《電氣控制與PLC》課件第5章

第5章三菱FX系列PLC的步進順序控制和數(shù)據(jù)控制功能對于復雜的控制電路或大型的自動控制系統(tǒng)，應用梯形圖或指令表編程，程序過長，不易閱讀和編寫。一些PLC生產(chǎn)廠家，為了克服這一問題增加了IEC標準的SFC(SequentialFunctionChart)語言編制控制程序的方法，稱為步進順序控制。本章主要介紹三菱FX系列PLC的步進順序控制和數(shù)據(jù)控制功能。第5章三菱FX系列PLC的步進順序控制和數(shù)據(jù)控制功能5.1三菱FX系列PLC的步進順序控制5.2步進順序控制的應用和編程實例5.3三菱FX系列PLC的功能指令和數(shù)據(jù)控制功能

5.4三菱FX系列PLC的基本功能指令5.1三菱FX系列PLC的步進順序控制5.1.1步進順序控制指令步進順序控制指令共有二條，即STL(StepLadder)和RET。是一種符合IEC1131—3標準中定義的SFC圖(SequentialFunctionChart順序功能圖)的通用流程圖語言。順序功能圖也叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，相當于國家標準“電氣制圖”的功能表圖(FunctionCharts)。SFC圖特別適合于步進順序的控制，而且編程十分直觀、方便、便于讀圖，初學者也很容易掌握和理解。具體見表5-1。表5-1步進梯形圖指令5.1.2單分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖1．狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖初始化狀態(tài)元件一般用PLC運行后的初始化脈沖特殊繼電器M8002置位或由其他初始信號將其初始值置位。其他元件狀態(tài)由狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件決定。如圖5-1所示，可有3種表示方式，即既可用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示，也可用步進梯形圖和指令表表示。圖5-1SFC圖的三種表達方式2．單分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖5-2為某送料小車自動循環(huán)控制單分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移控制圖。用雙線框表示初始狀態(tài)，其他狀態(tài)元件用單線框表示，圖中的初始狀態(tài)S0由M8002驅(qū)動。PLC由STOP→RUN進行切換時：M8002初始化脈沖→S0置1，送料小車在原位→X0接近開關受壓閉合接通→按下啟動按鈕X3→狀態(tài)轉(zhuǎn)移到（S20）→S20置1→同時S0復位至零→S20立即驅(qū)動Y0→送料小車前進。送料小車前進至A點時→轉(zhuǎn)移條件接近開關X1接通→狀態(tài)從S20轉(zhuǎn)移到（S21）→S21置1，S20則在下一執(zhí)行周期自動復位至零→Y0線圈斷電。圖5-2某送料小車自動循環(huán)控制單分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移控制圖5.1.3多分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖1．選擇性分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖選擇性分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是由各自的條件選擇執(zhí)行，可選擇左分支執(zhí)行，也可選擇右分支執(zhí)行，取決于各自的選擇條件。兩個或兩個以上的分支的狀態(tài)不能同時轉(zhuǎn)移。圖5-3（a）所示為選擇性分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，圖5-3(b)為其步進梯形圖，圖5-3(c)為其相應的指令表。圖5-3選擇分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖2．并行分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖并行分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移是當同一條件滿足時，狀態(tài)同時向各并行分支轉(zhuǎn)移。圖5-4（a）為并行性分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，圖5-4（b）為其步進梯形圖，圖5-4(c)為其相應的指令表。圖5-4并行分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖

3．混合分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖有些步進順控有多層分支和匯合組合，對于FX2N系列的PLC，其分支數(shù)有一定的限制。對所有的初始狀態(tài)（S0～S9），每一狀態(tài)下的分支電路不能大于16個，并且在每一分支點分支數(shù)不能大于8個。對于多層分支和匯合要注意編程方法。圖5-5為混合分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖5-5混合分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5.2步進順序控制的應用和編程實例5.2.1運料小車自動往返控制如圖5-6所示，為某工地運料小車自動往返工況示意圖，其控制工藝要求如下：(1)按下啟動按鈕SB，運料小車電機M正轉(zhuǎn)，運料小車前進，碰到限位開關SQ1后，運料小車電機M反轉(zhuǎn)，運料小車后退；(2)運料小車后退碰到限位開關SQ2后，運料小車電機M停轉(zhuǎn)，運料小車停車，停5s，第二次前進，碰到限位開關SQ3，再次后退；(3)當后退再次碰到限位開關SQ2時，運料小車停止(或者繼續(xù)下一個循環(huán))。圖5-6工地運料小車自動往返系統(tǒng)工況示意圖5.2.1建筑工地運料小車自動往返控制為編程需要，設置輸入、輸出端口配置如下表5-2所示。表5-2輸入、輸出端口配置

圖5-7運料小車自動往返系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖圖5-7是該運料小車的流程圖。該運料小車的每次循環(huán)工作過程分為前進、后退、延時、前進、后退五個工步。每一步用一個矩形方框表示，方框中用文字表示該步的動作內(nèi)容或用數(shù)字表示該步的的標號。與控制過程的初始狀態(tài)相對應的步稱為初始步。線段上的短線表示工作轉(zhuǎn)移條件，圖中狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件為SB、SQ1。5.2.2物料自動混合裝置步進順序控制

作為步進順序的實例，此處簡要介紹物料自動混合裝置的步進順序，如圖5-8所示為物料自動混合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5-8所示，初始狀態(tài)時容器是空的，電磁閥F1、F2、F3和F4，攪拌電動機M，液面?zhèn)鞲衅鱈1、L2和L3，加熱器H和溫度傳感器T均處于關斷狀態(tài)。圖5-9為采用PLC控制的I/O配置及接線圖。

圖5-8物料自動混合裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖5-9PLCI/O配置及接線圖其控制工藝要求如下：(1)按下啟動按鈕，電磁閥F1開啟，開始注入物料A，至高度L2，此時L2、L3為ON時，關閉閥F1，同時開啟電磁閥F2，注入物料B，當液面上升至L1時，關閉閥F2。(2)停止物料B注入后，啟動攪拌電動機M，使A、B兩種物料混合10s。(3)10s后停止攪拌，開啟電磁閥F4，放出混合物料，當液面高度降至L3后，再經(jīng)5s關閉閥F4。(4)停止操作時按下停止按鈕，在當前過程完成以后，再停止操作，回到初始狀態(tài)?？刹捎貌竭M指令進行編程，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖5-10所示。圖5-10物料自動混合控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5.2.2物料自動混合裝置步進順序控制5.3三菱FX系列PLC的功能指令和數(shù)據(jù)控制功能5.3.1三菱FX系列PLC的數(shù)據(jù)控制功能和功能指令簡介FX2N型PLC的功能指令主要有以下幾種類型：(1)程序流程控制指令(2)傳送與比較指令(3)算術(shù)與邏輯運算指令(4)循環(huán)與移位指令(5)數(shù)據(jù)處理指令(6)高速處理指令(7)方便指令(8)外部輸入輸出指令(9)外部串行接口控制指令(10)浮點運算指令(11)實時時鐘指令(12)葛雷碼變換指令(13)接點比較指令三菱FX1N和FX2NPLC中共有功能指令108條，功能指令一般由助記符和操作元件組成，助記符是每一條基本指令的符號，它表明操作功能；操作元件是被操作的對象。有些基本指令只有助記符，沒有操作元件。5.3.2三菱FX系列PLC功能指令的表達形式1．功能指令的表現(xiàn)形式功能指令由指令助記符、功能號、操作數(shù)等組成，功能指令按功能號(FNC00～FNC250)編排。三菱FX系列PLC功能指令的一般表現(xiàn)形式如圖5-11所示。圖5-11三菱FX系列PLC的功能指令一般形式

2．助記符和功能號如上述圖5-11所示助記符MEAN(求平均值)的功能號為FNC45。每一助記符表示一種功能指令，每一指令都有對應的功能號。

3．操作元件(或稱操作數(shù))

助記符表示一種功能指令，有些功能指令只須助記符，但大多數(shù)功能指令在助記符之后還必須有1—4個操作元件。它的組成部份有：①源操作元件[S·]，有時源不止一個，例如有[S1·]、[S2·]。S后面[·]的，表示可使用變址功能。

②目標操作元件[D·]，如果不止一個目標操作元件時，用[D1]、[D2]表示。③K、H為常數(shù)。K表示十進制數(shù)，H表示十六進制數(shù)。④功能助記符后有符號(P)的，表示具有脈沖執(zhí)行功能。

⑤功能指令中有符號(D)的，表示處理32位數(shù)據(jù)，而不標(D)的，只處理16位數(shù)據(jù)。4．位軟元件和字軟元件只處理ON/OFF狀態(tài)的元件，稱為位軟元件，如X、Y、M、S等。其它處理數(shù)字數(shù)據(jù)的元件，例如T、C、D、V、Z等，稱為字軟元件。

5．變址寄存器V、Z變址寄存器是在傳送、比較指令中用來修改操作對象元件號的，其操作方式與普通數(shù)據(jù)寄存器一樣。V和Z是16位數(shù)據(jù)寄存器。將V和Z的組合可進行32位的運算，此時，V作為高位數(shù)據(jù)處理。變址寄存器用于改變軟元件地址號。例如下列的Z值定為4,則：K2X000Z＝K2X004K1Y000Z＝K1Y004K4M10Z＝K4M14

K2S5Z＝K2S9D5Z＝D9

F6Z＝T10C7Z＝C11P8Z＝P12K100Z＝K104

6．整數(shù)與實數(shù)（1）整數(shù)在PLC中整數(shù)的表示及運算采用BIN碼格式，可以用16ht或32以t元件來表示整數(shù)，其中最高bit為符號bit，0表示正數(shù)，1表示負數(shù)。負數(shù)以補碼方式表示。整數(shù)可表示的范圍：16bit時為-32768～+32767，32bit位時為-2147483648～+2147483647。除表示范圍受限制外，作科學運算時產(chǎn)生的誤差也較大，所以需要引入實數(shù)。（2）實數(shù)的浮點格式實數(shù)必須用32bit來表示，通常用數(shù)據(jù)寄存器對來存放實數(shù)。實數(shù)的浮點格式如圖5-12所示。

圖5-12實數(shù)的浮點格式示例5.4三菱FX系列PLC的基本功能指令5.4.1程序流控制指令1.條件跳轉(zhuǎn)指令(FNC00)

（1）指令助記符及操作元件

指令助記符：CJ(FNC00)。操作元件：指針P0～P63(P63相當于END

指令)。

（2）指令格式

指令格式如圖5-13所示。圖5-13跳轉(zhuǎn)指令格式5.4.1程序流控制指令

2.調(diào)用子程序指令（1）指令助記符及操作元件調(diào)用子程序指令助記符：CALL(FNC01)。操作元件：指針P0～P63。子程序返回指令助記符：SRET(FNC02)。操作元件：無。（2）指令格式調(diào)用子程序格式如圖5-14表示。（3）指令說明①把一些常用的或多次使用的程序以子程序?qū)懗?。②子程序應寫在主程序結(jié)束指令FEND之后。③調(diào)用子程序可嵌套，嵌套最多可達5級。

④CALL的操作數(shù)與CJ的操作數(shù)不能用同一標號，但不同嵌套的CALL指令可調(diào)用同一標號的子程序。

⑤在子程序中使用的定時器范圍規(guī)定為T192～T199和T246～T249。圖5-14調(diào)用子程序格式

3.中斷指令（1）指令助記符及操作元件中斷返回指令助記符：IRET(FNC03)，操作元件：無。允許中斷指令助記符：EI(FNC04)，操作元件：無。禁止中斷指令助記符：DI(FNC05)，操作元件：無。（2）指令格式中斷指令格式如圖5-15所示。中斷用指針分為輸入中斷、定時中斷和高速計數(shù)器中斷三種。

圖5-15中斷指令格式

4.主程序結(jié)束

（1）指令助記符及操作元件主程序結(jié)束指令助記符：FEND(FNC06)。操作元件，無。（2）指令格式指令格式如圖5-16所示。（3）指令說明

①FEND指令表示一個主程序的結(jié)束，執(zhí)行這條指令與執(zhí)行END指令一樣，即執(zhí)行輸人、輸出處理或警告定時器刷新后，程序送回到0步程序。②使用多條FEND指令時，中斷程序應寫在最后的FEND指令與END指令之間。子程序應寫在FEND之后，必須以SRET結(jié)束。③如果在FOR指令執(zhí)行后，在NEXT指令執(zhí)行前執(zhí)行FEND指令時，程序?qū)鲥e。

圖5-16主程序結(jié)束指令格式5.4.2數(shù)據(jù)傳送及比較指令

1.數(shù)據(jù)比較指令

(1)指令助記符及操作元件數(shù)據(jù)比較指令指令助記符：(D)CMP(FNCl0)。操作元件如下：

(2)指令格式指令格式如圖5-17所示。

圖5-17數(shù)據(jù)比較指令格式

(3)指令說明①比較指令操作數(shù)有兩個源數(shù)據(jù)，把源數(shù)據(jù)[S1·]與源數(shù)據(jù)[S2·]的數(shù)據(jù)進行比較，其結(jié)果送到目標[D·]按比較結(jié)果進行操作。按代數(shù)規(guī)則進行大小比較。②所有的源數(shù)據(jù)都按二進制數(shù)值處理。對于多個比較指令，其目標[D·]也可指定為同一個軟元件，但每執(zhí)行一次比較指令，[D·]的內(nèi)容隨發(fā)生變化。③一條CMP指令用到三個操作數(shù)，如果只有一個或二個操作數(shù)，就會出錯，妨礙PLC運行。④功能指令的前面加字母D為32位指令格式。

2.數(shù)據(jù)傳送指令

(1)指令助記符及操作元件指令助記符：（D）MOV(FNCl2)。操作元件如下：

(2)指令格式指令格式如圖5-18所示。圖5-18數(shù)據(jù)傳送指令格式

(3)指令說明①傳送指令是將數(shù)據(jù)按原樣傳送的指令，當X0為ON時，K100數(shù)據(jù)傳送到D10中果X0為OFF時，則目標元件中的數(shù)據(jù)保持不變。②傳送時源數(shù)據(jù)常數(shù)K100自動轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。

3.二進制碼變換成BCD碼指令

(1)指令助記符及操作元件指令助記符:(D)BCD(FNC18)。操作元件如下：

(2)指令格式指令格式如圖5-19所示。圖5-19二進制碼變換成BCD碼指令指令格式

(3)指令說明①BCD指令是將源中二進制數(shù)(BIN)轉(zhuǎn)換成目標中的BCD的變換傳送指令。當X0為ON時，D12中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BCD碼傳送到K2Y中；當X0為OFF時，目標中的數(shù)據(jù)不變。②BCD的轉(zhuǎn)換結(jié)果超過0～9999(16位運算)，或超過0～99999999(32位運算)時則出錯。③在PLC控制中，BIN向BCD變換，常用于向七段碼顯示等外部器件輸出。5.4.3四則運算及邏輯運算指令

1.二進制加法、減法指令

(1)指令助記符及操作元件加法指令助記符：(D)ADD(FNC20)；減法指令助記符：(D)SUB(FNC21)。

(2)指令格式指令格式如圖5-20所示。圖5-20二進制加減法指令格式

(3)指令說明①二個源數(shù)據(jù)的二進制數(shù)值相加(相減)，其結(jié)果送人目標元件中。各數(shù)據(jù)的高位是符號位，正為0，負為1。這些數(shù)據(jù)按代數(shù)規(guī)則進行運算。

例如：5+(-8)=-3，5-(-8)=13。

②當驅(qū)動輸入X000為OFF時，不執(zhí)行運算，目標元件的內(nèi)容也保持不變。

③如果運算結(jié)果為0，零標志M8020置1，如果運算結(jié)果超過32767(16位運算)或2147483647(32位運算)，則進位標志M8022置1。如果運算結(jié)果小于-32767(16位運算)或-2147483647(32位運算)，則借位標志M8021置1。

2.二進制乘除法

(1)指令助記符及操作元件

乘法指令助記符：(D)MUL(FNC22)；除法指令助記符：(D)DIV(FNC23)。操作元件如下：

(2)指令格式指令格式如圖5-21所示。

(3)指令說明①乘法，二源的乘積以32位形式送到指定目標中。低16位在指定目標元件(D4)中，高16位在下一個元件(D5)中。如D0=8，D2=9，則其乘積送到(D5，D4)=72，最高位為符號位(0為正，1為負)，V不用于目標元件。只有Z允許作16位運算。②16位運算的結(jié)果變?yōu)?2位，32位運算的結(jié)果變?yōu)?4位。如果位組合指定元件為目標元件，超過32位的數(shù)據(jù)就會丟失。③如果驅(qū)動輸入X0為OFF，不執(zhí)行運算，目標元件圖5-21二進制乘除法指令格式中的數(shù)據(jù)不變。

圖5-21二進制乘除法指令格式④除法，[S1]指定為被除數(shù)，[S2]指定為除數(shù)，商存于[D]中、余數(shù)存于緊靠[D]的下一個編號的軟元件中。V和Z不可用于[D]中。⑤若位組合指定元件為[D]，則余數(shù)就會丟失。除數(shù)為零時，則運算出錯，且不執(zhí)行運算。3.邏輯與、或、異或指令

(1)指令助記符及操作元件與指令助記符：AND（FNC26）；或指令助記符：OR（FNC27）；異或指令助記符：XOR（FNC28）。操作元件如下：

(2)指令格式指令格式如圖5-22所示。

(3)指令說明①16位運算時，指令為WAND、WOR、WXOR。32位運算時，指令為(D)AND、(D)OR、(D)XOR。

②當X0為ON時，進行各對應的邏輯運算，把結(jié)果存于目標[D]中。當X0為OFF時，不執(zhí)行運算，[D]的內(nèi)容保持不變。圖5-22與、或、異或指令格式5.4.4外部設備SER指令在PLC中，外部設備SER指令主要用于連接串行口的特殊適配器進行控制的指令。PID運算指令也包括在其中。表5-3為外部設備SER指令。表5-3外部設備SER指令此處針對表5-3為外部設備SER指令主要介紹一下串行數(shù)據(jù)傳送指令(RS)、八進制位傳送指令(PRUN)、PID運算指令(PID)。

1.串行數(shù)據(jù)傳送指令(RS)(1)指令助記符及操作元件指令助記符：RS。操作元件如下：

(2)指令格式指令格式如圖5-23所示。圖5-23串行數(shù)據(jù)傳送指令格式

(3)指令說明串行數(shù)據(jù)傳送指令(RS)用于可編程控制器與外部設備進行串行通信，在可編程控制器上使用RS-232C及RS-485功能擴展板及特殊適配器，即可進行發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)，說明如圖5-24所示。圖5-24串行數(shù)據(jù)傳送指令(RS)說明

(4)數(shù)據(jù)傳送與接收應用說明接收數(shù)據(jù)由特殊輔助繼電器M8122控制，發(fā)送數(shù)據(jù)是由特殊輔助繼電器M8123控制。數(shù)據(jù)傳送的位數(shù)可以是8位或16位，由M8161控制。如圖5-25所示為串行數(shù)據(jù)傳送指令應用說明。圖5-25PLC數(shù)據(jù)傳送與接收

(5)應用舉例例PLC與條形碼讀出器的通信，在PLC上安裝一個FX2N—232—BD型功能擴展板，用通信電纜將條形碼讀出器