可编程控制器应用基础

13.2.2　可编程控制器应用基础

PLC最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。

虽然一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、专用的高级语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。

1．有关的基本概念

（1）编程指令

指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。

（2）指令系统

一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统。

（3）程序

PLC指令的有序集合就是程序。PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序更难读，所以多数程序用梯形图表达。

（4）梯形图梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图。用以表达所使用的PLC指令及其先后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。如图13-4所示是三菱公司的FX2N系列产品的简单的梯形图例：

图13-4　简单的梯形图例

如图13-4所示，它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END指令，用以结束程序。

（5）梯形图与助记符的对应关系

助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为：

地址　　　指令　　　 变量

0000　　　LD　　　　X000

0001　　　OR　　　　X010

0002　　　ANDNOT　　X001

0003　　　OUT　　　 Y000

0004　　　END

反之，根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。

（6）梯形图与电气原理图的关系

如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，互锁指令（IL、ILC）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，进一步转换，即可变成语句表程序。有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。

2．可编程控制器的编程器件

下面着重介绍三菱公司的FX2N系列产品的一些编程元件及其功能。

FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。

（1）输入继电器（X）

PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000～X007，X010～X017，X020～X027。它们一般位于机器的上端。

（2）输出继电器（Y）

PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000 ～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027。它们一般位于机器的下端。

（3）辅助继电器（M）

PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的端子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如图13-5所示的M300，它只起到一个自锁的功能。在FX2N中普遍采用M0～M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。

（4）定时器（T）

在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。

图13-5　辅助继电器的符号及应用

定时器通道范围如下：

100ms定时器T0～T199，共200点，设定值：0.1～3276.7s；10ms定时器T200～TT245，共46点，设定值：0.01～327.67s；1ms积算定时器T245～T249，共4点，设定值：0.001～32.767 s；100ms积算定时器T250～T255，共6点，设定值：0.1～3276.7 s。

定时器指令符号及应用如图13-6所示：当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23s（10×123ms = 1.23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。

每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。

如果是积算定时器，它的符号接线如图13-7所示。

定时器线圈T250的驱动输入X001接通时，T250的当前值计数器对100ms的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值K345相等时，定时器的输出触点动作。在计数过程中，即使输入X001在接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为34.5s（100ms×345=34.5s）时触点动作。当复位输入X002接通，定时器就复位，输出触点也复位。

（5）计数器（C）

FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值再次写入，又进入计数状态。

其设定值在K1～K32767范围内有效。

设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号：C0～C99，共100点。保持用计数器的通道号：C100～C199，共100点。

通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。

计数器符号及应用如图13-8所示。

由计数输入X011每次驱动C0线圈时，计数器的当前值加1。当第10次执行线圈指令

图13-6　定时器指令符号及应用

图13-7　积算定时器指令符号及应用

图13-8　计数器符号及应用

时，计数器C0的输出触点即动作。之后即使计数器输入X011再动作，计数器的当前值保持不变。

当复位输入X010接通（ON）时，执行RST指令，计数器的当前值为0，输出接点也复位。

应注意的是，计数器C100～C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。

（6）数据寄存器

数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都是16bit（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储32bit数据（最高位为正、负符号位）。

① 通用数据寄存器D

通道分配D0～D199，共200点。只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由RUN→STOP时，全部数据均清零。（若特殊辅助继电器M8033已被驱动，则数据不被清零）。

② 停电保持用寄存器

通道分配D200～D511，共312点，或D200～D999，共800点（由机器的具体型号定）。基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不变化。在两台PLC作点对的通信时，D490～D509被用作通信操作。

③ 文件寄存器

通道分配D1000～D2999，共2000点。文件寄存器是在用户程序存储器（RAM、EEPROM、EPROM）内的一个存储区，以500点为一个单位，最多可在参数设置时到2000点。用外部设备口进行写入操作。在PLC运行时，可用BMOV指令读到通用数据寄存器中，但是不能用指令将数据写入文件寄存器。用BMOV将数据写入RAM后，再从RAM中读出。将数据写入EEPROM盒时，需要花费一定的时间，请务必注意。

④ RAM文件寄存器

通道分配 D6000～D7999，共2000点。驱动特殊辅助继电器M8074，由于采用扫描被禁止，上述的数据寄存器可作为文件寄存器处理，用BMOV指令传送数据（写入或读出）。

⑤ 特殊用寄存器

通道分配 D8000～D8255，共256点。是写入特定目的的数据或已经写入数据寄存器，其内容在电源接通时，写入初始化值（一般先清零，然后由系统ROM来写入）。