工厂电气与可编程序控制器应用技术 458页

绪论 一、电气控制技术的发展概况 二、本课程的性质与任务 一、电气控制技术的发展概况 继电接触式控制系统 顺序控制器 可编程序控制器 二 、 课程的目标是培养实际应用的能力，具体要求是 : 1) 熟悉常用低压电器的结构原理、用途和型号，具有合理选择、使用的能力。 2) 熟练掌握继电接触器控制线路的基本环节，具有阅读和初步分析电气控制线路的工作原理的能力。 3) 了解电气控制电路分析的方法和步骤，熟悉典型生产设备的电气控制电路。 4) 熟悉可编程序控制器的基本工作原理及应用发展概况。 5) 熟练掌握 PLC 的基本指令系统和典型电路的编程，掌握可编程序控制器的程序设计方法。能够根据一般工艺过程和控制要求进行系统设计和编写应用程序。 6) 了解可编程控制器的网络和通信原理。 7) 初步具有设计和改进一般安全机械设备电气控制线路的基本能力。 第 1 章 常用低压电器 作用与分类 接触器 继电器 开关 熔断器 1 . 1 概述 1.1.1 电器的定义 电器定义：一种能控制电路的设备。 低压电器：用于交流 1200V 、直流 1500V 级以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。 高压电器：交流 1200V 以上、直流 1500V 以上。 1.1.2 常用低压电器分类 1 ．按工作电压分类 （ 1 ）低压电器。工作电压在交流 1000V 或直流 1200V 以下的电器。生产机械大多用低压电器。 （ 2 ）高压电器。工作电压在交流 1000V 或直流 1200V 以上的电器。 2 ．按动作方式分类 （ 1 ）自动电器。按照信号或某个物理量的高低而自动动作的电器。 （ 2 ）非自动电器。通过人力操作而动作的电器。 3 ．按作用分类 （ 1 ）执行电器。用来完成某种动作或传送功率。（ 2 ）控制电器。用来控制电路的通断。（ 3 ）主今电器。发出控制指令以控制其他电器的动作。（ 4 ）保护电器。用来保护电源、电路及用电设备，使它不致在短路、过载状态下运行，免遭损坏。 1.2 接触器 定义：用来自动地接通或断开大电流电路的电器。 分：交流接触器、直流接触器。 组成：触点系统、电磁机构、灭弧装置。 1.2.1 接触器结构和工作原理 1. 电磁系统 电器分感测部分和执行部分。 组成：吸引线圈、铁心、衔铁、铁轭、空气气隙 。 直动式电磁机构 拍合式电磁机构 1- 衔铁 2- 铁心 3- 吸引线圈 2 、接触器的灭弧系统 电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的电弧。气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。 电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。 灭弧方法 : （ 1 ） 电动力吹弧 （ 2 ） 磁吹灭弧 电动力灭弧示意图 磁吹灭弧示意图 1— 静触点 2— 动触点 1- 磁吹线圈 2- 绝缘套 3- 铁心 4- 引弧角 5- 导磁夹板 6- 灭弧罩 7- 动触点 8- 静触点； （ 3 ） 栅片灭弧 栅片灭弧示意图 1- 灭弧栅片 2- 触点 3- 电弧 3 、触点系统 触点的作用 : 接通或分断电路 触点的结构 : 桥式、指式 桥式触点分为 : 点接触式和面接触式 a ）桥式触点 b ）桥式触点 c ）指形触点 触点结构型式 4 、接触器的工作原理 CJ20 交流接触器结构示意 1- 动触桥 2- 静触点 3- 衔铁 4- 缓冲弹簧 5- 电磁线圈 6- 静铁心 7- 垫毡 8- 触点弹簧 9- 灭弧罩 10- 触点压力簧片 交流接触器 a) 线圈 b ）主触点 c ）动合（常开）辅助触点 d) 动断（常闭）辅助触点 接触器图形符号 1.2.2 接触器的型号及主要技术参数 额定电压：指主触点的额定工作电压。 直流有： 24V 、 48V 、 110V 、 220V 、 440V 交流有： 36V 、 127V 、 220V 、 380V 额定电流：主触点的额定电流。 机械寿命（ 1000 万次以上）与电气寿命（ 100 万次以上） 操作频率：每小时的操作次数 一般： 300 次 /h 、 600 次 /h 、 1200 次 /h 接通与分断能力：可靠接通和分断的电流值。接通时：主触点不应发生熔焊。分断时：主触点不应发生长时间燃弧。 型号、含义 CJ20 型号、含义 CZ 接触器的选用 (1) 根据被接通或分断的电流种类选择接触器的类型； (2) 根据被控电路中电流大小和使用类别来选择接触器的额定电流； (3) 根据被控电路电压等级来选择接触器的额定电压； (4) 根据控制电路的电压等级选择接触器线圈的额定电压。 1.3 继电器 继电器分类： 用途分：控制继电器、保护继电器、中间 继电器。 原理分：电磁式、感应式、热继电器等 参数分：电流、电压、速度、压力继电器 动作时间分：瞬时继电器、延时继电器 输出形式分：有触点、无触点继电器 区别 继电器：用于控制电路、电流小，没有灭 弧装置，可在电量或非电量的作 用下动作。 接触器：用于主电路、电流大，有灭弧装 置，一 般只能在电压作用下动 作。 电磁式继电器 : 以电磁力为驱动力的继电器 分 : 电流继电器、电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、温度继电器、压力继电器等。 1.3.1 电磁式继电器 1 ．电流继电器 电流继电器 根据线圈中电流大小通断电路的继电器称为电流继电器 。 过电流、欠电流继电器图形符号 2. 电压继电器 电压继电器 根据线圈两端电压的大小而接通或断开电路继电器称为电流继电器 。 电压继电器图形符号 3 ．中间继电器 中间继电器在控制电路中主要用来传递信号，扩大信号功率以及将一个输入信号变换成多个输出信号等。 中间继电器的基本结构及工作原理与接触器完全相同。 中间继电器图形符号 a ）线圈 b ）常开触点 c ）常闭触点 1.3.2 热继电器 热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器。 热继电器主要用于电动机的过载保护、断相保护。 结构 : 由热元件、双金属片、动作机构、触点、调整装置及手动复位装置等组成。 工作原理 热继电器工作原理示意图 1- 凸轮 2a 、 2b 簧片 3- 手动复位按钮 4- 弓簧 5- 主双金属片 6- 外导板 7- 内导板 8- 静触点 9- 动触点 10- 杠杆 11- 调节螺钉 12- 补偿双金属片 13- 推杆 14- 连杆 15- 压簧 热继电器图形符号 1.4.3 时间继电器 时间继电器 : 从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信号（触点的闭合或断开）的继电器，称为时间继电器。 时间继电器延时方式有两种：通电延时、断电延时。 分 : 电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式等。 空气阻尼式 JS7-A 系列时间继电器 1- 线图； 2- 铁心； 3- 衔铁； 4- 反力弹簧； 5- 推板； 6- 活塞杆； 7- 杠杆； 8- 塔形弹簧； 9- 弱弹簧； 10- 橡皮膜； 11- 空气室壁； 12- 活塞； 13- 调节螺钉； 14- 进气口； 15 、 16- 微动开关 图形符号 时间继电器图形及文字符号 1.3.4 速度继电器 速度继电器 : 是当转速达到规定值时动作的继电器，其作用是与接触器配合实现对电动机的制动，所以又称为反制动继电器。 结构 : 转子、定子和触点三部分组成 结构原理图 速度继电器的结构原理图。 速度继电器图形符号 1- 螺钉 2- 反力弹簧 3- 常闭触点 4- 动触点 5- 常开触点 a ）常开触点 b 常闭触点 6- 返回杠杆 7- 杠杆 8- 定子导体 9- 定子 10- 转轴 11- 转子 1.4 熔断器 熔断器 : 是低压电路及电动机控制线路中主要用作短路保护的电器。 结构 : 熔管（熔座）、熔体 分类 : 插入式熔断器 、 螺旋式熔断器 、 无填料封闭管式熔断器 、 有填料封闭管式熔断器 型号，图形符号 熔断器图形符号 熔断器的时间 —— 电流特性 1.5 低压隔离开关 1.5.1 刀开关 刀开关 : 是一种手动配电器，主要用来手动接通或断开交、直流电路。 作用 : 通常只作隔离开关使用，也可用于不频繁地接通与分断额定电流以下的负载，如小容量电动机、电阻炉等。 结构 : 操作手柄、触刀、触点座和底座组成。 1.5.2 自动空气开关 低压断路器的工作原理示意图 低压断路器的图形、文字符号 1- 主触点 2- 自由脱扣结构 3- 过电流脱扣器 4- 分磁脱扣器 5- 热脱扣器 6- 欠电脱扣器 7- 按钮 1.5.3 组合开关 组合开关的图形符号和文字符号 组合开关 : 是一种多触点、多位置式，可控制多个回路的电器。 作用 : 一般用于电气设备中非频繁地通断电路、换接电源和负载，测量三相电压以及控制小容量电动机。 结构由动触点（动触片）、静触点（静触片）、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。 1.6 主令电器 主令电器 : 是主要用来发号施令，使接触器和继电器动作，以达到接通与分断控制电路的目的。 分 : 按钮 、行程开关与接近开关 1.6.1 按钮 按钮 : 是一种手动且可以自动复位的主令电器。 作用 : 在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器等。 结构 : 钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。 分类 : 启动按钮、停止按钮和复合按钮等。 控制按钮的图形及文字符号 1.6.2 行程开关 行程开关 依照生产机械的行程发出命令以控制其运行方向或行程长短的主令电器，称为行程开关。若将行程开关安装于生产机械行程终点处，以限制其行程，则称为限位开关或终点开关。 行程开关结构分为直动式（如 LX1 、 JLXK1 系列）、滚轮式（如 LX2 、 JLXK2 系列）和微动式（如 LXW-11 、 JLXK1-11 系列）三种。 行程开关的工作原理和按钮相同，区别在于它不靠手的按压，而是利用生产机械运动部件的档铁碰压而使触点动作。 行程开关的图形符号 第 2 章 电气控制线路的基本环节 电气控制系统图及绘制原则 并励直流电动机的基本控制电路 三相笼型异步电动机的控制电路 典型设备电气控制电路分析 2.1 电气控制系统图及绘制原则 电气控制系统图的定义 　　 电气控制系统是由电气控制元件按一定要求联接成．为了清晰地表达生产机械电气控制系统的工作原理，便于系统的安装、调整、使用和维修，将电气控制系统中的各电气元件用一定的图形符号和文字符号表达出来，再将其连接情况用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图。 　　　常用的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图与安装接线图。 2.1.1 电气图常用的图形符号、文字符号和接线端子标记 1 ．图形符号和文字符号 　　电气控制系统图中，电气元件的图形符号、文字符号必须采用国家最新标准，即 GB ／ T4728 — 1996 — 2000 “ 电气简图用图形符号 ” 、 GB ／ T6988 ． 1 ～ 4 — 2002 “ 电气技术文件的编制 ” 、 GB ／ T6988 ． 6-1993 “ 控制系统功能图表的绘制 ” 、 GB ／ T7159-1987 “ 电气技术中的文字符号制定通则 ” ，并按照 GB ／ T6988-1997 “ 电气制图 ” 要求来绘制电气控制系统图。 2 ．接线端子标记 2.1.2 电气控制图绘制原则 １电气原理图 　 电气原理图又称电路图，它是用图形符号和项目代号表示电路中各个电器元件连接关系和电气工作原理的。它不反映电气元件的大小、安装位置，只用电气元件的导电部件及其接线端钮表示电气元件，用导线将这些导电部件连接起来，反映其连接关系。所以电气原理图结构简单、层次分明，关系明确，适用于分析研究电路的工作原理，且为其他电气图的依据，在设计部门和生产现场获得广泛的应用。 CW6132 普通车床电气原理图 （ 1 ）绘制电气原理图的原则 1) 图中所有的元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号。 2) 电气原理图的组成 3) 电源线的画法 4) 原理图中电气元件的画法 5) 电气原理图中电气触头的画法 6) 原理图的布局 7) 线路连接点、交叉点的绘制 8) 原理图的绘制要层次分明，各电器元件及触头的安排要合理，既要做到所用元器件最少，耗能最少，又要保证电路运行可靠，节省连接导线以及安装、维修方便。 (2) 关于电气原理图图面区域的划分 为了便于确定原理图的内容和组成部分在 图中的位置，可在各种幅面的图样区。每个分区内竖边方向用大写的拉丁字母号，横边方向用阿拉伯数字编号。编号的顺序应从与标题栏相对应的图幅的左上角始，分区代号用该区的拉丁字母和阿拉伯数字表示。有时为了分析方便，也把数字区放在图的下面。为了方便读图，利于理解电路工作原理，常在图面区域对应的上方标明该区域的元件或电路的功能 (3) 继电器、接触器触头位置的索引 电气原理图中，在继电器、接触器线圈的下方注有该继电器、接触器触头所在图中位置的索引代号，索引代号用图面区域号表示。其中左栏为常开触头所在图区号，右栏为常闭触头所在图区号 (4) 电气图中技术数据的标注 电气原理中电气元件的相关数据，常在电气原理图中电器元件文字符号下方标注出来。 2. 电器布置图 电器元件的布置应注意以下几方面： 1) 体积大和较重的电器元件应安装在电器安装板的下方，而发热元件应安装在电器安装板的上面。 2) 强电、弱电应分开，弱电应屏蔽，防止外界干扰。 3) 需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。 4) 电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。外形尺寸与结构类似的电器安装在一起，以利安装和配线。 5) 电器元件布置不宜过密，应留有一定间距。如用走线槽，应加大各排电器间距，以利布线和维修。 CW6132 车床电气设备安装及控制盘电器布置图 3. 电气安装接线图 电气安装接线图的绘制原则是： （ 1 ）外部单元同一电器的各部件应画在一起，其布置尽可能符合电器的实际情况。 （ 2 ）各电器元件的图形符号、文字符号和回路标记均以电气原理图为准，并保持一致。 （ 3 ）不在同一配电屏上和同一控制柜上的各个电器元件的连接，必须经接线端子板进行连接。互连图中的电气互连关系用线束表示。连接导线应注明导线的规格（数量、截面积等），一般不表示实际走线途径，施工时由操作者根据实际情况选择最佳走线方式。 （ 4 ）对于控制装置的外部连接线，应在图上或用接线表表示清楚，同时还需标明电源的引入点。 2.2 　并励直流电动机的基本控制电路 2.2.1 　启动控制电路 并励直流电动机电枢回路串电阻 2 级启动控制线路。 2.2.2 　正反转控制电路 改变直流电动机的旋转方向有两种方法： 1 ）改变电枢电流方向，保持励磁磁场方向不变； 2 ）改变励磁绕组电流方向，保持电枢电流方向不变。 并励直流电动机正反转控制线路 2.2.3 　能耗制动控制电路 直流电动机的制动分为机械制动和电气制动。直流电动机进行电气制动时，励磁电源是不能切断的，同时为产生必要的制动转矩，还必须使励磁保持为额定值。直流电动机的电气制动方式有能耗制动、反接制动和再生制动。 并励直流电动机带能耗制动的正反转控制线路 2.2.4 调速控制电路 直流电动机的转速公式 式中 U—— 电枢回路的 电源电压； Ia—— 电枢电流； Ra—— 电枢绕组电阻； Rs—— 电枢回路所串电阻。 Ce—— 决定于电动机结构的常数； Φ—— 电动机工磁通。 1. 电枢回路串电阻调速 2. 改变励磁主磁通调速 3. 改变电枢电压调速法 人们以前常采用他励直流发电机作为调速电源，组成直流发电机一电动机组的调速系统。这种系统虽然有较好的调速性能，也可实现无级调速，同时也能很方便地进行电动机启动、制动和正反转的控制。但由于这种系统机组多，设备庞大，费用高，且效率较低，过渡时间较长，渐渐被由晶闸管组成的整流装置的电动机直流调速系统所取代 2.3 三相笼型异步电动机的控制电路 2.3.1 　三相异步电动机的基本控制电路 1. 全压启动控制电路 2. 正、反转控制电路 3. 顺序控制 4. 行程控制 1. 全压启动控制电路 （ 1 ）开关控制线路 （ 2 ）点动控制线路 (3) 长动控制线路 （ 4 ）长动及点动控制线路 2. 正、反转控制电路 （ 1 ）接触器连锁正反转控制线路 （ 2 ）双重连锁的正反转控制线路 3. 顺序控制 4. 行程控制 2.3.2 三相异步电动机降压启动控制电路 1. 三相笼型异步电动机定子串电阻启动控制电路 2. 三相笼型异步电动机星 - 三角（ Y-△ ）形启动控制电路 3. 绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动控制电路 1. 三相笼型异步电动机定子串电阻启动控制电路 （ 1 ）手动控制 （ 2 ）自动控制 2. 三相笼型异步电动机星 - 三角（ Y-△ ）形启动控制电路 （ 1 ）手动控制 （ 2 ）自动控制 3. 绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动控制电路 （ 1 ）按钮操作控制线路 (2) 自动控制 2.3.3 异步电动机的制动控制电路 1. 鼠笼型异步电动机能耗制动控制线路 2. 鼠笼型异步电动机反接制动控制线路 2.4 典型设备电气控制电路分析 机床电气控制系统图的分析方法及步骤： 1 ）了解金属切削机床的主要技术性能，了解其中机械、液压和气动各部分的分工、作用及工作原理。 2 ）分析并明确机床所具有的运动，各运动执行件的运动性质、规律以及对这些运动属性的控制要求。 3 ）主电路分析。根据对各运动的控制要求，对电气控制系统的主电路进行分析。包括用电设备的数目、线路的连接情况、各触点及保护环节的作用与功能等。 4 ）控制电路分析。包括控制线路各环节的构成、相互关系及控制功能的实现等进行分析。 2.4.1 C650-2 型普通车床电气控制线路 C650 卧式车床电气控制原理图 2. 机床控制电路 （ 1 ）主电动机的正、反转控制 （ 2 ）主电动机的点动控制 （ 3 ）主电动机的停车制动控制 （ 4 ）机床快速移动电动机和冷却泵电动机 的控制 2.4.2 Z3040 型摇臂钻床电气控制线路 摇臂钻床的成形运动有：主轴的旋转 ( 主运动 ) 及垂直进给运动。 辅助运动有：主轴箱沿摇臂导轨的径向移动、摇臂沿外立柱的上下升降运动、摇臂随外立柱一起绕内立柱的转动。 对机床控制系统的控制要求： 1) 刀具主轴的正反转控制，以实现螺纹的加工及退刀。 2) 刀具主轴旋转及垂直进给速度的控制，以满足不同的工艺要求。 3) 外立柱、摇臂、主轴箱等部件位置的调整运动。 4) 为确保加工过程中刀具的径向位置不会发生变化，外立柱、摇臂、主轴箱等部件必须有夹紧与松开控制。 5) 冷却泵及液压泵电动机的起停控制。 6) 必要的保护环节及照明指示电路。 7) 摇臂钻床的主轴旋转与摇臂的升降不允许同时进行，它们之间应互锁，以确保安全。 Z3040 摇臂钻床电气控制原理图 1 ．主电动机的控制 2 ．摇臂的升降控制 3 ．立柱和主轴箱的松开与夹紧控制 第 3 章 可编程序控制器及其工作原理 3.1 可编程控制器的基本概念 3.2 可编程控制器的硬件组成及各部分功能 3.3 可编程序控制器的软件组成及编程语言 3.4 可编程控制器的工作原理 3.5 可编程序控制器的主要性能指标 3.1 可编程控制器的基本概念 国际电工委员会 (International Electrical Committee) 在 1987 年颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 作了如下定义：“ PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 3.1.1 可编程控制器的特点及应用 1 ． PLC 的特点 （ 1 ） 可靠性高，抗干扰能力强 （ 2 ）编程简单、直观 （ 3 ）控制功能强 （ 4 ）易于安装，便于维护 2 ． PLC 的应用领域 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几类。 (1) 顺序控制 (2) 运动控制 (3) 闭环过程控制 (4) 数据处理 (5) 通信和联网 3.1.2 可编程序控制器的产生与发展 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司 (DEC) 研制的 PDP-14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果。可编程自问世以来，发展极为迅速。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。 这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 如美国 Rockwell 自动化公司所属的 A-B(Allen-Bradley) 公司， GE-Fanuc 公司，日本的三菱公司和立石公司，德国的西门子 (Siemens) 公司等。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。 中国是 20 世纪 80 年代初引进、应用、研制、生产可编程控制器的。目前，中国已能够生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模，并在工业产品中获得了应用。 3.1.3 可编程控制器的分类 1 、按硬件结构类型分类 (1) 整体式结构 整体式又叫单元式或箱体式，它的特点是将 PLC 的基本部件，如 CPU 模块， I/O 模块和电源等紧凑地安装在一个标准机壳内，组成 PLC 的一个基本单元或扩展单元。 (2) 模块式结构 模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把 PLC 的每个工作单元 都制成独立的模块，如 CPU 模块、输入模块、输出模块、通讯模块等等。另外用一块带有插槽的母板 ( 实质上就是计算机总线 ) 把这些模块按控制系统需要选取后插到母板上，就构成了一个完整的 PLC 。这种结构的 PLC 的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便。缺点是体积比较大 。 （ 3 ）叠装式结构 图示 叠装式可编程控制器 叠装式结构是单元式和模块式相结合的产物。把某个系列的 PLC 工作单元的外形都制作成一致的外观尺寸， CPU 、 I/O 口及电源也可做成独立的，不使用模块式 PLC 中的母板，采用电缆连接各个单元，在控制设备中安装时可以一层层地叠装，就成了叠装式 PLC 。图示是一款西门子 S7-200 叠装式 PLC 示意图。 二、按运用规模及功能分类 PLC 按规模分类 超小型 64 点以下 , 小型 64 ～ 128 点 , 中型 128 ～ 512 点 , 大型 512 ～ 8192 点 , 超大型 8192 点以上 . 可编程控制器还可以按功能分为低档机、中档机及高档机。 3.2 可编程控制器的硬件组成及各部分功能 主要由中央处理器 (CPU) ，存储器，输入、输出接口，电源，扩展接口，通信接口，编程工具，智能 I/O 接口，智能单元等组成。 PLC 的硬件结构框图如图所示 。 中央处理器 (CPU) 主要作用 1. 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。 2. 诊断 PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误。 3. 用扫描的方式通入 I/O 部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中。 4.PLC 进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，解释并按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。 存储器 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分 系统存储器一般存放系统程序。 用户存储器主要用于存放用户程序、逻辑变量和其它一些信息 输入 / 输出接口 输入 / 输出接口是 PLC 与外界连接的接口。 I/O 单元实际上是 PC 与被控对象间传递输入、输出信号的接口部件。 PLC 开关量输出接口按输出开关器件种类不同常有三种形式：一是继电器输出型 第二种是晶体管输出型，通过光耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外部电路； 第三种是双向晶闸管输出型 . 按照负载使用电源不同，分为直流输出接口、交流输出接口和交直流输出接口。 通常 PLC 的开关量输入接口按使用的电源不同有三种类型：直流 12 ～ 24V 输入接口，交流 100 ～ 120V 或 200 ～ 240V 输入接口与交直流 (AC/DC)12 ～ 24V 输入接口。输入开关可以是无源触点或传感器的集电极开路的晶体管。 . 开关量输入接口电路 （ 1 ）直流输入接口电路 （ 2 ）交流输入接口电路 （ 3 ）交、直流输入接口电路 2. 输出接口单元 图（ a ）输出接口为继电器型； 图（ b ）输出接口为晶体管型； 图（ c ）输出接口为可控硅型。 电源单元 PLC 一般使用 220V 单相交流电源，电源部件将交流电转换成中央处理器、存储器等电路工作所需的直流电，保证 PLC 的正常工作。 对于整体式结构的 PLC ，电源通常封装在机箱内部；对于组合式 PLC ，有的采用单独电源模块，有的将电源与 CPU 封装到一个模块中。 外部设备 1 ．编程设备 一般有两类：一类是专用的编程器 另一类是个人计算机 2 ．其他外部设备 (1) 盒式磁带机 用以记录程序或信息。 (2) 打印机 用以打印程序或制表。 (3)EPROM 写入器 用以将程序写入到用户 EPROM 中。 (4) 高分辨率大屏幕彩色图形监控系统 用以显示或监视有关部分的运行状态。 3.3 可编程序控制器的软件组成及编程语言 可编程序控制器的软件由系统软件和用户程序两大部分组成。系统软件由 PLC 制造商 固化在机内，用以控制可编程序控制器本身的运作；用户程序则是由使用者编制并输入的， 用来控制外部对象的运作。 3.3.1 可编程控制器的软件分类 可编程控制器的软件包含 系统软件 和 应用软件 两大部分 系统软件 系统软件包含系统的管理程序，用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理及系统自检等工作。用户指令的解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。系统软件在用户使用可编程控制器之前就已装入机内，并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整 。 应用软件 应用软件也叫用户软件。是用户针对具体控制对象，采用 PLC 厂家提供的编程语言自主编制的程序。它是一定控制功能的表述，同一台 PLC 用于不同的控制目的时，需编制不同的应用程序，相当于改变可编程序控制器的用途，也相当于继电接触器控制设备的硬接线线路进行重设计和重接线，这就是所谓的 “ 可编程序 ” 。程序既可由编程器方便地送人 PLC 内部的存储器中，也能通过它方便地读出、检查与修改。 3.3.2 PLC 的编程语言 应用程序的编制需使用可编程控制器生产厂方提供的编程语言。至今为止还没有一种能适合于各种可编程序控制器的通用编程语言。但由于各国可编程控制器的发展过程有类似之处，可编程序控制器的编程语言及编程工具都大体差不多。一般常见的有如下几种编程语言的表达方式。 1 ．梯形图 (LAD) 2. 指令表 (STL) 编程 3 ．功能块图 (Functionblockdiagram) 4 ．顺序功能图 (Sequential FunctiOn Chart) 5 ．结构文体 (Structuredtext) 1 ．梯形图 (LAD) 。 梯形图 (LAD) 编程语言是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。它的许多图形符号与继电器控制系统电路图有对应关系见表 PLC 梯形图的一个关键概念是 “ 能流 ” ，是一种假想的 “ 能量流 ” 。 要强调的是，引入 “ 能流 ” 概念，仅仅是为了和继电接触器控制系统相比较，告诉人们如何来理解梯形图各输出点的动作，实际上并不存在这种 “ 能流 ” 。 2. 指令表 (STL) 编程 指令表也叫语句 (Statement List) ， 它类似于计算机中的助记符语言 ， 是可编程序控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一系列的指令表达程序的控制要求。 一条典型指令往往由两部分组成：一是用来代表可编程序控制器的某种操作功能的特定字符，如图中的 “ LD ” ，称为助记符；另一部分为操作数或称为操作数的地址如 “ I0.1 ” 。指令与梯形图有一定的对应关系 图右边是指令表编程举例。图中 LD 指令为常开触点与左侧母线相连接， O 指令为常开触点与其他程序段相并联， AN 指令为常闭触点与其他程序段相串联， “ = ” 指令为将运算结果输出到某个继电器， I0 ． 0 、 I0 ． I0 ． 2 中 I 为输入继电器，后面数字为编号， Q1 ． 1 中 Q 为输出继电器，后面数字为编号， M0 ． 3 中 M 为内部标志位，也称位存储区，类似于继电接触器系统中的中间继电器。 3 功能块 (Functionblockdiagram) 功能块图与语句表 功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，熟悉数字电路的人比较容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，信号自左向右流动。就像电路图一样，它们被 “ 导线 ” 连接在一起 . 在与控制元件之间的信息、数据流动有关的高级应用场合， FBD 是很有用的。 4 顺序功能图 (SequentialFunctiOn Chart) 顺序功能图（ SFC ）常用来编制顺序控制类程序。它包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法可将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，对这些小的工作状态的功能分别处理后再依一定的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。 顺序功能图体现了一种编程思想，在程序的编制中有很重要的意义。 5 结构文体 (Structuredtext) 随着 PLC 的飞速发展，如果许多高级功能还使用梯形图来表示，会很不方便。为了增强 PLC 的数学运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能，许多大中型 PLC 都配备了 PASCAL 、 BASIC 、 C 语言等高级编程语言。这种编程方式叫作结构文本。与梯形图相比，结构文本有两个很大的优点，其一是能实现复杂的数学运算，其二是非常简洁和紧凑，用结构文本编制极其复杂的数学运算程序是相当简洁的。结构文本用来编制逻辑运算程序也很容易 。 3.4 可编程控制器的工作原理 可编程控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单地表述为在系 统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户所规定的任务。但个人计算机与 PLC 的工作方式有所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式。如常见的键盘扫描方式或 I/O 扫描方式。当键盘有键按下或 I/O 口有信号时则中断转入相应的子程序。因此，当控制软件发生故障时，会一直等待键盘或 I/O 命令，可能发生死机现象。而 PLC 作为工业专用控制机，采用循环扫描用户程序工作方式，即系统工作任务管理及应用程序执行全部都是以循环扫描方式完成的。当软件发生故障时，可以定时执行下一轮扫描，避免了死机现象，因此可靠性更高。 3.4.1 分时处理及扫描工作方式 1.PLC 输入信号传送方式 PLC 采集现场信息即采样输入信号有两种方式： （ 1 ）集中采样输入方式。一般在扫描周期的开始或结束将所有输入信号（输入元件的通 / 断状态）采集并存放到输入映像寄存器（ PII ）中。执行用户程序所需输入状态均在输入映像寄存器中取用，而不直接到输入端或输入模块中去取用。 （ 2 ）立即输入方式。随程序的执行需要哪一个输入信息就直接从输入端或输入模块取用这个输入状态 , 同样， PLC 对外部的输出控制也有集中输出和立即输出两种方式。此时输入映像寄存器的内容不变，到下一次集中采样输入时才变化。 PLC 对输入、输出信号一般采用集中输入、输出的传送方式，在有特殊要求的地方执行立即输入 / 输出指令，此时全部或部分的输入点信号读入一次，以刷新输入映像寄存器内容，或将此时的输出结果立即向输出端或输出模块输出。 2.PLC 工作全过程 PLC 工作的全过程可用图所示的运行框图来表示。整个运行可分为三部分： 第一部分是上电处理。机器上电后对 PLC 系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化， I/O 模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。 第二部分是扫描过程。 PLC 上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当 CPU 处于 STOP 方式时，转人执行自诊断检查。当 CPU 处于 RUN 方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。 第三部分是出错处理。 PLC 每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定 PLC 自身的动作是否正常，如 CPU 、电池电压、程序存储器、 I/O 、通信等是否异常或出错，如检查出异常时， CPU 面板上的 LED 及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时， CPU 被强制为 STOP 方式，所有的扫描停止 。 PLC 运行框图 3. 从输入到输出信号传递过程 (1) 输入采样阶段 PLC 在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存人内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在程序执行阶段或输出阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。 (2) 程序执行阶段 根据 PLC 梯形图程序扫描原则， PLC 按先左后右，先上后下的步序语句逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及到输入、输出状态时， PLC 就从输入映像寄存器中 “ 读入 ” 上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映像寄存器 “ 读入 ” 对应元件映像寄存器的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件 ( 输出 “ 软继电器 ” 的状态 ) 会随着程序执行过程而变化。 (3) 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态 ( 接通 / 断开 ) 在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。 3.4.2 输入输出滞后时间 输入输出滞后时间又称为系统响应时间，是指 PLC 外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的时间间隔。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。 3.4.3 PLC 的中断处理 由于 PLC 的循环扫描工作方式不可避免地带来了 “ 逻辑滞后 ” 。那么， PLC 能不能象计算机那样采用中断输入的方法，即当有中断申请信号输入后，系统会中断正在执行的程序而转去执行相关的中断子程序；系统若有多个中断源时，它们之间按重要性是否有一个先后顺序的排队；系统能否由程序设定允许中断或禁止中断等等。 PLC 关于中断的概念及处理思路与一般微机系统基本是一样的，但也有特殊之处 。 (1).PLC 的中断响应问题 一般微机系统的 CPU ，在执行每一条指令结束时去查询有无中断申请。而 PLC 对中断的响应则是在相关的程序块结束后查询有无中断申请和在执行用户程序时查询有无中断申请，如有中断申请，则转入执行中断服务程序。如果用户程序以块式结构组成，则在每块结束或实行块调用时处理中断。 (2). 中断源先后顺序及中断嵌套问题 在 PLC 中，中断源的信息是通过输入点而进入系统的， PLC 扫描输入点是按输入点编号的先后顺序进行的，因此中断源的先后 J 顷序只要按输入点编号的顺序排列即可。系统接到中断申请后，顺序扫描中断源，它可能只有一个中断源申请中断，也可能同时有多个中断源申请中断。系统在扫描中断源的过程中，就在存储器的一个特定区域建立起 “ 中断处理表 ” ，按顺序存放中断信息，中断源被扫描过后，中断处理表亦已建立完毕，系统就按该表 J 顷序先后转至相应的中断子程序人口地址去工作。 必须说明的是，多中断源可以有优先顺序，但无嵌套关系。即中断程序执行中，若有新的中断发生，不论新中断的优先顺序如何，都要等执行中的中断处理结束后，再进行新的中断处理。所以在 PLC 系统工作中，当转入下一中断服务子程序时，并不自动关闭中断，所以也没有必要去开启中断。 (3). 中断服务程序执行结果信息输出问题 PLC 按巡回扫描方式工作，正常的输入、输出在扫描周期的一定阶段进行，这给外设希望及时响应带来了困难。采用中断输入，解决了对输入信号的高速响应。当中断申请被响应，在执行中断子程序后有关信息应当尽早送到相关外设，而不希望等到扫描周期的输出传送阶段，就是说对部分信息的输入或输出要与系统 CPU 的周期扫描脱离，可利用专门的硬件模块 ( 如快速响应 I/0 模块 ) 或通过软件利用专门指令使某些 I/O 立即执行来解决 3.4.4 可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别 继电接触器指以电磁开关为主体的低压电器元件，用导线依一定的规律将它们连接起来得到的继电器控制系统，接线表达了各元器件之间的关系。要想改变逻辑关系就要改变接线关系，显然是比较麻烦的。而可编程控制器是计算机。在它的接口上接有各种元器件，而各种元器件之间的逻辑关系是通过程序来表达的，改变这种关系只要重新编排原来的程序就行了，比较方便。 从工业应用来看，可编程控制器的前身是继电接触器系统。在逻辑控制场合，可编程控制器的梯形图和继电器线路图非常相似。但是这二者之间在运行时序问题上，有着根本的不同。对于继电器的所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的。但在 PLC 中，由于指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它的各个触点的动作并不同时发生。这就是所谓的继电接触器系统的并行工作方式和 PLC 的串行工作方式的差改变这种关系只要重新编排原来的程序就行了，比较方便。 3.5 可编程序控制器的主要性能指标 3.5.1 描述 PLC 性能的几个术语 描述 PLC 性能时，经常用到位、数字、字节及字等术语。 位 指二进制的一位，仅有 1 、 0 两种取值。一个位对应 PLC 一个继电器，某位的状态为 1 或 0 ，分别对应继电器线圈通电或断电。 数字 4 位二进制数构成一个数字，这个数字可以是 0000~1001( 十进制 ) ，也可以是 00001111( 十六进制 ) 。 字节 两个数字或 8 位二进制数构成一个字节。 字 两个字节构成一个字。在 PLC 术语中，字称为通道。一个字含 16 位，或者说一个通道含 16 个继电器。 3.5.2 PLC 的主要性能指标 1. 存储容量 2. 输入输出点数 3. 扫描速度 4. 编程指令的种类和数量 5. 扩展能力 6. 智能单元的数量 1. 存储容量 系统程序存放在系统程序存储器中。这里说的存储容量指的是用户程序存储器的容量，用户程序存储器容量决定了 PLC 可以容纳的用户程序的长短，一般以字为单位来计算。每 1024 个字节为 1KB 。中、小型 PLC 的存储容量一般在 8KB 以下，大型 PLC 的存储容量可达到 256KB ～ 2MB 。也有的 PLC 用存放用户程序的指令条数来表示容量。 1024 个字节为 1KB 。中、小型 PLC 的存储容量一般在 8KB 以下，大型 PLC 的存储容量可达到 256KB ～ 2MB 。也有的 PLC 用存放用户程序的指令条数来表示容量。 2. 输入输出点数 I/O 点数即 PLC 面板上连接输入、输出信号用的端子的个数，常称为 “ 点数 ” ，用输入点数与输出点数的和来表示。 I/O 点数越多，外部可接人的器件和输出的器件就越多，控制规模就越大。因此， I/O 点数是衡量 PLC 性能的重要指标之一。国际上流行将 PLC 的点数作为 PLC 规模分类的标准， I/O 总点数在 256 点以下为小型 PLC ， 64 点及 64 点以下的为微型 PLC ，总点数在 256 ～ 2048 点之间的为中型 PLC ，总点数在 2048 点以上的为大型机等。 3 . 扫描速度 扫描速度是指 PLC 执行程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指标，一般以执行 1KB 所用的时间采衡量扫描速度。 PLC 用户手册一般给出执行各条程序所用的时间，可以通过比较各种 PLC 执行相同操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。 4 . 编程指令的种类和数量 这也是衡量 PLC 能力强弱的主要指标。编程指令种类及条数越多，其功能就越强，即处理能力和控制能力也就越强。 5 . 扩展能力 PLC 的扩展能力反映在以下两个方面。大部分 PLC 用 I/O 扩展单元进行 I/O 点数的扩展，有的 PLC 可以使用各种功能模块进行功能的扩展。 6 . 智能单元的数量 PLC 不仅能够完成开关量的逻辑控制，而且利用智能单元可以完成模拟量控制、位置和速度控制以及通信联网等功能。智能单元种类的多少和功能的强弱是衡量 PLC 产品水平的一个重要指标。各个生产厂家都非常重视智能单元的开发，近年来智能单元的种类日益增多，功能也越来越强。 4 ． 4 梯形图的编程规则 1 ．梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上 2 ．在串联电路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。 3 ．梯形图中不能将触点画在线圈右边 4 一般不应出现双线圈输出 5 ．所有的输出继电器都可用作内部辅助继电器，且触点使用次数也是无限的 。 6 ．注意触点组 ( 块 ) 的排列顺序，以简化程序 7 ．注意梯级的先后顺序。 8 ．遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程。 1 ．梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上 2 ．在串联电路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面 3 ．梯形图中不能将触点画在线圈右边 4 一般不应出现双线圈输出 5 ．所有的输出继电器都可用作内部辅助继电器，且触点使用次数也是无限的 6 ．注意触点组 ( 块 ) 的排列顺序，以简化程序 遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程 4 ． 5 FX2N 系列步进梯形指令及状态编程法 4.5.1 顺序功能图的组成 1 ．步 2 ．有向连线 3 ．转换条件 4 ．驱动处理 4 ． 5 ． 2 步进梯形指令 步进指令又称 STL 指令。在 FX 系列 PLC 中还有一条使 STL 复位的 RET 指令。利用这两条指令就可以很方便地对顺序控制系统的功能图进行编程 步进指令执行的过程是：当进入某一状态 ( 例如 S21) 时， S21 的 STL 接点接通，输出继电器线圈 Y0 接通，执行操作处理。如果转移条件满足 ( 例如 X1 接通 ) ，下一步的状态继电器 S22 被置位，则下一步的步进接点 (S22) 接通，转移到下一步状态，同时将自动复位原状态 S21( 即自动断开 ) 。 4 ． 5 ． 3 状态转移图 4.5.4 状态转移图 (SFC) 的建立及其特点 1. 了解控制要求 2. 建立 SFC 图 3.SFC 转换成状态梯形图 (STL) 、指令表程 序 STL 指令除具有的特点 (1)STL 触点后直接相连的触点必须使用 LD 或 LDI 指令。使用 STL 指令相当于另设了一条子母线，连续使用 STL 指令后；最终必须使用使 STL 指令复位的 RET 指令使 LD 点回到原来的母线。这一点和 MC 、 MCR 指令颇为相似。正因为如此， STL 触点驱动的电路块中，不能使用主控及主控复位指令。 (2) 因为可编程控制器只执行活动步对应的程序，所以不同的 STL 触点可以驱动同一个编程元件的线圈。也就是说， STL 指令对应的梯形图是允许双线圈输出的。 (3) 中断程序以及子程序内，不能使用 STL 指令。因为过于复杂， STL 触点后的电路中尽可能不要使用跳步指令。 (4) 在最后一步返回初始步时，既可以对初始状态器使用 OUT 指令，也可以使用 SET 指令。 (5) 在转换过程中，后续步和本步同时为一个周期，设计时应特别注意。 台车自动往返控制的状态梯形图 (STL 图 ) 和指令表 4.5.5 多流程步进顺序控制简介 1. 单流程结构程序 2. 选择性分支与汇合及其编程 3. 并行分支与汇合 4. 设计顺序功能图时应该 注意 的问题 5. 跳转、重复与循环结构 (1) 两个步之间必须有转换条件。 (2) 从生产实际考虑，顺序功能图必须设置初始步 (3) 完成生产工艺的一个全过程以后，最后一步必须有条件地返回到初始步 (4) 要想能够正确地按顺序功能图顺序运行，必须用适当的方式将初始步置为活动步 (5) 在个人计算机上使用支持 SFC 的编程软件进行编程时，顺序功能图可以自动生成梯形图或指令表 4 ． 6 FX2N 系列 PLC 的功能指令及编程 4.6.1 功能指令的 基本格式 1. 表示形式 2 ．数据长度和指令类型 3 ．指令类型 4 ．指令的操作数 5. 变址寄存器 V 、 Z a) 基本格式 b) 数据传送类指令的使用 c) 脉冲执行方式 d) V 和 Z 变址寄存器的使用 ４ . ６ . ２ FX2N 系列 PLC 常用功能指令 1 ．条件跳转指令 2 ．中断指令 (EI ／ DI) 3 ．主程序结束指令 (FEND) 4 ．比较和传送指令 5 ．警戒时钟指令 (WDT) 6 ．循环指令 FOR 、 NEXT 7 ．数制变换指令 8. 　四则运算指令 9 ．初始状态指令 IST 1 ．条件跳转指令 1) 指针允许重复使用，但标号不允许重复使用 2) 包含在跳过程序中的 Y 、 M 、 S 线圈，一旦被 OUT 、 SET 、 RST 指令驱动，即使在跳转过程中输入发生变化，但仍能保持跳转前的状态。若定时器、计数器在发生跳转时正在计时、计数，则立即中断工作，直至跳转结束后再继续进行计时、计数。但是正在工作的高速计数器不管有无跳转仍然工作。图 4-45 CJ 指令的使用 3) 在跳转指令之前的执行条件若用 M8000 时，则称为无条件跳转，因为 PLC 运行时 M8000 总是 ON 。 2 ．中断指令 (EI ／ DI) 1) 有关的特殊辅助继电器为 ON 状态，响应的中断子程序不能执行。 2) 一个中断程序执行时，其他中断被禁止。但是在中断程序中编人 EI 和 DI 指令时，可实现中断嵌套。多个中断信号产生的顺序，遵照中断指针号较低的有优先权的规定。图 4-47 FEND 指令的使用 3) 中断信号的脉宽必须大于 200μs(FX2N-40M 型 PLC 的脉宽要求大于 100μs) 。 4) 如果中断信号产生禁止中断区间 (DI ～ EI 之 间 ) ，这个中断信号被存储，并在 EI 指令后执行。 3 ．主程序结束指令 (FEND) FEND 指令表示主程序结束。程序执行到 FEND 时，进行输出处理、输入处理、监视定时器和计数器刷新，全部完成以后返回到程序的第 00 步。 FEND 主程序结束指令使用时应注意，子程序和中断子程序必须写在主程序结束指令 FEND 和 END 之间。 4 ．比较和传送指令 1) 比较指令中的所有的源操作数据都按二进制数值处理。 2) 对于多个比较指令，其目标操作数 D 也可以指定为同一个元件；但每执行一次比较指令其 D 的内容随之而变化。 3) MOV 传送指令是将源操作数送到指定的目的操作数去，即 S→D 。 5 ．警戒时钟指令 (WDT) 警戒时钟指令用于控制程序中的监视定时器刷新。在程序的执行过程中，如果扫描的时间 ( 从第 0 步到 END 或 FEND 语句 ) 超过了 200ms ，则 PLC 将停止运行。在这种情况下，使用 WDT 指令可以刷新监视定时器，使程序执行到 END 或 FEND 。 6 ．循环指令 FOR 、 NEXT 循环指令使用说明： 1)FX 系列 PLC 的循环 指令最多允许 5 级嵌套。 2)FOR 、 NEXT 在成对使用。要求 FOR 在前， NEXT 在后。 3)NEXT 指令不允许写在 END 、 FEND 指令的后面。 7 ．数制变换指令 (1)BCD 变换指令 BCD 变换指令是将源地址中的二进制数转换成 BCD 码送到目标地址中去 . 注意： ① BCD 转换的结果超过 0 ～ 9 999(16 位运算 ) 或 0 ～ 99 999 999(32 位运算 ) 时，则出错；② BCD 变换指令用于将 PLC 中的二进制数据变换成 BCD 码输出，用于驱动七段显示。 (2)BIN 变换指令 BIN 变换指令是将源地址中的 BCD 数据变换成二进制数据送到目标地址去 BIN 指令常用于将 BCD 数字开关串的设定值输入到 PLC 中。常数 K 不能作为本指令的操作元件，因为在任何处理之前它会被转换成二进制数。 8. 四则运算指令 加法指令使用说明： 1) 每个数据的最高位作为符号位， 0 表示为正， 1 表示为负。 ADD 为二进制代数法运算，例如， 5+(-8)=-3 ， 5-(-8)=13 。 2) 当执行条件 X000=OFF 时，不执行运算， (D) 中的内容不变。 3) 设有 3 个操作数标志： M8020 为零标志； M8021 为借位标志； M8022 为进位标志。运算结果为 0 时，则零标志 M8020 闭合；如果运算结果超过 32 767( 十六进制运算 ) 或 2147483 647(32 位运算 ) ，则进位标志 M8022 闭合；如果运算结果小于 -32767( 十六进制运算 ) 或 -2147 483 647(32 位运算 ) ，则借位标志 M8021 闭合。 9 ．初始状态指令 IST 该指令的名称、助记符、指令代码和操作数 如下： 4 ． 4 梯形图的编程规则 1 ．梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上，如图 (a) 所示的触点 3 ，既难以正确识别它与其他触点的关系，也难于判断通过触点 E 对输出线图的控制方向。根据触点自左至右，自上而下流动的原则和输出线圈 3 的几种可能控制路径可画成图 (b) 形式。 2 ．在串联电路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。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，如图所示。 3 ．梯形图中不能将触点画在线圈右边 因为梯形图的每个梯级都是从左母线开始，以继电器线圈或功能指令结束。也就是说，在继电器线圈与右母线之间不能再接任何继电器的触点。 4 ．如果在同一个程序中，同一元件的线圈使用了两次或多次，称为双线圈输出。这时前面的输出无效，最后一次输出才是有效的如图 (a) 。一般不应出现双线圈输出，可改为图 (b) 。 5 ．所有的输出继电器都可用作内部辅助继电器，且触点使用次数也是无限的。但输入继电器不能作为内部辅助继电器使用。如图所示，因为 00100 是输入继电器线圈，其状态不能由程序写入，只能由输入电器决定，应改用内部辅助继电器线圈 01600 。 6 ．注意触点组 ( 块 ) 的排列顺序，以简化程序。 7 ．注意梯级的先后顺序。由于 PLC 的程序是按从上到下、从左到右的顺序执行的，所以在设计梯形图程序时，最好应考虑梯级的先后顺序，以缩短 I/O 响应时间 8 ．遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程。图中举了几个实例，将不可编程梯形图重新编排成了可编程的梯形图。 4 ． 5 FX2N 系列步进梯形指令及状态编程法 4 ． 5 ． 1 顺序功能图的组成 4 ． 5 ． 2 步进梯形指令 4 ． 5 ． 3 状态转移图 4 ． 5 ． 4 状态转移图 (SFC) 的建立及其特点 4 ． 5 ． 5 多流程步进顺序控制简介 4.5.1 顺序功能图的组成 顺序功能图用来设计执行机构自动有顺序工作的控制系统，此类系统的动作是循环的动作。这种图形语言将一个动作周期按动作的不同及顺序划分为若干相连的阶段，每个阶段称为一步，用状态器 S 或辅助继电器 M 表示。动作的顺序进行对语言来说意味着状态的顺序 转移，故顺序功能图又习惯上叫作状态转移图。 顺序功能图主要由步、有向连线、转换条件和所驱动的负载几部分组成。 4 ． 5 ． 2 步进梯形指令 步进指令又称 STL 指令。在 FX 系列 PLC 中还有一条使 STL 复位的 RET 指令。利用这两条指令就可以很方便地对顺序控制系统的功能图进行编程。 步进指令执行的过程是：当进入某一状态 ( 例如 S21) 时， S21 的 STL 接点接通，输出继电器线圈 Y0 接通，执行操作处理。如果转移条件满足 ( 例如 X1 接通 ) ，下一步的状态继电器 S22 被置位，则下一步的步进接点 (S22) 接通，转移到下一步状态，同时将自动复位原状态 S21( 即自动断开 ) 。 4 ． 5 ． 3 状态转移图 状态转移图 SFC(SegUential FUnction Chart) 也叫功能图。一个控制过程可以分为若干个阶段，这些阶段称为状态。状态与状态之间由转换分隔。 4.5.4 状态转移图 (SFC) 的建立及其特点 状态转移图是状态编程法的重要工具。状态编程的一般设计思想是：将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，弄清各工作状态的工作细节 ( 状态功能、转移条件和转移方向 ) ，再依据总的控制顺序要求，将这些工作状态联系起来，就构成了状态转移图，简称为 SFC 图。 SFC 图可以在备有 A7PHP ／ HGP 等图示图像外围设备和与其对应编程软件的个人计算机上编程。根据 SFC 图进而可以编绘出状态梯形图。 . 了解控制要求 如图所示，台车自动往返一个工作周期的控制工艺要求如下。 (1) 按下启动钮 SB ，电机 M 正转，台车前进，碰到限位开关 SQl 后，电机 M 反转，台车后退。 (2) 台车后退碰到限位开关 SQ2 后，台车电机 M 停转，台车停车 5s 后，第二次前进，碰到限位开关 SQ3 ，再次后退。 (3) 当后退再次碰到限位开关 SQ2 时，台车停止 2. 建立 SFC 图 （ 1 ）整个过程按工序要求分解，由 PLC 的输出点 Y021 控制电机 M 正转驱动台车 ( 前进 ) ，反转 ( 后退 ) 由 Y023 控制。为了解决延时 5s ，选用定时器 T0 。将启动按钮 SB 及限位开关 SQl 、 SQ2 、 SQ3 分别接于 X000 、 X011 、 X012 、 X013 。分析其一个工作周期的控制要求，有五个工序要顺序控制， 2 ）对每个工序分配状态元件，说明每个状态的， 采用步进指令进行程序设计时，首先要设计系统的功能图，然后再将功能图转换成梯形图，写出相应的指令表程序。图中的双矩形块表示初始步，即初始状态 S0 要用双框，初始步的激活是由循环最后一步完成后激活，但是，在刚开始工作时初始步的激活是在开始时加一个短信号，专门激活初始步。 3.SFC 转换成状态梯形图 STL 指令 具有以下几个特点： 1)STL 触点后直接相连的触点必须使用 LD 或 LDI 指令。 (2) 因为可编程控制器只执行活动步对应的程序，所以不同的 STL 触点可以驱动同一个编程元件的线圈。 (5) 在转换过程中，后续步和本步同时为一个周期，设计时应特别注意。 (4) 在最后一步返回初始步时，既可以对初始状态器使用 OUT 指令，也可以使用 SET 指令。 (3) 中断程序以及子程序内，不能使用 STL 指令。因为过于复杂， STL 触点后的电路中尽可能不要使用跳步指令。 4.5.5 多流程步进顺序控制简介 1. 单流程结构程序 所谓单流程结构，就是由一系列相继执行的工步组成的单条流程。其特点是：①每一个工步的后面只能有一个转移的条件，且转向仅有一个工步；②状态不必按顺序编号，其他流程的状态也可以作为状态转移的条件。上节中讨论的台车自动往返控制 SFC 就是这类结构 。 2. 选择性分支与汇合及其编程 如果某一步的转换条件需要超过一个，每个转换条件都有自己的后续步，而转换条件每时每刻只能有一个满足，这就存在选择的问题了，从多个分支流程中根据条件选择某一分支，状态转移到该分支执行，其他分支的转移条件不能同时满足，即每次只满足一个分支转移条件，称为选择性分支。选择的开始称为分支，选择的结束称为合并。分支、合并处的转换条件应该标在分支序列上。 图中有三个分支流程顺序。选择性分支 SFC 图对应的状态梯形图 S20 为分支状态。根据不同的条件 (X000 、 X010 、 X020) ，选择执行其中的一个分支流程。当 X000 为 ON 时执行第一分支流程； X010 为 ON 时执行第二分支流程； X020 为 ON 时执行第三分支流程。 X000 ， X010 ， X020 不能同时为 ON 。 S50 为汇合状态，可由 S22 、 S32 、 S42 任一状态驱动。 3. 并行分支与汇合 （ 1 ）并行分支状态转移图及其特点 当满足某个条件后使多个流程分支同时被激活，也就是说需要几个状态同时工作，这就是并行分支状态转移了。在并行序列的开始处 ( 亦称为分支 ) ，几个分支序列的首步是同时被置为活动步的，为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示，转换条件应该标注在双线之上，并且只允许有一个条件。 如图所示。图中当 X000 接通时，状态同时转移，使 S21 、 S31 和 S41 同时置位，三个分支同时运行， S30 为汇合状态。只有在 S22 、 S32 和 S42 三个状态都运行结束后，若 X002 接通，才能使 S30 置位，并使 S22 、 S32 和 S42 同时复位。这种汇合，又叫排队汇合（即先执行完的流程保持动作，直到全部流程执行完成，汇合才结束）。为了表示同步实现，合并处也用水平双线表示。 4. 设计顺序功能图时应该注意的问题 (1) 两个步之间必须有转换条件。如果没有，则应该将这两步合为一步处理。 (2) 从生产实际考虑，顺序功能图必须设置初始步，否则，系统没有停止状态。 (3) 完成生产工艺的一个全过程以后，最后一步必须有条件地返回到初始步，这是单周期工作方式，也是一种回原点式的停止。如果系统还具有连续工作方式，还应该将最后一步有条件地返回到第一步。总之，顺序功能图应该是一个或两个由方框和有向线段组成的闭环。 (4) 要想能够正确地按顺序功能图顺序运行，必须用适当的方式将初始步置为活动步。一般用初始化脉冲 M8002 的常开触点作为转换条件，将初始步置为活动步。在手动工作方式转入自动工作方式时，也应该用一个适当的信号将初始步置为活动步。 (5) 在个人计算机上使用支持 SFC 的编程软件进行编程时，顺序功能图可以自动生成梯形图或指令表。如果编程软件不支持 SFC 语言，则需要将设计好的顺序功能图转化为梯形图程序，然后再写入可编程控制器。 5. 跳转、重复与循环结构 在实际系统中经常使用跳步、重复和循环序列。这些序列实际上都是选择序列的特殊形式。 如图 a 所示为跳步序列。当步 3 为活动步时，若转换条件 X005 成立，则跳过步 4 和步 5 直接进入步 6 。 图 b 所示为重复序列。当步 6 为活动步时，若转换条件 X004 不成立而 X005 成立， 则重新返回步 5 ，重复执行步 5 和步 6 。直到转换条件 X004 成立，重复结束，转入步 7 。 图 c 所示为循环序列，即在序列结束后，用重复的方式直接返回初始步 0 ，形成序列的循环。 4 ． 6 FX2N 系列 PLC 的功能指令及编程 FX2N 系列 PLC 除了有 27 条基本指令、 2 条步进指令外，还有丰富的功能指令。功能指令实际上就是许多功能不同的子程序调用，既能简化程序设计，又能完成复杂的数据处理、数值运算、提升控制功能和信息化处理能力。 FX2N 系列 PLC 的功能指令已达 128 条，通过不同组合最多可用 298 功能指令。这 100 多条功能指令可分为程序流向控制、数据传送与比较、算术与逻辑运算、数据移位与循环、数据处理、高速处理、方便指令、外部设备通信 (I ／ O 模块、功能模块等 ) 、浮点运算、定位运算、时钟运算、触点比较等几大类。 4.6.1 功能指令的基本格式 功能指令和基本逻辑指令的形式不同，基本逻辑指令用助记符或逻辑操作符表示，其梯形图就是继电器触点、线圈的连接图，直观易懂。功能指令用功能符号表示， FX2N 系列 PLC 功能指令用功能编号 FNC00 ～ FNC 口口口指定。各指令给出表示其内容的符号 ( 助记符 ) 。 1. 表示形式 图 4-43 功能指令举例 FX2N 系列 PLC 功能指令格式采用梯形图和指令助记符相结合的形式。如图所示，这是一条传送功能指令。 K125 是源操作数， D20 是目标操作数， X0 是执行条件， MOV 是指令助记符。当 X0 满足条件 ( 接通 ) 时， MOV 指令执行，就把常数 K125 送到数据寄存器 D20 中去。 功能指令的基本形式 a) 基本格式 b) 数据传送类指令的使用 c) 脉冲执行方式 d) V 和 Z 变址寄存器的使用 功能指令的基本形式如图所示。图中的前一部分表示指令的代码和助记符，后一部分 (S) 表示源操作数，当源操作数不止一个时，可以用 (S1) 、 (S2) 表示； (D) 表示目的操作数，当目的操作数不止一个时，可以用 (D1) 、 (D2) 表示。 2 ．数据长度和指令类型 功能指令可以处理 16 位数据和 32 位数据。例如上图为数据传送指令的使用，图中 MOV 为指令的助记符，表示数据传送功能指令，指令的代码是 12( 用编程器编程时输人代码“ 12” 而非“ MOV”) 。功能指令中有符号 (D) 表示处理 32 位数据。处理 32 位数据时，用元件号相邻的两个元件组成元件对。元件对的首位地址用奇数、偶数均可以 ( 建议元件对首位地址统一用偶数编号 ) 。 3 ．指令类型 FX 系列 PLC 的功能指令有连续执行型和脉冲执行型两种形式 4 ．指令的操作数 有些功能指令要求在助记符的后面提供 1 ～ 4 个操作数，这些操作数的形式如下： 1) 位元件 X 、 Y 、 M 和 S ； 2) 常数 K 、 H 或指针 P ； 3) 字元件 T 、 C 、 D 、 V 、 Z(T 、 C 分别表示定时器和计数器的当前值寄存器 ) ； 4) 由位元件 X 、 Y 、 M 和 S 的位指定组成字元件。 5. 变址寄存器 V 、 Z 变址寄存器在传送、比较指令中用来修改操作对象的元件号，其操作方式与普通数据寄存器一样。 4.5.2 FX2N 系列 PLC 常用功能指令 1 ．条件跳转指令 CJ 和 CJ(P) 为条件跳转指令，在某种条件下需要跳过一部分程序时，采用跳转指令，这样可以减少扫描时间，提高程序执行速度。 CJ 条件跳转指令使用说明： 1) 指针允许重复使用，但标号不允许重复使用，两次都可以跳到相同处，但是在程序中不允许使用标号 P9 ，若出现多于一次的使用，则程序执行会出错。 2) 包含在跳过程序中的 Y 、 M 、 S 线圈，一旦被 OUT 、 SET 、 RST 指令驱动，即使在跳转过程中输入发生变化，但仍能保持跳转前的状态。若定时器、计数器在发生跳转时正在计时、计数，则立即中断工作，直至跳转结束后再继续进行计时、计数。但是正在工作的高速计数器不管有无跳转仍然工作。 3) 在跳转指令之前的执行条件若用 M8000 时，则称为无条件跳转，因为 PLC 运行时 M8000 总是 ON 。 2 ．中断指令 (EI ／ DI) 允许中断指令 EI 与禁止中断指令 DI 之间的程序段为允许中断区间。当程序处理到允许中断的区间，出现中断信号时，则停止执行主程序，去执行相应的中断子程序。处理到中断返回指令 IRET 时再返回断点，继续执行主程序。 图中断指令的使用 EI ／ DI 中断指令的使用如图所示，图中程序处理到允许中断区间时，出现 X000 或 X001 为 ON 状态，则转而处理相应的中断子程序 (1) 或 (2) 。中断标号的含义： 中断指令使用说明： 1) 有关的特殊辅助继电器为 ON 状态，响应的中断子程序不能执行。 2) 一个中断程序执行时，其他中断被禁止。但是在中断程序中编人 EI 和 DI 指令时，可实现中断嵌套。 3) 中断信号的脉宽必须大于 200μs(FX2N-40M 型 PLC 的脉宽要求大于 100μs) 。 4) 如果中断信号产生禁止中断区间 (DI ～ EI 之间 ) ，这个中断信号被存储，并在 EI 指令后执行。 3 ．主程序结束指令 (FEND) (1) 比较指令 (CMP) 比较指令是将源操作数 S1 、 S2 的数据，按照代数规则进行大小比较，并将比较结果送到目的操作数 D 中 . 它的使用如图所示 5 ．警戒时钟指令 (WDT) 警戒时钟指令用于控制程序中的监视定时器刷新。在程序的执行过程中，如果扫描的时间 ( 从第 0 步到 END 或 FEND 语句 ) 超过了 200ms ，则 PLC 将停止运行。在这种情况下，使用 WDT 指令可以刷新监视定时器，使程序执行到 END 或 FEND 。 6 ．循环指令 FOR 、 NEXT FOR 、 NEXT 为循环开始和循环结束指令。循环指令的使用如图所示，在程序运行时，位于 FOR ～ NEXT 之间的程序可循环执行 n 次后，再执行 NEXT 指令后的程序。循环次数 n 由操作数指定，循环次数设定范围为 1 ～ 32 767 。图 4-50 FOR 、 NEXT 指令的使用 FOR 、 NEXT 指令内允许加嵌套使用。 循环指令使用说明： 1)FX 系列 PLC 的循环 指令最多允许 5 级嵌套。 2)FOR 、 NEXT 在成对使用。要求 FOR 在前， NEXT 在后。 3)NEXT 指令不允许写在 END 、 FEND 指令的后面 7 ．数制变换指令 ( 1)BCD 变换指令 BCD 变换指令是将源地址中的二进制数转换成 BCD 码送到目标地址中去。 BCD 变换指令的使用如图所示， X000 是指令的执行条件。当 X000=ON 时，源地址 D12 中的二进制数转换成 BCD 码送到 Y000 ～ Y007 的目标地址去； X000=OFF 的指令不执行。 BCD 指令使用说明： ① BCD 转换的结果超过 0 ～ 9 999(16 位运算 ) 或 0 ～ 99 999 999(32 位运算 ) 时，则出错； ② BCD 变换指令用于将 PLC 中的二进制数据变换成 BCD 码输出，用于驱动七段显示。 (2)BIN 变换指令 BIN 变换指令是将源地址中的 BCD 数据变换成二进制数据送到目标地址去。 BIN 变换指令的作用如图所示，图中的 X000 是执行条件。当 X000=ON 时，将 D12 中的 BCD 数据变换成二进制数据，送到 Y000 ～ Y007 目标地址去。图 数值变换指令的使用 a)BCD 指令 b)BIN 指令 BIN 指令常用于将 BCD 数字开关串的设定值输入到 PLC 中。常数 K 不能作为本指令的操作元件，因为在任何处理之前它会被转换成二进制数 。 8. 四则运算指令 (1) 加法指令 ADD ADD 加法指令是将指定源地址中的二进制数相加，结果送到指定目的地址去。 加法指令使用说明： 1) 每个数据的最高位作为符号位， 0 表示为正， 1 表示为负。 3) 设有 3 个操作数标志： M8020 为零标志； M8021 为借位标志； M8022 为进位标志。 2) 当执行条件 X000=OFF 时，不执行运算， (D) 中的内容不变。 (2) 减法指令 SUB SUB 减法指令有两个源操作数，当执行条件 X000=ON 时， SUB 指令执行，将 (S1) 指定的源地址中的数减去 (S2) 指定的源地址中数，结果送到 (D) 指定的目的地址中去。 SUB 指令是执行二进制代数法运算，例如 5-(-8)=13 。 SUB 减法指令的操作标志和加法指令的操作标志的说明相同，这里不再叙述 (3) 乘法指令 MUL 16 位乘法运算如图所示， X000 为乘法执行条件，满足执行条件则将两个源地址 (S1) 、 (S2) 中的数相乘，并以 32 位的形式送到指定目标数据寄存器 (D) 。 32 位数据结果的低 16 位存放在指定目的地址 (134) ，高 16 位存放在相连的下一个目标元件 (D5) 中。若 (DO)=5 ， (D2)=7 ，则相乘的结果 35 存人 (D5 ， D4) ，最高位是符号位 (0 表示正、 1 表示负 ) 。 (4) 除法运算 DIV 16 位除法运算如图所示， X000 为除法执行条件，在 (S1) 中存放的是被除数， (S2) 中存放的是除数，商存放于 (D) 中，余数存放于紧靠 (D) 的下一地址号的元件中。若位组合指定元件为 (D) ，则余数就会被丢失。当除数为 0 时，则运算出错，且不执行运算。 9 ．初始状态指令 IST 初始状态指令 IST 用于自动设置初始状态和特殊辅助继电器。该指令的使用如图所示。 [S] 指定操作方式输入的首元件，一共是 8 个连号的元件。这些元件可以是 X 、 Y 、 M 和 S 。本例中 8 个连号的元件是：图 4-54 IST 指令的使用 X020 ：手动 X021 ：回原点 X022 ：单步运行 X023 ：一个周期运行 ( 半自动 ) X024 ：全自动运行 X025 ：回原点起动 X026 ：全自动运行起动 X027 ：停止 为了使 X020 ～ X024 不会同时接通，应采用选择开关。 [D1] 指定在自动操作中实际用到的最小状态号。 [D2] 指定在自动操作中实际用到的最大状态号。 当 M8000 由 OFF→ON 时，下列元件自动受控；若其后执行条件 M8000 变为 OFF ，这些元件的状态仍然保持不变。 S0 ：手动操作初始状态 S1 ：回原点初始状态 S2 ：自动操作初始状态 M8040 ：禁止转移 M8041 ：转移开始 M8042 ：启动脉冲 M8047 ： STL 步进指令，监控有效 由初始状态指令 IST 自动指定的初始状态 S0 ～ S2 ，根据运行方式的切换，按照图的形式进行。 单步自动梯形图 根据置初始状态 IST 指令自动动作的特殊辅助继电器 M8040 ～ M8042 和 M8047 的动作内容可用 图 所示的梯形图来说明。 M8040 是禁止转移用辅助继电器，当 M8040=ON 时，就禁止所有状态转移。手动状态下， M8040 总是接通的。在回原点、单周期运行时，按下停止按钮后一直到再按启动按钮期间， M8040 一直保持为 ON 。单步执行时， M8040 常通，但是在按下启动按钮时， M8040=OFF ，使状态可以顺序转移一步。其他，当 PLC 由 STOP→RUN 切换时， M8040 保持 ON ，按下启动按钮后 M8040=OFF 。 转移开始辅助继电器 M8040 ，是从初始状态 S2 向另一状态转移的转移条件辅助继电器。手动回原点 M8041 不动作；步进、单周期时，仅在按下起动按钮时动作，自动时，按起动按钮后保持为 M8041=ON ，按停止按钮后 M8041=OFF 。 起动脉冲辅助继电器 M8042 ，是在按下起动按钮的瞬间接通。 特殊辅助继电器 M8044 是原点条件， M8043 是回原点结束，这两个原点由用户程序控制。 在图中，当 M8047=ON 时，状态 S0 ～ S899 中正在动作的继电器从最低号开始顺序存入特殊数据寄存器 D8040 ～ D8047 ，最多可存 8 个状态。 若选择开关在回原点完成辅助继电器 M8043 未置 1 之前改变运行方式，则所有输出将变为 OFF 状态。 第 5 章 S7-200 系列可编程控制器 5.1 S7-200 系列可编程序控制器结构及主要性能指标 5.2 基本逻辑指令 5.3 S7-200 系列功能指令 5.4 程序控制类指令 5.1.1 S7-200(CPU22X) 系列 PLC 的结构特点 1.PLC 的外形结构 2. 工作模式 STOP 模式时， CPU 不执行程序，此时可向 CPU 下载程序或用编程设备对 CPU 进行配置、检查和改变部分用户存储器 (V 存储器 ) 的内容。 RUN 模式时， CPU 运行程序。 TERM 模式时， PLC 的“ STOP” 和“ RUN” 可由编程设备经通信方式输入命令来改变。这种模式多用于连网的 PLC 网络或用编程设备调试程序时使用。 5.1.2 S7-200(CPU22X) 系列 PLC 的主要性能指标 SIMATICS7-200 包括 CPU221 、 CPU222 、 CPU224 和 CPU226 等 4 种型号的 CPU ， SIMATIC S7-200 CPU 模块的主要性能指标见 表 性能指标 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 外形尺寸 90×80×62 90×80×62 120.5×80×62 190×80×62 本机数字量 I/O 6 个输入 /4 个输出 8 个输入 /6 个输出 14 个输入 /10 个输出 6 个输入 /4 个输出 程序空间 2048 字 2048 字 4096 字 4096 字 数据空间 1024 字 1024 字 2560 字 2560 字 用户存储器类型 E2pROM E2pROM E2pROM E2pROM 扩展模块数量 不能扩展 2 个模块 7 个模块 7 个模块 数字量 I/O 128 输入 /128 输出 128 输入 /128 输出 128 输入 /128 输出 128 输入 /128 输出 模拟量 I/O 无 16 输入 /16 输出 32 输入 /32 输出 32 输入 /32 输出 定时器 / 计数器 256/256 256/256 256/256 256/256 内部继电器 256 256 256 256 布尔指令执行速度 0.371μs/ 指令 0.371μs/ 指令 0.371μs/ 指令 0.371μs/ 指令 通信口数量 1(RS-485) 1(RS-485) 1(RS-485) 1(RS-485) 5.1.3 S7-200 系列 PLC 数据类型及寻址方式 1. 数据 类型 2.PLC 的 存储器区域 3.CPU 存储器区域的寻址方式 4.S7-200 CPU 的间接寻址方式 S7-200 系列 PLC 的 CPU 用以存取信息的数据类型，可以是位 (bit) 、字节 (B Byte ， 8 位 ) 、字 (W Word ， 16 位 ) 和双字 (D Double ， 32 位 ) ，还有实数 (R Real 或浮点数，也是 32 位的数据 ) ，以双字长度存取，可以指定为十进制数、十六进制数或 ASCII 字符 。 ︽︾ 3.CPU 存储器区域的寻址方式 （ 1 ）数据存储器的寻址 1 ）数据地址位寻址 ( 字节、位寻址 ) 格式 ： A a1 .a2 其中， A 为该数据在数据存储器中的区域标识，可以是以下几类中的一种。 I — 输入映像区 S — 顺序控制继电器区 Q — 输出映像区 SM — 特殊标志位区 M — 内部标志位区 V — 变量存储区 a1—— 字节地址 a2—— 该数据在字节中的位置 ( 或位号 ) （ 2 ）数据地址的字节、字、双字寻址 格式 ： A ala2 其中， A— 该数据在数据存储器中的区域标 识 ( 同上 ) ； a1—— 长度 ( 数据类型 ) ： B( 字节 ) 、 W( 字 ) 、 D( 双字 ) ； a2——( 首 ) 字节地址 ( 可以是奇数，也可以是偶数 ) 。 （ 3 ）数据对象的寻址 基本格式 ： An 其中， A — 该数据对象所在的区域标识，可以是： T—— 定时器 HC—— 高速计数器 C—— 计数器 AC—— 累加器 Al—— 模拟量输入 AQ—— 模拟量输出 n — 序号，指明是 A 区域的第 n 个器件， 1) 定时器 (T) 寻址 格式： T[ 定时器号 ] 2) 计数器 (C) 寻址 格式： C[ 计数器号 ] 3) 模拟量输入／出 (AI ／ AQ) 寻址 格式： AIW ／ AQW [ 起始字节地址 ] 。 4) 高速计数器 (HC) 寻址 格式： HC [ 高速计数器号 ] 5) 累加器 (AC) 寻址 格式： AC [ 累加器号 ] 4.S7-200 CPU 的间接寻址方式 间接寻址是指使用地址指针来存取存储器中的数据 5.2 基本逻辑指令 5.2.1 基本位操作指令 1. 逻辑取及线圈驱动指令 LD （ Load ）、 LDN (Load Not) 、 = (Out) LD(Load) ：装载指令，对应梯形图从左侧母线开始，连接动合触点。图 5-12 LD 、 LDN 、 = 指令梯形图及语句表 LDN(Load Not) ：装载指令，对应梯形图从左侧母线开始，连接动断触点。 =(Out) ：置位指令，线圈输出。 2. 触点串联指令 A （ And ）、 AN （ And Not ） A(And) ：与操作指令，用于动合触点的串联。 AN(And Not) ：与操作指令，用于动断触点的串联。 3. 触点并联指令 O （ Or ）、 ON （ Or Not ） O (0r) ：或操作指令，用于动合触点的并联。 ON (0r Not) ：或操作指令，用于动断触点的并联。 4. 串联电路块的并联指令 OLD(Or Load) OLD(Or Load) 是将梯形图中以 LD 起始的电路块和另一以 LD 起始的电路块并联起来。 5. 并联电路块的串联指令 ALD （ And Load ） ALD （ And Load ）是将梯形图中以 LD 起始的电路块与另一以 LD 起始的电路串联起来。 6. 置位 S(Set) 、复位 R(Reset) 指令 5.2.2 立即指令 I （ Immediate ） 5.2.3 边沿脉冲指令 5.2.4 栈操作指令 LPS 、 LRD 、 LPP LPS ： (LogicPush) 逻辑堆栈操作指令 ( 无操作元件 ) 。 LRD ： (LogicRead) 逻辑读栈指令 ( 无操作元件 ) 。 LPP ： (Logic Pop) 逻辑弹栈指令 ( 无操作元件 ) 。 5.2.5 取反和空操作指令 5.2.6 定时器 工作原理及其使用 (1) 编号、类型及分辨率。 S7-200 系列 PLC 配置了 256 个定时器（ T0 ～ T255 ）。定时器有 l 、 10 、 100ms 三种分辨率，编号和类型与分辨率有关，选用前应先查表 2-1 以确定合适的编号。从表 2-1 中可知，有记忆的定时器均是接通延时型的，无记忆的定时器可通过指令指定为接通延时或关断延时型。 (2) 预置值。也叫设定值。预置值即编程时设定的延时时间的长短。 PLC 定时器采用时基计数及与预置值比较的方式确定延时时间是否到达。预置值在使用梯形图编程时，标在定时器功能框的“ PT” 端。定时器的定时时间为 T=0.1PT×S ( 秒 ) 。式中： T 为实际定时时间， PT 为设定值， S 为分辨率。 (3) 一个定时器号不能同时用作 TOF 和 TON 。例如，不能既有 TON ： T32 ，又有 TOF ： T32 。 (4) 每个当前值的计数是多重时基的。例如，以 10ms 为时基，当前值 50 代表 lOmsx50=500ms ；以 lOOms 为时基，则当前值代表 lOOmsx 50=5000ms 。定时器可能在其时基 (1ms 、 10ms 或 lOOms) 内任何时间起动，由于定时器的计时间隔与程序的扫描周期并不同步，所以 PT 的预置值必须大于最小需要的时间间隔。例如，使用 l0ms 定时器实现 140ms 的延时 ( 时间间隔 ) ，预置值应设为 15(10ms×l5=150ms) ；若使用 lms 定时器要确保 56ms 的时间间隔，预置值应设为 57(1ms×57=57ms) 。 5.2.7 计数器工作原理及其使用 梯形图指令符号中 CU— 增 1 计数脉冲输入端； CD— 减 1 计数脉冲输人端； R— 复位脉冲输入端； LD— 减计数器的复位脉冲输入端。编程范围 C0 ～ C255;PV 预置值最大范围 32767 。 5.3 S7-200 系列功能指令 1. 比较指令 2. 传送类令 返回 ↑ 5.4 程序控制类指令 5.4.1. 跳转及标号指令 （注意） (1) 由于跳转指令具有选择程序段的功能。在同一程序且位于因跳转而不会被同时执行程序段中的同一线圈不被视为双线圈。双线圈指同一程序中，出现对同一线圈的不同逻辑处理现象，这在编程中是不允许的。 (2) 可以有多条跳转指令使用同一标号。但不允许一个跳转指令对应两个标号的情图 5-29 跳转指令实例 况，即在同一程序中不允许存在两个相同的标号。 (3) 在跳转条件中引入上升沿或下降沿脉冲指令时，跳转只执行一个扫描周期，但若用特殊辅助继电器 SM0.0 作为跳转指令的工作条件，跳转就成为无条件跳转。 5.4.2 循环指令 FOR 和 NEXT 1. 循环指令功能 循环开始指令 FOR ：用来标记循环体的开始。 循环结束指令 NEXT ：用来标记循环体的结束。无操作数。 2. 参数说明 在使用时必须给 FOR 指令指定当前循环计数 (INDX) 、初值　　　 (INIT) 和终值 (FINAL) 。 INDX 操作数： VW 、 IW 、 QW 、 MW 、 SW 、 SMW 、 LW 、 T 、 C 、 AC 、* VD 、* AC 和* CD ；属 INT 型。 INIT 和 FINAL 操作数： VW 、 IW 、 QW 、 MW 、 SW 、 SMW 、 LW 、 T 、 C 、 AC 、常数、* VD 、。 AC 和* CD ；属 INT 型。 ﹙ 说明 ﹚ (1)FOR 、 NEXT 指令必须成对使用。 (2)FOR 和 NEXT 可以循环嵌套，嵌套最多为　　 8 层，但各个嵌套之间不可有交叉现象。 (3) 每次使能输入 (EN) 重新有效时，指令将自动复位各参数。 (4) 初值大于终值时，循环体不被执行。 5.4.3 子程序指令 ﹙ 例子 ﹚ 5.4.4 暂停、结束和看门狗复位指令指令 1. 结束指令 END ／ MEND 　 结束指令的功能是结束主程序，它只能在主程序中使用，　　　不能在子程序和中断服务程序中使用。 　 梯形图结束指令直接连在左侧电源母线时，为无条件结束指令 (MEND) ，不连在左侧母线时，为条件结束指今 (END) 。 　条件结束指令在使能输入有效时，终止用户程序的执行返回主程序的第一条指令执行 ( 循环扫描工作方式 ) 。 无条件结束指令执行时 ( 指令直接连在左侧母线，无使能输入 ) ，立即终止用户程序的执行，返回主程序的第一条指令执行。 2. 暂停指令 STOP 暂停指令的功能是使能输入有效时，立即终止程序的执行， CPU 工作方式由 RUN 切换到 STOP 方式。在中断程序中执行 STOP 指令，该中断立即终止，并且忽略所有挂起的中断，继续扫描程序的剩余部分，在本次扫描的最后，将 CPU 由 RUN 切换到 STOP 3. 看门狗复位指令 WDR （ Watch Dog Reset ） 看门狗复位指令的功能是使能输入有效时，将看门狗定时器复位。在没有看门狗错误的情况下，可以增加一次扫描允许的时间。若使能输入无效，看门狗定时器定时时间到，程序将中止当前指令的执行，重新启动，返回到第一条指令重新执行 ﹙ 注意 ﹚ 使用 WDR 指令时，要防止过渡延迟扫描完成时间，否则，在终止本扫描之前，下列操作过程将被禁止 ( 不予执行 ) ：通信 ( 自由端口方式除外 ) 、 I ／ O 更新 ( 立即 I/O 除外 ) 、强制更新、 SM 更新 (SMO ， SM5-SM29 不能被更新 ) 、运行时间诊断、中断程序中的 STOP 指令。扫描时间超过 25s ， 10ms 和 100ms 定时器将不能正确计时。 应用实例 第 6 章 编程器的使用与计算机辅助编程 6.1 三菱 FX 系列 PLC 编程器及其应用 6.2 三菱 PLC 的编程软件及其使用 6.3 STEP 7-Micro/WIN32 编程软件的使用 6 ． 1 三菱 FX 系列 PLC 编程器及其应用 本书主要介绍简易编程器 FX-20P-E 、编程软件 FX-PCS ／ WIN-E ／ -C 及其应用。 FX-20P-E 手持简易编程器是 FX 系列 PLC 的一种通用编程器，适用于早期的 FX2 、 FX2c 、 FXo 、 FXoN 以及 FX2N 、 FX2Nc 、 F1s 、 FX1N 等型号 PLC ，使用转换器还可以用于早期的 Fl 与 F2 系列 PLC 。 HPP 编程器可以联机 ( 在线 ) 编程，也可以脱机 ( 离线 ) 方式编程。 6.1.1 FX-20P-E 的操作面板 图示 是 FX-20P-E 简易编程器的操作面板直观示意图。 (1) 功能键 【RD ／ WR】 ：读出／写入； 【INS ／ DEL】 ：插入／删除； 【MIN ／ TEST】 ：监视／测试。 (2) 执行键 【GO】 ：此键用于指令的确认、执行、显示画面和检索。 (3) 清除键 【CLEAR】 ：按执行键 【GO】 之前按此键，则清除键入的数据。该键也可以用于清除显示屏上的错误信息或恢复原来的画面。 (4) 其他键 【OTHER】 ：在任何情况下按此键将显示方式项目菜单。 (5) 帮助键 【HELP】 ：显示功能指令一览表。在监视时进行十进制数和十六进制的转换 (6) 空格键 【SP】 ：在输入时，用此键指定元件号和常数。 (7) 步序键 【STEP】 ：设定步序号。 (8) 光标键 【↑】 或 【↓】 ：用该键移动光标和提示符，指定当前元件的前一个或后一个元件，做行滚动。 (9) 指令、元件符号及数字键：共 24 个，都是双功能复用键，用于程序输入、读出和监视。 在各个按键中，上、下功能是根据当前所执行的操作自动进行切换，其中 Z ／ V 、 K ／ H 、 P ／ I 又是交替起作用，反复按键时互相交替切换。 FX-20P-E 的操作面板 2. 液晶显示屏 FX-20P-E 编程器的液晶显示屏很小，能同时显示 4 行，每行 16 个字符并带有背景照明。在编程操作时，显示屏上显示的画面如图所示。液晶显示屏左上角的黑三角形提示符是功能方式说明，下面分别予以介绍。 R(Read)-- 读出。 W(Write)-- 写入。 I(1nsert)-- 插入。 D(Delete)-- 删除。 M(Monitor)-- 监视。 T(Test)-- 测试。 6.1.2 FX-20P-E 型简易编程器的使用 1 ． FX-20P-E 编程器的联机操作 如图所示，打开 PLC 主机上面的插座盖板，用电缆把主机和编程器连接起来，为编程做准备。简易编程器本身不带电源，是由主机 PLC 供电的。在主机的输入端子 X0 ～ X7 与 COM 间接上开关；在电源端子“ L” 和“ N” 端接上 AC220V 电源。 2 ．编程准备 (1) 将编程器与主机连接。 (2) 将主机运行开关断开，使主机处于“停机”状态。 (3) 接通电源，主机面板上的“ POWER'’ 灯亮，可进行编程。 (4) 启动系统。接通电源，主机面板上的“ POWER'’ 灯亮，简易编程器复位，同时按下 【RST】+【GO】 键。 (5) 设定联机方式。选择联机方式按 【GO】 键，脱机方式 【↓】+【GO】 键，即可进行编程。 3 ．编程操作 （ 1 ）程序清零 写入程序之前，要将 PLC 内部存储器的程序全部清除 ( 清零 ) ，其按键操作如下：显示屏上全为“ NOP'’ 指令表明 RAM 中的程序已被清零。 (2) 程序写入 1) 基本指令的写入。基本指令有 3 种，一是仅有指令助记符，不带元件；二是有指令助记符和一个元件；三是指令助记符带两个元件。在选择写入功能的前提下，写入上述 3 种基本指令操作顺序如下： 指令 +【GO】 ← 仅有指令助记符，不带元件 指令 + 元件符号 + 【GO】 ← 有指令助记符和一个元件 指令 + 元件符号 + 元件号 +SP+ 元件符号 +【GO】 ← 指令助记符带两个元件 基本指令写入例子 图所示 为把梯形图程序写入到 PLC 中，图下部为按键操作，右上部为屏幕显示。 每键入一条完整指令后，必须按一下 【GO】 键确认，输人才有效，步序号才自动增 1 ；每写完一条指令时，显示屏上将显示出步序号、指令及元件号。 若输入出错，按 【GO】 键前，可用 【CLEAR】 键自动清除，重新输入；按 【GO】 键后，可用 【↓】 或 【↑】 键将光标移至出错指令前，重新输入，或删除错误指令后，再插入正确指令。 2) 功能指令的写入。 写入功能指令时，按 【FNC】 键后再输入功能指令号。它有两种操作方法：一是直接输入指令号，二是借助于 HELP 键的功能，在所显示的指令一览表上搜索指令编号后再输入。 例 写入功能指令（ D ） MOV （ P ） D0 D2 ，其操作如下 按 【FNC】 键，选择功能指令； 指定 32 位指令时，在键入指令号之前或之后，按 【D】 键； 键入指令号； 在指定脉冲指令时，键入指令号后按 【P】 键； 写入元件时，按 【SP】 键，再依次键入元件符号和元件号； 按 【GO】 ，确认输入。上述操作完成后，显示屏显示： W 10 DMOVP 12 D 0 D 2 15 NOP 键入图所示的梯形图的操作如下： (3) 程序的读出 从 PLC 中读出程序，根据步序号、指令、元件等有几种方式读出。在联机方式下， PLC 在运行状态时要读出指令，只能根据步序号读出；当 PLC 在停止状态时，还可根据指令、元件等读出。 1) 根据步序号读出。先指定步序号，然后从 PLC 中读出并显示程序。例如，要读出第 20 步的程序，按 【STEP】 键，键入指定的步序号 20 ，按 【GO】 健，执行读出。 (2) 根据指令读出。先使 PLC 处于 STOP 状态，然后输入指令，即可从 PLC 中读出并显示程序。例如，要读出指令 PLS Ml04 ，操作如下： (3) 根据元件读出。先使 PLC 处于 STOP 状态，然后指定元件符号和元件号，即可从 PLC 中读出并显示程序。例如，要读出 Y100 ，操作如下： (4) 程序编辑 1 ）程序的改写 在指定的步序上改写指令。如果要将原 100 步上的指令改写为 OUT T50 K123 ，其键操作如下： 如只需要改写读出步数中的某些内容，可将光标直接移到需要改写的地方，重新键入新的内容即可。例如将第 10 步的 MOV （ P ）指令元件 K2X11 改写为 K1X0 的键操作如下： 2 ）程序的插入 插入程序操作是根据步序号读出程序，然后在指定位置插入指令。例如，要在 30 步前插入 ANI M7 ，操作如下： ①根据步序号读出的程序，按 【INS】 键，设定在行光标指定步序处插入。无步序号的行不能插入； ②键入指令、元件符号和元件号； ③按 【GO】 键后，就完成指令的插入。 3 ）程序的删除 a ．逐条删除。先读出指令，再逐条删除光标指定的指令。例如，要删除第 50 步的 AND 指令，操作如下 ①根据步序号读出相应程序，按 INS 键和 DEL 键。 ②按 【GO】 键后，即删除了行光标所指定的指令或指针，而且以后各步的步序号自动向前提。 b ．指定范围的删除 从指定的起始步序号到终止步序号之间的程序，成批删除的键操 作如下。 c ． NOP 式的成批删除 将程序中所有的 NOP 一起删除的键操作是 4 ．监控操作 监视功能是通过显示屏监视和确认在联机方式下 PLC 的动作和控制状态，包括元件的监视、导通检查和动作状态的监视等内容。测试功能是编程器对 PLC 位元件的触点和线圈进行强制 ON ／ OFFl) 以及常数修改。包括强制 ON ／ OFF ，修改 T 、 C 、 D 、 Z 、 V 的当前值和 T 、 C 的设定值，文件寄存器的写入等内容。 （ 1 ）元件监视。元件监视就是监视指定元件的 ON ／ OFF 状态、设定值及当前值。例如，监视 T100 和 C99 的键操作如下： 此时，显示屏上的显示 如图 所示。根据有无■标记，监视输出触点和复位线圈的 ON ／ OFF 状态。 (2) 导通检查。根据步序号或指令读出程序，监视元件触点的导通及线圈动作。例如，读出第 20 步做导通检查的操作如下： 读出从第 20 步开始的 4 行指令后，根据显示在元件左侧的■标记，可监视触点的导通和线圈的动作状态。还可利用↑、↓键进行滚动监视。 (3) 动作状态的监视。利用步进指令监视 S 的动作状态 ( 状态号从小到大，最多为 8 点 ) ，操作如下： (4) 强制 ON ／ OFF 。 要进行元件强制 ON ／ OFF 的操作，先进入元件监视，再强制操作。例如，要对 Y7 进行强制 ON ／ OFF ，操作如下： ①利用监视功能，对 Y7 元件进行监视； ②按 TEST 键后，若元件 Y7 为 OFF 状态，可按 SET 键，强制其处于 ON 状态。若 Y7 为 ON 状态，可按 RST 键，强制其处于 OFF 状态。强制 ON ／ OFF 操作只在一个扫描周期内有效。 (5) 修改定时器 / 计数器及寄存器 (T 、 C 、 D 、 Z 、 V) 的当前值。先进入元件监视，按测试键后再进行修改。例如，要将 32 位计数器当前值寄存器 (D1 、 DO) 的当前值 K1200 修改为 K25 ，操作如下： ①应用监视功能，对设定值寄存器进行监视； ②按 TEST 键后按 sP ，键，再按 K 或 K 、 H 键 ( 常数 K 为十进制数设定， H 为十六进制数设定 ) ，键人新的当前值； ③按 【GO】 键，当前值变更结束。 (6) 修改 T 、 C 设定值。元件监视或导通检查后，转到测试功能，可修改 T 、 C 的设定值。例如，要将 T1 的设定值 K20 修改为 K30 ，操作如下： ①利用监控功能对 T1 进行监视； ②按 TEST 键后，再按一次 sP ，键，则提示符出现在当前值的显示位置上； ③再按一次 sP 键，提示符移到设定值的显示位置上； ④键人新的设定值，按 【GO】 键，设定值修改完毕。 如，要将 T7 的设定值 D100 变更为 D200 ，操作如下： ①应用监视功能对 T7 进行监视； ②按 TEST 键后，再按两 1sP 键，提示符移动到设定值用数据寄存器地址号的位置上，键入变更的数据寄存器地址号； ③按 【GO】 键，变更完毕。 6.2 STEP 7-Micro/WIN32 编程软件的使用 6.3.1 软件安装与硬件连接 6.3.2 编程软件的功能及其主界面 6.3.3 编程及运行操作 6.2.1 软件安装与硬件连接 1. 软件安装 2. 硬件连接 3. 参数设置 4. 建立在线联系 1. 软件安装 SETP7-Micro/WIN 32 编程软件安装与一般软件的安装大体差不多，一般有以下步骤： (1) 将 SETP7-Micro/WIN 32 CD 放入 CD-ROM 驱动器，系统自动进入安装向导；如果安装程序没有自动启动，可在 CD-ROM 的 F ：（光盘） /STEP7/DISK1/setup.exe 找到安装程序。 (2) 在安装目录里双击 setup ，进入安装向导。 (3) 在安装向导的提示下完成软件的安装。 (4) 首次安装完成后，会出现一个“浏览 Readme 文件”选项对话框，你可以选择使用德语、英语、法语、西班牙语和意大利语阅读“ Readme” 文件。图 6-23 PLC 与计算机连接示意图 (a) 计算机与 PLC 的连接 (b)PC ／ PPI 电缆上的 DIP 开关 (c)DIP 开关的设置 一旦安装完成并已重新启动计算机， “ SIMATIC Manager （ SIMATIC 管理器）” 图标将显示在你的 Windows 桌面上。 2. 硬件连接 单台 PLC 与个人计算机的连接或通信，只需要一根 PC/PPI 电缆，如图所示。首先设置 PC/PPI 电缆上的选择通信波特率及帧模式的 DIP 开关 DIP 开关， DIP 开关的第 1 ， 2 ， 3 位用于设定波特率，初学者可选通信速率为默认值 9 ． 6Kbit ／ s ，开关 4 、 5 均应设置为 0 。在不使用调制解调器时，单主机硬件连接及 CPU 组态如图 6-23 所示。把 PC ／ PPI 电缆的 PC 端连接到计算机的 RS-232 通讯口 ( 一般是 COM1), 另一端连接到 PLC 的 RS-485 通讯口即可。 3. 参数设置 安装完软件并且连接好硬件之后，可以按下面的步骤设置参数： (1) 运行 STEP7-Micro ／ WIN 32 软件，进入其主界面。在引导条中单击通讯图标 ，或从“视图 (View)” 菜单中选择 “通讯 (Communications)” 选项，则会出现一个通讯对话框， 如图 所示。 (2) 在对话框中双击 PC/PPI 或 CP5611(PROFIBUS) 电缆的图标，系统将出现 Set PG/PC 接口的对话框， 如图 所示。 (3) 单击 Properties 按钮，将出现接口属性对话框，检查各参数的属性是否正确。在图 6-24 中，早期单主机组态系统默认设置为：远程设备站地址为 2 ，通信波特率为 9 ． 6Kbit ／ s ，采用 PC ／ PPI 电缆通信，使用计算机的 COMl 口， PPI 协议，传送字符数据格式（ Mode ） 11 位。 4. 建立在线联系 前几步如果都顺利完成，则可以建立与西门子 S7-200CPU 的在线联系，步骤如下；单击 通讯图标，或从“视图 (View)” 菜单中选择“通讯 (Communications)” 选项，则会出现一个通讯建立结果对话框，显示是否连接了 CPU 主机。双击通讯建立对话框中的刷新图标， STEP 7-Micro/WIN 32 将检查所连接的所有 S7-200CPU 站，并为每个站建立一个 CPU 图标。 双击要进行通讯的站，在通讯建立对话框中可以显示所选的通讯参数。此时，可以建立与 S7-200CPU 主机的在线联系，如主机组态、上装和下装用户程序等。 6.2.2 编程软件的功能及其主界面 1.STEP7-Micro ／ WIN32 的基本功能 STEP 7-Micro/WIN 32 的基本功能是在 Windows 平台编制用户应用程序，它主要完成下列任务： 在离线（脱机）方式下创建、编辑和修改用户程序。在离线方式下，计算机不直接与 PLC 联系，可以实现对程序的编辑、编译、调试和系统组态，此时所有的程序和参数都存储在计算机的存储器中。 在在线（联机）方式下通过联机通信的方式上装和下装用户程序及组态数据，编辑和修改用户程序 . 可以直接对 PLC 进行各种操作。 在编辑程序过程中具有简单语法检查功能。利用此功能可提前避免一些语法和数据类型方面的错误；它主要在梯形图错误处下方自动加红色曲线或在语句表中错误行前加注红色叉，且错误处下方加红色曲线。 具有用户程序的文档管理和加密等一些工具功能。 此外，还可直接用编程软件设置 PLC 的工作方式、运行参数以及进行运行监控和强制操作等。 2. 软件主界面组件及功能 启动 STEP 7-Micro/WIN 32 编程软件，其主界面外观 如图 所示。它采用了标准的 Windows 程序界面，如标题栏、主菜单栏等，熟悉 Windows 的用户可以非常容易地掌握。 编程器窗口包含的各组件名称及功能如下： (1) 浏览条 位于软件窗口的左方是浏览条，能为编程提供按钮控制的快速窗口切换功能。包含程序块 (ProgramBlock) 、符号表 (Symbol Table) 、状态图表 (Status Chart) 、数据块 (Data Block) 、系统块 (System Block) 、交叉索引 (CrossReference) 和通讯 (Communication) 等图标按钮。在济览条中单击任何一个按钮，则主窗口切换成此按钮对应的窗口。 (2) 指令树 指令树提供所有项目对象和为当前程序编辑器（ LAD 、 FBD 或 STL ）的所有指令的树型视图。您可以用鼠标右键单击树中“项目”部分的文件夹，插入附加程序组织单元（ POU ）；您一旦打开指令文件夹，就可以拖放单个指令或双击，按照需要自动将所选指令插入程序编辑器窗口中的光标位置。您可以将指令拖放在“偏好”文件夹中，排列经常使用的指令。 (3) 主窗口 主窗口用来显示编程操作的工作对象。可以以程序编辑器、符号表、状态图、数据块及交叉引用等 5 种方式进行程序的编辑工作。 1) 程序编辑器。 程序编辑器是编程的主要界面。可以以梯形图、指令表及 FBD 编程三种主要编辑方式完成程序的编辑工作。点击菜单栏中视图项下，可以实现梯形图、指令表及 FBD 编程方式的转换，还可在联机状态下从 PLC 上装用户程序进行读程序或修改程序。 2) 交叉索引。 交叉索引提供 3 个方面的索引信息，即交叉索引信息、字节使用情况信息和位使用情况信息。使编程已用的及可用的 PLC 资源一目了然。 3) 数据块。 数据块窗口可以设置和修改变量存储区内各种类型存储区的一个或多个 变量值，并加注必要的注释说明。 4) 状态图表。 状态图表可将程序输入、输出其他变量在该图中显示，在联机调试时监视各变量的值和状态。 5) 符号表 / 全局变量表 实际编程时为了增加程序的可读性，常用带有实际含义的符号作为编程元件代号，而不是直接用元件在主机中的直接地址。例如编程中的 Start 作为编程元件代号，而不用 IO.3 。符号表是允许程序员使用符号编址的一种工具，它可用来建立自定义符号与直接地址之间的对应，并可附加注释，有利于程序结构清晰易读。下载至 PLC 的编译程序将所有的符号转换为绝对地址，符号表信息不下载至 PLC 。 6) 局部变量表 每个程序块都对应一个局部变量表，在带参数的子程序调用中，参数的传递就是通过局部变量表进行的。局部变量表包含对局部变量所作的赋值（即子例行程序和中断例行程序使用的变量）。在局部变量表中建立的变量使用暂时内存；地址赋值由系统处理；变量的使用仅限于建立此变量的 POU 。 另外，主窗口的下部设有主程序、子程序及中断子程序的选择按钮。 (4) 输出窗口 该窗口用来显示程序编译的结果信息。如各程序块 ( 主程序、子程序的数量及子程序号、中断程序的数量及中断程序号 ) 及各块的大小、编译结果有无错误以及错误编码及其位置等。当输出窗口列出程序错误时，可双击错误讯息，会在程序编辑器窗口中显示对应的网络。 (5) 状态条 位于窗口底部的状态条提供有关在 STEP 7-Micro/WIN 32 中操作的信息。如在编辑模式中工作时，它会显示简要状态说明、当前网络号码光标位置（用于 STL 编辑器的行和列；用于 LAD 或 FBD 编辑器的行和列）等编辑器信息。 (6) 帮助 (Help) 它通过过帮助菜单上的目录和索引检阅几乎所有的相关的使用帮助信息，帮助菜单还提供网上查询功能。在软件操作过程中的任何步骤或任何位置都可以按 n 键来显示在线的帮助，大大方便了用户的使用。 (7) 工具条 在 STEP 7-Micro/wIN 32 编程软件中，将各种最常用的操作以按钮形式设定到工具条。可以用“检视 (View)” 菜单中的“工具条（ Toolbars ）”选项来显示或隐藏工具条。常用的有标准（ Standard ）、调试（ Debug ）、和公用（ Instructions ）三种 , 标准工具条与基于 WINDOWS 其它应用软件功能差不多，图 6-28 、 6-29 所示为调试（ Debug ）、和公用（ Instructions ）工具条所含快捷按钮及功能简介，供大家速查。 6.2.3 编程及运行操作 1. 新建项目 2. 编辑程序 3. 程序的调试及运行监控 4 ．运行模式下的编辑 5 ．程序监视 (1) 新建项目 双击 STEP 7-Micro/WIN32 图标，或从“开始”菜单选择 Simatic>STEP 7 Micro/WIN32 ，启动应用程序，会打开一个新 STEP 7-Micro/WIN32 项目。建立一个程序文件，可用“文件 (File)” 菜单中的“新建 (New)” 命令，在主窗口将显示新建程序文件的主程序区，也可用工具条中的新建按钮来完成 。如图所示为一个新建程序文件的指令树，系统默认初始设置如下：新建的程序文件以“项目 1(CPU221)” 命名，括号内为系统默认 PLC 的型号。项目包含 7 个相关的块（程序块、符号表、状态图表、数据块、系统块、交叉索引及通信）。其中程序块中有 1 个主程序， 1 个子程序 SBR_0 和 1 个中断程序 INT_0 。 用户可以根据实际编程需要做以下操作： 1) 确定 CPU 主机型号 确定主机型号的具体操作如下：右击“项目 1 （ Project1 CPU 221 ）”图标，在弹出的按钮中单击“类型 (Type)” ，或用菜单命令 PLC/Type 来选择 CPU 型号。 通过选择 PLC 类型，可帮助执行指令和参数检查，防止在建立程序时发生错误。此外，在您为项目指定 PLC 类型后，指令树用红色标记 x: 表示对 PLC 无效的任何指令。以免下载项目时，会被 PLC 拒绝。 2) 程序更名 新生成的子程序和中断程序根据已有子程序和中断程序的数目，默认名称分别为 SBR_n 和 INT_n ，用户可以自行更名。更名时，可用“文件 (File)” 菜单中“另存为 (S)” 命令，然后在弹出的对话框中键入希望的子程序或中断程序名称，也右以在指令树窗口中，右击要更名的子程序或中断程序名称，在弹出的选择按钮中单击“重命名 (Rename)” ，然后键人名称。 3) 添加一个子程序或一个中断程序 方法 1 ：在指令树窗口中，右击“程序块 (Program Block)” 图标，在弹出的选择按钮中单击“插入子程序 (1nsert Subroutine)” 或“插人中断程序 (1nsert Interrupt)” 项。 (2) 打开已有项目文件 打开一个磁盘中已有的程序文件，可用“文件 (File)” 菜单中的“打开 (Open)” 命令，在弹出的对话框中选择打开的程序文件；也可用工具条中的按钮来完成。 如果你最近在某一项目中工作过，该项目就会在“文件”菜单下列出，可直接选择，不必使用“打开”对话框。 (3) 上装和下装程序文件 在已经与 PLC 建立通讯的前提下，上装程序文件是指将存储在 PLC 主机中的程序文件装入到编程器（计算机）中。可用菜单命令 FileUpload ，或者用工具条中的 Upload 按钮来完成操作。下装程序文件是指将存储在编程器（计算机）中的程序文件装入到 PLC 主机中。可用菜单命令 FileUpload, 或者用工具条中的 Download 按钮完成下装程序文件的操作。 2 ． 编辑程序 (1) 输入编程元件 在使用 STEP 7-Micro ／ WIN 32 编程软件中，一般采用梯形图编程，编程元件有线圈、触点、指令盒、标号及连接线。触点 代表电源可通过的开关，电源仅在触点关闭时通过正常打开的触点（逻辑值零）；线圈 代表由功率流充电的中继或输出。指令盒 代表当功率流到达方框时执行的一项功能（例如，计时器、计数器或数学运算）。 输入编程元件的方法有两种： 方法 1 ：从指令树中双击或拖放 ◆在程序编辑器窗口中将光标放在所需的位置。一个选择方框在该位置周围出现。 ◆在指令树中，浏览至所需的指令双击或拖放该指令到程序编辑器窗口。 方法 2 ：工具条按钮 单击图所示的指令工具条上的触点、线圈或指令盒等相应编程按钮，从弹出的下拉菜单中选择要输入的指令单击即可，也可使用功能键（ F4= 触点、 F6= 线圈、 F9= 指令盒）插入一个类属指令，图 6-32 为触点、线圈和指令盒类属指令 列表。 图 指令工具条编程按钮 图 类属指令列表 在指令工具条上，编程元件输入有 7 个按钮。下行线、上行线、左行线和右行线按钮，用于输入连接线，可形成复杂梯形图结构。输入触点、输入线圈和输入指令盒按钮用于输入编程元件。 (2) 元件间的连接 在一个梯形图支路中，如果只有编程元件的串联连接，输入和输出都无分叉，只需从网络的开始依次输入各编程元件即可，每输入一个元件，光标自动向后移动到下一列。但对于较复杂的梯形图结构，如并联触点或触点块，或梯形图分支，则要用到工具条中线按钮。 用指令工具条中的编程按钮 ，可编辑复杂结构的梯形图，例如，在图 6-33 中，单击图中第一行下方的编程区域，则在本行下一行的开始处显示光标 ( 图中方框 ) ，然后输入触点，生成新的一行，输入完成后将光标移到要合并的触点处，单击按钮 即可，网络 1 的分支 1 就是在 M0.0 处后单击 按钮的结果。 (3) 输入操作数 图中 的元件上方均有红色的“ ??.?” ，须点击“ ??.?” ，将光标移到该入，输入触点名称或操作数值，元件的输入才算完整。 (4) 插入和删除 编程中经常用到插入和删除一行、一列、一个网络、一个子程序或中断程序等。方法有两种：在编程区右击要进行操作的位置，弹出下拉单，选择“插入 ( 工 nsert)” 或“删除 (Delete)” 选项，再弹出子菜单，单击要插入或删除的操作。 对于元件剪切、复制和粘贴等方法也与上述操作相似 (5) 块操作 利用块操作对程序进行大面积删除、移动、复制十分方便。块操作包括块选图 顺序程序结构输入 择、块剪切、块复制和块粘贴。这些操作非常简单，与一般字处理软件中的相应操作方法完全相同。 除了梯形图编程， STEP7-Micro ／ WIN 32 编程软件还提供指令表编程，并可以方便地将 LAD 与 STL 进行转换。此外，编程操作中还有符号表、局部变量表、注释等操作是方便程序的编制与阅读的。在此不再详述。 (6) 局部变量表 打开局部变量表的方法是，将光标移到程序编辑区的上边缘，拖动上边缘向下，则自动显露出局部变量表，此时即可设置局部变量。使用带参数的子程序调用指令时会用到局部变量表，在此不再详述。 (7) 注 释 梯形图编程器中的“网络 n(Network n)” 标志每个梯级，同时又是标题栏，可在此为该梯级加标题或必要的注释说明，使程序清晰易读。方法：双击“网络 n” 区域，弹出对话框，此时可以在“题目 (Title)” 文本框键入标题，在“注释 (Comment)” 文本框中键入注释。 (8) 编程语言转换 软件可实现三种编程语言 ( 编辑器 ) 之间的任意切换。选择“视图 (View)” 菜单，单击 STL 、 LAD 或 FBD 三种任何一种便可进入对应的编程环境。使用最多的是 STL 和 LAD 之间的互相切换， STL 的编程可以按或不按网络块的结构顺序编程，但 STL 只有在严格按照网络块编程的格式编程才可切换到 LAD ，不然无法实现转换。 (9) 编 译 程序编辑完成，可用 "PLC” 菜单中的“编译 (Compile)” 命令进行离线编译。编译结束，在输出窗口显示编译结果信息。 (10) 程序的下载 编辑完成的程序可以点击工具条中的下载按钮 进行下载。下载前软件将对待下载的程序进行编译，编译中若发现错误，则在输出窗口给出提示，下载则暂停执行。编译无误的程序下载后会给出下载成功的提示。 3. 程序的调试及运行监控 程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序一经编制成就是完善的，只有经过试运行甚至现场运行才能发现程序中不合理的地方并且进行修改。 STEP7-Micro ／ WIN 32 编程软件提供了一系列工具，可使用户直接在软件环境下调试并监视用户程序的执行。 PLC 在连续循环中读取输入、执行程序逻辑、写入输出和执行系统操作和通讯。该扫描循环速度极快，每秒执行多次。 (1) 设置扫描次数 调试就是试运行，当某些程序需观察一定次数的扫描执行的结果时，设置用户程序试运行的扫描次数就很有意义。具体设置时将 PLC 置于 STOP 模式，使用“调试 (Debug)” 菜单中的“初次扫描 (FirstScans)” 命令及“多次扫描 (Multiple ， Scans) 命令，即可指定执行的扫描次数，然后单击确认 (OK) 按钮进行监视。 (2) 状态图表监控状态图表的监视 程序调试中有时为了模拟运行中的一些工作条件的变化，需人为改变程序相关的一些变量，并观察相关编程器件的变化，这一工作可通过状态图表来完成。具体操作时在引导条窗口中单击“状态图 (StatusChart)” 或用“检视 (View)” 菜单中的“状态图”命令。 当程序运行时，可使用状态图来读、写和监视其中的变量，如图所示。并可以用强制表操作修改用户程序中的变量。当用状态图表时，可将光标移到某一个单元格，击右键，在弹出的下拉菜单中单击一项，可实现相应的编辑操作。 强制改变的变量可以是一个 Q 位或所有的 Q 位，还可以强制改变最多 16 个． V 存储器或 M 存储器的数据，变量可以是字节、字或双字类型，强制改变模拟量印象存储器 I ／ 0(AI 或 AQ) ，变量类型为偶字节开始的字类型。 利用类似的操作可以解除有关器件的强制。 4 ．运行模式下的编辑 在运行模式下编辑，可在对控制过程影响较小的情况下，对用户程序做少量的修改。修改后的程序下载时，将立即影响系统的控制运行，所以使用时应特别注意。可进行这种操作的 PLC 有 CPU 224 、 CPU 226 和 CPU226XM 等。 操作步骤： (1) 选择菜单命令调试 【Debug】 在运行模式中进行程序编辑（ Program Edit in RUN ） 因为 RUN 模式下只能编辑主机中的程序，如果主机中的程序与编程软件窗口中的程序不同，系统会提示用户存盘。如果程序中有用 STEP 7-Micro/WIN 32 编写的尚未保存的程序，会提示您将程序保存。会出现警告对话框。选择 【 继续 (Continue)】 按钮，确认您希望继续在 RUN （运行）模式中编辑程序。这会使程序从 PLC 上载至计算机 STEP 7-Micro/WIN 32 中，在此可以进行编辑改动。完成所需的改动后，需要将改动下载至 PLC 主机中，才会立即生效。 (2) 下载编辑 在 RUN （运行）模式中执行程序编辑的过程中，您只能下载程序块（ OB1 ），而不能下载系统块或数据块。开始下载后，不能在 STEP 7-Micro/WIN 32 中执行其他任务，直至下载完成。检查输出窗口是否存在任何编译错误（例如，重复 EU 或 ED 号码）。您可以双击错误讯息，在 STEP 7-Micro/WIN 32 程序编辑器窗口中调出出错的网络。 在程序编译成功后，可用 【 文件 (File) 】 菜单中的 【 下载 (Download) 】 命令，或单击工具条中的下载按钮 ，将程序块下载到 PLC 主机。 (3) 退出运行模式编辑使用 【 调试 (Debug) 】 菜单中的 【RUN （运行） 】 中的 【 程序编辑 (E) 】 命令，然后根据需要选择 【 选项 (Checkmark) 】 中的内容。 5 ．程序监视 (1) 梯形图监视 (2) 语句表监视 (1) 梯形图监视 利用梯形图编辑器可以监视在线程序状态，如图所示。图中被点亮的元件表示处于接通状态。 实现方法是：用“工具 (Tools)” 菜单中的“选项 (Options)” 命令，打开选项对话框，选择“ LAD 状态 (LADstatus)” 选项卡，然后选择一种梯形图的样式。梯形图可选择的样式有 3 种：指令内部显示地址和外部显示值；指令外部显示地址和外部显示值；只显示状态值。打开梯形图窗口，在工具条中单击 序状态按钮即可。 梯形图中显示所有操作数的值，所有这些操作数状态都是 PLC 在扫描周期完成时的结果。在使用梯形图监控时， STEP 7-Micro ／ WIN 32 编程软件不是在每个扫描周期都采集状态值在屏幕上的梯形图中显示，而是要间隔多个扫描周期采集一次状态值，然后刷新梯形图中各值的状态显示。在通常情况下，梯形图的状态显示不反映程序执行时的每个编程元素的实际状态。但这并不影响使用梯形图来监控程序状态，而且在大多数情况下，使用梯形图也是编程人员的首选。 (2) 语句表监视 用户可利用语句表编辑器监视在线程序状态。语句表程序状态按钮连续不断地更新屏幕上的数值，操作数按顺序显示在屏幕上，这个顺序与它们出现在指令中的顺序一致，当指令执行时，这些数值将被捕捉，它可以反映指令的实际运行状态。 实现方法是：单击工具栏上的程序状态按钮 出现图 6-33 所示的显示界面。其中，语句表的程序代码出现在左侧的 STL 状态窗口里，包含操作数的状态区显示在右侧。间接寻址的操作数将同时显示存储单元的值和它的指针。图 6-33 语句表监视举例 可以利用工具栏中的 按钮暂停，将当前的状态数据保留在屏幕上，直到再次单击这个按钮。 图中状态数值的颜色表示指令执行状态：黑色表示指令正确执行；红色表示指令执行有错误；灰色表示指令由于栈顶值为。或由跳转指令使之跳过而没有执行；空白表示指令未执行。 设置语句表状态窗口的样式：用 " 工具 (Tools)” 菜单中的“选项 (Options)” 命令，打开选项对话框，选择 "STL 状态 (STLstatus)” 的选项卡，然后进行设置。 6.3 三菱 PLC 的编程软件及其使用 SWOPC-FXGP ／ WIN-C 是日本三菱公司为其生产的 FX 系列可编程控制器使用的编程软件，可在 Windows 95982000 下运行。在 SWOPC-FXGP ／ WIN-C 中，提供了梯形图方式、助记符方式和 SFC 三种编程方式创建程序，还可以在程序中加人中文、英文注释，它还能够监控 PLC 运行时的动作状态和数据变化情况，而且还具有程序和监控结果的打印功能。总之， SWOPCFXGP/WIN-C 软件为用户提供了程序录入、编辑和监控手段，是功能较强的 PLC 上位编程软件。 6.3.1 软件的启动 图 PLC 类型设置对话框 用鼠标双击桌面上的图标 就可启动 SWOPC-FXGP ／ WIN-C ，点击工具栏中的“新文件”图标 ，即出现起始界面并弹出 PLC 机型选择对话窗，如图所示，选择相应的机型，即出现如图所示的编程界面。从界面可以看到最上面是主菜单栏，接着是工具栏和程序编辑区，窗口最下面分别是状态栏和功能键栏，界面右侧有功能图快捷按钮。各按钮的功能说明如图所示。 6.3.2 菜单介绍 1 ．工具菜单 【 触点 】 、 【 线圈 】 、 【 功能 】 、 【 连线 】 、 【 清除 】 、 【 变换 】 ，这些功能是用于绘制梯形图和梯形图编辑的。如选中某梯形图符号选项，则弹出如图所示的输入元件对话框，输入元件编号并点击 【 确认 】 即可。如是输入功能元件，还可点击对话框底部的 【 参照 】 按钮 , 系统将显示指令表对话框 , 如图所示，在这个框里可以输入元件的参数，也可点击参照，显示对应的备选元件选项，如图所示。 在元件列表框中选择，输入元件号并检查 [ 设数 ] 项或 [ 改变 ] 项，点击确认按钮或按 [Enter] 键即可。 2 ． 【 功能 】 子菜单是用于输入功能命令，例如，传送 MOV 、比较 CMP 等命令； 【 变换 】 子菜单是将创建的梯形图进行语法检查并转换格式存入计算机中。 工具菜单中的子菜单功能可以通过选中视图菜单中的“功能图”选项，而以梯形图符号的形式出现在编辑区右侧，在绘制梯形图时可方便选用。同样，可以选用界面最下一栏的功能键栏中的功能键来绘制梯形图。 2. 编辑菜单 （ 1 ）“剪切”、 “拷贝”、 “粘贴”这些菜单命令功能与一般常用软件操作相同，在此也不再赘述。 （ 2 ）“行删除”功能是线路块删除，当光标指在该行的最左端，执行该命令可将该行单元中线路块删除。“行插入”功能是在光标所指行的前面插入一行。 （ 3 ）“元件名”、 “元件注释”、 “线圈注释”、“块注释”是用于标注注释的功能选项。在使用前，首先要进行注释显示设置，点击视图菜单中的“显示注释”选项或工具栏中的“注释显示设置”按钮，出现如图所示的对话框，点中要注释的项目，并设置显示范围，确认即可。如选中“元件名注释”选项时，会弹出相应的注释对话框，输入对应的注释即可。 3. 视图菜单 （ 1 ）“梯形图”、“指令表”、“ SFC” 、“注释视图”、“寄存器”这些子菜单是用于这几种编辑视图的转换。 （ 2 ）“触点／线圈列表”、“已用元件列表”、“ TC 设置表显示”分别显示触点及线圈的使用状态、显示程序中元件的使用状态、显示程序中计数器及定时器的设置表。 （ 3 ）“显示注释”子菜单是进行注释显示设置的，点中要注释的项目，并设置显示范围。 （ 4 ）“显示比例”可以放大显示内容 4. PLC 菜单 单击菜单“ PLC” ，系统显示图 6-14 所示 PLC 菜单项的下拉菜单，各子菜单项的功能如下：图 . PLC 下拉菜单功能项 （ 1 ）“传送”子菜单是将已创建的顺控程序成批传送到可编程控制器中。传送功能包括“读入”、“写出”及“校验”。“读入”是将 PLC 中的程序传送到计算机中。“写出”是将计算机中的程序发送到 PLC 中。“校验”是将在计算机及可编程控制器中的程序加以比较校验。 在执行传送操作时， 计算机的 RS232C 端口及 PLC 之间必须用指定的缆线及转换器连接；执行完 [ 读入 ] 后 , 计算机中的顺控程序将被丢失 ,PLC 模式被改变成被设定的模式 , 现有的顺控程序被读入的程序替代。在 [ 写出 ] 时 , PLC 应停止运行，程序必须在 RAM 或 EE-PROM 内存保护关断的情况下写出 . 然后机动进行校验。 （ 2 ）“寄存器数据传送”子菜单将已创建的寄存器数据成批传送到 PLC 中。其功能包括 “读入”、“写出”以及“校验”。“读入”是将设置在 PLC 中的寄存器数据读入计算机中。 “写出”是将计算机中的寄存器数据写入 PLC 中。“校验”将计算机中的数据与 PLC 中的数据进行校验。 （ 3 ）“ PLC 存储器清除”子菜单功能是用于清除 PLC 储存器、数据元件存储器和位元件 存储器，操作时选中要清除的选项，并确认即可。 （ 4 ）“串口设置”是用于串行通信格式的设置，当用 RS232C 适配器及 RS 命令来进行串行通信时，首先要进行通信格式的设置，通过 PLC 的特殊数据寄存器 D8120 来设定，具体参数设置参见产品说明手册。 （ 5 ）“ PLC 当前口令或删除”选项可用于 PLC 口令的设置、改变或删除。 （ 6 ）“运行中程序更改”选项可以在程序运行时将 PLC 的程序作部分改变，但 PLC 程序内存必为 RAM ，可被改变的程序应仅为一个电路块，限于 127 步，被改变的电路块中应无高速计数器的应用指令。 （ 7 ）“遥控运行 / 停止”选项可以遥控可编程控制器进行运行 / 停止操作，而无须操作 PLC 主机上的开关。 （ 8 ）“ PLC 诊断”选项是用于显示与计算机相连的 PLC 状况与出错信息相关的特殊数据寄存器以及内存的内容的。 图 6-15 采样跟踪参数设置对话框 （ 9 ）“采样跟踪”子菜单的目的是用采样输入输出继电器及接点，辅助继电器及接点，数据寄存器、定时器的状态、通断情况及当前值，并将各元件数值变化在时间表中加以显示。“参数设置”点击后，弹出如 图 所示的参数设置对话框，在其中设置采样条件，设置采样的次数、时间、元件及触发条件。采样次数可设为 l 到 512 之间，采样时间为 0 到 200(*10 毫秒 ) 之间。 （ 10 ）“端口设置”的功能是用计算机 RS232C 端口与 PLC 相连，其操作方法即在弹出的通讯设置对话框中对各参数加以设置，这里使用何种端口跟具体使用的计算机的状况有关。 5. 监控／测试菜单 监控／测试各子菜单项如图 6-16 所示。图 6-16 监控 / 测试下拉菜单 （ 1 ）“开始监控”选项是用于进行监控程序运行情况或停止监控程序运行的，当程序运行并处于监控状态时，若梯形图程序中的某个接点接通，则该接点处的颜色变为绿色。 （ 2 ）“进入元件监控”菜单操作命令执行后，显示元件登录监控窗口，在此登录元件，双击鼠标或按 [Enter] 键显示元件登录对话框，在此设置元件登录监控中被显示的元件。 在元件设置对话框中设置以下各项并点击登录按钮或按 [Enter] 键，在 [ 元件 ] 一栏中，设置待监控的起始元件 . 有效的元件为 X, Y, M 及特殊的 M, S, T, C, D, 和特殊的 D, V 及 Z 。在 [ 显示点数 ] 一栏中设置由元件不断表示的显示点数，最大登录数为 48 点，选择 [ 刷新屏幕 ] 表示在清除已显示元件加以检查，显示新的指定元件。 （ 3 ）“强制 Y 输出” 的功能是强制 PLC 输出端口 (Y) 输出 ON 或者 OFF 。选择此项，屏幕弹出强制 Y 输出对话框，设置好元件地址及 ON/ OFF 后，点击运行按钮或按 [Enter] 键 , 即可完成强制输出。 （ 4 ）“强制 ON ／ OFF” 的功能是强行设置或重新设置 PLC 的位元件。执行此子菜单项后，屏幕弹出强制设置、重置对话框，在此设置元件 SET/RST ，点击运行按钮或按 [Enter] 键，使待强制的元件得到设置或重置。其中： -SET 有效元件： X, Y, M, 特殊元件 M, S, T, C ； -RST 有效元件： X, Y, M, 特殊元件 M, S, T, C, D, 特殊元件 D, V, Z ； 当复位字元件时，如果 T 或 C 被复位， , 其位信息被关闭，当前值被清零。 如果是 D 、 V 或 Z ，仅仅是当前值被清零。 （ 5 ）“改变当前值” 的功能是改变 PLC 字元件的当前值。选择此子菜单项后，屏幕显示改变当前值对话框，对对话框中选定元件及改变值，点击运行按钮或按 [Enter] 键，选定元件的当前值则被改变。 . 此操作仅对字元件 T 、 C 、 D 及特殊 D 、 V 、 Z 有效。被改变的当前值要加上前缀 K 、 H 、 B 、 A ，分别表示十进制数、十六进制数、二进制数或 ASCII 码。 图 6-17 选项下拉菜单 （ 6 ）“改变设置值”菜单操作仅仅在监控时有效，在电路监控中，如果光标所在位置为计 数器或定时器，执行该命令后屏幕显示改变设置值对话框，在此设置要改变的值并点击确认 按钮或按 [Enter] 键，指定元件的设置值被改变。 （ 7 ）“显示监控数据的变化值”，点击该菜单可改变监控数据的进制，十进制数或十六进制数。 6. 选项菜单 选项菜单的下拉子菜单项如图 6-17 所示。 （ 1 ）“程序检查” 子菜单是用于检查语法、双线圈及梯形图错误的，也即检验命令码及其格式，检查同一元件或线圈的重复使用状况，检查梯形图电路中的缺陷，并显示检查结果，如图 6-18 所示。注意，如果在 [ 双线圈检查 ] 或 [ 线路检查 ] 检出错误 , 它并不一定导致 PLC 或操作方面的错误，特别的，在 PLC 方面，双线圈并不认为是错误的它在步进梯形图中它是被允许的或有特殊用途的。 （ 2 ）“参数设置”菜单操作用于设置用户程序储存器的容量和决定元件保存的锁存范围。 图 程序检查对话框 （ 3 ）“口令设置”菜单是用于设置 PLC 新口令、改变老口令或取消口令的操作。 （ 4 ）“ PLC 模式设置”菜单是用于设置 PLC 模式，执行此菜单项后，弹出 如图 所示的在对话框，在对话框中完成无电池模式的 ON ／ OFF ，调制解调器的初始化，是否由输入端来控制 PLC 运行以及控制运行的输入端编号的设置，确认即可。 （ 5 ）“串行口设置”菜单操作命令用于通讯选项设置，设置内容是数据长度、奇偶校验、停止位、波特率、协议、数目校验、传送控制过程、设置站点号、剩余时间的判断标准时间。设置在相应的对话框中完成。设置好后，在运行 PLC 时，数据被拷贝到特殊数据寄存器 D8120 ＼ D1821 、 D8129 中。 （ 6 ）“元件范围设置”菜单操作时，屏幕显示“元件范围设置”对话框，在此可对每个元件范围加以设置。通常而言，由 PLC 允许范围决定元件最大设置范围，但每个元件还可以自行设置范围。 （ 7 ）“改变 PLC 类型”菜单操作命令可以改变程序应用于另外类型的 PLC ，仅允许从低级类型改动到高级类型，不允许改变为指定目录外的类型。 （ 8 ）“选择”菜单操作命令是用于设置编程的环境。在“参照”对话框中依照显示的条目加以选择。 （ 9 ）“ EPROM 传送”菜单项用于把程序传送到与计算机 RS232C 端口相连的 ROM 写入器中，传送功能包括 [ 设置 ] 、 [ 读入 ] 、 [ 写出 ] 和 [ 校验 ] 。其中 [ 设置 ] 是设置与 ROM 写入器相连的跳向格式。注意它必须与 ROM 写入器方的设置相符； [ 读入 ] 是将 ROM 写入器上磁带盒中的顺控程序读入到计算机中； [ 写出 ] 是将存在计算机中的程序写入到 ROM 写入器上的磁带盒中； [ 校验 ] 是将计算机中存储的顺控程序与 ROM 写入器上的磁带盒中的内容加以检验比较。 注意， ROM 写入器的传送格式为十六进制，当使用 EPROM-8 型 ROM 磁带盒，需要 ROM 适配器 （ 10 ）“字体”选项用于设置梯形图中显示的字体及大小。 6.3.3 FXGP ／ WIN-C 软件编程的应用实例 本例的梯形图如图 1 所示。 进入 FXGP ／ WIN-C 工作界面后，单击新建，选择 FX2 型 PLC 并确认后，进入程序编辑窗口。 1. 输入梯形图程序 单击功能图栏快捷按钮常开触点图标，在输入元件对话框中输入 X0 。黄色的大光标自动后移，单击向下连线图标，将光标移到第二行的开始处，单击，输入 Y0 ，将光标移到第一行连线后，单击常闭触点图标，输入 X1 ，再单击，输入 X2 ，再同样输入常闭触点 Y1 ，单击工具条输出线圈图标，输入 Y0 。同样输入余下的梯形图到直到输出线圈 Y1 。再将光标移至母线，单击工具条功能指令图标，输入 END 。结果 如图 2 所示。 2. 程序保存 单击“保存”图标，在弹出的对话框中，选择保存的目标盘各个地方及文件夹，给出文件名（扩展名默认为 pmv ），单击确认键，通常将程序保存在 D 或 E 硬盘中，以加快程序运行速度。 3. 语法检查 梯形图画完后，从选项下拉菜单中选择程序检查项，选择检查项目后点击确认键，检查结果应显示无错，则语法检查通过，否则应根据提示修改程序，重新进行语法检查。 单击菜单工具中的“转换”，进行编译，若编译通过，编辑窗由图示灰色变为白色。若编译失败，可从帮助菜单得到出错原因。 也可单击视图菜单下的指令表或 SFC ，系统自动弹出指令编辑窗或 SFC 编辑窗，自动将梯形图转换成指令表或 SFC 。 4. 将梯形图下载到 PLC （ 1 ）端口设置。从 PLC 下拉菜单中选择端口设置，则弹出端口设置对话框，若通信电缆插在 COM1 口，则选择 COM1 ，点击确认键，关闭窗口。 （ 2 ）下载程序 检查计算机的 RS-232 口与 PLC 之间已用通信电缆的连接。再从 PLC 下拉菜单中选择传送，再选“写出 …” ，弹出程序下载对话框，选择下载的范围后，点“确认”后，个人计算机上的梯形图程序就传到 PLC 中。 （ 3 ） PLC 接线图 PLC 外部接线图 进行 PLC 的外部接线。在 PLC 不通电的情况下，按照梯形图程序的输入 / 输出点分配，进行 PLC 输入端与输入电器之间的连接，如图 6-22 所示。输出电器可暂时不接，等模拟高度通过后再连接到输出模块的对应端子上。检查无误后，接通 PLC 电源。 （ 4 ）运行并调试程序 接通 PLC 上的运行开关， PLC 面板上的 RUN 指示灯亮，表示 PLC 已进入运行状态。从“监控 / 测试”下拉菜单中选“进入元件监控”，对照梯形图，按下 SB2 按钮，输入继电器 X000 接通，观察屏幕上 X001 、 X002 、 Y001 、 Y002 的 ON/OFF 是否达到控制要求。如果输出不对，应回到上面第（ 5 ）步，重新修改梯形图程序，再下载到 PLC 中调试，直至正确。模拟调试完成后，就可进行整个系统的现场运行调试了。 本 章 小 结 (1) 用编程器及编程软件对 PLC 编程，首先要在计算机上安装相应的编程软件，然后建立硬件连接并对通讯参数进行设置，最后建立与 PLC 的在线联系与测试。 (2 编程器及编程软件功能丰富、界面友好，且有方便的联机帮助功能。应掌握各项常用的功能。 (3) 程序编辑是学习编程器及编程软件的重点，可以用打开、新建、或从 PLC 上装程序文件，并对其编辑修改。编辑中应熟练使用菜单、常用按钮及各个功能窗口。符号表的应用可以使程序可读性大大提高，好的程序应加注必要的标题和注释。同一程序可以用梯形图、语句表和功能块图三种编辑器进行显示和编辑，并可直接切换。 (4) 使用状态图表可以强制设置和修改一些变量的值，实现程序调试。如果程序的改变对运行情况影响很小，可以在运行模式下编辑和修改程序及参数值。程序运行监控可用以下三种方法：梯形图法、功能块图法和语句表法，其中语句表监视可以反映指令的实际运行状态。 本章重点应掌握用编程软件 SWOPC-FXGP ／ WIN-C 、 STEP7 一 Micro ／ Win 32 进行程序编程和程序调试的方法。 第 7 章 PLC 指令编程方法及编程技巧 7.1 常用基本环节的编程 7.2 梯形图的经验设计法 7.3 梯形图的“翻译”设计法 7.4 梯形图的时序设计法 7.5 梯形图的顺序控制设计法 7.1 常用基本环节的编程 7.1.1 三相异步电动机单向运转控制：启 - 保 - 停电路 7.1.2 三相异步电动机可逆运转控制：互锁环节 7.1.3 两台电机延时启动的基本环节 7.1.4 定时器、计数器应用程序 1 、定时范围的扩展 2 、闪烁电路 3 、分频电路 7.1.5 常闭触点输入信号的处理 如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入全部为常开触点来设计，然后将梯形图中相应的输入继电器的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点。 7.2 梯形图的经验设计法 7.2.1 运货小车的工作过程控制 1. 控制 要求 2. 程序 设计 (1) 按下启动按钮 SB(I0 ． 0) ，小车电机正转 (Q1 ． 0) ，小车第一次前进，碰到限位开关 SQl(I0 ． 1) 后小车电机反转 (Q1 ． 1) ，小车后退。 (2) 小车后退碰到限位开关 SQ2(I0 ． 2) 后，小车电机 M 停转。停 5s 后，第二次前进，碰到限位开关 SQ3(I0 ． 3) ，再次后退。 (3) 第二次后退碰到限位开关 SQ2(I0 ． 2) 时，小车停止。 7.2.2 用 PLC 实现对通风机的监视 用 PLC 设计一个对三台通风机选择运转装置进行监视的系统。如果三台风机中有两台在工作，信号灯就持续发亮；如果只有一台风机工作，信号灯就以 0 ． 5Hz 的频率闪光；如果三台风机都不工作，信号灯．就以 2Hz 频率闪光；如果选择运转装置不运行，信号灯就熄灭。 根据要求，条件信号有三个，即：①三台风机中至少有两台在运行，这时有 3 种逻辑组合关系，如图 (a) 所示；②只有一台风机在运行，逻辑关系如图 (b) 所示。 ③没有风机在运行，当这种逻辑至少有一种满足，信号灯发光，如图 (c) 所示。 由以上三种逻辑关系可以绘出风机监视系统的梯形图 7.2.3 五组抢答器控制设计 1 ．控制要求 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，总台开始及总台复位按钮。分台设有分台灯，分台抢答按钮。各队抢答必须在主持人给出题目，说了“开始”并同时按下开始控制钮后的 l0s 内进行，如提前抢答，抢答器将报出“违例”信号 ( 违例扣分 ) 。 10s 时间到，还无人抢答，抢答器将给出应答时间到信号，该题作废。在有人抢答情况下，抢得的队必须在 30s 内完成答题。如 30s 内还没有答完，则做答题超时处理。灯光及音响信号的意义安排如下。 音响及某台灯：正常抢答。 音响及某台灯加总台灯：违例。 音响加总台灯：无人应答及答题超时。 在一个题目回答终了后，主持人按下复位按钮，抢答器恢复原始状态，为第二轮抢答做好准备。 2. 元器件分配 输入器件 输出器件 其他机内器件 X000 ：总台复位按钮 Y000 ：总台音响 M0 ：公共控制触点继电器 X001 ～ X005 ：分台按钮 Y001 ～ Y005 ：各台灯 Ml ：应答时间辅助继电器 X010 ：总台开始按钮 Y014 总台灯 M2 ：抢答辅助继电器 M3 ：答题时间辅助继电器 M4 ：音响启动信号继电器 Tl ：应答时限 10s T2 ：答题时限 30s T3 ：音响时限 1s 3. 程序设计 7.3 梯形图的“翻译”设计法 用 PLC 的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器系统的功能，这种方法习惯上也称为 翻译法 。 将继电器控制系统电路图转换为功能相同的 PLC 的外部接线图和梯形图的 步骤 1 ）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数。 2 ）确定 PLC 的输入信号和输出负载，以及与它们对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出 PLC 的外部接线图。 3 ）确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器位 (M) 和定时器 (T) 的地址。这两步建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的位地址之间的对应关系。 4 ）根据上述对应关系画出梯形图。 7.4 梯形图的时序设计法 7.4.1 洗衣机电路设计 1. 了解控制 要求 2. 设置定时器 3. 根据上述时序图设计输出继电器的 表达式 4. 设计 梯形图 此电路要求 PLC 的 Y0 输出端口控制电动机的转动和停止， Y1 输出端口控制电动机的正转和反转。点动 X0 输入端口且在 M0 为 ON 期间， Y0 、 Y1 变化时序如图 (a) 所示。 一个周期内， Y0 的时序图由 2 个为 ON 的时序图组成，前一个时序波形对应的 M0 为 ON ， T0 为 OFF ，故表达式为 , 后一个波形对应的 T1 为 ON ， T2 为 OFF ，故表达式为 ；这两个表达式为或的关系，所以。 Y1 时序图对应的 M0 为 ON ， T1 为 OFF ，故表达式为 ( 其实对于洗衣机电路来说， 更加合理 ) 7.4.2 ．简易交通灯电路设计 1. 了解控制 要求 2. 设置定时器 3. 根据上述时序图设计输出继电器的 表达式 4. 设计 梯形图 Y0 、 Y1 、 Y2 分别控制红灯、绿灯和黄灯。要求 X0 接通一个脉冲后， Y0 ～ Y2 按图 (a) 所示的时序变化， 10h 后所有灯自动熄灭。试设计相应的梯形图程序 一个周期内， Y0=M0·T0 ， Y1=T0 ， Y2=T1 7.4.3 三台电机的循环启停运转控制 三台电机接 Y001 、 Y002 、 Y003 。要求它们相隔 5s 启动，各运行 10s 停止。并循环。根据以上要求。绘出电机工作时序图 三台电机控制梯形图 7.5 梯形图的顺序控制设计法 7.5.1 S7-200 系列 PLC 顺控制继电器指令 7.5.2 举例 说明 1. 程序 分析 2. 使用 说明 3. 注意 事项 在该例中，初始化脉冲 SM0.1 用来置位 S0.1 ，即把 S0.1( 步 1) 步激活；在步 1 的 SCR 段要做的工作是置位 Q0.4 、复位 Q0.5 和 Q0.6 。 T37 同时计时， 1 s 计时到后步发生转移， T37 即为步转移条件， T37 的常开触点将 S0.2( 步 2) 置位 ( 激活 ) 的同时，自动使原步 S0.1 复位。在步 2 的 SCR 段，要做的工作是置位 Q0.2 ，同时 T38 计时， 20s 计时到后，步从步 2(S0.2) 转移到步 3(SO.3) 。同时步 2 复位。 在 SCR 段输出时，常用特殊中间继电器 SM0.0( 常 ON 继电器 ) 执行 SCR 段的输出操作。因为线圈不能直接和母线相连，所以必须借助于一个常 ON 的 SM0.0 来完成任务。 (1) 顺控指令仅对元件 S 有效，状态继电器 S 也具有一般继电器的功能，所以对它能够使用其他指令。 (2) SCR 段程序能否执行取决于该步 (S) 是否被置位， SCRE 与下一个 LSCR 之间的指令逻辑不影响下一个 SCR 段程序的执行。 (1) 不能把同一个 S 位用于不同程序中，例如：如果在主程序中用了 S0.1 ，则在子程序中就不能再使用它。 (2) 在 SCR 段中不能使用 JMP 和 LBL 指令，就是说不允许跳入、跳出或在内部跳转，但可以在 SCR 段附近使用跳转和标号指令。 (3) 在 SCR 段中不能使用 FOR 、 NEXT 和 END 指令。 (a) 梯行图 (b) 语句表 图 7-22 顺序控制指令应用程序 (4) 在步发生转移后，所有的 SCR 段的元器件一般也要复位，如果希望继续输出，可使用置位 / 复位指令，如图中的 Q0.4 。 (5) 在使用功能图时，状态器的编号可以不按顺序安排 7.5.3 十字路口交通信号灯控制设计 1. 控制 要求 2. 输入／输出 地址分配 3. 解决方案 （ 1 ）用单序列顺序功能图编程 （ 2 ）用并行序列顺序功能图编程 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，并立即报警。 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 。 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，南北绿灯亮。 ③东西红灯亮维持 30s 。南北绿灯亮维持 25s ，然后闪亮 3s ，再熄灭。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。图 7-24 十字路交通信号灯工作时序图 ④周而复始，循环往复。 涉及的输入输出继电器、定时器及顺控继电器的用途及地址如 表 十字路交通灯并行序列状态 流程图 十字路交通灯并形序列控制方案 梯形图 输入端子 输出端子 机内器件 机内器件 交通灯启动按钮： I0 ． 0 交通灯停止按钮 I0 ． 1 南北红灯： Q0 ． 1 东西绿灯： Q0 ． 2 东西黄灯： Q0 ． 3 东西红灯： Q0 ． 4 南北绿灯： Q0 ． 5 南北黄灯： Q0 ． 6 S2 ． 0 ：准备 S0 ． 1 ：南北红 S0 ． 2 ：南北绿 S0 ． 3 、 S0 ． 4 ：南北绿闪烁 S0 ． 5 ：南北黄 S1 ． 1 ：东西绿 S1 ． 2 、 S1 ． 3 ：东西绿闪烁 S1 ． 4 ：东西黄 S1 ． 5 ：东西红 T33 ：南北绿灯工作 25s T32 、 T96 ：南北绿灯闪烁 0 ． 5s T35 ：南北黄灯工作 2s T99 ：东西绿灯工作 20s T34 、 T97 ：东西绿灯闪烁 0 ． 5s T98 ：东西黄灯工作 2s C48 ：南北绿灯闪烁 3 次 C49 ：东西绿灯闪烁 3 次 M10 ． 1 ：启停辅助继电器 M0 ． 2 、 M0 ． 4 ：南北绿灯辅助继电器 M1 ． 1 、 M1 ． 3 ：东西绿灯辅助继电器 第 8 章 PLC 控制系统的设计与应用 8.1 PLC 应用系统设计 8.2 减少 PLC 输入和输出点数的方 8.3 PLC 控制系统应用实例 8.4 PLC 应用中的若干问题 8.1 PLC 应用系统设计 8.1.1 PLC 应用系统设计的内容和原则 PLC 应用系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象 ( 生产设备或生产过程 ) 的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率。因此在进行 PLC 应用系统的设计开发过程中，应遵循以下原则： 1. 硬件设计 PLC 应用系统硬件设计的主要内容包括 PLC 机型的选择、输入输出设备的选择、控制柜的设计和控制系统各种技术文件的编写。在进行硬件设计时应注意：在满足生产工艺控制的前提下，尽可能使 PLC 控制系统结构简单、经济实用、维护方便。 2. 软件设计 PLC 应用系统软件设计的主要内容就是编写 PLC 用户程序，即绘制梯形图或编写语句表。其设计的基本原则是： (1)PLC 的用户程序要做到网络段结构简明，逻辑关系清晰，注释明了，动作可靠。 (2) 程序简短，占用内存少，扫描周期短。这样可以提高 PLC 对输入的响应速度。 (3) 可读性 程序可读性好，不仅可以方便设计者对程序的理解、调试，而且便于他人阅读。要做到这一点，所设计的程序要注意层次结构，尽可能清晰，采用标准化模块设计，并加注释 8.1.2 PLC 系统设计调试步骤 设计一个 PLC 应用系统，关键要解决的第一个问题是进行 PLC 应用系统的功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。第二个问题是进行 PLC 应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出 PLC 控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定 PLC 的机型和系统的具体配置。 PLC 控制系统设计可以按如下步骤进行。 1. 熟悉被控对象，制定控制方案 在进行系统设计之前，要深入控制现场，熟悉被控对象。 全面详细地了解被控对象的机械工作性能、基本结构特点、生产工艺和生产过程。 在分析被控对象的基础上，根据 PLC 的技术特点，与继电接触器控制系统、 DCS 系统、微机控制系统进行比较，优选控制方案。 2. 确定 I ／ O 点数 根据被控对象对 PLC 控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输人、输出设备，据此确定 PLC 的 I ／ O 点数。在估算系统的 I ／ O 点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数， I ／ O 信号类型 ( 数字量／模拟量 ) ，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台 PLC 完成系统功能所必须满足的，但具体要确定 I ／ 0 点数时则要按实际 I ／ 0 点数再向上附加 20 ％ ~-30 ％的备用量。 PLC 控制系统设计可以按如下步骤进行。 3. 选择 PLC 机型 选择 PLC 机型时应考虑厂家、性能结构、 I ／ 0 点数、存储容量、特殊功能等方面。 在选择过程中应注意： CPU 功能要强，结构要合理， I ／ 0 控制规模要适当，输入、输出功能及负载能力要匹配以及对通信、系统响应速度的要求。还要考虑电源的匹配等问题。 输入、输出点数多少是选择 PLC 规模大小的依据。如果是为了单机自动化或机电一体化产品可选用小型机；若控制系统较大，输入、输出点数较多，控制要求比较复杂，则可选用中型或大型机。 在选择 PLC I ／ O 点数的同时，还必须考虑用户存储器的存储容量。 4 . 选择输入输出设备，分配 PLC 的 I ／ O 地址 根据生产设备现场需要，确定控制按钮、行程开关、接触器、电磁阀、信号灯等各种输入输出备的型号、规格、数量；根据所选的 PLC 的型号，列出输人输出设备与 PLC 的 I ／ O 端子的对照表，以便绘制 PLC 外部 I ／ 0 接线图和编制程序。 PLC 控制系统设计可以按如下步骤进行。 5. 设计 PLC 应用系统电气图纸 PLC 应用系统电气线路图主要包括电动机的主电路、 PLC 外部 I ／ O 电路图、系统电源供电线路、电气元件清单以及电气控制柜内电器安装位置图、电气安装接线图等工艺设计。 6. 程序设计 PLC 的程序设计，就是以生产工艺要求和现场信号与 PLC 编程元件的对照表为依据，根据程序设计思想，绘出程序流程框图，然后以编程指令为基础，画出程序梯形图，编写程序注释。 编程时要注意： (1) 认真分析被控对象工艺过程的控制要求，用功能流程图的形式，表示程序设计的思想，为编程做好准备。 (2) 根据现场信号与 PLC 外部电路图或 PLC 软继电器编号对照表以及程序功能流程图进行编程。 (3) 要严格遵守梯形图、指令语句表的格式规则，编写程序。 PLC 控制系统设计可以按如下步骤进行。 7. 系统调试 根据电气接线图安装接线，用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行，直至运行正确。 8. 建立文档 整理全部电路设计图，程序流程框图，程序清单，元器件参数计算公式、结果，列出元件清单，编写系统的技术说明书及用户使用、维护说明书。 8.2 减少 PLC 输入和输出点数的方法 8.2.1 减少 PLC 输入点数的方法 1. 分时分组输入 一般控制系统都存在多种工作方式，但各种工作方式又不可能同时运行。所以可将这几种工作方式分别使用的输入信号分成若干组， PLC 运行时只会用到其中的一组信号。因此，各组输入可共用 PLC 的输入点，这样就使所需的 PLC 输入点数减少。 分时分组输入 如图所示，系统有“自动”和“手动”两种工作方式。将这两种工作方式分别使用的输入信号分成两组：“自动输入信号“ S1 ～ S8” 、 “手动”输入信号“ Q1 ～ Q8” 两组输入信号共用 PLC 输入点 I0 ． 0 ～ I0 ． 7( 如 S1 与 Q1 共用 PLC 输入点 I0 ． 0) 。用“工作方式”选择开关 SA 来切换“自动”和“手动”信号输入电路，并通过 I1 ． 0 让 PLC 识别是“自动”信号，还是“手动”信号，从而执行自动程序或手动程序。图 2 输入触点的合并 图中的二极管是为了防止出现寄生电路，产生错误输入信号而设置的。假设图中没有这些二极管，当系统处于“自动”状态，若 Ql 、 Q2 、 S1 闭合， S2 断开，这时电流从 L+ 端子流出，经 Sl 、 Q1 、 Q2 形成寄生回路流人 I0 ． 1 端子，使输入继电器 I0 ． 1 错误地接通。因此，必须串入二极管切断寄生回路，避免错误输入信号的产生。 2. 输入触点的合并 如果某些外部输入信号总是以某种“与或非”组合的整体形式出现在梯形图中，可以将它们对应的触点在可编程序控制器外部串、并联后作为一个整体输入可编程序控制器，只占可编程序控制器的一个输入点。 3. 将信号设置在可编程序控制器之外 系统的某些输入信号，如手动操作按钮、保护动作后需手动复位的电动机热继电器 FR 的常闭触点提供的信号，可以设置在可编程序控制器外部的硬件电路中。某些手动按钮需要串接一些安全联锁触点，如果外部硬件联锁电路过于复杂，则应考虑仍将有关信号送人可编程序控制器，用梯形图实现联锁。 8.2.3 减少 PLC 输出点数的方法 1. 矩阵输出 图中采用 8 个输出组成 4x4 矩阵，可接 16 个输出设备。要使某个负载接通工作，只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。要使负载 KMl 得电，必须控制 QO ． 0 和 QO ． 4 输出接通。因此，在程序中要使某一负载工作均要使其对应的行与列输出继电器都要接通。这样用 8 个输出点就可控制 16 个不同控制要求的负载。 应该特别注意：当只有某一行对应的输出继电器接通，各列对应的输出继电器才可任意接通； 或者当只有某一列对应的输出继电器接通，各行对应的输出继电器才可任意接通的。否则将会出现错误接通负载。因此，采用矩阵输出时，必须要将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中，否则无法控制。 2. 分组输出 当两组负载不会同时工作，可通过外部转换开关或通过受 PLC 控制的电器触点进行切换，这样 PLC 的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载，如图所示。 KMl 、 KM3 、 KM5 ， KM2 、 KM4 、 KM6 这两个组不会同时接通，可用外部转换开关 SA 进行切换。 3. 并联输出 当两个通断状态完全相同的负载，可并联后共用 PLC 的一个输出点。但要注意 PLC 输出点同时驱动多个负载时，应考虑 PLC 点的驱动能力是否足够。 4. 负载多功能化 一个负载实现多种用途。例如在传统的继电器电路中，一个指示灯只指示一种状态。而在 PLC 系统中，利用 PLC 编程功能，很容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁，这样一个指示灯就可表示两种不同的信息，从而节省了输出点数。 5. 某些输出设备可不用 PLC 控制 系统中某些相对独立、比较简单的部分可考虑直接用继电器电路控制。 8.3 PLC 控制系统应用实例 8.3.1 PLC 在控制驱动进给装置中的应用 8.3.2 可编程控制器在电镀生产线上的应用 8.3.1 PLC 在控制驱动进给装置中的应用 1. 工艺要求 一由交流电机驱动的往复运行进给装置，由 PLC 控制，其工艺要求如下。分自动运行和手动操作两种情况。当自动运行时，选择开关打在自动档，按下运行键，电机运转使进给装置自动右行，碰右限位 SQl 后，再延时 3s ，掉头返回左行。碰左限位 SQ2 后，再延时 5s ，掉头右行，自动循环，直到按下“停止”按钮后停止。手动时，有两个按钮，分别负责点动左行、点动右行。即按钮按下电机运行，手放掉即停止。 自动或手动状态时另有指示灯显示，且要求手动和自动互锁。 2. 设计主电路原理图 FU ：熔断器，一般为防止过载电流、短路电流用，其容量可取比额定电流大一些。 QS ：隔离开关或闸刀开关。 QF ：自动空气开关，也称低压断路器，过流或短路时自动跳闸，容量选择应小于 FU 。 lKM ：正转用交流接触器。 2KM ：反转用交流接触器。 M ：这里的主控对象是交流电动机。 FR ：热继电器，以检测电机是否过热。 一个电机要正反转，必须有两个接触器分别控制，在这个简单的系统中，只有电机的正反转受 PLC 的控制，故 1KM 、 2KM 由 PLC 输出点驱动。热继电器作为检测电机是否过热的电器，用来保护电机不致烧坏，作为 PLC 的一个输入点。图中的各种其他电器均按 M 的功率大小选取。 3 ．设计 PLC 输入输出原理图 我们先列出所有 PLC 输入点、输出点。注意，驱动 1KM 、 2KM 的 PLC 输出点一般用继电器隔离。但如果 1KM 、 2KM 功率较小，其线圈工作电流小于 lA ，则 PLC 输出 ( 继电器方式 ) 触点可直接驱动 1KM 、 2KM ，如图所示。 注意，输入点采取直流输入方式，使用 PLC 内部 24V 电源。一般 24V 正端接输入公共端， 24V 负端接直流输入 COM 端。但各生产厂家以及不同型号的 PLC 不尽相同，读者要看该 PLC 的内部接线原理图，才能确定。 输出点采用相同电源的输出，如 1KM 、 2KM 的线圈，均采用 AC220V 电源，可合用一个 COM 端。另外，如该系统所用交流接触器均为小功率的，可直接由 PLC 输出点驱动。 Ll 、 L2 为显示灯，用 6V 直流电源。 4 ．梯形图的设计 梯形图的编制，一般以一个输出编一个子梯形图。每个输出点只能输出一次 ( 在步进指令中除外 ) ，因此，使用过的输出点不能重复使用。复杂的大系统中所使用过的中间继电器、定时器、计数器等必须列出清单，以防止今后修改程序时，因重复使用而出现故障。 (1)Y31 ：电机正转右行， 1KM 工作，其梯形图如图 8-9 所示。 电机正转（ Y31 为 1 ）分两方面内容：自动状态和手动状态。 SA1 是自动 / 手动选择开关，输入点为 PLC 的 X7 。当 X7 ＝ 1 时，选择自动状态， X7 ＝ 0 时，为手动状态。在梯形图中分别代表自动、手动两条不同的支路。 自动时，按开始健 X1 ＝ 1 运行，且由 Y31 自保，第二次及以后的循环时，则由左限位经 T50 延时 5s 后再输出信号，代替 Xl ＝ l ，因此并联在 Xl 的位置下。手动时，只要按下按钮 SB3 ，即 X3 ＝ 1 ，则电机右行，手放，即停。图 电机正转（右行）梯形图 不管是手动还是自动状态时，以下三种情况电机都将停转，所以他们串联在 Y31 之前 。 其一，当电机过热时，热继电器 FR 动作， X8 ＝ l ，使 Y3l ＝ 0 ，电机停转。其二，当电机右行碰右限位 SQl 时， X5 ＝ 1 ，电机停转。其三，电机可逆运行时，正反接触器必须互锁，所以 Y32 ＝ l 时， Y31 必须为零。 (2)Y32 ：电机反转左行， 2KM 工作，其梯形图如图所示 电机反转左行梯形图同右行类似，也分为自动、手动两条支路，最终汇合。热继电器动作、正反转的互锁、碰左限位等这些动作均要求绝对停车。要单独左行时，可选择手动，再用点动方式左行。当自动状态时，则由右限位得电后延时 3s 再左行。 (3)Y33 、 Y34 ：分别代表自动灯显示 Ll 、手动灯显示 L2, 梯形图如图 . Ll 灯亮表示选择自动运行， L2 灯亮表示选择手动工作，它们的输出仅与选择开关 X7 的取向有关。 (4) 最后是将以上梯形图译成语句，通过编程器输入 PLC 中 。 8.3.2 可编程控制器在电镀生产线上的应用 1. 电镀工艺要求 2. 控制流程 1 ．电镀工艺要求 电镀生产线有三个槽，工件由可升降吊钩的行车移动，经过电镀、镀液回收、清洗工序，实现对工件的电镀。工艺要求是：工件放人电镀槽中，电镀 280s 后提起，停放 28s ，让镀液从工件上流回电镀槽，然后放入回收液槽中浸 30s ，提起后停 15s ，再放人清水槽中清洗 30s ，最后提起停 15s 后，行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。 2. 控制流程 电镀生产线除装卸工件外，要求整个生产过程能自动进行。同时行车和吊钩的正反向运行均能实现点动控制，以便对设备进行调整和检修。 行车自动运行的控制过程是：行车在原位，吊钩下降在最下方时，行车左限位开关 SQ4 、吊钩下限开关 SQ6 被压下动作，操作人员将电镀工件放在挂具上，即准备开始进行电镀。电镀生产线的自动工作状态流程图如图所示。 (1) 吊钩上升 (2) 行车前进 (3) 吊钩下降 (4) 定时电镀 (5) 吊钩上升 (6) 定时滴液 (7) 行车后退 3.PLC 的选型 根据上图的自动工作状态流程图， PLC 控制系统的输入信号有 14 个，均为开关量。其中各种单操作按钮开关 6 个，行程开关 6 个，自动、手动选择开关 2 个 ( 占两个输入接点 ) 。 PLC 控制系统的输出信号有 5 个，其中 2 个用于驱动吊钩电机正反转接触器 KMl 、 KM2 ， 2 个用于驱动行车电机正反转接触器 KM3 、 KM4 ， 1 个用于原位指示。控制系统选用 FX2N-32MR-00l ， I/O 点数各为 16 点，可以满足控制要求，且留有一定裕量。 4.I/O 地址编号及接线图 将 14 个输入信号、 5 个输出信号按各自的功能类型分好，并与 PLC 的 I/O 点一一对应，编排地址。表 8-3 是外部 I/O 信号与 PLC 的 I/O 接点地址编号对照表。 可绘出 I/O 接线图 如下图示， 5. 程序设计 电镀生产线的 PLC 控制程序包括点动操作和自动操作两部分。 （ 1 ）点动操作 点动操作有行车的进、退操作，吊钩的升、降操作。点动操作程序如图所示梯形图的起始处至标号 PO 之间的程序段 （ 2 ）自动控制 图示其工作过程是典型的顺序控制，主要由单序列构成，一般采用移位指令来实现顺序控制较为方便。另外，考虑到生产中急停或停电后，希望能通过点动操作来完成剩下的工序或者返回原位，因此辅助继电器采用非停电保持型的通用继电器即可。定时器也采用普通型定时器。自动控制程序如图所示梯形图中条件跳转指令 CJ P1→P1 程序段。 8.4 PLC 应用中的若干问题 8.4.1 PLC 的工作环境 1. 温度 PLC 要求环境温度在 0 ～ 55℃ 。安装时不能把发热量大的元件放在 PLC 下面。 PLC 四周通风散热的空间应足够大。开关柜上、下部应有通风的百叶窗。 2. 湿度 为了保证 PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度一般应小于 85%( 无疑露 ) 。 3. 振动 应使 PLC 远离强烈的振动源。可以用减振橡胶来减轻柜内和柜外产生的振 动的影响。 4. 空气 如果空气中有较浓的粉尘、腐蚀性气体和盐雾，在温度允许时可以将 PLC 封闭，或者将 PLC 安装在密闭性较好的控制室内，并安装空气 净化装置。 8.4.2 对电源的处理 电源是干扰进入可编程序控制器的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗 耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源。在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在可编程序控制器的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，如图所示。隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力，屏蔽层应可靠接地。 在电力系统中，使用 220V 的直流电源 ( 蓄电池 ) 给 PLC 供电，可以显著地减少来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，也能保证 PLC 的正常工作；动力部分、控制部分、 PLC 、 I ／ O 电源应分别配线，隔离变压器与 PLC 和与 I ／ 0 电源之间应采用双绞线连接；外部输入电路用的外接直流电源最好采用稳压电源，那种仅将交流电压整流滤波的电源含有较强的纹波，可能使 PLC 接收到错误的信息。 PLC 的供电系统一般采用下列几种方案。 1. 使用隔离变压器的供电系统 图所示为使用隔离变压器的供电系统图，控制器和 I ／ O 系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分开。这样当某一部分电源出了故障时，而不会影响其它部分，如输入、输出供电中断时控制器仍能继续供电，提高了供电的可靠性。 2. 使用 UPS 供电系统 间断电源 UPS 是电子计算机的有效保护装置，当输入交流电失电时， UPS 能自动切换到输出状态继续向控制器供电。 3. 双路供电系统 为了提高供电系统的可靠性，交流供电最好采用双路，其电源应分别来自两个不同的变电站。当一路电路出现故障时，能自动切换到另一路供电。 图 8-23 双路供电系统 8.4.4 安装与布线的注意事项 数字量信号一般对信号电缆无严格的要求，可选用一般电缆，信号传输距离较远时，可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号线 ( 如脉冲传感器、计数码盘等提供的信号 ) 应选择屏蔽电缆。通信电缆对可靠性的要求高，有的通信电缆的信号频率很高 ( 如大于等于 10MHz) ，一般应选用专用电缆 ( 如光纤电缆 ) ，在要求不高或信号频率较低时，也可以选用带屏蔽的多芯电缆或双绞线电缆。图 8-24 感性输入 / 输出的处理 PLC 应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、变频器、高频焊机和大型动力设备等。 PLC 不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内 PLC 应远离动力线 ( 二者之间的距离应大于 200mm) 。与 PLC 装在同一个开关柜内的电感性元件，如继电器、接触器的线圈，应并联 RC 消弧电路。 信号线与功率线应分开走线，电力电缆应单独走线，不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离，信号线应尽量靠近地线或接地的金属导体。 8.4.4 安装与布线的注意事项 当数字量输入、输出线不能与动力线分开布线时，可用继电器来隔离输入／输出线上的干扰。当信号线距离超过 300m 时，应采用中间继电器来转接信号，或使用 PLC 的远程 I ／ 0 模块。 I ／ O 线与电源线应分开走线，并保持一定的距离。如不得已要在同一线槽中布线，应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆；如 I ／ O 线的长度超过 300m 时，输入线与输出线应分别使用不同的电缆；数字量、模拟量 I ／ 0 线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。如果模拟量输入／输出信号距离 PLC 较远，应采用 4 ～ 20mA 或 0 ～ 10mA 的电流传输方式，而不是易受干扰的电压传输方式 传送模拟信号的屏蔽线，其屏蔽层应一端接地，为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻应小于屏蔽层电阻的 1 ／ 10 ，并将屏蔽层两端接地。如果无法设置电位均衡线，或只考虑抑制低频干扰时，也可以一端接地。 不同的信号线最好不用同一个插接件转接，如必须用同一个插接件，要用备用端子或地线端子将它们分隔开，以减少相互干扰 。 8.4.5 PLC 的接地 良好的接地是 PLC 安全可靠运行的重要条件， PLC 一般应最好单独接地，与其它设备分别采用各自独立的接地装置（见图 a ）。如果实在做不到，也可以采用公共接地方式，可与其它弱电设备共用一个接地装置（如图 b ）。但是，禁止使用串联接地的方式（见图 c ），或者把接地端子接到一个建筑物的大型金属框架上，因为这种接地方式会在各设备间产生电位差，可能会对 PLC 产生不利影响。 PLC 接地导线的截面应大于 2mm2 ，接地电阻应小于 100Ω 。 8.4.6 冗余系统与热备用系统 在冗余控制系统中，整个 PLC 控制系统 ( 或系统中最重要的部分，如 CPU 模块 ) 由两套完全相同的“双胞胎”组成。是否使用备用的 I ／ O 系统取决于系统对可靠性的要求。两块 CPU 模块使用相同的用户程序并行工作。其中一块是主 CPU ，另一块是备用 CPU 。后者的输出是被禁止的。当主 CPU 失效时，马上投入备用 CPU 。这一切换过程是用所谓冗余处理单元 RPU(Redundant Processing Unit) 控制的 ( 见图 a) 。 I ／ O 系统的切换也是用 RPU 完成的。在系统正常运行时，由主 CPU 控制系统的工作，备用 CPU 的 I ／ O 映象表和寄存器通过 RPU 被主 CPU 同步地刷新。接到主 CPU 的故障信息后， RPU 在 13 个扫描周期内将控制功能切换到备用 CPU 。 另一类系统没有冗余处理单元 RPU 。两台 CPU 用通信接口连在一起 ( 见图 b) 。当系统出现故障时，由主 CPU 通知备用 CPU 。这一切换过程一般不是太快。这种结构较简单的系统叫做热备用系统。 8.4.7 输入输出端口的保护 PLC 自带的输入口电源一般为直流 24V ，技术手册提供的输入口可承受的浪涌电压一 般为 35V ／ 0.5s ，这是直流输入的情况。交流输入时输入额定电压一般为数十伏，因而当输入口接有电感类器件，有可能感应生成大于输入口可承受的电压，或输入口有可能窜入高于输入口能承受的电压时，应当考虑输入口保护。在直流输入时，可在需保护的输入口上反并接稳压二极管，稳压值应低于输入口的电压额定值。在交流输入时，可在输入口并入电阻与电容串联的组合。 。在直流输入时，可在需保护的输入口上反并接稳压二极管，稳压值应低于输入口的电压额定值。在交流输入时，可在输入口并入电阻与电容串联的组合。 输出口的保护与 PLC 的输出器件类型及负载电源的类型有关。保护主要针对输出为电感性负载时，负载关断产生的可能损害可编程控制器输出口的高电压。保护电路的主要作用是抑制高电压的产生。当负载为交流感性负载时，可在负载两端并联压敏电阻，或者并联阻容吸收电路 如图示 8.4.7 PLC 用于继电器 - 接触器控制系统改造中对若干技术问题的处理 1 ．输入电路处理 (1) 停车按钮用常闭输入， PLC 内部用常开，以缩短响应时间。 (2) 将热继电器的触点与相应的停车按钮串联后一同作为停车信号，以减少输入点。系 统中的电机负载较多时，输入点节约潜力很大。 2 ．输出电路处理 (1) 负载容量不能超过允许承受能力，否则一会损坏输出器件，二会降低寿命。 (2) 输出回路加装熔断器。 (3) 输出回路中重要互锁关系，除软件互锁外，硬件必须同时互锁。 3 ．程序设计中要充分考虑 PLC 串行扫描方式与继电器 — 接触器并行运行方式上的差异，要以满足原系统的控制功能和目标为原则，在应用时不要将原继电控制线路生搬硬套。以免不能正常运行。 8.4.7 PLC 用于继电器 - 接触器控制系统改造中对若干技术问题的处理 4 ．延时断开时间继电器的处理。实际控制中，延时有通电延时，也有断电延时。但 PLC 的定时器为通电延时，要实现断电延时，还必须对定时器进行必要的处理，具体方法可参见相关内容。 5 ．现场调试前的模拟调试运行。用 PLC 改造继电器控制，并非两种控制装置的简单代换。由于原理结构上的差异，仅仅根据对逻辑关系的理解编制的程序不一定正确，更谈不上是完善的。能否完全取代原系统的功能，必须由实验验证。因此，现场调试前的模拟调试运行是不可缺少的环节。 6 ．改造后试运转期间的跟踪监测、程序的优化和资料整理。仅仅通过调试试车还不足以暴露所有的问题，因此，设备投入运行后，负责改造的技术人员应跟班作业，对设备运行跟踪监测，一方面可及时处理突发事件，另一方面可发现程序设计中的不足，对程序进行修 改、完善和优化，提高系统的可靠性。 第 9 章 PLC 的网络通讯 9.1 PLC 网络通讯概述 9.2 S7—200 系列 PLC 与计算机设备的通信 9.3 S7-200 系列 PLC 自由口通信 9.4 网络通信运行 9.1.1 网络通讯的基本概念 1. 网络结构 （ 1 ）链接结构 链接结构按信息在设备间的传送方向可分 为单工通信、半双工通信、全双工通信三种 （ 2 ）联网结构 2. 并行通信与串行通信 并行通信 是指所传送数据的各位同时发送或接收 . 特点是数据传送速度快。但是传输线的根数多，成本高，一般用于近距离的数据传送。 串行通信 是指所传送的数据按顺序一位一位地发送或接收远的场合特点是通信线路简单，需要的信号线少，最少的只需要两根线 ( 双绞线 ) ，故成本低，但是传送速度比并行通信慢，适用于距离较远的场合 3 ．传输速率 数据在网络中的传输速度称为波特率，波特率测量在某一特定时间内传输的数据量。它用每秒传送的二进制位数表示，其符号为 bit ／ s 或 bps 。 通常以千波特（ kbps ）、兆波特（ Mbps ）为单位。 9.1.2 网络配置 1 ．硬件配置 (1) 通信接口 RS — 232 接口 RS — 422 接口 RS — 485 接口 (2) 通信介质 数据传送的介质主要有双绞线、同轴电缆和光 缆，如果传送距离较远，还可以利用电话线，其他介质如电磁波、红外线、微波等应用较少。 2 ．软件配置 软件一般分为两类，一类是系统编程软件，用以实现计算机编程，并把程序下载到 PLC ，且监控 PLC 的工作状态。如西门子公司的 STEP7-Micro ／ WIN 编程软件。另一类为应用软件，各用户根据不同的开发环境和具体要求，用不同的编程语言编写的通信程序。 9 ． 2 S7—200 系列 PLC 与计算 机设备的通信 9 . 2 . 1 S7-200 系列 CPU 的通信性能 1.SIEMENS 公司的 网络层次结 2.S7-200 系列的 通信协议 3. 通信设备 （ 1 ） 通信端口 （ 2 ） 网络连接器 （ 3 ） 通信电缆 (1)PPI 协议（点对点接口协议） PPI(Point-to--PointInterface) 协议是 SIEMENS 公司专门为 S7-200 系列 PLC 开发的通信协议，是主 / 从协议，即主站可对网络中的其他设备发出初始化请求，从站只是响应来自主站的初始化请求，不能对网络中的其他设备发出初始化请求。 (2) 自由口协议 自由口协议是指通过编写用户程序来控制 CPU 通信端口的操作模式，可以用自定义的通信协议连接多种智能设备。 针脚号 PROFIBUS 名称 端口 0 ／端口 1 1 屏蔽 逻辑地 2 24V 地 逻辑地 3 RS-485 信号 B RS-485 信号 B 4 发送申请 RTS(TTL) 5 5V 地 逻辑地 6 +5V +5V ， 100Ω 串联电阻 7 +24V +24V 8 RS-485 信号 A RS-485 信号 A 9 不用 10 位信号选择 连接器外壳 屏蔽 机壳接地 PLC 与计算机 通信 示意图 (a) 计算机与 PLC 的连接 (b)PC/PPI 电缆上的 DIP 开关 (c)DIP 开关的设置 9 ． 2 ． 2 个人计算机与 S7-200CPU 之间的联网通信 1 ．建立通信方案 （ 1 ）主站与从站之间的连接形式：单主站还是多主站，可通过软件组态进行设置 （ 2 ）站号：站号是网络中各个站的编号，网络中的每个设备 (PC ， PLC ， HMI 等 ) 都要分配惟一的编号 ( 站地址 ) 。 2 ．参数组态 在自动控制领域中指控制系统硬、软件的配置过程。在编程软件 STEP 7 Micro ／ WIN32 中，对通信硬件参数进行设置，即通信参数组态 9.3 S7-200 系列 PLC 自由口通信 9.3.1 相关的特殊功能寄存器 1. 自由端口的初始化 2. 自由口通信时的 中断事件 端口 0 端口 1 描述 SMB30 的数据格式 SMB130 的数据格式 SM30.6 和 SM30.7 奇偶校验选择 SM130.6 和 SM130.7 奇偶校验选择 PP: 00 = 无校验 01 = 偶检验 10 = 无校验 11 = 奇校验 SM30.5 每个字符的有效数据位 SM130.5 每个字符的有效数据位 D ： 0 = 每字符 8 位 1 = 每字符 7 位 SM30.2 ～ SM30.4 波特率选择 SM130.2 ～ SM130.4 波特率选择 BBB ： 000 = 38400(CPU212 为 19200) 001 = 192000 010 = 9600 011 = 4800 100=2400 101 = 1200 110 = 600 111 = 300 SM30.0 和 SM30.1 通信协议选择 SM130.0 和 SM130.1 信协议选择 Mm 00 = PPI 协议（ PPI/ 从站模式） 01 = 自由口通信协议 10 = PPI 主站模式 11 = 保留（缺省 PPI/ 从站模式） 每种设置有 1 个停止位 (1) 中断标志位 SM4 ． 5 和 SM4 ． 6 分别表示 H O 和 H I 处于发送空闲状态。 (2) 中断事件 在 S7-200 的中断事件中，与自由口通信有关的中断事 件如下。 · 中断事件 8 ：通信端口 0 单字符接收中断。 · 中断事件 9 ：通信端口 0 发送完成中断。 · 中断事件 23 ：通信端口 0 接收完成中断。 · 中断事件 25 ：通信端口 1 单字符接收中断。 · 中断事件 26 ：通信端口 1 发送完成中断。 · 中断事件 24 ：通信端口 1 接收完成中断。 9.3.2. 自由口通信指令 1. 数据接收指令 RCV 在梯形图中，数据接收指令以功能框的形式表示，指令名称为 RCV 。在语句表中，数据接收指令的指令格式为： RCV TBL ， PORT 可以通过中断的方式接收数据，在接收字符数据时，有如下两种中断事件产生。 (1) 利用字符中断控制接收数据 (2) 利用接收结束中断控制接收数据 注意： 如果出现超时和奇偶校验错误，则自 动结束接收过程。 2 ．数据发送指令 XMT 在梯形图中，数据发送指令以功能框的形式编程，指令的名称为 XMT 。在语句表中，数据接收指令的指令格式为： XMT TABLE ， PORT 。 9.3.3 自由口通信的应用举例 如图所示，用 S7-200CPU222 接收来自条码阅读器的数据 通信要求 ①来自条码阅读器的数据 (ASCII 码 ) ，经条码解码器翻译后，通过自由口通信模式将数据传送到 CPU222 ，以便程序调用。 ②在 CPU222 内设置两个数据接收缓冲区：缓冲区 0 和缓冲区 1 ，用于存储条码信息。在接收到回车键的字符 ( 编码为 16#10) 后，向另一个缓冲区存储新读入的条码信息。 ③用 Q0.0 和 Q0.1 指示新读入的条码所在的缓冲区。 ④通信参数设定：波特率为 9600bps ，无奇偶校验，每个字符 8 位。 程序框图 如图所示 ．主程序：初始化程序。 ．子程序 0 ： SBR0 接收条码信息。 ．中断程序 0 ： INT0 在数据缓冲区 0 接收。 ．中断程序 1 ： INTl 在数据缓冲区 1 接收。 主程序的 STL 为： LD SM0.1 ∥ 第一次扫描 SM0.1=1 CALL 0 ∥ 调子程序 0 LD SM0.7 ∥ 如果工作方式开关在 TERM 位置，则设置 PPI 通信协议 = SM30.0 ∥ 如果工作方式开关在 RUN 位置，则设置自由口通信协议 · MEND ∥ 主程序结束 子程序 0 的 STL 为： SBR0 ∥ 准备接收条码 MOVB +9 ， SMB30 ∥ 设置通信参数： 9600bps ，无奇偶校 验， 8 位字符 MOVD &VBl00 ， VD50 ∥ 指针指向数据缓冲区 0 MOVD &VB200 ， VD60 ∥ 指针指向数据缓冲区 l MOVD VD50 ， VD56 ∥VD56 也指向缓冲区 0 MOVW +0 ， VW54 ∥ 清除数据缓冲区 0 的字符计数器 (VW54 作为字符计数器 ) ATCH +0 ， 8 ∥ 建立单字符接收中断事件 8 与中断程序 0 的连接 MOVB +1 ， QB0 ∥ 置 Q0.1=0 ， Q0.0=1 ENI ∥ 开中断 RET ∥ 结束子程序 0 中断程序 0 的 STL 为； INT 0 ∥ 数据缓冲区 0 接收 MOVB SMB2 ，* VD56 ∥ 字符装入缓冲区 0 1NCD VD56 ∥ 指针加 1 1NCW VW54 ∥ 字符计数器加 1 LDB= SMB2 ， 16#10 ∥ 如果字符是 LF( 回车符，编码为 16#10) ，则 MOVD VD60 ， VD66 ∥ 使指针 VD66 指向数据缓冲区 1 MOVW +0 ， VW64 ∥ 清除数据缓冲区 1 的字符计数器 (VW64 作为字符计数器 ) ATCH +1 ， 8 ∥ 建立单字符接收中断事件 8 与中断程序 1 的连接 MOVB +2 ， QB0 ∥ 置 QO.1=1 ， Q0.0=0 RETI ∥ 中断程序 0 结束 中断程序 1 的 STL 为： INT 1 ∥ 数据缓冲区 1 接收 MOVB SMB2 ，* VD56 ∥ 字符装入数据缓冲区 1 1NCD VD66 ∥ 指针加 1 1NCW VW64 ∥ 字符计数器加 1 LDB= SMB2 ， 16#10 ∥ 如果字符是 LF ，则 MOVD VD50 ， VD56 ∥ 使指针 VD56 指向数据缓冲区 0. MOVW +0 ， VW54 ∥ 清除数据缓冲区 0 的字符计数器 ATCH +0 ， 8 ∥ 建立单字符接收中断事件 8 与中断程序 0 的连接 MOVB +1 ， QB0 ∥ 置 Q0.1=0 ， Q0.0=1 RETI ∥ 中断程序 1 结束 9.4 网络通信运行 9.4.1 控制寄存器和传送数据表 1 ．控制寄存器 2 ． 传递数据表的格式及定义 在 S7-200 的特殊继电器 SM 中， SMB30 （ SMBl30 ）用于设定通信端口 0 （通信端口 1 ）的通信方式。由 SMB30 （ SMBl30 ）的低 2 位决定通信端口 0 （通信端口 1 ）的通信协议（ PPI 从站、自由口、 PPI 主站）。只要将 SMB30 （ SMBl30 ）的低 2 位设置为 2#10 ，就允许该 PLC 主机为 PPI 主站模式，可以执行网络读写指令。 9.4.2 网络运行指令 说明： (1) 数据表最多可以有 16 个字节的信息，同时最多可激活 8 条 NETR 和 NETW 指令 (2) 操作数类型： TABLE ： VB ， MB ，* VD ，* AC ； PORT ： 0 ， 1 (3) 设定 ENO=0 的错误条件： SM4 ． 3( 运行时间 ) ， 0006( 间接寻址错误 ) 。 9.4.3 网络读写举例 1 ．系统功能描述 如 图 所示，某产品自动装箱生产线将产品送到 4 台包装机中的一台上，包装机把每 10 个产品装到一个纸板箱中，一个分流机控制着产品流向各个包装机 (4 个 ) 。 CPU 221 模块用于控制打包机。一个 CPU 222 模块安装了 TD 200 文本显示器，用来控制分流机 2 ．操作控制要求 站点 6 要读写 4 个远程站 ( 站 2 、站 3 、站 4 、站 5) 的状态字和计数值。 CPU222 通信端口号为 00 从 VB200 开始设置接收和发送缓冲区。接收缓冲区从 VB200 开始，发送缓冲区从 VB 300 开始，具体分区见 表 CPU 222 用 NETR 指令连续地读取每个打包机的控制和状态信息。每当某个打包机装完 100 箱，分流机 (CPU222 ）会用 NETW 指令发送一条信息清除状态字。下面以站 2 打包机为例，编制其对单个打包机需要读取的控制字节、包装完的箱数和复位包装完的箱数的管理程序。分流机 CPU 222 与站 2 打包机进行通信的接受／发送缓冲区划分见 表 3 ．程序设计 网络站 6 通过网络读写指令管理站 2 的 程序及其注释