学习单元3 编制和模拟调试PLC简单程序

直观学PLC

学习目标

1.熟悉 PLC的编程语言及应用程序的编写方法。

2.熟悉FP0系列 PLC的主要编程元件。

3.掌握FP0系列PLC基本逻辑指令的格式和含义。

4.掌握用基本逻辑指令编写简单控制程序的方法。

知识要求

一、松下FPO系列PLC的主要编程元件

    PLC是借助于大规模集成电路和计算机技术开发的一种新型工业控制器。使用者可以不必考虑PLC内部元器件具体组成线路，可以将PLC看成由各种功能软元件组成的工业控制器，利用编程语言对这些软元件的线圈、触点等进行编程以达到控制要求，为此使用者必须熟悉和掌握这些软元件的功能、编号及其使用方法。每种软元件都用特定的字母来表示，如X表示输入继电器、Y表示输出继电器、R表示辅助继电器、T表示定时器、C表示计数器等，并对这些软元件给予规定的编号。使用时一般可以认为软元件和继电器元件相类似，具有线圈和常开、常闭触点。当线圈通电时，常开触点闭合，常闭触点断开，反之，当线圈断开时，常开触点断开，常闭触点接通。但软元件和继电器元件在本质上是不相同的，软元件仅仅是PLC中存储单元，线圈通电仅是表示该元件存储单元置“I”，反之，线圈断电表示该元件存储单元置“0”。由于软元件是存储单元，可以无限次地访问，因面软元件可以有无限个常闭触点和常开触点，这些触点在PC编程时可以随意使用。下面对主要软元件进行说明。

1.外部输入继电器和外部输出继电器

(1)外部输人继电器(X)

    外部输入继电器是PLC中专门用来接收外部用户输入设备，如开关、传感器等输入信号。外部输入继电器只能由外部信号所驱动，而不能用程序指令来驱动。在梯形图中只能出现输入继电器的触点，不能出现输入继电器线圈。它可提供无限个常开触点、常闭触点供编程使用。不同型号的PLC拥有的外部输人继电器数量是不相同的，如FPOC16的输人点为8点，对应的外部输入继电器的编号为X0~X7；FP0 C32的输入点为16点，对应的外部输入继电器的编号为X0~XF。FP0系列PLC可使用的外部输人继电器最多可达208点(X0~X12F)。

    外部输入继电器(X)、外部输出继电器(Y)、内部继电器(R)等编程元件由于是以16点为单位进行处理的，因此它们的编号是以十进制和十六进制数的组合来表达，格式如下:



(2)外部输出继电器(Y)

    外部输出继电器是PLC中唯一具有外部硬触点的软继电器，PLC只能通过输出继电器的外部硬触点来控制输出端口连接的外部负载。外部输出继电器只能用程序指令驱动，外部信号无法驱动。外部输出继电器具有1个外部硬触点和无限个常开、常闭软触点供编程使用。它的元件号与外部输入继电器一样，以十进制和十六进制组合的方法进行编号，如Y0~YF、Y10~Y1F………，不同型号PLC的输出继电器数量是不相同的，如FPOC16的输出点为8点，对应的外部输出继电器的编号为Y0~Y7；FP0 C32的输出点为16点，对应的外部输出继电器的编号为Y0~YF。FP0系列PLC可使用的输出继电器最多可达208点(Y0~Y12F)。

2.内部继电器(R)

    内部继电器的作用与继电器控制电路中的中间继电器类似，但是它的触点不能直接驱动外部负载。内部继电器与输出继电器一样，它的线圈只能用程序指令驱动，外部信号是无法驱动的。它可提供无限个常开触点、常闭触点供编程使用。内部继电器的元件号按十进制和十六进制组合编号，不同型号的PLC中内部继电器的数量是不同的，FP0 C32中内部继电器编号为R0~R62F，共有1008点。内部继电器可分为通用继电器、断电保持继电器、特殊功能继电器三种类型。

    (1)通用继电器(R0~R54F)共880点。当PLC在运行中若发生停电，通用辅助继电器将全部成为OFF状态。

    (2)断电保持继电器(R550~R62F)共128点，该类继电器是用锂电池供电的内部继电器，具有记忆能力。当PLC在运行中若发生停电，电保持继电器仍能保持原来停电前的状态。

    (3)特殊功能继电器(R9000~R903F)共64个，这些特殊功能辅助继电器每个都具有特定的功能。如R9020--PLC运行时接通，可作为PLC运行(RUN)监控;R9013--仅在PLC运行开始瞬间接通，产生初始脉冲。R9018、R901A、R901C、R901E等都是时钟脉冲继电器，分别为每隔10ms、100ms、1s及1min发一脉冲。具体功能可查看PLC的编程手册。

    在程序中访问外部输入继电器(X)、外部输出继电器(Y)、内部继电器(R)等编程元件时，通常可将16点作为一组，分别用WX、WY、WR表示。例如WX0表示是X0~XF这16点输人继电器的组合，WR20表示是R200~R20F这16点内部继电器的组合，如下所示。



    当X、Y、R等继电器的状态改变时，WX、WY、WR 的内容也随之发生变化。

3.定时器(T)

    PLC中定时器T相当于继电器控制电路中的时间继电器，它可提供无限个常开触点、常闭触点供编程使用。定时器元件号按十进制编号，对FPOC32，从T0~T99 共有100个定时器。定时器的最小时间单位可分为0.01s、0.1s、1s3种，可通过定时器指令来设定。PLC中定时器Tn为字、位复合软元件，由预置值寄存器 SVn、经过值(当前值)寄存器EVn和定时器的触点组成。预置值寄存器存储计时时间设定值，经过值寄存器则记录计时的当前值。定时器T是根据时钟脉冲累积计时的，实质上是对时钟脉冲计数。当定时器T满足控制条件开始计时，经过值寄存器则开始从预置值开始对时钟脉冲进行减法计数，当经过值减到零时，定时器触点动作，其常开触点接通，常闭触点断开。定时器可以使用立即数K作为预置值，也可用数据寄存器的内容作为预置值。

4.计数器(C)

    计数器在程序中用做计数控制。在FP0系列PLC中，计数器与定时器使用同一个存储区域，因此计数器与定时器是统一编号的。定时器编号为TO~T99，计数器编号为C100~C143，共44个。与定时器相类似，计数器也是字、位复合软元件，由预置值寄存器SV、经过值寄存器EV和计数器的触点组成。计数器可以使用立即数K作为预置值，也可用数据寄存器的内容作为预置值。它可提供无限个常开触点、常闭触点供编程使用。FP0系列PLC中计数器都是减法计数器，当计数器C满足控制条件开始计数时，经过值寄存器则开始从预置值开始对外部脉冲信号进行减法计数，当经过值减到零时，计数器触点动作，其常开触点接通，常闭触点断开。

二、FP0系列PLC的基本逻辑指令

    FP0系列PLC的指令可分为基本指令、基本功能指令、控制指令和比较触点指令等几类。基本指令是按位进行逻辑运算的指令，是继电器顺序控制回路的基本构成，是由继电器线圈和触点组合成的表达式。基本功能指令包括定时器、计数器和寄存器移位指令。控制指令用于确定程序的处理顺序和执行流程，可以根据条件执行某些处理或只执行需要的部分。比较触点指令用于比较两个数据，根据比较的结果将触点变为ON或OFF。按照维修电工4级的培训大纲，要求能应用基本指令和基本功能指令进行编程。本学习单元仅对FP0系列PLC的基本指令和基本功能指令进行介绍。

    FP0常用的基本指令和基本功能指令有ST、ST/、OT、AN、AN/、OR、OR/、ANS、ORS、PSHS、RDS、POPS、MC、MCE、SET、RST、DF、DF/NOP、ED等。指令由操作码和操作数两部分组成：操作码用助记符表示，常用2~4个英文字母组成(简称指令)，表示该指令的作用，操作数即指令的操作对象，是执行该指令所选用的元件、设定值等。在基本指令和基本功能指令中ANS、ORS、PSHS、RDS、POPS、DF、DF/、NOP、ED等指令无操作数，而其他指令需要1~2个操作数。下面对这些指令逐条加以说明。

1.逻辑取及输出线圈(ST、ST/、OT)

    ST、ST/指令使用元件X、Y、R、T、C的触点，表示梯形图中取1个常开(或常闭)触点开始逻辑运算。

    OT指令是对输出继电器(Y)和辅助继电器(R)的线圈驱动指令，对于输人继电器(X)不能使用。

    ST、ST/、OT指令用法如图2--123所示。由图2--123程序图中可看出：



图2--123   ST、ST/、OT指令用法

  (1)ST将常开触点接到左母线上，ST/将常闭触点接到左母线上。另外ST、ST/指令还可以与后述的ANS、ORS指令配合用于电路块的开头。

    (2)输出线圈指令OT(即OUT)可多次并行使用，形成并行输出线圈支路。

    (3)输出线圈指令〇T不能直接接到左母线上，OT指令与左母线之间至少应有1个以上的触点存在。

2、触点串联(AN、AN/)

    AN(与)功能为常开触点串联连接，AN/(与非)功能为常闭触点串联连接。这两类指令的操作元件为 X、Y、R、T、C。指令应用举例如图2--124所示。



图2--124    AN、AN/指令的用法

现结合图2--124对AN、AN/、OT指令应用作儿点说明:

    AN指令用于单个常开触点的串联，AN/指令用于单个常闭触点的串联，AN、AN/指令可以多次重复使用。并联电路块之间的串联连接要用后述的ANS指令。

    OT指令后，再通过触点对其他线圈使用OT指令称之为纵接输出或连续输出，如图中的OT Y4。在图中驱动R101之后，可再通过触点T1驱动 Y4。

3.触点的并联(OR、OR/)

    OR(或)功能为常开触点并联连接，OR/(或非)功能为常闭触点并联连接。这两类指令的操作元件为 X、Y、R、T、C。指令应用举例如图2--125 所示。



图2--125   OR、OR/指令的用法

说明:

    (1)OR、OR/只能用作为单个触点的并联连接指令。串联电路块之间的并联连接要用后述的ORS指令。

    (2)OR、OR/指令是从该指令的所在位置开始，对前面的ST、ST/指令并联连接。并联连接可多次使用。

4.串联电路块的并联(电路块“或”指令 ORS)

    ORS指令是电路块“或”指令。适用于触点组成的逻辑块的并联连接。对每个由触点串联组成的电路块在支路的开始用ST、ST/指令，支路的结束处用ORS指令。ORS指令后面不需操作元件。ORS指令应用举例见图2--126所示。



现结合图2--126对ORS指令作几点说明:

    (1)2个以上的触点串联连接的电路称之为串联电路块。

    (2)当并联的串联电路块>3时，用语句表编程(布尔非梯形图编辑)有两种编程方法，即用ORS指令将逻辑块逐个并联及将逻辑块全部作好后连续用几个ORS指令将逻辑块进行并联。建议最好采用图2--126b表示的编程方法，对串联电路块逐步连接，对每一个电路块使用1次ORS指令，这样对ORS使用次数无限制。采用图2--126c编程时，ORS指令虽然也可连续使用，但重复使用的次数应限制在8次之内(少于8次)。

5.并联电路块的串联(电路块“与”指令 ANS)

    ANS是电路块“与”指令。适用于并联电路块之间的串联连接，或称逻辑块的串联。在每个由触点并联组成的电路块中，第一个触点要用ST或ST/指令开始，并联电路块结束时，要用ANS指令与前面电路串联。ANS指令后面无任何操作元件。多个并联电路块可顺次用ANS指令与前面电路串联连接。ANS指令应用如图2--127所示。



图2--127  ANS指令的用法

6.多重输出电路指令(PSHS、RDS、POPS)

    这组指令又称为堆栈指令。其中PSHS的功能是存储该指令之前的逻辑运算结果，RDS为读取由PSHS指令所存储的逻辑运算结果，POPS是读取并清除由PSHS所存储的运算结果。利用这组指令可将梯形图中分支点的逻辑运算结果先存储，然后在需要的时候再取出。在FP0系列PLC中，设计有8个存储中间运算结果的存储器，称之为栈存储器。PSHS指令的功能就是将指令之前的逻辑运算结果送人栈存储器，又称为进栈，使用一次PSHS指令，该处的逻辑运算结果就推入栈的最上面一层。再次使用PSHS指令时，先前被推入的数据依次向栈的下一层推移，而当前的逻辑运算结果又被推人栈的最上面，因此，栈存储器的最上面一层永远是最新被推入的数据。

    POPS指令的功能就是把最上面的数据弹出栈存储器，又称为出栈。使用POPS指令后，栈中的各数据依次向上移动一层。原来最高一层的数据在读出后就从栈内被消除。栈存储器对数据的这种存储方式称为“后进先出(LIFO)”方式。

    RDS指令是栈存储器最高一层所存的数据的读出专用指令。执行RDS指令时，栈存储器内的数据不发生上、下移动的变化。

    这组堆栈指令都是没有操作元件的指令。图2--128是应用堆栈指令编程的例子。



图2--128   堆栈指令的用法

    现结合图2--128对PSHS、RDS、POPS指令作几点说明:

    (1)PSHS、RDS、POPS 指令用于多重输出电路，PSHS指令应先于RDS、POPS 指令使用。

    (2)RDS用于多重输出电路的中间，RDS指令可多次使用。

    (3)POPS指令用于多重输出电路的最后，每1个PSHS指令必须配用1个POPS 指令。

7.主控继电器、主控继电器结束指令(MC、MCE)

    MC是主控继电器指令，相当于一个条件分支。若符合MC的执行条件，则执行MC和MCE之间的程序，否则程序跳过MC和MCE之间的程序段去执行后续其他程序。

    MCE是主控继电器结束指令。它与MC必须成对使用，即MC指令后必定要用MCE指令来返回母线。图2--129为应用主控继电器指令编程的例子。



图2--129   应用主控指令编程

    在图2--129中，当MC的执行条件XO接通时，执行MC与MCE之间的指令。MC与MCE之间的母线成为主控母线，主控母线上必须用ST、ST/指令开始编程。MC与MCE指令所用的主控继电器编号必须一致，FP0可用的主控继电器编号为0~31。在程序中可多次使用MC指令。在MC内部还可以嵌套使用MC指令，但各层MC指令所用的主控继电器编号必须不同。嵌套使用MC指令的程序举例如图2--130所示。



图2--130   MC指令的嵌套使用

8.微分指令(DF、DF/)

    DF是脉冲上升沿微分指令，DF/是脉冲下降沿微分指令，可以认为微分指令对应的是1个常开触点。当检测到输入触发信号的上升沿或下降沿时，仅将对应触点闭合一个扫描周期。指令使用方法如图2--131所示。

    DF、DF/指令通常是插入在执行条件后使用，其本身并不带操作元件。



图2--131  微分指令的使用方法

a)DF、DF/指令的使用   b)对应指令  

c)输入输出时序图

9.置位、复位指令(SET、RST)

    SET是置位指令，置某元件状态为ON并保持；RST是复位指令，置某元件状态为 OFF并保持。SET、RST指令使用的操作元件是位元件Y、R。为了便于调试、优化程序，防止元件状态被锁定，一般要在SET和RST指令之前加人微分指令。当在程序中有若干处对同一个输出目标进行操作时，采用此方法非常有效。SET、RST指令的用法如图2--132所示。



图2--132   SET、RST指令的用法

a)加微分指令的SET/RST用法   b)执行情况时序图

    SET/RST指令具有保持功能，在图2--132中，当X0接通后，即使再变成断开，Y0也保持接通。而X1接通后，即使再变成断开，Y0也将保持断开。

10.定时器指令(TMR、TMX、TMY)

    FP系列PC的定时器有100个，从T0到T99，分为3种类型，分别用不同的指令加以区分，而与定时器的编号无关:

    TMR:设置以0.01s为定时单位的延时定时器。

    TMX:设置以0.1s为定时单位的延时定时器。

    TMY:设置以1s为定时单位的延时定时器。

    定时器设定时间的计算公式为[定时单位]X[设定值]。定时器的设定值必须为K1至K32767之间的十进制常数。对上述3种定时器，其设定时间的范围分别是:

    TMR--0.01~327.67s，以 0.01s递增。

    TMX--0.1~3276.7s，以 0.1s递增。

    TMY--1~32767 s，以1s递增。

    例如当TMX设置为K43时，设定时间为 0.1x43=4.3s。

    当TMR设置为K500时，设定时间为0.01x500=5s。

    在FP0系列PLC中，还有1条TML定时器指令，可以以0.001s为计时单位来使用。

    定时器指令的格式如图2--133所示，TMR、TMY指令格式及用法与TMX指令相同。在进行程序输人时，指令中的经过值并不要输入，它只是在对程序进行监控时才会进行显示。图2--133b为对应的语句表。



图2--133   定时器指令的使用

    定时器为非保持型，因此若切断电源或PLC模式方式由运行(RUN)变为编程(PROG)时，定时器会复位清零。

    在PLC开始RUN时，定时器指令中的设定值被送入相同编号的预置值寄存器SV5中。在定时器的触发信号(X0)接通的脉冲上升沿，SV5中的预置值被送到经过值EV5中，并开始进行以0.1s为计时单位作递减计时。当经过值达到零时，定时器触点T5闭合。若在运行过程中触发信号断开，则运行停止且经过值复位(清零)。若触发信号断开时定时器触点已经动作的，则触点同时也被复位。

11.空操作指令(NOP)

    执行这条指令不做任何逻辑操作，该指令只占一个步序号位置。当执行程序全部清零操作后，所有指令都变成NOP。

12.常规程序结束指令(ED)

    在主程序(常规程序)结束时，必须加上一条结束指令ED(即END)。如果在该控制程序中还包含有子程序或中断处理子程序，则这些子程序都应在ED指令之后再输入。

技能要求

编制电动机 Y/△启动程序并进行模拟调试

一、操作要求

1.使用基本逻辑指令编写电动机Y/启动的应用程序。

2.用按钮、指示灯、监控软件对程序进行模拟调试，

二、操作准备

项目所需设备、工具、材料见表2--14。



三、操作步骤

1.启动 FPWIN一GR 并新建一个文件。

    双击计算机桌面上的编程软件FPWIN_GR图标，启动编程软件。

    在打开的在启动画面中选择(创建新文件)，在PLC类型设置选择框中选择PLC类型为“FPOC32”，按〔OK〕键进入编辑界面。执行菜单命令〔文件〕→〔保存〕，在文件保存窗口中的“文件名”一栏中填写文件名如“TEST1”，其余各栏不填写，用鼠标单击〔保存〕按钮，此文件就已经以“TEST1.fp”为文件名被建立在编程软件默认的文件夹“c:\ProgramFiles\Panasonic-EW Control\FPWINGR2\Documents”中了。以后可以用〔打开〕命令再次打开此程序文件进行修改。

2.用基本逻辑指令，编写能实现电动机Y/启动的应用程序。

三相异步电动机Y/减压启动的电路图如图2--134所示。



图2--134   三相步电动机Y/△减压启动电路图

    图2--134为继电器控制的三相异步电动机Y/△启动电路。按启动按钮SB1，接触器KM和时间继电器KT同时得电，并通过KM的常开触点使接触器KM也得电，电动机接成Y形联结启动，按钮SB1也被自保。当延时3s后，KT常闭触点断开，接触器KM失电，KM的常闭触点接通，使接触器KM得电，电动机接成△形联结投入运行。当按停止按钮SB2或电动机过载使热继电器KH动作时，KM、KM么接触器失电，电动机停止运行。

    要求用FPO系列PLC按三相异步电动机Y/启动继电器控制电路图编制PLC梯形图、写出语句表。

    梯形图的设计可有多种方法，如可按照各输人、输出变量的逻辑关系设计、按经验设计、按照继电控制电路替代设计及按工艺流程设计等。在用PLC对旧设备进行改造的场合，采用按照继电控制电路图直接替代成PLC梯形图的方法比较简单直观，易于接受。

    按照电动机Y/△启动的继电控制电路图作替代设计梯形图前，首先应确定输入、输出设备与 PLC输人、输出端口的对应关系，也就是进行I/O分配，依据I/O分配表画出PLC接线图，然后按原控制电路图写出梯形图。根据本例中输入、输出设备情况，作出I/O分配表见表2--15。



    按照I/O分配表画出电动机Y/启动的PLC接线图如图2--135所示，按照继电控制电路图直接画出梯形图并经过适当的程序优化后所得到的PLC梯形图如图2--136所示。



图2--135   电动机Y/△启动的PIC接线图



图2-136    电动机Y/△启动的PLC梯形图

3.在 FPWIN—GR 的梯形图视图中输入所编写的应用程序。

4.将程序下载到PLC。

5.在PLC的 I/O端口上连接按钮及指示灯。

    按图2--135所示，在PLC的输入端口接上3个按钮作为KH、SB1和SB2在输出端口Y1、Y2和Y3上接上3个指示灯以代替 KM、KM 和KM^供调试时观察控制结果用。3个指示灯的另一端并接在一起后与输出端的“一”之间应接上1个直流24V的电源。

6.调试程序。

    接通PC的电源，使PLC运行，并在编程软件中用监控方式观察程序的运行情况。先后按下启动及停止按钮，观察指示灯的状态以验证程序运行的正确性。根据程序运行情况对程序进行修改并重复运行及监控。

7.程序运行正确后保存程序文件，并向指导教师演示程序的运行。

四、注意事项

参见本章第2节学习单元4