第三章 PLC程序设计的一般过程

图3.3
三菱PLC编程软件
3.3 编程格式
不同的生产厂家的PLC编程格式有所不同，这里使用 一种通用的格式，该格式主要参照目前PLC市场占主要份 额的公司所使用的格式。实践表明，当你学好了一种形式 的PLC编程后，你也能很快掌握其他编程格式的PLC系统编 程。 编程格式的不同主要在于术语、记数方式和屏幕显示 内容。术语描述将贯穿于不同的章节中。其他的不同还包 括触点、输出和寄存器的编号格式，这些格式包括字母、 数字或二者的组合。PLC的操作指南对此有详细的说明。
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3.1 概述
我们已经学习了PLC的硬件基本知识，现在 来研究通用PLC程序编程问题。 首先从编程设备入手，介绍用于PLC的编程 器/监视器（PM）和PLC软件，随后讨论编程格 式，探讨典型数据的录入顺序，然后根据程序 结构规则进一步学习PLC梯形图的正确结构。 接着简单讨论控制过程数据扫描及一些需要考 虑的特殊问题。最后回顾一下PLC是怎样进行 错误检测的。
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仿真软件界面和使用方法介绍
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三菱PLC编程常用指令
分类 助记符 英文 指令用途
在左母线或副母线
上加载常开触点
梯形图
常开触 点连接 指令
LD
AND OR
Load
And Or
在电路右方串 联常开触点 向上方电路并 联常开触点
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其他常用指令：PLC仿真与编程手册
例一：触点、线圈指令练习 采用三菱系列 PLC实现电动机的正反转
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近年来，手持式PM已经得到了很大的发展，具有诸如计算器上 第二功能键的Shift键，键盘功能丰富。设备符号、功能指示器、 数字键、程序编辑和输入键以及鼠标移动键都很容易被用户手指触 及。
这些手持式PM的显示器也进行了扩展和改进。图3.1所示的LCD 能够一次显示梯形图的8个梯级，每一个梯级包括多达9个元素（触 点）和一个线圈，并可在信息行中显示字符形式的文本信息。当将 该PM置于监视模式时，在信息行和梯形图中都能观察到设备的操作 过程。
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3.2 编程设备
PLC编程设备能够书写程序、编辑程序和监视程序， 也能完成大量诊断。大部分情况下，在写入程序时， 编程设备和PM必须与CPU连接。而其他PM设备则允许离 线编程，编程完毕后可将程序下载到PLC CPU。PLC程 序通常是以梯形逻辑方式书写的。 PM也称为程序加载器，现在普遍使用的有三种。 低端的PM是手持式的，它只有手掌大小，具有双功能 键盘和LCD或LED显示窗口。第二种PM对用户而言更友 好，具有全尺寸键盘和大型的LCD或CRT显示窗口。第 三种是软件PM，它允许用户在IBM兼容PC上开发程序。 下面较详细地介绍每一种类型的PM。
与扫描相关的另一个问题是事件的正确执行顺序。PLC 的输出不会像继电器逻辑系统那样很快被执行。在PLC梯形 图控制系统中，在梯形图的一行被扫描完之前，输出不会 有任何反应。而对于快速响应、联锁或快速定序的PLC程序， 则必须考虑扫描所需的延时时间，如下所示。
如前文所述，一般程序扫描按顺序从左到 右、从上到下逐行执行。例如，Allen-Bradley 使用的方法就是逐行扫描方式，如图3.13(a)所 示。另一种方法由Modicon/Schneider自动化公 司所使用，称为纵向扫描，如图3.13(b)所示。 这时处理器从左上角的第一个触点开始，从上到 下扫描第一列。随后，从上到下扫描第二列，并 按此进行下去。以上两种扫描方法都是可行的。
7．流程必须从左到右，从上到下，见图3.9。 8．触点的递增应该是沿垂直方向的，见图3.10。 具体型号PLC系统的编程格式，可参见该型号PLC 的操作手册。 下面介绍PLC编程时候常见的错误：
要做合并或编辑 应由左上往右下， 虚线括处的区块 应往上移
不可接空装置做 并接运算
中间的区块没有装 置
图3.1
监视器显示功能（Modicon/Schneider自动化公司授权）
全尺寸的PM具有一个 功能完整的键盘和一个 大监视器，后者是基于 LCD、等离子或CRT的监 视器。键盘通常包含所 有的ASCII字符（典型的 计算机键盘）和专门用 于PLC编程的功能键。和 手持式PM不同，全尺寸 的PM不需要Shift键来实 现第二功能。由于尺寸 大，监视器一次能提供 大量的信息。
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3.4 构建PLC梯形图
在对PLC梯形图编程时，需要考虑PLC编程时 的一些约定方式，否则通过屏幕编程的PLC程序将 不会存储到PLC CPU的内存中。在某些情况下，如 果内存没有收到格式正确的梯形图，在屏幕上会 有错误信息提示，提示没有输入的程序。对于PLC 系统，梯形图不正确的原因是没有考虑到构建梯 形图时的约定方式。下面是PLC编程时的一些典型 约定方式，见图3.6到图3.10。
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PLC编程时的一些典型约定方式：
1．触点必须放在左上方的插槽内。 2．线圈必须插在梯形图梯级的后面。 3．所有触点必须水平连接，不允许垂直方 向连接的触点。 4．每个矩阵（网络）的触点数是有限的— —比如每行11个，共7列。 5．一组触点只有一个输出。
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6．触点必须正确嵌套（一个分支电路在另一个分支 电路里），或者在一些PLC中没有分支。图3.8给 出了某个厂家的PLC所要求的格式。
特别指出的，所有的PLC在一个具体的时间内完成整个 程序的扫描。典型的程序扫描是按梯级从左到右，按顺序从 上到下。通常，整个梯形图的扫描在几毫秒内完成，而早期 的计算机完成一个扫描要几秒钟。尽管目前基于微处理器的 PLC扫描快多了，但我们仍然需要考虑其扫描速度，例如， 在梯形图中我们设有一个安全临界点，每1 ms要监视该点两 次。如果PLC扫描时间是5 ms，则该安全临界点只能每5 ms 被检查一次，而不是每0.5 ms被检查一次。
KM2
KM1
KM1
KM2
KM1
KM2
M 3~
触点、线圈指令举例 3)编写PLC控制程序
X0
Y0 X2
Y1
Y0
（ ）
X1
X2
Y0
Y1
Y1
（ ）
4)在三菱软件中调试程序
触点、线圈指令练习
例二 ：运料小车自动往 返控制
运料小车
反转 正转 停止
SB2 SB2 SB1
SQ1
SQ2
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运料小车自动往返控制 1)确定PLC的输入输出
图3.2 全尺寸编程器/监视器
在IBM兼容机上还可以使用用于PLC系统编程的软件。 编程一旦完成，程序就可下载到PLC。所有这些PLC程序都 是基于菜单驱动的，通过指定选择号，可以按菜单逐个执 行。当需要进一步的信息时，程序要求你给出一个输入。 有些输入是按一个适当的键，而另一些程序则需要使用鼠 标来进行某种选择操作。
第 3章
PLC程序设计的一般过程
目标: 描述典型PLC键盘结构及其操作流程。 描述典型手持式、普通式PLC显示器。 描述正确的PLC梯形图程序与不正确的PLC 梯形图程序之间的不同。 列出关于程序扫描频率和顺序的要点，以 及它们对系统操作的影响。 描述当PLC出现操作错误时应采取的措施。
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三菱编程软件GX Developer简介
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常用元件符号的意义说明如下:
放置常 开触点 放置 指令 并联常开 触点 放置线圈 并联常闭 触点 放置常闭 触点
删除水 平线段 放置垂 直线段
放置上升沿有 效的常开触点
放置水 平线段
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三菱PLC计算机仿真软件
FX系列PLC可用“FX-TRN-BEG-C”仿真软件， 进行仿真运行。该软件既能够编制梯形图程序， 也能够将梯形图程序转换成指令语句表程序，模 拟写出到PLC主机，并模拟仿真PLC控制现场机械 设备运行。 使用“FX-TRN-BEG-C”仿真软件，须将显示 器象素调整为1024*768，如果显示器象素较低， 则无法运行该软件。
输入： 停止按钮SB1 正转起动按钮SB2 反转起动按钮SB3 正转到反转SQ2 反转到正转SQ1
输出：正转接触器KM1 反转接触器KM2
X0 X1 X2 X3 X4
Y0 Y1
运料小车自动往返控制 2)绘出PLC的输入输出接线图
L1L2L3
SB1 SB2 SB3 SQ2 SQ1 Q FU
+24V 0V COM X0 X1 X2 X3 X4 …
3.6 PLC操作错误
每一个PLC都有错误代码以识别不正确的编程和误操 作。当某些输入不正确时，这些代码会在监视器上显示出 来。通常小型系统采用代码形式，大型系统采用用户友好 的文本格式。 在系统没有连接好或接触不良时，许多系统会显示 “通信错误”的信息。对于其他问题，通常有不同的信息 显示在屏幕下端。 大部分PLC系统具有进一步的诊断帮助，以LED（发光 二极管）的形式显示在控制器的前端面板上。
A C
B
y
不许在垂 直方向有 触点
D A D D C E C
E B E
y
垂直方向 触点的解 决方案
触点嵌套不正确
触点嵌套正确
CR11 IN 1· IN 2 IN 1· IN 3· IN 4 IN 5· IN 4
电流通过触点从左至 右运行， 不许可由触点3到左边。
注意：这种形式的“嵌 套分支”在一些系统中 是非法的，需要 2至 3行 梯形图线来激励同一个 线圈。
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读出输入端子的信 号，相应地更新输 入状态表
输入状态表中的数据加入到用 户程序，程序被执行，相应地 更新输出状态表
与输出状态有关的数 据送到输出端子
输入扫描、程序扫描和输出扫描是相互独立的，理解 这一点很重要。在程序扫描和输出扫描期间，输入设备状态 的任何改变都不会影响用户程序和输出，直到下一次输入扫 描开始，输入状态的变化才会被系统感知。另外，在输入扫 描和程序扫描期间，输出表的任何变化也不会传到输出终端。 影响输出设备的信号传递只在输出扫描时发生。
100-240VAC RY.OUT L N COM0 Y0 Y1 Y2 Y3…
KM2 KM1
KM1
KM2
KM1
KM2
M 3~
运料小车自动往返控制 3)编写PLC控制程序
X1
Y0
X0
Y1
X3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Y0
（ ）
X4 X2
Y1 X3
X0
Y0
X4 Y1
（ ）
另加两个触点（左边的IN5和 IN3）于IN5，、IN3和IN2中。
不正确
使用最顶部 的交叉点
Correct正确
图3.7 触点矩阵
3.5
过程扫描注意事项
PLC的功能是通过扫描其操作程序来实现的。每个PLC的 操作循环由三个独立部分组成： （1）输入扫描； （2）程序扫描；
（3）输出扫描。
一个完整的程序扫描时间是处理器速度和用户程序长 度的函数。对于高速处理器和较短的程序，PLC可在1s内 完成几百次完整扫描。
1)确定PLC的输入输出
输入：正转起动按钮SB1 反转起动按钮SB2 停止按钮SB3 X0 X1 X2
输出： 正转接触器KM1 反转接触器KM2
Y0 Y1
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触点、线圈指令举例 电动机主电路图
L1L2L3
2)绘制PLC输入输出接线图
SB1 SB2 SB3
Q
FU
+24V 0V COM X0 X1 X2 X3 X4 … 100-240VAC RY.OUT L N COM0 Y0 Y1 Y2 Y3…