第二章可编程控制器的基本功能及应1

第二章 可编程序控制器的基本功能及应用

小型可编程序控制器的基本功能有基本逻辑控制功能、定时计数功能、数据处理功能等，属于提高编程技巧的有分支跳转功能、调用子程序功能、步进功能等。本章重点介绍常用基本功能。

第一节 PLC的基本逻辑功能及应用

一、PLC的基本逻辑功能

可编程序控制器的基本逻辑功能由基本顺序指令来完成，既完成继电器和继电器触点的逻辑操作。基本顺序指令的含义、功能和所用继电器类型见表2-1。

二、应用举例

例1 选用FP1—C14型PLC采用锁存继电器KP指令设计4组抢答器。

（１）控制要求 每组有一个常开按钮SB1、SB2、SB3、SB4，其中谁先按下者，对应输出ON并自锁，其他信号不起作用，SB5为复位开关，按下时复位。

（２）I/O分配 PLC的I/O分配表如表2-2所示。

表2-2 PLC的I/O分配表

（３）PLC硬接线 PLC的硬接线图如图2-1所示。

图2-1 PLC接线图

（４）梯形图程序 设计的梯形图程序如图2-2所示。

图2-2 抢答器梯形图程序

例题解释：假定第一组的抢答按钮SB1先按下，则输入继电器X0得电，其常开接点X0闭和，输出Y0为ON，使第一组的抢答指示灯L1先亮，互锁常闭接点Y0打开使其他信号不起作用，第一组得到抢答。其他组得到抢答的运行情况与此相似，当按下SB5时，

系统复位。

例2 画出电动机双重连锁正反转继电器控制电路图；并转换成梯形图；画出PLC的I/O硬件接线图。

例题解释：绘制的电动机双重连锁正反转继电器控制电路图如图2-3所示，梯形图程序如图2-4所示，PLC硬接线图如图2-5所示。

图2-3 正反转继电器控制电路图

图2-4 梯形图程序

图2-5 PLC硬接线图

第二节 PLC的定时计数功能及其应用

定时计数功能由TM、CT、F118（UDC）、F137（STMR）指令完成。其含义、功能及可用性见表2-3。

表2-3 定时计数功能指令表

一、定时器功能及应用

定时器为减1计数。当定时器的输入触点接通的上升沿，定时器开始计时，先将设定值寄存器SV的内容装入经过值寄存器EV中，然后开始计数。每过一个时钟脉冲，经过值寄存器EV中的内容减1，直至EV中内容减为0，该定时器有输出，其对应的常开触点闭合，常闭触点打开。而当TM的输入触点断开时，定时器复位，对应的触点恢复原来的状态，EV清零，而SV不变。如果定时器在未达到初始设定时间就断开其输入触点，则定时器停止计时，EV被清“0”，TM的对应触点不动作，直至TM的输入触点再接通时，才重新开始定时。

例1 十字路口交通示意图如图2-6所示，该系统可实现对A、B两组灯的双向自动控制，其动作时序图如图2-7所示。每当自控开关闭合后系统进入自循环状态。

图2-6 十字路口交通灯示意图

图2-7 交通灯控制时序图

I/O分配：PLC的I/O分配如表2-4所示。

表2-4 PLC的I/O分配表

按控制要求设计的梯形图程序如图2-8所示。

图2-8 采用定时器的梯形图程序

例题解释：当X0接通后定时器TM0开始计时，内部继电器R10接通，同时TM4开始计时，内部继电器R11为ON，接通输出Y2，即A向的绿灯亮，亮4s后TM4有输出。常开接点T4闭合，内部继电器R12开始闪耀，即A向绿灯闪，再经2s时，TM0有输出，常闭触点T0断开，R10断电，使Y2为OFF，A向绿灯灭，同时常开触点T0闭合接通输出Y1，既A向黄灯亮，亮2s后TM1有输出，常闭触点T1断开，Y1为OFF，A向黄灯灭。常开触点T1闭合，Y1的常闭触点为闭合状态，接通输出Y0，既A向的红灯亮。（在A向的绿灯、黄灯亮期间，即8s时间内Y3一直为ON既B向的红灯一直在亮。）

Y0的常开接点闭合，接通R9，TM5开始计时，R13为ON，常开接点R13闭合接通Y5，既B向的绿灯亮，经4sTM5有输出，常开触点T5闭合，R14闪，常闭触点T5打开R13断电，使Y5闪2s，既B向绿灯亮4s后闪2s，其经过6s后TM2有输出，T2闭合Y4为ON，即B向黄灯亮，亮2s后TM3有输出，常闭触点T3打开，Y4为OFF，黄灯灭，Y4的常闭触点闭合使Y3为ON，接通B向红灯。

当断开自控开关，X0为OFF，常开触点X0断开后系统停止运行。 二、计数器功能及应用

计数器CT有两个输入端，即时钟端（CP）和复位端（R）。计数器为减1计数，当复位输入端为OFF时，时钟端每来一个脉冲的上升沿计数器减1（动作过程同TM）直至减为零时，CT有输出，其常开触点闭合，常闭触点断开。

CT与TM比较，其优点是CT具有掉电保护功能。计数器在计数过程中系统掉电，CT保持当前值并不复位，系统恢复供电后CT继续计数。而TM在计时过程中，当系统掉电时

TM立即复位不具有掉电保护功能。

例2 采用计数器按上例的控制要求和I/O分配设计十字路口交通信号灯的梯形图程序。

设计的梯形图程序如图2-9所示。

I/O分配：PLC的I/O分配表如表2-5所示。

例题解释：当X0接通的上升沿，R6 ON一个扫描周期，使计数器CT100、CT101、CT102、CT103、CT104、CT105全部复位清零。输出Y2为ON，即A向绿灯亮，亮4s后CT100有输出，常闭触点CT100打开，常开触点闭合，输出Y2闪，即绿灯闪，闪2s后，常开触点C101为ON接通Y1，即A向黄灯亮，亮2s后，CT102有输出，常开触点C102闭合使Y0为ON，即A向红灯亮。

与此同时Y5为ON，即B向绿灯亮，CT103开始计时，经4s常闭触点C103打开，常开触点C103闭合Y5闪，既B向绿灯闪，闪2s后CT104有输出，常闭触点C104打开Y5断电，即绿灯灭，常开触点C104闭合Y4闭合，即B向黄灯亮，亮2s后CT105有输出，常开触点C105闭合Y3为ON，即B向红灯亮。同时接通R5一个扫描周期，再次接通R6一个扫描周期使计数器CT100、CT101、CT102、CT103、CT104、CT105全部清零。即交通信号灯运行一个周期时将全部的计数器清零达到重新开始计时的目的。当X1接通时系统复位。

图2-9 采用计数器的梯形图程序

第三节 PLC的步进功能及应用

SSTP、NSTP、NSTL、CSTP、STPE分别是步进开始，脉冲式转入步进、扫描式转入步进、步进清除、步进结束指令，统称为步进指令，用来完成步进功能。

步进控制是PLC应用中的一个重要控制功能，特别适合于顺序控制。在生产设备和生产过程控制中，一般可以根据工艺流程将程序划分为各个独立的程序段，应用步进指令，实现步进控制。每执行完前一段程序后能激活下一段程序，在执行下一段程序之前，PLC将前面程序所用过的数据清除，输出（OT）关断，定时器（TM）复位，为执行下一段程序作好准备。应用步进指令可实现多种控制，如顺序控制、选择分支控制和并行分支控制。

例1 采用步进指令实现图2-10所示的时序图的顺序控制功能。

图2-10 时序图

例题解释：设计的梯形图如图2-11所示。当X0接通的上升沿激活过程0：输出Y1为ON，定时器TM0接通开始计时经过10s，常开接点T0为ON，清除过程0，激活过程1：输出Y2为ON，接通定时器TM1，经过15s，清除过程1，激活过程2：输出Y3为ON，接通定时器TM2，经过18s，清除过程2，激活过程0，如此循环。当X1为ON时系统停止运行。

图2-11 梯形图

例2 十字路口交通信号灯控制，现采用步进指令实现分支并行控制：东西向绿灯亮20s，闪3s；黄灯亮2s；红灯亮25s；与此同时南北向红灯亮25s；绿灯亮20s，闪3s；黄灯亮2s，如此循环。设计的梯形图程序如图2-12所示。系统的I/O分配与上例相同，假定A向为东西向，B向为南北向。

图2-12 交通灯控制梯形图程序

例题解释：当X0接通的上升沿，同时激活过程0和过程1，实现两个分支并行 。 分支1 过程0开始后，内部通用继电器R0为ON，其常开触点R0闭合，接通输出Y2，即东西向绿灯亮，定时器TM0计时，经过20s激活过程2清除过程0，内部继电器R1闪，使输出Y2闪3s，即东西向绿灯闪3s，然后激活过程3清除过程2，输出Y1为ON，即东西向黄灯亮，经过2s激活过程4清除过程3，Y0为ON，即东西向红灯亮25s，之后清除过

程4，又激活过程0，开始新的循环。

分支2 过程1开始后，输出Y3为ON，即南北向红灯亮，亮25s后，即东西向黄灯灭时又激活过程5，清除过程1，然后R3为ON，其常开触点R3闭合，接通输出Y5，既南北向的绿灯亮，亮20s后清除过程5激活过程6，R4闪，既Y5闪，南北向绿灯闪3s后激活过程7，清除过程6，输出Y4为ON即南北向黄灯亮，亮2s后清除过程7，又激活过程1，开始新的循环。

第四节 PLC的数据处理功能及应用

一、数据处理功能

数据处理功能基本由高级指令完成，每个高级指令代码都是由大写F和序号组成，输入高级指令时无需输入助记符号，输入代码后会自动生成助记符。数据处理包含如下功能组成：

（１）数据传输功能 数据传输由数据传输指令完成。数据传输指令（F0~F17）由单字传送、双字传送、区块传送指令等指令组成。

（２）数据运算及比较功能 数据运算和比较功能基本由数据运算和比较指令来完成。数据运算和比较指令（F20~F68）由16位加减法、32位数据乘除法、16位数据比较等指令组成。

（３）数据转换功能 该功能由数据转换指令（F70~F96）完成。主要完成16bit二进制数与4digit BCD码之间的转换。

（４）数据移位功能 该功能由数据移位指令（F100~F136）完成。主要由16bit数据左、右移指令组成。

（５）位操作功能 该功能由位操作指令（F130~F136）来完成。主要由16bit数据位置位、复位等指令组成。

二、数据处理功能应用举例

例1 采用LRSR（F119）指令设计梯形图程序完成移位功能：当X0接通的上升沿使输出Y0、Y1、Y2„YB按顺序分别接通1秒并循环执行，当X1接通时系统复位停止执行。

例题解释：设计的梯形图如图2-13所示。

图2-13 移位功能程序

系统上电后R9013接通第一个扫描周期使WY0的16位全部复位，当X0接通的上升沿R0接通一个扫描周期，常开接点R0闭合，通过传输指令将十进制数1转送给WY0，使其Y0为“1”即Y0为ON。当R901C来一个脉冲时，WY0的16位进行左移1位（因为

X2常闭接点是闭合的，X1处于OFF状态），使输出Y0、Y1、Y2、„YB分别接通1s，一旦YB为“1”时，R901C的下一个脉冲到来能使WY0发生移位的首位Y0再次为“1”，从而保证了系统的循环运行。一旦X1为ON时系统复位停止运行。

例2 采用F80（BCD）和F81（BIN）指令设计梯形图程序完成数据转换功能：假定内部字继电器WR1原存有十六进制数20H，当X1接通时，将WR1的数据存入DT1，并将其转换为十进制数，再加上十进制数20，最后再转换为二进制数存入DT4，当X2接通时由输出字继电器WY0输出的数据应该是多少？试设计梯形图程序。

例题解释：设计的梯形图如图2-14所示。数据转换过程见表2-6。由WY0输出的十六进制数据应该是40H。

图2-14 数据转换功能梯形图

表2-6 数据转换过程表

例3 采用F90（DECO）指令完成解码功能：假定内部字继电器WR0中存入的十六进制数为3456H，经解码后输出字继电器WY0的内容为多少？试设计梯形图程序。

例题解释：设计的梯形图程序如图2-15所示。

图2-15 解码功能梯形图

当X0接通的上升沿将十六进制数3456H存入内部字继电器WR0中，X1为ON时通过解码功能将WR0中的内容[**************]0从第三位解码，共解码4位，WY0中的内容为[**************]0。

例4 采用FP1的模拟容量的“监测模式”，用FP1作为变频器的控制装置，实现电动机的调速，即改变输送机的速度，系统控制示意图如图2-16所示。

图2-16 调速系统控制示意图

将0~1000的BIN数据装入FP1的数据寄存器，由D/A转换单元可自动输出0~10V电压（设定0~10V作为电压输出范围）。这样系统中省去了A/D转换单元。

设计梯形图如下图所示，利用定时器的经过值将收录到数据寄存器的数据值加以变化。当X0接通时由D/A转变单元输出10V电压，然后电压与时间相对应是每秒减少0.1V。

I/O分配：PLC的I/O分配表如表2-7所示。

表2-7 PLC的I/O分配表

D/A 为数字量转换为模拟量单元，CH0为向变频器电压输出，V0为输出电压调整用的电位器，用FP1—40的前面板电位器V0来设定电压，从而将模拟电压输出到变频器的梯形图程序如图2-17所示。输出电压在容量V0的4.9~10V之间调整，这个电压可设定为输入到变频器的最大电压。按下X0（启动）开关，以10s内达到由容量调整的电压的速度来输出电压。同时在X1（停止）开关处以同样的速度减少电压，使电动机停止，可顺利进行电动机控制。在X3为ON时，不对输出电压加减速，而是将容量设定的电压加以输出，然后边调整容量V0，边观察电动机速度。

图2-17 梯形图程序

例题解释：该例是数据运算处理的一个典型案例，下面进行例题的全面解释。

（１）读取V0容量值 将收录在DT9040中的V0容量值传送到DT0，将DT0乘以2传送到DT1，然后加上常数490装入DT2中。此运算是将V0容量的设定值以DT9040中0~255的常数来收录的，所以得到的最大容量是1000。

（２）设定数据运行模式 常闭触点X3处于闭合状态时执行MC0~MCE0之间的程序，

设定数据运行模式。当X0接通的上升沿，R0得电并自保，将DT2的数据装入DT3。X0接通前（启动前），已将0装入DT14，将上次启动时的电压已删除。

R0接通的上升沿，应用定时器的经过值，进行10s内到达0V→最大设定电压的运算，将运算结果装入DT14。请参看图2-18中的（１）处。

将启动定时器的经过值作为停止定时器的设定值代入，在X0接通使电动机处于加速状态中，按下X1（停止）开关，电压可从加速中的速度开始逐步下降。请参看图2-18中的（３）处。

在R1为ON的上升沿时，利用计时器经过值进行10s内将当前正在输出的电压降至0V的运算，将运算结果装入DT25，请参看电压时间流图的图2-18中的（2）处。

图2-18 输出电压时间流图

在电压上升时将DT14的数据装入DT26，在电压下降时将DT25的数据装入DT26。 （３）启动变频器 当X3为ON时Y0为ON，将变频器启动。

（４）容量设定装入DT26 当X3为ON时，将容量设定值装入DT26。

（５）DT26内容写入D/A单元 常开触点Y0为ON时，将收录在DT26的数据写入D/A转换单元中。

（６）停止操作 停止时将D/A转换单元设定为0V。

例5 应用调用子程序指令，在子程序中实现数据双向左右移位。试编写梯形图程序。 例题解释：编写的梯形图程序如图2-19所示。当X0接通时执行子程序1，因为R9010为常ON继电器，每秒进行左移一次，Y0~YF之间逐位向高位移位，首位Y0为“1”，直到YF为“1”时，常开接点YF为“ON”，置位指令SET使R0为ON，开始执行子程序2，因为R9011为常OFF继电器，每秒进行右移一次，YF~Y0之间逐位向低位移位，首位YF为“0”，直到Y0为“0”时，子程序2执行完毕，开始执行子程序1„„。当X0为OFF时系统停止运行。

图2-19 调用子程序梯形图