第四章 FX2型可编程控制器的编程语言及基本指令电子课件.ppt

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1、可编程控制器原理及应用第第4章章 FX2型可编程控制器型可编程控制器 的编程语言及基本指令的编程语言及基本指令 第4章FX2型可编程控制器的编程语言及基本指令v4.1PLC的编程语言及格式v4.2基本指令v4.3梯形图的编程规则v4.4基本指令编程实例4.1 PLC的编程语言及格式的编程语言及格式4.1.1梯形图语言梯形图语言 1. 梯形图与继电器控制的区别梯形图与继电器控制的区别 梯形图是在传统的继电器控制电路图的基础上演变而来的，在形式上类似继电器控制电路，是PLC的主要编程语言，由触点、线圈和功能块等组成：v 触点：代表逻辑的输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件。v 线圈：代表逻辑的输

2、出结果，用来控制外部的负载和内部的输出条件。v 功能块：用来表示计数器、计时器和数学运算等功能指令。 v如图4-1所示是一个继电器控制电路图与相应梯形图的比较示例，可以看出两者的区别在于继电器控制图使用的是硬件继电器和定时器，靠导线连接组成控制电路，而PLC梯形图使用的是内部继电器、计时器和计数器，靠软件来实现控制。 (a) 继电器控制电路 （b）等效PLC梯形图图4-1 继电器控制电路图及其等效PLC梯形图 2. 梯形图的格式梯形图的格式 v梯形图的编程格式应注意以下几点：v （1）梯形图按行从上至下、每行从左至右的顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。v （2）梯形图左、右边

3、垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止母线可以省略。v （3）梯形图的触点有两种，即常开触点“”和常闭触点“”。这些触点可以是PLC的输入触点或内部辅助继电器的触点，也可以是内部计时器、计数器的状态。每个触点都有自己的特殊标志，以表示区别，同一标志的触点可以反复使用，次数不限。v （4）梯形图的右边必须连接输出元件。PLC的输出元件用圆圈或椭圆表示，如“”，“”是指输出变量的代号。机型不同，输出元件表示有些区别。同一输出变量只能使用一次。v （5）梯形图中的触点可以任意串联和并联，而输出线圈只能并联，不能串联。v （6）程序结束时有结束符号，一般用“END”表示。

4、4.1.2助记符语言 PLC的助记符语言是与计算机的汇编语言中的指令相似的表达式，它是由操作码和操作数两部分组成：v 操作码：用助记符表示，它表示CPU要完成的某种操作功能。v 操作数：包括为执行某种操作所必须的信息。 4.1.3流程图语言v 流程图语言是一种描述顺序控制系统功能的图解表示法，所以又称顺序功能图语言，简称SFC语言。 4.2基本指令基本指令 4.2.1逻辑取及输出线圈驱动指令（LD、LDI、OUT）vLD：取指令。表示一个与输入母线相连的常开触点指令，即常开触点逻辑运算开始。v LDI：取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭触点指令，即常闭触点逻辑运算开始。v OUT：线圈驱动

5、指令，也叫输出指令。vLD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将触点接到母线上。也可以与后面的ANB、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。vOUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用。OUT指令可以连续多次使用。 表 4-1 LD、LDI、OUT指令的功能、电路表示、操作元件、所占程序步图4-2 LD、LDI、OUT指令用法LD动画4.2.2单个触点串联指令（AND、ANI）v AND：与指令。用于单个常开触点的串联。v ANI：与非指令。用于单个常闭触点的串联。v AND、ANI指令均用于单个触点的串联，串联触点数个数没有限制

6、，可以多次重复使用。指令的目标元件为X、Y、M、S、T、C。 AND动画图4-3 AND、ANI指令用法图4-4 不推荐的形式4.2.3单个触点并联指令（OR、ORI） 当梯形图的控制线路由若干触点并联组成时，要用到OR、ORI指令。v OR：或指令，用于常开触点的并联。v ORI：或非指令，用于常闭触点的并联。 OR、ORI指令的目标元件为X、Y、M、S、T、C。这两条指令都是并联一个触点。当需要两个以上触点串联连接电路快的并联连接时，需要用到后面的ORB指令。图4-5 OR、ORI指令用法OR动画4.2.4串联电路块的并联指令（ORB）vORB：两个以上的触点串联连接的电路为串联电路块，将

7、串联电路块并联使用时，用LD、LDI指令表示分支开始，用ORB指令表示分支结束。v ORB指令是不带操作元件的指令。 v如果有多条并联电路时，在每个电路块后使用ORB指令，对并联电路数没有限制，但考虑到LD、LDI指令只能连续使用8次，因此ORB指令的使用次数也应限制在8次以内。 ORB指令使用如图4-6所示。图4-6 ORB指令用法4.2.5并联电路块的串联指令（ANB）vANB：两个或两个以上的触点并联连接的电路为并连电路块，当分支并连电路块与前面的电路串联使用时，要使用ANB指令。 ANB指令是不带操作元件的指令。图4-7 ANB指令用法 图4-8 ANB指令用法ANB指令原则上可以无限

8、制使用，但考虑到LD、LDI指令只能连续使用8次，因此ANB指令的使用次数也应限制在8次以内。4.2.6多重输出电路指令（MPS、MRD、MPP）vMPS（Push）：进栈指令、vMRD（Read）：读栈指令、vMPP（POP）：出栈指令。v 这组指令用于多重输出电路。可将连接触点的状态先储存，用于后面的电路。MPS、MRD、MPP指令都是不带操作元件的指令。v 如图4-9所示，在FX系列PLC中有11个用来存储运算中间结果的存储区域叫做栈存储器。 vMPS、MPP必须成对使用，并且连续使用应少于11次。 图4-9 栈存储器 图4-10 一层堆栈电路4.2.7主控及主控复位指令（MC、MCR）

9、vMC：主控指令，用于公共串联触点的连接。vMCR：主控复位指令，即MC的复位指令。v MC、MCR指令的操作元件为Y、M，但不允许使用特殊辅助继电器M。v使用主控指令的触点为主控触点，它在梯形图中与一般的触点垂直，它们是与母线相连的常开触点，相当于控制一组电路的总开关。MC、MCR指令的使用说明如图4-14所示。 图4-14 MC、MCR指令用法 vMC、MCR必须成对使用。在MC指令内再使用MC指令时，嵌套级N的编号（07）顺次增大，返回时用MCR指令，从大的嵌套级开始解除。如图4-15所示是多重嵌套主控指令。 图4-15 多重嵌套主控指令4.2.8置位和复位指令（SET、RST）vSET

10、：置位指令，使操作动作保持。vRST：复位指令，使操作动作保持复位。 vSET指令的目标操作元件为Y、M、S，RST指令的目标操作元件为Y、M、S、T、C、D、V、Z。 vSET、RST指令使用说明如图4-16所示。由波形图可知，当X0一接通，即使再变成断开，Y0也保持接通。X1接通后，即使再断开，Y0也保持断开。 图4-16 SET、RST指令用法v用RST指令可以对计时器、计数器、数据寄存器、变址数据寄存器的内容进行清零。RST复位指令对计数器、计时器的使用说明如图4-17所示。 图 4-17 RST复位指令对计数器、计时器的用法4.2.9脉冲输出指令（PLS、PLF）vPLS：上升沿微分

11、输出，专用于操作元件的短时间脉冲输出。vPLF：下降沿微分输出，控制线路由闭合到断开。vPLS、PLF指令的目标操作元件为Y、M，但特殊辅助继电器不能作为目标操作元件。 v使用PLS指令时，元件Y、M仅在驱动输入触点接通后的一个扫描周期内动作（置1）；而使用PLF指令时，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作。使用这两条指令时，要特别注意目标元件 图4-18 PLS、PLF指令用法4.2.10空操作指令（NOP）vNOP：空操作指令，是一条无动作、无目标操作元件的指令，它使该步序作空操作。vNOP指令功能、电路表示、操作元件、所占程序步如表4-10所示。NOP指令使用说明如图4-19

12、所示。 4.2.11程序结束指令（程序结束指令（END） vEND：程序结束指令，用于程序的结束，是无元件编号的独立指令。vEND指令功能、电路表示、操作元件、所占程序步如表4-11所示。 4.3梯形图的编程规则梯形图的编程规则4.3.1梯形图设计规则v1. 水平不垂直水平不垂直 梯形图的触点应画在水平线上，不能画在梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上，如图垂直分支上，如图4-20所示。所示。图4-20 规则12. 多上串左多上串左v有串联电路并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图的最上面。有并联电路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左边。这种安排程序简洁、语句也少

13、，如图4-21所示。图4-21 规则23. 线圈右边无触点线圈右边无触点v不能将触点画在线圈的右边，只能触点的右边接线圈，如图4-22所示。 图4-22 规则34. 双线圈输出不可用双线圈输出不可用v如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次输出有效，如图4-23所示。一般不应出现双线圈输出。图 4-23 双线圈输出4.3.2输入信号的最高频率问题v输入信号的状态是在PLC输入处理时间内被检测的。如果输入信号的ON时间或OFF时间过窄，有可能检测不到。也就是说，PLC的输入信号的ON或OFF时间，必须比PLC的扫描周期长。若考虑输入滤波器的

14、响应延迟为10ms，扫描周期为10ms，则输入的ON或OFF时间至少为20ms。因此。要求输入脉冲的频率低于1000Hz/（2020）25Hz。不过，用PLC后面的功能指令结合使用，可以处理较高频率的信号。4.4基本指令编程实例基本指令编程实例v例例4-1 使用PLC完成自动台车的控制。某自动台车在启动前位于导轨的中部，如图4-24所示。其一个工作周期的控制要求如下： （1）按下启动按钮SB，台车的电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，台车的电机M反转，台车后退。 （2）台车后退碰到限位开关SQ2后，台车的电机M停止，台车停车，停5s，第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。 （3）

15、当后退再次碰到限位开关SQ2时，台车停止。v解：解：为设计本控制系统的梯形图，先安排输入、输出口及机内器件。台车由电机M驱动，正转（前进）由PLC的输出点Y1控制；反转（后退）由Y2控制。为解决延时5s，选用计时器T0。将启动按钮SB及限位开关SQ1、SQ2、SQ3分别接于X0、X1、X2、X3。（除说明以外，一般都使用FX系列PLC）v根据对启-保-停电路的分析，梯形图设计的根本目的是找出符合控制要求的以输出为对象的工作条件。本例的输出是代表电机前进及后退的两个接触器。分析电机的前进与后退的条件，得出以下几点：v（1）第一次前进：从启动按钮SB（X0）按下开始至碰到SQ1（X1）为止。v（2

16、）第二次前进：由SQ2（X2）接通引起的计时器T0延时时间到开始至SQ3（X3）被接通为止。v（3）第一次后退：从SQ1（X1）接通时起至SQ2（X2）被接通。v（4）第二次后退：从SQ3（X3）接通时起至SQ2（X2）被接通。v梯形图设计的过程可以是以下这样的：v（1）画第一次前进的支路：依照启-保-停电路的基本模式，以启动按钮X0为启动条件，限位开关X1的常闭触点为停止条件，选用辅助继电器M100为代表第一次前进的中间变量。v（2）画第二次前进的支路：依照启-保-停电路的基本模式，启动信号是计时器T0计时时间到，停止条件为限位开关X3的常闭触点。选M101为代表第二次前进的中间变量。为了得

17、到T0的计时时间到条件，还要将计时器工作条件相关的梯形图画出。v（3）画总的前进梯形图支路：综合中间继电器M100、M101，得总的前进梯形图。v（4）画后退梯形图支路：由画二次前进体形图的经验，后退梯形图中没有使用辅助继电器。而是将二次后退的启动条件并联置于启-保-停电路的启动条件位置，它们分别是X1及X3，停止条件为X2。v（5）最后对前面画出的各个分支进行完善。如在后退支路的启动条件X1后串入M101的常闭触点，以表示X1条件在第二次前进时无效。针对Y1、Y2不能同时工作，在它们的支路中没有互锁触点等。依据以上步骤设计出的梯形图如图4-25所示。图 4-25 自动台车控制梯形图v 例例4

18、-2 使用PLC完成交通信号灯的控制。十字路口交通信号等布置如图4-26所示。v其一个工作周期的控制要求如下：v信号灯受启动开关控制。当启动开关接通后，信号灯系统开始工作，先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。v（1）南北绿灯和东西绿灯不能同时亮；如果同时亮应关闭信号灯系统，并立刻报警。v（2）南北红灯亮维持25s。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20s。到20s时，东西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。v（3）东西红灯亮维持30s。南北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s

19、后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2s后熄灭。这时南北红灯亮，东西绿灯亮。v上述动作循环进行。解：解：根据控制要求，画出交通灯的状态图，如图4-27所示。 图 4-27 交通灯的状态图根据控制任务要求，可以算出I/O点数以及写出其I/O地址分配表如下： 输入 输出 启动 X0 南北绿灯 Y0 南北黄灯 Y1 南北红灯 Y2 警灯 Y3 东西绿灯 Y4 东西黄灯 Y5 东西红灯 Y6根据控制过程可以画出其梯形图如图4-28所示。图 4-28 交通灯控制系统梯形图动画效果v例例4-3 完成多种液体混合装置的控制。多种液体混合装置如图4-29所示。适合于饮料的生产、酒厂的配液、农药厂的配比等。L1、L2、

20、L3为液面传感器，液面淹没时接通，两种液体的输入和混合液体放液阀由电磁阀Y1、Y2、Y3控制，M为搅匀电动机。图 4-29 多种液体混合装置示意图v解：解：根据控制要求可以算出I/O点数以及写出其I/O地址分配表如下：v 输入 输出v 启动按钮 X0 液体A电磁阀 Y0v 停止按钮 X1 液体B电磁阀 Y1v 液面传感器 L1 放液电磁阀 Y3v 液面传感器 L2 搅拌电机 Y4v 液面传感器 L3v根据控制过程可以画出其梯形图如图4-30所示。v 例例4-4 完成五组抢搭器控制设计。五个队参加抢搭比赛。比赛规则及使用的设备如下：v设有主持人总台及各个参赛队分台。总台设有总台灯及总台音响，总台

21、开始及总台复位按钮。分台设有分台灯及分台抢按钮。各队必须在主持人给出题目，说了“开始”并同时按了开始按钮后的10s内进行，如提前，抢搭器将报出“违例”信号。（违例扣分）。10s时间到，还没人抢搭，抢搭器将给出应答时间到信号，该题作废。在有人抢搭的情况下，抢得的队必须在30s内完成答题。如30s内没完成，则作答题超时处理。灯光及音响信号的安排是这样安排的：v音响及某台灯：正常抢搭。v音响及某台灯加总台灯：违例。v音响加总台灯：没人抢搭及答题超时。v在一个题目回答后，主持人按下复位按钮，抢搭器恢复到原始状态，为第二轮抢搭作准备。 v解：解：根据控制要求可以算出I/O点数以及写出其I/O地址分配表和

22、其他机内元件分配情况如下： 本例输出元件较多，且需相互配合表示一定的意义。分析抢搭器的控制要求，发现以下几项事件很重要。v（1）主持人是否按下开始抢搭按钮。这是正常抢搭和违例的界线。v（2）是否有人抢搭，v（3）应答时间是否到时。v（4）答题时间是否到时。 程序设计时，要先用机内元件将以上事件表达出来，并在后续的设计中用这些元件的状态表达输出的条件。设计步骤可表述如下： v（1）先画出“应答允许”、“应答时限”、“抢搭继电器”、“答题时限”等支路，这些支路中的输出元件的状态是下一步设计的基础，v（2）设计各台灯梯形图，各台灯启动条件中串入M2的常闭触点体现了抢搭器的一个基本原则：竞时封锁，在已

23、有人抢搭之后按钮是无效的。v（3）设计总台灯梯形图，总台灯的工作条件含有四个分支：v M1常闭触点和M2常开触点串联：主持人未按开始按钮即有人抢搭，违例；v T1的常开触点和M2常闭触点串联：应答时间到无人抢搭，本题作废；v T2的常开触点和M2常开触点串联：答题超时；v Y14常开触点：自保触点。v（4）设计总台音响梯形图，总台音响梯形图的结构本来可以和总台灯梯形图是一样的，为了缩短音响时间，（设定为1s）在音响的输出条件中加入启动信号的脉冲环节。v（5）最后解决复位功能，考虑到主控触点指令具有使主控触点后的所有启-保-停电路输出中止的作用，将主控触点M0及其相关电路加在以设计好的梯形图前面。v根据控制过程可以画出其梯形图如图4-31所示。习题及思考题习题及思考题v1.写出如图4-32所示梯形图所对应的助记符语句表。v2.画出如图4-33所示Y0的波形图。 图4-32 梯形图 图4-33 Y0波形图v3.某抢答比赛，儿童两人参赛且其中任一人按钮可抢答。学生一人组队。教师两人参赛且两人同时按钮才能抢答。主持人宣布开始后方可按抢答按钮。主持人设复位按钮，抢得及违例由各分台灯指示。有人抢得时有幸运彩灯转动，违例有警报声。请设计该抢答电路。