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1、电气控制与PLC应用技术,第4章 PLC的基础知识,Kunming University of Science&Technology,ch.4-2,本章主要内容,4.1 PLC综述 4.2 PLC的硬件组成 4.3 PLC的软件组成 4.4 PLC的工作原理 4.5 编程调试设备4.6 PLC的编程语言及编程规则4.7 PLC的软元件 4.8 指令常数及软元件的使用方法 4.9 FX3U/FX3UC系列PLC的基本逻辑指令 4.10 基本指令编程举例,Kunming University of Science&Technology,ch.4-3,4.7 PLC的软元件,软元件（简称“元件”）是
2、PLC内部具有一定功能的器件，这些器件都具有传统继电器的功能，但没有传统继电器的机械触点和线圈，它们实际上是一些电子线路及存储单元等。比如，输入继电器由输入电路和输入映像寄存器组成，输出继电器由输出电路和输出映像寄存器组成，定时器和计数器由特定功能的寄存器组成等。为了把它们与传统继电器区分开来，我们称之为软元件。编程时所使用的输入继电器、输出继电器、辅助继电器、寄存器、定时器、计数器等都是软元件。各种元件具有其不同的功能和固定的地址。每一种机型的元件数量和元件种类也是固定的，其数量的多少决定了PLC整个系统的规模和数据的处理能力。编程时，只需记住其地址，每个元件的触点在程序中可以无数次的使用。
3、FX3U PLC的软元件种类及数量，如表4.2所示。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-4,1.输入、输出继电器（X、Y）,输入、输出继电器（X、Y）用于PLC的CPU和外部用户设备之间的数据传送。输入继电器和输出继电器的地址是按八进制数进行编号。比如，对于型号为FX3U-32M的PLC，其输入和输出各占16点，输入继电器的编号为X0X7、X10X17，输出继电器的编号为Y0Y7、Y10Y17。当基本单元的输入/输出点数不够用时，可增加扩展单元或扩展模块，扩展单元或扩展模块的输入/输出地址编号，从与之相连的基本单元的地址编号之后顺序采用
4、八进制编号。比如，在上述的FX3U-32M基本单元之旁，再配接一个FX3U-32E扩展单元，则该扩展单元的输入/输出继电器的地址编号分别为：X20X27、X30X37，Y20Y27、Y30Y37。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-5,（1）输入继电器（X）,输入继电器是PLC与外部用户设备连接的接口，用来接受用户输入设备（例如按钮、选择开关、限位开关等）发来的输入信号。输入继电器的线圈与PLC的输入端子相连。从用户输入设备送到输入端的数据，使输入继电器的线圈（软线圈）处于ON/OFF状态，输入继电器的触点（常开和常闭）供编程使用。,K
5、unming University of Science&Technology,ch.4-6,（2）输出继电器（Y）,输出继电器用于将程序运算的结果经过输出端送到用户输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。输出继电器的线圈由程序执行结果所驱动。每个输出继电器只有一个外部输出用的触点可用来直接驱动负载。这个外部触点的状态对应于输出刷新阶段的输出锁存器中的输出状态。,每个Y还有无数对常开触点和常闭触点（内部触点）供编程使用。这些内部触点的状态对应于输出映像寄存器中该元件的状态。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-7,2.辅助继电器(M)中间
6、继电器,辅助继电器的线圈只能由程序驱动。每个辅助继电器也有无数对常开触点和常闭触点，但这些触点只能在PLC内部供编程使用，不能直接输出驱动外部负载，外部负载应由输出继电器驱动。辅助继电器分为普通型、停电保持型和特殊型三种。其地址采用十进制数进行编号（除了输入/输出继电器采用八进制数编号外，其余元件都采用十进制数进行编号）。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-8,2.辅助继电器(M),（1）普通型辅助继电器：500点：M0M499 PLC断电，M的状态就复位（无断电保持功能）。,（2）保持型辅助继电器：7180点：M500M7679 PL
7、C断电时，M靠PLC内部锂电池保持原来的状态。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-9,普通型和保持型辅助继电器的区别举例,例：如图，当X3接通后，M700的线圈得电并保持，此后即使PLC断电，M700仍然保持接通。因此当PLC断电后再次上电时，M700仍保持断电前的接通状态（无需再接通X3），直至X4接通（X4的常闭触点断开）时，M700才断开。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-10,普通型和保持型辅助继电器的区别举例,若将图中的M700换成普通型的辅助继电器（比如M100），
8、则当X3接通时，M100接通并自保。但若PLC突然断电，则M100立即断开，当PLC的电源恢复后重新运行时，必须再将X3接通，M100才会接通。可见，普通辅助继电器不具备断电保持功能。若要将断电保持型作为普通型辅助继电器使用，可在程序的开头用ZRST指令进行区间清零即可,Kunming University of Science&Technology,ch.4-11,（3）特殊辅助继电器：512点：M8000M8511,这些特殊辅助继电器各自具有特定的功能，可分成触点利用型和线圈驱动型两类。,1）触点利用型：其线圈由PLC自动驱动，用户只可利用其触点。,M8000、M8001：运行监视继电器,
9、当PLC运行时，M8000接通、M8001断开，如图所示。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-12,1）触点利用型：,M8002、M8003：初始脉冲继电器,在PLC投入运行时，M8002接通一个扫描周期、M8003断开一个扫描周期，如图所示。通常用M8002来作为初始信号，比如计数器清零、步进控制中的初始脉冲信号等。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-13,1）触点利用型：,M8005：锂电池电压过低继电器,当锂电池电压过低时，M8005接通，用来提示锂电池即将失效（需要更换锂
10、电池）。使用时，可用M8005的一个常开触点去驱动一个输出继电器（比如Y20），再用Y20去驱动一个喇叭或指示灯，根据喇叭是否响或指示灯是否点亮，即可知道锂电池是否失效。如图所示,Kunming University of Science&Technology,ch.4-14,1）触点利用型：,M8011M8014：内部时钟脉冲,当PLC通电时，M8011M8014便产生周期分别为10毫秒（接通和断开各5毫秒）、100毫秒、1秒、1分钟的脉冲信号，这些时钟脉冲与PLC是否投入运行无关，如图所示。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-15,
11、1）触点利用型：,M8020M8022：运算结果标志,在算术运算中，当加减运算结果等于零时，M8020接通；当减法运算有借位时，M8021接通；当加法运算结果发生进位时，M8022接通。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-16,2）线圈驱动型（可驱动线圈型的特殊辅助继电器）,线圈驱动型特殊辅助继电器：用户驱动线圈后，PLC作特定动作。,M8034：全部输出禁止继电器,当M8034接通时，全部输出继电器均为断开状态（禁止输出），PLC的外部输出接点均为OFF状态。例如，在下图中，当出现紧急情况时，合上急停开关X5，M8034的线圈接通，此
12、时关闭全部输出。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-17,2）线圈驱动型,M8040：禁止状态转移,在步进控制中，当M8040接通时，即使状态转移条件满足，也不能实现状态间的转移。,M8033：停止时保持输出继电器,当M8033接通时，若PLC由RUN切换到STOP时，存储器中的内容保持为RUN时的状态）。,M8030：电池灭灯,当M8030接通时，即使锂电池的电压降低，PLC面板上的指示灯也不会亮。,M8039：恒定扫描,当M8039接通时，PLC以D8039中的内容为扫描周期运行程序。,Kunming University of S
13、cience&Technology,ch.4-18,3.状态继电器(S),在步进顺控程序中，状态继电器（简称“状态”）S是重要的编程元件。通常情况下，将它与后述的步进指令STL配合使用，完成某一工序的步进控制。当状态S不用于步进控制时，可当作辅助继电器使用。状态S有以下两大类型：,普通型,S0S499，共500点，其中S0S9（10点）供初始状态使用，S10S19（10点）供返回原点使用。当电源断开时，它们都变成OFF状态，即不具备断电保持功能。,断电保持型,S500S4095，共3596点。其中S900S999（100点）作信号报警器用。当电源断开时，它们能保持停电前一时刻的ON/OFF状态
14、，即具有断电保持功能（通过PLC内置的锂电池保持）。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-19,4.定时器(T)相当于时间继电器,当定时器的线圈被驱动时，定时器以增计数方式对PLC内的时钟脉冲（1ms、10ms、100ms）进行累积计时（即通过对时钟脉冲进行计数来实现计时），当计时的当前值与定时器的设定值相等时，其触点动作（常开触点闭合、常闭触点断开）；当定时器的线圈失电时，其触点立即复位。定时器既可以用十进制常数K作设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作设定值。一台PLC拥有几十至几百个定时器，每个定时器具有无数个常开和常闭触点可供编
15、程使用。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-20,（1）普通定时器,100ms普通定时器：200点,T0T199（其中T192T199用于子程序或中断子程序），定时范围为0.13276.7秒。,10ms普通定时器：46点 T200T245，定时范围为0.01327.67秒。,普通定时器：分为100ms、10ms、1ms普通定时器3种,1ms普通定时器：256点 T256T511，定时范围为0.00132.767秒。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-21,（1）普通定时器,100
16、ms普通定时器工作过程举例：,Kunming University of Science&Technology,ch.4-22,（2）积算定时器：分为1ms、100ms积算定时器两种,1ms积算定时器：4点,T246T249，定时范围为0.00132.767秒。,1ms积算定时器工作过程举例：,100ms积算定时器：6点 T250T255，定时范围为0.13276.7秒。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-23,5.计数器(C)：分为内部计数器和高速计数器两类,（1）内部信号计数器：是对内部元件（如X、Y、M、S、T、C）的信号进行计数
17、的计数器。,16位增计数器,计数设定范围为132767（十进制常数），有两种：普通型：C0C99（100点）断电保持型：C100C199（100点）,在计数过程中，当PLC电源切断时，普通型计数器的计数当前值立即被清除，计数器触点状态复位；而停电保持型计数器的计数当前值和触点的状态均被保持。当PLC再通电时，停电保持型计数器的计数值从停电前的计数当前值开始增计数，触点为停电前的状态，直到计数当前值等于设定值。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-24,普通型16位增计数器应用举例,例：普通型计数器C5的计数工作过程，如图所示。,Kunmi
18、ng University of Science&Technology,ch.4-25,32位增/减计数器,普通型：C200C219（20点）；停电保持型：C220C234（15点）。计数设定范围都为-2147483648+2147483647（十进制常数），其设定值可由常数K设定，也可通过两个相邻的数据寄存器间接设定。它们用特殊辅助继电器M8200M8234指定增/减计数方式，当M82*（“*”表示0034之间的数）为ON时，对应的计数器C2*按减计数方式计数；当M82*为OFF时，对应的计数器C2*按增计数方式计数。,Kunming University of Science&Techno
19、logy,ch.4-26,32位增/减计数器,其计数当前值在-2147483648+2147483647间循环变化。即从-2147483648变化到+2147483647，当+2147483647再进行加计数时，当前值就变成-2147483648，同样当-2147483648再进行减计数时，当前值就变成+2147483647。当计数当前值等于设定值时，计数器的触点动作（增计数时置位，减计数时复位），但计数器仍在计数，计数当前值仍在变化，直到执行了复位指令时，计数当前值才为0。换句话说，计数器当前值的增/减与其触点的动作无关。,Kunming University of Science&Tech
20、nology,ch.4-27,32位增/减计数器应用举例,例：32位增/减计数器C205的计数工作过程，如图所示。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-28,（2）高速计数器：C235C255（共21点）,高速计数器也是32位停电保持型增/减计数器，其计数范围为-2147483648+2147483647（十进制常数），但它们只对特定的输入端子（X0X5）的脉冲进行计数。也就是说，高速计数器的计数输入只能从X0X5这6个输入端接入，因此，最多可同时接入6个高速计数信号，即最多可同时使用6个高速计数器。一个特定输入端子不能同时被两个高速计数
21、器使用。高速计数器采用中断方式进行处理，与扫描周期无关。X6和X7只能用作计数启动输入信号，不能用于高速计数输入。根据增/减计数切换方法的不同，可分为三种类型，如表4.3 所示。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-29,Kunming University of Science&Technology,ch.4-30,单相单计数输入高速计数器,地址编号为：C235C245，共11点。其中，C235C240无启动/复位输入端，C241C245带启动/复位输入端。其增/减计数方式由特殊辅助继电器M8235M8245的状态决定，当M82*为ON
22、时，对应的计数器C2*按减计数方式计数；当M82*为OFF时，对应的计数器C2*按增计数方式计数。下面以C245为例，说明其工作过程，如图4.28所示。在图中，当X10接通时，计数方向标志M8245为ON，C245按减计数方式计数；当X10断开时，计数方向标志M8245为OFF，C245按增计数方式计数。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-31,单相单计数输入高速计数器应用举例,当X12为ON时，且X7也为ON时，则立即开始对接在计数输入端（X2）的高速脉冲信号进行计数，其计数过程与普通32位增/减计数器相同。当X11接通时，执行RST
23、指令使C245复位（程序复位）。由于C245还可由外部输入X3复位。当X3接通时，即使X11为OFF，C245也立即复位（不受扫描周期的影响，通过中断方式对C245进行复位）。因此，对于这种自身带有复位输入的高速计数器，可以省略复位程序。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-32,注意：不能用计数输入端作高速计数器线圈的驱动触点。比如，不能像下图那样，用接有高速计数输入的X0、X1去驱动高速计数器线圈C244、C236。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-33,单相双计数输入高速计
24、数器,地址编号为C246C250，共5点。有两个计数输入端，一个用于增计数输入，另一个用于减计数输入。有的还具有复位和启动输入。通过M8246M8250可监视增/减计数方式。比如，当C246做增计数时，M8246为OFF状态。下面以C246为例，说明其工作过程，如图4.30所示。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-34,单相双计数输入高速计数器应用举例,当X11接通时，执行RST指令使C246复位。当X12接通时，如果计数脉冲从X0端接入时，计数器做增计数，此时M8246为OFF状态，Y20断开；如果计数脉冲从X1端接入时，计数器做减计
25、数，此时M8246为ON状态，Y20接通。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-35,双相双计数输入高速计数器,地址编号为C251C255，共5点。有A、B两个计数输入，A、B两相输入成90度相位差。A、B两相输入信号决定了增/减计数方向，当A相输入为ON时，若B相输入从OFF变到ON（上升沿），则为增计数（正转）；若B相从ON变到OFF（下降沿），则为减计数（反转）。通过M8251M8255，可监视计数器C251C255的增/减计数状态。下面以C254为例，说明其工作过程，如图4.31所示。在图（a）中，当X11接通时，执行RST指令使
26、C254复位（通过顺控程序复位，对C254可以省略）。由于C254还可通过外部输入X2复位，当X2接通时，即使X11为OFF，C254也立即复位（不受扫描周期的影响）。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-36,双相双计数输入高速计数器应用举例,当X12为ON时，若X6（C254的启动输入）也为ON，C254就立即开始对输入X0（A相）、X1（B相）的动作计数。当计数当前值不低于设定值（D3，D2）时，Y10接通；当计数当前值低于设定值时，Y10断开。增计数时，M8254为OFF，Y11断开；减计数时，M8254为ON，Y11接通。,Ku
27、nming University of Science&Technology,ch.4-37,6.数据寄存器(D)、变址寄存器(V、Z),（1）数据寄存器（D）,D是PLC中用来存储数值数据的软元件，用于存储模拟量控制、位置控制、数据I/O时的参数及工作数据。每个数据寄存器都是16位（最高位b15为符号位），将两个地址相邻的数据寄存器（建议低位采用偶数地址编号）组合起来可存储32位数值数据（最高位b31为符号位）。,普通型：D0D199（200点）,不具备断电保持功能，当PLC停止运行或停电时，所有数据即被清0（但当特殊辅助继电器M8033为ON时，则可保持）。通过参数设定，可将这类数据寄存器
28、变为停电保持型。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-38,停电保持型数据寄存器：D200D7999（7800点）,具有断电保持功能，即当PLC停止运行或停电时，数据寄存器中的数据保持不变（通过后备电池保持）。其中，D1000以后的数据寄存器可通过参数设定，以500点为单位用作文件寄存器。文件寄存器是一类专用的数据寄存器，用于存储大量的数据，比如采样数据、统计计算数据、多组控制参数等。它占用用户程序存储器（RAM、EEPROM、EPROM）内的一个存储区，以500点为单位，通过参数设定，最多可设置7000点。用编程器可进行写入操作。当PL
29、C上电和从STOP到RUN时，在存储器中设定的文件寄存器区域会被一并传送到系统RAM的数据内存区域中（数据初始化）。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-39,特殊型数据寄存器：D8000D8511（512点）,这种数据寄存器供监控PLC中各种元件的运行方式之用。其内容在电源接通时全部先清零，再写入初始值。比如，在D8000中存放的是由系统ROM设定的警戒时钟定时器的时间。需要改变时，再利用传送指令写入所要求的时间。当PLC停止运行时，该值保持不变。,Kunming University of Science&Technology,ch.
30、4-40,特殊型数据寄存器应用举例,看门狗(警戒时钟)定时器用来监视PLC的扫描周期，在规定的时间内没有完成时，系统会出错。下图表示在PLC投入运行时，通过MOV指令将看门狗定时器的时间修改为300ms，并通过WDT指令立即刷新有效。若不用WDT指令，则需等到处理END时，对D8000的修改才有效。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-41,（2）变址寄存器（V、Z),V和Z也是16位的数据寄存器，其地址编号为V7V0、Z7Z0，共16点。当要进行32位数据运算时，需将V、Z组合起来使用，且规定用Z存放低16位数据。比如（V0，Z0），（
31、V1，Z1）等。可用变址寄存器修改的软元件有X、Y、M、S、P、T、C、D、R、K、H、KnX、KnY、KnM、KnS。但不能修改V、Z本身以及指定位数用的Kn本身。例如，不能用Z0M10来修改Z的地址，但可用M10Z0来修改M的地址。例如，若Z0=K8，则M10Z0表示M18（即“10+8=18”），而X10Z0则表示X20（即“10+8=18”，18对应的八进制数为20）。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-42,7.指针（P、I）,在执行PLC程序的过程中，当某条件满足时，需要跳过一段不需要执行的程序或者调用一个子程序或者执行指定
32、的中断程序，这时需要用一“操作标记”来标明所操作的程序段，这一“操作标记”就是指针。,（1）分支用指针（P）,分支用指针编号是：P0 62，P644095，共4095点。（P63为结束跳转用，即跳转至END位置，故一般不用）当分支指针P用于跳转指令（CJ）时，用来指定跳转的起始位置；当分支指针P用于子程序调用指令（CALL）时，用来指定被调用的子程序和子程序的位置，如图4.33、图4.34所示。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-43,（1）分支用指针（P）应用举例,当条件X20为ON时，执行跳转指令FNC00（CJ），程序跳到标号P1
33、处，执行标号P1以后的程序；当条件X20为OFF时，顺序执行程序。,当条件X20为ON时，执行标号为P2的子程序，当子程序执行完后，用SRET指令返回原位置（即返回到CALL指令的下一步指令位置）。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-44,（2）中断指针（I）,中断指针作为标号用于指定中断程序的起点，通常与EI（允许中断）、DI（禁止中断）和IRET（中断返回）等指令一起使用。中断程序是从中断指针标号开始，执行IRET指令时结束。它有以下三种类型：,输入中断用指针,接收来自特定的输入地址号（X000X005）的输入信号而不受PLC扫描周
34、期的影响。该输入信号被触发时，执行输入中断用指针标识的中断子程序。地址编号：I00（X000）、I10（X001）、I20（X002）、I30（X003）、I40（X004）、I50（X005），共6点。（为1时表示上升沿中断，为0时表示下降沿中断）。例如：指针I100，表示输入X001从ONOFF变化时，执行标号I100之后的中断程序，并由IRET指令结束该中断程序。注意，不能与高速计数器同时使用相应的输入端X000X005。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-45,定时器中断用指针,在各指定的中断循环时间（10 ms99 ms）执行
35、中断子程序。其地址编号为I6、I7、I8，共3点。（为10ms99ms的中断时间）。例如I720，表示每隔20ms执行一次标号I720后面的中断程序。并由IRET指令结束该中断程序。定时器中断用于与PLC的扫描周期不同，又需要循环中断处理的控制中。,Kunming University of Science&Technology,ch.4-46,高速计数器中断用指针,根据PLC内部的高速计数器的比较结果执行中断子程序，用于利用高速计数器优先处理计数结果的控制。其地址编号为I010、I020、I030、I040、I050、I060，共6点。,当高速计数器C252的当前值为2000时，执行标号I020后面的中断程序。执行完中断程序后（即执行“IRET”指令后），返回到发生中断时的原程序位置,
