用整体式结构。 2.模块式叠装式可编程控制器 模块式可编程控制器用搭积木的方式组成系统,大、中型可编程控制器和部分小型可编程控制器采用模块式结构。3.叠装式叠装式可编程控制器 将整体式和模块式可编程控制器组合起来。 2.4.2 按可应用规模及功能分类按可应用规模及功能分类 根据PLC的输入/输出（I/O）点数的多少，一般可将PLC分为以下3类。1小型机 小型PLC I/O总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4KB左右。2中型机 中型PLC的I/O总点数在2562

11、048点之间，用户程序存储器容量达到8KB左右。3大型机 大型PLC的I/O总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16KB以上。2.5 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置2.5.1 FX2N系列型号名称的含义系列型号名称的含义FX2N系列可编程控制器型号格式如下： FX2N 输入输出的总点数：范围从4到128； 单元类型：M为基本单元，E为输入输出混合扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块； 输出形式：R为继电器输出，T为晶体管输出，S为双向可控硅输出； 电源和输入和输出类型：D为DC（直流）电源，DC输入；若无符号，则为AC电源、DC输入、横式端

12、子排、标准输出（继电器输出为2A/1点；晶体管输出为0.5A/1点；双向可控硅输出为0.3A/1点）。2.5.2 FX2N系列可编程控制器基本构成系列可编程控制器基本构成 基本指令执行时间高达0.08s，内置的用户存储器容量为8K步，可扩展到16K步，最大可以扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。 FX2N有128种功能指令 FX2N还有矩阵输入、10键输入、数

13、字开关、方向开关、7段显示器扫描显示、示教定时器等方便指令。 2.5.3 FX2N系列可编程控制器的技术性能指标系列可编程控制器的技术性能指标第3章 基本逻辑指令及其应用FX系列可编程控制器的编程系列可编程控制器的编程语言语言 3.13.1FX系列可编程控制器的编程系列可编程控制器的编程元件元件 3.23.2FX系列可编程控制器的基本系列可编程控制器的基本逻辑指令逻辑指令 3.33.3 PLC编程语言标准（IEC 61131-3）中有5种编程语言，即顺序功能图（Sequential function chart），梯形图（Ladder diagram），功能块图（Function block

14、diagram），指令表（Instruction list），结构文本（Structured text）。 其中的顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）是图形编程语言，指令表（IL）、结构文本（ST）是文字语言。n1顺序功能图（SFC）n2梯形图（LD）n3功能块图（FBD）n4指令表（IL）n5结构文本（ST）3.1.1 梯形图编程语言梯形图编程语言梯形图的格式如下：（1）梯形图按行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。（2）图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于继电器线圈或终止母线（有些P

15、LC终止母线可以省略）。（3）梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。 （4）根据梯形图中各触点的状态和关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的ON/OFF状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上至下，从左往右顺序进行的，即PLC程序执行顺序。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。3.1.2 指令语句表编程语言指令语句表编程语言 指令语句表编程语言是一种与计算机汇编语言类似的助记符编程方式，它由若干条指令组成，每条语句表示给CPU一条指令，规定CPU如何操作。用一系列操作指令组成的语句将控制流程描述出来的程序叫做语句表程序。与图3.1所示梯

16、形图相对应的语句表如下所示：nLD X0 逻辑行开始，输入X0常开触点nOR Y0 并联Y0的自保接点nAND X1 串连X1的常开接点nOUT Y0 输出Y0逻辑行结束n指令语句表是由若干条语句组成的程序。语句是程序的最小独立单元。它是由操作码和操作数两部分组成。操作码用助记符表示（如LD表示取、AND表示与等），它表明CPU要完成的某种操作功能。操作数一般由标识符和参数组成。标识符表示操作数的类型，例如表明是输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、数据寄存器等。参数表明操作数的地址或一个预先设定值。3.1.3 顺序功能图编程语言顺序功能图编程语言 顺序功能图又叫做状态转移图，是一种位于其他

17、编程语言之上的图形语言，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法。步、转换和动作是顺序功能图中的主要三种元件，如图3.2所示。根据它可以很容易的画出顺序控制梯形图程序，在后面的章节中将做详细介绍。 3.1.4 功能块图编程语言功能块图编程语言 功能块图是一种类似于逻辑控制电路图的编程语言。它用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号从左向右流动，如图3.3所示。3.1.5 结构文本编程语言结构文本编程语言n结构文本编程语言是为IEC6

18、1131-3标准专门创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。n除了提供几种编程语言供用户选择外，标准还允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程者能选择不同的语言来适应特殊的工作。3.2 FX系列可编程控制器的编程元件系列可编程控制器的编程元件3.2.1 FX系列可编程控制器的编程元件概述系列可编程控制器的编程元件概述 可编程控制器内部有许多具有不同功能的器件，作为编程元件，它们是由电子电路和存储器组成的 3.2.2 FX系列编程元件系列编程元件1输入继电器X 2输出继电器Y 输出继电器是用来将PLC内部信号输出传送给外部负载 输出继

19、电器线圈是由PLC内部程序驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载 3辅助继电器M通用辅助继电器 在FX系列PLC中，辅助继 电器按十进制地址编号， 如M0M499共500点(2) 断电保持辅助继电器(3) 特殊辅助继电器通常可分为两类： 和 特殊辅助继电器的线圈由PLC自动驱动，用户只可以利用其触点。特殊辅助继电器的线圈由用户控制，其线圈得电后，PLC作出特定动作。 4状态器S n 初始状态继电器S0S9共10点。n 回零状态继电器S10S19共10点。n 通用状态继电器S20S499共480点。n 停电保持状态器S500S899共400点。n 报警用状态继电器

20、S900S999共100点。 这100个状态继电器元件可用作外部故障诊断输出。5定时器T (1) 通用定时器T0T245 通用定时器不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有100ms和10ms两种。 100ms定时器T0T199共200点，每个设定值范围为0.13276.7s；10ms定时器T200T245共46点，每个设定值范围0.01327.67s。(2) 积算定时器T246T255 FX2N型1ms积算定时器T246T249共四点，每点设定值范围0.001s32.767s；100ms积算定时器T250T255共6点，每点设定值范围0.1s3276.7s。6计

21、数器C(1) 内部信号计数器 内部信号计数器是在执行扫描操作时对内部器件（如X、Y、M、S、T和C）的信号进行计数的计数器，其接通时间和断开时间应比PLC的扫描周期稍长。 16位加计数器。设定值位132767。其中FX2N，有100点通用型C0C99，有100点断电保持型C100C199。 32位双向计数器。设定值为21474836482147483647，其中FX2N，C200C219共20点是通用型，C220C234共15点为断电保持型计数器。 (2) 高速计数器n高速计数器C235C255共21点，共用PLC的8个高速计数器输入端X0X7。这21个计数器均为32位加/减计数器（见表3.1

22、）。7数据寄存器 在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。数据寄存器为16位，最高位为符号位，可用两个数据寄存器合并起来存放32位数据，最高位仍为符号位。数据寄存器分成下面几类（以FX2N型为例）： (1) 通用数据寄存器D0D199共200点 (2) 断电保持/锁存寄存器D200D7999共7800点 (3) 特殊数据寄存器D8000D8255共256点 (4) 文件数据寄存器D1000D7999共7000点8变址寄存器（V/Z）相当于微机中的变址寄存器， 用于改变元件的编号（变址） 9指针（P/I） 指针（P/I）包括指定条件跳转，子程序调用指针（P）

23、和中断用指针（I）。指针的用法见5.2.1节。 10常数（K/H） 常数也作为器件对待，它在存储器中占有一定的空间，十进制常数用K表示，如18表示为K18；十六进制常数用H表示，如18表示为H12。3.3 FX系列可编程控制器的基本逻辑指令系列可编程控制器的基本逻辑指令3.3.1 逻辑取及线圈驱动指令逻辑取及线圈驱动指令LD、LDI、OUT3.3.2 触点串联指令触点串联指令AND、ANI3.3.3 触点并联指令触点并联指令OR、ORI3.3.4 取脉冲指令取脉冲指令LDP、LDF nLDP（Load Pulse）取脉冲上升沿，用来作上升沿检测，在输入信号的上升沿接通一个扫描周期。LDF取脉冲

24、下降沿，用来作下降沿检测，在输入信号的下降沿接通一个扫描周期。这两条指令都占两个程序步，它的目标元件为X、Y、M、S、T、C。nLDP、LDF指令说明如图3.23，使用LDP指令，元件Y0仅在X0的上升沿时（OFF到ON时）接通一个扫描周期。使用LDF指令，元件Y1仅在X1的下降沿时（ON到OFF时）接通一个扫描周期。3.3.5 与脉冲指令与脉冲指令ANDP、ANDFANDP与脉冲上升沿，ANDF与脉冲下降沿，用来作上升和下降沿检测。这两条指令都占两个程序步，它们的目标元件为X、Y、M、S、T、C。ANDP、ANDF指令说明如图3.24，使用ANDP指令，元件M1仅在X3的上升沿时（OFF到O

25、N时）接通一个扫描周期。使用ANDF指令，元件Y1仅在X7的下降沿时（ON到OFF时）接通一个扫描周期。3.3.6 或脉冲指令或脉冲指令ORP、ORFnORP或脉冲上升沿，ORF或脉冲下降沿，用来作上升和下降沿检测。n这两条指令都占两个程序步，它的目标元件为X、Y、M、S、T、C。nORP、ORF指令说明如图3.25，使用ORP指令，元件M0仅在X0或X1的上升沿时（OFF到ON时）接通一个扫描周期。使用ORF指令，元件Y0仅在X4或X5的下降沿时（ON到OFF时）接通一个扫描周期。3.3.7 串联电路块的并联连接指令串联电路块的并联连接指令ORB3.3.8 并联电路块的串联连接指令并联电路块

26、的串联连接指令ANB3.3.9 多重输出指令多重输出指令MPS、MRD、MPPMPS、MPP必须成对使用3.3.10 主控及主控复位指令主控及主控复位指令MC、MCR3.3.11 取反指令取反指令INV INV（Inverse）指令用于运算结果的取反。该指令不能直接与母线连接，也不能单独使用。该指令是一个无操作元件指令，占一个程序步。INV指令的用法如图3.33所示。当X0断开时，Y0为ON，如果X0接通，则Y0为OFF。3.3.12置位与复位指令置位与复位指令SET、RST3.3.13 脉冲输出指令脉冲输出指令PLS、PLF3.3.14 空操作指令空操作指令NOP3.3.15 程序结束指令程

27、序结束指令END3.3.16 FX系列可编程控制器编程的基本原则系列可编程控制器编程的基本原则 1水平不垂直2编程元件的位置输出类元件（例如OUT ，MC，SET，RST，PLS，PLF和大多数应用指令）应放在梯形图的最右边，而不能直接与左侧母线相连。有的指令（如END和MCR指令）不能触点驱动，必须与左侧母线或临时母线直接相连。3双线圈输出不可用4程序的优化设计n3双线圈输出不可用n如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，如图一次才有效，

28、如图4.38所示。一般不应出现双线圈输所示。一般不应出现双线圈输出。出。n4程序的优化设计程序的优化设计n有串联电路并联时，应将接点最多的那个串联回路放有串联电路并联时，应将接点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。有并联电路相串联时，应将接点最在梯形图最上面。有并联电路相串联时，应将接点最多的并联回路放在梯形图的最左边，如图多的并联回路放在梯形图的最左边，如图3.39所示。所示。在有多线圈的并联输出时，应将单个线圈放在上面，在有多线圈的并联输出时，应将单个线圈放在上面，见图见图3.20和和3.21。这种安排程序简洁、语句也少。这种安排程序简洁、语句也少。第4章可编程控制器程序设计可编程控制器程

29、序设计 梯形图经验设计方法梯形图经验设计方法 4.14.1继电器控制电路移植法设计继电器控制电路移植法设计梯形图梯形图 4.24.2顺序控制设计法与顺序功能顺序控制设计法与顺序功能图图 4.34.3顺序控制梯形图的编程方法顺序控制梯形图的编程方法 4.44.44.1 梯形图经验设计方法梯形图经验设计方法在已有的些典型梯形图的基础上，根据被控对象对控制的要求，通过多次反复地调试和修改梯形图，增加中间编程元件和触点，以得到一个较为满意的程序。没有普遍的规律可以遵循，设计所用的时间、设计的质量与编程者的经验有很大的关系。可用于逻辑关系较简单的梯形图程序设计。分析控制要求、选择控制原则； 设计主令和检

30、测元件，确定输入输出设备； 设计执行元件的控制程序； 检查修改和完善程序。 n经验设计法对于一些比较简单程序设计是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。 n经验设计法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求，设计的结果往往不很规范，因人而异。n特点：考虑不周、设计麻烦、设计周期长；梯形图的可读性差、系统维护困难。4.1.1 按钮信号的程序设计按钮信号的程序设计1起动与停止控制按钮信号的程序设计2点动运行控制按钮信号的程序设计4.1.2 边沿信号的检测与程序设计边沿信号的检测与程序设计1上升沿微分脉冲电路2下降沿微分脉冲电路4.1.3 多重（多地）输入

31、控制程序设计多重（多地）输入控制程序设计4.1.4多输出控制程序设计多输出控制程序设计4.1.5 优先输入控制程序设计优先输入控制程序设计4.1.6 互锁控制程序设计互锁控制程序设计4.1.7顺序起动控制程序设计顺序起动控制程序设计4.1.8自动与手动控制程序设计自动与手动控制程序设计4.1.9集中与分散控制集中与分散控制程序设计集中与分散控制集中与分散控制程序设计4.1.10延时接通延时断开程序设计延时接通延时断开程序设计4.1.11闪烁程序设计闪烁程序设计 4.1.12 分频程序设计分频程序设计4.1.13 定时范围扩展程序设计定时范围扩展程序设计1.多个定时器组合电路2.定时器与计数器组

32、合4.1.14 常闭触点输入信号的处理程序设计常闭触点输入信号的处理程序设计 4.1.15 十进制与二进制转换程序设计十进制与二进制转换程序设计十进制数及对应的输入 二进制数及对应的输出 23(Y3) 22(Y2) 21(Y1) 20(Y0) 0（X0）00001（X1）00012（X2）00113（X3）01004（X4）01015（X5）01106（X6）01117（X7） 10008（X10）10019（X11）101010（X12）10114.1.16 梯形图经验设计实例梯形图经验设计实例4.2 继电器控制电路移植法设计梯形图继电器控制电路移植法设计梯形图4.2.1 概述概述 用PLC

33、改造继电器控制系统时，因为原有的继电器控制系统经过长期使用和考验，已被证明能完成系统要求的控制功能，而且继电器电路图与梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此可以根据继电器电路图设计梯形图，即将继电器电路图转换为具有相同功能的PLC外部硬件接线图和梯形图。使用这种设计方法时应注意梯形图是PLC程序，是一种软件，而继电器电路是由硬件电路组成的，梯形图和继电器电路有本质的区别。因此，根据继电器电路图设计梯形图时有很多需要注意的地方。此设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统的原有特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。4.2.2 设计方法步骤设计方法步骤4.2.3 设计注意事项设计注意

34、事项根据继电器电路图设计梯形图应注意以下问题：1应遵守梯形图语言中的语法规定2设置中间单元3尽量减少PLC的输入信号和输出信号4与继电器电路不同，一般只需要同一输入器件的一个常开触点给PLC提供输入5外部联锁电路的设立6热继电器过载信号的处理7外部负载的额定电压 4.3 顺序控制设计法与顺序功能图顺序控制设计法与顺序功能图 4.3.1 顺序控制设计法顺序控制设计法 如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行，也称为步进控制系统。 就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也

35、会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。 PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。1步的划分2转换条件的确定3顺序功能图的绘制4梯形图的绘制4.3.2 顺序控制设计法中顺序功能图的绘制顺序控制设计法中顺序功能图的绘制顺序功能图概述2顺序功能图的组成要素顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）等要素组成（1）步与动作（2）有向连线、转换和转换条件3顺序功能图中转换实现的基本规则步与步之间实现转换应同时具备两个条件：(1) 前级步必须是活动步

36、。(2) 对应的转换条件成立。4顺序功能图的基本结构(1)单序列结构(2)选择序列结构(3)并行序列结构（4）子步结构（5）跳步、重复和循环序列结构5绘制顺序功能图的注意事项（1）两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。（2）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。（3）顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，初始步可能没有输出处于ON状态，但初始步是必不可少的。（4）自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态（单周期操作，如图4.2

37、6），在连续循环工作方式时，应从最后一步返回下一个工作周期开始运行的第一步。（5）在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步，进入RUN工作方式时，它们均处于OFF状态，必须用初始化脉冲M8002的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步，系统将无法工作。如果系统有自动、手动两种工作方式，顺序功能图是用来描述自动工作过程的，这时还应在系统由手动工作方式进入自动工作方式时，用一个适当的信号将初始步置为活动步。 4.4 顺序控制梯形图的编程方法顺序控制梯形图的编程方法 4.4.1 使用起保停电路的

38、编程方法使用起保停电路的编程方法1使用起保停电路的单序列结构的编程方法n设计梯形图的输出电路部分时，应注意以下问题：n（1）如果某一输出量仅在某一步中为ON，可以将它们的线圈分别与对应步的辅助继电器的线圈并联。n（2）如果某一输出继电器在几步中都应为ON，应将代表各有关步的辅助继电器的常开触点并联后，驱动该输出继电器的线圈。如图4. 34中，Y0在步M1和M3中都应为ON，所以将M1和M3的常开触点并联后，来控制Y0的线圈。2使用起保停电路的选择序列结构的编程方法如图4.35是自动门控制系统的顺序功能图。人靠近自动门时，感应器X0为ON，Y0驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关X1时，变为低速

39、开门。碰到开门极限开关X2时电动机停转，开始延时。若在0.5s内感应器检测到无人，Y2起动电动机高速关门。碰到关门减速开关X4时，改为低速关门，碰到关门极限开关X5时电动机停转。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，T1延时0.5s后自动转换为高速开门。(1) 选择序列的分支的编程方法(2) 选择序列的合并的编程方法对于选择序列的合并，如果某一步之前有N个转换（即有N条分支在该步之前合并后进入该步），则代表该步的辅助继电器的起动电路由N条支路并联而成，各支路由某一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应转换条件对应的触点或电路串联而成。图4.36中，步M1之前有一个选择序列的合并，当步M0为活

40、动步并且转换条件X0满足，或M6为活动步，并且转换条件T1满足，步M1都应变为活动步，即控制M1的起动、保持、停止电路的起动条件应为M0和X0的常开触点串联电路与M6和T1的常开触点串联电路进行并联。3使用起保停电路的并行序列结构的编程方法（1）并行序列的分支的编程方法（2）并行序列的合并的编程方法 4仅有两步的闭环的处理4.4.2 以转换为中心的编程方法以转换为中心的编程方法1以转换为中心的单序列的编程方法2以转换为中心的选择序列的编程方法3以转换为中心的并行序列的编程方法4.4.3 步进指令的编程方法步进指令的编程方法1步进指令步进梯形指令简称为STL指令，FX系列PLC还有一条使STL指

41、令复位的RET指令。利用这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。步进梯形指令STL只有与状态继电器S配合才具有步进功能。S0S9用于初始步，S10S19用于自动返回原点。使用STL指令的状态继电器的常开触点称为STL触点， 用用 符号表示，没有常闭的符号表示，没有常闭的STL触点。触点。2步进指令的单序列结构的编程方法3步进指令的选择序列结构的编程方法（1）选择序列分支的编程方法（2）选择序列合并的编程方法4步进指令的并行序列结构的编程方法第5章可编程控制器功能指可编程控制器功能指令令FX系列可编程控制器功能指系列可编程控制器功能指令概述令概述 5.15.1可编程控制器功能指令简介可编

42、程控制器功能指令简介 5.25.25.1 FX系列可编程控制器功能指令概述系列可编程控制器功能指令概述5.1.1 功能指令的通用表达形式功能指令的通用表达形式FX系列功能指令格式采用梯形图和指令助记符相结合的形式，如图5.1所示。S叫做源操作数，其内容不随指令执行而变化，在可利用变址修改软元件的情况下，用加“”符号的S表示，源的数量多时，用S1S2等表示。D叫做目标操作数，其内容随指令执行而改变，如果需要变址操作时，用加“”的符号D表示，目标的数量多时，用D1D2等表示。n叫做其他操作数，既不作源操作数，又不作目标操作数，常用来表示常数或者作为源操作数或目标操作数的补充说明。可用十进制的K、十

43、六进制的H和数据寄存器D来表示。在需要表示多个这类操作数时，可用n1、n2等表示，若具有变址功能，则用加“”的符号n表示。此外其他操作数还可用m来表示。5.1.2 数据长度数据长度功能指令可处理l6位数据和32位数据，例如：5.1.3 功能指令类型功能指令类型FX系列PLC的功能指令有连续执行型和脉冲执行型两种形式。 连续执行型的如：当X1为ON时，上述指令在每个扫描周期都被重复执行一次。脉冲执行型的如：5.1.4 数据格式数据格式1位元件与位元件的组合 2字元件 处理数据的元件称为字元件。一个字由16个二进制位组成。 5.1.5 变址寄存器变址寄存器V、Z 变址寄存器在传送、比较指令中用来修

44、改操作对象的元件号。变址寄存器在传送、比较指令中用来修改操作对象的元件号。其操作方式与普通数据寄存器一样。其操作方式与普通数据寄存器一样。5.2 可编程控制器功能指令简介可编程控制器功能指令简介5.2.1 程序流程控制功能指令程序流程控制功能指令1条件跳转指令CJ（FNC00） CJ(Condition Jump)、CJP指令用于跳过顺序程序某一部分的场合，以控制程序的流程，减少扫描时间。同一程序中指针标号唯一，若出现多次则会出错 n例5-1 一个三组抢打器，任一组抢先按下按键后，显示器（见图5.9）能及时显示该组的编号并使蜂鸣器发出响声（2秒后停止），同时锁住抢打器，其它组此时按键无效；按下

45、复位开关后，进行下一轮抢答。编制抢答控制程序n表5.1 PLC输入输出点分配抢打器输入设备PLC输入抢答器输出设备PLC输出复位开关X0蜂鸣器Y0一组按键1X1七段译码显示器aY1二组按键2X2七段译码显示器bY2三组按键3X3七段译码显示器cY3七段译码显示器dY4七段译码显示器eY5七段译码显示器fY6七段译码显示器gY72子程序调用指令CALL（ FNC01）与返回指令SRET （FNC02） 子程序应写在主程序之后，即子程序的标号应写在指令FEND之后，同一指针只能出现一次，CJ指令中用过的指针不能再用，不同位置的CALL指令可以调用同一指针的子程序。且子程序必须以SRET指令结束。

46、在子程序中可以再次使用CALL子程序，形成子程序嵌套。含第一条CALL指令在内，子程序的嵌套层数不能大于5。如图5.12程序中CALL指令3中断 （1）中断的指针（2）中断返回指令IRET（ FNC03）、允许中断指令EI （FNC04）与禁止中断指令DI （FNC05）4主程序结束指令FENDFEND (First End)指令无操作数，表示主程序的结束，子程序的开始。程序执行到FEND指令时，进行输出处理、输入处理、监视定时器刷新，完成后返回第0步。 5.2.2 传送与比较指令传送与比较指令1比较指令CMP （FNC10）2区间比较指令ZCP（ FNC11）3传送指令MOV（FNC12）4

47、移位传送指令SMOV（FNC13）5取反传送指令CML （FNC14）CML (Complement)指令将源元件中数据（自动转换成二进制数）逐位取反(10，10)送到指定目标。CML指令使用说明如图5.26所示。5.2.3 算术运算和逻辑运算指令算术运算和逻辑运算指令1加法指令ADD (FNC20)、减法指令SUB (FNC21)2乘法指令MUL (FNC22)、除法指令DIV (FNC23)5.2.4 循环移位与移位指令循环移位与移位指令1右循环移位指令ROR（FNC30）、左循环移位指令ROL（FNC31）例5-7 设计循环移位的16位彩灯控制程序，移位时间间隔为1秒，开机之后，按下与X

48、0相连的按扭，设置彩灯的初值，X1为OFF时循环右移1位，为ON时循环左移1位。T0用来产生周期为1秒的移位脉冲序列。其控制梯形图程序如图5.39所示。第6章可编程控制器控制系统可编程控制器控制系统设计设计可编程控制器控制系统设计可编程控制器控制系统设计的步骤和内容的步骤和内容 6.16.1节省节省I/O点数的方法点数的方法 6.36.3可编程控制器的选型与硬件可编程控制器的选型与硬件配置配置 6.26.2可编程控制器应用中注意的可编程控制器应用中注意的若干问题若干问题6.16.16.1可编程控制器控制系统设计的步骤和内容可编程控制器控制系统设计的步骤和内容6.1.1 熟悉控制对象的工艺要求熟

49、悉控制对象的工艺要求n首先应详细了解被控对象的全部功能和它对控制系统的要求，n 其次，还要选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号指示灯等执行元件)，以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。 n 最后，还应确定哪些信号需要输入给PLC，哪些负载由PLC驱动，并分类统计出各输入量和输出量的性质，是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级，为PLC选型和硬件配置提供依据。6.1.2 设计电气控制系统的硬件设计电气控制系统的硬件1根据工艺要求，确定为可编程控制器提供输入信号的各输入元件的型号和数量，和需要控制的执行元件的型号和数

50、量。2根据输入元件和输出元件的型号和数量，可以确定可编程控制器的硬件配置：3将系统中的所有输入信号和输出信号集中列表4绘制可编程控制器的外部线路图，以及其它的电气控制线路图。6.1.3 程序设计程序设计 PLC程序设计的原则和要求是： (1)尽可能建立PL C存储器、定时时间等的分配表，这样会给编程带来很大方便。 (2)推导每一个变量和指令的动作和停止条件。 (3)优化程序，减少指令和内存用量，减少扫描时间，以提高响应的及时性。 (4)对梯形图各梯级给予注释以便于理解程序。 (5)程序逻辑关系明确。6.1.4 控制系统模拟调试控制系统模拟调试 将设计好的程序用编程器或计算机输入到PLC中，进行

51、编辑和检查，改正程序设计语法错误。之后在实验室里进行用户程序的模拟运行和程序调试，发现问题，立即修改和调整程序，直到满足工艺流程和状态流程图的要求。6.1.5 现场调试现场调试 模拟调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，这时可先不带负载，只带上接触器线圈、信号灯等进行调试。利用编程器的监控功能，或用计算机监视梯形图，采用分段、分级调试方法进行。待各部分功能都调试正常后，再带上实际负载运行。6.1.6 随机文件随机文件1可编程序控制器的外部接线图和其他电气图纸。 2可编程序控制器的编程元件表，包括程序中使用的输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态等的元件号、名称、功能，以及定时器

52、、计数器的设定值等。3如果用户要求或合同规定要：顺序功能图、梯形图或指令表，就需要提供带注释的梯形图和必要的总体文字说明，没特殊要求一般不用提供。4控制系统的使用说明，操作注意事项及常见故障处理。6.2可编程控制器的选型与硬件配置可编程控制器的选型与硬件配置6.2.1 选择合适的可编程控制器类型选择合适的可编程控制器类型n1可编程控制器结构选择n2I0点数的确定n3用户存储器容量的估算n4可编程控制器的处理速度应满足实时控制的要求6. 3节省节省I/O点数的方法点数的方法6.3.1 减少所需输入点数方法减少所需输入点数方法1分组输入 2触点合并式输入3矩阵式输入4充分利用可编程控制器的内部功能6.3.