1、 PLC原理及应用,第三章小型整体式PLC,第三章 小型整体式PLC,CPM系列小型机系统的特点 CPM系列机的构成 CPM系列机的继电器区和数据区 CPM系列机的指令系统,9微分指令,作用：用于取一个位的上升沿或下降沿。,DIFU（13）为上升沿微分，当其前面的状态由OFF变为ON时，DIFU后的位ON一个扫描周期。,DIFD（14）为下降沿微分，当其前面的状态由ON变为OFF时，DIFD后的位ON一个扫描周期。,编程实例,当00002由OFF变为ON时，01000为ON一个扫描周期的时间；当00002由ON变为OFF时，01001为ON一个扫描周期时间，01001变为OFF后01002为O
2、N一个扫描周期时间。,如果某条指令要求在00002为ON时只执行一次，则可用00002的上升沿微分01000作为该指令的执行条件。如果用00002作为该指令的执行条件，则只要00002为ON，每个扫描周期执行一次，执行的次数取决于00002为ON的时间。,9微分指令,注意事项：,微分指令的数据区为IR、SR、HR、AR、LR。,在程序中微分指令最多可使用48个。,微分指令也是输出，使用IR区时用作输入通道的位不能使用，用作外部输出的位最好也不要使用。,当指令编程在IL(02)和ILC(03)之间，JMP和JME之间或子程序中时，DIFU(13)和DIFD(14)的执行结果会不确定,9微分指令,
3、9微分指令,如果DIFU或DIFD在一个联锁部分中并且IL的执行条件为OFF， 则不记录DIFU或DIFD的执行条件的变化。当IL的执行条件为ON后立即执行联锁部分中的DIFU或DIFD时，在联锁有效之前（即：IL的联锁条件变为OFF之前），DIFU或DIFD的执行条件将与现存的执行条件相比较。它的梯形图和位状态如图所示。当000000是OFF时，联锁有效。注意即使00001已是OFF然后变为ON， 20000将不会在标为A的点上置ON。,执行结果不确定的例子,至此，我们学习了LD指令 、OUT指令 、AND指令 、OR指令、 NOT指令、 AND LD指令、OR LD指令、END指令、联锁指
4、令、暂存指令、跳转指令、置位和复位指令、空操作指令、保持指令、微分指令等基本指令。这其中的OUT，OUT NOT，DIFU(13)， DIFD(14)，SET，RSET，和KEEP(11)指令，由于通常可以用他们来控制单独的位状态，因此这些指令又可统称为位控制令。这些指令可以用不同的方法来控制位的ON和OFF状态。由于他们在程序编制中经常用到，所以我们对位控指令做一下复习。,基本指令小结,输出和输出非-OUT和OUT NOT,OUT和OUT NOT用于根据执行条件控制指定位的状态。,对于执行条件为ON，OUT指令将指定位 置ON，对于执行条件为OFF，OUT指令将指定位 置OFF。在一个TR位
5、中，OUT出现在分支点上，而不是一个指令行的末端。,对于执行条件为OFF，OUT NOT指令将指定位置ON，对于执行条件为ON， OUT NOT指令将指定位置 OFF。,基本指令小结,通过梯形图中指定条件位置ON和OFF，可控制OUT和OUT NOT的执行，而这些位决定其他指令的执行条件。允许一组复杂条件控制单个工作位状态，接着这个工作位用于控制其他指令，这对编程是非常有帮助的。,一个位ON和OFF的时间长短可以通过将OUT或OUT NOT与TIM指令结合来完成控制。,输出和输出非-OUT和OUT NOT,基本指令小结,置位和复位-SET和RSET,当SET的执行条件为ON，SET置操作数位为
6、ON，当其执行条件为OFF时，操作数位的状态不受影响。当RSET的执行条件为ON，RSET置操作数位为OFF，当其执行条件为OFF时，操作数位的状态不受影响。,基本指令小结,注意事项,SET指令的执行和OUT不同，因为当执行条件为OFF时， OUT指令置操作数位为OFF。同样，RSET指令的执行和OUT NOT不同，因为当执行条件为OFF时，OUT NOT指令置操作数位为ON。,当遇到联锁和跳转条件时（即：当IL(02)和JMP(04)在一个OFF执行条件执行下），在IL(02)和ILC(03)或JMP(04)和JME(05)之间的SET和RSET的操作数位的状态不发生变化。,这些指令不影响标
7、志位。,置位和复位-SET和RSET,基本指令小结,举例,置位和复位-SET和RSET,在图A中，无论00000变为ON还是OFF，20000也相应变为ON或OFF。,在图B中，当00001变为ON时，20000也变为ON，并且不管00001是否变为OFF一直保持ON直到IR00002也变为ON为止。,基本指令小结,保持KEEP(11),KEEP(11)用来保持基于两个执行条件指定位的状态。这些执行条件用S和R标出。S是置位输出，R是复位输出。KEEP(11)运算就象一个由S置位和R复位的锁存继电器。,基本指令小结,保持KEEP(11),当S为ON时，其指定位也会置ON，并保持ON直到复位为止
8、，在此期间不管S是否保持ON还是变为OFF。当R置ON时，其指定位也会置OFF，并保持OFF直到置位为止，在此期间不管R是否保持ON还是变为OFF。,基本指令小结,在联锁指令中KEEP使用的位不能复位。,这些指令不影响标志位。,注意事项,保持KEEP(11),基本指令小结,上升沿微分和下降沿微分-DIFU(13)和DIFD(14),当不能用指令微分形式（在前面加入一个），但又希望特殊指令在一个单周期内执行时需要使用这些指令,无论何时执行，DIFU(13)都将其当前执行条件与先前的执行条件相比较。如果先前的执行条件是OFF，且当前的执行条件为ON，则DIFU(13)的指定位将变为ON。如果先前的
9、执行条件是ON并且当前执行条件是ON或OFF，则DIFU (13)将置指定位为OFF或保持OFF状态,DIFD(14)和DIFU(13)相反,基本指令小结,DIFU(13)和DIFD(14)仅在一个周期中使指定位置ON。,注意事项,上升沿微分和下降沿微分,这些指令不影响标志位。,当指令编程在IL(02)和ILC(03)之间，JMP和JME之间或子程序中时，DIFU(13)和DIFD(14)的执行结果会不确定,基本指令小结,当IR00000从OFF变为ON时，IR20014将在一个周期里变为 ON；当IR00000从ON变为OFF时，IR20015将在一个周期里变为ON。,上升沿微分和下降沿微分
10、,举例,基本指令小结,【例3-2】 在龙门刨床上装有横梁机构，刀架装在横梁上。随加工工件的大小不同横梁需要沿立柱上下移动，而在加工过程中，横梁又需要保证夹紧在立柱上不允许松动。横梁夹紧利用电机通过减速机构传动夹紧螺杆，通过杠杆作用使压块将横梁夹紧或放松。横梁完全放松时，压块压下放松限位开关；横梁夹紧时，夹紧电机过流继电器动作，表示横梁已经夹紧。试设计PLC控制程序。,程序设计实例,【例3-2】,程序设计实例,横梁升降电动机安装在龙门项上，通过涡轮传动，使立柱上的丝杠转动，通过螺母使横梁上下移动。横梁的夹紧与放松由夹紧电动机完成。横粱夹紧电动机通过减速机构传动夹紧螺杆，通过杠杆作用使压块将横梁夹
11、紧或放松。-该任务需要两个执行电机，一个为升降电机，一个为夹紧电机，这两个电机均需正反转。,分析：,执行机构与动作过程,程序设计实例,【例3-2】,按下“上升”按钮后，夹紧电机反转，放松横梁，横梁完全放松后，升降电机正转，横梁上升。上升到需要位置后，松开按钮，升降电机停转，夹紧电机正转，待横梁完全夹紧后，夹紧电机停转。按下“下降”按钮时，动作过程与上升时相同，只不过此时横梁下降而已。问题：由于操作人员操作失误或者设备故障，横梁到达立柱顶部或底部仍没有停下来，怎么办？加保护：上升限位和下降限位,分析：,执行机构与动作过程,程序设计实例,【例3-2】,首先分析输入输出点：横梁在静止时，是被机械杠杆
12、机构央紧在龙门刨床的立柱上的，要求横梁运动时必须首先放松横梁。而在横梁运动结束后，自动夹紧在立柱上。所以要有反映横梁放松的参量，可以用行程来表示，采用行程开关来检测和控制。反映夹紧情况的参量，可用夹紧电机的过流信号来表示。这样如果不考虑电机的过载、过热等保护，输入信号已基本确定：上升、下降的控制信号，上、下限位信号，放松、加紧信号输出信号实际上就是用来控制升降和夹紧电机的信号，即：上升、下降、夹紧、放松。,输入输出与内存分配,程序设计实例,【例3-2】,这样，在不考虑电机的过载、过热等保护。该任务中共有6个输入信号，4个输出信号，可用CPM1A CPU主机实现。,输入输出与内存分配,程序设计实
13、例,【例3-2】,输入输出与内存分配,程序设计实例,【例3-2】,其输入输出点分配如下：输入信号：上升按钮SB1 00000下降按钮SB2 00001上升限位S2 00002下降限位S3 00003放松信号S1 00004夹紧信号K3 00005输出信号：上升KM1 01000下降KM2 01001夹紧KM3 01002放松KM4 01003,分析动作过程，编写控制程序： 上升：按下“上升”按钮，未达到上升限位，横梁完全放松， 下降不动作时，上升动作。下降：按下“下降”按钮，未达到下降限位，横梁完全放松，上升不动作时，下降动作。夹紧：当“上升”、“下降”按钮松开后，开始夹紧。夹紧后，夹紧电机过
14、流继电器动作，夹紧动作停止。,程序设计,程序设计实例,【例3-2】,程序设计,程序设计实例,【例3-2】,首先编写夹紧程序：,这个程序，不太合理。因为当横梁到达上升限位或下降限位时，虽横梁移动停止，但未松开“上升”或“下降”按钮时，01002不能为ON即不能夹紧。这样，如果横梁到上限位，就有掉下来的危险。所以，在夹紧程序中，松开按钮的条件换成横梁停止移动的条件更加合理，即把00000、00001换成01000、01001。,程序设计,程序设计实例,【例3-2】,把00000、00001换成01000、01001后的夹紧程序：,夹紧后，夹紧电机过流继电器动作，00005为ON，输出01002为O
15、FF，夹紧停止。然而，一旦夹紧停止，过流继电器失电，00005为OFF，输出01002为ON，夹紧又开始。可见，采用该程序，夹紧动作不能正常停止，存在抖动现象。另外，在夹紧电机启动时，由于夹紧电机有短暂过流，00005也动作，也存在抖动现象。,程序设计,程序设计实例,【例3-2】,夹紧程序的改进：,由于夹紧开始于移动结束，此时横梁肯定是完全放松的，利用放松开关这一条件，即将00004常开与00005常闭进行逻辑“或”，可消除夹紧电机启动时的抖动现象。,为消除夹紧停止时的抖动现象，将00005常闭与01002常开进行逻辑“与”后再与00004常开进行逻辑“或”。于是，在夹紧电机启动开始夹紧时，放
16、松开关00004起作用，能保证在启动过流时保持01002为ON。启动很短时间后，放松开关00004断开。随着夹紧的继续，只要00005一动作，01002就变成OFF，夹紧停止。,程序设计,程序设计实例,【例3-2】,放松：,按下“上升”或“下降”按钮，开始放松。放松开关00004动作后横梁就已完全放松，放松动作停止。若“上升”或“下降”按钮按动时间较短，则可能出现横梁已放松但未达到完全放松状态，00004未动作；夹紧不动作，横梁出现松动而不能夹紧。为克服这一缺陷，可以使放松动作一旦开始就保持01003为ON，直到横梁完全放松后停止，即在放松程序中加自保。,程序设计,程序设计实例,【例3-2】,
17、据此，设计出的横梁机构程序,0 LD 000001 AND NOT 000022 AND 000043 AND NOT 010014 OUT 010005 LD 000016 AND NOT 000037 AND 000048 AND NOT 010009 OUT 0100110 LD 0100211 AND NOT 0000512 OR 0000413 AND NOT 0100014 AND NOT 0100115 AND NOT 0100316 OUT 0100217 LD 0000018 OR 0000119 OR 0100320 AND NOT 0000421 AND NOT 0100
18、222 OUT 0100323 END,程序设计,程序设计实例,【例3-2】,程序设计实例,货叉在原位且货叉上无货箱时，货叉应处在低位；货叉在原位且货叉上有货箱时，货叉应处在高位。,【例3-3】 某系统中，要实现货叉取放箱动作。要求如下：,货叉在低位原位时，按下“左取箱”按钮，货叉左伸到左位，上升到高位；右伸回到原位。,货叉在高位原位时，按下“右放箱”按钮，货叉右伸到右位，下降到低位，左伸回到原位。,货叉动作过程中，断电后能够自动恢复。,程序设计实例,【例3-2】,分析：,根据要求确定输入输出 输入：在该任务中，假定不考虑电机过载、过热等保护。应有“左取箱”、“右放箱”按钮、五个限位开关，还应
19、有货箱检测信号。可用光电开关检测货叉上有无货箱，有箱时光电开光为ON，无箱时为OFF。 输出：在该任务中有两个执行电机，一个用于货叉伸缩，一个用于货叉升降。这两个电机均需要正、反转。因此，在该任务中应有4个输出信号。,输入输出信号与内存分配,程序设计实例,【例3-2】,分析：,该任务中输入信号共有八个，输出信号共有四个。因此，用CPM1A型CPU主机即可实现,输入信号：左取箱按钮 00000右放箱按钮 00001原位 00002左位 00003右位 00004高位 00005低位 00006货叉有箱 00007,输出信号：左伸 01000右伸 01001上升 01002下降 01003,程序设
20、计实例,【例3-2】,程序设计,由于要求断电后能够自动恢复，所以，凡断电后丢失，而上电后又不能恢复的状态，应该用KEEP指令加HR位予以保持。,从图3-46可以看出，无论是“左取箱”还是“右放箱”，货叉都需要左右伸缩，伸缩的规律取决于按下的是“左取箱”按钮还是“右放箱”按钮。,程序设计实例,【例3-2】,程序设计,“左取箱”状态保持：在货叉低位、原位、货叉上无箱时，按下“左取箱”按钮，“左取箱”状态保持，否则按下按钮无效。当“左取箱”动作完成，货叉回到原位时，“左取箱”状态清除，为下一次操作做好准备。另外，“左取箱”状态还应与“右放箱”状态互锁。因“左取箱”状态需具有断电记忆功能，所以用KEE
21、P HR0000记录该状态。显然，使“左取箱”状态保持的条件应作为KEEP HR0000的置位端，使“左取箱”状态清除的条件应作为KEEP HR0000复位端。,程序设计实例,【例3-2】,程序设计,图3-47中，HR0001是“右放箱”状态，用于对“左取箱”状态互锁。由于货叉回到原位时动作结束，所以可利用原位开关00002来清除“左取箱”状态。但是这样存在一个问题。,程序设计实例,【例3-2】,程序设计,在“左取箱”动作开始前，货叉也在原位，按下“左取箱”按钮时，KEEP指令的置位端和复位端同时为ON，KEEP指令复位，按下“左取箱”按钮无效。,因此，在清除时，既应利用原位这一条件，又应使这
22、一条件所产生的状态与动作前的原位状态有所不同。利用原位的上升沿来清除则可以解决这一问题。,程序设计实例,【例3-2】,程序设计,“右放箱”状态保持：当货叉在原位、高位、货叉上有箱时，按下“右放箱”按钮，“右放箱”状态保持，否则按下按钮无效。当“右放箱”动作完成，货叉回到原位时，利用原位的上升沿清除“右放箱”状态。另外，“右放箱”状态还应与“左取箱”状态互锁。,程序设计实例,【例3-2】,程序设计,左伸：在“左取箱”或“右放箱”时，只要货叉处在低位即开始左伸。从图3-46可以看出，“左取箱”时应左伸到左位；“右放箱”时应左伸到原位。由于“右放箱”时左伸到原位“右放箱”状态即已清除，因此，左伸的关
23、断条件可只用左位，而不需要用原位。另外，左伸和右伸应互锁，在关断条件中加入右伸互锁。由于00006低位开关在左伸过程中不会断开，而取放箱状态已具备断电恢复能力，所以可以用内部继电器实现左伸。,程序设计实例,【例3-2】,程序设计,右伸：工作原理同左伸。开始条件为高位，关断条件为右位，加左伸互锁。,上升：“左取箱”在左位时，以及原位货叉上有箱且不在高位时开始上升，上升到高位停止。上升的条件均具备断电恢复能力，可用内部继电器实现。,下降：“右放箱”在右位时，以及原位货叉上无箱且不在低位时开始下降，下降到低位停止。下降的条件也具备断电恢复能力，可用内部继电器实现。,程序设计实例,【例3-2】,程序设
24、计,货叉取放箱程序如图所示。,3.4.2 定时器计数器指令,CPM1A提供两种定时器和两种计数器，它们都在TC区内，统一编号。 定时器计数器的编号称为TC号，一个TC号只能用于一个定时器或计数器，不能重复使用。 TC号的范围为000127（CPM2A的TC号范围为000255）。 定时器和计数器都有设定值（SV）和当前值（PV），SV可以使用不同的数据区，其数值为BCD数，由用户程序设定；PV值取决于定时器计数器的工作状态和SV值，由PLC自动处理，但也可由用户程序强制改变其内容。,概述,3.4.2 定时器计数器指令,概述,定时器为通电延时，即当定时器前面的状态为ON时开始延时，经过相应的逻辑
25、操作，可以获得类似于继电器控制线路中时间继电器的通电延时ON、通电延时OFF、断电延时ON、断电延时OFF的触点。,普通计数器为减计数，可逆计数器为双向计数。高速计数有加计数和可逆计数两种方式,1定时器TIM,工作 ：,定时器TIM为通电延时，基本延时单位为0.1秒，延时时间为SV0.1秒。,当TIM前的状态为ON的时间小于SV所设定的时间时，定时器输出不动作，即不能变为ON。 当扫描时间TS100ms时，TIM的定时将不准确。 定时器TIM的SV可以是立即数，也可以是通道。是立即数时，这个立即数必须是BCD数；是通道时，通道中的内容必须是BCD数。当用通道内容作为SV时，改变通道中的内容即可
26、改变延时时间。由于定时器的PV值是在TIM前的状态为OFF时由SV值装入的，所以改变后的SV只有当经过TIM前的状态为OFF后才有效。,1定时器TIM,注意：,数据区与标志位,1定时器TIM,数据区为IR、SR、HR、AR、LR、DM、*DM、#。TIM指令的数据区是SV的数据区，用IR、HR时只能以通道为单位使用，通道内容必须是BCD数。#表示立即数，立即数也必须是BCD数。出错标志位25503：当SV不是BCD数时，该位为ON，TIM指令不执行。,1定时器TIM,虽然定时器的输出为通电延时ON，但经过相应的逻辑操作后，可以产生出类似于继电器线路中时间继电器的通电延时ON、通电延时OFF、断
27、电延时ON、断电延时OFF触点。,2.高速定时器TIMH（15）,工作,高速定时器TIMH（15）为通电延时，基本延时单位为10ms，延时时间为SV0.01秒。TIM（15）中的15为指令功能号，利用编程器输入程序时按FUN键后再按15可输入TIMH指令。,当扫描时间Ts10ms时，高速定时器可能会不准确。,注意：,当TIMH前的状态为ON的时间小于SV所设定的时间时，定时器输出不动作，即不能变为ON。,2.高速定时器TIMH（15）,定时器TIMH的SV可以是立即数，也可以是通道。是立即数时，这个立即数必须是BCD数；是通道时，通道中的内容必须是BCD数。当用通道内容作为SV时，改变通道中的
28、内容即可改变延时时间。由于定时器的PV值是在TIMH前的状态为OFF时由SV值装入的，所以改变后的SV只有当经过TIM前的状态为OFF后才有效。,2.高速定时器TIMH（15）,数据区与标志位,数据区为IR、SR、HR、AR、LR、DM、*DM、#。TIMH的数据区为SV的数据区，其内容必须为BCD数。出错标志位25503：当SV不是BCD数时，该位为ON，TIMH指令不执行。,语句表LD 00002TIMH 000 #0015LD TIM000AND 00003OUT HR0001,2.高速定时器TIMH（15）,程序举例,3计数器CNT,工作,计数器CNT为减1计数。对于图3-55计数器，
29、当复位端00003为ON时，计数器CNT002复位为OFF，其当前值PVSV。当复位端00003为OFF时，计数端00002每来一个脉冲，在脉冲上升沿计数器的PV减1。当PV0时，计数器CNT002输出为ON，此时计数端再来脉冲无效。断电时，计数器的PV保持不变。,3计数器CNT,工作,当用通道内容作为SV时，改变通道内容即可改变计数个数。由于计数器的PV是在复位计数器时由SV装入的，所以改变后的SV只有经过计数器复位后才能有效。,数据区与标志位,3计数器CNT,数据区为IR、SR、HR、AR、LR、DM、*DM、#。,出错标志位25503：当SV不是BCD数时，该位为ON，此时CNT指令不执
30、行。,4可逆计数器CNTR（12）,工作,可逆计数器CNTR为环形计数器，其功能号为12，利用编程器输入时按FUN键后再输入12即可。,可逆计数器编程时，先编加计数端，再编减计数端，再编复位端，然后输入CNTR指令及其TC号和SV。,当复位端00004为ON时，CNTR003被复位，其输出为OFF，PV=0，加、减计数端脉冲无效。当可逆计数器复位端00004为OFF时，加计数端00002每来一个脉冲，在脉冲的上升沿CNTR003的PV值加1，当PV=SV时，加计数端再来一个脉冲，则PV0的同时CNTR003输出为ON，若此时加计数端再来一个脉冲，则PV=1且CNTR003输出为OFF；减计数端
31、00003每来一个脉冲，在脉冲的上升沿CNTR003的PV值减1，当PV=0时，减计数端再来一个脉冲，PVSV的同时CNTR003输出为ON，减计数端再来一个脉冲，PV=SV一1且CNTR003输出为OFF；当加计数端00002和减计数端00003同时来脉冲时，CNTR003的PV值不变。简言之，当PV值有进位或借位时，可逆计数器CNTR的输出为ON。,4可逆计数器CNTR（12）,工作,语 句 表 LD 00002 LD 00003 LD 00004 CNTR 003 #0010 LD CNT003 OUT 01000,数据区与标志位,4可逆计数器CNTR（12）,数据区为IR、SR、HR、
32、AR、LR、DM、*DM、#。,CNTR的数据区为其SV的数据区，其内容必须为BCD数。,出错标志位25503：当SV不是BCD数时，该位为ON，CNTR指令不执行。,注意,定时器计数器均使用TC区，所有定时器计数器的TC号不能重复。每一个TC号，既可用于定时器TIM或高速定时器TIMH，又可用于计数器CNT或可逆计数器CNTR。但是，同一个TC号只能使用一次，作为触点使用时可无限制地多次使用。为避免TC号重复使用，建议定时器的TC号从000开始使用，计数器的TC号从127开始使用。,在用CNTR的输出作为触点时，仍以CNT表示，它在程序中可多次使用。可逆计数器在断电后，其PV保持不变。,用通道内容作为SV时，改变通道内容即可改变SV，改变后的SV立即有效。,4可逆计数器CNTR（12）,
