PLC 原理与应用

1. PLC原理与应用 电气学院 自动化 杨霞 2007年2月

2. PLC原理与应用 第7讲 • 讲解内容： • 4 可编程序控制器的指令系统 • 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令 • 4.4 PLC的特殊输出类语句指令 • 学习说明 ： • 本讲是学习PLC的指令系统。重点掌握： • 1 PLC的基本逻辑关系语句指令（ 7个：符号、梯形图中绘法、工作原理） • 2 PLC的特殊输出类语句指令（ 6个：符号、梯形图中绘法、工作原理 、时序图）

3. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 4.3.1 设立输入逻辑变量——安置触点开关指令 • 指令格式： • LOAD b1 ⑴ • LOAD NOT b1 ⑵ • b1操作数（一个继电器，一位存储单元），可代表的一位存储器(继电器)类型有P（输入输出）、M（内部辅助）、K（内部辅助）、T（定时器）、C（计数器）、F（特殊）、S（步进控制）。 图4-3-1 是指令LOAD对应的梯形图。

4. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 4.3.2 与逻辑关系一一串联触点开关指令 • 指令格式： • AND b1 ⑶ • AND NOT b1 ⑷ • 指令功能在线路上串联一个触点开关。 图4-3-2 指令AND和对应的梯形图

5. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 4.3.3 或逻辑关系——并联触点开关指令 • 指令格式： • OR b1 ⑸ • OR NOT b1 ⑹ • 指令功能是在线路上并联一个触点开关。 图4-3-3是指令AND b1和AND NOT b1对应的梯形图。

6. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 4.3.4 即时输出——安置继电器线圈指令 • 指令格式： • OUT b2 ⑺ • b2操作数：可代表的一位存储器(继电器)类型：P（输入输出）、M（内部辅助）、K（内部辅助）、S（步进控制）。 • 语句功能：将本指令前的逻辑操作结果（在语句中不出现）即时地输出到操作数b2中。也就是写入以b2为地址的一位存储单元中。OUT指令表示一个逻辑段的结束。 • 注意：一个逻辑操作结果输入后面可连续使用多条OUT指令，这表示同一逻辑运算结果可以同时从几个输出口输出，即可以同时存入多个一位存储单元。见下例！

7. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 4.3.5 非逻辑关系指令 • 指令格式： • NOT ⑻ • 该指令表示对一位二进制数的取反操作（非运算），指令本身无操作数，但有操作对象，即本指令前的逻辑运算结果是本指令的操作对象，它不出现在程序中。NOT指令对本指令前的逻辑运算结果取反，它不存储。

8. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） 程序举例

9. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 4.3.6 逻辑块与关系一一触点组串联指令 • 指令格式： • AND LOAD ⑼ • 该指令无操作数。指令的功能就是将两个相邻的逻辑块建立起“与”逻辑关系，并以各逻辑块本身的运算结果作为逻辑输入，进行“与”逻辑运算。在梯形图上，该指令是将两个触点组串联接在一起。

10. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 【例4-3-1】AND LOAD块1的结果和块2的结果与运算，OUT P0031运算结果输出到P0031。

11. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 分析:AND LOAD指令的执行情况。在一个逻辑段中，从第二个LOAD指令起，每遇到一个LOAD指令，就将前面的逻辑运算结果压入堆栈，当遇到AND LOAD指令时栈顶内容自动弹出，弹出的内容是前一个逻辑块的运算结果，它与当前逻辑块运算结果进行“与”运算。因此在一个逻辑段中，从第二个LOAD指令开始，LOAD指令和AND LOAD指令必须一对一配合使用。 • 注意:MASTER—K30机的堆栈为8级，一个LOAD指令，后面跟一个AND LOAD指令,一进一出，为一级；再进再出，还是同一级。一个LOAD指令，后面不出现AND LOAD指令，而出现LOAD指令，这是连续使用LOAD指令，连续入栈。连续使用n次，即为进入n级堆栈。前面连续使用LOAD指令n次，后面也必须连续使用AND LOAD指令相同的次数，而且不允许超过8次，超过8次运算无效。连续使用时,堆栈用的是后进先出的原则。

12. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 【例4-3-2】

13. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • 4.3.7 逻辑块或关系一一触点组并联指令 • 指令格式： • OR LOAD ⑽ 本指令也无操作数。 • OR LOAD指令：是将两个相邻的逻辑块建立起“或”逻辑关系，并以各逻辑块本身的逻辑运算结果作为逻辑输入进行“或”运算。在梯形图上，该指令是把两个触点组并联接在一起。 • 【例4-3-3】

14. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） 【例4-3-4】此程序的梯形图和上例的梯形图完全一样，但是此程序连续使用OR LOAD指令的次数是受限制的，不准超过8次。

15. 4.3 PLC的基本逻辑关系语句指令（7个） • LOAD指令的作用有四条（均指在一个逻辑段上）： • 第一次出现： • ① 在一个逻辑段中第一次出现的LOAD指令的第一个作用是建立第一个输入变量； • ② 第二个作用是表示这个逻辑段的开始。 • 第二次或以后出现： • ③ 在一个逻辑段中第二次或以后出现的LOAD指令的第一个作用是将前面的逻辑运算结果压入堆栈； • ④ 第二个作用是建立本逻辑块的第一个输入变量。

16. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 本节研究的是与OUT指令规则不同的输出指令。 • 把这些指令称为输出指令，是因为这些指令执行的结果是产生一个开关量信号。 • 在MASTER-K系列PLC的梯形图中,这类指令采用的是功能指令符。

17. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 4.4.1 置位输出和复位输出指令（作用、用法、图形符号、时序图） • 指令格式： • SET b3 ⑾ • RST b3 ⑿ • b3为操作数：是一位存储单元，可代表的存储器（继电器）类型有P、M、K。

18. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • SET b3的作用是：当本指令前的逻辑运算结果为1时，也就是本指令的输入条件满足时，将b3置位，向地址为b3的内存单元写入1值。与OUT指令不同的是，该指令自锁（断电保持），即当输入条件由1又变为0时，b3仍保持为1。 • RST b3的作用是：当本指令前的逻辑运算结果为1时，也就是本指令的输入条件满足时，将b3复位，向地址为b3的内存单元写入0值。与OUT指令不同的是：输入为1，输出为0，并且“0”自锁（断电保持），即当输入条件由1又变为0时，b3仍保持为0。 • 注意：SET b3只能使b3变为1，只有再用RST b3才能使b3变为0。这两条指令也分别表示了各自的逻辑段的结束。这样的指令不是把本指令前的逻辑运算结果直接输出，而是作为指令是否执行的条件。

19. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 【例4-3-5】置位输出和复位输出指令

20. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 4.4.2 延时输入指令——定时器（5种：作用、用法、图形符号、时序图） • 指令格式： • TON T nl ⒀ TON导通延时 • TOFF T nl ⒁ TOFF关断延时 • TMR T nl ⒂ TMR导通累积延时 • TMON T nl ⒃ TMON触发式导通，定时关断 • TRTG T nl ⒄ TRTG脉冲触发导通、定时关断 • 这里T和nl都是操作数：T表示定时器号，nl是常整数或数据寄存器D。当nl是整数时，最大为FFFFH（65535），表示定时器的设定值：当nl为D寄存器时，D中存储的数据是定时器的设定值。设定值的时间单位为10ms（0.01s）或100ms（0.1s）。

21. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 注意：K30系列中，定时器T000~T127，共128个，其中T000~T095，定时单位为0.1s, T096~T127，定时单位为0.01s。T072~T095和T120~T127为断电保持。 • 1．TON定时器 • TON定时器为导通延时定时器。当输入条件满足时(0→1)，定时器启动，TON指令开始执行，定时器T的当前值存储器内的数据从0开始增加，每隔一个时间单位增加一个数，当达到设定值时，定时器T的输出状态存储器由0变为1(ON)。TON定时器是导通延时，关断同时定时器。

22. TON定时器 • 【例4-3-6】输入开关P0001 ON 20s后定时器的当前值等于设定值，并使输出继电器P0020 ON。若输入开关P0002 ON，定时器复位。（10ms的即2000*0.01=20s）

23. TON定时器 • 【例4-3-7】（100ms的即30*0.1=3s和60*0.1=6s）（测试）

24. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 2．TOFF定时器 • 关断延时定时器：当输入条件满足时（0→1），定时器T启动，输出状态存储器立即由0变为1(ON)，同时定时器T的当前值存储器的值变为设定值。当输入条件由1变为0时（下降沿），定时器的当前值开始减少，直到0。此时定时器T的输出状态由1变为0（OFF）。RST指令使定时器输出状态OFF，当前值变为设定值。TOFF定时器是导通同时，关断延时定时器。 • 【例4-3-8】输入开关P0001 ON，输出继电器P0032立即ON，输入开关OFF后，延时1Os，输入继电器P032才OFF。

25. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 3．TMR定时器 • 导通累积延时定时器：当定时器T复位以后,定时器T的当前值存储器内的值为零，输出状态存储器内存的值是0。若输入条件满足（0→1），定时器T启动，当前值从0开始增加，每隔一个时间单位增加一个数；若输入保持为1，当前值继续增加；若输入变为0，当前值不再增加，而是保持不变；若输入再变为1，定时器的当前值又开始继续增加，直到输入为1的累积时间等于定时器设定的时间值，定时器T的输出状态由0变为1(ON)。RST指令使定时器复位,输出状态变为0，当前值存储器内存的值变为0。

26. TMR定时器 • 【例4-3-9】输入开关P000 ON 20s，OFF 10s，再ON 20s。TMR定时器T000的设定时间值为30s，输出继电器P020在设定时间到后ON。输入开关P001使定时器T000复位。

27. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 4．TMON定时器 • 单稳态定时器：又称为触发式导通，定时关断定时器。当输入条件满足时（0→1），定时器启动，定时器的输出状态由0变为1，定时器的当前值存储器的内容也由0变为定时器的设定值，定时器一旦启动，其输入条件的任何变化（1→0，再来第二个脉冲）对定时器状态和工作没有任何影响。 • RST指令使定时器复位，即定时器的输出状态变为0（OFF），当前值存储器内存的值变成设定值。

28. TMON定时器 • 【例4-3-10】输入开关P000是一个按钮，可以产生脉冲信号，在按下第一个按钮后输出开关P020闭合(ON) 20s。

29. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 5．TRTG定时器 • 单稳态定时器：也是脉冲触发导通、定时关断的定时器。它和TMON的不同之处在于TRTG定时器可以多次触发导通，而TMON定时器只能首次一次性触发导通。如果启动的输入脉冲在定时器当前值减少到0以前不再出现，这次启动就是最后一次。 • RST指令使定时器复位：即定时器的输出状态为0（OFF），现在值存储器内容变为设定值。

30. TRTG定时器 • 【例4-3-11】10ms的即5000*0.01=50s

31. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 4.4.3 计数输出指令——计数器（4种：作用、用法、图形符号、时序图） • 指令格式： • CTU C nl （18） 加法 • CTD C nl （19） 减法 • CTUD C nl （20） 加减可逆 • CTR C nl （21） 循环 • C和nl都是操作数：C表示计数器号。MASTER-K30系列有128个计数器。C000~C127；nl是常整数或数据寄存器D。当nl是常整数时，最大为FFFFH（65535）,表示计数器的设定值；当nl为D数据寄存器时，D中存储的数据是计数器的设定值。表示一个逻辑段的结束。 • 计数器有三个存储器，其中两个是16位字存储器，存储计数的设定值和当前值，一个是1位存储器，存储计数器的输出状态。

32. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 1．CTU加法计数器。 • 当CTU的R<S>端为0时，U端每输入一个脉冲，计数器的当前值存储器内的值加1，从0开始一直加到与设定值一样。计数器的输出状态存储器的值由0变为1(ON)。如果此后仍有脉冲在U端输入，则计数器的当前值继续上升，直到最大值，但不再影响计数器的输出状态。只有R<S>端的复位输入信号由0变为1(ON)时，计数器才复位，输出状态变为0（OFF），当前值存储器内的值变为0。

33. CTU加法计数器 • 【例4-3-12】P001接点为计数输入端，P002为复位输入端，P024为输出端。当输入10个脉冲后，P024 ON。梯形图和语句程序如下：

34. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 2．CTD减法计数器。 • 当R<S>端的输入信号是0时，在D端每输入一个计数脉冲，计数器的当前值存储器减1，从设定值开始一直减下去。直到减到零。这时，计数器的输出状态存储器由0变为1。当R<S>端的复位信号变为1（ON）时，计数器复位，输出状态变为0（OFF），当前值存储器内的值变为设定值。

35. CTD减法计数器 • 【例4-3-13】P000接点为脉冲输入端，P001为复位端，有10个脉冲输入时，输出开关P024 ON。梯形图和语句程序如下：

36. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 3．CTUD加减可逆计数器。 • 当R<S>端输入信号为0时，在U端每输入一个计数脉冲，计数器当前存储器加1；在D端每输入一个计数脉冲，计数器当前值存储器减1。当前值存储器内的值等于设定值时，计数器的输出状态由0变为1(ON)。当前值等于设定值后，若还有加法计数脉冲在U端出现，计数器的当前值存储器内的值继续增加，直到最大值，但输出状态为1(ON)保持不变。若当前值大于设定值，小于或等于最大值时，D端有减法计数脉冲出现，计数器的当前值存储器内的值则下降。当下降到设定值后，计数器的输出状态由1变为0（OFF）。当前值继续下降到零时，计数器的输出状态仍然保持0（OFF）。CTUD计数器现在值超过设定值输出状态为1（ON），现在值小于设定值时输出为0（OFF）。复位端R<S>的输入信号为1时，计数器复位，当前值变为0，输出状态变为0（OFF）。

37. CTUD加减可逆计数器。 • 【例4-3-14】P000接点输入加脉冲，P001接点输入减脉冲，P002接复位端，计数器设定值为10，达到设定值时，输出开关P032 ON。梯形图和语句程序如下：

38. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 4．CTR循环计数器 。 • 当R<S>端的输入信号是0时，在U端每输入一个计数脉冲，计数器的当前值存储器内的值加1，直到当前值等于设定值，计数器的输出状态由0变为1（ON）。当前值等于设定值后，U端再有一个计数脉冲输入，计数器的当前值变为0，输出状态由1变为0（OFF），然后计数器从零开始重新上升计数。 • R<S>端的复位信号由0变为1时，计数器复位，当前值变为0，计数器的输出状态由1变为0（OFF）。

39. CTR循环计数器 • 【例4-4-10】使用CTR计数器指令的例子。P001接计数输入端，P002接复位器。输入6个脉冲后，输出开关P014 ON，输入7个脉冲后P014 OFF。

40. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 4.4.4 单脉冲输出指令 • 指令格式： • D b4 （22） • D NOT b4 （23） • 指令中b4为操作数，系一位存储单元，可代表的存储器（继电器）类型是M、K。 • 这两条指令的功能是当输入条件满足时，b4输出一个单脉冲。它们都接右母线，表示一个逻辑段的结束。 • D b4指令为上升沿产生单脉冲指令。当输入条件由0变为1时，即上升沿，b4内的值由0变为1，并保持一个扫描周期（1SCAN），然后再变为0，即b4是一个脉宽为1SCAN的单脉冲。 • D NOT b4指令为下降沿产生单脉冲指令。当输入条件由1变为0时，即下降沿，b4内的值由0变为1，并保持一个扫描周期（1SCAN）然后再变为0。b4也是一个脉宽为1SCAN的单脉冲。

41. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 【例4-3-15】梯形图和语句程序如下：

42. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 4.4.5脉冲列输出指令 • 指令格式： • DUTY F1 n1 n2 （24） • 指令中F1、n1、n2是操作数，F1代表特殊继电器F100~F107，是用户时钟脉冲输出单元。n1、n2为整数，代表PLC的扫描周期数。 • DUTY指令的功能：是产生一个脉冲列。当该指令的输入条件满足时(0→1)，F1则发出一个脉冲列，它的周期为(n1+n2)SCAN，占空比为n1/(n1+n2)。脉冲列产生后，输入条件的变化不会使脉冲列停止。 • 在DUTY指令中，若取n1=0，则F1恒为零(OFF)，若取n2=0，n1>0，则F1恒为1（ON）。

43. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 【例4-3-16】使F101产生ON 5SCAN，OFF 7SCAN的脉冲列，P001使脉冲列开始，P002使脉冲列停止，脉冲列由P020输出。梯形图和语句程序如下：

44. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 4.4.6 步进控制继电器输出指令 • 指令格式： • SET S××.△△ (25) • OUT S××.△△ (26) • 指令中S××.△△是操作数，它是步进控制一位存储器或步进控制继电器的标号。圆点“.”前面的××是组号，后面的△△是步号。MASTER-K30系列有32组步控制存储器，每组有99步即每组为99个步进控制继电器。也都接右母线，表示一个逻辑段的结束。 • SET S××.△△指令使同一组的S继电器顺序为1（导通）：前一个s已经为1；当前s满足条件即0→1。 • SET S××.△△指令使同一组的S继电器可以自动互锁：当前为1，则前一个为0，且本组只有一个s为1。 • SET S××.△△指令使同一组的S继电器可以自锁：当前1维持，只有后一个变为1当前的才0。 • 只有SET S××.00指令执行后，才能使这一组S继电器全部都OFF。

45. 4.4 PLC的特殊输出类指令（6个） • 采用SET S××. △△指令，S继电器的特点是：自动自锁、互锁、顺序导通；在PLC运行过程中，一组始终只有一个S继电器为1。S××.00开机便为1；SET S××.00指令的输入条件为0以后，执行SET S××.01指令，使S××.00变为0。 • OUT S××. △△指令，使S继电器自动自锁、互锁，但不保证顺序导通。同样，在PLC运行过程中，一组始终只有一个S继电器为1。 • 由OUT S××. △△指令控制的同一组的S继电器，若只有一个指令的输入条件满足，则对应的S继电器为1，其他都为0。若有若干个指令的输入条件都同时满足时（都由0→1），也只有一个步号的S继电器为1（ON），而且是在程序后面出现的S继电器为1（ON），称为“后入先出”。该指令也可以用于顺序逻辑控制，但需要把前一步的S继电器的触点作为后一步OUT S××. △△指令输入的一个约束条件。

46. 【例4-3-17】SET S××. △△指令梯形图和语句程序如下：

47. 【例4-3-17】SET S××. △△指令梯形图和语句程序如下：

48. 【例4-3-18】OUT S××. △△指令梯形图和语句程序

49. 【例4-3-18】OUT S××. △△指令梯形图和语句程序