第10章 可编程控制器应用

第10章可编程控制器应用10.1可编程控制器的结构及工作原理10.2可编程控制器指令系统10.3PLC的编程指导10.4可编程控制器应用举例课题10-1三相异步电动机的PLC控制课题10-2铣床的PLC控制10.1可编程控制器的结构及工作原理10.1.1可编程控制器的产生及发展20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制，代替传统的继电接触器控制。20世纪60年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不断更新的需要，在1968年美国通用汽车公司(GM)首先公开招标，对控制系统提出的具体要求基本为：①继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低。②能把计算机的功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便。③系统通用性强。可编程控制器的发展大体可分为以下几个阶段：第1阶段：可编程控制器刚问世时，功能十分简单，只有逻辑运算、定时、计数等功能。第2阶段：集成电路技术的发展及微处理器的产生，使PLC技术得到了较大的发展。第3阶段：单片计算机的出现、半导体存储器进入工业化生产以及大规模集成电路的使用，推进了PLC的进一步发展，使其演变成专用的工业计算机。第4阶段:计算机技术的飞速发展及超大规模集成电路、门阵列电路的使用，促使PLC完全计算机化。第5阶段：RISC(精简指令集计算机)芯片在计算机行业大量使用，表面贴装技术和工艺已成熟，这些使PLC整机的体积大大缩小，PLC开始大量使用16位和32位的微处理器芯片，有的PLC已使用RISC芯片。

10.1.2可编程控制器的结构1.PLC的硬件系统

PLC的硬件系统主要由控制单元（主机）、输入/输出扩展单元和外部设备等组成。1)PLC控制单元（主机）

PLC控制单元（主机）由中央处理单元CPU、存储器（RAM、ROM）和专门设计的输入/输出接口电路等组成，各部分之间通过内部系统总线进行连接，其结构示意如图10.1所示。图10.1PLC结构示意图(1)中央处理单元CPU。

中央处理单元一般由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一个芯片上。

CPU的主要功能如下：①从存储器中读取指令。②执行指令。③准备取下一条指令。④处理中断。(2)存储器。存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。①只读存储器ROM。②随机存储器RAM。(3)输入/输出接口电路（I/O）。

输入/输出接口电路是PLC与被控设备相连接的接口电路。①开关量输入单元：它的作用是把现场各种开关信号变成PLC内部处理的标准信号。开关量输入单元按照输入端的电源类型不同，分为直流输入单元和交流输入单元，分别如图10.2和图10.3所示。②开关量输出单元：它的作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。

图10.4给出了这种输出方案的原理图。图10.2直流开关量输入单元图10.3交流开关量输入单元图10.4继电器模式输出单元③模拟量输入单元：模拟量输入在过程控制中的应用很广，如常用的温度、压力、速度、流量、酸碱度、位移的各种工业检测都是对应于电压、电流的模拟量值，再通过一定运算(PID)后，控制生产过程达到一定的目的。一般它由滤波、A／D转换、光耦合器隔离等部分组成，其原理框图如图10.5所示。图10.5模拟量输入单元框图④模拟量输出单元：它的作用是把PLC运算处理后的若干位数字量信号转换成相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续信号的控制要求。模拟量输出单元一般由光耦合器隔离、D／A转换器和信号转换等环节组成，其原理框图如图10.6所示。图10.6模拟量输出单元框图⑤智能输入/输出单元：为了满足PLC在复杂工业生产过程中的应用，PLC的制造厂商除了提供上述基本的开关量和模拟量输入/输出单元外，还提供了智能输入/输出单元以适应生产过程控制的要求。(4)输入/输出扩展接口。输入/输出扩展接口是PLC主机为了扩展输入/输出点数及其类型的部件，输入/输出扩展单元、远程输入/输出扩展单元、智能输入/输出单元等都通过它与主机相连。输入/输出扩展接口有并行接口、串行接口等多种形式。(5)外部设备接口。外部设备接口是PLC主机实现人机对话，机机对话的通道。(6)电源单元。电源单元是PLC的电源供给部分，它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源，有的电源单元还向外提供直流电源，供与开关量输入单元连接的现场电源开关使用。2)输入/输出扩展环节输入/输出扩展环节是PLC输入/输出单元的扩展部件，当用户所需的输入/输出点数或类型超出主机的输入/输出单元所允许的点数或类型时，可以通过加接输入/输出扩展环节来解决。3)外部设备

PLC的外部设备主要包括编程器、彩色图形显示器、打印机等。(1)编程器。编程器是编制、调试PLC用户程序的外部设备，是人机交互的窗口。(2)彩色图形显示器。大、中型PLC通常配接彩色图形显示器，用以显示模拟生产过程的流程图、实时过程参数、趋势参数及报警参数等过程信息，使得现场控制情况一目了然。(3)打印机。

PLC也可以配接打印机等外部设备，用以打印记录过程参数、系统参数以及报警事故记录表等。2.PLC的软件系统1)系统程序系统程序由PLC的制造企业编制，固化在PROM或EPROM中，安装在PLC上，随产品提供给用户。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。(1)系统管理程序。(2)用户指令解释程序。(3)供系统调用的标准程序模块。

2)用户程序用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统程序等。(1)开关量逻辑控制程序。

(2)模拟量运算程序及闭环控制程序。(3)操作站系统程序。

10.1.3PLC工作原理

PLC与普通微机在许多方面有相似之处，但其工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如在常见的键盘扫描方式或I／O扫描方式下，有键按下或I／O动作，则转入相应的子程序；无键按下或I／O不动作，则继续扫描键盘和I／O接口。PLC则采用循环扫描工作方式。

PLC的工作过程如图10.8所示。图10.7PCL工作方式图10.8PLC工作过程框图第1阶段：自诊断。第2阶段：PLC检查是否有与编程器或计算机的通信请求。第3阶段：PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输入端的状态送到输入状态寄存器中，这一阶段也称为输入信号采样阶段。

第4阶段：中央处理器CPU将指令逐条调出并执行，以对输入和原输出状态(这些状态统称为数据)进行“处理”，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出状态寄存器中，这就是执行用户程序阶段。第5阶段：所有的指令执行完毕后，集中把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备，这一阶段也称为输出刷新阶段。10.1.4PLC基本性能指标1.输入／输出点数(即I／O点数)输入/输出点数指PLC外部输入、输出端子的数目，这是最重要的一项技术指标。2.扫描速度扫描速度一般以执行1000步指令所需的时间来衡量，故单位为ms／千步。有时也以执行一步指令的时间计，如μs／步。3.内存容量内存容量一般以PLC所能存放用户程序的多少来衡量。4.指令条数指令条数是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多,说明其软件功能越强。5.内部寄存器

PLC内部有许多寄存器用以存放变量状态、中间结果、数据等。6.高功能模块

PLC除了主控模块外还可以配接各种高功能模块。10.1.5关于PLC的内存分配及I/O点数1．PLC内部寄存器的划分

PLC中的RAM除存放调试中的用户程序外，还可存放各种数据及逻辑变量等。1)I/O区

I／O区的存储器可直接与外部输入/输出端子传递信息，其每一位对应PLC的一个外部端子。图10.9FPI-C16型PLC实物面板图图10.10FPI-C16外部端子接线示意图图10.11FPI扩展单元连接示意图2)内部辅助存储区

这个区的存储器可供用户存放中间变量，通常称它们为“辅助继电器”或“软继电器”，其作用和传统继电控制系统中的中间继电器十分相似。3)特殊存储区这是一个有特殊用途的存储区，一般不能由用户随意占用。4)数据区数据区用来存放PLC内部运算和由外围设备采集进来的各种数据。2．内部继电器(软继电器)1)输入/输出继电器输入/输出继电器是指与输入/输出点对应的那部分内部存储器单元(即I／O区)，这些内部存储器单元决定了PLC可配置的最多I／O点数。2)内部辅助继电器内部辅助继电器与输入/输出点无对应的物理关系，但可用相应指令使其与输入/输出继电器之间建立一定的逻辑关系。3)特殊继电器特殊继电器也是一种内部辅助继电器，其内容一般是PLC运行时系统的工作状态和标志及特殊功能状态和标志。

PLC中的特殊继电器通常可有几十个至几百个，其中最常用的有：(1）0.1s时钟脉冲：0.05sON，0.05sOFF。(2）0.2s时钟脉冲：0.1sON，0.1sOFF。(3）1.0s时钟脉冲:0.5sON，0.5sOFF。(4）上电后，第一个扫描周期开始时ON，第一个扫描周期结束时OFF。

(5）常ON继电器。(6）常OFF继电器。(7）进位标志：执行指令有进位时ON。(8）大于标志：作比较，当第1操作数大于第2操作数时ON。

(9）相等标志：比较后相等或结果为零时ON。(10）小于标志：作比较，当第1操作数小于第2操作数时ON。4)保持继电器保持继电器也是一种内部继电器，它具有掉电保护的功能。当PLC工作时，一旦出现电源掉电现象，其他继电器中的内容自动复位，但保持继电器中的内容能保持不变，这主要靠系统的后备电池和大电容的支持。5)定时器定时器可在定时控制时使用，是PLC控制中最常用的一种功能器件。定时器的设定值可为常数，也可为某个存储单元的内容。每个定时器有两个存储单元，用来存放设定值和经过值。6)计数器(1)单向计数器。对单向计数器来讲，当上电或复位输入信号由ON变为OFF时，设定值存储器中的设定值下载到经过值存储器中。(2)双向计数器。双向计数器可进行双向计数。当向它送入增计数信号(来自某一路)时，计数器的存储器内容加1；而当向它送入减计数信号(来自另一路)时，计数器的存储器内容减1。7)数据存储器

PLC在实现控制的过程中总要进行数据计算和数据处理，为此各类PLC都开辟一定数量的专门数据存储单元，供各种控制功能使用。一般PLC数据存储器有几百到几千个存储单元，大、中型PLC的数据存储器的容量则更大。常用的数据存储器的主要功能如下：(1)数值运算和处理：如加、减、乘、除及PID运算。(2)A／D、D／A转换及数据处理。(3)高速脉冲输出控制、PWM输出控制。(4)数字控制和步进电机控制。(5)高速输入计数及数值转换。(6)与外设通信并进行数据交换和处理。(7)其他继电器功能。(1)系统设定继电器：用于对系统的功能进行设定。(2)起始状态设定继电器：用于对PLC初始工作状态进行设定。(3)脉冲输出设定继电器：用于对脉冲输出的频率和脉冲个数进行设定。(4)中断处理设定继电器：用于中断处理及控制字的设定。(5)串行口设定继电器：用于对RS232串行口进行设定。(6)出错记录设定继电器：用于对出错记录进行设定和清除。(7)辅助继电器：用于系统管理。(8)链接继电器：用以进行PLC间的数据链接，PLC联网时才用到它。(9)状态继电器：用于步进控制。(10)暂存器：用于梯形图的分支程序控制。10.2可编程控制器指令系统10.2.1基本顺序指令基本顺序指令主要是指执行以位为单位的逻辑操作，它能够反映继电控制线路各元件的基本连接关系。1.ST、ST/、OT指令

ST、ST/、OT指令的功能如下：ST指令:表示以常开接点形式开始一个逻辑或一组逻辑。ST/指令:表示以常闭接点形式开始一个逻辑或一组逻辑。OT指令:表示将逻辑运算的结果输出。其操作数如表10-1所示。表10-1ST、ST/、OT指令的操作数例1对于图10.12所示的应用程序，其指令表如表10-2所示。图10.12例1的程序梯形图表10-2例1的指令表例题解释：（1）当X0接通时，Y0接通。（2）当X1断开时，Y1接通。2./指令/指令表示将该指令处的执行结果取反。3.AN、AN/、OR、OR/指令AN、AN/、OR、OR/指令的功能介绍如下：AN指令:在当前执行结果后串联一个常开接点。AN/指令:在当前执行结果后串联一个常闭接点。OR指令:在当前执行结果后并联一个常开接点。OR/指令:在当前执行结果后并联一个常闭接点。其操作数见表10-3。表10-3AN、AN/、OR、OR/指令的操作数例2对于图10.13所示的应用程序，其指令表如表10-4所示。图10.13例2的程序梯形图表10-4例2的指令表例题解释：当X0、X1都接通且X2断开时，Y0接通。例3对于图10.14所示的应用程序，其指令表如表10-5所示。图10.14例3的程序梯形图表10-5例3的指令表例题解释：当X0或X1接通或者X2断开时，Y0接通。4.ANS、ORS指令ANS、ORS指令的功能介绍如下：ANS指令:实现多个指令块的与运算。ORS指令:实现多个指令块的或运算。例4图10.15所示的应用程序实现了多个指令块的串联功能，图10.16所示的应用程序实现了多个指令块的并联功能。图10.15多个指令块串联程序梯形图图10.16多个指令块并联程序梯形图5.PSHS、RDS、POPS指令

PSHS、RDS、POPS指令的功能介绍如下：

PSHS指令:存储该指令处的运算结果。

RDS指令:读取存储的运算结果。

POPS指令:读取并清除存储的运算结果。例5对于图10.17所示的应用程序，其指令表如表10-6所示。图10.17例5的程序梯形图表10-6例5的指令表例题解释：(1)当X0的状态为ON时:如果X1状态为ON，则Y0接通（ON）;如果X1的状态为OFF,则Y0断开（OFF）;如果X2状态为ON，则Y1接通（ON）;如果X2的状态为OFF，则Y1断开（OFF）;如果X3状态为ON，则Y2接通（ON）;如果X3的状态为OFF，则Y2断开（OFF）。

(2)当X0的状态为OFF时，Y0、Y1、Y2全部断开（OFF）。6.DF、DF/指令

DF、DF/指令的功能介绍如下：

DF指令:当触发信号闭合时，使指定继电器闭合一个扫描周期。

DF/指令:当触发信号断开时，使指定继电器闭合一个扫描周期。例6对于图10.18所示的应用程序，其指令表如表10-7所示。图10.18例6的程序梯形图表10-7例6的指令表例题解释：(1)当X0的状态由OFF变为ON时，Y0接通（ON）一个扫描周期后断开。(2)当X1的状态由ON变为OFF时，Y1接通（ON）一个扫描周期后断开。7.SET、RST指令SET、RST指令的功能介绍如下：SET指令:置位指令，使输出强制接通并保持。RST指令:复位指令，使输出强制断开并保持。其操作数见表10-8。表10-8SET、RST指令的操作数例7对于图10.19所示的应用程序，其指令表如表10-9所示。图10.19例7的程序梯形图表10-9例7的指令表例题解释：当X0接通时，Y0接通并保持;当X1接通时，Y0断开并保持。应用注意事项：（1）若触发信号接通时执行了SET指令，则不管触发信号如何变化，输出接通并保持。（2）若触发信号接通时执行了RST指令，则不管触发信号如何变化，输出断开并保持。（3）对于部分内部继电器（R）和外部继电器（Y），同样编号的SET和RST的使用次数没有限定。图10.20X0、X1和X2均闭合时各段程序中Y0的状态8.KP指令

KP指令具有锁存功能。当置位端为ON时，输出接通并保持；当复位端为ON时，输出断开；当置位端和复位端同时为ON时，输出断开。KP指令的操作数见表10-10。表10-10KP指令的操作数例8对于图10.21所示的应用程序，其指令表如表10-11所示。图10.21例8的程序梯形图表10-11例8的指令表例题解释：当X0接通时，Y0接通并保持;当X1接通时，Y0断开并保持。应用注意事项：（1）置位触发信号接通时，输出接通并保持，此后与置位触发信号的状态无关。（2）复位触发信号接通时，输出断开并保持，此后与复位触发信号的状态无关。（3）如果置位触发信号和复位触发信号同时接通，则复位信号优先。（4）对于部分内部继电器（R）和外部继电器（Y），同样编号的KP指令的使用次数和OT指令的使用次数总和最多只能有1次。（5）KP指令的保持状态只能在程序运行时保持。9.NOP指令

NOP指令为空操作指令，什么操作也不进行，不影响程序的执行结果。10.2.2基本功能指令1.TMR、TMX、TMY定时器指令

TMR、TMX、TMY指令的功能介绍如下：

TMR指令:以0.01s为单位设置延时闭合定时器。

TMX指令：以0.1s为单位设置延时闭合定时器。

TMY指令：以1s为单位设置延时闭合定时器。其操作数见表10-12。表10-12TMR、TMX、TMY指令的操作数例9图10.22所示为直接送入定时时间常数的程序梯形图，图10.23所示为利用SV寄存器送入定时时间常数的程序梯形图。图10.22直接送入定时时间常数程序梯形图图10.23利用SV寄存器送入定时时间常数程序梯形图例题解释：触发信号（X0）接通3s后，定时器接点（T5）接通（ON），此时输出（Y0）接通（ON）。

应用注意事项：（1）如果在定时器运行期间触发信号（X0）断开，那么定时器将中断运行，并且已经经过的时间被复位为0。当触发信号闭合时，定时器将重新从设定值开始定时。（2）定时器的预置值可以用常数和SV来设定。如果是用常数设定预置值，其值也将被传递到对应的SV寄存器中，SV寄存器就是设定值寄存器。（3）定时器的经过值存储在EV寄存器中(EV寄存器就是经过值寄存器)。当定时器的经过值区（EV）数据变为0时，定时器的接点动作。（4）每个SV、EV为一个字，即16位寄存器。2.F137（SMTR）辅助定时器指令

F137（SMTR）辅助定时器指令的功能为以0.01s为单位设置延时闭合定时器,其操作数见表10-13。表10-13F137(SMTR)指令的操作数例10对于图10.24所示的应用程序，其指令表如表10-14所示。图10.24例10的程序梯形图表10-14例10的指令表例题解释：（1）触发信号X0接通时，十进制常数K300传送到数据寄存器DT5。（2）当X0接通3s后，特殊内部继电器R900D接通（ON），随之内部继电器R5接通。（3）使用特殊内部继电器R900D作为辅助定时器的节点编程时，务必将R900D编写在紧随F137（STMR）指令之后。3.CT计数器指令

CT计数器是一个递减型预置计数器，当计数输入端信号从OFF变为ON时，计数值减1；当计数值减为0时，计数器为ON，对应的常开触点闭合，常闭触点打开。CT计数器指令的操作数见表10-15。表10-15CT计数器指令的操作数例11对于图10.25所示的应用程序，其指令表如表10-16所示。图10.25例11的程序梯形图表10-16例11的指令表例题解释：（1）PLC的工作方式设置为“RUN”时，预置值常数“K10”被送到预置值区。（2）测计数触发信号“X0”的上升沿每到来一次，经过值区的值减1。（3）当经过值区的值减为0时，计数器触点“C100”接通，Y0也随之接通。（4）当复位信号“X1”接通（ON）时，经过值区复位。应用注意事项：（1）计数器的预置值可以用常数和SV来设定。（2）计数器的经过值存储在EV寄存器中，EV寄存器就是经过值寄存器。（3）每个SV、EV为一个字，即16位寄存器。对每一个定时器号，对应有一组SV、EV。（4）

当复位触发信号接通时，

计数器经过值复位。

（5）

如果计数触发信号和复位触发信号同时接通，

则复位信号优先。

4.F118（UDC）加/减计数器指令

F118(UDC)加/减计数器可以作为加/减双向计数器使用。当加/减触发信号输入为OFF时，在计数触发信号的上升沿到来时作减1计数；当加/减触发信号输入为ON时，在计数触发信号的上升沿到来时作加1计数。当复位信号到来时（OFF→ON），计数器复位（计数器经过值区D变为零）。当复位触发信号由ON变为OFF时，预置值区S中的数值传送给经过值区D。F118(UDC)加/减计数器指令的操作数见表10-17。表10-17F118(UDC)加/减计数器指令的操作数

例12对于图10.26所示的应用程序，其指令表如表10-18所示。图10.26例12的程序梯形图表10-18例12的指令表例题解释：（1）当检测到复位触发信号X2的上升沿（OFF→ON）时，计数器经过值区（DT0）中的数据变为0；当检测到X2的下降沿（ON→OFF）时，计数器预置值区（WR0）中的数据被送到计数器经过值区（DT0）。（2）加/减触发信号（X0）的状态为ON，当检测到计数触发信号（X1）的上升沿时，计数器经过值区（DT0）的数据加1。（3）加/减触发信号（X0）的状态为OFF，当检测到计数触发信号（X1）的上升沿时，计数器经过值区（DT0）的数据减1。（4）F60（CMP)指令用来将计数器经过值区（DT0）的数据与十进制常数K50进行比较。（5）如果DT0=K50，特殊内部继电器R900B（相等标志）接通，随之内部继电器R0接通。应用注意事项：（1）用F118（UDC）指令编程时，一定要有加/减触发信号、计数触发信号和复位触发三个信号。（2）置值的范围为K-32767～K32767。5.SR左移寄存器指令

SR左移寄存器是一个串行输入移位寄存器，数据在移位脉冲输入的上升沿逐位向高位移位一次，最高位移出；当复位信号输入变为ON时，参与移位的内容全部复位（均变为0）。该指令只能对内部继电器WR进行移位操作。

SR左移寄存器指令的操作数见表10-19。表10-19SR左移寄存器指令的操作数例13对于图10.27所示的应用程序，其指令表如表10-20所示。图10.27例13的程序梯形图表10-20例13的指令表例题解释：（1）如果复位触发信号（X2）为OFF，且移位触发信号（X1）接通（ON），则内部继电器（WR3）的内容向左移动一位（由低位向高位移动）。（2）如果数据输入端（X0）为ON，则左移一位后，被移位寄存器的最低位（R30）补充为1；如果数据输入端（X0）为OFF，则左移一位后，被移位寄存器的最低位（R30）补充为0。（3）复位触发信号（X2）接通，则被移位寄存器（WR3）的内容被清除，全部变为0。

应用注意事项：（1）用SR指令编程时，一定要有数据输入、移位触发和复位触发三个信号。（2）当数据输入信号为ON时，新移进的数据为1；当数据输入信号为OFF时，新移进的数据为0。（3）数据向左移位操作发生在移位触发信号的上升沿（OFF→ON）。（4）当复位触发信号为ON时，数据区所有位均变为“0”。（5）SR指令只能应用于内部字继电器WR。6.F119（LRSR）左/右移位寄存器指令

F119（LRSR）左/右移位寄存器指令的功能是将指定数据在某一个寄存器区域内进行左/右移位，其操作数见表10-21。表10-21F119（LRSR）左/右移位寄存器指令的操作数例14对于图10.28所示的应用程序，其指令表如表10-22所示。图10.28例14的程序梯形图表10-22例14的指令表图10.29左移运行示意图图10.30右移运行示意图应用注意事项：（1）用F119（LRSR）指令编程时，一定要有左/右移位控制、数据输入、移位触发和复位触发四个信号。（2）左/右移位控制信号为ON时，数据向左移位；左/右移位控制信号为OFF时，数据向右移位。（3）当数据输入信号为ON时，新移进的数据为1；当数据输入信号为OFF时，新移进的数据为0。（4）数据移位操作发生在移位触发信号的上升沿（OFF→ON）。（5）当复位触发信号为ON时，数据区所有位均变为“0”。（6）规定D1和D2在同类别的数据区，并且数据区地址必须满足D1≤D2。10.2.3控制指令1.MC和MCE指令当MC（主控继电器）指令被接通触发时，执行MC（主控继电器）到MCE（主控继电器结束）之间的指令；如果MC（主控继电器）指令未被触发接通，则处于MC和MCE指令之间的非保持性继电器全部断开。例15对于图10.31所示的应用程序，其指令表如表10-23所示。应用注意事项：（1）MC指令不能从左边母线直接编程，其左边至少要有一个接点。（2）MC和MCE指令必须成对出现。（3）指令可以嵌套。图10.31例15的程序梯形图表10-23例15的指令表2.JP和LBL指令当JP（跳转）指令被触发接通时，跳转到与JP指令编号相同的LBL（标号）指令处执行程序。例16图10.32所示为JP和LBL指令的应用程序实例。图10.32例16的程序梯形图应用注意事项：（1）程序中的JP指令和LBL指令必须对应出现，并且不能出现重复的LBL指令。（2）JP（跳转）指令可以嵌套。（3）JP（跳转）指令和LBL（标号）指令在使用时，应该是在同一个程序段中跳转，避免从ED（结束）指令前跳转到ED（结束）指令后的程序中，也应该避免在子程序中或中断服务程序中跳转到别的程序段中，还应该避免在步进程序区与非步进程序区之间跳转。（4）同一标号的LBL指令不能位于JP指令之前。（5）在JP指令和LBL指令之间，定时器指令不能保证准确运行，因此最好不要使用。3.LOOP和LBL指令当LOOP（循环）指令被触发接通时，跳转到与LOOP指令编号相同的LBL（标号）指令处执行程序，同时LOOP指令设定的循环次数减1。如果循环次数没减到0，将循环执行LOOP指令编号相同的LBL（标号）指令处的指令，直至LOOP指令设定的循环次数减为0。例17图10.33所示为LOOP和LBL指令的应用程序实例。图10.33例17的程序梯形图应用注意事项：（1）程序中的LOOP指令和LBL指令必须对应出现，并且不能出现重复的LBL指令。（2）同一标号的LOOP指令与LBL指令没有顺序的严格规定。（3）在LOOP指令和LBL指令之间，定时器指令不能保证准确运行，因此最好不要使用。

4.ED和CNDE指令

ED（结束）指令为结束指令，其功能为当程序执行时遇到此指令，则表示程序执行结束，执行扫描阶段的其他任务。

CNDE（条件结束）指令为条件结束指令，需要有触发信号。如果此指令没有被触发，则不会影响程序的执行；如果被触发，则功能和ED指令相同。5.SSTP、NSTP、NSTL、CSTP和STPE指令

SSTP、NSTP、NSTL、CSTP和STPE各指令的功能介绍如下：

SSTP指令:表示步进程序开始。

NSTP指令:当检测到触发信号的上升沿时，启动当前过程，并将前一个过程复位。

NSTL指令:当触发信号闭合时，启动当前过程，并将前一个过程复位。

CSTP指令:清除并复位指定的步进过程。

STPE指令:表示步进程序区结束，返回一般梯形图程序。例18图10.34所示为SSTP、NSTP、NSTL、CSTP和STPE指令的应用程序实例。图10.34例18的程序梯形图例题解释：（1）当触发信号（X0）接通时，执行第一个步进过程。（2）当触发信号（X1）接通时，清除第一个步进过程，执行第二个步进过程。（3）当触发信号（X3）接通时，清除第二个步进过程，步进控制结束。6.CALL、SUB和RET指令CALL、SUB和RET指令的功能介绍如下：CALL指令:调用指定的子程序并执行。SUB指令:表示特定的子程序开始。RET指令:结束一段子程序并返回主程序。例19图10.35为CALL、SUB和RET指令的应用程序实例。图10.35例19的程序梯形图例题解释：（1）当触发信号（X0）接通时，执行对应的子程序（SUB1～RET）。（2）执行完子程序后，返回执行CALL指令后面的程序。应用注意事项：（1）CALL指令可以出现在主程序区、中断程序区和子程序区，并且可以有多个相同标号的CALL指令，表示一个子程序可以被多次调用，但是不能出现多个相同标号的SUB指令。

（2）子程序中可以再次调用别的子程序，这种结构叫做嵌套。在FP1型可编程控制器中，最多可以有四层嵌套。7.ICTL、INT和IRET指令ICTL、INT和IRET指令的功能介绍如下：ICTL指令:设置中断控制方式。INT指令:启动对应的中断控制程序。IRET指令:结束一段中断控制程序并返回主程序。以上指令的操作数见表10-24。表10-24ICTL、INT和IRET指令的操作数例20图10.36所示为ICTL、INT和IRET指令的应用程序实例。图10.36例20的程序梯形图例题解释：（1）ICTL指令是中断控制指令，它必须由一个触发信号来触发，在触发信号后必须有DF指令。（2）S1为H0时，表示系统接受外部中断为屏蔽/非屏蔽状态，S2的值控制X0～X7是否被屏蔽。（3）当S1为H100时，表示可以清除某些中断源，S2的值控制X0～X7是否被清除。（4）当S1为H02时，表示系统为定时启动中断状态，S2的值控制中断时间间隔，其定时时间为S2的值乘以10，单位为毫秒（ms），此时引发的中断序号规定为INT24。（5）INT指令和IRET指令总是成对出现的，它们编程时必须放在主程序（ED指令）之后，最多可以放9个（INT0～INT7，INT24），它们之间的程序便是中断服务程序。（6）系统在响应中断时，会根据申请中断的中断源的多少以及优先级别的高低等因素来响应中断。（7）在多个中断源被使能的情况下，如果由若干个中断源同时申请中断，则按中断源的优先级别来响应中断。应用注意事项：（1）中断源在执行对应的中断服务程序期间不能被复位。（2）FP1系列可编程控制器的工作模式由“PROG”转移到“RUN”时，所有的中断源均不使能。（3）与普通微机的中断方式不同，FP1的中断在执行优先级别较低的中断服务程序期间，如果此时有高优先级别的中断源被触发，高级别中断源对应的中断服务程序也必须等到正在执行的较低优先级别的中断服务程序执行结束后才能被执行。（4）一个中断源在被屏蔽期间，即使对应的中断源闭合也不会引发系统中断，但如果此中断源稍后又被设置为非屏蔽状态，它将会因为被屏蔽期间的中断源闭合而引发系统中断。10.2.4比较指令1.单字比较指令ST=、ST<>、ST>、ST>=、ST<、ST<=

以上指令均属于单字比较指令，其功能说明如下：

ST=指令:相等时加载。

ST<>指令:不等时加载。

ST>指令:大于时加载。ST>=指令:不小于时加载。ST<指令:小于时加载。ST<=指令:不大于时加载。以上指令的操作数见表10-25。表10-25单字比较指令的操作数例21图10.37所示为单字比较指令的应用程序实例。图10.37例21的程序梯形图例题解释：当数据寄存器DT0中的数据等于常数K50时，输出（Y0）接通（ON）；否则，Y0断开（OFF）。其他指令功能与此类似。2.单字比较串联指令AN=、AN<>、AN>、AN>=、AN<、AN<=

以上指令均属于单字比较串联指令，其功能介绍如下，其操作数见表10-26。

AN=指令:相等时串联。

AN<>指令:不等时串联。

AN>指令:大于时串联。

AN>=指令:不小于时串联。

AN<指令:小于时串联。

AN<=指令:不大于时串联。表10-26单字比较串联指令的操作数例22图10.38所示为单字比较串联指令的应用程序实例。图10.38例22的程序梯形图例题解释：当数据寄存器DT1中的数据不等于常数K50时，此接点状态为ON；当数据寄存器DT1中的数据等于常数K50时，此接点状态为OFF。执行结果与前端的指令运行结果相与，控制输出（Y0）的状态。其他指令的功能与此类似。3.单字比较并联指令OR=、OR<>、OR>、OR>=、OR<、OR<=

以上指令均属于单字比较并联指令，其功能介绍如下，操作数见表10-27。

OR=指令:相等时并联。

OR<>指令:不等时并联。

OR>指令:大于时并联。

OR>=指令:不小于时并联。

OR<指令:小于时并联。

OR<=指令:不大于时并联。表10-27单字比较并联指令的操作数例23图10.39所示为单字比较并联指令的应用程序实例。图10.39例23的程序梯形图例题解释：当数据寄存器DT1中的数据大于常数K40时，此接点状态为ON；当数据寄存器DT1中的数据不大于常数K40时，此接点状态为OFF。执行结果与前端的指令运行结果相或，控制输出（Y0）的状态。其他指令的功能类似。4.双字比较指令STD=、STD<>、STD>、STD>=、STD<、STD<=

以上指令均属于双字比较指令，其功能说明如下，操作数见表10-28。

STD=指令：相等时加载。

STD<>指令：不等时加载。

STD>指令：大于时加载。

STD>=指令：不小于时加载。

STD<指令：小于时加载。

STD<=指令：不大于时加载。表10-28双字比较指令的操作数例24图10.40所示是双字比较指令的应用程序实例。图10.40例24的程序梯形图例题解释：当数据寄存器（DT1，DT0）中的数据等于常数K50时，输出（Y0）接通（ON）；否则，Y0断开（OFF）。其他指令的功能与此类似。5.双字比较串联指令AND=、AND<>、AND>、AND>=、AND<、AND<=

以上指令均属于双字比较串联指令，其功能介绍如下，操作数见表10-29。

AND=指令:相等时串联。

AND<>指令:不等时串联。

AND>指令:大于时串联。AND>=指令:不小于时串联。AND<指令:小于时串联。AND<=指令:不大于时串联。表10-29双字比较串联指令的操作数例25图10.41所示是双字比较串联指令的应用程序实例。图10.41例25的程序梯形图例题解释：当数据寄存器（DT11，DT10）中的数据不等于常数K50时，此接点状态为ON；当数据寄存器（DT11，DT10）中的数据等于常数K50时，此接点状态为OFF。执行结果与前端的指令运行结果相与，控制输出（Y0）的状态。其他指令的功能与此类似。6.双字比较并联指令ORD=、ORD<>、ORD>、ORD>=、ORD<、ORD<=

以上指令均属于双字比较并联指令，其功能介绍如下，操作数见表10-30。

ORD=指令:相等时并联。

ORD<>指令:不等时并联。

ORD>指令:大于时并联。

ORD>=指令:不小于时并联。

ORD<指令:小于时并联。

ORD<=指令:不大于时并联。表10-30双字比较并联指令的操作数例26图10.42所示为双字比较并联指令的应用程序实例。图10.42例26的程序梯形图例题解释：当数据寄存器（DT11，DT10）中的数据大于常数K40时，此接点状态为ON；当数据寄存器（DT11，DT10）中的数据不大于常数K40时，此接点状态为OFF。执行结果与前端的指令运行结果相或，控制输出（Y0）的状态。其他指令的功能与此类似。10.2.5高级指令1.高级指令的构成使用高级指令编程是可编程控制器的一个重要功能。可编程控制器借鉴微型计算机的功能，可以对16位数据和32位数据进行处理;可以对数据进行单位或多位处理，也可以对数据进行单字或多字处理;可以对数据进行算术运算或逻辑运算，还可以对数据进行分离、组合、编码、解码等处理。高级指令的编写有统一的格式，在一般情况下由三部分组成：高级功能指令序号（F0～F165）、指令助记符和操作数。高级指令的梯形图及指令格式说明如图10.43所示。图10.43高级指令梯形图编程使用时，高级指令前必须加触发信号。如果有多个高级指令使用同一个触发信号进行触发，则没有必要每次都写出该触发信号，如图10.44所示。图10.44可省略的触发信号2.高级指令类型（1）数据传输指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-31中。（2）BIN（二进制）算术运算指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-32（略）中。（3）BCD算术运算指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-33（略）中。（4）数据比较指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-34中。（5）逻辑运算指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-35中。表10-31数据传输指令表10-34数据比较指令表10-35逻辑运算指令（6）数据转换指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-36（略）中。（7）数据移位指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-37中。（8）可逆计数器和左/右移位寄存器指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-38中。（9）数据循环移位指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列于表10-39中。（10）位操作指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明列表10-40中。表10-37数据移位指令表10-38可逆计数器和左/右移位寄存器指令表10-39数据循环移位指令表10-40位操作指令（11）辅助定时器指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明见表10-41。（12）特殊指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明见表10-42。（13）高速计数器特殊指令，其功能号、助记符、操作数等的详细说明见表10-43。表10-41辅助定时器指令表10-42特殊指令表10-43高速计数器特殊指令10.3PLC的编程指导10.3.1PLC的编程方法(1)梯形图每一行都是从左母线开始，终于右母线的。线圈要接在右母线上，不能将接点放在线圈的右边。在电气控制原理图中，触点可以放在线圈的右边，而PLC的梯形图则不允许，如图10.45所示。图10.45规则(1)的说明(a)错误编程；(b)正确编程(2)输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器的接点可以多次使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。(3)在一个梯形图程序中，同一编号的线圈如果使用两次及两次以上，称为双线圈输出。(4)输入继电器的线圈是由输入点上的外部信号控制驱动的，在梯形图中输入继电器的触点可以表示对应点上的输入信号。图10.46规则(6)的说明(a)电路安排不当；(b)电路安排得当(5)在梯形图中，每行串联的触点数和每组并联电路的并联触点数，在理论上没有限制。(6)为了减少使用的指令语句，应把串联触点最多的支路编排在上方。如果将串联触点多的支路安排在下面，如图10.46(a)所示，则需增加一条ORS指令，显然这种编排不好。

(7)把触点最多的并联电路编排在最左边，以减少编程指令语句的使用，如图10.47所示。图10.47规则(7)的说明(a)电路安排不当；(b)电路安排得当(8)对桥式电路的编程处理。梯形图程序必须符合顺序执行原则，即按从左到右、从上到下的顺序执行。对图10.48（a）所示的桥式电路，其中触点5有双向电流通过，这是不符合顺序执行原则的电路，因此必须根据逻辑功能，对该电路进行等效变换，变换成可编程的电路，如图10.48（b）所示。图10.48规则(8)的说明(a)桥式电路；(b)变换后的电路(9)对复杂电路的编程处理。对结构复杂的电路，应像上面一样对电路进行逻辑功能的等效变换处理，使编程清晰明了，简便可行，不易出错。对图10.49（a）所示的电路，可将其等效变换为图10.49（b）所示的电路。(10)对常闭触点输入的编程处理。对输入外部控制信号的常闭触点，在编制梯形图时要特别小心，否则可能导致编程错误。图10.49规则(9)的说明(a)复杂电路；(b)重新排列的电路10.3.2常用基本环节编程1.启动和复位电路在PLC的程序设计中，启动和复位电路是构成梯形图的最基本的常用电路。用输入继电器和输出继电器编制的梯形图如图10.50（a）所示，用输入继电器和锁存继电器编制的梯形图如图10.50（b）所示，其输入和输出波形图如图10.50（c）所示。图10.50启动和复位电路(a)用输入和输出继电器编制的梯形图；(b)用输入继电器和锁存继电器编制的梯形图；(c)波形图2.触发电路采用DF指令构成的触发电路如图10.51所示。在输入X0信号的控制下，输出Y0不断翻转。图10.51采用DF指令构成触发器电路(a)触发器电路梯形图；(b)波形图3.延时接通电路

PLC中的定时器TIM与其他器件组合可构成各种时间控制电路。FP1系列PLC中的定时器是通电延时型定时器，定时器输入信号一经接通，定时器的设定值不断减1。当设定值减为零时，定时器才有输出，此时定时器的常开触点闭合，常闭触点打开。当定时器输入断开时，定时器复位，由当前值恢复到设定值，其输出的常开触点断开，常闭触点闭合。输入端X0接不带自锁的按钮开关，延时接通电路如图10.52所示。图10.52延时接通电路(a)延时接通梯形图程序；(b)波形图4.延时断开电路(1)输入X0端接不带自锁按钮电路。图10.53所示是输入X0端接不带自锁按钮的延时断开电路。输入X0端接通后，内部继电器R0线圈接通，其常开触点R0闭合，输出Y0接通，同时定时器T0开始计时，延时5s后，常闭触点打开，输出Y0线圈断开。图10.53延时断开电路(a)延时断开梯形图程序；(b)波形图（2）用拨码器改变定时器定时值电路。用拨码器改变定时器定时值电路如图10.54所示。利用改变拨码器的数值，使X0～X3处于不同的状态(ON或OFF)，并使内部字继电器WR0中的R0～R3位具有不同的数据内容，采用F81(BIN)4位BCD码转换为16位二进制数据指令将WR0中的内容存放在SV0中，从而达到改变定时器T0的定时值的目的。当X4接通时Y0接通，经过T0的设定时间，T0有输出，其常闭触点T0打开，输出继电器Y0断开。图10.54用拨码器改变定时器定时值电路（1）采用定时器和计数器组成的电路。输入X0端接通，T0开始计时，经过10s后，其常开触点T0闭合，计数器CT100开始递减计数。图10.55长时间延时电路（2）采用两个或两个以上计数器组成的电路。图10.56所示是由两个计数器组成的延时电路。输入X0端接通后，CT100开始计数，经过20s，CT100有输出，其常开触点闭合，CT101计数一次，CT100复位。又经过20s，CT101计数两次。如此循环，经过20×30=600s后，CT101有输出，其常开触点C101闭合，接通输出继电器Y0。图10.56计数器延时电路6.顺序延时接通电路（1）采用计数器的电路。采用计数器编写的顺序延时接通电路梯形图如图10.57所示。当输入X0端接通时，计数器CT100、CT101、CT102分别开始计数。图10.57采用计数器的顺序延时接通电路（2）采用计数器和比较指令(F60CMP)构成延时接通电路。在较大的程序中，如果采用的定时计数器的个数不够，则可用计数器与比较指令组合编程，其编程电路如图10.58所示。图10.58采用计数器和比较指令构成的延时接通电路7.顺序循环执行电路（1）采用左／右移位寄存器F119(LRSR)指令构成的电路。要使输出继电器Y0～Y8按顺序分别接通1s，并循环执行，可采用移位寄存器F119LRSR指令，其编程电路如图10.59所示。图10.59顺序循环执行电路(a)梯形图程序；(b)波形图（2）利用CMP(F60)指令监视定时器的当前值，构成顺序循环执行电路。定时器TM0的设定值为30s，用CMP(F60)比较指令来监视TM0的当前值，构成的顺序循环执行电路如图10.60所示。图10.60CMP(F60)与TM0构成的电路8.中断控制电路（1）软中断(定时中断)电路。输入X0接通后，要求输出继电器Y0开5s，关5s，如此反复直至X0变为OFF后停止。按此控制要求设计的定时中断控制电路如图10.61所示。图10.61定时中断控制电路（2）外部多个中断源的硬中断控制电路。在程序运行之前，先在系统寄存器NO.403中设定为H8，即允许X0、X1、X3中断。根据下面的控制要求设计梯形图程序:上电后运行程序，无中断时Y1、Y2、Y3全为OFF状态，来中断时则应按如下规则响应：①X0中断，则Y1为ON；X1中断，则Y2为ON；X3中断，则Y3为ON。②X0、X1、X3均中断，则按中断到来的先后顺序响应。③X0、X1、X3同时来中断，