《數(shù)控機床控制技術(shù)基礎(chǔ)》課件第六章 PLC與接口技術(shù)

PLC與接口技術(shù)

第六章PLC與接口技術(shù)6.1PLC的結(jié)構(gòu)與原理

6.2PLC的指令系統(tǒng)

6.3數(shù)控機床的PLC6.4PLC的程序編制6.5輸入輸出及其通信接口

6.6PLC位置控制

PLC與接口技術(shù)6.1PLC的結(jié)構(gòu)與原理本節(jié)主要介紹PLC的特點、功能、定義、結(jié)構(gòu)及工作原理等基本概念，使大家對PLC有一個整體的概念，為后續(xù)內(nèi)容的學習打下基礎(chǔ)。6.1.1PLC的特點和主要功能6.1.1.1PLC的特點作為應(yīng)用最為廣泛的自動控制裝置之一，PLC具有十分突出的特點及優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。PLC與接口技術(shù)（1）可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)“繼電器―接觸器”控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器、接觸器等機電設(shè)備元件，由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障?？删幊炭刂破饔密浽鎸嶋H的繼電器與接觸器，僅有與輸入輸出有關(guān)的少量硬件，接線只有“繼電器―接觸器”控制的十分之一到百分之一，故障幾率也就大為減少。另外，可編程控制器本身采取了一系列抗干擾措施，可以直接用于有強電磁干擾的工業(yè)現(xiàn)場，平均無故障運行時間達數(shù)萬小時，因此，被廣大用戶公認為是最可靠的工業(yè)設(shè)備之一。PLC與接口技術(shù)（2）編程簡單易學梯形圖是使用得最多的可編程序控制器編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖基本相似。梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員不需專門培訓就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。PLC與接口技術(shù)（3）功能完善，適應(yīng)性強可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部電路。可編程序控制器有較強的帶負載能力、可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置完成后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如交流與直流、開關(guān)量與模擬量、電流與電壓、脈沖與電位等，PLC都有相應(yīng)的I/O接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備直接連接，用戶可根據(jù)需要，非常方便地進行配置，組成實用、緊湊的控制系統(tǒng)。PLC與接口技術(shù)（4）使用簡單，調(diào)試維修方便可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少?？删幊绦蚩刂破鞯奶菪螆D程序一般采用順序設(shè)計法，這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。可編程序控制器的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過可編程序控制器上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。PLC與接口技術(shù)完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間大為減少?？删幊绦蚩刂破鞯墓收下屎艿?，且有完善的自診斷和顯示功能?？删幊绦蚩刂破骰蛲獠康妮斎胙b置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息，可迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法迅速地排除故障。PLC與接口技術(shù)（5）體積小，重量輕，功耗低對于復雜的控制系統(tǒng)，使用可編程序控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型可編程序控制器的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的二分之一到十分之一，重量也大為降低?？删幊绦蚩刂破鞯呐渚€比繼電器控制系統(tǒng)的配線少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，加上開關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費用。PLC與接口技術(shù)6.1.1.2PLC的主要功能PLC的應(yīng)用范圍極其廣闊，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，已廣泛用于機械制造、汽車、冶金等各行各業(yè)，甚至可以說，只要有控制系統(tǒng)的地方，就一定有PLC存在。概括起來，PLC的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面。（1）開關(guān)量控制可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯功能，可以實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭。PLC與接口技術(shù)（2）模擬量控制很多PLC都具有模擬量處理功能，通過模擬量I/O模塊可對溫度、壓力、速度、流量等連續(xù)變化的信號進行控制。某些PLC還具有PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用PID子程序或?qū)Ｓ玫腜ID模塊來實現(xiàn)。PID閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)，自動焊機控制、鍋爐運行控制、連軋機的速度控制等都是典型的閉環(huán)過程控制應(yīng)用的實例。PLC與接口技術(shù)（3）運動控制可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，可實現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸位置控制，使運動控制與順序控制功能有機地結(jié)合在一起?？删幊绦蚩刂破鞯倪\動控制功能廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯等場合。PLC與接口技術(shù)（4）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的可編程序控制器具有數(shù)學運算（包括四則運算、矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算等）、數(shù)據(jù)傳送、比較、轉(zhuǎn)換、排序、查表等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)。PLC與接口技術(shù)（5）通信聯(lián)網(wǎng)可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/0設(shè)備之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設(shè)備（如計算機、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。可編程序控制器與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，形成工廠的自動化控制網(wǎng)絡(luò)。PLC與接口技術(shù)6.1.2PLC的定義、結(jié)構(gòu)和組成6.1.2.1PLC的定義早期的可編程控制器主要是用來替代“繼電器－接觸器”控制系統(tǒng)的，因此功能較為簡單，只進行簡單的開關(guān)量邏輯控制，稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicCont-roller），簡稱PLC。PLC與接口技術(shù)隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，20世紀70年代后期，微處理器被用作可編程控制器的中央處理單元（CentralProcessingUnit，即CPU），從而大大擴展了可編程控制器的功能，除了進行開關(guān)量邏輯控制外，還具有模擬量控制、高速計數(shù)、PID回路調(diào)節(jié)、遠程I/O和網(wǎng)絡(luò)通信等許多功能。1980年，美國電氣制造商協(xié)會（NationalEl-ectricalManufacturersAssociation，即NEMA）將其正式命名為可編程控制器（ProgrammableController，簡稱PC），其定義為：“PC是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器以及存儲指令，能夠完成邏輯、順序、定時、計數(shù)及算術(shù)運算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入、輸出接口控制各種機械或生產(chǎn)過程”。PLC與接口技術(shù)可編程控制器是一種“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計”的“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，可以認為其實質(zhì)是一臺工業(yè)控制用計算機。為了避免同常用的個人計算機（PersonalComputer）的簡稱PC混淆，通常仍習慣性地把可編程控制器稱為PLC，本書也沿用PLC這一叫法。6.1.2.2PLC的結(jié)構(gòu)和組成由于PLC實質(zhì)為一種工業(yè)控制用計算機，所以，與一般的微型計算機相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。PLC與接口技術(shù)（1）PLC的硬件結(jié)構(gòu)從硬件上看，PLC的結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。從上圖可以看出，PLC主要由CPU、存儲器、電源、輸入單元、輸出單元、編程器及其他外部設(shè)備組成。圖6-1PLC的硬件結(jié)構(gòu)PLC與接口技術(shù)①CPU與通用計算機一樣，CPU是PLC的核心部件，在PLC控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，整個PLC的工作過程都是在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的。它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，然后刷新系統(tǒng)的輸出。PLC常用的CPU有通用微處理器、單片機和位片式微處理器。小型PLC大多采用8位微處理器或單片機，中型PLC大多采用16位微處理器或單片機，大型PLC大多采用高速位片式處理器。PLC的檔次越高，所用的CPU的位數(shù)也越多,運算速度也越快，功能也就越強。PLC與接口技術(shù)②存儲器PLC配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存放系統(tǒng)程序，用戶存儲器存放用戶編制的控制程序。衡量存儲器的容量大小的單位為“步”。因為系統(tǒng)程序用來管理PLC系統(tǒng)，不能由用戶直接存取，所以，PLC產(chǎn)品樣本或說明書中所列的存儲器類型及其容量，系指用戶程序存儲器而言。如某PLC存儲器容量為4K步，即是指用戶程序存儲器的容量。PLC所配的用戶存儲器的容量大小差別很大，通常中小型PLC的用戶存儲器存儲容量在8K步以下，大型PLC的存儲容量可超過256K步。PLC與接口技術(shù)③電源PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC內(nèi)部CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需的直流電源。PLC的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施,一般允許外部電源電壓在額定值的±10%范圍內(nèi)波動。小型PLC的電源往往和CPU單元合為一體，大中型PLC都配有專用電源部件。為防止在外部電源發(fā)生故障的情況下，PLC內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失，PLC還配有鋰電池作為后備電源。PLC與接口技術(shù)④輸入/輸出單元實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的輸入信號多種多樣，信號電平也各不相同，而PLC所能處理的信號只能是標準電平，因此必須通過輸入單元將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的標準信號。同樣，外部執(zhí)行元件如電磁閥、接觸器、繼電器等所需的控制信號電平也千差萬別，也必須通過輸出模塊將CPU輸出的標準電平信號轉(zhuǎn)換成這些執(zhí)行元件所能接收的控制信號。所以，輸入/輸出單元實際上是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與被控對象間傳遞輸入/輸出信息的作用。PLC與接口技術(shù)⑤編程器編程器是PLC的最重要的外圍設(shè)備，它不僅可以寫入用戶程序，還可以對用戶程序進行檢查、調(diào)試和修改，還可以在線監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器一般分為簡易編程器和圖形編程器兩類。簡易編程器功能較少，一般只能用語句表形式進行編程，需要連機工作。它體積小，重量輕，便于攜帶，適合小型PLC使用。圖形編程器既可以用指令語句進行編程，又可以用梯形圖編程。操作方便，功能強大，但價格相對較高，通常大中型PLC采用圖形編程器。應(yīng)該說明的是，目前很多PLC都可利用微型計算機作為編程工具，只要配上相應(yīng)的硬件接口和軟件，就可以用包括梯形圖在內(nèi)的多種編程語言進行編程，同時還具有很強的監(jiān)控功能。PLC與接口技術(shù)⑥I/O擴展單元I/O擴展單元用來擴展輸入、輸出點數(shù)。當用戶所需的輸入、輸出點數(shù)超過PLC基本單元的輸入、輸出點數(shù)時，就需要加上I/O擴展單元來擴展，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。這些單元一般通過專用I/O擴展接口或?qū)Ｓ肐/O擴展模板與PLC相連接。I/O擴展單元本身還可具有擴展接口，可具備再擴展能力。PLC與接口技術(shù)⑦數(shù)據(jù)通信接口PLC系統(tǒng)可實現(xiàn)各種標準的數(shù)據(jù)通信或網(wǎng)絡(luò)接口，以實現(xiàn)PLC與PLC之間的鏈接，或者實現(xiàn)PLC與其他具有標準通信接口的設(shè)備之間的連接。通過各種專用通信接口，可將PLC接入工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS總線等各種工業(yè)自動控制網(wǎng)絡(luò)。利用專用的數(shù)據(jù)通信接口可以減輕CPU處理通信的負擔，并減少用戶對通信功能的編程工作。PLC與接口技術(shù)⑦數(shù)據(jù)通信接口PLC系統(tǒng)可實現(xiàn)各種標準的數(shù)據(jù)通信或網(wǎng)絡(luò)接口，以實現(xiàn)PLC與PLC之間的鏈接，或者實現(xiàn)PLC與其他具有標準通信接口的設(shè)備之間的連接。通過各種專用通信接口，可將PLC接入工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS總線等各種工業(yè)自動控制網(wǎng)絡(luò)。利用專用的數(shù)據(jù)通信接口可以減輕CPU處理通信的負擔，并減少用戶對通信功能的編程工作。PLC與接口技術(shù)①系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序是每一個PLC成品必須包括的部分，由PLC生產(chǎn)廠家提供，用于控制PLC本身的運行。系統(tǒng)程序固化在EPROM存儲器中。系統(tǒng)程序可分為管理程序、編譯程序、標準程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用三部分。管理程序是系統(tǒng)程序中最重要的部分，PLC整個系統(tǒng)的運行都由它控制。編譯程序用來把梯形圖、語句表等編程語言翻譯成PLC能夠識別的機器語言。PLC與接口技術(shù)系統(tǒng)程序的第三部分是標準程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用，這部分由許多獨立的程序模塊組成，每個程序模塊完成一種單獨的功能，如輸入、輸出及特殊運算等，PLC根據(jù)不同的控制要求，選用這些模塊完成相應(yīng)的工作。②用戶程序用戶程序就是由用戶根據(jù)控制要求，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序，以實現(xiàn)所需的控制目的，用戶程序存儲在系統(tǒng)程序指定的存儲區(qū)內(nèi)。PLC與接口技術(shù)6.1.3PLC的工作原理早期的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“繼電器－接觸器”控制系統(tǒng)，但這兩者的運行方式是不相同的。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點無論在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。而PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。PLC與接口技術(shù)為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式——“掃描技術(shù)”。對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果就沒有什么區(qū)別了。下面介紹PLC的掃描過程。當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期，在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。PLC與接口技術(shù)（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入存儲器中的相應(yīng)單元（通常稱作I/O映象區(qū)）內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。PLC與接口技術(shù)（2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條程序時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該線圈在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)。也就是說，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)不會發(fā)生變化，而其他輸出點以及軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化。PLC與接口技術(shù)而且，排在上面梯形圖的執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用。相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。（3）輸出刷新階段當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出線圈，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外部設(shè)備，即真正意義上的PLC輸出。PLC與接口技術(shù)（4）掃描周期的計算一般來說，PLC的掃描周期還包括自診斷、通訊等，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新等所有時間的總和。PLC的自診斷時間與型號有關(guān)，可從手冊中查取。通信時間的長短與連接的外圍設(shè)備多少有關(guān)，如果沒有連接外圍設(shè)備，則通信時間為零。輸入采樣與輸出刷新時間取決于I/O點數(shù)，則掃描用戶程序所用時間則與掃描速度及用戶程序的長短有關(guān)。對于基本邏輯指令組成的用戶程序，掃描速度與步數(shù)的乘積即為掃描時間。如果用戶程序中包含特殊功能指令，還必須查手冊確定執(zhí)行這些指令的時間。PLC與接口技術(shù)（5）PLC的I/O響應(yīng)時間為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用了光電隔離等技術(shù)。為了實現(xiàn)類似于繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機運行方式的“掃描技術(shù)”。正是以上兩個原因，使得PLC的I/O響應(yīng)比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢得多。其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。為提高I/O響應(yīng)速度，現(xiàn)在的PLC均采取了一定的措施。在硬件方面，選用了快速響應(yīng)模塊、高速計數(shù)模塊等新型模塊。在軟件方面，則采用了中斷技術(shù)、改變信息刷新方式、調(diào)整輸入濾波器等措施。PLC與接口技術(shù)6.2PLC的指令系統(tǒng)本節(jié)主要介紹PLC的編程語言、基本指令和編程方法，以進行用戶程序的編制。PLC的種類繁多，不同廠家的編程體系也不盡相同，此處以日本三菱公司的FX系列PLC為例，簡要介紹PLC的編程方法。6.2.1PLC常用的編程語言IEC（國際電工委員會）于1994年5月公布了可編程控制器標準（IEC1131），該標準鼓勵不同的可編程控制器制造商提供在外觀和操作上相似的指令。PLC與接口技術(shù)它由通用信息、設(shè)備與測試要求、編程語言、用戶指南和通信等五部分組成，其中的第三部分（IEC1131－3）是可編程控制器的編程語言標準。IEC1131－3標準使用戶在使用新的可編程控制器時，可以減少培訓時間。對于廠家來說，使用標準將減少產(chǎn)品開發(fā)的時間，從而可以投入更多的精力滿足用戶的特殊要求。IEC1131－3標準提供了五種編程語言，它們分別為SFC（SequentialFunctionChart，即順序功能圖或流程圖）、LD（LadderDiagram，即梯形圖）、FBD（FunctionBlockDiagram）、IL（InstructionList，即指令表、語句表或者叫做助記符）、ST（StructuredText，即結(jié)構(gòu)文本），下面對FX系列PLC中的常用的LD、IL、SFC做一簡單介紹。PLC與接口技術(shù)6.2.1.1梯形圖（LD）梯形圖是應(yīng)用最多的可編程控制器圖形編程語言，因為它與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被熟悉工廠繼電器控制系統(tǒng)的電氣人員所掌握。圖6-2所示為繼電器電路圖與梯形圖對比。圖6-2繼電器電路圖與梯形圖的比較PLC與接口技術(shù)梯形圖特別適用于開關(guān)量邏輯控制，由觸點、線圈和用方框表示的功能塊組成。觸點代表邏輯輸入條件，如外部的開關(guān)、按鈕及內(nèi)部觸點等，上圖中的X0表示常開觸點，X1表示常閉觸點。線圈代表邏輯輸出結(jié)果，用來控制外部的指示燈、交流接觸器及內(nèi)部的輸出條件等，上圖中的圓圈Y0即代表線圈。功能塊用來表示定時器、計數(shù)器以及數(shù)學運算等附加指令。梯形圖的編寫規(guī)則主要有：PLC與接口技術(shù)1.梯形圖按行從上至下編寫，每一行從左至右順序編寫。2.每一邏輯行必須從起始母線畫起，結(jié)束于終止母線。如圖6-2所示。3.梯形圖中的觸點可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。4.梯形圖的最右側(cè)必須連接輸出元素。如圖6-2中的線圈Y0。PLC與接口技術(shù)6.2.1.2指令表（IL）指令表（又稱助記符、語句表）是PLC的語句表達式。用梯形圖編程雖然直觀，但要求配置較在的顯示器方可輸入圖形符號，這在小型PLC上很難滿足，一般常借助于指令表輸入。編程時，先根據(jù)系統(tǒng)要求編制梯形圖，然后再將其轉(zhuǎn)換成指令表，再利用編程器將其輸入到PLC。應(yīng)該說明的是，不同型號的PLC，其指令表是不同的，當然其基本原理沒有太大的區(qū)別。PLC與接口技術(shù)6.2.1.3流程圖（SFC）流程圖又稱順序功能圖，是一種描述順序控制功能的圖形表示法，主要由“步”、“轉(zhuǎn)移”和“有向線段”等元素組成。下圖最簡單的流程圖示例，圖中，1、2、3為步，其中1為起始步。A、B、C為轉(zhuǎn)移，表示“步”與“步”之間切換的條件。適當運用組成元素，可得到控制系統(tǒng)的表態(tài)表示方法，再根據(jù)轉(zhuǎn)移觸發(fā)規(guī)則進行模擬系統(tǒng)的運行，就可得到控制系統(tǒng)的動態(tài)過程，并可以從運動中發(fā)現(xiàn)潛在的故障。流程圖的編寫必須遵循以下規(guī)則：PLC與接口技術(shù)（1）步與步不能相連，必須用轉(zhuǎn)移分開。（2）轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移不能相連，必須用步分開。（3）步與轉(zhuǎn)移之間的連接采用有向線段，從上向下畫時可以省略箭頭。有向線段從下向上畫時，必須畫上箭頭，以表示方向。（4）一個流程圖至少要有一下起始步。PLC與接口技術(shù)6.2.2FX系列PLC中使用的各種元器件PLC可以看作由繼電器、定時器、計數(shù)器和其他功能模塊構(gòu)成，它與繼電器控制系統(tǒng)的根本區(qū)別在于PLC采用軟器件，通過程序?qū)⒏髌骷?lián)系起來。按習慣，這里仍分別將PLC中的軟器件稱為繼電器、定時器、計數(shù)器等，但它們并不是實際的物理實體，而是“軟繼電器”、“軟定時器”、“軟計數(shù)器”等。PLC與接口技術(shù)PLC中的元器件在使用時都必須用編號來加以識別，每個編程元件（軟器件）的編碼由字母和數(shù)字兩部分組成。其中字母表示其功能，如字母X表示輸入繼電器、Y表示輸出繼電器、M表示中間繼電器（輔助繼電器）、S表示狀態(tài)繼電器、T表示定時器、C表示計數(shù)器、D表示數(shù)據(jù)寄存器。數(shù)字則表示該類器件的序號，輸入繼電器和輸出繼電器的序號采用八進制，其他器件的序號則采用十進制。PLC與接口技術(shù)6.2.2.1輸入繼電器(X)PLC的輸入繼電器是從外部設(shè)備接收信號的窗口，其常開和常閉觸點（軟接點）的使用次數(shù)不限，這些觸點在PLC控制程序中可以自由使用。輸入繼電器的編號與接線端子的編號一致，線圈的吸合與釋放只取決于PLC輸入端子所連外部設(shè)備的狀態(tài)，即由外部信號來驅(qū)動，不能用程序驅(qū)動。FX系列PLC輸入繼電器的編號范圍為X0～X177（八進制，共128點）。PLC與接口技術(shù)6.2.2.2輸出繼電器（Y）PLC的輸出繼電器是向外部負載輸出信號的窗口，其輸出觸點（主觸點）接到PLC的輸出端子上，其常開/常閉觸點可供內(nèi)部PLC程序使用，且使用次數(shù)不限。如果PLC控制系統(tǒng)沒有擴展單元，留給擴展口的輸出繼電器就沒有輸出端子來外接，其線圈和內(nèi)部觸點可供PLC程序使用，用法同中間繼電器。PLC的輸出形式主要有繼電器接點輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出三種形式，以適應(yīng)不同負載的需要。FX系列PLC輸出繼電器的編號范圍為Y0～Y177（八進制，共128點）。PLC與接口技術(shù)6.2.2.3輔助繼電器（M）在邏輯運算中經(jīng)常需要一些中間繼電器，這些繼電器并不直接驅(qū)動外部負載，只起到中間狀態(tài)的暫存作用。FX系列PLC的輔助繼電器共有三種：（1）通用型輔助繼電器其編號范圍為M0～M499，共計500點。（2）帶掉電保護的通用型輔助繼電器其編號范圍為M500~M1023，共計524點。掉電保護是指在PLC外部電源停電后，由機內(nèi)電池為某些特殊工作單元供電，以記憶它們在掉電前的狀態(tài)。PLC與接口技術(shù)（3）特殊輔助繼電器其編號范圍為M8000～M8255，共計256點。特殊輔助繼電器是具有特定功能的輔助繼電器，根據(jù)使用方式可分為兩類。一種是只能利用其觸點的特殊輔助繼電器，其線圈由PLC自行驅(qū)動，用戶只能利用其觸點。這類特殊輔助繼電器常用作時基、狀態(tài)標志，出現(xiàn)在程序中。例如：M8000：運行標志(RUN)，PLC運行時監(jiān)接通。M8002：初始脈沖，只在PLC開始運行的第一個掃描周期接通。M8012：100ms時鐘脈沖。PLC與接口技術(shù)另一種是可驅(qū)動線圈型特殊輔助繼電器，用戶驅(qū)動線圈后，PLC做特定動作。如：M8033：PLC停止時，輸出保持。M8034：禁止全部輸出。M8039：定時掃描方式。PLC與接口技術(shù)6.2.2.4狀態(tài)寄存器（S）。狀態(tài)寄存器是一個很重要的狀態(tài)元件，它與步進指令組合使用，可以用于流程圖程序的編制。若不與步進指令組合使用，可作為普通輔助繼電器使用，且具有掉電保持功能。其常開、常閉觸點在PLC內(nèi)部可以自由使用，使用次數(shù)不限。狀態(tài)寄存器共有1000點，用作流程圖（SFC）的狀態(tài)元件時，其定義如下：PLC與接口技術(shù)初始狀態(tài)：S0～S910點用作SFC的初始狀態(tài)。返回狀態(tài)：S10～S1910點多種運行模式中，用作返回原點的狀態(tài)。一般狀態(tài)：S20～S499480點用作SFC的中間狀態(tài)。掉電保持狀態(tài)：S500～S899400點用于停電恢復后需要保持的場合。信號報警狀態(tài)：S900～S999100點作報警元件使用。PLC與接口技術(shù)6.2.2.5定時器（T）定時器相當于繼電器電路中的時間繼電器，可在程序中用作延時控制。FX系列PLC定時器共有256點，分為普通定時器和積算定時器兩種，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms三種，具體如下：100ms定時器：T0～T199200點定時范圍：0.1～3276.7s。10ms定時器：T200～T2456點定時范圍：0.01～327.67s。1ms積算定時器：T246～T2494點定時范圍：0.001～32.767s。100ms積算定時器：T250～T2556點定時范圍：0.1～3276.7s。PLC與接口技術(shù)6.2.2.6計數(shù)器（C）計數(shù)器在程序中用作計數(shù)控制。FX系列PLC計數(shù)器可分為內(nèi)部計數(shù)器及外部計數(shù)器，內(nèi)部計數(shù)器對PLC內(nèi)部器件（X、Y、M、S、T和C）的信號進行計數(shù)，外部計數(shù)器對外部信號進行計數(shù)。機內(nèi)信號的頻率低于掃描頻率，因而是低速計數(shù)器，高于機器掃描頻率的信號計數(shù)需用高速計數(shù)器。計數(shù)器也分為普通計數(shù)器和掉電保持型計數(shù)器兩種，按照存儲單元的位數(shù)，計數(shù)器還可分為16位和32位兩種。PLC與接口技術(shù)（1）16位增計數(shù)器增計數(shù)器的含義為每接到一個脈沖，計數(shù)器加一，到達設(shè)定值后動作，其觸點狀態(tài)反轉(zhuǎn)。16位指其設(shè)定值及當前值寄存器為二進制16位寄存器，其設(shè)定值在K1～K32767范圍內(nèi)有效。FX系列PLC有兩種16位二進制增計數(shù)器：通用型：C0～C99100點。掉電保持型：C100～C199100點。PLC與接口技術(shù)（2）32位增/減計數(shù)器32位指其設(shè)定值寄存器為32位，由于是雙向計數(shù)，除去一個符號位，設(shè)定值的最大絕對值為31位二進制數(shù)所能表示的數(shù)，即－2147483648～＋2147483647。計數(shù)方向(增計數(shù)或減計數(shù))由特殊輔助繼電器M8200～M8234設(shè)定。對于C×××，當M8×××接通(置1)時為減法計數(shù)，當M8×××斷開（置0）時為加法計數(shù)。32位增/減計數(shù)器也有兩種：通用型：C200～C21920點。掉電保持型：C220～C23415點。PLC與接口技術(shù)（3）高速計數(shù)器高速計數(shù)器共有21點，地址編號為C235～C255。但由于適用高速計數(shù)器的PLC輸入端子只有X0～X5等6點，最多只能有6個高速計數(shù)器同時工作。除高速計數(shù)功能外，高速計數(shù)器還可用作比較、直接輸出等高速應(yīng)用功能。PLC與接口技術(shù)6.2.2.7數(shù)據(jù)寄存器（D）在一個復雜的PLC控制系統(tǒng)中需要大量的工作參數(shù)和數(shù)據(jù)，這些參數(shù)和數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)寄存器中。寄存器的數(shù)量隨PLC型號的不同而不同，小型的PLC可能沒有，而大中型PLC中可能有數(shù)千個。FX系列PLC的數(shù)據(jù)寄存器均為16位，最高位為符號位，當然也可以將兩個相鄰寄存器合并起來作為32位寄存器，最高位仍為符號位。當作16位寄存器使用時，其數(shù)值范圍為——32768～＋32767，用作32位寄存器時，其數(shù)值范圍為——2147483648～＋2147483647。PLC與接口技術(shù)FX系列PLC數(shù)據(jù)寄存器的地址分配如下：普通數(shù)據(jù)寄存器：D0～D199200點用作普通數(shù)據(jù)的存儲。掉電保持寄存器：D200～D511312點具有掉電保持功能。特殊數(shù)據(jù)寄存器：D8000～D8255256點用于監(jiān)控PLC的運行狀態(tài)。文件數(shù)據(jù)寄存器：D1000～D2999400點用于存儲大量數(shù)據(jù)。PLC與接口技術(shù)6.2.2.8變址寄存器（V/Z）變址寄存器通常用來修改器件的地址編號，存放在它里面的數(shù)據(jù)為一個增量，能夠被變址寄存器修正的元件包括X、Y、M、S、T、C、D等。變址寄存器由兩個16位的數(shù)據(jù)寄存器V和Z組成，它們可以像其他數(shù)據(jù)寄存器一樣進行數(shù)據(jù)的讀寫。進行32位操作時，將V、Z合并使用，V寄存器為高16位，Z寄存器為低16位。PLC與接口技術(shù)變址寄存器的使用方法如下例：MOVD5VDl0Z其中MOV為數(shù)據(jù)傳遞指令，用于將某一單元的內(nèi)容傳遞到另一單元。上例中，如果V=8、Z=14，則D5V指的是D13數(shù)據(jù)寄存器（5＋8＝13），D10Z指的是D24數(shù)據(jù)寄存器（10＋14＝24），執(zhí)行該指令的結(jié)果是將數(shù)據(jù)寄存器D13中的內(nèi)容傳送到數(shù)據(jù)寄存器D24中。PLC與接口技術(shù)6.2.3FX系列PLC的基本指令及編程方法掌握了PLC的編程語言及PLC內(nèi)部的各種元器件之后，就可以進行PLC用戶程序的編制了。6.2.3.1PLC的基本指令FX系列PLC共有基本指令20條，步進指令2條，應(yīng)用指令85條?；局噶詈蛻?yīng)用指令可通過增加后綴或前綴進行擴充，若考慮此種情況，則實際基本指令有27條，應(yīng)用指令有245條。PLC與接口技術(shù)下面主要介紹PLC的基本指令及編程方法。（1）邏輯取、輸出線圈驅(qū)動指令（LD、LDI、OUT）指令的功能、梯形圖見表6-1。符號名稱功能梯形圖程序步數(shù)LD取運算開始（常開觸點）1LDI取反運算開始（常閉觸點）1OUT輸出線圈驅(qū)動輸出見說明④表6-1LD、LDI、OUT指令PLC與接口技術(shù)幾點說明：1.LD、LDI指令用于將觸點連接到母線上，邏輯運算開始，連接觸點可以是X、Y、M、S、T、C繼電器的觸點。與ANB指令配合，在分支起點處也可使用。2.OUT指令是對Y、M、S、T、C繼電器線圈的驅(qū)動指令。3.并行輸出指令可以多次使用。PLC與接口技術(shù)（4）LD、LDI指令的程序步數(shù)為1步。OUT指令的程序步數(shù)與輸出元件有關(guān)，若為輸出繼電器及通用輔助繼電器，其步數(shù)為1；若為特殊輔助繼電器，其步數(shù)為2；若為定時器及16位計數(shù)器，其步數(shù)為3；若為32位計數(shù)器，其步數(shù)為5。（5）對定時器的定時線圈和計數(shù)器的計數(shù)線圈，在OUT指令后還必須設(shè)定常數(shù)K，其數(shù)值范圍如表6-2。PLC與接口技術(shù)種類K設(shè)定范圍實際的設(shè)定值程序步數(shù)1ms定時器1～327670.001～32.767s310ms定時器1～327670.01～327.67s3100ms定時器1～327670.1～3276.7s316位計數(shù)器1～32767同左332位計數(shù)器－2147483648～＋2147483647同左5表6-2定時器、計數(shù)器的設(shè)定值PLC與接口技術(shù)下面舉一個例子，如圖6-3所示，說明LD、LDI、OUT三個指令的應(yīng)用。步數(shù)指令操作對象0LDX0001OUTY0002LDIX0013OUTM1004OUTT0K207LDT08OUTY001圖6-3LD、LDI、OUT指令應(yīng)用PLC與接口技術(shù)（2）觸點串聯(lián)指令（AND、ANI）指令的功能、梯形圖見表6-3。符號名稱功能梯形圖程序步數(shù)AND

與串聯(lián)常開觸點1ANI

與非串聯(lián)常閉觸點1表6-3AND、ANI指令PLC與接口技術(shù)幾點說明：1.AND、ANI指令用于觸點的串聯(lián)連接，對串聯(lián)觸點的個數(shù)沒有限制。2.OUT指令后可以通過觸點對其他線圈驅(qū)動輸出，稱作縱接輸出，縱接輸出也可以重復使用。PLC與接口技術(shù)下面舉一個例子，如圖6-4所示，說明AND、ANI兩個指令的應(yīng)用。步數(shù)指令操作對象0LDX0001ANIX0012OUTT2K505LDX0026ANDX0037OUTY0008ANDT29OUTY001圖6-4AND、ANI指令應(yīng)用PLC與接口技術(shù)（3）觸點并聯(lián)指令（OR、ORI）指令的功能、梯形圖見表6-4。符號名稱功能梯形圖程序步數(shù)OR或并聯(lián)常開觸點

1ORI或非并聯(lián)常閉觸點

1表6-4OR、ORI指令PLC與接口技術(shù)幾點說明：1.OR、ORI指令用于1個觸點的并聯(lián)連接。當串聯(lián)兩個以上觸點，并將這種串聯(lián)電路塊與其他電路并聯(lián)時，應(yīng)采用后面講到的ORB指令。2.OR、ORI指令是從當前步開始，對前面的LD、LDI指令并聯(lián)連接，對并聯(lián)的次數(shù)沒有限制。PLC與接口技術(shù)下面舉一個例子，如圖6-5所示，說明OR、ORI兩個指令的應(yīng)用。步數(shù)指令操作對象0LDX0001ORIX0012OUTY0003LDIX0024ANDX0035ORM0006ANDX0047ORIX0058OUTM000圖6-5OR、ORI指令應(yīng)用PLC與接口技術(shù)（4）電路塊串、并聯(lián)指令（ANB、ORB）指令的功能、梯形圖見表6-5。

符號名稱功能梯形圖程序步數(shù)ORB電路塊或串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接1ANB電路塊與并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接1表6-5ORB、ANB指令PLC與接口技術(shù)幾點說明：1.2個以上觸點串聯(lián)連接的電路稱為串聯(lián)電路塊。串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時，分支的開始用LD、LDI指令，分支的結(jié)束用ORB指令。2.2個以上觸點并聯(lián)連接的電路稱為并聯(lián)電路塊。分支電路并聯(lián)電路塊與前面電路串聯(lián)連接時，使用ANB指令。分支的開始用LD、LDI指令，并聯(lián)電路塊結(jié)束后用ANB指令，表示與前面的電路串聯(lián)。3.ORB、ANB均為無操作對象的指令。4.ORB、ANB指令可以重復使用，但由于LD、LDI指令的重復次數(shù)有限制，注意電路塊的串、并聯(lián)應(yīng)在8次以下。PLC與接口技術(shù)下面舉一個例子，如圖6-6所示，說明ORB、ANB兩個指令的應(yīng)用。步數(shù)指令操作對象0LDX0001ORIX0032LDX0013ANDX0024LDX0045ANDX0056ORB7ORIX0068ANB9ORIX00710OUTY000圖6-6ORB、ANB指令應(yīng)用PLC與接口技術(shù)（5）多重輸出指令（MPS、MRD、MPP）指令的功能、梯形圖見表6-6。符號名稱功能梯形圖程序步數(shù)MPS入棧將結(jié)果壓入堆棧1MPP出棧將結(jié)果彈出堆棧1MRD讀棧讀出當前堆棧數(shù)據(jù)1表6-6MPS、MPP、MRD指令PLC與接口技術(shù)幾點說明：1.在PLC中有11個存儲器，用來存儲運算的中間結(jié)果，稱作堆棧存儲器。2.使用一次MPS指令，便將此時的運算結(jié)果壓入堆棧的第一層，同時原來存在第一層的數(shù)據(jù)被壓入第二層，依次類推。3.使用一次MPP指令，將第一層的數(shù)據(jù)讀出，同時其他數(shù)據(jù)依次上移。PLC與接口技術(shù)4.MRD指令只是用來讀第一層的數(shù)據(jù)，堆棧內(nèi)的所有數(shù)據(jù)均不移動。5.MPS、MPP必須成對使用，而且連續(xù)使用次數(shù)應(yīng)少于11次。6.MPS、MPP、MRD都是不帶操作對象的指令。PLC與接口技術(shù)下面舉一個例子，如圖6-7所示，說明ORB、ANB兩個指令的應(yīng)用。步數(shù)指令操作對象步數(shù)指令操作對象0LDX00010OUTY0021MPS11MRD2ANDX00112ANDX0053OUTY00013OUTY0034MPP14MRDX0065ANDX00215ANDX0066OUTY00116OUTY0047LDX00317MPP8MPS18ANDX0079ANDX00419OUTY005圖6-7多重輸出指令應(yīng)用PLC與接口技術(shù)（6）置位與復位指令（SET、RST）指令的功能、梯形圖見表6-7。符號名稱功能梯形圖程序步數(shù)SET置位元件置位并保持Y、M（通用）：1S、T、C、M（特殊）：2D、V、Z：3RST復位元件或寄存器清零表6-7SET、RST指令PLC與接口技術(shù)幾點說明：1.對同一元件可多次使用SET、RST指令，但最后一次執(zhí)行的結(jié)果才有效。2.SET指令使元件的結(jié)果置位（置“1”），其操作對象可以是Y、M、S。3.RST指令使元件的結(jié)果復位（清“0”），其操作對象可以是Y、M、S、T、C、D、V、Z。PLC與接口技術(shù)下面舉一個例子，如圖6-8所示，說明SET、RST兩個指令的應(yīng)用。步數(shù)指令操作對象0LDX0001RSTY0002LDX0013SETM1004LDX0025RSTD0508LDX0039RSTT150圖6-8SET、RST指令應(yīng)用PLC與接口技術(shù)（7）脈沖輸出指令（PLS、PLF）指令的功能、梯形圖見表6-8。符號名稱功能梯形圖程序步數(shù)PLS上升沿脈沖上升沿微分輸出2PLF下降沿脈沖下降沿微分輸出2表6-8PLS、PLF指令PLC與接口技術(shù)幾點說明：1.PLS、PLF指令的操作元件為輸出繼電器及通用輔助繼電器。2.使用PLS指令，其后的Y、M元件僅在驅(qū)動輸入接通后的個掃描周期內(nèi)動作（置1），隨后立即清零。3.使用PLF指令，其后的Y、M元件僅在驅(qū)動輸入斷開后的個掃描周期內(nèi)動作（置1），隨后立即清零。PLC與接口技術(shù)下面舉一個例子，如圖6-9所示，說明PLS、PLF三個指令的應(yīng)用。步數(shù)指令操作對象0LDX0001PLSM0003LDM0004SETY0005LDX0016PLFM0018LDM0019RSTY000圖6-9（一）PLS、PLF指令的應(yīng)用PLC與接口技術(shù)圖6-9PLS、PLF指令的應(yīng)用PLC與接口技術(shù)（8）NOP及END指令指令的功能、梯形圖見表6-9。符號名稱功能梯形圖程序步數(shù)NOP空操作無動作無2END結(jié)束程序結(jié)束，回到第0步2表6-9NOP、END指令PLC與接口技術(shù)幾點說明：1.NOP指令主要用于預先插入程序中，在修改或追加程序時可減少步序號的變化。2.將程序全部清除時，全部指令變?yōu)榭詹僮髦噶睢?.END指令表示程序的結(jié)束。在調(diào)試程序時，可分段加入END指令，以便進行分段檢查。PLC與接口技術(shù)（9）其它基本指令除上述比較常用的基本指令外，還有9個基本指令，這里不再詳細介紹，僅給出其功能簡介，具體內(nèi)容可參考FX編程手冊。1）9個基本指令①MC、MCR指令：主控及主控復位指令，可用于公共串聯(lián)觸點的連接及清除。②INV指令：反轉(zhuǎn)指令，即對前面的運算結(jié)果取反。PLC與接口技術(shù)③LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令：分別由LD、AND、OR三個指令加后綴而來，其中P表示上升沿（“0”變?yōu)椤?”），F(xiàn)表示下降沿（“1”變?yōu)椤?”），這幾個指令分別表示在前面結(jié)果的上升沿或下降沿接通一個掃描周期。2）步進指令步進指令只有STL、RET兩條，用來進行流程圖程序的編制。步進階梯指令（STL）是利用內(nèi)部軟元件S在順控程序上面進行工序步進式控制的指令，STL指令的意義為激活某狀態(tài)，有建立子母線的功能。返回指令（RET）表示狀態(tài)（S）流程的結(jié)束，用于返回主母線，狀態(tài)轉(zhuǎn)移程序的結(jié)尾必須使用RET指令。PLC與接口技術(shù)3）應(yīng)用指令應(yīng)用指令又稱功能指令，主要包括程序流向控制指令、傳送與比較信令、算術(shù)與邏輯運算指令、循環(huán)與移位指令、數(shù)據(jù)處理指令、高速處理指令、方便指令、外部輸入輸出處理指令、外部設(shè)備指通、浮點運算指令等方面。這些功能指令實際上就是一個一個功能不同的子程序，某些復雜運算只需一條功能指令即可完成，大大提高了PLC的實用性。PLC與接口技術(shù)6.3數(shù)控機床的PLC本節(jié)主要介紹PLC在數(shù)控機床中的應(yīng)用，它主要用來控制什么對象，以及數(shù)控機床的PLC的形式等內(nèi)容。6.3.1數(shù)控機床的PLC的控制對象第一章已討論過數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，其組成簡圖如圖6-10所示。PLC與接口技術(shù)圖6-10數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)簡圖PLC與接口技術(shù)上圖非常清楚地顯示了PLC在數(shù)控機床中的位置。一般在討論PLC時，常把數(shù)控機床分為CNC（ComputerNumericalControl，數(shù)控裝置）側(cè)和MT（MachineTool，機床）側(cè)，PLC位于CNC側(cè)和機床側(cè)之間，對CNC裝置和機床的輸入輸出信號進行處理。CNC側(cè)包括CNC裝置軟件和硬件以及與CNC裝置相連的其他外部設(shè)備。機床側(cè)包括機床機械部分與液壓、氣動、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置，以及機床操作面板、繼電器控制線路、機床強電線路等。PLC與接口技術(shù)PLC與CNC裝置之間的信息交換，包括由CNC發(fā)送給PLC各種功能代碼（M、S、T）的信息，PLC發(fā)送給CNC的主要是CNC裝置各坐標軸的機床基準點，以及M、S、T功能的應(yīng)答信號等。PLC向機床傳遞的信息，主要是控制機床執(zhí)行元件（如電磁閥、接觸器、繼電器等）的信息，以及機床各運動部件狀態(tài)的信號和故障信號。機床給PLC的信息，主要是機床操作面板及床身上各開關(guān)、按鈕的信息，其中包括機床起動與停止、機構(gòu)變速選擇、主軸正反轉(zhuǎn)和停止、冷卻液的開與關(guān)、各坐標軸的點動、刀架夾盤的夾緊與松開等信號，以及上述各部件的限位開關(guān)等保護信號，主軸伺服保護狀態(tài)監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運行準備信號等。PLC與接口技術(shù)現(xiàn)在PLC已成為數(shù)控機床不可缺少的控制裝置，CNC和PLC協(xié)調(diào)配合共同完成數(shù)控機床的控制，其中CNC主要完成與數(shù)字運算和管理有關(guān)的功能，如工件程序的編輯、插補運算、譯碼、位置伺服控制等，PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的動作，或者說對數(shù)控機床進行輔助控制。其作用是把CNC送來的輔助控制指令，經(jīng)可編程控制器處理和輔助接口電路轉(zhuǎn)換成強電信號，用來控制數(shù)控機床的順序動作、定時計數(shù)、主軸電機的起停與換向、主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整、工件夾緊與松開、冷卻泵起停及刀具的更換等動作?？删幊炭刂破鞅旧磉€可以接受機床操作面板的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等等開關(guān)量信號，一方面直接根據(jù)程序控制機床的動作，另一方面將一部分指令送往CNC用于加工過程的控制。PLC與接口技術(shù)6.3.2數(shù)控機床的PLC的形式數(shù)控機床上使用的PLC可以分成兩類，一類是CNC生產(chǎn)廠家為實現(xiàn)數(shù)控機床的順序動作控制，而將CNC和PLC綜合起來設(shè)計，稱為內(nèi)裝型（Built-inType）PLC，內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一部分；另一種是以獨立專業(yè)化的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，實現(xiàn)數(shù)控機床的順序控制功能，稱為獨立型（Stand-aloneType）PLC。6.3.2.1內(nèi)裝型PLC這種類型的PLC不能獨立工作，只是CNC向PLC功能的擴展，兩者不能分離。內(nèi)裝型PLC與CNC之間的信息傳送在CNC內(nèi)部進行，PLC與機床之間信息傳送通過CNC的輸入/輸出接口電路實現(xiàn)。如圖6-11所示。PLC與接口技術(shù)圖6-11具有內(nèi)裝型PLC的數(shù)控機床PLC與接口技術(shù)內(nèi)裝型PLC具有以下特點：1.內(nèi)裝型PLC實際上是CNC裝置附加的功能，一般作為基本或可選擇的功能提供給用戶。2.內(nèi)裝型PLC的性能指標是根據(jù)CNC系統(tǒng)及機床的規(guī)格確定的，其硬件和軟件被作為CNC系統(tǒng)的基本或附加功能而與CNC系統(tǒng)一起統(tǒng)一設(shè)計和制造的。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)合理，PLC的功能針對性強，尤其適用于單機數(shù)控設(shè)備。PLC與接口技術(shù)3.在系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)上，內(nèi)裝型PLC可與CNC共用CPU，也可以單獨使用一個CPU。硬件控制電路可與CNC其它電路制作在同一塊印刷板上，也可以單獨制成一塊附加板，當CNC裝置需要附加PLC功能時，再將此附加板插裝到CNC裝置上。內(nèi)裝PLC一般不單獨配置輸入/輸出接口電路，而是使用CNC系統(tǒng)本身的輸入/輸出電路。PLC所用電源由CNC裝置提供，不需另備電源。PLC與接口技術(shù)4.采用內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)，CNC系統(tǒng)可以具有某些高級的控制功能。如梯形圖編輯和傳送功能，以及在CNC內(nèi)部直接處理大量信息等。世界著名的CNC廠家在其生產(chǎn)的CNC產(chǎn)品中，大多開發(fā)了內(nèi)裝型PLC功能。一般來說，采用內(nèi)裝型PLC省去了PLC與NC間的連線，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好、安裝和操作方便等優(yōu)點，與另配通用型PLC的情況相比較，無論在技術(shù)上還是經(jīng)濟上對用戶都是有利的。PLC與接口技術(shù)6.3.2.2獨立型PLC獨立型PLC又稱通用型PLC。獨立型PLC是獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定控制任務(wù)的裝置。采用獨立型PLC的數(shù)控機床系統(tǒng)框圖，如圖6-12所示。獨立型PLC具有如下特點：（1）獨立型PLC具有獨立的功能結(jié)構(gòu)，具有獨立的CPU及其控制電路、程序存儲器、輸入/輸出接口電路、通信接口和電源，具有獨立的軟件系統(tǒng)。PLC與接口技術(shù)（2）獨立型PLC一般采用積木式模塊結(jié)構(gòu)或插板式結(jié)構(gòu)，各功能電路多做成獨立的模塊或印刷電路插板，具有安裝方便，功能易于擴展和變更等優(yōu)點。例如，可采用通信模塊與外部輸入輸出設(shè)備、編程設(shè)備、上機位、下機位等進行數(shù)據(jù)交換，采用D/A模塊對外部伺服裝置直接進行控制，采用計數(shù)模塊對加工數(shù)量、刀具使用次數(shù)、回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)分度數(shù)等進行檢測和控制，采用定位模塊直接對諸如刀庫、轉(zhuǎn)臺、旋轉(zhuǎn)軸等機械運動部件或裝置進行控制。PLC與接口技術(shù)（3）獨立型PLC的輸入、輸出點數(shù)可以通過I/O模塊或插板的增減靈活配置。有的獨立型PLC還可通過多個遠程終端連接器構(gòu)成有大量輸入、輸出點的網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)大范圍的集中控制。（4）專門用于FMS（FlexibleManufactureSystem）、FA（FactoryAutomation）而開發(fā)的獨立型PLC具有強大的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能，可用作“單元控制器”，是現(xiàn)代化生產(chǎn)制造系統(tǒng)重要的控制裝置，當然也可以用于單機控制。PLC與接口技術(shù)目前，國內(nèi)已引進應(yīng)用的獨立型PLC有Siemens公司的SIMATLCS6系列產(chǎn)品、FANUC公司PMC－J等。圖6-12采用獨立型PLC的數(shù)控機床PLC與接口技術(shù)6.4PLC的程序編制前節(jié)介紹了數(shù)控機床中用到的PLC的形式，本節(jié)以FANUCPLC為例，簡單介紹數(shù)控機床PLC的指令系統(tǒng)和編程方法。6.4.1PLC用戶程序的表達方法數(shù)控機床是機、電、液、氣一體化的高新技術(shù)密集設(shè)備，完成其控制需要綜合機械制造、計算機、自動控制和傳感器等多種技術(shù)，對完成控制所采用的CNC系統(tǒng)具有較高的技術(shù)要求，如界面開放、智能化、網(wǎng)絡(luò)功能等。PLC與接口技術(shù)PLC程序傳統(tǒng)上一般使用梯形圖編制，其特點是形象直觀，可讀性強，但在編寫具有復雜運算功能的程序時結(jié)構(gòu)復雜，難度較大，F(xiàn)UNAC數(shù)控系統(tǒng)的PLC程序便采用這種方式編寫。而SIEMENS公司則提供了STEP7軟件，可對大多SIEMENS公司的PLC進行編程，STEP7軟件除標準的梯形圖、指令表、功能塊圖編程語言外，還可外掛S7－SCL（結(jié)構(gòu)化控制語言）、S7－GRAPH（順序功能圖語言）、S7－HiGraph（狀態(tài)圖形語言）和S7－CFC（連續(xù)功能圖語言）等編程語言，其中S7－SCL是一種類似于C語言的編程方式。對于現(xiàn)在的大多數(shù)開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，都提供了功能更強，也更靈活高效的高級語言編程方式，如C、C＋＋甚至于VC語言，可方便用戶利用其強大的功能開發(fā)出理想的PLC控制程序。PLC與接口技術(shù)6.4.2FANUCPLC指令系統(tǒng)在FUNAC數(shù)控系統(tǒng)中，最常用的內(nèi)裝型PLC就是PMC－L系列，同其他PLC一樣，PMC－L指令也有基本指令和功能指令。在設(shè)計順序程序時，使用得最多的當然是基本指令，如AND、OR、RD等。但數(shù)控機床執(zhí)行的順序邏輯往往比較復雜，僅使用基本指令編程是十分困難的，即使實現(xiàn)了，其程序規(guī)模也很龐大，必須借助于功能指令以簡化程序。PLC與接口技術(shù)在基本指令和功能指令執(zhí)行中，邏輯操作的中間結(jié)果暫時存放在“堆棧寄存器”中，PMC－L堆棧寄存器由九位組成，分別稱作ST0、ST1、……、ST9，其中ST0為當前操作堆棧位。堆棧按先進后出、后進先出的順序工作，操作的中間結(jié)果進棧時，寄存器左移一位，出棧時寄存器右移一位。圖6-13順序程序的劃分PLC與接口技術(shù)在程序結(jié)構(gòu)上，同一般PLC不同的是，PMC－L系列PLC為提高響應(yīng)速度，采用了高級順序和低級順序的處理方式。大部分PLC程序的處理時間為幾十毫秒到上百毫秒，對數(shù)控機床的絕大多數(shù)信號，這個速度已足夠了。但對于某些信號，特別是脈沖信號，要求其響應(yīng)時間在20毫秒以下，一般情況下，PLC是無法達到如此迅速的響應(yīng)速度的。為適應(yīng)整個系統(tǒng)中控制信號的不同響應(yīng)速度要求，PMC－L系列PLC將程序分為高級順序和低級順序兩部分，如圖6-13所示，用功能指令END1指定高級順序結(jié)束，而用END2指定低級順序結(jié)束。PLC與接口技術(shù)在編寫程序時，PLC編程器自動地將低級順序程序分為若干段，分別為1、2、3、……、N段，N的數(shù)值隨著步數(shù)的增大而增大。在PLC程序執(zhí)行時，每個“段執(zhí)行周期”內(nèi)均執(zhí)行一次高級程序，低級順序的總掃描周期顯然等于“段執(zhí)行周期”乘以段數(shù)N。在段執(zhí)行周期內(nèi)，高級順序程序占用步數(shù)越多，則執(zhí)行低級順序程序的時間就越少，這樣就要增加分割段數(shù)，PLC程序的總掃描周期就將加長。理想的PLC程序是將高級順序部分壓縮至最小，只把需要迅速處理的信號編寫在高級順序中，其它信號則編寫在低級順序中。下面簡單介紹PMC－L的指令系統(tǒng)。PLC與接口技術(shù)6.4.2.1基本指令常用的PMC－L基本指令有12條，如表6-10所列。序號指令功能1RD將信號的狀態(tài)置入ST0，功能同F(xiàn)X系列PLC的LD指令2RD.NOT將信號的“非”狀態(tài)置入ST0，功能同LDI3WRT輸出運算的結(jié)果（ST0狀態(tài)）到指定地址，功能同OUT4WRT.NOT輸出運算的結(jié)果（ST0狀態(tài)）的“非”到指定地址5AND邏輯與，功能同F(xiàn)X系列PLC相同表6-10PMC－L的基本指令(一）

PLC與接口技術(shù)序號指令功能6AND.NOT以指定地址信號的“非”狀態(tài)進行邏輯與，功能同ANI7OR邏輯或，功能同F(xiàn)X系列PLC相同8OR.NOT以指定地址信號的“非”狀態(tài)進行邏輯或，功能同ORI9RD.STK指定信號置入ST0，原ST0內(nèi)容左移到ST1，功能同MPS10RD.NOT.STK指定信號的“非”狀態(tài)置入ST0，原ST0內(nèi)容左移到ST111AND.STK將ST0與ST1內(nèi)容進行邏輯與，結(jié)果存入ST0，其他寄存器右移一位12OR.STK同上類似，堆棧內(nèi)容進行邏輯“或”，結(jié)果存于STO，堆棧寄存器右移一位表6-10PMC－L的基本指令(二）

PLC與接口技術(shù)6.4.2.2功能指令常用的PMC－L功能指令有35條，如表6-11所列。功能指令不能像基本指令那樣書寫非常簡單，必須按照一定的格式，格式包括控制條件、指令、參數(shù)和輸出共四部分。指令格式中的各部分內(nèi)容說明如下：（1）控制條件每條功能指令控制條件的數(shù)量和含義各不相同，控制條件存在于堆棧寄存器中，控制條件、指令、參數(shù)和輸出必須無一遺漏地按固定的編碼順序編寫。PLC與接口技術(shù)（2）指令指令的梯形圖書寫方式如表6-12。（3）參數(shù)功能指令可以處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)或存有數(shù)據(jù)的地址可以作為參數(shù)寫入功能指令，參數(shù)的數(shù)目和含義隨指令的不同而不同。（4）輸出功能指令的操作結(jié)果“0”、“1”狀態(tài)可輸出，輸出地址由編程者指定，當然也有的功能指令沒有輸出。下面看一個功能指令書寫的例子，如圖6-14所示。PLC與接口技術(shù)序號指令功能序號指令功能1END1第一級順序程序結(jié)束10MOVB邏輯乘后數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移2END2第二級順序程序結(jié)束11COM公共線控制3END3第三級順序程序結(jié)束12COME公共線控制結(jié)束4TMR定時器處理13JMP跳轉(zhuǎn)5TMRB固定定時器處理14JMPE跳轉(zhuǎn)結(jié)束6DEC譯碼15PARI奇偶檢查7CTR計數(shù)16DCNN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換8ROT旋轉(zhuǎn)控制17COMP比較9COD代碼轉(zhuǎn)換18COIN符合檢查表6-11PMC－L的功能指令（一）PLC與接口技術(shù)序號指令功能序號指令功能19DSCH數(shù)據(jù)檢索28DCNVB擴展數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換20XMOV變址數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移29COMPB二進制比較21ADD加法運算30ADDB二進制數(shù)加22SUB減法運算31SUBB二進制數(shù)減23MUL乘法運算32MULB二進制數(shù)乘24DIV除法運算33DIVB二進制數(shù)除25NUME定義常數(shù)34NUMEB定義二進制常數(shù)26PACTL位置Mate-A35DISP在CRT上顯示信息27CODB二進制代碼轉(zhuǎn)換表6-11PMC－L的功能指令（二）PLC與接口技術(shù)圖6-14功能指令格式PLC與接口技術(shù)步號指令地址號注釋步號指令地址號注釋1RDR500.0A7SUB指令2AND.NOTX3.1B8(PRM)參數(shù)13RD.STKR510.0C9(PRM)參數(shù)24AND.NOTX4.1D10(PRM)參數(shù)35RD.STKR520.0RST11(PRM)參數(shù)46RD.STKR530.0ACT12WRTR540.0W表6-12功能指令示例PLC與接口技術(shù)6.4.3FANUCPLC梯形圖編制的一般規(guī)則梯形圖是設(shè)計、維修等技術(shù)人員經(jīng)常使用的技術(shù)文件。其編制應(yīng)盡可能簡單、明了，并且應(yīng)盡量有一種規(guī)范化的約定，通常規(guī)定如下：（1）輸入/輸出信號及繼電器等的名稱和記號易懂、確切，名稱長度不超過8個字符，第1個字符用字母P代表正，B代表“非”，N代表負。如B.CP是用于自動操作的停止信號。PLC與接口技術(shù)（2）梯形圖中的繼電器，一般按其作用來給定符號，且字母要大寫。（3）當出現(xiàn)PLC機床側(cè)輸入/輸出信號的名稱與CNC設(shè)備連接手冊中輸入/輸出名稱相同的情況時，應(yīng)在機床側(cè)的信號名稱之后加“M”，以便于與CNC信號相區(qū)別。為區(qū)分CNC側(cè)與機床側(cè)信號，在畫梯形圖時常采用表6-13所示的圖形符號。PLC與接口技術(shù)符號說明符號說明PLC中的繼電器觸點，A為常開，B為常閉PLC中的定時器觸點，A為常開，B為常閉從CNC側(cè)輸入的信號，A為常開，B為常閉PLC中的繼電器線圈輸出到CNC側(cè)繼電器線圈從機床側(cè)（包括機床操作面板）輸入的信號，A為常開，B為常閉輸出到機床側(cè)繼電器線圈PLC中定時器線圈表6-13梯形圖中的符號PLC與接口技術(shù)編制PLC流程圖如圖6-15所在示。圖6-15PLC程序編制流程圖PLC與接口技術(shù)FANUCPLC的程序輸入有以下幾種方法：1.編程器編程器可用于程序的輸入、編輯、修改、校驗及調(diào)試。編程器有三個插座，一個插座是與PLC的接口，通過連