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1、第七章 三菱公司FX2系列可编程序控制器 7.1 可编程序控制器的编程语言 7.1.1 PLC编程语言的国际标准 IEC(国际电工委员会)的PLC编程语言标准(IEC61131-3)中有5种编程语言：顺序功能图(Sequential Function Chart)、梯形图(Ladder Diagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)、结构文本(Structured Text)。其中的顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)和功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本 (ST) 是文字语言。 目前已有越来越多的P
2、LC生产厂家提供符合IEC61131-3标准的产品，有的厂家推出的在个人计算机上运行的“软PLC”软件包也是按IEC61131-3标准设计的。,图7-1为西门子PLC常用的编程方法举例。,图7-1 PLC常用编程方法,1梯形图 梯形图(LD)是使用最广泛的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，直观易懂，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。图7-1中用西门子S7-200系列PLC的3种编程语言来表示同一逻辑关系。西门子的说明书中将指令表称为语句表。 梯形图由触头、线圈和应用指令等组成。触头代表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈
3、通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的输出标志位等。 在分析梯形图中的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧垂直母线之间有一个左正右负的直流电源电压(有时省略了右侧的垂直母线)，当图7-1(a)中I0.1与I0.2的触头接通，或M0.3与I0.2的触头接通时，有一个假想的“能流”(Power Flow)流过Q1.1的线圈。利用能流这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图，能流只能从左向右流动。,2顺序功能图 顺序功能图(SFC)是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在其中可以用其他语
4、言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图中三种主要的元件如图7-1(b)所示。顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，根据它可以很容易地画出顺序控制梯形图程序。 3功能块图 功能块图(FBD)是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。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，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动，如图7-1(c)所示。国内很少有人使用功能块图语言。,4指令表 PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表(Inst
5、ruction List，IL)程序。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用手持式编程器，必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC。在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列。 5结构文本 结构文本(ST)是为IEC61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。,7.1.2 FX系列PLC梯形图的编程举例 图7-2（a）是第二章介绍过的自动往返控制线路，下面来学习用PLC实现控制的方法。 1自动往返控制线路用PLC来实现控制，是指保留图7-2（a）中的主电路不变，控制线路由PLC的软
6、、硬件及其接口电路来代替。,图7-2 PLC实现控制应用举例,表7-1 梯形图常用符号,在计算机上，使用FX的编程软件，可以直接输入梯形图，自动转换成指令表程序，输入PLC；也可以手动把梯形图编译成指令表程序，再通过手持编程器输入PLC。图7-2（e）给出了对应的指令表程序。,4由图7-2（a）中的主电路和图7-2（c）PLC端子图组成新的电气控制线路，如图7-3所示。,图7-3 PLC实现控制的电气原理图,7.1.3 梯形图的主要特点 (1) PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，例如输入继电器X1、输出继电器Y1、辅助继电器M0等，但是它们不是真实的物理继电器(即硬件继电器)，
7、而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与PLC存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。以辅助继电器M0为例，如果对应的存储单元为0状态，梯形图中M0的线圈“断电”，其常开触头断开，常闭触头闭合，称M0为0状态，或称M0为OFF。该存储单元如果为1状态，M0的线圈“通电”，其常开触头接通。常闭触头断开，称M0为l状态，或称M0为ON。 (2) 根据梯形图中各触头的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的ONOFF状态，称为梯形图的逻辑运算。逻辑运算是按梯形图中从上到下、从左至右的顺序进行的。运算的结果，马上可以被后面的逻辑运算所利用。逻辑运算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据运
8、算瞬时外部输入触头的状态来进行的。 (3) 梯形图中各编程元件的常开触头和常闭触头均可以无限多次地使用。 (4) 输入继电器的状态唯一地取决于对应的外部输入电路的通断状态，因此在梯形图中不能出现输入继电器的线圈。,7.2 FX2系列可编程序控制器的编程元件 所谓编程元件又称软元件，是指PLC中可以被程序使用的所有功能性器件。,表7-2 FX2N和FX2NC型PLC的功能技术指标,7.2.1 输入继电器X 输入继电器的代表符号是“X”。输入继电器的外部物理特性就相当于一个开关量的输入点，称为输入接点。外接开关的两个接线点中一个接到输入接点上，另一个接在输入端的公共接点COM上。,从内部操作的角度
9、看，一个输入继电器就是一个一位的只读存储器单元，可以无限次读取，其量值只能有两种状态：当外接的开关闭合时是“ON”状态；当开关断开时是“OFF”状态。但在使用中既可以用输入继电器的常开触头，也可以用输入继电器的常闭触头，使用次数不限。在“ON”状态，其常开触头闭合，常闭触头断开；在“OFF”状态，常开触头断开，常闭触头闭合。FX2N系列的PLC中各种型号的输入接点数是不同的，实际上输入输出接点数是一个系列中最主要的区分型号的特征。接点的数量决定了PLC的价格。因此在使用中一定要根据具体控制对象选择PLC。,表7-3 FX2系列 PLC常用型号输入继电器接点配置,型号中的数字就是PLC的输入输出
10、接点总数。由于输入接点的排列序号是八进制的，因此，输入继电器的序号不是输入接点的数量。例如FX248M型，其总接点数是48个，其中输入接点是24个，而输入接点的序号排列是X0X7、X10X17、X20X27。 输入继电器的状态用程序无法改变。,7.2.2 输出继电器Y 输出继电器的代表符号是“Y”。输出继电器的外部物理特性就相当于一个接触器的触头，称为输出接点。从使用的角度看，就可以将一个输出继电器当作一个受控的开关。其断开或闭合受所编制的程序的控制。PLC的输出继电器是无源的，因此需要外接电源。从内部操作的角度看，一个输出继电器就是一个一位的可读写的存储器单元，可以无限次读取和写入。在读取时
11、既可以用输出继电器的常开触头，也可以用输出继电器的常闭触头，使用次数不限。同输入接点一样，FX2系列的PLC中各种型号的输出接点数是不同的，也要求在使用中根据具体控制对象选择适合的PLC。,表7-4 FX2系列 PLC常用型号输出继电器接点配置,表7-4列出了FX2系列PLC常用型号的输出继电器接点的配置。各型号的输出接点数(不加扩展单元情况下)和输入接点数相等，占总接点数的一半。由于输出接点的排列序号也是八进制的，因此，输出继电器的序号也不是输出接点的数量。例如FX232M，其总接点数是32个，其中输出接点是16个，而输出接点的序号排列是Y0Y7、Y10Y17。 输出继电器的初始状态为断开状
12、态。,7.2.3 辅助继电器M 辅助继电器的代表符号是“M”。FX2系列PLC中有1K(1024)个常用的辅助寄存器和256个辅助特殊用途的辅助寄存器。辅助继电器的功能相当于各种中间继电器，可以由其它各种软元件驱动，也可以驱动其它软元件。辅助继电器有常开和常闭两种触头，可以无限次引用。其物理特征和微机中的内存单元完全相同，引用是读操作，被驱动是写操作；但是辅助继电器的触头是一位的，只有“ON”和“OFF”两种状态。辅助继电器没有输出触头，也就是说不能驱动外部负载。外部负载只能由输出继电器驱动。 辅助继电器的触头使用和输入继电器类似，在“ON”状态，其常开触头闭合，常闭触头断开；在“OFF”状态
13、，常开触头断开，常闭触头闭合。 FX2系列PLC中有三种特性不同的辅助继电器，分别是通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和特殊功能辅助继电器。 所有软元件中只有输入继电器X和输出继电器Y采用八进制编号，其它所有软元件都采用十进制编号。,(1) 通用辅助继电器 共有500点通用辅助继电器，其元件的序号为M0M499。这些继电器在通电之后，全部处于“OFF”状态。无论程序是如何编制的，一旦断电，再次通电之后，M0M499这500点辅助继电器都恢复为“OFF”状态。这相当于微机中的内存RAM。 (2) 断电保持辅助继电器 M500M1023这524点为断电保持辅助继电器。当PLC断电并再次通电之后，这
14、些继电器会保持断电之前的状态。断电之前是“OFF”的辅助继电器，再次通电之后仍然是“OFF”；断电之前是“ON”的辅助继电器，再次通电之后仍然是“ON”状态。除此之外的其它特性与前面介绍过的通用辅助继电器完全一样。 在这些辅助继电器区间，M800M999在两台PLC作点对点通信时用作通信辅助继电器，有关细节请参见第十章相关内容。,(3) 特殊功能辅助继电器 从M8000到M8255这256个辅助继电器区间是不连续的，也就是说，有一些辅助继电器是根本不存在的，对这些没有定义的继电器无法进行有意义的操作。有定义的特殊功能辅助继电器可分为两大类： 一类是反映PLC的工作状态或PLC为用户提供的常用功
15、能器件。这些器件用户只能使用其触头，不能对其驱动。例如： M8013：每秒发出一个脉冲信号，即：自动地每秒“ON”一次。 M8020：加减运算结果为零时状态为“ON”，否则为“OFF”。 M8060：IO编号出错时置位(“ON”)。例如对不存在的X或Y进行了操作。 另一类是可控制的特殊功能辅助继电器，驱动这些继电器之后，PLC将做一些特定的操作。例如： M8034：“ON”时禁止所有输出。即：所有的输出都断开。 M8030：“ON”时熄灭，为电池欠电压指示灯。 M8050：“ON”时禁止I0中断。 其它特殊功能辅助继电器的编号及其功能见附录2。,7.2.4 状态元件S 状态元件是特别为步进顺控
16、类指令设计的，在编制步进顺控程序时使用状态元件很方便。FX2系列PLC的状态元件共有1000点，分为五类： (1) 初始状态用：10点，S0S9 (2) 回归原点用：10点，S10S19 (3) 一般通用： 480点，S20S499 (4) 有断电保持功能：400点，S500S899 (5) 程序流程故障诊断用：100点，S900S999 前4种状态元件S在使用中同步进指令STL配合使用，使编程简洁明了。在通常情况下，下一个状态开始时，自动退出上一个状态。详细的使用方法见与指令有关的第九章。 第5种状态元件是专为指示所编程序的错误而设置的。,7.2.5 指针P/I FX2系列PLC的指令中允许使用两种标号，一种为“P”标号，用于子程序调用或跳转；另一种为“I”标号专用于中断服务程序的入口标记。 “P”标号有128个，从P0到P127，不能随意指定。 FX2系列PLC的跳转用CJ指令，CJ后面紧跟标号。一般常用P0P62。CJ P63相当于跳过所有主程序，直接到END处。 子程序调用也用“P”标号，使用格式为：CALL P
