1、1 1第15章 可编程控制器的应用15.1 可编程控制器概述可编程控制器概述15.2 可编程控制器的组成及工作原理可编程控制器的组成及工作原理15.3 可编程控制器控制系统的设计步骤可编程控制器控制系统的设计步骤15.4 气动自动控制系统设计举例气动自动控制系统设计举例思考题与习题思考题与习题2 2可编程控制器由于价格低廉，功能齐全，工业环境适用性强，操作简单，因此已广泛用于自动化生产的各个领域。国外的调查结果表明：有80%以上的工业控制均可用可编程控制器来完成，如在数控设备、自动生产线及机器人等控制中。可编程控制器直接与液压、气动或电机等设备相结合来进行工业控制，为工业自动化提供了强有力的工
2、具，加速了机电一体化的实现。有人称可编程控制器是现代工业自动化的灵魂。本章主要介绍可编程控制器的工作原理、三菱FX2N的编程语言及气动控制可编程控制系统的设计步骤。3 3可编程控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型工业控制装置。它结合了传统继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点，是工业自动化领域中最重要、应用最广的控制设备，并已跃居工业生产自动化三大支柱(可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造)的首位。151 可编程控制器概述可编程控制器概述4 41511 可编程控制器的一般概念可编程控制器的一般概念可编程控制器(Programmable
3、 Controller，PC)是在继电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通信技术于一体的一种专门用于工业控制的装置。5 5在传统继电器控制系统中，要完成一个控制任务，需要由导线将各种输入设备(按钮、控制开关、限位开关、传感器等)与若干中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的具有一定逻辑功能的控制电路相连接，然后，通过输出设备(接触器、电磁阀等执行元件)去控制被控对象的动作或运行。这种控制系统称作接线控制系统，所实现的逻辑称为布线逻辑，即输入对输出的控制作用是通过“接线程序”来实现的。在这种控制系统中，控制要求的变更或修改必须
4、通过改变控制电路的硬接线来完成。因此，虽然其结构简单易懂，在工业控制领域中被长期广泛使用，但由于其设备体积大，动作速度慢，功能单一，接线复杂，通用性和灵活性差，已愈来愈不能满足现代化生产中的生产过程及工艺复杂、多变的控制要求。6 61969年，美国数字设备公司(DEC)根据美国通用汽车公司(GE)的要求，研制出了世界上第一台可编程控制器，并在GE公司的汽车自动装配线上首次应用成功。它主要用于取代传统的继电器逻辑控制。可编程控制器具有执行逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，故最初称其为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称为PLC。出于习惯叫法，本书
5、中将可编程控制器称为PLC。7 71512 可编程控制器的特点可编程控制器的特点可编程控制器之所以能成为当今增长速度最快的工业自动化控制设备，是因为它具备了许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。8 8可编程控制器的主要特点如下：(1)可靠性高，抗干扰能力强，是PLC最突出的特点；(2)编程简单易学；(3)设计、安装容易，调试周期短，维护简单；(4)模块品种丰富，通用性好，功能强大；(5)体积小，能耗低。9 91513 可编程控制器的发展趋势可编程控制器的发展趋势目前，可编程控制器技术发展总的趋势是系列化、通用化、高性能化和网络化，主要表现在如下
6、几个方面：(1)模块种类丰富多彩。为了适应各种特殊功能的需要，各种智能模块将层出不穷。智能模块是以微处理器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的CPU并行工作，占用主机的CPU时间很少，有利于提高PC的扫描速度和完成特殊的控制要求。1010(2)高可靠性。一些特定的环境和条件要求自动化系统有很高的可靠性，因而自诊断技术、冗余技术、容错技术在PLC中得到了广泛的应用。(3)在系统构成规模上向大、小两个方向发展。发展小型(超小型)化、专用化、模块化、有灵活组态特性的低成本PLC，可以真正替代最小的继电器系统；发展大容量、高速度、多功能、高性能价格比的PLC，可以满足现代化企业中大规模、复杂系统自
7、动化的需要。1111(4)产品更加规范化、标准化。PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，并使PLC基本部件，如输入/输出模块、接线端子、通信协议、编程语言和工具等方面的技术规格规范化和标准化，使不同产品间能相互兼容，易于组网，以方便用户真正利用PLC来实现工厂自动化。1212(5)大型网络化。今后的PLC将具有DCS系统的功能，网络化和强化通信能力是PLC的一个重要发展趋势。PLC构成的网络将由多个PLC、多个I/O模块相连，并可与工业计算机、以太网等相连构成整个工厂的自动控制系统。现场总线技术(如PROFI-BUS)在工业控制中将
8、会得到越来越广泛的应用。1313(6)编程语言的高级化。除了梯形图、语句表、流程图外，一些PLC还增加了BASIC、C等编程语言。此外也出现了通用的、功能更强的组态软件，进一步改善了开发环境，提高了开发效率。14141514 可编程控制器在气动控制中的应用可编程控制器在气动控制中的应用气动技术作为动力传动与控制的一种手段获得了越来越广泛的应用。气动控制方式有从由气动逻辑元件及气控阀组成的全气动控制到由电气技术参与的电气动控制等多种。全气动控制虽然发展了由计算机辅助设计的逻辑控制方式、位置控制系统和通用程序控制器(节拍器)等，但是面对庞大的、复杂多变的气动系统，其控制较复杂。目前，除了一些特殊的
9、应用场合，如防爆、防静电场合等，已很少采用全气动控制。1515电气动控制也由继电器回路控制发展成为采用可编程控制器(PLC)控制。气动控制由于PLC的参与，使得庞大的、复杂多变的系统控制起来简单明了，使程序的编制、修改变得容易。随着气动技术的发展，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，使电磁阀与PLC之间省去了许多中间环节，使控制系统变得更简单了。目前，随着微电子技术、通信技术、自动控制技术及检测技术的发展，气动技术的应用领域越来越广，而气动控制乃至自动化控制越来越离不开PLC，特别是阀岛技术的发展，使PLC在气动控制中变得更加得心应手了。16161521 可编程控制器的组成可编
10、程控制器的组成从广义上来说，可编程控制器也是一种计算机控制系统，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以，PLC作为一种专门用于工业现场控制的计算机系统，与计算机控制系统的组成十分相似，也包括软件和硬件两大部分。152 可编程控制器的组成及工作原理可编程控制器的组成及工作原理1717图151 可编程控制器的基本组成1818其软件由系统软件和应用软件(或称用户程序)组成，系统软件又分为编程器系统软件和操作系统软件。在硬件组织结构方面也与计算机基本相同，也具有中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口、电源等，如图151所示。191
11、91中央处理器中央处理器中央处理器作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用，主要有如下任务：(1)按照PLC中系统程序所赋予的功能控制接收，并存储用户程序和数据，响应各种外部设备(如编程器、打印机、上位计算机、图形监控系统、条码判读器等)的工作请求。(2)诊断PLC电源、内部电路的工作状态及用户程序中的语法错误。(3)用扫描方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。2020(4)在运行状态时，按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，经编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作，根据运算结果存储相应的数据，并更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容。(
12、5)将存于数据寄存器中的数据处理结果和输出映像寄存器的内容送至输出电路。21212存储器存储器PLC内部的存储器有两类：一类是系统程序存储器，用于存放系统程序，包括系统管理程序、监控程序、模块化应用功能子程序以及对用户程序做编译处理的编译解释程序等。系统程序根据PLC功能的不同而不同，生产厂家在PLC出厂前已将其固化在只读存储器(ROM或PROM)中，用户不能更改。2222另一类是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。其中，用户程序存储区主要存放用户已编制好或正在调试的应用程序；工作数据存储区包括存储各输入端状态采样结果和各输出端状态运算结果的输入/输出(IO)映像寄存器区(或称输入
13、/输出状态寄存器区)、定时器/计数器的设定值和经过值存储区、各种内部编程元件(内部辅助继电器、计数器、定时器等)状态及特殊标志位存储区、存放暂存数据和中间运算结果的数据寄存器区等。这类存储器一般由随机存取存储器RAM构成，其中，存储内容可通过编程器读出并更改。为了防止RAM中的程序和数据因电源停电而丢失，常用高效的锂电池作为后备电源，锂电池的寿命一般为35年。23233输入输入/输出接口输出接口输入/输出(I/O)接口是将工业现场的各种设备与CPU连接起来的部件，有时也被称为I/O单元或I/O模块。它使PLC通过其输入端子接受现场输入设备(如限位开关、操作按钮、传感器)的控制信号，并将这些信号
14、转换成CPU所能接收和处理的数字信号。2424输入有两种方式：一种是数字量输入，也称开关量输入或触点输入；另一种是模拟量输入，也称电平输入，模拟量输入要经过AD转换才能进入PLC。为了提高PLC的抗干扰能力，输入信号与内部电路之间并无电联系，输入信号主要依靠输入部件内部的光电耦合、滤波等电路将信号传送给内部电路。通过这种隔离措施可以防止现场干扰串入PLC。2525输出接口与输入相反，它将经CPU处理过的输出数字信号(1或0)传送给输出端的电路元件，以控制其接通或断开，从而使接触器、微电机、电磁阀、指示灯等输出设备获得或失去工作所需的电压或电流。输出接口的形式通常有继电器输出型、晶体管输出型和可
15、控硅输出型等。26264特殊功能模块特殊功能模块为了满足复杂控制功能的需要，PLC上配有多种智能模块，如PID调节模块、通信模块、步进模块以及伺服模块等。27275电源电源PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的内部电子电路工作需要的直流电的电源电路或电源模块。输入/输出接口电路的电源彼此要相互独立，以避免或减小电源间干扰。现在许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源。这种电源稳压性能好，抗干扰能力强，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备或输入端的传感器提供标准电源。28286编程器编程器编程器是人与PLC联系和对话的工具，是PLC
16、最重要的外围设备。用户可以利用编程器来输入、读出、检查、修改和调试用户程序，也可用它在线监控PLC的工作状态，进行故障查询或修改系统寄存器的设置参数等。一般来说，一台手持编程器可以用于同系列的其他PLC，做到了一机多用。对PLC除采用手持编程器进行编程和监控外，还可通过PLC的RS232外设通信口(或422口配以适配器)与计算机连机，并利用PLC生产厂家提供的专用工具软件对PLC进行编程和监控。比较而言，利用计算机进行编程和监控往往比手持编程工具更加直观和方便。29291522 可编程控制器的结构可编程控制器的结构通常可将PLC的结构分为单元式(或称箱体式、整体式)和模块式两类。1单元式结构单
17、元式结构单元式结构把包括CPU、RAM、ROM、I/O接口、与编程器或EPROM写入器相连的接口、与IO扩展单元相连的扩展口、输入/输出端子、电源、各种指示灯等的全部电路安装在一个箱体内，其外观如图152所示。3030图152 单元式结构3131其特点是结构非常紧凑，体积小，成本低，安装方便。整体式PLC的主机可通过扁平电缆与I/O扩展单元、智能单元(如A/D、DA单元)等相连接。为了达到输入/输出点数灵活配置和易于扩展的目的，某一系列的产品通常都有不同点数的基本单元和扩展单元，单元的品种越丰富，其配置就越灵活。例如，日本立石的C系列机、三菱FX2N系列及西门子SIMATICS7200就属于这
18、种形式，目前点数较少的系统多采用单元式结构。3232小型可编程控制器结构的最新发展也吸收了模块式结构的特点，各种点数不同的PLC主机和扩展单元都做成了同宽同高但不同长度的模块，这样，几个模块拼装起来后就成了一个整齐的长方体结构。三菱的FX2N系列就是采用这种结构，立石C系列的小型机也采用这种结构。目前PLC还有许多专用的特殊功能单元，这些单元有模拟量IO单元、高速计数单元、位置控制单元、IO连接单元等。大多数单元都是通过主单元的扩展口与PLC主机相连，有部分特殊功能单元通过PLC的编程器接口与PLC主机连接。33332模块式结构模块式结构模块式可编程控制器采用搭积木的方式组成系统，在一个机架上
19、插上CPU、电源、I/O模块及特殊功能模块，即可构成一个总I/O点数很多的大规模综合控制系统。其外观如图153所示。3434模块式结构形式的特点是CPU为独立的模块，输入/输出、电源等也是独立的模块，因此配置很灵活。可以根据不同的系统规模选用不同档次的CPU及各种I/O模块、功能模块及其他诸如通信、计数、定位等特殊功能模块来组成一个系统。由于模块尺寸统一、安装整齐，因此对于I/O点数很多的系统选型、安装调试、扩展、维修等都非常方便。这种结构形式的可编程控制器除了要有各种模块以外，还需要用机架(主机架、扩展机架)将各模块连成一个整体，若有多个机架时，则还要用电缆将各机架连在一起。目前大型系统多采
20、用这种形式。3535图153 模块式结构36363叠装式结构叠装式结构以上两种结构各有特色，前者结构紧凑，安装方便，体积小巧，容易与机床、电控柜相连成一体，但由于其点数有搭配关系，加之各单元尺寸大小不一致，因此不易安装整齐；后者点数配置灵活，又易于构成较多点数的大系统，但尺寸较大，难以与小型设备相连。为此，有些公司开发出叠装式结构的可编程控制器。它的结构也是各种单元、CPU自成独立的模块，但安装不用机架，仅用接口进行单元间连接，且各单元可以一层层地叠装，这样，既达到了配置灵活的目的，又可使体积做得小巧。37371523 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理1PLC的工作方式的工作方式P
21、LC的运算处理从运算步序码0开始，依次执行所有指令的内容，然后再返回到运算步序码0。这样反复循环执行从步序码0到尾部序之间的运算过程叫扫描运算，或称为循环扫描运算。3838PLC的工作方式是以循环扫描的方式为基础的，每一次扫描所用的时间称为扫描时间，也可称为扫描周期或工作周期。PLC通电之后，由于所有状态均保持在断电前的状态，因而在最初的预扫描中，既不求解逻辑，也不驱动输出，仅使输入更新。在下一次扫描中，PLC才按扫描输入求解用户逻辑，并根据所编程序的次序，从左到右，从上到下进行扫描，先扫到的先检查、先执行。3939PLC的扫描可按固定的顺序进行，也可按用户程序所指定的可变顺序进行。对用户程序
22、的循环扫描过程一般可分为三个阶段进行，即输入刷新(输入收集)阶段、程序处理阶段和输出刷新阶段，如图154所示。顺序扫描工作方式简单直观，便于程序设计和PLC的自检。具体体现在：PLC扫描到的功能经解算后马上就可被后面将要扫描到的功能所利用；可在PLC内设定一个监视定时器，用来监视每次扫描的时间是否超过规定值，避免了由于内部CPU故障而使程序执行进入死循环。4040图154 PLC的程序执行过程41412PLC对输入对输入/输出的处理规则输出的处理规则PLC在输入/输出处理方面遵循以下规则：(1)输入状态映像寄存器中的数据取决于与输入端子板上各输入端相对应的输入锁存器在上一次刷新期间的状态。(2
23、)程序执行中所需的输入/输出状态由输入状态映像寄存器和输出状态映像寄存器读出。(3)输出状态映像寄存器的内容随程序执行过程中与输出变量有关的指令的执行结果而改变。(4)输出锁存器中的数据由上一次输出刷新阶段时输出状态映像寄存器的内容决定。(5)输出端子板上各输出端的通断状态由输出锁存器中的内容决定。42421524 可编程控制器的主要技术指标可编程控制器的主要技术指标PLC的技术指标可分为硬件和软件指标两大类。硬件指标包括一般指标、输入特性和输出特性三个方面。软件指标可包括运行方式、速度、程序容量、指令类型、元件种类和数量等。实际应用中最关键的几个基本技术指标为IO总点数、用户程序存储器容量、
24、编程语言、编程手段、扫描速度。表151至154列出了FX2N系列PLC的主要指标。4343表表151 FX2N系列系列PLC的一般指标的一般指标4444表表152 FX2N系列系列PLC的性能指标的性能指标4545表表152 FX2N系列系列PLC的性能指标的性能指标4646表表152 FX2N系列系列PLC的性能指标的性能指标4747表表153 FX2N系列系列PLC的输入特性的输入特性4848表表154 FX2N系列系列PLC的输出特性的输出特性4949PLC按I/O点数和内存容量大致可分为微型机、小型机、中型机、大型机等四类。(1)微型机：I/O点数在64以内，内存容量为25B1KB。(
25、2)小型机：I/O点数为64256，内存容量为13.6KB。(3)中型机：I/O点数为2562048，内存容量为3.613KB。(4)大型机：I/O点数在2048以上，内存容量在13KB以上。50501525 三菱微型可编程控制器三菱微型可编程控制器FX2N系列的编程语言系列的编程语言可编程控制器由于品牌不同，故指令结构亦略有差异，但其功能均相似。PLC最普遍使用的编程语言是梯形图(Ladder Diagram)和指令表(Statement List)。梯形图是直接从传统的继电器控制图脱胎来的。它是一种采用常开触点、常闭触点、线圈和功能块构成的图形语言，类似于继电器线路，由许多阶梯组成。它结构
26、简单，动作原理直观，可读性较高，并且照顾到了电气自动化技术人员的读图习惯及思维习惯。现以三菱FX2N系列PLC的基本逻辑指令为例，说明指令的含义、梯形图的编制方法以及对应的指令表程序。51511逻辑取和输出线圈逻辑取和输出线圈(LD/LDI/OUT)逻辑取和输出线圈的逻辑指令符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表155所示。5252表表155 逻辑取和输出线圈的逻辑指令逻辑取和输出线圈的逻辑指令5353图155 梯形图程序5454逻辑取和输出线圈的指令表程序如下：0 LD X000 与母线连接 1OUTY000 驱动指令 2LDIX001 与母线连接 3OUTM100 驱动指令 4
27、OUTT0 驱动定时器指令 SPK19设定常数 7LDT0 8OUTY001注：SP为空格键。5555说明：(1)LD、LDI指令用于将触点接到母线上。另外，它与后述的ANB指令组合，在分支起点处也可使用。(2)OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态继电器、定时器、计数器的线圈的驱动指令，对于输入继电器不能使用。(3)OUT指令可以多次并联使用，并行输出指令可多次使用(上例中，在OUTM100之后，接OUTT0)。(4)对于定时器的计时器线圈或计数器的计数器线圈，使用OUT指令以后，必须设定常数K。56562触点串联触点串联(AND/ANI)触点串联的逻辑指令符号、名称、功能、电路表示和可
28、用软元件、程序步如表156所示。5757表表156 触点串联的逻辑指令触点串联的逻辑指令5858图156 梯形图程序5959触点串联的梯形图程序如图156所示。触点串联的指令表程序如下：0 LD X002 1ANDX000 串联触点 2OUTY003 3LDY003 4ANIX003 串联触点 5OUTM101 6ANDT1串联触点 7OUTY004 纵接输出6060说明：(1)用AND、ANI指令可进行触点的串联连接。串联触点的个数没有限制，该指令可以多次重复使用。(2)OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令称为纵接输出，如图156中的Y004。对于这种纵接输出，如果顺序不错，可以多
29、次重复。(3)建议1行不超过10个触点和1个线圈，总共不要超过24行。61613触点并联触点并联(OR/ORI)触点并联的逻辑指令符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表157所示。6262表表157 触点并联的逻辑指令触点并联的逻辑指令6363图157 梯形图程序6464触点并联的梯形图程序如图157所示。触点并联的指令表程序如下：0LDX004 1ORX006 并联连接 2ORIM102 并联连接 3OUTY005 4LDIY005 5ANDX007 6ORM103 并联连接 7ANIX010 8ORM110 并联连接 9OUTM1036565说明：(1)OR、ORI为一个触点的
30、并联连接指令。连接两个以上的触点串联连接的电路块的并联连接时，要用后述的ORB指令。(2)OR、ORI指令从该指令的当前步开始，对前面的LD、LDI指令并联连接。并联连接无次数限制，但由于编程器和打印机的功能对此有限制，因此并联连接的次数实际上是有限制的(24行以下)。66664串联电路块的并联串联电路块的并联(ORB)串联电路块的并联的逻辑指令符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表158所示。6767表表158 串联电路块的并联逻辑指令串联电路块的并联逻辑指令6868图158 梯形图程序6969串联电路块的并联的指令表程序如下：正确的编写程序 不佳的编写程序 0 LD X000
31、0 LD X000 1ANDX001 1ANDX001 2LDX002 2LDX002 3ANDX003 3ANDX003 4ORB 4LDIX004 5LDIX004 5ANDX005 6ANDX005 6ORB 7ORB 7ORB 8OUTY006 8OUTY0067070说明：(1)两个以上的触点串联连接的电路称为串联电路块。串联电路块并联连接时，分支的开始用LD、LDI指令，分支的结束用ORB指令。(2)ORB指令与后述的ANB指令等均为无操作元件号的指令。注意：(1)对每一电路块使用ORB指令，并联电路块数无限制。(2)ORB指令也可连续使用(见上述编写不佳的程序)，但重复使用LD、
32、LDI指令的次数限制在8次以下。71715并联电路块的串联并联电路块的串联(ANB)并联电路块的串联的逻辑指令符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表159所示。并联电路块的串联的梯形图程序如图159所示。7272表表159 并联电路块的串联逻辑指令并联电路块的串联逻辑指令7373图159 梯形图程序7474并联电路块的串联的指令表程序如下：0 LD X000 1ORX001 2LDX002 分支起点 3ANDX003 4LDIX004 分支起点 5ANDX005 6ORB并联电路块结束 7ORX006 并联电路块结束 8ANB与前面的电路串联 9ORX003 10OUTY00775
33、75说明：(1)当分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ANB指令。分支的起始点用LD、LDI指令。并联电路块结束后，使用ANB指令与前面电路串联。(2)若多个并联电路块顺次用ANB指令与前面电路串联连接，则ANB的使用次数没有限制。(3)虽然可以连续使用ANB指令，但是与ORB指令一样，要注意LD、LDI指令的使用次数限制(8次以下)。76766多重输出电路多重输出电路(MPS/MRD/MPP)多重输出电路的逻辑指令符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表1510所示。7777表表1510 多重输出电路逻辑指令多重输出电路逻辑指令7878这组指令可将连接点先存储，因此可用于连
34、接后面的电路。在PLC中，有11个存储运算中间结果的存储器，称之为栈存储器，其示意图如图1510所示。使用一次MPS指令，运算结果就推入该时刻栈的第一段。再次使用MPS指令，运算结果推入当时栈的第一段，入栈的数据依次向下一段推移。使用MPP指令，各数据依次向上一段压移。最上一段的数据在读出后就从栈内消失。MRD是读出最上一段所存的最新数据的专用指令，栈存储器内的数据不发生移动。图1510所示的指令都是没有操作元件号的指令。7979图1510 栈存储器示意图8080 多重输出电路指令的梯形图程序如图1511所示。多重输出电路的指令表程序如下：18LDX004 19MPS 20ANDX005818
35、1 21OUTY002 22MRD 23ANDX006 24OUTY003 25MRD 26OUTY004 27MPP 28ANDX007 29OUTY005 30END8282图1511 梯形图程序8383说明：(1)这项指令是进行如图1511所示的分支多重输出电路编程用的方便指令。在对利用MPS指令得出的运算中间结果存储之后，驱动Y002，用MRD指令将该存储读出，再驱动输出Y003。(2)MRD可多次编程，但是由于打印机和图形编程器显示方面有限制，因此并联电路一般用在24行以下。(3)最终输出电路以MPP指令取代MRD指令，从而可读出上述存储，同时复位。(4)MPS指令可以重复使用，MP
36、S指令与MPP指令的数量差额应少于11，最终两者指令数要一样。84847.主控指令主控指令(MC/MCR)主控指令的符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表1511所示。8585表表1511 主控指令主控指令8686图1512 梯形图程序8787主控指令的指令表程序如下：0LDX000 1MCN0SPM000 4LDX001 5OUTY000 6LDX002 7OUTY001 8MCR N02步指令8888母线返回(N0为嵌套级)。N：嵌套层数(07)；SP：空格键。特殊辅助继电器不能用作MC的操作元件。在没有嵌套结构时，通用N0编程。N0的使用次数没有限制。有嵌套结构时，嵌套级N的
37、地址号增大，即N0N1N6N7。8989说明：(1)输入X000接通时，执行MC与MCR之间的指令；输入X000断开时，元件状态如下：保持当前状态的元件：积算定时器、计数器和用SETRST指令驱动的软元件。断开的元件：非积算定时器和用OUT指令驱动的元件。(2)使用MC指令，母线(LD、LDI点)移至MC触点之后，返回原来母线的指令是MCR。(3)使用不同的Y、M元件号，可多次使用MC指令，但是，若用同一软元件号，则与OUT指令一样成为双线圈输出。9090(4)在MC指令内再使用MC指令时，嵌套级N的编号就顺次增大(随程序顺序由小到大)。返回时用MCR指令，从大的嵌套级开始解除(按程序顺序由大
38、至小)。注意：使用主控MC指令后必须要用MCR指令返回母线。91918置位与复位指令置位与复位指令(SET/RST)置位与复位指令的符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表1512所示。9292表表1512 置位与复位指令置位与复位指令9393图1513 梯形图程序9494置位与复位指令的指令表程序如下：0LDX000 1SETY000 2LDX001 3RSTY000 4LDX002 5SETM0 6LDX003 7RSTM0 8LDX0049595 9RSTS0 11LDX00512RSTS0 14LDX006 15RSTD0 16LDX000 17OUTT250 SPK10 2
39、0LDX007 21RSTT250置位与复位指令的时序图如图1514所示。9696图1514 时序图9797说明：(1)在置位指令中，只要X000接通，Y000就保持接通，即使X000再断开，Y000依然保持接通。只要X001接通，Y000就断开，即使X001再断开，Y000也将保持断开。对于M、S也同样成立。(2)对同一元件可以多次使用SET、RST指令，且使用顺序是任意的，但是只有最后执行的一条才有效。(3)要使数据寄存器D，变址寄存器V、Z的内容清零，也可使用RST指令(用常数为K0的传送指令也可得到同样的结果)。98989脉冲输出脉冲输出(PLS/PLF)脉冲输出的逻辑指令符号、名称、
40、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表1513所示。脉冲输出指令的梯形图程序如图1515所示。9999表表1513 脉冲输出指令脉冲输出指令100100图1515 梯形图程序101101脉冲输出的指令表程序如下：0LDX000 1PLSM02步指令 2LDM0 3SETY000 4LDX001 5PLFM12步指令 6ORB 7LDM1 8RSTY000脉冲输出指令的时序图如图1516所示。102102图1516 时序图10310310计数器计数器(OUT/RST)计数器指令的符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表1514所示。104104表表1514 计数器指令计数器指令1051
41、05图1517 梯形图程序106106说明：(1)C0对X011从OFF到ON的次数进行增计数，但当它达到设定值K10时，输出触点C0动作，以后即使X011从OFF到ON，计数器的当前值不变，输出触点依然动作。为了清除这些当前值，计数器触点复位，此时，令X010为ON。(2)有必要在OUT指令后面指定常数K或间接设定数据寄存器的地址号。(3)对于掉电保持用计数器，即使停电，它也能保持当前值以及输出触点的工作状态或复位状态。10710711空操作指令空操作指令(NOP)空操作指令的符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表1515所示。108108表表1515 空操作指令空操作指令109
42、109空操作指令的梯形图程序如图1518所示。说明：(1)程序若加入NOP指令，在改动或追加程序时，则可以减少步序号的改变。另外，用NOP指令替换已写入的指令，也可改变电路。(2)若将LD、LDI、ANB、ORB等指令换成NOP指令，则电路构成将有较大幅度的变化，需注意。(3)执行程序全清除操作后，指令将都变成NOP。110110图1518 梯形图程序(a)触点的短路；(b)电路的切断11111112程序结束程序结束(END)程序结束指令的符号、名称、功能、电路表示和可用软元件、程序步如表1516所示。112112表表1516 程序结束指令程序结束指令113113可编程控制器反复进行输入处理程
43、序执行输出处理。若在程序的最后写入END指令，则END以后的其余程序步不再执行，而直接进行输出处理。在程序中，若没有END指令，则可处理到最终的程序步。在调试期间，各程序段插入END指令可依次检测出各程序段的动作是否有误。在确认前面电路块的动作正确无误之后，依次删去END指令，如图1519所示。注意：在执行END指令时，要刷新监视定时器(Watchdog timer)。114114图1519 程序执行示意图115115可编程控制器控制系统的设计步骤一般如下：(1)根据被控对象的控制要求，确定整个系统的输入/输出设备的数量，从而确定PLC的I/O点数，包括开关量I/O、模拟量I/O以及特殊功能模
44、块等。(2)充分估计被控制对象和以后发展的需要，所选PLC的I/O点数应留有一定的余量。(3)确定选用的PLC机型。(4)建立I/O地址分配表，绘制PLC控制系统的输入/输出硬件接线图。153 可编程控制器控制系统的设计步骤可编程控制器控制系统的设计步骤116116(5)根据控制要求绘制用户程序流程图。(6)编制用户程序，并将用户程序装入PLC的用户程序存储器。(7)离线调试用户程序。(8)进行现场联机调试用户程序。(9)编制技术文件。117117【例【例141】A、B、C三个气缸的气动控制回路和运动步骤图如图1520和图1521所示，假设三个气缸均采用单电控电磁阀控制，试利用PLC控制其动作
45、。154 气动自动控制系统设计举例气动自动控制系统设计举例118118图1520 气动控制回路119119图1521 运动步骤图120120系统设计步骤如下：(1)列出输入/输出元件和辅助继电器。输入元件：三个缸的非接触式行程开关a0、a1、b0、b1、c0、c1；主令元件：启动按钮PB1，停止按钮PB2；输出元件：控制气缸的电磁阀YA、YB、YC；辅助继电器：M0、M1；定时器：T0。本系统共有8个输入点和3个输出点。121121(2)选用可编程控制器。根据本系统的I/O点数要求，选用FX2N16M微型可编程控制器。其输入点数为8，输出点数为8。(3)列出I/O地址分配表。建立I/O地址分配表，见表1517。(4)编写PLC梯形图程序，如图1522所示。(5)绘制出PLC硬件接线图，如图1523所示。122122表表1517 I/O地址分配表地址分配表123123图1522 PLC梯形图程序124124图1523 PLC硬件接线图125125151 列出几种你所知道的PLC的类型。152 可编程控制器的主要构成是什么？153 什么是PLC的扫描周期？154 简述使用PLC设计电路的步骤。155 说明应用PLC的电路与传统电路的异同。思考题与习题思考题与习题
