楊青峰-PLC原理與應(yīng)用-知識(shí)模塊三

知識(shí)模塊三天塔之光

3.1教學(xué)組織

3.2教學(xué)內(nèi)容

3.3課堂演示——天塔之光控制實(shí)例

3.4技能訓(xùn)練

邊學(xué)邊議

3.1教學(xué)組織

一、教學(xué)目的

(1)了解梯形圖的編程方法和線圈輸出問(wèn)題。

(2)了解PLC的移位/區(qū)間復(fù)位指令的功能和使用。

(3)了解PLC的棧操作指令。

(4)了解天塔之光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

3.2教學(xué)內(nèi)容

3.2.1梯形圖編程方法

1.最基本的設(shè)計(jì)方法——頁(yè)面設(shè)計(jì)法

頁(yè)面設(shè)計(jì)法主要分為三個(gè)步驟，下面結(jié)合例子來(lái)說(shuō)明。設(shè)有梯形圖如圖3-1所示。圖3-1梯形圖1

(1)按串聯(lián)邏輯塊，從水平方向自左向右將梯形圖分成若干段，如圖3-1所示的梯形圖按串聯(lián)邏輯塊分為①、②、③、④段，其中①、②、③段為觸點(diǎn)的邏輯運(yùn)算，第④段為線圈輸出；再按并聯(lián)支路在垂直方向從上到下分為若干段，可將①分為a、b、c并聯(lián)的邏輯塊，③分為e、f并聯(lián)的邏輯塊，而d實(shí)際上只是單個(gè)觸點(diǎn)X002、X003依次串聯(lián)。

(2)劃分段時(shí)應(yīng)從左到右、從上到下，連接段時(shí)應(yīng)從上到下、從左到右。

(3)按照連接各分段的次序?qū)Ω鞣侄尉幊?，再用具體指令按次序?qū)⒏鞫沃鸫芜B接，即得整個(gè)梯形圖的指令語(yǔ)句表程序。

2.幾個(gè)串聯(lián)支路相并聯(lián)(先串后并)的原則

將觸點(diǎn)數(shù)最多的串聯(lián)支路放在梯形圖的最上面。圖3-2所示的是兩個(gè)功能完全相同的梯形圖，但右邊梯形圖的指令語(yǔ)句表程序少用了一條指令，節(jié)省了編程時(shí)間和存儲(chǔ)空間。圖3-2梯形圖2

3.幾個(gè)并聯(lián)回路相串聯(lián)(先并后串)的原則

將觸點(diǎn)最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左邊。如圖3-3所示的是兩個(gè)功能完全相同的梯形圖，右邊梯形圖的指令語(yǔ)句表程序少用了一條指令，節(jié)省了編程時(shí)間和存儲(chǔ)空間。圖3-3梯形圖3

4.注意事項(xiàng)

(1)直接輸出、減少暫存。

例如，將圖3-4中的左圖改畫為右圖后，可不使用棧指令。圖3-4梯形圖4

(2)在不影響邏輯功能的情況下，盡可能將每個(gè)階梯簡(jiǎn)化成串聯(lián)支路，或先并后串支路，不要出現(xiàn)串、并交叉的情況。

例如，將圖3-5中的左圖改為右圖后，雖然多用了觸點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單了。

再如，將圖3-6中的左圖改為右圖后，雖然觸點(diǎn)多次重復(fù)使用，但編程簡(jiǎn)單了許多。圖3-5梯形圖5圖3-6梯形圖63.2.2梯形圖中線圈輸出的使用問(wèn)題

在PLC的梯形圖程序中，涉及大量的各種繼電器，如何在梯形圖中安排和使用繼電器的線圈，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)十分重要。

(1)不允許兩個(gè)線圈串聯(lián)使用。在梯形圖中，通常每個(gè)梯級(jí)的最右邊的位置上是繼電器線圈。繼電器的線圈不允許串聯(lián)使用。

(2)一般不允許重復(fù)使用同一個(gè)繼電器線圈號(hào)。

(3)在梯形圖程序中，會(huì)經(jīng)常遇到所謂連續(xù)輸出的問(wèn)題，其結(jié)構(gòu)形式如圖3-7所示。圖3-7線圈的連續(xù)輸出輸出繼電器Y000與內(nèi)部繼電器線圈M1000不屬于并聯(lián)連接，但在PLC的梯形圖中，這種結(jié)構(gòu)稱為連續(xù)輸出。在這里注意指令語(yǔ)句表程序中第2、3、4條語(yǔ)句，在第2條語(yǔ)句“OUTY000”之后，雖然在梯形圖中該梯級(jí)輸出又出現(xiàn)一個(gè)新的邏輯母線，并經(jīng)T0的常閉觸點(diǎn)，輸出到線圈M100，但在這個(gè)新出現(xiàn)的邏輯母線后，并不是用“LDT0”，而是用

“ANIT0”指令來(lái)執(zhí)行連續(xù)輸出的功能。連續(xù)輸出可以是多級(jí)的，如圖3-8所示。圖3-8線圈的多級(jí)連續(xù)輸出

(4)并聯(lián)輸出。在梯形圖中，兩個(gè)以上的繼電器線圈可并聯(lián)使用，如圖3-9所示的就是4個(gè)線圈并聯(lián)使用。并聯(lián)使用的線圈并不限于輸出繼電器的線圈，還可以包括內(nèi)部繼電器、保持繼電器、定時(shí)器等。

(5)分支輸出。分支輸出在梯形圖中是大量可見的，其結(jié)構(gòu)形式就是在分支點(diǎn)引出新的邏輯母線，從這條邏輯母線上引出的每個(gè)支路到線圈之間至少有一個(gè)或一個(gè)以上的觸點(diǎn)，每個(gè)支路中兩個(gè)以上的觸點(diǎn)組合可以是串聯(lián)也可以是并聯(lián)。對(duì)于分支輸出程序，在分支點(diǎn)通?？梢杂脳Ｖ噶頜PS、MRD、MPP。圖3-9線圈的并聯(lián)輸出3.2.3移位/區(qū)間復(fù)位指令

可編程控制器是為了工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用的計(jì)算機(jī)，不僅有基本的邏輯指令，而且還有80多條功能指令。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)，只需要邏輯指令就可以了，但是對(duì)于一些較為復(fù)雜的控制，邏輯指令就無(wú)能為力了，還需一些功能指令，使用這些功能指令可以增加PLC的控制功能，以滿足控制要求，從而擴(kuò)大可編程控制器的應(yīng)用范圍。FX2N系列PLC的常用功能指令有條件跳轉(zhuǎn)、傳送、比較、中斷、四則運(yùn)算、循環(huán)和移位等。本節(jié)著重講述移位指令的使用。

1.功能指令說(shuō)明

與基本的邏輯指令的形式不同，功能指令用功能符號(hào)表示，直接表達(dá)出該條指令的功能是什么，而基本的邏輯指令則用助記符或邏輯操作符表示，其梯形圖符號(hào)就是繼電器觸點(diǎn)、線圈的連接圖，直觀易懂。FX2N系列PLC的每條功能指令都有一個(gè)表示其功能的助記符，例如FNC12的助記符為MOV(傳送)。

FX2N系列PLC的部分功能指令見表3-1。

1)功能指令的表示形式

功能指令的基本格式如圖3-10所示。圖中的前一部分表示指令的代碼和助記符，后一部分表示源操作數(shù)。當(dāng)源操作數(shù)不止一個(gè)時(shí)，可以用S1、S2表示；D表示目的操作數(shù)，當(dāng)目的操作數(shù)不止一個(gè)時(shí)，可以用D1、D2表示。圖3-10功能指令的基本格式源操作數(shù)的內(nèi)容不隨指令執(zhí)行而變化，在可利用變址修改元件編號(hào)的情況下表示為[S·]。當(dāng)源操作數(shù)不止一個(gè)時(shí)，用[S1·]、[S2·]等表示。

目的操作數(shù)的內(nèi)容隨指令執(zhí)行而變化，在可利用變址修改元件編號(hào)的情況下表示為[D·]。當(dāng)目的操作數(shù)不止一個(gè)時(shí)，用[D1·]、[D2·]等表示。字母m、n既不做源操作數(shù)，也不做目的操作數(shù)，常用來(lái)表示常數(shù)或者作為源操作數(shù)或目的操作數(shù)的補(bǔ)充說(shuō)明，可用十進(jìn)制K、十六進(jìn)制H和數(shù)據(jù)寄存器D來(lái)表示。在需要表示多個(gè)這類操作數(shù)時(shí)，可以用m1、m2、n1、n2等表示。

2)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和指令類型

功能指令可以處理16位數(shù)據(jù)和32位數(shù)據(jù)。例如圖3-11所示為數(shù)據(jù)傳送指令的使用說(shuō)明，其中MOV為指令的助記符，表示數(shù)據(jù)傳送的功能指令，指令的代碼是12，功能指令中的符號(hào)D表示處理32位數(shù)據(jù)。處理32位數(shù)據(jù)時(shí)，用元件號(hào)相鄰的兩個(gè)元件組成元件對(duì)。元件對(duì)的首位地址用奇數(shù)、偶數(shù)均可以(建議元件對(duì)首位地址統(tǒng)一用偶數(shù)編號(hào))。32位計(jì)數(shù)器(C200～C235)不能用作16位指令的操作數(shù)。圖3-11數(shù)據(jù)傳送指令的使用說(shuō)明在圖3-11中，當(dāng)X000閉合時(shí)，把源操作數(shù)D10中的數(shù)據(jù)傳送到目的操作數(shù)D12中；當(dāng)X001閉合時(shí)，把源操作數(shù)D21、D20中的數(shù)據(jù)分別傳送到目的操作數(shù)D23、D22中。

3)指令類型

FX2N系列PLC的功能指令有連續(xù)執(zhí)行和脈沖執(zhí)行兩種形式。

圖3-11所示的梯形圖程序?yàn)檫B續(xù)執(zhí)行方式。當(dāng)X000和X001為ON狀態(tài)時(shí)，圖中的指令在每個(gè)掃描周期都被重新執(zhí)行。

圖3-12所示的梯形圖程序?yàn)槊}沖執(zhí)行方式。助記符后附的(P)符號(hào)表示脈沖執(zhí)行。(P)和(D)可以同時(shí)使用，如(D)MOV(P)。梯形圖程序中脈沖執(zhí)行指令僅在X001由OFF轉(zhuǎn)變?yōu)镺N時(shí)有效，其他時(shí)刻不執(zhí)行。在不需要每個(gè)掃描周期都執(zhí)行時(shí)，用脈沖方式可以縮短程序處理時(shí)間。圖3-12脈沖執(zhí)行方式在圖3-11和圖3-12中，當(dāng)MOV指令的輸入條件為OFF狀態(tài)時(shí)，指令不執(zhí)行，目標(biāo)元件的內(nèi)容不變化，除非另行指定。

4)指令的操作數(shù)

有些功能指令要求在助記符的后面提供1～4個(gè)操作數(shù)，這些操作數(shù)的形式如下：

(1)位元件X、Y、M和S；

(2)常數(shù)K、H或指針P；

(3)字元件T、C、D、V、Z(T、C分別表示定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值寄存器)；

(4)由位元件X、Y、M和S的位指定組成字元件。其中，只處理ON/OFF狀態(tài)的元件稱為位元件，例如X、Y、M和S。處理數(shù)據(jù)的元件稱為字元件，例如T、C和D等。由位元件也可以組成字元件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，位元件組合用位數(shù)Kn加起始元件號(hào)來(lái)表示。

位元件的組合：每4個(gè)位元件為一組，組合成單元。16位數(shù)據(jù)為位K1～K4，32位數(shù)據(jù)為K1～K8。KnM0中的n是組數(shù)。例如K2M0表示由M0～M7組成的8位數(shù)據(jù)；K4M10表示由M10～M25組成的16位數(shù)據(jù)，M10是最低位，即KnM0表示位組合元件是由M0開始的n組位元件組成的。

5)變址寄存器V/Z

變址寄存器在傳送、比較指令中用來(lái)修改操作對(duì)象的元件號(hào)，其操作方式與普通數(shù)據(jù)寄存器一樣。在圖3-10中的源操作數(shù)和目的操作數(shù)可以表示為[S·]和[D·]，其中[·]表示使用的變址功能，稱為變址寄存器。對(duì)32位指令，V為高16位，Z為低16位。32位指令中用到變址寄存器時(shí)只需指定Z，這時(shí)Z就代表了V和Z。在32位指令中，V、Z自動(dòng)組對(duì)使用。

圖3-13所示為V和Z變址寄存器的使用說(shuō)明，MOV指令執(zhí)行將K10送到V，K20送到Z，所以V、Z的內(nèi)容分別為10、20。若執(zhí)行D5V+D15Z，即為D15+D35→D50。下列假定Z的值為4，則

D5Z=D9，T6Z=T10，C7Z=C11，K4M10Z=K4M14，

K1Y0Z=K1Y4圖3-13V和Z變址寄存器的使用說(shuō)明V和Z變址寄存器的使用能夠使編程簡(jiǎn)單化。

2.移位/區(qū)間復(fù)位指令

1)位右移指令SFTR(FNC34)

位右移指令SFTR的作用是使[D·]所指定的n1個(gè)位元件與[S·]所指定的n2個(gè)位元件的數(shù)據(jù)右移n2位。源操作數(shù)[S·]的范圍包括X、Y、M、S，目的操作數(shù)[D·]的范圍包括Y、M、S，n1與n2的操作數(shù)包括十進(jìn)制K和十六進(jìn)制H。SFTR與SFTRP指令的程序步均是9步。

位右移指令SFTR的格式及操作原理如圖3-14所示。圖3-14位右移指令SFTR的格式及操作原理格式中指令SFTR后的P表示脈沖執(zhí)行方式，當(dāng)X10由OFF變?yōu)镺N時(shí)，[D·]內(nèi)(M1～M15)16位數(shù)據(jù)連同[S·]內(nèi)(X0～X3)?4位數(shù)據(jù)向右移4位，(X0～X3)?4位數(shù)據(jù)從[D·]的高端移入，而[D·]的低位M0～M3數(shù)據(jù)移出(溢出)丟失。若圖中n2?=?1，則每次只進(jìn)行1位移位。顯然在圖3-14中，SFTR指令執(zhí)行的最后結(jié)果是，16個(gè)目的操作數(shù)M的新數(shù)據(jù)變

為X3X2X1X0M15…M10M7…M5M4。

2)位左移指令SFTL(FNC35)

位左移指令SFTL的作用是使[D·]所指定的n1個(gè)位元件與[S·]所指定的n2個(gè)位元件的數(shù)據(jù)左移n2位。位左移指令與位右移指令的區(qū)別在于移位方向不同。

位左移指令SFTL的格式及操作原理如圖3-15所示。

格式中指令SFTL后的P表示脈沖執(zhí)行方式，當(dāng)X10由OFF變?yōu)镺N時(shí)，[D·]內(nèi)(M1～M15)16位數(shù)據(jù)連同[S·]內(nèi)(X0～X3)?4位數(shù)據(jù)向左移4位，(X0～X3)?4位數(shù)據(jù)從[D·]的低端移入，而[D·]的高位M12～M15數(shù)據(jù)移出(溢出)丟失。若圖中n2?=?1，則每次只進(jìn)行1位移位。顯然在圖3-15中，SFTL指令執(zhí)行的最后結(jié)果是，16個(gè)目的操作數(shù)M的新數(shù)據(jù)變?yōu)镸11…M7M6…M1M0X3X2X1X0。圖3-15位左移指令SFTL的格式及操作原理在圖3-15所示的位左移指令的梯形圖中，n1為K16，表示目的操作數(shù)[D·]的位數(shù)是16；n2為K4，表示源操作數(shù)[S·]的位數(shù)是4，也就是每次移位的位數(shù)是4。源操作數(shù)和目的操作數(shù)的位數(shù)可根據(jù)實(shí)際的需要來(lái)選擇。

用脈沖指令執(zhí)行時(shí)，X10由OFF變?yōu)镺N時(shí)指令執(zhí)行1次，進(jìn)行位移位；而用連續(xù)指令執(zhí)行時(shí)，移位操作是每個(gè)掃描周期執(zhí)行1次。指令使位元件中的狀態(tài)向右或向左移位，由n1指定位元件的長(zhǎng)度，n2指定移位的位數(shù)(n2≤n1≤1024)。

3)區(qū)間復(fù)位指令ZRST(FNC40)

區(qū)間復(fù)位指令ZRST的作用是將指定區(qū)間的元件復(fù)位，即全部清0，也稱之為成批復(fù)位指令。區(qū)間復(fù)位指令ZRST的[D1·]、[D2·]操作數(shù)包括Y、M、S、T、C、D(D1≤D2)。ZRST和ZRSTP的程序步是5步。程序的表達(dá)方式如圖3-16所示。圖3-16ZRST指令的使用說(shuō)明當(dāng)X1由OFF變?yōu)镺N時(shí)，執(zhí)行區(qū)間復(fù)位指令，位元件M500～M599成批復(fù)位，字元件C235～C255成批復(fù)位，狀態(tài)元件S0～S127成批復(fù)位。指令ZRST后沒(méi)有P表示連續(xù)執(zhí)行方式，當(dāng)X1接通后，每過(guò)一個(gè)掃描周期，指令執(zhí)行一次，將指定區(qū)間的元件全部清0。

使用ZRST指令時(shí)需注意以下兩點(diǎn)：

(1)目的操作數(shù)[D1·]和[D2·]指定的元件應(yīng)為同類軟元件，[D1·]指定的元件號(hào)要小于等于[D2·]指定的元件號(hào)。如果[D1·]的元件號(hào)大于[D2·]的元件號(hào)，則只有指定的元件被復(fù)位。

(2)該指令為16位處理指令，但是可在[D1·]和[D2·]中指定32位計(jì)數(shù)器。不過(guò)不能混合指定，即不能在[D1·]中指定16位計(jì)數(shù)器，而在[D2·]中指定32位計(jì)數(shù)器。

ZRST與RST指令相比較，RST指令僅對(duì)位元件YMS和字元件TCD單獨(dú)進(jìn)行復(fù)位，不能成批復(fù)位。RST指令的應(yīng)用如圖3-17所示。圖3-17RST指令的應(yīng)用3.2.4棧操作指令

1.堆棧的含義

PLC中的堆棧是由順序相連的若干個(gè)位存儲(chǔ)單元組成的，它采用先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)存取方式，這些存儲(chǔ)單元通常被稱為棧寄存器。FX系列的堆棧有11層(見圖3-18)，堆棧中的每一層用于存放一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。用于棧寄存器操作的指令MPS、MRD、MPP分別為進(jìn)棧、讀棧、出棧指令，程序步均是1步。圖3-18FX系列PLC的堆棧堆棧主要用于存放用戶程序執(zhí)行過(guò)程中所產(chǎn)生的中間運(yùn)算結(jié)果，這些中間運(yùn)算結(jié)果主要是指：

(1)處理支路塊的串聯(lián)和支路塊的并聯(lián)時(shí)，用來(lái)儲(chǔ)存一個(gè)或多個(gè)支路塊內(nèi)部的運(yùn)算結(jié)果。

(2)處理由觸點(diǎn)與線圈(或觸點(diǎn)與其他輸出類指令)組成的多分支并聯(lián)支路時(shí)，用堆棧來(lái)保存分支點(diǎn)的邏輯運(yùn)算結(jié)果。

2.堆棧的作用

以圖3-19中兩個(gè)串聯(lián)支路塊并聯(lián)為例，為了將它們并聯(lián)起來(lái)，首先需要完成兩個(gè)串聯(lián)支路塊內(nèi)部的“與”邏輯運(yùn)算。執(zhí)行第一條指令時(shí)，取出輸入映像寄存器X0中的二進(jìn)制數(shù)，存放在運(yùn)算結(jié)果寄存器中。執(zhí)行第二條指令時(shí)，取出X1的值并與運(yùn)算結(jié)果寄存器中的數(shù)相“與”，運(yùn)算結(jié)果A存入運(yùn)算結(jié)果寄存器。執(zhí)行第三條指令時(shí)，應(yīng)取出X2的值并放入運(yùn)算結(jié)果寄存器，但是這一操作將會(huì)破壞前兩條指令的運(yùn)算結(jié)果。為了解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)程序自動(dòng)地將前兩條指令的運(yùn)算結(jié)果A存入堆棧，即將堆棧中的數(shù)據(jù)依次向下移動(dòng)一層(最低位的數(shù)據(jù)丟失)，然后將運(yùn)算結(jié)果寄存器中的數(shù)據(jù)寫入堆棧的第一層(稱為棧頂)，這樣前兩條指令的運(yùn)算結(jié)果A便被保存在堆棧的棧頂。完成上述操作后，再將X2的值傳送到運(yùn)算結(jié)果寄存器中。圖3-19ORB指令執(zhí)行完第四條指令后，兩塊串聯(lián)支路的“與”運(yùn)算結(jié)果分別存放在堆棧的棧頂和運(yùn)算結(jié)果寄存器中。執(zhí)行電路塊并聯(lián)指令ORB時(shí)，將棧頂和運(yùn)算結(jié)果寄存器中的二進(jìn)制數(shù)A和B相“或”，運(yùn)算結(jié)果存入運(yùn)算結(jié)果寄存器，堆棧中的數(shù)據(jù)依次上移一格。經(jīng)過(guò)一上一下的移位，堆棧中原有的數(shù)據(jù)被復(fù)原。

3.堆棧指令的說(shuō)明

堆棧指令常用于一個(gè)分支點(diǎn)多個(gè)輸出(見圖3-20)。圖3-20堆棧操作指令的使用說(shuō)明

(a)梯形圖；(b)指令語(yǔ)句表

MPS、MRD、MPP指令使用說(shuō)明如下：

MPS指令用于儲(chǔ)存多重輸出支路中分支處的邏輯運(yùn)算結(jié)果，以方便后面處理從該點(diǎn)引出的有線圈或輸出指令的支路時(shí)調(diào)用該分支處的運(yùn)算結(jié)果。以圖3-20為例，3個(gè)線圈對(duì)應(yīng)的輸出指令都要使用X0和X4的并聯(lián)支路的“或”運(yùn)算結(jié)果，如果不用堆棧來(lái)保存該數(shù)據(jù)，在執(zhí)行與第一個(gè)線圈串聯(lián)的X1的觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的“ANDX1”指令后，前兩條指令的運(yùn)算結(jié)果將會(huì)丟失。所以在第二條指令之后，應(yīng)使用進(jìn)棧指令(MPS)將“或”運(yùn)算的結(jié)果保存在堆棧的棧頂，堆棧中原有的數(shù)據(jù)依次向下一層推移。因?yàn)榇娣旁跅ｍ數(shù)臄?shù)據(jù)要多次使用，在執(zhí)行完第一個(gè)線圈對(duì)應(yīng)的OUT指令后，應(yīng)使用讀棧指令MRD讀取存儲(chǔ)在棧頂?shù)闹分蟹种c(diǎn)處的運(yùn)算結(jié)果。這一操作相當(dāng)于將X2的觸點(diǎn)連接在該點(diǎn)，執(zhí)行讀棧指令后，堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)不會(huì)上移或下移。

在處理最后一條輸出分支電路時(shí)，應(yīng)使用出棧指令MPP。該指令彈出(調(diào)用并去掉)存儲(chǔ)在棧頂?shù)闹分蟹种c(diǎn)處的運(yùn)算結(jié)果，堆棧中各層的數(shù)據(jù)依次向上移動(dòng)一層，棧頂?shù)臄?shù)據(jù)在送入運(yùn)算結(jié)果寄存器后從棧內(nèi)消失，X3的觸點(diǎn)被連接在該點(diǎn)。綜上所述，對(duì)于圖3-20這樣的單層分支電路，處理完分支點(diǎn)左邊的電路后，應(yīng)使用進(jìn)棧指令，保存分支點(diǎn)的運(yùn)算結(jié)果。在處理中間的分支電路時(shí)，應(yīng)使用讀棧指令讀取存放在棧頂中的數(shù)據(jù)。在處理最后一條分支電路時(shí)，一定要使用出棧指令使執(zhí)行進(jìn)棧指令之前堆棧中原有的數(shù)據(jù)(不包括棧底的數(shù)據(jù))復(fù)原。另外，在用指令語(yǔ)句表對(duì)分支輸出梯形圖編程時(shí)，第一個(gè)分支點(diǎn)應(yīng)使用一條進(jìn)棧(MPS)指令來(lái)保存該點(diǎn)的邏輯運(yùn)算結(jié)果，每一條MPS指令應(yīng)對(duì)應(yīng)一條出棧(MPP)指令，在一塊獨(dú)立的分支梯形圖中，MPS指令和MPP指令的條數(shù)應(yīng)相等。處理一個(gè)分支點(diǎn)的最后一條支路時(shí)，必須使用MPP指令，而不是讀棧(MRD)指令，并且用MPS指令同時(shí)保存在堆棧中的邏輯運(yùn)算結(jié)果不能超過(guò)11個(gè)。

在編程軟件中用梯形圖語(yǔ)言編程時(shí)，堆棧的處理是由編程軟件和PLC自動(dòng)完成的，用戶只需要根據(jù)自己的要求畫出梯形圖即可。將分支點(diǎn)有多個(gè)輸出的梯形圖轉(zhuǎn)換成指令語(yǔ)句表時(shí)，編程軟件會(huì)根據(jù)梯形圖結(jié)構(gòu)自動(dòng)地在程序中加入MPS、MRD和MPP指令。在用指令語(yǔ)句表語(yǔ)言對(duì)分支梯形圖編程時(shí)，由程序設(shè)計(jì)人員用堆棧指令MPS、MRD和MPP來(lái)實(shí)現(xiàn)分支點(diǎn)處的數(shù)據(jù)保存、使用和堆棧的復(fù)原。

3.3課堂演示——天塔之光控制實(shí)例

1.天塔之光的硬件組成及控制要求

天塔之光控制屬于彩燈控制的一種，其硬件由9盞彩燈組成，分成3圈，中間1盞燈，外圍兩圈各有4盞燈，如圖3-21所示。

按下鈕子開關(guān)SB，9盞彩燈按L1～L9一盞一盞點(diǎn)亮，間隔1s，全部點(diǎn)亮后維持3s，然后每隔2s閃爍一次，共閃3次，再按L9～L1一盞一盞熄滅，間隔1.5s，循環(huán)執(zhí)行。圖3-21天塔之光結(jié)構(gòu)圖

2.?I/O口地址分配及硬件接線圖

1)?I/O口地址分配

由天塔之光的控制要求知，本系統(tǒng)為1輸入9輸出，其輸入/輸出地址可根據(jù)實(shí)際情況靈活分配。下面給出I/O口地址的一種分配方案，如表3-2所示。

2)硬件接線圖

根據(jù)以上的I/O口地址分配，選擇三菱FX2N機(jī)型，其硬件部分的接線圖如圖3-22所示。圖3-22天塔之光的硬件接線圖(三菱FX2N機(jī)型)

3.梯形圖

根據(jù)天塔之光的控制要求和I/O口地址分配，選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為了便于實(shí)現(xiàn)，可采用PLC應(yīng)用指令的移位指令和復(fù)位指令。梯形圖設(shè)計(jì)如圖3-23所示。

本設(shè)計(jì)的基本思路是用定時(shí)器和移位指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，T2用來(lái)設(shè)定點(diǎn)亮彩燈1?s的時(shí)間脈沖，T1用來(lái)設(shè)定彩燈維持亮的時(shí)間，T0用來(lái)設(shè)定彩燈閃爍的時(shí)間。由于系統(tǒng)開始時(shí)第一個(gè)脈沖有1?s的延時(shí)，故T1和T0的時(shí)間設(shè)置多加了1s。

T3、T4、T5是用來(lái)控制彩燈閃爍的。T1的時(shí)間到，T1的常開觸點(diǎn)接通，T5幾乎同時(shí)得電，將彩燈復(fù)位熄滅，1?s后，T3時(shí)間到，再將彩燈全部點(diǎn)亮，為實(shí)現(xiàn)上述控制，SFTL指令后不加P，閃爍的周期由T4設(shè)定為2s；當(dāng)T0的時(shí)間到時(shí)，彩燈進(jìn)入一盞一盞地熄滅控制過(guò)程，T6設(shè)置為熄滅時(shí)間，同時(shí)也是循環(huán)的控制點(diǎn)，T7為彩燈熄滅控制脈沖1.5?s，T6時(shí)間到，其常閉觸點(diǎn)將系統(tǒng)復(fù)位，進(jìn)入下一周期的循環(huán)。

根據(jù)地址分配和控制要求，點(diǎn)亮彩燈用位左移指令實(shí)現(xiàn)，熄滅彩燈用位右移指令實(shí)現(xiàn)；為了保證輸入開關(guān)SB關(guān)斷后，系統(tǒng)全部停止工作，這里采用了其常閉觸點(diǎn)來(lái)復(fù)位輸出。圖3-23天塔之光控制的梯形圖

4.演示步驟

(1)按照?qǐng)D3-22所示的PLC輸入/輸出端子接線圖完成硬件接線。

(2)在斷電狀態(tài)下，用FX-20P-CAB電纜將手持型編程器FX-20P-E與PLC主機(jī)FX2N-16MR-ES/UL相連。

(3)合上電源開關(guān)QS，將PLC的主機(jī)FX2N-16MR-ES/UL工作模式選擇在編程模式狀態(tài)下，然后將編寫好的指令語(yǔ)句程序逐條輸入PLC。

(4)將PLC的運(yùn)行模式選擇開關(guān)撥到RUN位置，使PLC進(jìn)入運(yùn)行方式。

(5)合上鈕子開關(guān)SB，觀察各信號(hào)燈的工作情況是否與實(shí)際工作要求相一致。

(6)斷開鈕子開關(guān)SB，觀察各信號(hào)燈的工作情況是否與實(shí)際工作要求相一致。

3.4技能訓(xùn)練

一、實(shí)訓(xùn)目的

(1)進(jìn)一步熟悉PLC的外部接線。

(2)掌握PLC的基本控制的程序設(shè)計(jì)方法。

(3)進(jìn)一步熟悉PLC的編程及程序輸入。

(4)了解PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。二、實(shí)訓(xùn)原理及實(shí)訓(xùn)電路

如圖3-24所示為一臺(tái)車自動(dòng)往返循環(huán)工作的示意圖，現(xiàn)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)車的前進(jìn)、后退控制，顯然臺(tái)車的前后運(yùn)動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的。在圖中，行程開關(guān)SQ1處為原位，SQ2處為前進(jìn)，SQ3和SQ4為原位和前位限位保護(hù)行程開關(guān)。圖3-24臺(tái)車自動(dòng)往返工作示意圖結(jié)合實(shí)際工作所需，該臺(tái)車的控制要求如下：

①該臺(tái)車可自動(dòng)循環(huán)工作。

②可對(duì)該臺(tái)車進(jìn)行手動(dòng)控制。

③能使該臺(tái)車作單循環(huán)運(yùn)動(dòng)。

④對(duì)該臺(tái)車能進(jìn)行循環(huán)控制。臺(tái)車的一次完整的大工作周期為6次小循環(huán)，小車前進(jìn)、后退為1個(gè)工作循環(huán)，循環(huán)工作6次后自動(dòng)停止在原位。

(1)分析控制要求。由于臺(tái)車的前進(jìn)、后退是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的，因此完成這一動(dòng)作實(shí)質(zhì)上是對(duì)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制，故可采用電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制基本程序；臺(tái)車的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制可通過(guò)選用選擇開關(guān)SA1來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。設(shè)選擇開關(guān)SA1閉合時(shí)為手動(dòng)狀態(tài)，斷開時(shí)為自動(dòng)狀態(tài)；小車有單循環(huán)工作和多次循環(huán)工作狀態(tài)，選用選擇開關(guān)SA2來(lái)轉(zhuǎn)換。設(shè)選擇開關(guān)SA2閉合時(shí)為單循環(huán)工作狀態(tài)，斷開時(shí)為多次循環(huán)工作狀態(tài)；多次循環(huán)工作的循環(huán)次數(shù)可以利用計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制。

(2)根據(jù)臺(tái)車的控制要求，臺(tái)車有3種工作狀態(tài)，通過(guò)選擇開關(guān)SA1進(jìn)行狀態(tài)選擇，占用3個(gè)輸入點(diǎn)；停止按鈕SB1、正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2(前進(jìn))、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3(后退)為輸入設(shè)備，占用3個(gè)輸入點(diǎn)。4個(gè)行程開關(guān)SQ1～SQ4占用4個(gè)輸入點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)接觸器KM1和KM2占用2個(gè)輸出點(diǎn)。因此，臺(tái)車控制系統(tǒng)PLC的I/O設(shè)備與I/O分配表如表3-3所示。系統(tǒng)的主電路顯然就是電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的主電路。臺(tái)車自動(dòng)往返PLC控制主電路原理圖及I/O端子接線圖如圖3-25所示。圖3-25臺(tái)車自動(dòng)往返PLC控制主電路原理圖及I/O端子接線圖(a)主電路原理圖；(b)?I/O端子接線圖三、梯形圖設(shè)計(jì)

1.根據(jù)控制對(duì)象設(shè)計(jì)基本控制環(huán)節(jié)的程序

臺(tái)車由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)前進(jìn)和后退，這樣利用電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)基本控制程序便可以設(shè)計(jì)出梯形圖，如圖3-26所示。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，臺(tái)車前進(jìn)；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，臺(tái)車后退。圖3-26基本控制環(huán)節(jié)梯形圖

2.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返功能的程序設(shè)計(jì)

臺(tái)車前進(jìn)至行程開關(guān)SQ2處，SQ2動(dòng)作，要使臺(tái)車能在SQ2處停止前進(jìn)，并使小車后退，這樣PLC的輸入繼電器X6(與輸入設(shè)備SQ2相連)的常閉觸點(diǎn)就要斷開Y1的線圈，X6的常開觸點(diǎn)啟動(dòng)Y2的線圈，從而完成臺(tái)車由前進(jìn)轉(zhuǎn)換為后退的工作過(guò)程。同理，當(dāng)小車后退至行程開關(guān)SQ1處時(shí)，輸入信號(hào)X5要完成臺(tái)車由后退轉(zhuǎn)換為前進(jìn)的工作過(guò)程。行程開關(guān)SQ1動(dòng)作，X5的常開觸點(diǎn)閉合，輸出線圈Y1得電，臺(tái)車停止后退，同時(shí)X5的常閉觸點(diǎn)斷開，輸出線圈Y2失電，臺(tái)車由后退轉(zhuǎn)換為前進(jìn)。實(shí)現(xiàn)臺(tái)車自動(dòng)往返功能的梯形圖如圖3-27所示。圖3-27實(shí)現(xiàn)臺(tái)車自動(dòng)往返功能的梯形圖

3.實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制功能的程序設(shè)計(jì)

如果讓梯形圖中的輸出線圈Y1、Y2失去自鎖，就能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制功能。因?yàn)镾A1閉合時(shí)為手動(dòng)狀態(tài)，其輸入點(diǎn)為X0，這樣，將X0的常閉觸點(diǎn)與用以實(shí)現(xiàn)輸出線圈自鎖的常開觸點(diǎn)Y1和Y2串聯(lián)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)車的手動(dòng)控制功能。梯形圖如圖3-28所示。當(dāng)手動(dòng)選擇開關(guān)SA1斷開時(shí)，臺(tái)車進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)；當(dāng)手動(dòng)選擇開關(guān)SA1閉合時(shí)，臺(tái)車進(jìn)入手動(dòng)工作狀態(tài)。圖3-28實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制功能的梯形圖

4.實(shí)現(xiàn)單循環(huán)控制的程序設(shè)計(jì)

當(dāng)臺(tái)車前進(jìn)到位又后退至行程開關(guān)SQ1原位時(shí)，只要臺(tái)車不再前進(jìn)，即Y1線圈不再得電，就完成了單循環(huán)控制。因?yàn)镾A2閉合時(shí)為單循環(huán)工作狀態(tài)，其輸入點(diǎn)為X4，將X4的常閉觸點(diǎn)串入到SQ1的輸入點(diǎn)X5的常開觸點(diǎn)上，這樣在X5的常開觸點(diǎn)閉合后，Y1的線圈也不再得電，臺(tái)車不再前進(jìn)，完成了單循環(huán)控制。梯形圖如圖3-29所示。

梯形圖程序分析如下：當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2時(shí)，輸入繼電器X2得電，常開觸點(diǎn)X2閉合，輸出線圈Y1輸出，臺(tái)車前進(jìn)。當(dāng)臺(tái)車行駛至SQ2處，X6有信號(hào)，臺(tái)車停止前進(jìn)，輸出線圈Y2有信號(hào)，臺(tái)車轉(zhuǎn)換為后退。若按下了選擇開關(guān)SA2，則X4有信號(hào)，X4的常閉觸點(diǎn)斷開，臺(tái)車行駛至SQ3處，即使X5有信號(hào)，線圈Y1也沒(méi)有輸出，完成一個(gè)單循環(huán)工作。若沒(méi)有按下選擇開關(guān)SA2，則X4無(wú)信號(hào)，X4的常閉觸點(diǎn)閉合，臺(tái)車行駛至SQ3處，X5有信號(hào)，線圈Y1輸出，臺(tái)車進(jìn)入循環(huán)工作狀態(tài)。圖3-29實(shí)現(xiàn)單循環(huán)控制功能的梯形圖

5.循環(huán)計(jì)數(shù)功能的程序設(shè)計(jì)

計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入由X5(SQ1)提供，在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，臺(tái)車每撞到SQ1一次表示完成了1次循環(huán)，用C0進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)C0有了6個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入后，完成工作循環(huán)，臺(tái)車停在原位。這樣可以將C0的常閉觸點(diǎn)串接在Y1的線圈上，C0的常閉觸點(diǎn)斷開，使Y1線圈失電。為了使計(jì)數(shù)器在啟動(dòng)臺(tái)車時(shí)清零，可以用啟動(dòng)信號(hào)X2來(lái)置位C0。梯形圖如圖3-30所示。圖3-30實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)功能的梯形圖

6.設(shè)置保護(hù)環(huán)節(jié)的程序設(shè)計(jì)

SQ3和SQ4分別為后退和前進(jìn)方向的限位保護(hù)行程開關(guān)。當(dāng)SQ4被壓合時(shí)，表示前進(jìn)出了故障，Y1的線圈必須斷電；當(dāng)SQ3被壓合時(shí)，表示后退出了故障，Y2的線圈必須斷電，臺(tái)車停止動(dòng)作。為了達(dá)到保護(hù)目的，可以將X7(SQ3)的常閉觸點(diǎn)串接在Y2的線圈上，將X10(SQ4)的常閉觸點(diǎn)串接在Y1的線圈上。

能夠完全滿足系統(tǒng)控制要求的完整的梯形圖如圖3-31所示。圖3-31設(shè)置保護(hù)環(huán)節(jié)的梯形圖四、實(shí)訓(xùn)步驟

(1)在教師指導(dǎo)下，按圖3-25所示完成PLC輸入/輸出端子的硬件接線。

(2)將PLC用戶程序存儲(chǔ)器里的內(nèi)容清空，輸入設(shè)置保護(hù)環(huán)節(jié)的梯形圖程序。

(3)接通PLC主機(jī)電源，并合上電源開關(guān)，接通380V電源。

(4)將PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，分別按下按鈕SB2、SB3、SA、SA1，觀察PLC上輸入、輸出指示燈的工作狀態(tài)及運(yùn)料小車的動(dòng)作情況，將結(jié)果填入空白處。

按下按鈕SB2：輸入指示燈X2

，輸出指示燈Y1

，輸出指示燈Y2