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模块四 PLC 的指令系统

模块四 PLC 的指令系统. 知识目标 ： 熟悉 PLC 的基本组成与工作原理；熟练掌握Ｆ X 系列可编程控制器基本指令及应用；熟悉编程的基本规则和技巧 能力目标 ： 能正确编写和阅读不太复杂的 PLC 用户程序；能进行 PLC 的 I/O 接线和熟练使用编程器. 一、可编程序控制器概述 二、可编程序控制器的基本组成 三、 PLC 的工作原理 四、 PLC 的编程语言 五、 FX 系列 PLC 概述 六、基本逻辑指令及使用 七、 PLC 的编程及应用 八、步进指令及状态编程法 九、应用指令的初步认识. 1. 可编程控制器的产生 1)PLC 的由来

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模块四 PLC 的指令系统

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  1. 模块四 PLC的指令系统 知识目标：熟悉PLC的基本组成与工作原理；熟练掌握ＦX系列可编程控制器基本指令及应用；熟悉编程的基本规则和技巧 能力目标：能正确编写和阅读不太复杂的PLC用户程序；能进行PLC的I/O接线和熟练使用编程器

  2. 一、可编程序控制器概述 二、可编程序控制器的基本组成 三、PLC的工作原理 四、PLC的编程语言 五、FX系列PLC概述 六、基本逻辑指令及使用 七、PLC的编程及应用 八、步进指令及状态编程法 九、应用指令的初步认识

  3. 1.可编程控制器的产生 1)PLC的由来 可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC。 2)PLC的定义 国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布了PLC的标准草案（第三稿），草案对PLC作了如下定义。 一、可编程序控制器概述

  4. 可靠性高，抗干扰强 功能强大，性价比高 编程简易，现场可修改 配套齐全，使用方便 寿命长，体积小，能耗低 系统的设计、安装、调试、维修工作 量少，维修方便 2. 可编程控制器的特点

  5. 按硬件结构分类 整体式结构 模块式结构。 3 、PLC的分类 • 按应用规模分类 • 超小型PLC32。 • 小型PLC （256点）。 • 中型PLC。 • 大型PLC1204。 • 超大型PLC4000。

  6. 模块式 底 板 电源模块 CPU模块 IO模块

  7. 在短短的20多年中，PLC得到了如此飞速的发展，并在各行各业得到了广泛的应用，这些事实说明，PLC具有强大的生命力。将成为工业控制领域的主要控制设备。在短短的20多年中，PLC得到了如此飞速的发展，并在各行各业得到了广泛的应用，这些事实说明，PLC具有强大的生命力。将成为工业控制领域的主要控制设备。 PLC将向两个方面发展： 一方面向着大型化的方向发展。 另一方面则向着小型化的方向发展。 4. 可编程序控制器的发展趋势

  8. 二、可编程序控制器的基本组成 1．PLC的硬件组成 可编程序控制器的组成基本同计算机一样,由电源、中央处理器（CPU）、存贮器、输入/输出接口及外围设备接口等构成。

  9. PLC内部主要部件有: 1）CPU（Central Process Unit） ①CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。 ②PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。 2）系统程序存储器 它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。 3）用户存储器 用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。

  10. 4）输入接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实习室涉及到的信号当中，开关量最普遍，也是实验条件所限，在次我们主要介绍开关量接口电路。

  11. 5）输出接口电路 输出接口接收主机的输出信息，并进行功率放大和隔离，经过输出接线端子向现场的输出部分输出相应的控制信号。输出接口电路一般由微电脑输出接口和隔离电路、功率放大电路组成。可编程序控制器的输出元件有三种形式即继电器输出(M)、晶体管输出(T)和晶闸管输出(SSR)。 继电器输出(M)

  12. 晶体管输出(T) 晶闸管输出(SSR)

  13. 6）编程器 编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。 7）外部设备 一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。 8）电源 根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。

  14. 2．PLC的软件组成 PLC系统也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。其软件主要有以下几个逻辑部件： 1）继电器逻辑 输入继电器（X）：把现场信号输入PLC，同时提供无限多个常开、常闭触点供用户编程使用。在程序中只有触点没有线圈，信号由外部信号驱动。编号采用八进制，分别为X000—X007，X010-X017等。 输出继电器（Y）：具备一对物理接点，可以串接在负载回路中，对应物理元件有继电器、晶闸管和晶体管。外部信号不能直接驱动，只能在程序中用指令驱动。编号采用八进制，分别为Y000—Y007，Y010-Y017等。

  15. 内部继电器（M）：与外界没有直接联系，仅作运算的中间结果使用。有时也称为辅助继电器或中间继电器。和输出继电器一样，只能由程序驱动。每个辅助继电器有无限多对常开、常闭触点，供编程使用。地址号按十进制分配，通用型辅助继电器有M0-M499共500点，保持型辅助继电器有M500-M1023共524点，特殊型辅助继电器有M8000-M8255共157点。内部继电器（M）：与外界没有直接联系，仅作运算的中间结果使用。有时也称为辅助继电器或中间继电器。和输出继电器一样，只能由程序驱动。每个辅助继电器有无限多对常开、常闭触点，供编程使用。地址号按十进制分配，通用型辅助继电器有M0-M499共500点，保持型辅助继电器有M500-M1023共524点，特殊型辅助继电器有M8000-M8255共157点。 2)定时器逻辑 3)计数器逻辑 PLC除能进行位运算外，还能进行字运算。PLC为用户提供了若干个数据寄存器，以存储有效数据。

  16. 三、PLC的工作原理 1.可编程序控制系统的等效电路

  17. 1) 输入部分 这一部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端驱动输入继电器。 2) 内部控制电路 这部分电路是由用户程序形成的即用软件代替硬件电路。它的作用是按照程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。 3) 输出部分 输出部分由与内部控制电路隔离的输出继电器的外部动合触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。

  18. 2.可编程序控制器的工作方式 PLC则是采用循环扫描的工作方式。一个扫描周期主要可分为3个阶段。

  19. 四、PLC的编程语言 PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、顺序功能流程图和功能块图。 1．梯形逻辑图（LAD） 梯形逻辑图简称梯形图(Ladder programming)，它是从继电器一接触器控制系统的电气原理图演化而来的，是一种图形语言。它沿用了常开触点、常闭触点、继电器线圈、接触器线圈、定时器和计数器等术语及图形符号，也增加了一些简单的计算机符号，来完成时间上的顺序控制操作。触点和线圈等的图形符号就是编程语言的指令符号。这种编程语言与电路图相呼应，使用简单，形象直观，易编程，容易掌握，是目前应用最广泛的编程语言之一。

  20. (a) 梯形图(b) 语句表 图4-7

  21. 2．指令语句表(STL) 指令语句表简称语句表(statementlist，简写为STI。)，类似于计算机的汇编语言，它是用语句助记符来编程的。中、小型PLC一般用语句表编程。 3．顺序功能流程图(SFC) 顺序功能流程图(SFC)编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。使用它可以对具有并发、选择等复杂结构的系统进行编程，许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。 4.功能块图(FBD) 利用FBD可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯形图编程器中的触点和线圈，FBD编程语言有利于程序流的跟踪，但在目前使用较少。

  22. 五、FX系列PLC概述 三菱电机现有的FX系列产品样本中仅有FX1S、FX1N、FX2N和FX2NC这四个子系列。FX系列的适应面广，FX2N和FX2NC最多扩展256个I/O点，并且有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，是国内使用最广泛的PLC系列产品之一。 1. FX系列PLC的型号

  23. 类 型 输 入 点 数 输 出 点 数 FX2N-16MR 8 8 FX2N-32MR 16 16 FX2N-48MR 24 24 FX2N-64MR 32 32 FX2N-80MR 40 40 FX2N-128MR 64 64 2.FX2N系列PLC的基本单元 FX2N系列是FX系列中功能最强、速度最高的小型PLC。其基本单元见下表：

  24. 3. FX2N系列PLC的编程元件 1）输入继电器（X0～X177）：PLC的输入端子是从外部开关接收信号的窗口。输入继电器最多可达128点，采用八进制编号，且不能用程序驱动。 2）输出继电器（Y0～Y177）：PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器最多可达128点，且编号为八进制。外部负载的驱动必须由输出继电器实行。 3）辅助继电器（M） ① 通用辅助继电器M0～M499（500点） ② 停电保持辅助继电器M500～ M1023（524点） ③ 特殊辅助继电器M8000～M8255（256点）

  25. 4)状态元件（S） 在步进顺控系统的编程中状态元件S是重要的软元件。它与后述的步进顺控指令 STL 组合使用。有以下四种类型： 初始状态S0～S9(10点)；回零S10～S19（10点）；通用S20～S499(480点)；保持S500～S899（400点） 5）指针（P／I） ① 分支指令用指针P0～P63（64点） ② 中断用指针I0□□～I8□□（9点）

  26. 6）定时器（T）（字、bit） 定时器的元件号及其设定值和动作如下： 100ms定时器T0～T199(200点)，设定值0.1～3276.7秒 10ms定时器T200～T245(46点)，设定值0.01～327.67秒 7)计数器（C（字、bit） 8) 数据寄存器（D）（字） 可编程控制器用于模拟量控制、位置量控制、数据I／Ｏ时需要许多数据寄存器存贮参数及工作数据。 9）变址寄存器（V／Z）（字） 变址寄存器的作用类似于Z80中的变址寄存器IX、IY，通常用于修改软元件的元件号。 V与Z都是16bit数据寄存器。

  27. 符号名称 功能 操作元件 LD取 常开触点逻辑运算起始 X、Y、M、S、T、C LDI取反 常闭触点逻辑运算起始 X、Y、M、S、T、C OUT输出 线圈驱动 Y、M、S、T、C 六、基本逻辑指令及使用 简介FX2N的基本指令形式、功能和编程方法。 1. LD、LDI、OUT指令

  28. 1）程序举例： 2）例题解释：当X0接通时，Y0接通；当X1断开时，Y1接通。

  29. 3）指令使用说明： ①LD和LDI指令用于将常开和常闭触点接到左母线上； ②LD和LDI在电路块分支起点处也使用； ③OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态继电器、定时器、计数器的线圈驱动指令，不能用于驱动输入继电器，因为输入继电器的状态是由输入信号决定的。 ④OUT指令可作多次并联使用，如下图。

  30. 符号名称 功能 操作元件 AND与 常开触点串联连接 X、Y、M、S、T、C ANI与非 常闭触点串联连接 X、Y、M、S、T、C 2. AND、ANI指令

  31. 1）程序举例： 2）例题解释：①当X0接通，X2接通时Y0接通；②X1断开，X3接通时Y2接通；③常开X4接通，X5断开时Y3接通；④X6断开，X7断开，同时达到2.5秒时间，T1接通，Y4接通。

  32. 3）指令说明： AND、ANI指令可进行1个触点的串联连接。串联触点的数量不受限制，可以连续使用；OUT指令之后，通过触点对其他线圈使用OUT指令，称之为纵接输出。这种纵接输出如果顺序不错，可多次重复使用；如果顺序颠倒，就必须要用我们后面要学到的指令（MPS/MRD/MPP）如下图。

  33. 符号名称 功能 操作元件 OR或 常开触点并联连接 X、Y、M、S、T、C ORI或非 常闭触点并联连接 X、Y、M、S、T、C 3. OR、ORI指令

  34. 1）程序举例： 2）例题解释：①当X0或X3接通时Y1接通；②当X2断开或X4接通时Y3接通；③当X4接通或X1断开时Y0接通；④当X3或X2断开时Y6接通。

  35. 3）指令说明： ①OR、ORI指令用作1个触点的并联连接指令； ②OR、ORI指令可以连续使用，并且不受使用次数的限制； ③OR、ORI指令是从该指令的步开始，与前面的LD、LDI指令步进行并联连接； ④当继电器的常开触点或常闭触点与其他继电器的触点组成的混联电路块并联时，也可以用这两个指令。

  36. 4. 串联电路块并联指令ORB、并联电路块串联指令ANB 1）程序举例：

  37. 2）例题解释：①X0与X1、X2与X3、X4与X5任一电路块接通，Y1接通; ②X0或X1接通，X2与X3接通或X4接通，Y0都可以接通. 3）指令说明： ①ORB、ANB无操作软元2个以上的触点串联连接的电路称为串联电路块； ②将串联电路并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结束用ORB指令； ③ORB、ANB指令，是无操作元件的独立指令，它们只描述电路的串并联关系； ④有多个串联电路时，若对每个电路块使用ORB指令，则串联电路没有限制，如上举例程序； ⑤若多个并联电路块按顺序和前面的电路串联连接时，则ANB指令的使用次数没有限制.

  38. 5. 分支多重输出MPS、MRD、MPP指令 MPS指令：将逻辑运算结果存入栈存储器； MRD指令：读出栈1号存储器结果； MPP指令：取出栈存储器结果并清除。 用于多重输出电路；FX的PLC有11个栈存储器，用来存放运算中间结果的存储区域称为堆栈存储器。使用一次MPS就将此刻的运算结果送入堆栈的第一段，而将原来的第一层存储的数据移到堆栈的下一段。

  39. 1）程序举例： 2）例题解释：①当公共条件X0闭合时，X1闭合则Y0接通；②X2接通则Y1接通；Y2接通；③X3接通则Y3接通。

  40. 6. 主控指令MC、MCR 1）程序举例： 2）例题解释：①当X0接通时，执行主控指令MC到MCR的程序；②MC至MCR之间的程序只有在X0接通后才能执行。

  41. 7. 置位指令SET、复位指令RST SET指令称为置位指令：功能为驱动线圈输出，使动作保持，具有自锁功能。 RST指令称为复位指令：功能为清除保持的动作，以及寄存器的清零。

  42. 1）程序举例： 2）例题解释：①当X0接通时，Y0接通并自保持接通；②当X1接通时，Y0清除保持。

  43. 8. 上升沿微分脉冲指令PLS、下降沿微分脉冲指令PLF PLS指令：上升沿微分脉冲指令，当检测到逻辑关系的结果为上升沿信号时，驱动的操作软元件产生一个脉冲宽度为一个扫描周期的脉冲信号。 PLF指令： 下降沿微分脉冲指令，当检测到逻辑关系的结果为下降沿信号时，驱动的操作软元件产生一个脉冲宽度为一个扫描周期的脉冲信号。

  44. 1）程序举例： 2）例题解释：①当检测到X0的上升沿时，PLS的操作软元件M0产生一个扫描周期的脉冲，Y0接通一个扫描周期；②当检测到X1的上升沿时，PLF的操作软元件M1产生一个扫描周期的脉冲，Y1接通一个扫描周期。

  45. 9. INV取反指令 INV指令是将即将执行INV指令之前的运算结果反转的指令，无操作软元件。 1）程序举例： 2）例题解释：X0接通，Y0断开；X0断开，Y0接通。

  46. 10. 空操作指令NOP、结束指令END 1）NOP指令：称为空操作指令，无任何操作元件。其主要功能是在调试程序时，用其取代一些不必要的指令，即删除由这些指令构成的程序；另外在程序中使用NOP指令，可延长扫描周期。若在普通指令与指令之间加入空操作指令，可编程序控制器可继续工作，就如没有加入NOP指令一样；若在程序执行过程中加入空操作指令，则在修改或追加程序时可减少步序号的变化。 2）END指令：称为结束指令，无操作元件。其功能是输入输出处理和返回到0步程序。

  47. 七、PLC的编程及应用 1. PLC编程特点 1）程序执行顺序比较

  48. 2）PLC程序的扫描执行结果 3）PLC软件特性 PLC在梯形图里可以无数次地使用其触点，既可以是常闭也可以是常开。

  49. 2.PLC编程的基本规则 1）X、Y、M、T、C等器件的触点可多次重复使用。 2）梯形图每一行都是从左边母线开始，线圈接在最右边。 3）线圈不能直接与左边的母线相连。 4）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，应避免线圈重复使用。步进顺序控制除外。 5）梯形图必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下地执行。如不符合顺序执行的电路不能直接编程。桥式电路梯形图就不能直接编程。

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