§3可編程控制器的軟件和用戶環境一、PLC的軟件結構軟件結構監控程序用戶程序1.監控程序監控程序是可編程控制器產品必須包括的部分，有生產廠家提供。其功能如下：

1）系統管理運行管理：何時輸入、何時輸出、何時運算、何時自檢、何時通訊等進行時間上的分配管理。程序空間的管理：生成用戶環境。系統自檢程序：系統出錯檢驗、用戶程序語法檢驗、句法檢驗等。2）用戶指令解釋程序編輯程序和解釋程序。3）標準程序和系統調用2.用戶程序用戶在PLC提供的編程環境下編制的完成控制功能的程序。1.用戶數據結構

1）位數據這是一類邏輯量，其值只有“0”或“1”。2）字數據其數制、字長有很多形式。單字或雙字、十進制（K）或十六進制(H)等。3）位和字的混合。二、用戶環境2、PLC的內部等效電路輸入設備輸出設備輸入部分：等效輸入繼電器。邏輯控制部分：由用戶程序實現的邏輯關系。構成邏輯電路的元件是等效編程元件。輸出部分：等效輸出繼電器。三菱F系列PLC的基本情況日本三菱的早期產品，小型機，整體式結構，包括：基本單元，擴展單元、特殊單元三種。3.PLC的元件用戶可以使用的輸入輸出接口、內部存儲單元——統稱元件。型號表示方法入出總點數M(基本單元)E（擴展單元）輸出類型R－繼電器輸出T－晶體管輸出S－晶閘管輸出電源種類V－100/110V交流E－220/240V交流D－24V直流FX2N—1234－FX2N--48MR主要技術指標輸入、輸出點總數：48功耗：25VA定時器：16個計數器：16個輔助繼電器：192個（64個有掉電保護）內存：890字運算速度：45us/步序（平均）指令：20條輸出形式：繼電器輸出梯形圖PLC梯形圖：是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內部橫豎線。內部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現輸出控制，或為數據控制、流程控制、通訊處理、監控工作等指令，以進行相應的工作。母線是用來連接指令組的。軟繼電器PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應。該存儲單元如果為“1”狀態，則表示梯形圖中對應軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態。如果該存儲單元為“0”狀態，對應軟繼電器的線圈和觸點的狀態與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。能流的概念如上圖所示觸點1、2接通時，有一個假想的“概念電流”或“能流”(PowerFlow)從左向右流動，這一方向與執行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。能流只能從左向右流動。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。圖a中可能有兩個方向的能流流過觸點5（經過觸點1、5、4或經過觸點3、5、2），這不符合能流只能從左向右流動的原則，因此應改為圖b所示的梯形圖。

母線梯形圖兩側的垂直公共線稱為母線(Busbar）。在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。

梯形圖的邏輯解算根據梯形圖中各觸點的狀態和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據輸入映像寄存器中的值，而不是根據解算瞬時外部輸入觸點的狀態來進行的

梯形圖編程的一般規則一，梯形階梯都是始于左母線，終于右母線(通常可以省掉不畫，僅畫左母線)。每行的左邊是接點組合，表示驅動邏輯線圈的條件，而表示結果的邏輯線圈只能接在右邊的母線上。接點不能出現在線圈右邊。如下圖(a)應改為(b)：梯形圖編程的一般規則二，接點應畫在水平線上，不應畫在垂直線上，如下圖(a)中的接點X005與其它接點間的關系不能識別。對此類橋式電路，應按從左到右，從上到下的單向性原則，單獨畫出所有的去路。如圖(b)所示：

梯形圖編程的一般規則三，并聯塊串聯時，應將接點多的去路放在梯形圖左方(左重右輕原則);串聯塊并聯時，應將接點多的并聯去路放在梯形圖的上方(上重下輕的原則)。這樣做，程序簡潔，從而減少指令的掃描時間，這對于一些大型的程序尤為重要。如下圖所示：梯形圖編程的一般規則四，不宜使用雙線圈輸出。若在同一梯形圖中，同一組件的線圈使用兩次或兩次以上，則稱為雙線圈輸出或線圈的重復利用。雙線圈輸出一般梯形圖初學者容易犯的毛病之一。在雙線圈輸出時，只有最后一次的線圈才有效，而前面的線圈是無效的。這是由PLC的掃描特性所決定的。編程元件1.輸入繼電器（X0~X7，X10~X17，X20~X27，…）注意：元件編號采用八進制輸入繼電器狀態由外部信號驅動，在用戶程序中可進行無限次讀操作。2.輸出繼電器（Y0~Y7，Y10~Y17，Y20~Y27，…）主要用于將內部邏輯結果傳遞到外部負載，每一輸出繼電器對應一個輸出接點控制一個外部負載。在用戶程序中，只能對其進行一次寫操作，但可無限次讀操作。3.輔助繼電器(M)

編號從M0開始

十進制編碼

通用型和掉電保護型兩種輔助繼電器僅供內部使用4.定時器（T）

編號從T0開始；十進制編碼定時器按定時時鐘的不同進行分組

延時時間由設定的K值大小確定定時器做計時功能5.計數器(C)

編號從C0開始；十進制編碼分加計數、減計數和雙向計數器分掉電保護和通用型兩種

計數值由設定的K值大小確定可對外部事件或內部脈沖進行計數。6.特殊輔助繼電器(M)M8000：運行監視當PLC處于運行狀態時，M8000自動為“1”；反之，M8000為“0”M8002：產生初始化脈沖PLC的第一個掃描周期內，M8002為“1”，以后為“0”。M8000M8002M8012：以周期為100ms循環通斷M8030：鋰電池電壓下降到一定值時M8030為“1”M8033：PLC停止運行時輸出保持M8034：若使M77得電將起到禁止全部輸出的作用M80127.狀態元件(S)

編號從S0開始；十進制編碼分初始狀態元件、原位狀態元件、通用狀態元件和保持狀態元件狀態元件是步進順序控制的重要元件。8.指針（P/I）

編號從0開始十進制編碼調用指令和跳轉用分支指正P，中斷程序使用中斷指針I§4可編程控制器的基本邏輯指令和編程一、PLC的常用編程語言助記符語言：類似于匯編語言，用易于記憶的助記符表達某種操作梯形圖語言:與傳統的繼電器－接觸器控制線路圖相似，不同的是特定元件和構圖規則LDX400ORX402ANIX401OUTY430LDX402OUTY431形象、直觀、易于接受邏輯功能圖語言：類似于與、或、非邏輯電路順序功能流程圖語言：類似于程序框圖。對于一些較復雜的順序控制，用此較易易于描述較為復雜的控制功能，表達直觀二、梯形圖程序設計的規則和方法梯形圖中的元件：必須是對應PLC中給定編號的編程元件梯形圖符號：觸頭表示讀取位元件的狀態；線圈表示對位元件進行寫操作；母線：假象能電流從左母線流向右母線邏輯行（每一線圈為一邏輯行）：按自上而下，自左而右的順序畫邏輯行線圈和觸點的使用：線圈：線圈右邊必須連右母線，左邊必須有觸點，同一程序中同一元件的線圈使用兩次或以上稱為雙線圈輸出，一般不應出現雙線圈輸出。觸點：軟觸點，可以無限次的使用，觸點不能連到右母線。程序有結尾標志§2三菱F系列PLC的基本指令輸入、輸出指令LD：“取”指令，用于母線、分支電路開始時讀取位元件X、Y、M、T、C、S的狀態。LDI：“取反”指令，用于母線、分支電路開始時讀取位元件X、Y、M、T、C、S的反碼。OUT：輸出，對位元件Y、M、T、C、S進行寫操作。注意：驅動T或C時，該指令后必須設常數K值。輸入輸出指令編程示例LDX000OUTY000LDIX001OUTM100OUTT0K19LDT0OUTY001LD、LDI地址碼：X、Y、C、T、M、SOUT地址碼：Y、C、T、M、S邏輯指令與指令AND：“與”，一個位元件的狀態與前面狀態的串聯指令ANI：“與非”，一個位元件的反碼與前面狀態的串聯指令地址碼：X、Y、M、T、C、SLDX002ANDM102OUTY035LDY035ANIX003OUTM102ANDT1OUTY036或指令OR：”或“，一個位元件的狀態與前面狀態進行或操作的指令ORI：”或非”，個位元件的反碼與前面狀態進行或操作的指令地址碼：X、Y、M、T、C、SLDX014ORX016ORIM102OUTY035LDY035ANDX015ORM103ANIX017ORIM110OUTM103電路塊連接指令ORB：塊電路或指令，兩個以上觸點串聯的支路與前面支路并聯連接指令LDX001ANDX002LDIX003ANDX004ORBLDX005ANIX006ORBORX007OUTY036ANB：電路塊與指令，用于并聯電路塊與前面接點電路或并聯電路塊的串聯連接指令LDX001ANDX002LDX003ANIX004ORBLDX005ANDX006LDIX007ANDX010ORBANBORX011OUTY030復位指令RST：用于對計數器、移位寄存器的復位計數器及復位指令使用示例LDX000RSTC0LDX401OUTC0K10LDC0OUTY030復位輸入端為1：K值置入計數器計數器狀態為0計數輸入端每通斷一次，計數值減1或減1計數器狀態：當計數值計到設定值時，計數器狀態為1一直保持直到被復位指令復位注：當復位輸入保持時，計數信號不起作用計數器有掉電保護和普通性復位輸入端為0：M8002——特殊輔助繼電器定時時間=100X600ms脈沖輸出指令

PLS：將脈寬較寬的輸入信號變成脈寬等于PLC掃描周期的脈沖信號保持指令SET：置位保持指令RST：復位保持指令LDX001SETM202LDX002RSTM202使M202置位并保持使M202復位并保持移位寄存器和移位指令移位寄存器由輔助繼電器組成，可由8個（或16個）組成一個8位（或16位）的移位寄存器。組成移位寄存器的第一個輔助繼電器的地址號就是移位寄存器的地址號。當輔助寄存器作為移位寄存器時就不能作為它用。SFT：移位指令，使移位寄存器的內容進行移位操作。移位寄存器和移位指令（1）先用RST指令將移位寄存器復位（清零）。當401閉合，110-117各位均被清零。在進行正常移位工作時，401應斷開；（2）由數據輸入端輸入數據。這是指第一個輔助繼電器的狀態；（3）用移位指令SFT移位。從移位脈沖輸入端逐次輸入移位脈沖，使數據在移位寄存器中從左向右逐次移位。400每閉合一次，數據右移一次。移位寄存器的各位可并行輸出。主控母線指令（目標元素M100~M177）MC：主控開始，引出一條分支母線MCR：主控返回，使分支母線結束并回到原來的母線上多個繼電器同時受一個觸點或一組觸點控制，這種控制稱為主控指令多，占用內存多輸出繼電器Y530、Y531、Y532受輸入繼電器X500、X501主控LDX500ANDX501OUTM100MCM100LDX502OUTY530LDX503OUTY531LDX504OUTY532MCRM100LDX505OUTY533更好的辦法：采用主控指令注意：MC、MCR必須成對出現。分支母線上每一邏輯行編程時，都要用LD或LDI指令開始。可嵌套使用主控母線指令，最多8次。跳步指令CJP：跳轉開始EJP：跳轉結束（1）CJP、EJP后面跟一個標號，代表目的地址。為：700~777之間的3位8進制數。程序A跳轉條件成立？程序C程序BYN（2）程序中CJP跳轉目的地、必須有EJP對應。CJP總在前，EJP總在后。圖空操作指令NOP：不完成任何操作，只是占用一步的時間。程序結束指令END：用于結束程序，表示程序終了指令小結：LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI——對觸點操作的指令ANB、ORB——觸點塊連接指令OUT、SET、RST、PLS——對線圈操作的指令CJP、EJP、MC、MCR、MPS、MRD、MPP、NOP、END——其它指令堆棧指令MPS：進棧指令MRD：讀棧指令MPP：出棧指令LDX500ANDX501MPSANDX502OUTY530MRDANDX503OUTY531MPPANDX504OUTY532LDX505OUTY533四、常用編程注意事項1.程序的正確性正確的程序X001X002Y001X004X005X003X001X004Y001X004X005X003X002X001X005X002X003正確的程序X001X004Y031X003Y032X001X004Y031X003Y032Y431雙線圈輸出，前一個無效X402、Y400是不存在的元件地址X000Y001X402X001Y001Y400LDX400LDX401ANDX402ORBOUTY431LDX401ANDX402ORX400OUTY4312.程序的合理性觸點串并聯原則：“左重右輕，上重下輕”LDX400LDX401ORX402ANBOUTY431LDX401ORX402ANDX400OUTY431移位寄存器的使用1）移位寄存器的串聯移位寄存器的使用串聯連接的規則是：a.在梯形圖中，基本移位寄存器放在下面，需要串聯的往上加；b.將第一組末位的輸出接到第二組的輸入；c.兩組的移位和復位信號是相同的。2）環形寄存器將移位寄存器的末位的輸出信號作為本移位寄存器的輸入信號，就構成了環形移位寄存器，如圖7.25所示。環形移位寄存器的初值由400設置。定時器的使用1）通電延時通電延時即輸入接通，延時一段時間后輸出才接通，實現上述功能的程序如圖7.26所示。梯形圖表示，當輸入信號X400閉合時，定時器T450開始計時，當定時器的當前值等于設定時間時，輸出Y030接通，直到輸入信號X400斷開為止。輸入輸出之間的關系如圖7.26(b)所示。2）斷電延時斷電延時即輸入斷開，延時一段時間后輸出才斷開，實現上述功能的程序如圖7.27所示。梯形圖表示，當輸入信號X400閉合時，輸出Y030接通，當輸入X400斷開時，定時器T450開始計時，當定時器的當前值等于設定時間時，輸出由接通變為斷開。輸入輸出之間的關系如圖7.26(b)所示。3）用定時器產生周期脈沖信號在工業中常需要一些不同脈寬、不同頻率的脈沖信號，圖7.28所示是用兩個時間器形成的脈沖輸出程序。梯形圖表示：當M100由0變1時，Y430輸出脈寬由寄存器D2確定，頻率由寄存器D1和寄存器D2確定的脈沖信號。改變寄存器D1和D2的值，就可改變脈沖信號的脈寬和頻率。可編程控制器的應用1．用于開關量邏輯控制開關量邏輯控制是PLC最早也是最基本的應用，PLC可靈活地用于邏輯控制、順序控制，利用PLC取代常規的繼電器邏輯控制已是非常廣泛的一種應用。如用于組合機床及自動化生產線等的控制，高爐的上下料、自動電梯升降、港口碼頭的貨物存放與提取、采礦業的皮帶運輸等的控制，既可實現單機控制，也可用于多機控制。2．用于閉環過程控制大、中型PLC都具有PID控制功能。PLC的PID控制已廣泛地用于各種生產機械的閉環位置控制和速度控制以及鍋爐、冷凍、反應堆等方面。3．PLC配合數字控制PLC和機械加工中的數字控制（NC）及計算機數控（CNC）組成一體，實現數值控制，有的已將CNC控制功能與PLC融為一體，實現PLC和CNC設備間的內部數據自由傳送，通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由PLC送至CNC使用。從發展趨勢看，CNC系統將變成以PLC為主體的控制和管理系統。4．用于工業機器人控制隨著工廠自動化網絡的形成，機器人將愈來愈多地被用于自動化生產線上。對機器人的控制，許多廠家已采用了PLC。5．用于組成多級控制系統近年來，隨著計算機控制技術的發展，國外正興起工廠自動化（FA）網絡系統，相繼開發了大型PLC組成全自動化系統。如FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統）、CIMS（計算機集成制造系統），形成以計算機為中心的分層分布式控制系統。基層由中、小型PLC和CNC等組成，中層由大型PLC作單元控制的數據采集管理、調度和協調控制，上層由計算機作總體管理、接收各種信息、數據處理、發送命令、完成全自動化作業控制。6.4可編程控制器的應用一、電動機常用控制線路舉例1.三相異步電動機起、停控制開關量邏輯控制SB1:起動按鈕SB2:停止按鈕圖X400Y430Y430X402X401KH:熱繼電器常開觸點X402正轉反轉停止2.三相異步電動機正反轉控制目標：按一下SB1，電機正轉——KM1得電并保持按一下SB2，電機反轉——KM2得電并保持按一下SB3，電機停轉——KM1、KM2失電圖X400X401M100M100X402Y431M100T450K2T450Y430X401X400M101M101X402Y430M101T451K2T451Y431在上述正反轉控制中，若梯形圖設計為如下方式，在實際運行中可行嗎？為什么？3.三相異步電動機Y/啟動控制Y：KM、KM1得電：KM、KM2得電起動停止KMKM2KM1引出分支母線起動KM的同時T450開始延時KM1線圈失電后T451開始延時保持KM得電KM1:ONKM2:OFFKM1:OFFKM2:ON先后分支母線返回圖KM1KM2主電路KMX400X401Y430M100T450T450M100Y430Y432Y431Y431Y432T451T451Y432Y432Y430Y432二、鉆孔動力頭的控制動力頭停在處于原位，1ST被壓合起動SB，電磁閥1YA得電，使動力頭快進到達工位2，2ST被壓合，使電磁閥1YA、2YA都得電，動力頭工進到達工位3，3ST被壓合，使電磁閥1YA、2YA失電，動力頭停止前進，工進延時1S，等待加工完成。延時時間到，電磁閥3YA得電，動力頭退回步序輸入條件輸出1YA3YA2YA原位1ST－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋快進1ST?SB工進2ST延時3ST退回3ST?KT1ST原位動作順序表：現場器件PLC對應端子1ST動力頭原位說明輸入輸出2ST3STSBX400X401X402X4031YA2YA3YAY431Y432Y433快進到位工進到位起動按鈕快進、工進工進退回PLC分配對照表PLC與外部器件的連接關系：X402X402Y433X400X400X403Y431Y431X401Y432Y432X402T450K1COMX400X401X402X403Y431Y432Y433COM1~電源FU1YA2YA3YA1ST2ST3STSBNLGNDPLC的工作電源原位按扭快進工進停止延時退回Y433T450Y433三、搬運機械手的控制搬運機械手示意圖工藝流程圖夾緊后，延時3S再上升，保證可靠夾緊松開后，延時2S再上升，保證可靠松開1ST：下限2ST：上限3ST：右限4ST：左限工件夾緊——電磁閥驅動汽缸來實現2YA：ON夾緊，OFF松開機械手移動：1YA，控制下降3YA，上升4YA，右移5YA，左移步序輸入條件下降1YA夾緊2YA上升3YA右移4YA左移5YA燈HL原點2ST.4ST——————————+下降1SB+——————————夾緊1ST——+————————上升KT1——++————右移2ST——+——+————下降3ST++————————松開1ST————————————上升KT2————+——————左移2ST————————+——原點2ST.4ST——————————+設計思路：原位——下降——夾緊——上升——右行——下降——松開——M100M101M102M103M104M105M106

上升——左行——回原點M107M110M111啟動下限左限右限上限復位指示燈下降閥左移閥右移閥上升閥