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1、第3章 可编程控制器的软件构成教学目的要求： 通过教学，使学生明确PLC系统程序的作用和用户程序，掌握用户工作环境中定时器、计数器和数据寄存器等元件的特性及应用，了解并会使用PLC的编程软件。教学方式：图片展示、理论讲解。展示设备：三菱FX系列可编程控制器。演示操作：多媒体课件。重点难点：PLC系统软件及用户软件的功能；PLC编程软元件的特性及用途；编程软件的使用。问题的提出：可编程控制器是工业控制计算机设备，其具有计算机的属性，除了完备的硬件外，还必须有对应的软件支持其工作。其软件有那些？作用是什么？将是本章要讨论的问题。3.1 可编程控制器系统程序系统程序又称系统监控程序，是由PLC制造者
2、设计的，用于PLC的运行管理。系统监控程序分系统管理程序、用户指令解释程序和专用标准程序块等。3.1.1 系统管理程序系统管理程序用于整个PLC的运行管理，管理程序又分为三部分：第一部分是运行管理，控制可编程控制器何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通讯等等，进行时间上的分配管理。第二部分进行存贮空间的管理，即生成用户环境，由它规定各种参数、程序的存放地址，将用户使用的数据参数存贮地址转化为实际的数据格式及物理存放地址。它将有限的资源变为用户可直接使用的元件。例如，它将有限个数的CTC扩展为几十至上百个用户时钟和计数器。通过这部分程序，用户看到的就不是实际机器存贮地址和PIO、CTC的
3、地址了，而是按照用户数据结构排列的元件空间和程序存贮空间了。第三部分是系统自检程序，它包括各种系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等。在系统管理程序的控制下，整个可编程控制器就能按步就班地正确工作了。3.1.2 用户指令解释程序系统监控程序的第二部分为用户指令解释程序。任何计算机最终都是根据机器语言来执行的，而机器语言的编制又是很麻烦的。为此，在可编程控制器中采用梯形图编程，将人们易懂的梯形图程序变为机器能懂的机器语言程序，即将梯形图程序逐条翻译成相应的一串机器码，这就是解释程序的任务。事实上，为了节省内存，提高解释速度，用户程序是以内码的形式存贮在可编程控制器中的。用户程序
4、变为内码形式的这一步是由编辑程序实现的，它可以插入、删除、检查、查错用户程序，方便程序的调试。3.1.3 标准程序模块和系统调用系统监控程序的第三部分就是标准程序模块和系统调用，这部分是由许多独立的程序块组成的，各自能完成不同的功能，有些完成输入、输出，有些完成特殊运算等。可编程控制器的各种具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少，就决定了可编程控制器性能的强弱。整个系统监控程序是一个整体，它质量的好坏很大程度上影响了可编程控制器的性能。因为通过改进系统监控程序就可在不增加任何硬件设备的条件下大大改善可编程控制器的性能，所以国外可编程控制器厂家对监控程序的设计非常重视，实际售出的产品
5、中，其监控程序一直在不断地完善。3.2 可编程控制器用户程序用户程序是用户根据控制要求，用PLC编程的软元件和编程语言（如梯形图、指令表、高级语言、汇编语言等）编制的应用程序，其助记符形式随可编程控制器型号的不同而略有不同。用户通过编程器或PC机写入到PLC的RAM内存中，可以修改和更新。当PLC断电时被锂电池保持。用户程序是线性地存贮在监控程序指定的存贮区间内，它的最大容量也是由监控程序确定的。3.3 可编程控制器用户工作环境用户环境是由监控程序生成的，它包括用户数据结构、用户元件区分配、用户程序存贮区、用户参数、文件存贮区等。3.3.1 用户数据结构用户数据结构分为三类：第一类为bit数据
6、，即逻辑量，其值为“0”或“1”，它表示触点的通、断；线圈的得电与失电；标志的ON、OFF状态等。第二类为字数据，其数制、位长、形式都有很多形式。为使用方便通常都为BCD码的形式。在F1、F2系列中，一般为3位BCD，双字节为6位BCD码。FX2、A系列中为4位BCD，双字节为8位BCD码。书写时若为十进制数就冠以K（例如K789）；若为十六进制数就冠以H（例如H789）。数据处理时还可选用八进制、十六进制、ASCII码的形式。在FX2系列内部，常数都是以原码二进制形式存贮的，所有四则运算（+，-，）和加1/减1指令等在PLC中全部按BIN运算。因此，BCD码数字开关的数据输入PLC时，要用B
7、CDBIN转换传送指令。向BCD码的七段数码管或其它显示器输出时，要用BINBCD转换传送指令。但用功能指令如FNC 72（DSW）、FNC 74（SEGL）及FNC75（ARWS）时，BCD/BIN的转换由指令自动完成。由于对控制精度的要求越来越高，新型可编程控制器中开始采用浮点数，它极大地提高了数据运算的精度。第三类为字与bit的混合，即同一个元件有bit元件又有字元件。例如T（定时器）和C（计数器），它们的触点为bit，而设定值寄存器和当前值寄存器又为字。另外还有一些元件也属于此类。3.3.2 元件（软元件）PLC的编程软元件实质上是存储器单元，每个单元都有惟一的地址。为了满足不同的功用
8、，存储器单元作了分区，因此，也就有了不同类型的编程软元件。各种软元件有其不同的功能、有其固定的地址。元件的数量是由监控程序规定的，它的多少就决定了可编程控制器整个系统的规模及数据处理能力。每一种可编程控制器的元件数都是有限的。FX系列PLC部分元件的功能如下。1输入/输出继电器（X，Y）（1）输入继电器（X0X267） PLC的输入端子是从外部开关接收信号的窗口，与输入端子连接的输入继电器（X）是光电隔离的电子继电器，其常开触点和常闭触点的使用次数不限，这些触点在PLC内可以自由使用。输入继电器只能利用其触点，其线圈不能用程序驱动。（2）输出继电器（Y0Y267） PLC的输出端子是向外部负载
9、输出信号的窗口。输出继电器的外部输出触点（继电器触点，双向可控硅SSR，晶体管等输出元件）接到PLC的输出端子上。输出继电器的电子常开和常闭触点使用次数不限，其线圈由程序驱动，然而其外部输出触点（输出元件）与内部触点的动作有所不同。输入/输出继电器的功能如图3-1所示。图3-1 输入输出继电器2辅助继电器（M）辅助继电器的线圈与输出继电器一样，由程序驱动。辅助继电器的电子常开和常闭触点使用次数不限，在PLC 内可以自由使用。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载必须由输出继电器驱动。在逻辑运算中经常需要一些中间继电器作为辅助运算用。这些元件不直接对外输入、输出，经常用作状态暂存、移动运算
10、等，它的数量常比X 、Y多。另外，在辅助继电器中还有一类特殊辅助继电器，它有各种特殊的功能，如定时时钟，进借位标志，启动停止，单步运行，通讯状态，出错标志等，这类元件数量的多少，在某种程度上反映了可编程控制器功能的强弱，能对编程提供许多方便。（1）通用辅助继电器M0M499（500点）通用辅助继电器有500 点，其元件号按十进制编号（MOM499 )。注意：除输人输出继电器X / Y 外，其它所有的软元件元件号均按十进制编号。（2）停电保持辅助继电器M500M1023（524点）PLC 在运行中若发生停电，输出继电器和通用辅助继电器全部成为断开状态。再运行时，除去PLC 运行时就接通（ON ）
11、的以外，其他仍断开。但是，根据不同的控制对象，有的需要保存停电前的状态，并在再运行时再现该状态的情形。停电保持用辅助继电器（又名保持继电器）就是用于这种目的的。停电保持由PLC 内装的后备电池支持。下图所示的是具有停电保持功能的辅助继电器的例子。在此电路中，X0接通后，M600动作，其后即使X0再断开，M600 的状态也能保持。因此，若因停电X0断开，再运行时M600 也能保持动作。但是，Xl 的常闭触点若断开，M600 就复位。SET 、RST 指令可通过瞬时动作（脉冲）使继电器状态保持。辅助辅助继电器有无穷多个触点，可在PLC中自由使用。这些触点不能直接驱动外部负载。外部负载应由输出继电器
12、驱动。（3）特殊辅助继电器M8000M8255（256点）特殊辅助继电器共256点，它们用来表示可编程控制器的某些状态，提供时钟脉冲和标志（如进位、借位标志），设定可编程序控制器的运行方式，或者用于步进顺控、禁止中断、设定计数器是加计数或是减计数等。特殊辅助继电器分为触点利用型和线圈驱动型两种。前者由可编程控制器的系统程序来驱劾其线圈，在用户程序中可直接使用其触点。如M8000（运行监视）：当可编程控制器执行用户程序时，M8000为 ON；停止执行时，M8000为 OFF（如图 3-2）。M8002（初始化脉冲）：M8002仅在M8000由OFF变为ON状态时的一个扫描周期内为ON（如图 3-
13、2）,可以用M8002的常开触点来使有断电保持功能的元件初始化复位和清零。M8011-M8014分别是10ms,100ms，ls和lmin时钟脉冲。图 3-2 M8000、M8002、M8012波形图M8005（锂电池电压降低）：电池电压下降至规定值时变为ON，可以用它的触点驱动输出继电器和外部指示灯，提醒工作人员更换锂电池。线圈驱动型由用户程序驱动其线圈，使可编程控制器执行特定的操作，例如 M8030的线圈“通电”后，“电池电压降低”发光二极管媳灭；M8033的线圈“通电”时，可编程控制器由RUN迸人STOP状态后，映像寄存器与数据寄存器中的内容保持不变；M8034的线圈“通电”时，禁止输出
14、；M8039的线圈“通电”时，可编程序控制器以D8039中指定的扫描时间工作。3状态元件（S）状态是用于编制顺序控制程序的一种编程元件，它与STL指令（步进梯形指令）一起使用。通用状态（S0S499）没有断电保持功能，但是用程序可以将它们设定为有断电保持功能的状态，其中包括供初始状态用的S0S9和供返回原点用的S10S19。S500S899有断电保待功能，S900-S999供报警器用。不使用步进指令时，可以把它们当作普通辅助继电器（M）使用。供报警器用的状态，可用于外部故障诊断的输出。4报警器一部分的状态元件可用作外部故障诊断输出。作报警器用的状态元件为：S900S99(100点)。5指针（P
15、/I）（1）分支用指针（P）分支指针P0P127（共128点）用来指示跳转指令（CJ）的跳步目标和子程序调用指令（CALL）调用的子程序的人口地址，执行到子程序中的SRET（子程序返回）指令时返回去执行主程序。图3-3（a）中X20的常开触点接通时，执行条件跳步指令CJ P0，跳转到指定的标号位置，执行标号后的程序。图3-3（b）中X10的常开触点接通时，执行子程序调用指令CALL P1，跳转到标号P1处，执行从P1开始的子程序，执行到SRET指令时返回主程序中CALL P1下面一条指令。（2）中断用指针（I）中断用指针用来指明某一中断源的中断程序入口标号，执行到IRET（中断返回）指令时返回主程序。图3-3给出了输入中断和定时器中断指针编号的意义。计数器用的中断号为I0口0（口16）。输入中断用来接收特定的输入地址号的输入信号，立即执行相应的中断服务程序，这一过程不受可编程控制器扫描工作方式的影响，因此使可编程控制器能迅速响应特定的外部输入信号。定时器中断使可编程控制器以指定的周期定时执行中断子程序，定时循环处理某些任务，处理的时间不受可编程控制器扫描周期的限制。计数器中断用于可编程控制器内置的高速计数器，根据高速计数器的计数当前值与计数设定值的关系来确定是否执行相应的中断服务子程序。图3-3 指针（P/I）功能及应用
