PLC原理与应用第6讲课件

1、PLC原理与应用电气学院 自动化 杨霞2007年2月第1页，共38页。PLC原理与应用 第6讲 讲解内容：4 可编程序控制器的指令系统4.1 PLC的编程资源4.2 PLC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。2 PLC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） 。3 PLC的梯形图 ：要素4个，连接原则 。第2页，共38页。4 可编程序控制器的指令系统 PLC的指令系统，或称编程语言（梯形图语言及相应的助记符语句指令）。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

2、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。应用指令主要是通用微型计算机一般都具备的数据操作类指令。它包括数据传送类、数据处理类、数据移位类、数值运算类、数值比较类、字符显示类、自检监控类，等等。除了基本指令和应用指令外，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。这方面指令有些是每个程序必备的，如程序结束符号END指令。指令构成：与一般语句指令微型计算机汇编语

3、言指令基本相同的。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。第3页，共38页。4.1 PLC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。 第4页，共38页。4.1.1 PLC的编程资源的特点 编程，从使用编程资源来说，一般要考虑两个方面的问题： 一、是用户程序怎么存储，存储在什么地方； 二、是操作数有哪些类型，与什么硬件有关，操作数怎么寻址。PLC编程资源的特点：1一般PLC中存储用户程序的程序

4、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。 第5页，共38页。4.1.1 PLC的编程资源的特点为什么一位存储器采用继电器的名称？一位存

5、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：梯形图程序语言使PLC有了继电器接线控制的外装，掩盖了存储器的程序控制的实质，因此我们在设计逻辑控制程序时，可以不再与存储器打交道，而是同各种继电器打交道。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

6、就是一位存储器。 第6页，共38页。4.1.1 PLC的编程资源的特点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。当同类继电器按字或字节操作时，也称为数据存储器。数据存储器有时也称为数据寄存器。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。第7页，共38页。4.1.2 PLC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（Input Relay

7、）工作：一个输入继电器是与一个输入点对应的一位存储器。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。这个输入状态映像存储器的每一位都对应一个输入点，在PLC程序中主要按位操作，输入状态映像存储器的位单元就称为输入继电器。 输入继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下： P000P000的常闭触点P000P000的常开触点第8页，共38页。一、输入继电器（Input Relay）特别应当注意：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

8、输入继电器的状态，所以输入继电器没有线圈符号，PLC梯形图上不应出现输入继电器的线圈。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。梯形图中P000的常开触点：表示从P000中取出数据，参与逻辑运算；梯形图中P000的常闭触点：表示从P000中取出数据后取反，再参与逻辑运算。输入状态表：在PLC的内存中所有输入开关状态的映像，即输入状态映像存储器我们称为输入状态表。在PLC内，输入继电器是继电器的一种，对它们怎样寻址呢？在PLC内不同类别的继电器都有各自的存储区域，为了识别它们，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

9、；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。 第9页，共38页。一、输入继电器（Input Relay）不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同德国西门子SIMATIC S7-200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LG MASTER-K系统的PLC用P表示输入输出继电器。例如K32H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

10、电气Modicon TSX Neza PLC 用%I表示输入继电器，本机从%I0.0%I0.7共8个输入继电器。美国GE公司的GE系列PLC，日本OMRON公司的C系列PLC机、SYAMAC CVM1型号可编程控制器都是按序号对继电器进行分类的。第10页，共38页。二、输出继电器（Output Relay） 工作：一个输出继电器是与一个输出点对应的一位存储器。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。在PLC的输出刷新阶段，输出映像存储器的内容被集中传送到输出接口电路的输出状态锁存器中，再经过输出接口的光耦电路

11、使输出开关通或断，控制外部执行器件工作。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： P020P020P020的常开触点 P020的常闭触点 P020的线圈 第11页，共38页。二、输出继电器（Output Relay）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

12、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。输出继电器P020的触点：表示从P020存储单元读出（或取出）数据。常开触点表示取出的P020存储单元的原值；常闭触点表示取出的是P020存储单元的值的非。这与输入继电器是一致的。 第12页，共38页。二、输出继电器（Output Relay）不同厂家、不同类型的PLC，输出继电器的表示方

13、法和名称是不一样的S7-200 CPU222的输出继电器用Q0.0Q15.7表示。Modicon TSX Neza PLC 用%Q表示输出继电器，本机从%Q0.0%Q0.7。MASTER-K32H中，P020P027、P030P037表示输出继电器，共16个。NBO中输出继电器是Y10Y1F，16个。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。第13页，共38页。三、内部辅助继电器(Auxiliary Relay) 内部辅助继电器：也是一位存储器，但是它不与

14、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。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。 第14页，共38页。三、内部辅助继电器(Auxiliary Relay)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

15、S7-200 CPU222 的辅助继电器用M0.0M31.7表示。Modicon TSX Neza PLC 用%M表示辅助继电器，从%M0%M128。前64位为断电数据保持位。K32H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。NBO中的辅助继电器是R000R255，256个。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。 第15页，共38页。四、定时器（Timer） 定时器：是测量时间

16、，并按设定时间发出开关量控制信号的器件。定时器指令：包括定时器的类型TON、定时器T000和定时时间设定值1500；也可以看成T000的线圈。这里T000是一个定时器的名称标号，1500是设定值，TON是定时器的类别标识符号。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：

17、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。 第16页，共38页。四、定时器（Timer） PLC中的定时器的触点也是无限多的而且都是内部触点。与电器控制系统的时间继电器不同之处是，时间继电器除了延时动作触点外，还有即时动作触点，而PLC的定时器一般只有延时触点。有的类型的PLC也有多种触点。从存储器的角度看，一个定时器有三个存储器。MASTER-K系列有两个1

18、6位存储器，分别存时间设定值和当前值，它们存的最大数值是65535（FFFFH）；一个一位存储器，存的是定时器的输出状态，这个一位存储器称为定时器状态映像存储器。通电延时定时器的线圈得电：启动定时器的当前值存储器，值从0开始定时增加，增加到设定值时输出状态存储器的值由“0”变为“1”(写入“1”)，线圈失电，将输出状态存储器的值由“1”变为“0”(写入“0”)，同时，当前值存储器的值变为0。断电延时定时器的线圈得电：使当前值存储器的内容从设定值开始定时减小；减少到0值时，触点状态存储器的值由“1”值变为“0”值（写入“0”值）。注意：定时器的三个存储器的名称标号都一样，如都是T000。随着指令

19、的不同，T000可以表示存输出状态的一位存储器，也可以表示16位的当前值存储器。定时器的设定值可以不是立即数，而是某个数据寄存器存储的数据。 第17页，共38页。四、定时器（Timer） 不同厂家、不同类型的PLC中定时器的数目，S7-200 CPU222的定时器有128个；MASTER-K30系列有128个，K200系列有256个；OMRON的C系列H机最多可达512个。在某些类型的PLC中有一部分定时器是断电保持的。定时器在PLC中一般以字母T做名称标记，也有按存储器序号区分的。K30系列中，定时器T000T127，共128个，其中：T000T095，定时单位为0.1s；T096T127，

20、定时单位为0.01s。T072T095和T120T127为断电保持。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。 T000T000T000的常开触点T000的常闭触点 第18页，共38页。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系列计数器第19页，共38页。五、计数器(Counter)C000C000计数器C000的常开触点计数器C000的常闭触点 这里

21、：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。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。 第20页，共38页。五、计数器(Counter)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），

22、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。第21页，共38页。五、计数器(Counter)注意：从存储器的角度看，一个计数器也有三个存储器。MASTER-K系列两个16位存储器，分别存计数设定值和计数当前值，它们存的最大数值也是65535（FFFFH）；一个一位存储器，存的是计数器的输出状态，称为计数器的状态映像存储器。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。M

23、ASTER-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。 第22页，共38页。六、数据存储器（数据寄存器）（DATA Register） 进行控制总要做一些数据处理。应用指令中，专门的数据运算、数据处理、数据类型变换指令等，都要与8位、16位或32位数据打交道。对这些数据不需要进行位处理，而且这类数据的需要量又很大，所以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

24、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。S7200系列数据寄存器用VB、VW字母来表示，称为变量存储器。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，#D 100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。MASTER-K10、K60H、K200H中D的个数是1K，从D0000到D1024。K500H、K1000H中D的数目是1万，从D0000到

25、D9999。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。 第23页，共38页。七、移位寄存器（Shift Register）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（Link Relay）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

26、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（Special Relay）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。 第24页，共38页。以MASTER-K30H为例介绍特殊继电器的功能 1PLC运行状

27、态显示F000 PUN状态时ON。F001 PGM状态时ON。F002 PAUSE状态时ON。F007 PLC内部装有EPROM时ON。2PUN（运行）开始系统内部提供的信号F012 第一个SCAN（扫描周期）时ON，其他时间为OFF。F013 第一个SCAN时OFF，其他时间为ON。F014 每一个SCAN都翻转一次（由ON变OFF，或由OFF变ON）。 第25页，共38页。以MASTER-K30H为例介绍特殊继电器的功能3调试运行时信息显示F020 单步运行时ON。F021 设断点运行时ON。F022 按扫描次数运行时ON。F023 按位值运行时ON。F024 按字（或字节）值运行时ON。

28、F025 按双字值运行时ON。4诊断故障显示F030 CALL、JMP指令码错误时ON。F031 I/O装置异常时ON。F032 监控定时器错误时ON。F033 电池有问题时ON。F040F045 P00P05字节发生错误时ON。F050F057 用户存储程序错误时，显示错误类型号。F060F067 指出发生错误的用户程序步号（低地址）。若存在JMP、CALL指令而没有JME n和SBRT n的情况下，指示JMP和CALL号。F067F077 指出发生错误的用户程序步号（高地址）。若存在JMP、CALL指令而没有JME n和SBRT n的情况下，它是00H。 第26页，共38页。以MASTER

29、-K30H为例介绍特殊继电器的功能5系统时钟F090 0.02s系统时钟。F091 0.1s系统时钟。F092 0.2s系统时钟。F093 1s系统时钟。F094 2s系统时钟。F095 10s系统时钟。F096 2s系统时钟。F097 1min（60s）系统时钟。6用户时钟F100 F107 用户使用的8个时钟，它们以一次扫描时间为单位，按设定的值重复地ON/OFF。ON/OFF时间（次数）由指令DUTY确定，例如：DUTY F104 n1 n2 表示F104在n1次扫描期间ON，在n2次扫描期间OFF，电源接通时为OFF。F104波形为：n2 n1 n2 n1 n2 n1 n2 第27页，

30、共38页。以MASTER-K30H为例介绍特殊继电器的功能7标志位F110 执行运算指令发生运算错误时ON。F111 运算结果为零时ON。F112 运算结果发生进位或错位时ON。F113 用OUTOFF指令清全部输出时ON。F120 运算结果小于比较标准时ON。F121 运算结果小于等于比较标准时ON。F122 运算结果等于比较标准时ON。F123 运算结果大于比较标准时ON。F124 运算结果大于等于比较标准时ON。F125 运算结果不等于比较标准时ON。8 I/O继电器组存在（是否安装）显示F130F135 分别表示P00P05这6个继电器组是否安装，若安装该位为ON。9用FALS指令显示

31、故障编号F140F147 故障编号的低8位。F150F157 故障编号的高8位。10其他F010 常闭触点。F011 常开触点。第28页，共38页。十、步进控制继电器（Step Control Relay） 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。不同类型的PLC，步进控制指令和步进控制继电器的作用和使用方法不完全一样，要根据具体类型的PLC来研究步进继电器。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。CPU22

32、2的步进控制继电器为S0.0S31.7。 第29页，共38页。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。 项目10进制数16进制数T、C的设定值MCS级JMP地址CALL子程序地址FOR循环数DUTY周期值16位整数32位整数06553507063063065535065535065535042949672950FFFFH0FFFFH0FFFFH0FFFFH0FFFFFFFFH第30页，共38页。注意：S7200和MASTERK PLC编程数据资

33、源比较 西门子 LG S7200 MASTERK输入继电器 I P输出继电器 Q P变量寄存器或数据寄存器 VB或VW D辅助继电器 M M特殊标志位 SM F定时器 T T计数器 C C高速计数器 HSC HSC累加器 AC 没有状态元件或步控继电器 S S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 没有专门存储器表示器件数据类型时，可加位、字节、字和双字标志，它们是 bit 、B、w、D。第31页，共38页。4.2 PLC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。它是把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