基于三菱PLC的交通燈設計論文

1、 目錄摘要2第一章 概述31.1 PLC的基本概念與基本結構31.1.1 PLC的的基本概念31.1.2 PLC的基本結構31.2 PLC的特點與應用領域51.2.1 PLC的特點51.2.2 PLC的應用領域6第二章 PLC的硬件與工作原理62.1 PLC的硬件62.1.1 PLC的物理結構62.1.2 CPU模塊中的存儲器62.2 PLC的工作原理7第三章 PLC程序設計基礎83.1 PLC編程語言與編程結構83.1.1順序功能圖（SFC）93.1.2 梯形圖(LD)93.1.3功能塊圖(FBD)103.1.4 指令表(IL)113.2 順序控制梯形圖的設計方法113.2.1 起保停電路的

2、編程方式113.2.2 以轉換為中心的編程方式12第四章 三菱公司F140MR型PLC的使用134.1 三菱公司的PLC產(chǎn)品及F140MR134.1.1 F1系列PLC的指令系統(tǒng)簡介：134.1.2 F140MR的編程元件：134.1.3 某些編程元件使用特性及含義：144.2 F1-20P簡易編程器的使用144.2.2 編程操作14第五章 基于PLC十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計175.1 設計選題及PLC控制過程175.2 順序功能圖185.3 以轉換為中心的梯形圖的設計205.4 交通燈控制系統(tǒng)的編程指令215.5程序調試225.5.1在系統(tǒng)設計中注意的問題225.5.2程序調試中遇到的

3、問題及解決方法225.5.3心得體會23致謝23參考文獻23摘要本文介紹了PLC的基本結構及分類，PLC的特點及應用領域，通過分析PLC的工作原理及PLC的編程語言，并且重點介紹了三菱F140MR型PLC編程語言和指令系統(tǒng)，通過對梯形圖程序設計方法的分析，主要介紹了兩種順序功能圖轉換為梯形圖的方法，即起保停電路設計方法和以轉換為中心的設計方法。針對選題十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計，本文采用順序控制設計法中并行序列的順序功能圖設計方法，將東西、南北兩個方向的路燈并行控制，再以轉換為中心的方法將順序功能圖轉換為梯形圖，最后利用編程器將指令輸入PLC中進行調試，最終實現(xiàn)交通燈的自動控制。關鍵詞：P

4、LC、自動控制、梯形圖、順序功能圖、交通燈控制系統(tǒng)第一章 概述1.1 PLC的基本概念與基本結構1.1.1 PLC的的基本概念現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產(chǎn)品，為滿足這一要求，生產(chǎn)設備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具備極高的可靠性和靈活性，可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。PLC應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)廣泛的應用在各種機械設備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領域，例如民用和家庭自動化的應用已得到了迅速的發(fā)展。它不

5、僅是單機自動化中應用最廣的控制設備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也占有不可動搖的地位，PLC應用程度之廣、普及程度之高，是其他計算機控制設備無法比擬的。國際電工委員會（IEC）對PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令、并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程，可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。由以上定義可以看出，PLC是一種用程序里改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了各種各樣

6、的控制功能外，還有與其它計算機通和信聯(lián)網(wǎng)的功能。此實驗是以三菱公司的PLC為基礎而進行實驗的。1.1.2 PLC的基本結構PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖1-1）.PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。1. CPU模塊CPU主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于認得大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出；存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制

7、信號，去指揮有關的控制電路， 與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。 CPU的運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內部的詳細分析已

8、無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內存接口，用于安裝內存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、內存區(qū)等。2. I/O模塊輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱I/O模塊，他們相當于人的眼、耳、鼻、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設備和CPU模塊的橋

9、梁。PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。3. 編程器編程器是用來生成用戶程序，便用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入好編輯指令表程序，因此又叫做指令編輯器。它的體積小，價格便宜，一般用來給小型的PLC編程，或者用與現(xiàn)場調試和維護。4. 電源PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。內部

10、的開關電源為各模塊提供不同等級的直流電源。小型的PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開關）提供DC 24V電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。5.PLC的通信聯(lián)網(wǎng) PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。 當然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，

11、這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)。 了解了PLC的基本結構，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。1.2 PLC的特點與應用領域1.2.1 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾強（2）功能強大，性價比高（3）編程簡易，現(xiàn)場可修改（4）配套齊全，使用方便（5）壽命長，體積小，能耗低（6）系統(tǒng)的設計、安裝、調試、維修工作量少，維修方便1.2.2 PLC的應用領域PLC已經(jīng)廣泛地應用到很多工業(yè)部門，隨著其性能價格的不斷提高，PLC的應用范圍不斷擴大，主要由一下幾個方面：（1）數(shù)字量邏輯控制（2）運動控制（3

12、）閉環(huán)過程控制（4）數(shù)據(jù)處理（5）聯(lián)網(wǎng)通信第二章 PLC的硬件與工作原理2.1 PLC的硬件2.1.1 PLC的物理結構根據(jù)硬件結構的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。1.整體式PLC整體式又叫做單元式或機箱式，它的體積小、價格低，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。2.模塊式PLC大、中型PLC一般采用模塊式結構，它由機架和模塊組成，

13、模塊插在模塊插座上，后者焊接在機架中的總線連接板上，有不同槽數(shù)的機架供用戶選用，如果一個機架容納不下選用的模塊，可以增設一個或數(shù)個擴展機架，各機架之間用接口模塊和電纜相連。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能塊，對硬件配置的選擇余地較大，維修時更換模塊也很方便。2.1.2 CPU模塊中的存儲器存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，系統(tǒng)程序相當于個人計算機中的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC設計者的規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由PLC的生廠家設計并固定化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設計，它使PLC能完成用戶要球的特定功能，用戶

14、程序存儲器的容量以字節(jié)（B）為單位。1.隨機存取存儲器（RAM）用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內容，也可以將用戶程序寫入RAM，因此RAM又叫讀/寫存儲器。RAM的工作速度高、價格便宜、改寫方便。2.只讀存儲器（ROM）ROM的內容只能讀出，不能寫入。3.可以電檫出可編程的只讀存儲器（EEPROM）S7-200用EEPROM來存儲用戶程序和長期保存的重要數(shù)據(jù)。2.1.3 I/O模塊各I/O點的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，PLC與外部接線的連接一般用接線端子，某些模塊使用可以拆卸的插座型端子板，不需斷開端子板上的連接線，就可以迅速的更換模塊。輸入模塊：PLC通過輸入模塊來接收和采集輸

15、入信號，通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調速裝置等執(zhí)行器，PLC控制的另一類外部負載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。輸入電路中設有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤輸入信號。輸出模塊：輸出模塊的率放大元件有大功率晶體管和場效應管（驅動直流負載）、雙向可控硅（驅動交流負載）和小型繼電器，繼電器可以驅動交流負載或直流負載。輸出電流的典型值為0.52A,負載電源由外部現(xiàn)場提供。2.2 PLC的工作原理可編程控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖很相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。這種用

16、計算機程序實現(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功能上也有某些相似之處。繼電器在控制系統(tǒng)中有功率放大、電氣隔離、邏輯運算的作用。PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序不實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，PLC還要完成內部處理、通信處理等工作，一共有五個階段（見圖2）。PLC的這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高

17、，從外部輸入-輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。在內部處理階段，PLC檢查CPU模塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成別的一些內部工作。在通信服務階段，PLC與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。當PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作。PLC處于運行（RUN）狀態(tài)時，還要完成另外三個階段的操作。讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信請求自診斷檢查改寫輸出讀取輸入處理通信請求自診斷檢查改寫輸出RUN模式STOP模式圖 2 掃描過程在PLC的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映象寄存器和輸出映象寄存

18、器。PLC梯形圖中別的編程元件也有對應的映象存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映象寄存器。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束之處。在程序執(zhí)行階段，當執(zhí)行指令時，從輸入映象寄存器或別的元件映象寄存器中將有關編程元件的“0”/“1”狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算的結果寫入到對應的元件映象寄存器中。因此，各編程元件的映象寄存器（輸入映象寄存器除外）的內容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU將輸出映象寄存器的“0”/“1”狀態(tài)傳送到輸出鎖存器，經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后驅

19、動外部的負載。第三章 PLC程序設計基礎3.1 PLC編程語言與編程結構現(xiàn)代的PLC一般備有多種編程語言，供用戶使用。但不同廠家的PLC的編程語言有很大的區(qū)別，用戶不得不學習多種編程語言和查找故障的方法。因此，IEC（國際電工委員會）1994年5月公布了可編程序控制器標準（IEC1131）。該標準由以下5部分組成：通用信息、設備與測試要求、PLC的編程語言、用戶指南和通訊。由其制定的編程語言即滿足目前市場的要求，又適應未來技術的發(fā)展。同時，IEC11313詳細說明了句法、語義和下述5種PLC編程語言（見圖4）的表達方式：順序功能圖梯形圖功能塊圖指令表文本結構標準中有兩種圖形語言梯形圖（LD）和

20、功能塊圖（FBD），還有兩種文字語言指令表（IL）和結構文本（ST），可以認為順序功能圖（SFC）是一種結構塊控制程序流程圖。3.1.1順序功能圖（SFC）SFC提供了一種組織程序的圖形方法，在SFC中可以用別的語言嵌套編程。步、轉換和動作（Action）是SFC中的三種主要元件（見圖5）。步是一種邏輯塊，即對應于特定的控制任務的編程邏輯；動作是控制任務的獨立部分；轉換是從一個任務到另一個任務的原因。作為梯形圖語言，SFC提供用戶了以上三種基本結構（見圖5）。在順序結構中，CPU首先反復執(zhí)行1中的動作，直到轉換1變?yōu)椤?”狀態(tài)，CPU才處理第2步。在選擇支路中，取決于哪一個轉換是活動的，CPU

21、只執(zhí)行一條支路。在并行支路中，所有的支路被同時執(zhí)行。對于目前大多數(shù)PLC來說，SFC還僅僅作為組織編程的工具使用，尚需用其它的編程語言（如梯形圖）將它轉換為PLC可執(zhí)行的程序。因此，通常只是將SFC作為PLC的輔助編程工具，而不是一種獨立的編程語言。3.1.2 梯形圖(LD)梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語言，有時又被稱為電路或程序。它是一種軟件信息，是一種反映PLC的輸入輸出控制邏輯關系的程序軟件，它與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖（硬件）電路不同，不是真正的物理（硬件）電路，一定不能把它們當作硬件電路來看待。由于梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，因此很容易被工廠熟

22、悉繼電器控制的電氣技術人員掌握，特別適用于開頭量邏輯控制。IEC1131-3的梯形圖中除了線圈、常開觸點和常閉觸點外，還允許增加功能和功能塊。1、梯形圖的主要特點（1）PLC梯形圖是的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等。但是它們不是真實物理繼電器（即硬件繼電器），而是在軟件中使用的編程元件。（2）梯形圖兩側的垂直公共線稱為公共母線（Bus bar）。在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線之間有一個左正右負的直流電源電壓。當圖6中的觸點1、2接通時，可假設“概念電流”或“能流”（Power flow）從左向右流動，

23、這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序一致。能流的方向只能從左向右流動，因此圖6中（a）圖應改為圖（b）所示的等效電路。（3）根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯運算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進行的。解算的結果立即可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯結算是根據(jù)輸入映象寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。（4）梯形圖中的線圈應放在最右邊，圖7（a）的電路應改為圖7（b）中的電路。（5）梯形圖中各編程元件的常開觸點和常閉觸點均可無限次的使用。2、梯形圖經(jīng)驗設計方法：（1）.可根據(jù)原有的繼電邏輯控制圖進行

24、轉化設計；（2）.沒有固定的方法和步驟可遵循，試探性和隨意性強；（3）.由于需要中間變量完成記憶聯(lián)鎖互鎖，需要考慮的因素很多；（4）.設計耗時長，且修改麻煩；3、梯形圖編規(guī)則：（1）、 每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。（2）、 梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有接觸點），如圖(a)錯，圖(b)正確。 （3）、線圈不能直接接在左邊母線上。（4）、在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應盡量避免。（5）、在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關系，假定

25、在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。 下圖是一個錯誤的橋式電路梯形圖。3.1.3功能塊圖(FBD)這是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，具有數(shù)字電路基礎的人很容易掌握。該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關系，方框的左側為邏輯運算輸入變量，右側為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓圈表示“非”運算，信號是自左向右流運的。像SFC一樣，功能塊圖FBD也是一種圖形語言，在FBD中也允許嵌入別的語言（如梯形圖、指令表和結構文本）。3.1.4 指令表(IL)有的廠家（如西門子公司）將指令稱為語句，由若干條指令組成的程序叫做指令表程序

26、。PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相似的助記符表達式，但是小型PLC的指令系統(tǒng)比匯編語言的簡單得多，有的PLC的指令系統(tǒng)僅有20來條指令。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關系很難一眼看出，所以在設計時一般使用梯形圖語言。如果使用圖形編程器，可以直接將梯形圖送入PLC，并在顯示器上顯示出來。如果使用簡易編程器，則必須將梯形圖轉換成指令表后再送入PLC，這種轉換的規(guī)則是很簡單的。在用戶存貯器中，指令按步序號順序排列。3.2 順序控制梯形圖的設計方法3.2.1 起保停電路的編程方式根據(jù)順序功能圖設計梯形圖時，可以用為存儲器位M來代表步，某一步為活動步時，對應的存儲器位為1狀態(tài)，某一轉換實現(xiàn)時

27、，改轉換的后續(xù)步為活動步，前級步變?yōu)樗啦?。起保停電路僅僅使用與觸電和線圈有關的指令，設計起保停電路的關鍵是找出它的啟動條件和停止條件。根據(jù)轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則，轉換實現(xiàn)的基本條件是前級步為活動步，并且滿足相應的轉換條件，該步才為1狀態(tài)，并且后續(xù)步為死步。圖3-2是3-1順序功能圖對應的梯形圖，步M200之后有一個選擇序列的分支，設步M200為活動步，當它的后續(xù)步M201或M203變?yōu)榛顒硬綍r，它都應變?yōu)樗啦剑共組203變?yōu)榛顒硬綍r，即代表步的輔助繼電器M202的啟動條件為 M201X401+M203X404對于并行序列，如果某一步的前面有N個轉換（即有N個分支進入該步），則代表該步的輔助繼電

28、器的啟動電路有N條支路并聯(lián)而成，各支路由某一前級步對應的輔助繼電器的常開觸點與相應的轉換條件對應的觸點或電路串聯(lián)而成。3.2.2 以轉換為中心的編程方式在順序功能圖中，如果某一轉換所有的前級步都是活動步并且滿足相應的轉換條件，則轉換實現(xiàn)。在以轉換為中心的編程方法中，將改轉換所有前級步對應的存儲器位的常開觸點與轉換對應的觸點或電路串聯(lián)，該串聯(lián)電路即為起保停電路的啟動電路，用它作為使所有后續(xù)步對應的存儲器位置位，和所有前級步對應的前級步對應的存儲器位復位。如圖3-3是3-1對應的以轉化為中心編程的梯形圖。第四章 三菱公司F140MR型PLC的使用4.1 三菱公司的PLC產(chǎn)品及F140MR4.1.1

29、 F1系列PLC的指令系統(tǒng)簡介：(1) F1系列PLC的指令可分為兩大類：基本邏輯指令：又稱為通用邏輯指令，是PLC中最基本的編程語言，用于開關量I/O的控制系統(tǒng)的梯形圖程序設計，共二十條。掌握了它們也就初步掌握了PLC的使用方法，基本上就能滿足開關量邏輯控制系統(tǒng)的編程了。特殊功能指令：共87條，可用于編制特殊程序，如高速I/O處理、數(shù)據(jù)傳輸、計數(shù)器的特殊用法、算術運算和模擬量控制等。(2) F1系列PLC的基本邏輯指令又分為四大類：作用于觸點的指令：LD/LDI、AND/ANI、OR/ORI等。作用于線圈的指令：OUT。數(shù)據(jù)處理指令：如S/R、RST、SFT、MC/MCR、PLS、SFT、C

30、JP/EJP等。獨立使用的指令：如ANB、ORB、END等。4.1.2 F140MR的編程元件：F140MR的編程元件的名稱由字母和數(shù)字表示，它們分別表示元件的類型和元件號。元件號用八進制數(shù)表示，各種編程元件的編號的取值范圍有嚴格的規(guī)定，不同的元件編號均不相同，互不重疊，具體安排如下：輸入繼電器（X）：400413，500513輸出繼電器（Y）：430437，530537定時器（T）：5057，450457，550557，650657計數(shù)器（C）：6067，460467，560567，660667輔助繼電器（M）：100377 （其中300377斷電保持）狀態(tài)寄存器（S）： 600647特殊輔

31、助繼電器（M）：70，71，72，73，76，77等16個4.1.3 某些編程元件使用特性及含義：（1）F140MR的12個移位寄存器分別由下列輔助繼電器組成：M100M117 M120M137 M140M157 M160M177M200M217 M220M237 M240M257 M260M277M300M317 M320M337 M340M357 M360M377（2）部分特殊輔助繼電器的含義：M70：運行監(jiān)視，當PLC的運行開關接通時，M70接通。M71：初始化脈沖，在PLC的運行開關接通之后的第一個掃描周期內接通。(3) 定時器：F1系列PLC有24個0.1-999s的定時器，編號為：

32、T50-T57，T450-T457，T550-T557。F1系列PLC有8個0.01-99.9秒的定時器，編號為：T650-T657。(4) 計數(shù)器：F1系列PLC有32個最大計數(shù)值為999的三位減法計數(shù)器，編號為：6067，460467，560567，660667。F1系列PLC將兩個三位計數(shù)器C660和C661組成計數(shù)器對作為一個6位BCD碼加減計數(shù)器使用，其中C660是低三位，C661是高三位，其計數(shù)及工作方式由特殊輔助繼電器M470M472等的ON/OFF狀態(tài)控制決定，它既可以對高速脈沖（最高2KHz）計數(shù)，也可以作為普通計數(shù)器使用。4.2 F1-20P簡易編程器的使用F1-20P是與

33、F1系列PLC配套的簡易編程器，它也可以為F、F2系列PLC編程。4.2.2 編程操作程序的寫入、修改、調試過程如右圖所示。編程時將編程器插在基本單元上，并將它們分別置于PROGRAM模式，PLC進入編程工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下進行程序的寫入、檢查和編輯。(1)清除用戶程序存貯器的全部內容：在寫入新程序前，首先要進行程序清零，其按鍵操作過程為：CLEAR STEP 0 STEP 9 9 9 DEL 對于F1系列PLC，用戶程序存儲空間為1K字，每字為1步（STEP）。當最后按下DEL鍵后，用戶程序存貯器中的內容全部變?yōu)镹OP指令。同時有斷電保持功能的輔助繼電器M300M377全部處于斷開狀態(tài)，計數(shù)

34、器和移位寄存器全部被復位。若只清除用戶程序存貯器中的部分程序段，則可在上述操作過程中指定待清除的起始步序和結束步序即可。在鍵操作中，若要取消前面的鍵操作，可以按CLEAR鍵。應該注意，該鍵不是用來清除存貯器內容的，按該鍵后，編程器處于等待接受操作命令的狀態(tài)。(2) 程序的寫入利用編程器鍵盤上的按鍵，便可以將編好的用戶程序寫入內存。每寫入一條指令時，顯示器將顯示出步序號、指令及數(shù)據(jù)。程序寫入應按順序進行。清除存貯器內容后，新的用戶程序從第000步開始寫入。按CLEAR鍵，顯示出步序號000，然后按INSTR鍵，進入指令顯示狀態(tài)，便可以開始寫入程序。其按鍵操作過程如圖所示，WRITE操作將指令寫入

35、RAM，并對用戶程序存貯器步序號加1。如果程序寫入是接著RAM中原有的程序繼續(xù)進行，從某個步序號開始寫入，則應在按STEP鍵后送入起始步序號，按INSTR鍵后，從指定的步序號開始寫入程序。輸入過程中，每寫入一條指令時，顯示器顯示出相應的步序號、指令及數(shù)據(jù)。按下“WRITE”鍵，顯示器顯示出下一步的步序號，表明上一條指令已經(jīng)寫入RAM，可以寫入下一條指令。在按下寫入鍵之前，如果希望變更指令或元件號，可以按命令鍵“INSTR”，然后寫入新的指令或元件號；在按下寫入鍵后，如果希望變更指令或元件號，可以按下STEP(-)鍵，然后寫入新的指令。在按了涉及元件號的指令鍵之后，一定要寫入元件號。由于各種不同

36、類型的元件編號互不重疊，所以在寫入指令時，不必輸入元件號類型。（3）程序清除清除用戶程序存貯器的全部內容：在寫入新程序前，首先要進行程序清零，其按鍵操作過程為：CLEAR STEP 0 STEP 9 9 9 DEL （4）程序的讀出：程序寫入后，為了檢查寫入的程序是否正確，需要將程序讀出進行校對。讀出程序時，先指定步序號，然后按下命令鍵“INSTR”，以后順序按STEP（+）鍵，便可讀出程序。其操作過程為：CLEAR STEP 步序號 INSTR STEP(+)或STEP(-) 如果從000步開始讀程序，可以省去上面的第二步和第三步中的按鍵操作。按下STEP(-)鍵，可以讀出前一步序的指令。(

37、5) 指令的修改：如果需要修改程序中的某條指令，首先應讀出該指令或搜索到該指令，顯示出原指令后，寫入新的指令按WRITE，該指令即變?yōu)樾碌闹噶?，舊指令自然消失。具體可按以下操作過程進行：最后，新指令寫入RAM，步序號加1。需要修改某一常數(shù)時，先要找到前一條OUT指令，然后按STEP（+）鍵，使步序號加1，找到需修改的常數(shù)，再鍵入新的常數(shù)，常數(shù)即被修改。(6) 指令的刪除：如果要刪除某條指令，可以先讀出欲刪除的指令，再按下刪除鍵（DEL），該指令即被刪除，后面的指令自動接上，步序號自動減1。(7) 指令的插入：需要插入一條指令時，首先顯示出待插入指令后面的指令（稱為原指令），鍵入欲插入的指令鍵及

38、與元件號對應的數(shù)字鍵后，再按插入鍵（INS），該指令便插入在原指令之前，其步序號為原指令的步序號，而原指令及其后的各指令的步序號均自動加1。插入后顯示的指令是原指令。(8) 程序的尋找（搜索）：在不知道指令步序號的情況下，要尋找某條指令，其按鍵操作過程為：CLEAR 指令 元件號 SEARCH例如要搜索的指令OUT Y430所在的步序，先按該指令的指令鍵和與元件號對應的數(shù)字鍵，再按搜索鍵，就可以顯示出要搜索的步序號。如果想搜索該步序號之后是否還有相同的指令，再按一次搜索鍵。但是在按了STEP(+)或STEP(-)之后，則無法再作上述的搜索。如果沒有搜索到，則顯示出最后的步序號是999。本操作過

39、程不能用來搜索定時器和計數(shù)器的常數(shù)。要搜索這些常數(shù)時，首先應找到對應的OUT指令，然后按STEP(+)鍵使步序號加1，便可以找到所需要的常數(shù)。在寫入指令時，如果寫入的編程元件編號出現(xiàn)錯誤，超出允許的編號范圍（如OUT400），按WRITE鍵后，顯示的元件號將閃爍，這時按INSTR鍵后，顯示的元件號將停止閃爍，并顯示該步序號原有的指令。這時可以再輸入正確的指令或元件號，再按WRITE鍵，就可以將正確的指令和元件號寫入該步序號所對應的PLC的RAM中。第五章 基于PLC十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計5.1 設計選題及PLC控制過程在十字路口的東西、南北主干道上裝設紅燈、綠左轉、綠直行和黃燈，控制機

40、動車輛和非機動車輛，人行斑馬線上裝設紅、綠燈控制行人。其控制過程為：東西南北方向主干道的紅燈一直處于點亮狀態(tài)，提示主干道上左轉通行時直行禁止通行，直行通行時左轉禁止通行，只有紅燈亮時該方向車輛禁止通行。主干道車輛通行時交通燈信號的變化規(guī)律為：左轉綠燈亮15秒后閃爍三次，黃燈亮2秒，然后直行綠燈亮（同時東西方向人行道綠燈亮），15秒后閃爍三次，黃燈亮2秒，然后綠燈全部熄滅，只有紅燈亮，車輛禁止通行。該系統(tǒng)屬于連續(xù)循環(huán)工作的控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)啟動后能夠周期性地連續(xù)循環(huán)工作，故系統(tǒng)中設置兩個輸入信號分別控制系統(tǒng)的啟動和停止。PLC選用三菱F140MR基本單元，I/O接口數(shù)為24/16。分析系統(tǒng)的控制

41、模型可以看出，人行道斑馬線上的綠燈狀態(tài)與直行綠燈信號相同，可用同一個控制信號。故整個控制系統(tǒng)需設置兩個輸入接口：X400接啟動輸入開關SB1，X401接停止輸入開關SB2；再設置九個輸出端口分別控制各信號燈。PLC的I/O接口分配如圖二所示。根據(jù)系統(tǒng)的控制模型和控制要求可畫出系統(tǒng)中各輸出信號的控制時序如圖三所示。 5.2 順序功能圖根據(jù)選題的控制過程和其輸出時序圖設計可設計出其順序控制功能圖。順序功能圖的三要素素是步、轉換條件和動作，初始步用雙線框表示，一般步與用矩形框表示，矩形框中用數(shù)字表示步的編號，轉換條件用短劃線表示，在旁邊可用文字標注。動作用矩形框，矩形框可用文字或符號表示。一個順序控

42、制過程可分為若干個階段，這些階段稱為步或狀態(tài)，可用輔助繼電器M和狀態(tài)繼電器S表示，每個步都有不同的動作（初始步可以沒有動作）。當相鄰兩步之間的轉換條件滿足時，就實現(xiàn)步與步之間的轉換，即上一步動作結束而下一步動作開始。步與步之間實現(xiàn)轉換必須滿足兩個條件：前級步為活動步，對應轉換條件成立。采用順序控制設計法中并行序列的順序功能圖設計方法，將東西、南北兩個方向的路燈并行控制，其順序功能圖如下：5.3 以轉換為中心的梯形圖的設計在順序功能圖中，如果某一轉換所有的前級步都是活動步并且滿足相應的轉換條件，則轉換實現(xiàn)。在以轉換為中心的編程方法中，將改轉換所有前級步對應的存儲器位的常開觸點與轉換對應的觸點或電

43、路串聯(lián)，該串聯(lián)電路即為起保停電路的啟動電路，用它作為使所有后續(xù)步對應的存儲器位置位，和所有前級步對應的前級步對應的存儲器位復位。根據(jù)順序控制的順序功能圖得到如下以轉換為中心的梯形圖：5.4 交通燈控制系統(tǒng)的編程指令PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相似的助記符表達式，但是小型PLC的指令系統(tǒng)比匯編語言的簡單得多，有的PLC的指令系統(tǒng)僅有20來條指令。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關系很難一眼看出，所以在設計時一般使用梯形圖語言。如果使用圖形編程器，可以直接將梯形圖送入PLC，并在顯示器上顯示出來。如果使用簡易編程器，則必須將梯形圖轉換成指令表后再送入PLC，這種轉換的規(guī)則是很簡單的。在

44、用戶存貯器中，指令按步序號順序排列。根據(jù)以轉換為中心的梯形圖可以得其指令表如下：LDX401ANDC460LDM213SM221LDM213ORM100SM204ANDT552RM220ORM215ANIX401RM203SM214LDM221OUTY531OUTM100LDM204RM213ANDT50LDM217LDM71ANDT453LDM215ANDC463ORM221SM200SM205ANDT554SM222OUTY532LDM211RM204ANIC462RM221LDM216ANDM222LDM205SM214LDM201ORM222ANDT550ANDT454RM215ORM

45、202OUTY533ANDT51SM206LDM214ORM203LDM212SM200RM205ANDT553ORM204ORM213RM211LDM207SM215ORM205ORM214RM222ANDT456RM214ORM206ORM215LDM200ANIC461LDM215ORM207ORM216ANDM100SM206ANDT554ORM210ORM222SM201RM207ANDC462ORM211OUTY434SM212LDM206SM216OUTY430LDM201RM200ANDT455RM215LDM201OUTT450LDM201SM207LDM216ORM203K

46、15ANDT450RM206ANDT555OUTY431LDM202SM202LDM207SM217LDM205OUTT451RM201ANDT456RM216ORM207K0.5LDM203ANDC461LDM217OUTY432LDM203ANDT452SM210ANDT556LDM204OUTT452ANIC460RM207SM220ORM210K0.5SM202LDM210RM217OUTY433LDM204RM203ANDT457LDM221LDM201OUTT453LDM202SM211ANDT550ORM202K2ANDT451RM210ANIC463ORM203LDM205SM

47、203LDM212SM220ORM204OUTT454RM202ANDT551RM221ORM210K15LDM203SM213LDM220ORM211LDM206ANDT452RM212ANDT557OUTY434OUTT455K0.5LDM213OUTT556RSTC460K3LDM207OUTT552K15LDM203LDM222OUTT456K15LDM220OUTC460ORM71K0.5LDM214OUTT557K3RSTC463LDM210OUTT553K0.5LDM210LDM221OUTT457K0.5LDM221ORM71OUTC463K2LDM215OUTT50RSTC4

48、61K3LDM211OUTT454K0.5LDM207ENDOUTT550K0.5LDM222OUTC461K40LDM216OUTT51K3LDM212OUTT555K2LDM216OUTT551K2LDM204ORM71K40LDM217ORM71RSTC4625.5程序調試5.5.1在系統(tǒng)設計中注意的問題（1）在系統(tǒng)設計中要注意寄存器、定時器等元件的編號是按八進制進行的，在寫某一步時，如果出現(xiàn)M208、M209、T458等書寫時，是一定要避免的。（2）在計數(shù)器的使用時，一定要設置計數(shù)器的初始化復位，并在計數(shù)器使用完畢后一步使其復位，否則將不能使用設置好的計數(shù)器，或者不能按設置要求來進行計

49、數(shù)。5.5.2程序調試中遇到的問題及解決方法 問題（1）：輸完指令后執(zhí)行程序，設置好控制輸出的燈沒有完全亮。分析：說明控制該燈的步不正確或是死步。解決方案：檢查梯形圖，發(fā)現(xiàn)東西方向的輸出未寫入梯形圖，修改梯形圖并轉換為指令，插入到程序中，再運行程序，所有設置輸出均正常。問題（2）交通燈未出現(xiàn)閃爍，并且未進入到下一步狀態(tài)分析：說明控制該步轉換條件的定時器有問題，是根據(jù)西門子的定時器來設計的，可能會有區(qū)別。解決方案：查看三菱PLC參考資料，發(fā)現(xiàn)其定時器的使用與西門子的設置有區(qū)別，在三菱PLC中，定時器的設置雖是0.1999秒定時器，但可以輸入0.5秒，設置值K就是定時時間，而西門子的定時器如果是100ms的定時器則設置值K為5即為0.5秒，檢查指令表，修改K值，插入到程序中，再運行程序，所有設置輸出均正常,程序運行正確，滿足設計要求。5.5.3心得體會 通過這次實驗，了解