项目二 PLC编程元件

项目二PLC编程元件和基本逻辑指令应用编程元件是PLC的重要元素，是各种指令的操作对象。基本指令是PLC中应用最频繁的指令，是程序设计的基础。本章主要介绍三菱FX2N系列PLC的基本编程元件和基本逻辑指令及其编程使用。任务1三相电机的全压起停控制•（一）任务分析•在电气控制中，对于小型三相交流异步电动机，一般采取全压启动控制。图2－1所示为继电器接触器控制的原理图。按下起动按钮SB2，接触器KM线圈得电，其主触点闭合使电机全压启动；按下停止按钮SB1，电机停止。•用PLC进行控制时主电路仍然和图2－1所示相同，只是控制电路不一样。首先要选定输入输出设备，就是选定发布控制信号的按钮、开关、传感器、热继电器触点等和选定执行控制任务的接触器、电磁阀、信号灯等；再把这些设备与PLC对应相连，编制PLC程序，最后运行程序就可以进行控制了。•正确选择输入输出设备对于设计PLC控制程序、完成控制任务非常重要。一般情况下，一个控制信号就是一个输入设备，一个执行元件就是一个输出设备。选择开关还是按钮，对应的控制程序也不一样。热继电器FR触点是电机的过热保护信号，也应该作为输入设备。•根据继电器-接触器控制原理，完成本控制任务需要有启动按钮SB2和停止按钮SB1两个主令控制信号作为输入设备；有执行元件（接触器）KM作为输出设备，控制电机主电路的接通和断开，从而控制电机的启停。•选择好输入输出设备后，接下来的问题是如何将它们与PLC连接，让输入设备的动作信息传给PLC？PLC又如何将运行结果传给外部负载？这就要用到PLC的内部要素——编程元件X、Y。（二）相关知识1.PLC编程元件(软继电器)概念•PLC内部有许多各种不同功能的编程元件，如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器等，它们不是物理意义上的实物继电器，而是由电子电路和存储器组成的虚拟器件，其图形符号和文字符号与传统继电器符号也不同，所以又称为软元件或软继电器。每个软元件都有无数对常开常闭触点，供PLC内部编程使用。•不同厂家不同型号的PLC，编程元件的数量和种类有所不同。三菱系列PLC的图形符号和文字符号有如图2－2所示几种表示方式：2.输入继电器（X）•输入继电器是PLC专门用来接收外界输入信号的内部虚拟继电器。它在PLC内部与输入端子相连，有无数的常开触点和常闭触点，可在PLC编程时随意使用。输入继电器不能用程序驱动，只能由输入信号驱动。•FX系列PLC的输入继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时最多可达184点输入继电器，其编号为X0～X267。X0也即是X000.3.输出继电器（Y）•输出继电器是PLC专门用来将程序执行的结果信号经输出接口电路及输出端子，送达并控制外部负载的虚拟继电器。它在PLC内部直接与输出接口电路相连，有无数的常开触点与常闭触点，可在PLC编程时随意使用。输出继电器只能由程序驱动。•FX系列PLC的输入继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC带扩展时最多可达184点输出继电器，其编号为Y0～Y267。Y0也即是Y000.4.分配I/O地址，绘制PLC输入输出接线图•一个输入设备原则上占用PLC一个输入点（I），一个输出设备原则上占用PLC一个输出点（O）。•本控制任务I/O地址分配如下：•停止按钮SB1---X0；•启动按钮SB2---X1；•FR触点----X2；•接触器KM----Y0；•将选择的输入输出设备和分配好的I/O地址一一对应连接形成PLC的I/O接线图如图2－3所示。5.PLC编程语言•按照上述接线图实施接线后，按下启动按钮PLC如何就能使输出KM线圈通电呢？这就需要进行PLC编程。•PLC常用的编程语言有梯形图、指令表和状态转移图、逻辑功能图及高级语言等。用的最多的是梯形图和指令表程序。（1）梯形图•梯形图语言沿袭了继电器控制电路的形式，也可以说，梯形图是在常用的继电器-接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，具有形象、直观、实用的特点，电气技术人员容易接受，是目前用得最多的一种PLC编程语言。•图2－4所示为用梯形图语言编写的PLC程序。图中左、右母线类似于继电器-接触器控制图中的电源线，输出线圈类似于负载，输入触点类似于按钮。梯形图由若干梯级组成，自上而下排列，每个梯级起于左母线，经触点－线圈，止于右母线。（2）指令表•这种编程语言是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式。•步序号是各语句在程序步中所占的第一步的序号。•与图2－4所示梯形图相对应的PLC指令表程序如下：6.FX系列PLC基本指令LD/LDI取/取反指令•功能：取单个常开/常闭触点与母线（左母线、分支母线等）相连接，操作元件有：X、Y、M、T、C、SOUT驱动线圈（输出）指令•功能：驱动线圈。操作元件有：Y、M、T、C、S•LD/LDI指令及OUT指令的用法见图2－5所示。AND/ANI与/与反指令功能：串联单个常开/常闭触点OR/ORI或/或反指令功能：并联单个常开/常闭触点AND/ANI和OR/ORI指令的基本用法如图2－6所示。注意：并联的起点规定在OR指令之前最近的LD/LDI指令处，见图2－7所示。END结束指令放在全部程序结束处，程序运行时执行第一步至END之间的程序。如图2－7所示。（三）任务实施1.编制电机全压起动的梯形图程序•根据继电器控制原理，电机全压起停控制的梯形图程序如图2－8所示。按下启动按钮SB2，通过输入端子使输入继电器X1线圈得电,梯形图中X1常开触点闭合，使输出继电器Y0接通并且自锁，通过输出端子使执行元件KM线圈得电，使图2-1主电路中的KM主触点闭合启动电机运行；按下停止按钮SB1，输入X0线圈得电，梯形图中X0的常闭触点动作使输出Y0断电，从而使KM断电，电机停止。如果电机过载，热继电器触点FR动作通过X2也会切断Y0使电机停止。这个梯形图就是典型的启保停电路。2.编写电机全压启动的指令表程序•根据梯形图，写出对应的指令表程序如图2－9所示。（四）知识拓展1.常闭触点的输入信号处理•PLC输入端口可以与输入设备不同类型的触点连接，但不同的触点类型设计出的梯形图程序不一样。•（1）PLC外部的输入触点可以接常开触点，也可以接常闭触点。接常闭触点时梯形图中的触点状态与继电器-接触器控制图中的状态相反。•（2）教学中PLC的输入触点常使用常开触点，便于进行原理分析。但在实际控制中，停止按钮、限位开关及热继电器等要使用常闭触点，以提高安全保障。•（3）为了节省成本，应尽量少占用PLC的I/O点，因此有时也将FR常闭触点串接在其它常闭输入设备或输出负载回路中。如图2－10所示。•2.SET/RST置位/复位指令•功能：SET使操作元件置位（接通并自保持），RST使操作元件复位（断开）。•当SET和RST信号同时接通时，写在后面的指令有效。见图2－11所示。•SET/RST与OUT指令的用法区别可以从波形图中看出，见图2－12所示。任务2三相电机的正反转控制（一）任务分析•图2－13所示为三相异步电动机正反转运行的继电器-接触器控制电路。按下正转按钮SB2，电机正向启动运行；按下反转按钮SB3，电机反向启动运行；按下停止按钮SB1，电机停止运行。为了确保KM1、KM2不会同时接通导致主电路短路，控制电路中采用了接触器KM1、KM2常闭触点互锁。采用PLC进行控制时按以下步骤进行。1.选择输入输出设备，分配输入/输出地址，绘制I/O接线图•X0：SB1（停止按钮,接常开触点），•X1：SB2（正转起动）•X2：SB3（反转起动）•X3：FR（热继电器常闭触点）•Y1：KM1（正转接触器）•Y2：KM2（反转接触器）•根据分配的I/O地址，绘制输入输出接线图如图2－14所示。图中PLC外部负载输出回路中串入了KM1、KM2的互锁触点，其作用在于即使在KM1、KM2线圈故障的情况下，也能确保KM1、KM2线圈不同时接通。•2.设计PLC控制程序•根据继电器-接触器控制原理，设计电机正反转的梯形图程序如图2－15所示。梯形图中X3常开触点和X0常闭触点串联后同时对线圈Y1和Y2都有控制作用.（二）相关知识———PLC基本逻辑指令1.ANB与块指令•功能：串联一个并联电路块，无操作元件。见图2－16所示。•ANB使用说明：•电路块起点用LD、LDI，结束后使用ANB指令与前面电路串联。•有多个并联电路块串联时，如果依次用ANB指令与前面电路连接，支路数量没有限制；如果连续使用ANB指令编程，使用次数应限制在8次以下。•2.ORB或块指令•功能：并联一个串联电路块，无操作元件。见图2－17所示。•【试试看】写出图2－18所示的指令表程序。3.多重输出指令（堆栈操作指令）MPS/MRD/MPP•PLC中有11个堆栈存储器，用于存储中间结果。如图2－19所示。•堆栈存储器的操作规则是：先进栈的后出栈，后进栈的先出栈。•MPS———进栈指令，数据压入堆栈的最上面一层，栈内原有数据依次下移一层。•MRD———读栈指令，用于读出最上层的数据，栈中各层内容不发生变化。•MPP———出栈指令，弹出最上层的数据，其它各层的内容依次上移一层。•MPS、MRD、MPP指令都不带操作元件。MPS与MPP的使用不能超过11次，并且要成对出现。见图2－19所示。•（三）任务实施•根据图2－15所示的梯形图，用多重输出指令编写电机正反转的指令表程序如图2－20所示。•（四）知识拓展•1.主控触点指令MC/MCR（主控/主控复位指令）•功能：用于公共触点的连接。当驱动MC的信号接通时，执行MC与MCR之间的指令；当驱动MC的信号断开时，OUT指令驱动的元件断开，SET/RST指令驱动的元件保持当前状态。见图2－21所示。•注意事项：•主控MC触点与母线垂直，紧接在MC触点之后的触点用LD/LDI指令。•主控MC与主控复位MCR必须成对使用。•N--------表示主控的层数。主控嵌套最多可以8层，用N0～N7表示。•M100-----PLC的辅助继电器（见任务3），每个主控MC指令对应用一个辅助继电器表示。任务3三相电机的延时启动控制•（一）任务分析•图2－22所示为三相电机延时启动的继电器-接触器控制原理图。按下起动按钮SB1，延时继电器KT得电并自保，延时（比如50s）后接触器KM线圈得电，•（二）相关知识•1.FX系列PLC的编程元件——定时器(T)•定时器在PLC中的作用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器(字)、一个当前值寄存器(字)、一个线圈以及无数个触点(位)。通常在一个PLC中有几十至数百个定时器，可用于定时操作，起延时接通或断开电路的作用。•在PLC内部，定时器是通过对内部某一时钟脉冲进行计数来完成定时的。常用计时脉冲有三类，即1ms、10ms和100ms脉冲。不同的计时脉冲其计时精度不同。当用户需要定时操作时，可通过设定脉冲的个数来完成，用常数K设定（1－32767），也可用数据寄存器D设定。•FX系列PLC的定时器采用十进制编号，如FX2N系列的定时器编号为T0～T255。•通用定时器的地址范围为T0～T245，有二种计时脉冲，分别是100ms和10ms，其对应的设定值分别为0.1～3276.7s和0.01～327.67s，见图2－23所示。通用定时器的工作原理和过程：•当驱动线圈的信号X20接通时，定时器T0的当前值对100ms脉冲开始计数，达到设定值30个脉冲时，T0的输出触点动作使输出继电器Y0接通并保持，即输出是在驱动线圈后的3s（100ms×30个=3s）时动作。•当信号X20断开或发生停电时，通用定时器T0复位（触点复位、当前值清0），输出继电器Y0断开。当X20第二次接通时T0又开始重新定时，由于还没到达设定值X20就断开了，因此T0触点不会动作，Y0也不会接通。•2.FX系列PLC的辅助继电器(M)•辅助继电器不能直接对外输入、输出，但经常用作状态暂存、中间运算等。辅助继电器也有线圈和触点，其常开和常闭触点可以无限次在程序中使用，但不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须由输出继电器进行。•辅助继