PLC原理与应用第6讲课件

PLC原理与应用2007年2月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4.1PLC的编程资源4.2PLC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。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。4.1.1PLC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。4.1.1PLC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。继电器就是一位存储器。4.1.1PLC的编程资源的特点7．PLC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。一、输入继电器（InputRelay）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；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。一、输入继电器（InputRelay）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I0.0～I15.7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K32H中P000~P007、P010~P017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X00~X07。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。美国GE公司的GE系列PLC，日本OMRON公司的C系列PLC机、SYAMACCVM1型号可编程控制器都是按序号对继电器进行分类的。二、输出继电器（OutputRelay）

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：P020P020

P020的常开触点P020的常闭触点P020的线圈二、输出继电器（OutputRelay）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Q0.0~Q15.7表示。ModiconTSXNezaPLC用%Q表示输出继电器，本机从%Q0.0～%Q0.7。MASTER-K32H中，P020~P027、P030~P037表示输出继电器，共16个。NBO中输出继电器是Y10~Y1F，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0500~0915,05~09是字号，或通道号，每个通道16个继电器，编号为00~15；而它的输入继电器的字号,或通道号是00~04。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。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。。三、内部辅助继电器(AuxiliaryRelay)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M0.0~M31.7表示。ModiconTSXNezaPLC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M000~M637，512个；K000~K317，256个。NBO中的辅助继电器是R000~R255，256个。OMRON公司的C系列P型机的辅助继电器通道（字）的编号为10~18，每个通道16个继电器，共8个半通道，序号为1000~1715，1800~1807，共132个。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16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。四、定时器（Timer）

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；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T000~T127，共128个，其中：T000~T095，定时单位为0.1s；T096~T127，定时单位为0.01s。T072~T095和T120~T127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）MASTER—K系列计数器（2）S7—200系列计数器五、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），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。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。MASTER-K30系列中，计数器为C000~C127，共128个。其中C096~C127为断电保护的。S7—200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。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。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位数据的读写。不同类型不同厂家PLC数据存储器：MASTER—K系列数据寄存器用D字母来表示，MASTER-K30H的数据寄存器为D000~D255，共256个，每个8位，其中D192~D255是断电保持的。S7—200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，#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。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D9999。S7—200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。以MASTER-K30H为例介绍特殊继电器的功能1．PLC运行状态显示F000PUN状态时ON。F001PGM状态时ON。F002PAUSE状态时ON。F007PLC内部装有EPROM时ON。2．PUN（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）。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。F025按双字值运行时ON。4．诊断故障显示F030CALL、JMP指令码错误时ON。F031I/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。F040~F045P00~P05字节发生错误时ON。F050~F057用户存储程序错误时，显示错误类型号。F060~F067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JMEn和SBRTn的情况下，指示JMP和CALL号。F067~F077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JMEn和SBRTn的情况下，它是00H。以MASTER-K30H为例介绍特殊继电器的功能5．系统时钟F0900.02s系统时钟。F0910.1s系统时钟。F0920.2s系统时钟。F0931s系统时钟。F0942s系统时钟。F09510s系统时钟。F0962s系统时钟。F0971min（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：[DUTYF104n1n2]┤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：n2n1n2n1n2n1n2

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S00~S31，共32组步进控制继电器，每组可顺序执行99步控制。S7—200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S0.0~S31.7。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0～655350～70～630～630～655350～655350～655350～42949672950～FFFFH———0～FFFFH0～FFFFH0～FFFFH0～FFFFFFFFH注意：S7－200和MASTER—KPLC编程数据资源比较西门子LGS7－200MASTER—K◆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。4.2PLC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。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。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。4.2.1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