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第 4 章 可编程序控制器的编程指导. 一、 PLC 编程特点和原则 （一）、 PLC 编程特点 梯形图编程是 PLC 的第一编程语言，是最常用的方法。梯形图源于传统的继电接触器控制电路图，发展到现在两者之间存在较大差别。 1 、程序的执行顺序 （ 1 ） PLC 程序按扫描执行的结果如图 4.1 所示。这种扫描执行方式的优点是可滤掉高频干扰，增强抗干扰能力。其缺点是产生响应滞后，影响可靠性。.
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第4章 可编程序控制器的编程指导 一、PLC编程特点和原则 （一）、 PLC编程特点 梯形图编程是PLC的第一编程语言，是最常用的方法。梯形图源于传统的继电接触器控制电路图，发展到现在两者之间存在较大差别。 1、程序的执行顺序 （1）PLC程序按扫描执行的结果如图4.1所示。这种扫描执行方式的优点是可滤掉高频干扰，增强抗干扰能力。其缺点是产生响应滞后，影响可靠性。
（2）继电器电路图和PLC梯形图执行顺序比较，参看图4.2。当X0闭合后，对于继电器电路来说Y0、Y1同时得电。而在PLC程序中，X0闭合后，Y0先输出，Y1后输出。（2）继电器电路图和PLC梯形图执行顺序比较，参看图4.2。当X0闭合后，对于继电器电路来说Y0、Y1同时得电。而在PLC程序中，X0闭合后，Y0先输出，Y1后输出。 2、继电器自身的延时效应 继电器电路中由于继电器自身的延时效应，当X0动作后，其输出Y0、Y1不能同时得电与断电，与PLC梯形图相比较，如图4.3所示。在PLC梯形图中，当X0动作后，其输出Y0、Y1同时得电与断电，这与继电器电路是不同的。
3、PLC中的软继电器 所谓软继电器是指PLC存储空间中的一个可以寻址的位。在PLC中软继电器的种类多、数量大。 例如FP0型PLC的内部继电器（R0~R62F）共有1008个，特殊继电器（R9000~R903F）共64个，定时器/计数器144个。 寄存器中触发器的状态可以读取任意次，相当于每个继电器有无数个常开和常闭触点供编程中使用。 （二）、 PLC编程原则 学习了PLC的指令系统后，就可以根据实际系统的控制要求编制程序，下面就来说明编程的基本原则。 1、 PLC软继电器的触点可以多次重复使用 PLC的输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。 2、梯形图的编制原则 梯形图的每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。
3、线圈一般不能与左母线相连(a)用内部继电器常闭触点实现输出图4.4 规则3的说明TMX0 K100R0R9010TMX0 K100(b)用内部特殊继电器实现输出 除步进程序外，任何继电器线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过一个没有使用的内部常OFF继电器的常闭触点或者特殊内部常ON继电器的常开触点来连接，参看图4.4。 (a)用内部继电器常闭触点实现输出 4、不允许双线圈输出 同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈的重复使用。
5、程序中不允许出现桥式电路 在PLC程序中，不能用桥式电路直接编程，参看图4.5 。 6、程序的编写顺序 程序的编写顺序应按自上而下、自左至右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”，如图4.6和图4.7所示。
(a)不符合左大右小的电路（共5步） 图4.7 规则6的说明 二、 PLC 编程实例 （一）、 生产线上自动分拣系统的 PLC 应用 1、概述 过去工厂检验产品时都采用手工作业，抽样检查，为了提高产品的质量和节省人手而采用了自动测定系统。考虑到系统结构紧凑及经济实用，采取松下PLC与LM 激光传感器的组合，能达到既经济又紧凑的目的。本文着重介绍 FP1、 LM 激光传感器以及上位机监控构成的实际使用系统。参见图 4.8。
2、系统构成 首先由传感器把距离转化为电信号，然后通过 A/ D模块采集，PLC 主机进行数据处理，控制及通讯，监控系统进行数据储存, 分析等，参见图 4.9 。 （1） LM 激光传感器 把距离转化为模拟信号。 （2）数据采集 将模拟信号转化为数字信号。 （3）控制处理 采用松下 FP1型 的 PLC 主机进行控制处理。 （4）监控系统 用 IBM微机，用 VB 软件编写的界面进行人机对话，并把 PLC 传来的数据记录存储到硬盘上，还可以画出动态时序图, 正态分布图，即时打印。分析研究加工条件和产生残次品的关系与运行状况，对生产知识的积累具有实际意义。
图4.9 系统结构示意图 3、部分硬件的设计 LM 激光传感器是采用松下 LM10 系列测量距离模拟传感器，具有高精度的测量和比较输出的功能。它的原理是用激光二极管发射出波长为 685mm的激光束，遇到障碍物反射回来，先后的时间差为Δt。LM 激光传感器是由探测体与控制体两个部分组成，其参数见表 4-1 和表 4-2 。
（1）探测体的选用 根据被测体的尺寸、测量精度、传输带宽度及安装的位置，我们就可以确定探测体型号。假设被测体的尺寸为 50 毫米，测量精度为 0.05 毫米，传输带宽度为 100 毫米，可以选探测体型号 ANR1150 ，检测中心距离为 50 毫米，检测精度为 0.005 um 。这样被测体两面在探测体的中心位置上，能减少检测误差，按图尺寸安装被测体的尺寸范围，可以在30mm~70mm，参看图4.10。 （2）控制体的选用 探测体与控制体是配套产品，它们之间的连接不必考虑。主要考虑控制体与A/D模块的匹配，A/D模块的输入信号有多种选择（输入0~5V；0~10V；0~20mA三种），根据A/D模块输入信号可以选择它们相近的信号，由表2可以查出，型号为ANR5141的模块输出信为4~20mA与A/D模块相近。把LM1的输出信号接在A/D模块的第一通道（CH0），LM2的输出信号接在A/D模块的第二通道（CH1）。
4、PLC的编程 我们检验被测体的尺寸有四种可能：①合格——测定范围内；②不合格——尺寸偏小；③不合格——尺寸偏大；④检测系统有出错可能——溢出测定范围。在上位机监控系统中设置测定上限值、测定下限值及测定值，并通过串行口传递给PLC，PLC把数据分别存在DT12、DT11、DT10中，对采集实际的数据进行比较。 （1）数据处理 探测体的信号传给控制体产生4~20mA的电信号，经过A/D模块转换成数字信号，由于A/D模块输入的信号时0~20mA对应的数字值为0~1000，我们还不能直接使用该数字，需要经过处理才能使用。也就是说，LM传感器检测的范围是±10mm对应4~20mA，经过A/D模块产生数字范围是200~1000，这样很容易得出实际的1mm相当于PLC处理的数据40。 通过PLC把LM1的数据读入存储器DT100中，把LM2的数据读入存储器DT101中，此时读入的数据加上中心距离减10mm，才是LM传感器到被测体的一面的距离。即：4、PLC的编程 我们检验被测体的尺寸有四种可能：①合格——测定范围内；②不合格——尺寸偏小；③不合格——尺寸偏大；④检测系统有出错可能——溢出测定范围。在上位机监控系统中设置测定上限值、测定下限值及测定值，并通过串行口传递给PLC，PLC把数据分别存在DT12、DT11、DT10中，对采集实际的数据进行比较。 （1）数据处理 探测体的信号传给控制体产生4~20mA的电信号，经过A/D模块转换成数字信号，由于A/D模块输入的信号时0~20mA对应的数字值为0~1000，
我们还不能直接使用该数字，需要经过处理才能使用。也就是说，LM传感器检测的范围是±10mm对应4~20mA，经过A/D模块产生数字范围是200~1000，这样很容易得出实际的1mm相当于PLC处理的数据40。我们还不能直接使用该数字，需要经过处理才能使用。也就是说，LM传感器检测的范围是±10mm对应4~20mA，经过A/D模块产生数字范围是200~1000，这样很容易得出实际的1mm相当于PLC处理的数据40。 通过PLC把LM1的数据读入存储器DT100中，把LM2的数据读入存储器DT101中，此时读入的数据加上中心距离减10mm，才是LM传感器到被测体的一面的距离。即： L1（DT110）=DT100+（50-10）×40=DT100+1600 L2（DT111）=DT101+（50-10）×40=DT101+1600 LM1与LM2的距离为：L=150×40=6000 被测体实际的尺寸为：D（DT112）=L-(L1+L2)
（2）梯形图程序 PLC梯形图程序如图4.11所示。 读LM1 读LM2 L1=LM1+1600 L2=LM2+1600 L3=LM1+LM2 D=6000-L3 比较是否合适 不合格上限以上 合格 不合格下限以下 溢出测定范围 标志传给上位机 实际尺寸传给上位机 图4.11 PLC程序梯形图
X0：LM激光模拟传感器—1输入；X1：LM激光模拟传感器—2输入；X2：测定定时输入；X0：LM激光模拟传感器—1输入；X1：LM激光模拟传感器—2输入；X2：测定定时输入； WY9：为CH0的地址；WY10：为CH1的地址 PLC根据DT20的值可以对不同的次品进行分类，把不同的次品 放在相对应的料槽里。 随着市场的激烈竞争，产品的质量要求越来越高，以往的人工抽样检查，无法满足生产的要求。采用自动生产线可以对产品逐一进行检查，由上位机设定检查的允许上、下限值，对所有产品实现自动检查，这样大大提高了产品质量，节省了人力，提高了生产经济效益。 (二）、FP0的PWM（脉宽调制）功能在变频调速系统中的应用 1、概述 变频器应用于电梯控制系统中的调速部分是现行工程发展的方向。传统的电梯工程一般采用大、中型PLC和A/D、D/A模块以及电梯专用变频器对专用电机进行速度控制。本文介绍一种小型PLC利用其PWM专用指令，不需A/D、D/A模块即可对变频器进行变频调速的方法，以期对中小型电梯企业提供一些借鉴。 脉宽调制PWM（pulse width modulation），即PLC输出的幅值、频率不变，占空比变化的信号。松下小型PLC如FP0具有PWM功能的指令，可直接控制变频器的启动、停止、无级调速运行等。现以六层电梯模型中的变频调速为例，论述PWM的应用设计。
2、PLC-变频器调速系统的构成 设计的PWM变频调速系统是由松下FP0型PLC、小型VF0变频器、旋转编码器、三相异步电动机、上位机等组成的具有速度反馈环节的闭环控制系统。 （1）变频器接线图 变频器的主电路接线较简单，从变频器的主回路端子U、V、W相接入三相异步电动机即可，主接线图略。本文只给出变频器与PLC控制电路接线图，如图4.12所示。 变频器控制端子 图4.12 PLC与变频器控制电路接线图 （2）闭环控制系统构成 为了控制电梯的平层定位精度，设计了具有速度反馈环节的闭环控制系统，如图4.13所示。实现闭环控制有两种方法：一种是采用内置PID变频器，利用变频器内部PID的功能形成自闭环；另一种是不采用内置PID变频器，上位机做总闭环计算的控制，其优点是采用上位机做各种PID的算法，计算速度快，控制精度高，采用FP0的专用PID指令，实现简单。其特点是所有的反馈信号都接到上位
上位机（计算机或PLC） 频率给定信号 反馈信号： 电压、电流 或脉冲信号 变频器 变频器电源 电机及检测元件 图4.13 闭环控制系统的设计 机，由上位机通过PWM信号输出控制变频器运行的速度。
3、PLC脉宽调制（PWM）程序梯形图设计 F170是PWM输出专用指令，在图4.14中“n”可设为K0或K1。当设定为K0时，脉宽调制波占用内部寄存器0通道，当R10为ON时，其输出波形由Y0输出；当“n”值设为K1时，脉宽调制波占用内部寄存器1通道，其输出波形由Y1输出。PWM脉宽调制波通过驱动器接到变频器的输入端子，变频器接受此信号后，输出频率改变，从而控制三相异步电机的转速。当PLC程序中DT21数据发生变化时，输出脉冲占空比随之而改变，变频器控制的电机转速相应发生变化。 R10 F170 PWM , DT20 , K0 s n 图4.14 PWM指令使用说明 由于高速计数器与PWM不能占用同一个通道。因此还需设置系统寄存器400来选择通道。FP0中高速计数器占用内部寄存器0通道，PWM只能用内部寄存器1通道。“n”值设定后，程序运行是不能改变的。图4.15为PWM初始化程序，DT20数据寄存器存放脉冲周期，K13位对应脉冲周期1ms，DT21中的数据为占空比的设定值，PLC在每次扫描时占空比都可以根据DT21值的改变而改变，用户可以通过F0（MV）指令来修改DT21的值，以达到修改PWM脉宽调制波占空比的目的。频率设置在PWM指令运行后不能再改变其参数。
初始化PWM控制指令 R9013 F0 MV , K13 , DT20 初始脉 冲信号 PWM控 制模式 F0 MV , K13 , DT21 PWM频 率控制 R9010 F170 PWM , DT20, K1 常闭 继电器 PWM控 制模式 图4.15 初始化梯形图设计 作为应用设计，必须考虑电梯运行平稳、舒适，还需考虑设计电梯的加减速程序。经过多次试验，结果表明电梯加减速的参数与楼层高度、速度、加减速时间等有关。图4.16、图4.17为电梯加减速运行的梯形图程序。 4.17为电梯加减速运行的梯形图程序。 减速程序设计：减速从当前速度开始，以一定斜率下降到一定值，在此数值确定的频率下运行，直至平层。当检测有轿厢减速信号且DT21数据寄存器中PWM波形输出占空比的值大于10%时，PWM输出按0.5%
R800 R9018 > DT21 , K100 （DF） 1 PWM频 率控制 0.01s时 钟脉冲 轿厢减 速信号 F27- , DT21 , K5 , DT21 1 PWM频 率控制 PWM频 率控制 图4.16 电梯减速梯形图程序 （如K5）不宜过小，过小会导致到平层时减速缓慢；也不宜过大，过大会导致平层出现过冲。
图4.17 电梯加速梯形图程序 加速程序设计：加速从零速开始，以一定斜率上升到一定值，在此数值确定的频率下运行。改变此梯形图中按比例递加值（K5）可以改变加速斜率。改变比较指令中数据K750的值可以限定加速后达到的最快速度。如本设计变频器最大频率设定为70Hz，则电梯稳定运行的频率为70×75%=52.5Hz。
