1、 搶答器PLC設計 本文介紹聾用三菱FX2N系列PLC對知識競賽搶答器的控制,闡述了控制方案。實現搶答器功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數字電路或模數混合電路。近年來隨著科技的飛速發展，單片機、PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統的控制檢測技術的不斷更新。本文采用本三菱公司生產的FX2N-48MR型PLC 作為核心控制器進行四路搶答器系統的設計，并且設計出了系統結構圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。同時根據知識競賽搶答器的控制要求和特點,確定PLC 的輸入輸出分配,并進行現場調試。關鍵詞:PLC 知識競賽搶答器 PLC程序設計第一章 概述可編程控制器（PLC）是一種

2、新型的通用自動化控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優點而應用越來越廣泛。可編程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。現已廣泛應用于工業控制的各個領域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制，還可以定時，計數和算術運算等，并通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。美國電氣制造商協會經過4年調查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡寫為PC。后來由于PC這個名稱常常被用來稱呼個人電腦（Perso

3、nal Computer），為了區別，現在也把可編程控制器稱為PLC。長見的幾種PLC如下圖1-1所示： 圖1-1三種常見的PLC1.1PLC的簡介國際電工委員會（IEC）于1987年對PLC定義如下:PLC是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置,是帶有存儲器,可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執行指令,進行邏輯運算,順序控制,定時,計數和算術等操作,并通過數字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機械和生產過程。PLC及其有關的外圍設備,都應按易于與工業控制系統形式一體,易于拓展其功能的原則設計。事實上,PLC就是以嵌入式CPU為核心,配以輸入,輸出等模塊,可以方便的用于工業

4、控制領域的裝置。PLC與機器人,計算機幫助設計與制造一起作為現代工業的三大支柱。1.2PLC的用途與特點1.2.1 PLC的用途PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降,使PLC的成本下降,同時又由于PLC的功能大大增強,使PLC 的應用越來越廣泛,廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環保等行業。PLC的應用通常可分為五種類型：（1）順序控制 這是PLC應用最廣泛的領域，用以取代傳統的繼電器順序控制。PLC可應用于單機控制、多機群控、生產自動線控制等。如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、

5、組合機床、磨床、裝配生產線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運動控制 PLC制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模版。在多數情況下，PLC把掃描目標位置的數據送給模版塊，其輸出移動一軸或數軸到目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，確保運動平滑。相對來說，位置控制模塊比計算機數值控制（CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環過程控制 PLC能控制大量的物理參數，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環控制功能,即一個具有PID控制能力的P

6、LC可用于過程控制。當過程控制中某一個變量出現偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設定值上。（4）數據處理 在機械加工中，出現了把支持順序控制的PLC和計算機數值控制（CNC）設備緊密結合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實現PLC和CNC設備之間內部數據自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由PLC送至CNC設備使用。美國GE公司的CNC設備新機種也同樣使用了具有數據處理的PLC。預計今后幾年CNC系統將變成以PLC為主體的控制和管理系統。（5）通信和聯網 為了適應國外

7、近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統、柔性制造系統（FMS）及集散控制系統（DCS）等發展的需要，必須發展PLC之間，PLC和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統，不僅PLC數據通信速率要求高，而且要考慮出現停電故障時的對策。1.2.2 PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性高 繼電接觸器控制系統雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設備連線復雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統的可靠性。傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和

8、輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。而PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。1.3 PLC的分類1.3.1按I/O點數容量分類一般來說，PLC處理的I/O點數比較多，反映控制關系比較復雜，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求PLC的指令及其他功能比較多，指令執行的過程比較快等。按PLC的輸入輸出點數可將PLC分為三類。（1）小型機 小型PLC的功能一般以開關量控制為主，其輸入、輸出總數在256點一下，用戶程序存儲器容量在4K字一下。

9、現在的高性能小型機還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。這類PLC價格低廉，體積小，適合于控制單臺設備，開發機電一體化產品。典型的小型機有OMRON公司的CPM2A系列、SIEMEN公司的S7-200 系列，MITSUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整式PLC等產品。（2）中型機 中型機PLC的輸入、輸出總點數在256-2048點之間，用戶程序存儲器容量達到2-8K字。中型機PLC不僅具有開關量和模擬量的控制功能，還具有更強的數字計算能力，他的通信功能和模擬量處理能力更強大。中型機的指令比小型機更豐富，適用于更復雜的邏輯控制系統以及連續生產過程控制場合。典型的中型機有

10、SIEMENS公司的S-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列模塊式PLC等產品。（3）大型機 大型機PLC的輸入、輸出總點數在2048點以上，用戶程序存儲器容量達到8-6K字。大型PLC的性能已經與工業控制計算機相當，他具有計算、控制和調節的功能，還具有很強的網絡結構和通信聯網能力。他的監視采用CRT顯示，能夠表示過程動態流程，紀錄各種曲線，PID調節參數選擇圖；他配備多種智能板，構成一個多功能系統。這種系統還可以和其他型號的PLC互聯，和上位機相連，組成一個集中分散的生產過程和產品質量控制系統。大型機適用于設備自動化控制、過程自動化控制和過程監控系統。典型的

11、大型PLC有SIEMENS公司的S7-400系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等產品。上述劃分沒有嚴格的界限，隨著PLC技術的飛速發展，某些小型PLC也具備中型機和大型機的功能，這也是PLC的發展趨勢。1.3.2按結構形式分類按PLC物理結構形式的不同，可分為整體式（也稱單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類。（1）整體式結構 整體式結構的PLC是將中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入單元、電源、通信端口、I/O擴展端口等組裝在一個箱體內構成主機。內外還有獨立的I/O擴展單元等通過擴展電纜與主機上的擴展端口相連，以構成PLC不同配置與主機配合使用。整體式結構的

12、PLC結構緊湊、體積小、成本低、安裝方便。小型機常用這種結構。（2）組合式結構 這種結構的PLC是將CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/O單元，通信單元等分別做成相應的電路板和擴展模塊。組合式的特點是配置靈活，輸入接點、輸出接點的數量可以自由選擇，各種功能模塊可以依需要靈活配置。大、中型PLC常用組合式結構。第二章 整體方案的選擇2.1整體功能介紹知識競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發展，他的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業機構、學校及企事

13、業單位, 它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性, 在一定程度上豐富了人們的業余生活。用PLC進行知識競賽搶答器設計，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。搶答器應用場合效果如下圖2-1所示： 圖2-12.2 競賽搶答器的控制要求（1）知識競賽搶答器能使4個隊同時參加搶答。（2）設裁判隊為裁判臺，參賽對為參賽臺。裁判臺設有音響和裁判燈，并且設有裁判臺開始按鈕SB0和裁判臺復位按鈕SB5；參賽臺設有參賽臺搶答按鈕以及參賽臺燈。1-4號參賽臺分別對應按鈕SB1-SB4及參賽臺燈EL1-EL4。（3）知識競賽搶答器能適合以下比賽規則：出題后，各隊搶答必須在裁判說出“

14、開始”并按下裁判臺的開始按鈕SB0后15S內搶答，并由數碼管顯示時間。如提前搶答，搶答器發出“違規”信號。15S時間到，如無隊搶答，則搶答器給出時間已到信號，該題作廢。在有隊搶答的情況下，則搶答器發出“搶答”信號，數碼管開始計時，并由數碼管顯示出搶到題的參考隊號，搶到題的隊必須在30S內答完題，如30S內未答完，則作超時處理。（4）燈光與音響信號的意義如下：1 音響叫（響1S）+某臺燈亮，由某參賽隊正常搶答。2 音響叫（響1S）+某臺燈亮+總臺燈亮，某參賽隊違規。3 音響叫（響1S）+裁判臺燈亮，無人搶答或答題超時。（5）在某個題結束后，裁判員按下臺上的復位按鈕SB5，搶答器恢復原來的狀態，為

15、下一輪搶答作好準備。（6）各輸出端口統一采用直流24V電源。2.3用單片機和PLC分別做系統的比較所謂單片機系統就是采用目前市場上的單片機CPU及其它外圍芯片，根據不同系統設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統，并在此基礎上設計程序以達到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業現場的應用已逐步被PLC所代替。單片機的可靠性：由于目前國內市場上的單片機芯片的品質良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數離散性也很大，批量小的產品不可能經過篩選配對等技術處理，因此這樣的

16、產品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數偏離設計要求都會引起系統的不穩定。另外，單片機的所有器件均不是工業級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統的不穩定。 單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發成本和周期都會增加。單片機的可維護性：一旦單片機系統出現故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統，這樣維修成本增加了。操作：現在國內單片機系統的操作均采用自設計的鍵盤，設定數據

17、用撥碼開關，顯示用LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發現故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長。總之，這樣的人機對話不夠友善。特點：不可靠，價格便宜。可編程控制器（PLC）： 所謂PLC系統就是采用目前市場上各大工業控制廠家生產的可編程控制器，根據要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業現場應用最為廣泛。PLC的可靠性：進口PLC采用的CPU都是生產廠家專門設計的工業級專用處理器，其余各元件也是直接向生產

18、廠家購買的，經過嚴格挑選的工業級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業控制的經驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調速的干擾下仍能正常工作。PLC的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發周期會縮短。PLC的可維護性：PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系統出現故障，根據自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調試工具，要找出故障也較為簡單。操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次

19、使用，也能根據提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統發生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據提示很快排除故障。特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。第三章 硬件電路設計3.1控制特點分析3.2 PLC機型的選擇步驟與原則PLC機型的選擇PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：(一)合理的結構型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。整體式PLC的每一個IO點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對

20、較小,一般用于系統工藝過程較為固定的小型控制系統中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在IO點數、輸入點數與輸出點數的比例、IO模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復雜的控制系統。(二)安裝方式的選擇PLC系統的安裝方式分為集中式、遠程IO式以及多臺PLC聯網的分布式。集中式不需要設置驅動遠程IO硬件，系統反應快、成本低；遠程IO式適用于大型系統，系統的裝置分布范圍很廣，遠程IO可以分散安裝在現場裝置附近，連線短，但需要增設驅動器和遠程IO電源；多臺PLC聯網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。(三)相應的功能要求一般小

21、型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數等功能，對于只需要開關量控制的設備都可滿足。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統，可選用能帶AD和DA轉換單元，具有加減算術運算、數據傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復雜，要求實現PID運算、閉環控制、通信聯網等功能，可視控制規模大小及復雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規模過程控制和集散控制系統等場合。(四)響應速度要求PLC是為工業自動化設計的通用控制器，不同檔次PLC的響應速度一般都能滿足其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮PLC的響應速度，

22、可選用具有高速IO處理功能的PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC等。(五)系統可靠性的要求對于一般系統PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統，應考慮是否采用冗余系統或熱備用系統。(六)機型盡量統一一個企業，應盡量做到PLC的機型統一。主要考慮到以下三方面問題：)機型統一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。)機型統一，其功能和使用方法類似，有利于技術力量的培訓和技術水平的提高。)機型統一，其外部設備通用，資源可共享，易于聯網通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統。隨著PLC技術的發展，PLC產品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結構形式、性能、容

23、量、指令系統、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統的技術經濟指標有著重要意義。3.3搶答器流程圖3.4程序中所使用的FX系列PLC的編程元件介紹FX2N的共有27條基本邏輯指令，其中包含了有些子系列PLC的20條基本邏輯指令。3.4.1三菱FX系列PLC取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）（1）LD（取指令） 一個常開觸點與左母線連接的指令，每一個以常開觸點開始的邏輯行都用此指令。（2）LDI（取反指令） 一個常閉觸點與左母線連接指令，每一個以常閉觸點開始的邏輯行都用此指令。（3）LDP（取上升沿指令） 與左母線連接

24、的常開觸點的上升沿檢測指令，僅在指定位元件的上升沿（由OFFON）時接通一個掃描周期。（4）LDF（取下降沿指令） 與左母線連接的常閉觸點的下降沿檢測指令。（5）OUT（輸出指令） 對線圈進行驅動的指令，也稱為輸出指令。取指令與輸出指令的使用如圖1所示。圖1 取指令與輸出指令的使用取指令與輸出指令的使用說明：1）LD、LDI指令既可用于輸入左母線相連的觸點，也可與ANB、ORB指令配合實現塊邏輯運算；2）LDP、LDF指令僅在對應元件有效時維持一個掃描周期的接通。圖3-15中，當M1有一個下降沿時，則Y3只有一個掃描周期為ON。3）LD、LDI、LDP、LDF指令的目標元件為X 、Y 、M 、

25、T、C、S；4）OUT指令可以連續使用若干次（相當于線圈并聯），對于定時器和計數器，在OUT指令之后應設置常數K或數據寄存器。3.4.2三菱FX系列PLC觸點串聯指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）（1）AND（與指令） 一個常開觸點串聯連接指令，完成邏輯“與”運算。（2）ANI（與反指令） 一個常閉觸點串聯連接指令，完成邏輯“與非”運算。（3）ANDP 上升沿檢測串聯連接指令。（4）ANDF 下降沿檢測串聯連接指令。觸點串聯指令的使用如圖2所示。圖2觸點串聯指令的使用說明：1）AND、ANI、ANDP、ANDF都指是單個觸點串聯連接的指令，串聯次數沒有限制，可反復使用。2）AND、AN

26、I、ANDP、ANDF的目標元元件為X、Y、M、T、C和S。3）圖2中OUT M101指令之后通過T1的觸點去驅動Y4稱為連續輸出。3.4.3三菱FX系列PLC觸點并聯指令（OR/ORI/ORP/ORF）（1）OR（或指令） 用于單個常開觸點的并聯，實現邏輯“或”運算。（2）ORI（或非指令） 用于單個常閉觸點的并聯，實現邏輯“或非”運算。（3）ORP 上升沿檢測并聯連接指令。（4）ORF 下降沿檢測并聯連接指令。觸點并聯指令的使用如圖3所示。圖3 觸點并聯指令的使用觸點并聯指令的使用說明：1）OR、ORI、ORP、ORF指令都是指單個觸點的并聯，并聯觸點的左端接到LD、LDI、LDP或LPF

27、處，右端與前一條指令對應觸點的右端相連。觸點并聯指令連續使用的次數不限；2）OR、ORI、ORP、ORF指令的目標元件為X、Y、M、T、C、S。3.4.4三菱FX系列PLC塊作指令（ORB / ANB）（1）ORB（塊或指令）用于兩個或兩個以上的觸點串聯連接的電路之間的并聯。ORB指令的使用如圖4.1所示圖4.1 ORB指令的使用ORB指令的使用說明：1）幾個串聯電路塊并聯連接時，每個串聯電路塊開始時應該用LD或LDI指令；2）有多個電路塊并聯回路，如對每個電路塊使用ORB指令，則并聯的電路塊數量沒有限制；3）ORB指令也可以連續使用，但這種程序寫法不推薦使用，LD或LDI指令的使用次數不得超

28、過8次，也就是ORB只能連續使用8次以下。（2）ANB（塊與指令）用于兩個或兩個以上觸點并聯連接的電路之間的串聯。 ANB 指令的使用說明如圖 4.2 所示。 如圖 4.2 ANB 指令的使用ANB指令的使用說明：1）并聯電路塊串聯連接時，并聯電路塊的開始均用LD或LDI指令；2）多個并聯回路塊連接按順序和前面的回路串聯時，ANB指令的使用次數沒有限制。也可連續使用ANB，但與ORB一樣，使用次數在8次以下。3.4.5三菱FX系列PLC置位與復位指令（SET/RST）置位與復位指令（SET/RST）（1）SET（置位指令） 它的作用是使被操作的目標元件置位并保持。（2）RST（復位指令） 使被

29、操作的目標元件復位并保持清零狀態。SET、RST指令的使用如圖5所示。當X0常開接通時，Y0變為ON狀態并一直保持該狀態，即使X0斷開Y0的ON狀態仍維持不變；只有當X1的常開閉合時，Y0才變為OFF狀態并保持，即使X1常開斷開，Y0也仍為OFF狀態。圖5置位與復位指令的使用SET 、RST指令的使用說明：1）SET指令的目標元件為Y、M、S，RST指令的目標元件為Y、M、S、T、C、D、V 、Z。RST指令常被用來對D、Z、V的內容清零，還用來復位積算定時器和計數器。2）對于同一目標元件，SET、RST可多次使用，順序也可隨意，但最后執行者有效。3.4.6傳送類指令MOV SMOV CMOV

30、 BMOV FMOV（1）傳送指令MOV (D)MOV(P)指令的編號為FNC12，該指令的功能是將源數據傳送到指定的目標。如圖1所示，當X0為ON時，則將S.中的數據K100傳送到目標操作元件D.即D10中。在指令執行時，常數K100會自動轉換成二進制數。當X0為OFF時，則指令不執行，數據保持不變。 圖6傳送指令的使用使用應用MOV指令時應注意：1）源操作數可取所有數據類型，標操作數可以是KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）16位運算時占5個程序步，32位運算時則占9個程序步。（2）移位傳送指令SMOV SMOV(P)指令的編號為FNC13。該指令的功能是將源數據（二進制）自動

31、轉換成4位BCD碼，再進行移位傳送，傳送后的目標操作數元件的BCD碼自動轉換成二進制數。如圖2所示，當X1為ON時，將D1中右起第4位（m1=4）開始的2位(m2=2) BCD碼移到目標操作數D2的右起第3位(n=3)和第2位。然后D2中的BCD碼會自動轉換為二進制數，而D2中的第1位和第4位BCD碼不變。圖2 移位傳送指令的使用使用移位傳送指令時應該注意：1）源操作數可取所有數據類型，目標操作數可為KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）SMOV指令只有16位運算，占11個程序步。（3）取反傳送指令CML (D)CML(P)指令的編號為FNC14。它是將源操作數元件的數據逐位取反并傳

32、送到指定目標。如圖3所示，當X0為ON時，執行CML，將D0的低4位取反向后傳送到Y3Y0中。圖3取反傳送指令的使用使用取反傳送指令CML時應注意：1）源操作數可取所有數據類型，目標操作數可為KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z.，若源數據為常數K，則該數據會自動轉換為二進制數。2）16位運算占5個程序步，32位運算占9個程序步。（4）塊傳送指令BMOV BMOV(P)指令的ALCE編號為FNC15，是將源操作數指定元件開始的n個數據組成數據塊傳送到指定的目標。如圖4所示，傳送順序既可從高元件號開始，也可從低元件號開始，傳送順序自動決定。若用到需要指定位數的位元件，則源操作數和目標操作數

33、的指定位數應相同。圖4塊傳送指令的使用使用塊傳送指令時應注意：1）源操作數可取KnX、 KnY、KnM、KnS、T、C、D和文件寄存器，目標操作數可取. KnT、KnM、KnS、T、C和D；2）只有16位操作，占7個程序步；3）如果元件號超出允許范圍，數據則僅傳送到允許范圍的元件。（5）多點傳送指令FMOV (D)FMOV(P)指令的編號為FNC16。它的功能是將源操作數中的數據傳送到指定目標開始的n個元件中，傳送后n個元件中的數據完全相同。如圖5所示，當X0為ON時，把K0傳送到D0D9中。圖5多點傳送指令應用使用多點傳送指令FMOV時應注意：1）源操作數可取所有的數據類型，目標操作數可取K

34、nX、KnM、KnS、T、C、和D，n小等于512；2）16位操作占7的程序步，32位操作則占13個程序步；3）如果元件號超出允許范圍，數據僅送到允許范圍的元件中。3.4.7三菱FX系列PLC常數（K、H）K是表示十進制整數的符號，主要用來指定定時器或計數器的設定值及應用功能指令操作數中的數值；H是表示十六進制數，主要用來表示應用功能指令的操作數值。 例如20用十進制表示為K20，用十六進制則表示為H14。3.4.8三菱FX系列PLC輸入繼電器（X）輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受PLC外部開關信號的元件。PLC通過輸入接口將外部輸入信號狀態（接通時為“1”，斷開時為“0”）讀入并存儲

35、在輸入映象寄存器中。如圖1所示為輸入繼電器X1的等效電路。圖1 輸入繼電器的等效電路輸入繼電器必須由外部信號驅動，不能用程序驅動，所以在程序中不可能出現其線圈。由于輸入繼電器（X）為輸入映象寄存器中的狀態，所以其觸點的使用次數不限。FX系列PLC的輸入繼電器以八進制進行編號，FX2N輸入繼電器的編號范圍為X000X267（184點）。注意，基本單元輸入繼電器的編號是固定的，擴展單元和擴展模塊是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。例如：基本單元FX2N-64M的輸入繼電器編號為X000X037（32點），如果接有擴展單元或擴展模塊，則擴展的輸入繼電器從X040開始編號。3.4.9三菱FX系列P

36、LC輸入繼電器（Y）輸出繼電器是用來將PLC內部信號輸出傳送給外部負載（用戶輸出設備）。輸出繼電器線圈是由PLC內部程序的指令驅動，其線圈狀態傳送給輸出單元，再由輸出單元對應的硬觸點來驅動外部負載。如圖1所示為輸出繼電器的等效電路。圖1 輸出繼電器的等效電路 每個輸出繼電器在輸出單元中都對應有維一一個常開硬觸點，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開還是常閉觸點，都可以無數次使用。 FX系列PLC的輸出繼電器也是八進制編號其中FX2N編號范圍為Y000Y267（184點）。與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號也是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。在

37、實際使用中，輸入、輸出繼電器的數量，要看具體系統的配置情況。3.4.10輔助繼電器輔助繼電器是PLC中數量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用M與十進制數共同組成編號（只有輸入輸出繼電器才用八進制數）。1通用輔助繼電器（M0M499）FX2N系列共有500點通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在PLC運行時，如果電源突然斷電，則全部線圈均OFF。當電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變為ON的以外，其余的仍將保持OFF狀態，它們

38、沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中作為輔助運算、狀態暫存、移位等。根據需要可通過程序設定，將M0M499變為斷電保持輔助繼電器。2斷電保持輔助繼電器（M500M3071）FX2N系列有M500M3071共2572個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態，并在重新通電后再現其狀態。它之所以能在電源斷電時保持其原有的狀態，是因為電源中斷時用PLC中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內容。其中M500M1023可由軟件將其設定為通用輔助繼電器。下面通過小車往復運動控制來說明斷電保持輔助繼電器的應用，如圖1所示。圖1 斷電保持輔助繼電器的作用

39、小車的正反向運動中，用M600、M601控制輸出繼電器驅動小車運動。X1、X0為限位輸入信號。運行的過程是X0= ONM600=ONY0=ON小車右行停電小車中途停止上電（M600=ONY0=ON）再右行X1=ONM600=OFF、M601=ONY1=ON（左行）。可見由于M600和M601具有斷電保持，所以在小車中途因停電停止后，一旦電源恢復，M600或M601仍記憶原來的狀態，將由它們控制相應輸出繼電器，小車繼續原方向運動。若不用斷電保護輔助繼電器當小車中途斷電后，再次得電小車也不能運動。3特殊輔助繼電器PLC內有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256個特殊輔

40、助繼電器，可分成觸點型和線圈型兩大類（1）觸點型 其線圈由PLC自動驅動，用戶只可使用其觸點。例如：M8000：運行監視器（在PLC運行中接通），M8001與M8000相反邏輯。M8002：初始脈沖（僅在運行開始時瞬間接通），M8003與M8002相反邏輯。M8011、M8012、M8013和M8014分別是產生10ms、100ms 、1s和1min時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。M8000、M8002、M8012的波形圖如圖2所示。圖2 M8000、M8002、M8012波形圖（2）線圈型 由用戶程序驅動線圈后PLC執行特定的動作。例如：M8033：若使其線圈得電，則PLC停止時保持輸出映象存儲器

41、和數據寄存器內容。M8034：若使其線圈得電，則將PLC的輸出全部禁止。M8039：若使其線圈得電，則PLC按D8039中指定的掃描時間工作。4、狀態器（S）狀態器用來紀錄系統運行中的狀態。是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后述的步進順控指令STL配合應用。如圖3-6所示，我們用機械手動作簡單介紹狀態器S的作用。當啟動信號X0有效時，機械手下降，到下降限位X1開始夾緊工件，加緊到位信號X2為ON時，機械手上升到上限X3則停止。整個過程可分為三步，每一步都用一個狀態器S20、S21、S22記錄。每個狀態器都有各自的置位和復位信號（如S21由X1置位，X2復位），并有各自要做的操作（驅動Y0、

42、Y1、Y2）。從啟動開始由上至下隨著狀態動作的轉移，下一狀態動作則上面狀態自動返回原狀。這樣使每一步的工作互不干擾，不必考慮不同步之間元件的互鎖，使設計清晰簡潔。 圖3 狀態器（S）的作用狀態器有五種類型：初始狀態器S0S9共10點；回零狀態器S10S19共10點；通用狀態器S20S499共480點；具有狀態斷電保持的狀態器有S500S899，共400點；供報警用的狀態器（可用作外部故障診斷輸出）S900S999共100點。在使用用狀態器時應注意：1）狀態器與輔助繼電器一樣有無數的常開和常閉觸點；2）狀態器不與步進順控指令STL配合使用時，可作為輔助繼電器M使用；3）FX2N系列PLC可通過程

43、序設定將S0S499設置為有斷電保持功能的狀態器。3.4.11PLC中的定時器（T）相當于繼電器控制系統中的通電型時間繼電器。它可以提供無限對常開常閉延時觸點。定時器中有一個設定值寄存器（一個字長），一個當前值寄存器（一個字長）和一個用來存儲其輸出觸點的映象寄存器（一個二進制位），這三個量使用同一地址編號。但使用場合不一樣，意義也不同。FX2N系列中定時器時可分為通用定時器、積算定時器二種。它們是通過對一定周期的時鐘脈沖的進行累計而實現定時的，時鐘脈沖有周期為1ms、10ms、100ms三種，當所計數達到設定值時觸點動作。設定值可用常數K或數據寄存器D的內容來設置。1通用定時器通用定時器的特點

44、是不具備斷電的保持功能，即當輸入電路斷開或停電時定時器復位。通用定時器有100ms和10ms通用定時器兩種。（1）100ms通用定時器（T0T199）共200點，其中T192T199為子程序和中斷服務程序專用定時器。這類定時器是對100ms時鐘累積計數，設定值為132767，所以其定時范圍為0.13276.7s。（2）10ms通用定時器（T200T245）共46點。這類定時器是對10ms時鐘累積計數，設定值為132767，所以其定時范圍為0.01327.67s。下面舉例說明通用定時器的工作原理。如圖1所示，當輸入X0接通時，定時器T200從0開始對10ms時鐘脈沖進行累積計數，當計數值與設定值

45、K123相等時，定時器的常開接通Y0，經過的時間為1230.01s=1.23s。當X0斷開后定時器復位，計數值變為0，其常開觸點斷開，Y0也隨之OFF。若外部電源斷電，定時器也將復位。圖1通用定時器工作原理2積算定時器積算定時器具有計數累積的功能。在定時過程中如果斷電或定時器線圈OFF，積算定時器將保持當前的計數值（當前值），通電或定時器線圈ON后繼續累積，即其當前值具有保持功能，只有將積算定時器復位，當前值才變為0。（1）1ms積算定時器（T246T249）共4點，是對1ms時鐘脈沖進行累積計數的，定時的時間范圍為0.00132.767s。（2）100ms積算定時器（T250T255）共6點

46、，是對100ms時鐘脈沖進行累積計數的定時的時間范圍為0.13276.7s。以下舉例說明積算定時器的工作原理。如圖2所示，當X0接通時，T253當前值計數數器開始累積100ms的時鐘脈沖的個數。當X0經t0后斷開，而T253尚未計數到設定值K345，其計數的當前值保留。當X0再次接通，T253從保留的當前值開始繼續累積，經過t1時間，當前值達到K345時，定時器的觸點動作。累積的時間為t0+t1=0.1345=34.5s。當復位輸入X1接通時，定時器才復位，當前值變為0，觸點也跟隨復位。圖2積算定時器工作原理3.4.12微分指令（PLS/PLF）FX系列PLC有基本邏輯指令20或27條、步進指

47、令2條、功能指令100多條（不同系列有所不同）。本節以FX2N為例，介紹其基本邏輯指令和步進指令及其應用。FX2N的共有27條基本邏輯指令，其中包含了有些子系列PLC的20條基本邏輯指令。微分指令（PLS/PLF）（1）PLS（上升沿微分指令） 在輸入信號上升沿產生一個掃描周期的脈沖輸出。（2）PLF（下降沿微分指令） 在輸入信號下降沿產生一個掃描周期的脈沖輸出。微分指令的使用如圖 1所示，利用微分指令檢測到信號的邊沿，通過置位和復位命令控制的狀態。圖 1微分指令的使用PLS、PLF指令的使用說明：1）PLS、PLF指令的目標元件為Y和M；2）使用PLS時，僅在驅動輸入為ON后的一個掃描周期內

48、目標元件ON，如圖3-21所示，M0僅在X0的常開觸點由斷到通時的一個掃描周期內為ON；使用PLF指令時只是利用輸入信號的下降沿驅動，其它與PLS相同。3.4.13位右移和位左移指令右循環移位指令(D)ROR(P)左循環移位指令(D)ROL(P)1循環移位指令右、左循環移位指令(D)ROR(P)和(D)ROL(P)編號分別為FNC30和FNC31。執行這兩條指令時，各位數據向右（或向左）循環移動n位，最后一次移出來的那一位同時存入進位標志M8022中，如圖1所示。圖1 右、左循環移位指令的使用 帶進位的循環右移位指令(D) RCR(P)帶進位的循環左移位指令和(D) RCL(P)2帶進位的循環

49、移位指令 帶進位的循環右、左移位指令(D) RCR(P)和(D) RCL(P)編號分別為FNC32和FNC33。執行這兩條指令時，各位數據連同進位（M8022）向右（或向左）循環移動n位，如圖2所示。圖2 帶進位右、左循環移位指令的使用 使用ROR/ROL/RCR/RCL指令時應該注意：1）目標操作數可取KnY，KnM，KnS，T，C，D，V和Z，目標元件中指定位元件的組合只有在K4（16位）和K8（32位指令）時有效。2）16位指令占5個程序步，32位指令占9個程序步。3）用連續指令執行時，循環移位操作每個周期執行一次。位右移指令SFTR(P)位左移指令SFTL(P)3位右移和位左移指令位右

50、、左移指令SFTR(P)和SFTL(P)的編號分別為FNC34和FNC35。它們使位元件中的狀態成組地向右（或向左）移動。n1指定位元件的長度，n2指定移位位數，n1和n2的關系及范圍因機型不同而有差異，一般為n2n11024。位右移指令使用如圖3 所示。圖3 位右移指令的使用 使用位右移和位左移指令時應注意：1）源操作數可取、，目標操作數可取、。2）只有位操作，占個程序步。字右移指令WSFR(P)字左移指令WSFL(P)4字右移和字左移指令字右移和字左移指令WSFR(P)和WSFL(P)指令編號分別為FNC36和FNC37。字右移和字左移指令以字為單位，其工作的過程與位移位相似，是將n1個字

51、右移或左移n2個字。使用字右移和字左移指令時應注意：1）源操作數可取KnX、KnY、KnM、KnS、T、C和D，目標操作數可取KnY、KnM、KnS、T、C和D。2）字移位指令只有位操作，占用個程序步3）n1和n2的關系為n2n1512。先入先出寫入指令SFWR(P)先入先出讀出指令SFRD(P)5.先入先出寫入和讀出指令先入先出寫入指令和先入先出讀出指令SFWR(P)和SFRD(P)的編號分別為FNC38和FNC39。先入先出寫入指令SFWR的使用如圖4所示, 當X0由OFF變為ON時，SFWR執行， D0中的數據寫入D2，而D1變成指針，其值為1（D1必須先清0）；當X0再次由OFF變為O

52、N時，D0中的數據寫入D3，D1變為2，依次類推，D0中的數據依次寫入數據寄存器。D0中的數據從右邊的D2順序存入，源數據寫入的次數放在D1中，當D1中的數達到n-1后不再執行上述操作，同時進位標志M8022置1。圖4 先入先出寫入指令的使用 先入先出讀出指令SFRD，當X0由OFF變為ON時，D2中的數據送到D20，同時指針D1的值減1，D3D9的數據向右移一個字，數據總是從D2讀出，指針D1為0時，不再執行上述操作且M8020置1。圖5 先入先出讀出指令的使用 使用SFWR和SFRD指令時應注意：1）目標操作數可取KnY、KnM、KnS、T、C和D，源操數可取所有的數據類型。2）指令只有1

53、6位運算，占7個程序步。3.5 PLC與七段LED顯示器連接設計3.5.1 LED數碼管的結構及原理 LED數碼管（LED Segment Displays）是由多個發光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數碼管常用段數一般為7段有的另加一個小數點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED數碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數碼管的內部電路，它

54、們的發光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。LED數碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數碼管內部引腳圖片圖1 這是一個7段兩位帶小數點 10引腳的LED數碼管 圖2 引腳定義每一筆劃都是對應一個字母表示 DP是小數點.LED數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數位，因此根據LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。A、靜態顯示驅動： 靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O埠進行驅動，或者使用如B

55、CD碼二-十進位*器*進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O埠多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5840根I/O埠來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O埠才32個呢。故實際應用時必須增加*驅動器進行驅動，增加了硬體電路的復雜性。B、動態顯示驅動： 數碼管動態顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形

56、，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個LED數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位元數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示資料，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O埠，而且功耗更低。3.5.4 外部硬件接線圖四路搶答器的原理圖第四章 軟件設計4. 輸入和輸出點分配表表1.表2 搶答器傳送系統輸入和輸出點分配表 輸入：主持人SB0 X0 第一個選手SB1 X1 第二個選手SB2 X2 第三個選