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1、可编程序控制器课件,机电工程学院 电气工程及其自动化系,2007.12,第三章 可编程序控制器的编程语言与指令系统 3-1 可编程序控制器的编程语言概述,3.1.1 可编程序控制器的编程语言的国际标准,（1）顺序功能图（SFC）,步、转换和动作是SFC中的三种主要元件。步是一种逻辑块，即对应于特定的控制任务的编程逻辑；动作是控制任务的独立部分；转换是从一个任务到另一个任务的原因。,对于目前大多数PLC来说，SFC还仅仅作为组织编程的工具使用，尚需要其它编程语言将它转换为PLC的可执行的程序。因此，通常只是将SFC作为PLC的辅助编程工具，而不是一种独立的编程语言。,3-1 可编程序控制器的编程
2、语言概述,(2) 梯形图（LD）,3-1 可编程序控制器的编程语言概述,梯形图是使用的最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点，特别适用于开关量逻辑控制。 IEC1131-3的梯形图中除了线圈、常开触点和常闭触点外，还允许增加功能和功能块。,(3) 指令表（IL）,3-1 可编程序控制器的编程语言概述,由若干条指令组成的程序叫做指令表程序。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。,3-1 可编程序控制器的编程语言概述,(4) 功能块图（FBD）,一种类似于数字逻辑电路的编程语言。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
3、逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号是自左向右流动的。就像电路图那样，它们被“导线”连接在一起。在FBD中也允许嵌入别的语言。,(5) 结构文本（ST）,3-1 可编程序控制器的编程语言概述,为了增强PLC的数学运算、数据处理、图形显示、报表打印等功能，方便用户的使用，许多在中型PLC都配备了PASCAL、BASIC、C等高级编程语言。,1.PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等。但是它们不是真实的物理继电器，而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与PLC存贮器中元件映象寄存器的一个存贮器的一个存
4、贮单元相对应。该存贮单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应编程元件的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开。我们称这种状态是该编程元件的“1”状态，或该编程元件ON（接通）。如果该贮存单元为“0”状态，对应的编程元件的线圈和触点的状态与上述相反，称该编程元件为“0”状态，或该编程元件OFF（断开）。,3-1 可编程序控制器的编程语言概述,3.1.2 梯形图的主要特点,2.梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（Bus bar）。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压。,3-1 可编程序控制器的编程语言概述,3.1.2 梯
5、形图的主要特点,3.根据梯图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左至右的顺序进行的。解算的结果立即可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映象寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部设备输入触点的状态来进行的。,3-1 可编程序控制器的编程语言概述,3.1.2 梯形图的主要特点,4.梯形图中的线圈应放在最右边。 5.梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可无限多次地使用。,3-1 可编程序控制器的编程语言概述,3.1.2 梯形图的主要特点,用户数据结构有三种： 第一种是bit数据（二进制的1位），或称为位编程
6、元件，用来表示开关量的状态，例如触点的通、断，线圈的通电和断电，其值为二进制的1或0，或称为该编程元件ON或OFF。 第二种是字数据，16位二进制数组成一个字，在FX系列内部，常数以二进制补码的形式存储，所有的四则运算和加1 、减1运算都是二进制运算。 第三种是字与位的结合，例如定时器和计数器的触点为bit，而它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字。,3.2.1 FX系列的用户数据结构与基本性能, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,FX系列PLC梯形图中的编程元件的名称由字母和数字组成，它们分别表示元件的类型和元件号，如Y10，M129。,3.2.2 输入继电器与输出继电器, 3.2 F
7、X系列PLC梯形图中的编程元件,（1）输入继电器（X） FX系列PLC的输入继电器和输出继电器的元件号用八进制表示，八进制只有0-7这8个数字符号，遵循“逢八进一”的运算规则。输入继电器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口。PLC通过光电耦合器，将外部信号的状态读入并存贮在输入映象寄存器内，外部触点接通时对应的映象寄存器为“1”状态。输入端外接的触点可以是常开的，也可以是常闭的，也可以是多个触点组成的串并联电路。在梯形图中可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点。输入继电器的状态唯一地取决于外部输入信号的状态，不可能受用户程序的控制，因此在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈。本书用椭圆表
8、示梯形图中的线圈。,3.2.2 输入继电器与输出继电器, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.2 输入继电器与输出继电器,（1）输入继电器（X）, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.2 输入继电器与输出继电器,(2)输出继电器 输出继电器用来将PLC的输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但是在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点都可以多次使用。, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,PLC的编程元件（三菱 FX2-32M）,1、输入继电器（X0-X177）2、输出继电器（Y0Y177）3、辅助
9、继电器（M）包括通用辅助继电器（M0M499）、断电保持继电器（M500M1023）、特殊辅助继电器（M800-M8255）4、状态元件（S）5、定时器（T）6、计数器（C）7、指针（P/I）8、数据寄存器（D）9、变址寄存器（V/Z）,3.2.3 辅助继电器与状态,辅助继电器（M）相当于继电器控制系统中的中间继电器，它不能接收外部的输入信号，也不能直接对外输出信号去驱动负载。它的功能是用软件实现的。,（1）通用辅助继电器M0M499,如果在PLC运行时电源突然断电，输出继电器和M0-M499将全部变为OFF。若电源再次接通，除了因外部输入信号而变为ON的以外，其余的仍将保持OFF状态。, 3
10、.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.3 辅助继电器,（2）保持型辅助继电器M500M3071,某些控制系统要求记忆电源断电瞬时的状态，重新通电后再现其状态，FX2N的M500-M3071可以用于这种场合，其中的M500-M1023可以用软件来设定，变为非断电保持辅助继电器。在电源中断时，用锂电池保持它们的映像寄存器中的内容，它们只是在PLC重新通电后的第一个扫描周期为ON。, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.3 辅助继电器,（2）保持型辅助继电器M500M3071,X0,X0,M500,M500,X0,M500,X1,M500, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编
11、程元件,（3）特殊辅助继电器,3.2.3 辅助继电器,特殊辅助继电器共256点，它们用来表示PLC的某些状态，提供时钟脉冲和标志，设定PLC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。 触点利用型由PLC的系统程序来驱动其线圈，在用户程序中可直接使用其触点。 M8000（运行监视）：当PLC执行用户程序时，M8000为ON；停止执行时，M8000为OFF。 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，可以利用它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。, 3.2
12、 FX系列PLC梯形图中的编程元件,（3）特殊辅助继电器,3.2.3 辅助继电器,M8011-M8014分别是10ms,100ms,1s和1min时钟脉冲。 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。, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,（3）特殊辅助继电器,3.2.3 辅助继电器,线圈驱动型由用户程序驱动其线圈，使PLC执行特定的操作。 M8030的线圈“通电”后 ，“电池电压降低”发光二极管熄灭； M8033的线圈“通电”时，PLC由RUN模式进入STOP模式后，映像寄存器与数据寄存器中的内容保持
13、不变； M8034的线圈“通电”时，禁止输出； M8039的线圈“通电”时，PLC以D8039中指定的扫描时间工作。, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,（4） 状态,3.2.3 辅助继电器,状态S是用于编制顺序控制程序的一种编程元件，它与后面介绍的STL指令一起使用。 通用状态（S0-S499）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S0-S9和供返回原点用的S10-S19。S500-S899有断电保持功能，S900-S999供报警器使用。 不对状态使用步进梯形指令时，可以把它们当做普通辅助继电器使用。供报警用的状态可以用于外部故障诊断
14、的输出。, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.4 定时器,PLC中定时器（T）相当于继电器系统中的时间继电器。它有一个设定值寄存器（一个字长）、一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来储存其输出触点状态的映像寄存器（占二进制的一位）。这3个存储单元使用同一个元件号。 常数K可以作为定时器的设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容来设定。外部数字开关输入的数据可以存入数据寄存器，作为定时器的设定值。, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.4 定时器,（1）通用定时器（T0T249）,定时器的类型与它的元件号有关，以FX2N为例： T0-T199为100ms定时器，定时范
15、围为0.1-3276.7s； T200-T245为10ms定时器，定时范围为0.01-327.67s., 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.4 定时器,（1）通用定时器（T0T249）,如果需要在定时器的线圈“通电”时就动作瞬动触点，可以在定时器线圈两端并联一个辅助继电器的线圈，并使用它的触点。 通用定时器没有保持功能，在输入电路断开或停电时复位。, 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.4 定时器,（1）通用定时器（T0T249）,定时器只能提供其线圈“通电”后延迟动作的触点，如果需要在它的线圈“断电”后延迟动作，可使用如下电路。, 3.2 FX系列PLC梯形图中
16、的编程元件,Y0,3.2.4 定时器,（2）累计型定时器（T246T255）,1ms累计定时器T246-T249的定时范围为0.001-32.767s. 100ms累计定时器T250-T255的定时范围为0.1-3276.7s., 3.2 FX系列PLC梯形图中的编程元件,3.2.4 定时器,（3）定时器的定时精度,定时器的精度与程序的安排有关，如果定时器的触点在线圈之前，精度将会降低。平均误差为1.5倍扫描周期。最小定时误差为输入滤波器时间与定时器分辨率之差，1ms,10ms和100ms定时器的分辨率分别为 1ms,10ms和100ms。 如果定时器的触点在线圈之后，最大定时误差为2倍扫描周期加上输入滤波器时间。 如果定时器的触点在线圈之前，最大定时误差为3倍扫描周期加上输入滤波器时间
