PLC教程理论篇之PLC 编程语言二

PLC教程理论篇之PLC编程语言二
一、指令系统
一个PLC所拥有指令的全体称为该PLC的指令系统。

指令系统代表着PLC的性能或功能。

一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，不仅指令类型多，而且功能强，所能干的事也就多。

PLC指令系统是基于硬件的，加上所用的语言又未强制标准化，所以，各厂家PLC的指令系统都不相同。

即使是同一厂家，型号不同的PLC，其指令系统也不完全相同。

PLC的指令系统是在对其编程之前必须弄清楚的。

不熟悉指令系统，等于不懂语法用不好语言一样，PLC的程序是设计不好的。

从广义上讲，厂家提供的系统函数块与功能块，也应算为指令系统的一个部分。

如西门子PLC的功能块FB41、４２、４３用于实现PID算法，实质上它就是别的PLC的PID指令。

当今各家高性能的PLC多都有此类函数块。

这样函数块的功能当然比一般指令要更强些。

为了加深对PLC指令的了解，本讲先对PLC指令作分类分析，随后将对一些较常用的指令逐步进行介绍。

1．按指令的操作数分：
如考虑操作数的数量，则有：
（1）无操作数指令，如END（程序结束）指令、NOP（空指令，不作任何操作），仅操作码，无操作数。

这类指令不多。

（2）单操作数指令，如LD（装载）指令，除了操作码（LD），还要有操作数（位地址）。

（3）多操作数指令，如MOV（传送）指令，除了操作码（MOV），还要有被传送字源地址及目标地址。

执行它后，则把字源地址的内容，传送到目标地址中去。

多操作数，有的操作数可多达三个。

如ADD（加）指令，在操作码ADD之后有三个地址。

第一操作数为被加数；第二操作数为加数；第三个操作数为和。

指令在内存中占用的字节、字与指令长度有关。

单字及双字长的占一个字。

多字的占用不只一个字。

有的PLC指令在内存中占用的地址以“步”（STEP）计。

三菱PLC一个步占用4个字节。

OMRON CJ1机的“步”与以前的字基本上相同，OMRON 提供有方法可供换算。

这里的操作数多少，与在指令执行中，参与操作的实际数的数量，并不是一回事。

操作数可能只有两个，但实际参与操作的数可能是几十、几百，以至于几千个。

真正参与操作的数到底多少，是由指令的功能及特点决定的。

如考虑操作数本身的特点，则有：
（1）位（bit）操作数，它相当于输入、输出点，或内部继电器。

（2）数位（digit）操作数含4个bit。

作数位处理时，要用到它。

OMRON PLC多有此处理。

三菱PLC的数位操作，可用K1M0，即把M0到M3作为一个数位。

如K2M0，则两个数位。

当然，开始地址可以是任意的，不一定是M0，所以用起来较灵活。

（3）字节（byte）操作数，含有8个bit。

作字节处理时，要用到它。

西门子PLC用此作内部器件标号单位，其标志为B（用其作后缀）。

（4）字（word）操作数，它含两个字节，16个位。

如果表示10进制数，可表示4位（digit）数，即常用的BCD码。

多数PLC都有这种操作数，特别是使用数据运算、处理时，更是这样。

西门子PLC用字时，其标志为W（用其作后缀）。

（5）双字（Double word）操作数，它含两个字（通道），可表示8位BCD码，或8位16进制数。

三菱及西门子PLC用双字时，其标志为D（三菱用其作前缀，西门子用其作后缀），而OMRON为L（用其作后缀）。

（6）多字操作数，有多个数据参与操作。

2．按地址的表达及作用范围分：
如考虑操作数地址的表达方法，则有：绝对地址、符号地址。

（1）绝对地址，它使用PLC厂家定义的地址。

如D0600，即DM区第0600字。

（2）符号地址，用程序设计软件符号编辑器编辑的，与PLC厂家定义的地址对应的符号（用有意义的文字符号表达）地址。

使用符号地址是不仅可增加PLC程序的可读性，而且，还可使所程序设计序便于修改，便于重用。

是PLC程序设计技术的发展方向。

作为符号变量操作数地址，如考虑其作用范围，则有：局部变量、全局变量。

（1）全局变量，它在PLC中定义。

用于PLC有关的所有程序。

（2）局部变量，它在程序中定义。

用于有关程序，只在本程序有效。

3．按操作数寻址方式分：
如考虑操作数寻址方式的特点，则有：
（1）即时数，即常数。

可为BCD码，也可为16进制数或字符。

等等。

（2）（2）直接寻址，即对这个地址的内容进行操作。

（3）（3）间接寻址，这时，以这个地址的内容作为地址，再用这个地址的地址的内容进行操作。

间接寻址的方法较多。

可以用索引寄存器，也可用累加器（西门子PLC），也可用类似于C 语言的指针。

当PLC用于数据处理时，常要使用到间接间接寻址。

具体方法将在以后的实例中逐步介绍。

4．按指令的作用分：
这个作用是从逻辑关系上讲的，有：
（1）输入类指令，用以处理输入信号及反馈信号，以建立相应的逻辑条件。

执行这类指令不产生输出，但它为输出类指令工作提供条件。

可知，一个有效程序，不可能仅使用这类指令。

输入类指令有两种执行方式：
正常执行，每一扫描周期，都依它的操作数正常I/O刷新后得到的值，进行逻辑处理。

立即输入刷新执行，每次执行它前，先进行输入刷新，然后再依刷新后操作数取得的新值，进行逻辑处理。

要这样使用指令，则要在它的代码之前加感叹号“！”。

在梯形图上的符号为：
还可对输入指令作微分处理。

有上沿微分与下沿微分。

上沿微分，当它的操作数从OFF到ON的那个周期，此操作数按ON处理，其它的均
为OFF。

要这样使用指令时，要在它的代码之前加向上的箭头符号。

在梯形图上的符号为：
下沿微分，当它的操作数从ON到OFF的那个周期，此操作数按ON处理，其它的均为OFF。

要这样使用指令时，要在它的代码之前加向下的箭头符号。

在梯形图上的符号为：
输入指令的执行方式与PLC的生产公司及PLC的型号有关，不是所有PLC都有这么多的执行方式。

（2）输出类指令，用以产生输出，或执行某种信息处理。

但是，产生什么输出，以及是否进行信息处理，要依在它执行之前，由执行输入指令所建立的逻辑条件决定。

显然，在执行这些指令之前，一般讲，总是要先执行输入类指令的。

不然，输出怎么能去反映输入呢！
输出类指令有多种执行方式：
正常执行，每一扫描周期均依执行它时的逻辑条件情况，处理该指令；到了输出刷新时，才把这个输出传送给输出锁存器。

立即刷新执行（AN immediate refresh，IR），处理该指令后立即进行输出刷新，把输出的结果送给相应的输出锁存器。

要这样使用指令，则要在它的代码之前加感叹号“！”。

上沿微分执行（A differentiated up，DU），当它的执行条件从OFF到ON的那个周期执行，否则，即输入条件不变，或OFF或ON，都不执行。

要这样使用指令时，OMRON PLC 要在它的代码之前加符号“@”，而三菱PLC则在其前加P。

西门子无此指令处理方法。

下沿微分执行（A differentiated down，DD），当它的执行条件从ON到OFF的那个周期执行，否则，即输入条件不变，或OFF或ON，都不执行。

要这样使用指令时，OMRONPLC要在它的代码之前加符号“%”；三菱及西门子无此处理方法。

输出指令的执行方式与PLC的生产公司及PLC的型号有关，不是所有PLC都有这么多的执行方式。

（3）中间指令，是为了便于程序设计、提高程序效率而新增的指令类型，老式的PLC多没它。

这类指令承上启下，既按在本指令之前建立的逻辑条件，执行本指令；又依本指令的
执行情况，再建立相应的逻辑条件，为后续指令的执行提供前提。

中间指令的右方，可先为输入指令，然后才为输出指令。

以至于输入、中间指令多次相间，最后才为输出指令。

新型西门子PLC常有这中间指令。

以至于有的原为输出类指令，如数据传送、运算等很多指令，也可当中间指令处理。

这样，当执行数据传送后，会依传送的情况，对这个指令的执行结果标志位输出一个逻辑值。

而这个逻辑值又可作为下一个指令的逻辑条件。

这种指令的处理又称“EN”、“ENO”机制。

即：每个指令都有“EN”，即输入条件，输入条件成立，才执行本指令；还都有“ENO”，执行结果，指令成功执行了，或执行后取得某期望的结果，则ENO为1，否则为0。

如图4-7，这里的加（ADD-I）与乘（MUL-I）指令都是作为中间指令使用。

如图程序，要使Q0.0 ON，其条件是I0.0 ON以及这里的加（ADD-I）与乘（MUL-I）指令成功执行。

可知，这样的梯形图的表达是很简练的，效率是很高的。

只是，这样的梯形图就不大像电气原理图，与创立梯形图的初衷略有违背。

也许这也算“与时俱进”吧。

5．按指令的执行情况分：
PLC的输入指令，在每扫描周期中，总是执行的。

多数输出指令，在执行（即与其有关的输入）条件具备时，也总是执行的，并立即产生执行后的效果。

传统PLC的输出指令也都是这样的。

但，在新型的PLC中，有的指令就不完全是这样的。

如PID指令，尽管执行条件具备，设定又无不当之处，但它的执行周期不是取决于扫描周期，而主要决取于对PID工作周期的设定。

再如求平均数、求总数，这样表处理或文字处理指令，要在一个扫描周期内实现它的功能，所用的处理时间很长。

新机型允许其分开在若干扫描周期内完成。

这样，可避免出现，执行这类指令时扫描周期过长，不执行时又较短，而I/O响应时间一致性。

6．按指令的使用分：
这里的使用是指使用频率及表达它的方法。

按这个使用分有：
（1）基本逻辑（有的称顺序）指令：用得最多，简易编程器上多有其对应的专用键。

主要用于逻辑操作。

（2）应用指令，有的称为功能指令，可实现比逻辑操作更为复杂的功能。

在简易编程器上，一般无与其对应的专用键。

用简易编程器，输入这种指令有两种办法，一是用先输入功能键（FUN），后输入功能号。

OMRON及三菱有的的PLC就是用这种方法。

另一为在编程器上显示指令菜单，在菜单中选择所要输入的指令，西门子、松下的PLC就是用这种办法。

随着功能指令增多。

仍用两位数的功能码不够了。

所以，功能指令分为两种：一为有固定的功能码，如01，固定代表END指令；另一为无固定功能码，如PULS（脉冲）指令，就没有固定的功能码，使用前现做指定。

没有固定的功能码的指令，OMRON称之为扩展指令。

其功能码要在使用前分配。

当然，有的PLC把功能码提升为3位数，就不存在此问题了。

此外，还可按功能，即按指令能干什么事分类，把类似的归在一起，PLC指令的类型还是很多的。

以CJ1机为例，OMRON把它分有32种之多。

再进一步归纳还有：（1）基本逻辑类指令，用于逻辑关系处理，是最常用、最基本的指令。

（2）定时、计数类指令，用于定时，或计数，也是经常要用到的指令。

（3）数据处理类指令，用于数据运算、传送、比较、译码、编码、移位及其它有关指令。

（4）流程控制类指令，用于控制程序执行的流程。

可使PLC执行指令能按所控制的顺序进行，而不一定非要从零地址开始到最高地址，依此执行。

（5）监控类指令，用于处理PLC或被控制对象的故障检测，有助于提高PLC及其控制系统工作的可靠性。

（6）处理I/O类指令，用于处理PLC应急I/O刷新或数据（信息）的入或出。

（7）通讯类指令，用于处理PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与智能设备间的通讯。

（8）内存管理指令，用以管理PLC的各个存储区，存贮卡。