第3部分 PLC指令系统

§3可编程控制器的软件和用户环境一、PLC的软件结构软件结构监控程序用户程序1.监控程序监控程序是可编程控制器产品必须包括的部分，有生产厂家提供。其功能如下：

1）系统管理运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通讯等进行时间上的分配管理。程序空间的管理：生成用户环境。系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验等。2）用户指令解释程序编辑程序和解释程序。3）标准程序和系统调用2.用户程序用户在PLC提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序。1.用户数据结构

1）位数据这是一类逻辑量，其值只有“0”或“1”。2）字数据其数制、字长有很多形式。单字或双字、十进制（K）或十六进制(H)等。3）位和字的混合。二、用户环境2、PLC的内部等效电路输入设备输出设备输入部分：等效输入继电器。逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电路的元件是等效编程元件。输出部分：等效输出继电器。三菱F系列PLC的基本情况日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，扩展单元、特殊单元三种。3.PLC的元件用户可以使用的输入输出接口、内部存储单元——统称元件。型号表示方法入出总点数M(基本单元)E（扩展单元）输出类型R－继电器输出T－晶体管输出S－晶闸管输出电源种类V－100/110V交流E－220/240V交流D－24V直流FX2N—1234－FX2N--48MR主要技术指标输入、输出点总数：48功耗：25VA定时器：16个计数器：16个辅助继电器：192个（64个有掉电保护）内存：890字运算速度：45us/步序（平均）指令：20条输出形式：继电器输出梯形图PLC梯形图：是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。软继电器PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。能流的概念如上图所示触点1、2接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流”(PowerFlow)从左向右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。能流只能从左向右流动。利用能流这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图。图a中可能有两个方向的能流流过触点5（经过触点1、5、4或经过触点3、5、2），这不符合能流只能从左向右流动的原则，因此应改为图b所示的梯形图。

母线梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Busbar）。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。

梯形图的逻辑解算根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的

梯形图编程的一般规则一，梯形阶梯都是始于左母线，终于右母线(通常可以省掉不画，仅画左母线)。每行的左边是接点组合，表示驱动逻辑线圈的条件，而表示结果的逻辑线圈只能接在右边的母线上。接点不能出现在线圈右边。如下图(a)应改为(b)：梯形图编程的一般规则二，接点应画在水平线上，不应画在垂直线上，如下图(a)中的接点X005与其它接点间的关系不能识别。对此类桥式电路，应按从左到右，从上到下的单向性原则，单独画出所有的去路。如图(b)所示：

梯形图编程的一般规则三，并联块串联时，应将接点多的去路放在梯形图左方(左重右轻原则);串联块并联时，应将接点多的并联去路放在梯形图的上方(上重下轻的原则)。这样做，程序简洁，从而减少指令的扫描时间，这对于一些大型的程序尤为重要。如下图所示：梯形图编程的一般规则四，不宜使用双线圈输出。若在同一梯形图中，同一组件的线圈使用两次或两次以上，则称为双线圈输出或线圈的重复利用。双线圈输出一般梯形图初学者容易犯的毛病之一。在双线圈输出时，只有最后一次的线圈才有效，而前面的线圈是无效的。这是由PLC的扫描特性所决定的。编程元件1.输入继电器（X0~X7，X10~X17，X20~X27，…）注意：元件编号采用八进制输入继电器状态由外部信号驱动，在用户程序中可进行无限次读操作。2.输出继电器（Y0~Y7，Y10~Y17，Y20~Y27，…）主要用于将内部逻辑结果传递到外部负载，每一输出继电器对应一个输出接点控制一个外部负载。在用户程序中，只能对其进行一次写操作，但可无限次读操作。3.辅助继电器(M)

编号从M0开始

十进制编码

通用型和掉电保护型两种辅助继电器仅供内部使用4.定时器（T）

编号从T0开始；十进制编码定时器按定时时钟的不同进行分组

延时时间由设定的K值大小确定定时器做计时功能5.计数器(C)

编号从C0开始；十进制编码分加计数、减计数和双向计数器分掉电保护和通用型两种

计数值由设定的K值大小确定可对外部事件或内部脉冲进行计数。6.特殊辅助继电器(M)M8000：运行监视当PLC处于运行状态时，M8000自动为“1”；反之，M8000为“0”M8002：产生初始化脉冲PLC的第一个扫描周期内，M8002为“1”，以后为“0”。M8000M8002M8012：以周期为100ms循环通断M8030：锂电池电压下降到一定值时M8030为“1”M8033：PLC停止运行时输出保持M8034：若使M77得电将起到禁止全部输出的作用M80127.状态元件(S)

编号从S0开始；十进制编码分初始状态元件、原位状态元件、通用状态元件和保持状态元件状态元件是步进顺序控制的重要元件。8.指针（P/I）

编号从0开始十进制编码调用指令和跳转用分支指正P，中断程序使用中断指针I§4可编程控制器的基本逻辑指令和编程一、PLC的常用编程语言助记符语言：类似于汇编语言，用易于记忆的助记符表达某种操作梯形图语言:与传统的继电器－接触器控制线路图相似，不同的是特定元件和构图规则LDX400ORX402ANIX401OUTY430LDX402OUTY431形象、直观、易于接受逻辑功能图语言：类似于与、或、非逻辑电路顺序功能流程图语言：类似于程序框图。对于一些较复杂的顺序控制，用此较易易于描述较为复杂的控制功能，表达直观二、梯形图程序设计的规则和方法梯形图中的元件：必须是对应PLC中给定编号的编程元件梯形图符号：触头表示读取位元件的状态；线圈表示对位元件进行写操作；母线：假象能电流从左母线流向右母线逻辑行（每一线圈为一逻辑行）：按自上而下，自左而右的顺序画逻辑行线圈和触点的使用：线圈：线圈右边必须连右母线，左边必须有触点，同一程序中同一元件的线圈使用两次或以上称为双线圈输出，一般不应出现双线圈输出。触点：软触点，可以无限次的使用，触点不能连到右母线。程序有结尾标志§2三菱F系列PLC的基本指令输入、输出指令LD：“取”指令，用于母线、分支电路开始时读取位元件X、Y、M、T、C、S的状态。LDI：“取反”指令，用于母线、分支电路开始时读取位元件X、Y、M、T、C、S的反码。OUT：输出，对位元件Y、M、T、C、S进行写操作。注意：驱动T或C时，该指令后必须设常数K值。输入输出指令编程示例LDX000OUTY000LDIX001OUTM100OUTT0K19LDT0OUTY001LD、LDI地址码：X、Y、C、T、M、SOUT地址码：Y、C、T、M、S逻辑指令与指令AND：“与”，一个位元件的状态与前面状态的串联指令ANI：“与非”，一个位元件的反码与前面状态的串联指令地址码：X、Y、M、T、C、SLDX002ANDM102OUTY035LDY035ANIX003OUTM102ANDT1OUTY036或指令OR：”或“，一个位元件的状态与前面状态进行或操作的指令ORI：”或非”，个位元件的反码与前面状态进行或操作的指令地址码：X、Y、M、T、C、SLDX014ORX016ORIM102OUTY035LDY035ANDX015ORM103ANIX017ORIM110OUTM103电路块连接指令ORB：块电路或指令，两个以上触点串联的支路与前面支路并联连接指令LDX001ANDX002LDIX003ANDX004ORBLDX005ANIX006ORBORX007OUTY036ANB：电路块与指令，用于并联电路块与前面接点电路或并联电路块的串联连接指令LDX001ANDX002LDX003ANIX004ORBLDX005ANDX006LDIX007ANDX010ORBANBORX011OUTY030复位指令RST：用于对计数器、移位寄存器的复位计数器及复位指令使用示例LDX000RSTC0LDX401OUTC0K10LDC0OUTY030复位输入端为1：K值置入计数器计数器状态为0计数输入端每通断一次，计数值减1或减1计数器状态：当计数值计到设定值时，计数器状态为1一直保持直到被复位指令复位注：当复位输入保持时，计数信号不起作用计数器有掉电保护和普通性复位输入端为0：M8002——特殊辅助继电器定时时间=100X600ms脉冲输出指令

PLS：将脉宽较宽的输入信号变成脉宽等于PLC扫描周期的脉冲信号保持指令SET：置位保持指令RST：复位保持指令LDX001SETM202LDX002RSTM202使M202置位并保持使M202复位并保持移位寄存器和移位指令移位寄存器由辅助继电器组成，可由8个（或16个）组成一个8位（或16位）的移位寄存器。组成移位寄存器的第一个辅助继电器的地址号就是移位寄存器的地址号。当辅助寄存器作为移位寄存器时就不能作为它用。SFT：移位指令，使移位寄存器的内容进行移位操作。移位寄存器和移位指令（1）先用RST指令将移位寄存器复位（清零）。当401闭合，110-117各位均被清零。在进行正常移位工作时，401应断开；（2）由数据输入端输入数据。这是指第一个辅助继电器的状态；（3）用移位指令SFT移位。从移位脉冲输入端逐次输入移位脉冲，使数据在移位寄存器中从左向右逐次移位。400每闭合一次，数据右移一次。移位寄存器的各位可并行输出。主控母线指令（目标元素M100~M177）MC：主控开始，引出一条分支母线MCR：主控返回，使分支母线结束并回到原来的母线上多个继电器同时受一个触点或一组触点控制，这种控制称为主控指令多，占用内存多输出继电器Y530、Y531、Y532受输入继电器X500、X501主控LDX500ANDX501OUTM100MCM100LDX502OUTY530LDX503OUTY531LDX504OUTY532MCRM100LDX505OUTY533更好的办法：采用主控指令注意：MC、MCR必须成对出现。分支母线上每一逻辑行编程时，都要用LD或LDI指令开始。可嵌套使用主控母线指令，最多8次。跳步指令CJP：跳转开始EJP：跳转结束（1）CJP、EJP后面跟一个标号，代表目的地址。为：700~777之间的3位8进制数。程序A跳转条件成立？程序C程序BYN（2）程序中CJP跳转目的地、必须有EJP对应。CJP总在前，EJP总在后。图空操作指令NOP：不完成任何操作，只是占用一步的时间。程序结束指令END：用于结束程序，表示程序终了指令小结：LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI——对触点操作的指令ANB、ORB——触点块连接指令OUT、SET、RST、PLS——对线圈操作的指令CJP、EJP、MC、MCR、MPS、MRD、MPP、NOP、END——其它指令堆栈指令MPS：进栈指令MRD：读栈指令MPP：出栈指令LDX500ANDX501MPSANDX502OUTY530MRDANDX503OUTY531MPPANDX504OUTY532LDX505OUTY533四、常用编程注意事项1.程序的正确性正确的程序X001X002Y001X004X005X003X001X004Y001X004X005X003X002X001X005X002X003正确的程序X001X004Y031X003Y032X001X004Y031X003Y032Y431双线圈输出，前一个无效X402、Y400是不存在的元件地址X000Y001X402X001Y001Y400LDX400LDX401ANDX402ORBOUTY431LDX401ANDX402ORX400OUTY4312.程序的合理性触点串并联原则：“左重右轻，上重下轻”LDX400LDX401ORX402ANBOUTY431LDX401ORX402ANDX400OUTY431移位寄存器的使用1）移位寄存器的串联移位寄存器的使用串联连接的规则是：a.在梯形图中，基本移位寄存器放在下面，需要串联的往上加；b.将第一组末位的输出接到第二组的输入；c.两组的移位和复位信号是相同的。2）环形寄存器将移位寄存器的末位的输出信号作为本移位寄存器的输入信号，就构成了环形移位寄存器，如图7.25所示。环形移位寄存器的初值由400设置。定时器的使用1）通电延时通电延时即输入接通，延时一段时间后输出才接通，实现上述功能的程序如图7.26所示。梯形图表示，当输入信号X400闭合时，定时器T450开始计时，当定时器的当前值等于设定时间时，输出Y030接通，直到输入信号X400断开为止。输入输出之间的关系如图7.26(b)所示。2）断电延时断电延时即输入断开，延时一段时间后输出才断开，实现上述功能的程序如图7.27所示。梯形图表示，当输入信号X400闭合时，输出Y030接通，当输入X400断开时，定时器T450开始计时，当定时器的当前值等于设定时间时，输出由接通变为断开。输入输出之间的关系如图7.26(b)所示。3）用定时器产生周期脉冲信号在工业中常需要一些不同脉宽、不同频率的脉冲信号，图7.28所示是用两个时间器形成的脉冲输出程序。梯形图表示：当M100由0变1时，Y430输出脉宽由寄存器D2确定，频率由寄存器D1和寄存器D2确定的脉冲信号。改变寄存器D1和D2的值，就可改变脉冲信号的脉宽和频率。可编程控制器的应用1．用于开关量逻辑控制开关量逻辑控制是PLC最早也是最基本的应用，PLC可灵活地用于逻辑控制、顺序控制，利用PLC取代常规的继电器逻辑控制已是非常广泛的一种应用。如用于组合机床及自动化生产线等的控制，高炉的上下料、自动电梯升降、港口码头的货物存放与提取、采矿业的皮带运输等的控制，既可实现单机控制，也可用于多机控制。2．用于闭环过程控制大、中型PLC都具有PID控制功能。PLC的PID控制已广泛地用于各种生产机械的闭环位置控制和速度控制以及锅炉、冷冻、反应堆等方面。3．PLC配合数字控制PLC和机械加工中的数字控制（NC）及计算机数控（CNC）组成一体，实现数值控制，有的已将CNC控制功能与PLC融为一体，实现PLC和CNC设备间的内部数据自由传送，通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC使用。从发展趋势看，CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。4．用于工业机器人控制随着工厂自动化网络的形成，机器人将愈来愈多地被用于自动化生产线上。对机器人的控制，许多厂家已采用了PLC。5．用于组成多级控制系统近年来，随着计算机控制技术的发展，国外正兴起工厂自动化（FA）网络系统，相继开发了大型PLC组成全自动化系统。如FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）、CIMS（计算机集成制造系统），形成以计算机为中心的分层分布式控制系统。基层由中、小型PLC和CNC等组成，中层由大型PLC作单元控制的数据采集管理、调度和协调控制，上层由计算机作总体管理、接收各种信息、数据处理、发送命令、完成全自动化作业控制。6.4可编程控制器的应用一、电动机常用控制线路举例1.三相异步电动机起、停控制开关量逻辑控制SB1:起动按钮SB2:停止按钮图X400Y430Y430X402X401KH:热继电器常开触点X402正转反转停止2.三相异步电动机正反转控制目标：按一下SB1，电机正转——KM1得电并保持按一下SB2，电机反转——KM2得电并保持按一下SB3，电机停转——KM1、KM2失电图X400X401M100M100X402Y431M100T450K2T450Y430X401X400M101M101X402Y430M101T451K2T451Y431在上述正反转控制中，若梯形图设计为如下方式，在实际运行中可行吗？为什么？3.三相异步电动机Y/启动控制Y：KM、KM1得电：KM、KM2得电起动停止KMKM2KM1引出分支母线起动KM的同时T450开始延时KM1线圈失电后T451开始延时保持KM得电KM1:ONKM2:OFFKM1:OFFKM2:ON先后分支母线返回图KM1KM2主电路KMX400X401Y430M100T450T450M100Y430Y432Y431Y431Y432T451T451Y432Y432Y430Y432二、钻孔动力头的控制动力头停在处于原位，1ST被压合起动SB，电磁阀1YA得电，使动力头快进到达工位2，2ST被压合，使电磁阀1YA、2YA都得电，动力头工进到达工位3，3ST被压合，使电磁阀1YA、2YA失电，动力头停止前进，工进延时1S，等待加工完成。延时时间到，电磁阀3YA得电，动力头退回步序输入条件输出1YA3YA2YA原位1ST－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋快进1ST•SB工进2ST延时3ST退回3ST•KT1ST原位动作顺序表：现场器件PLC对应端子1ST动力头原位说明输入输出2ST3STSBX400X401X402X4031YA2YA3YAY431Y432Y433快进到位工进到位起动按钮快进、工进工进退回PLC分配对照表PLC与外部器件的连接关系：X402X402Y433X400X400X403Y431Y431X401Y432Y432X402T450K1COMX400X401X402X403Y431Y432Y433COM1~电源FU1YA2YA3YA1ST2ST3STSBNLGNDPLC的工作电源原位按扭快进工进停止延时退回Y433T450Y433三、搬运机械手的控制搬运机械手示意图工艺流程图夹紧后，延时3S再上升，保证可靠夹紧松开后，延时2S再上升，保证可靠松开1ST：下限2ST：上限3ST：右限4ST：左限工件夹紧——电磁阀驱动汽缸来实现2YA：ON夹紧，OFF松开机械手移动：1YA，控制下降3YA，上升4YA，右移5YA，左移步序输入条件下降1YA夹紧2YA上升3YA右移4YA左移5YA灯HL原点2ST.4ST——————————+下降1SB+——————————夹紧1ST——+————————上升KT1——++————右移2ST——+——+————下降3ST++————————松开1ST————————————上升KT2————+——————左移2ST————————+——原点2ST.4ST——————————+设计思路：原位——下降——夹紧——上升——右行——下降——松开——M100M101M102M103M104M105M106

上升——左行——回原点M107M110M111启动下限左限右限上限复位指示灯下降阀左移阀右移阀上升阀