楊青峰-PLC原理與應(yīng)用-知識模塊三

知識模塊三天塔之光

3.1教學(xué)組織

3.2教學(xué)內(nèi)容

3.3課堂演示——天塔之光控制實例

3.4技能訓(xùn)練

邊學(xué)邊議

3.1教學(xué)組織

一、教學(xué)目的

(1)了解梯形圖的編程方法和線圈輸出問題。

(2)了解PLC的移位/區(qū)間復(fù)位指令的功能和使用。

(3)了解PLC的棧操作指令。

(4)了解天塔之光系統(tǒng)的設(shè)計方法。

3.2教學(xué)內(nèi)容

3.2.1梯形圖編程方法

1.最基本的設(shè)計方法——頁面設(shè)計法

頁面設(shè)計法主要分為三個步驟，下面結(jié)合例子來說明。設(shè)有梯形圖如圖3-1所示。圖3-1梯形圖1

(1)按串聯(lián)邏輯塊，從水平方向自左向右將梯形圖分成若干段，如圖3-1所示的梯形圖按串聯(lián)邏輯塊分為①、②、③、④段，其中①、②、③段為觸點的邏輯運算，第④段為線圈輸出；再按并聯(lián)支路在垂直方向從上到下分為若干段，可將①分為a、b、c并聯(lián)的邏輯塊，③分為e、f并聯(lián)的邏輯塊，而d實際上只是單個觸點X002、X003依次串聯(lián)。

(2)劃分段時應(yīng)從左到右、從上到下，連接段時應(yīng)從上到下、從左到右。

(3)按照連接各分段的次序?qū)Ω鞣侄尉幊?，再用具體指令按次序?qū)⒏鞫沃鸫芜B接，即得整個梯形圖的指令語句表程序。

2.幾個串聯(lián)支路相并聯(lián)(先串后并)的原則

將觸點數(shù)最多的串聯(lián)支路放在梯形圖的最上面。圖3-2所示的是兩個功能完全相同的梯形圖，但右邊梯形圖的指令語句表程序少用了一條指令，節(jié)省了編程時間和存儲空間。圖3-2梯形圖2

3.幾個并聯(lián)回路相串聯(lián)(先并后串)的原則

將觸點最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左邊。如圖3-3所示的是兩個功能完全相同的梯形圖，右邊梯形圖的指令語句表程序少用了一條指令，節(jié)省了編程時間和存儲空間。圖3-3梯形圖3

4.注意事項

(1)直接輸出、減少暫存。

例如，將圖3-4中的左圖改畫為右圖后，可不使用棧指令。圖3-4梯形圖4

(2)在不影響邏輯功能的情況下，盡可能將每個階梯簡化成串聯(lián)支路，或先并后串支路，不要出現(xiàn)串、并交叉的情況。

例如，將圖3-5中的左圖改為右圖后，雖然多用了觸點，但結(jié)構(gòu)簡單了。

再如，將圖3-6中的左圖改為右圖后，雖然觸點多次重復(fù)使用，但編程簡單了許多。圖3-5梯形圖5圖3-6梯形圖63.2.2梯形圖中線圈輸出的使用問題

在PLC的梯形圖程序中，涉及大量的各種繼電器，如何在梯形圖中安排和使用繼電器的線圈，對初學(xué)者來說十分重要。

(1)不允許兩個線圈串聯(lián)使用。在梯形圖中，通常每個梯級的最右邊的位置上是繼電器線圈。繼電器的線圈不允許串聯(lián)使用。

(2)一般不允許重復(fù)使用同一個繼電器線圈號。

(3)在梯形圖程序中，會經(jīng)常遇到所謂連續(xù)輸出的問題，其結(jié)構(gòu)形式如圖3-7所示。圖3-7線圈的連續(xù)輸出輸出繼電器Y000與內(nèi)部繼電器線圈M1000不屬于并聯(lián)連接，但在PLC的梯形圖中，這種結(jié)構(gòu)稱為連續(xù)輸出。在這里注意指令語句表程序中第2、3、4條語句，在第2條語句“OUTY000”之后，雖然在梯形圖中該梯級輸出又出現(xiàn)一個新的邏輯母線，并經(jīng)T0的常閉觸點，輸出到線圈M100，但在這個新出現(xiàn)的邏輯母線后，并不是用“LDT0”，而是用

“ANIT0”指令來執(zhí)行連續(xù)輸出的功能。連續(xù)輸出可以是多級的，如圖3-8所示。圖3-8線圈的多級連續(xù)輸出

(4)并聯(lián)輸出。在梯形圖中，兩個以上的繼電器線圈可并聯(lián)使用，如圖3-9所示的就是4個線圈并聯(lián)使用。并聯(lián)使用的線圈并不限于輸出繼電器的線圈，還可以包括內(nèi)部繼電器、保持繼電器、定時器等。

(5)分支輸出。分支輸出在梯形圖中是大量可見的，其結(jié)構(gòu)形式就是在分支點引出新的邏輯母線，從這條邏輯母線上引出的每個支路到線圈之間至少有一個或一個以上的觸點，每個支路中兩個以上的觸點組合可以是串聯(lián)也可以是并聯(lián)。對于分支輸出程序，在分支點通常可以用棧指令MPS、MRD、MPP。圖3-9線圈的并聯(lián)輸出3.2.3移位/區(qū)間復(fù)位指令

可編程控制器是為了工業(yè)控制而設(shè)計的專用的計算機，不僅有基本的邏輯指令，而且還有80多條功能指令。對于一些簡單的程序設(shè)計，只需要邏輯指令就可以了，但是對于一些較為復(fù)雜的控制，邏輯指令就無能為力了，還需一些功能指令，使用這些功能指令可以增加PLC的控制功能，以滿足控制要求，從而擴大可編程控制器的應(yīng)用范圍。FX2N系列PLC的常用功能指令有條件跳轉(zhuǎn)、傳送、比較、中斷、四則運算、循環(huán)和移位等。本節(jié)著重講述移位指令的使用。

1.功能指令說明

與基本的邏輯指令的形式不同，功能指令用功能符號表示，直接表達出該條指令的功能是什么，而基本的邏輯指令則用助記符或邏輯操作符表示，其梯形圖符號就是繼電器觸點、線圈的連接圖，直觀易懂。FX2N系列PLC的每條功能指令都有一個表示其功能的助記符，例如FNC12的助記符為MOV(傳送)。

FX2N系列PLC的部分功能指令見表3-1。

1)功能指令的表示形式

功能指令的基本格式如圖3-10所示。圖中的前一部分表示指令的代碼和助記符，后一部分表示源操作數(shù)。當(dāng)源操作數(shù)不止一個時，可以用S1、S2表示；D表示目的操作數(shù)，當(dāng)目的操作數(shù)不止一個時，可以用D1、D2表示。圖3-10功能指令的基本格式源操作數(shù)的內(nèi)容不隨指令執(zhí)行而變化，在可利用變址修改元件編號的情況下表示為[S·]。當(dāng)源操作數(shù)不止一個時，用[S1·]、[S2·]等表示。

目的操作數(shù)的內(nèi)容隨指令執(zhí)行而變化，在可利用變址修改元件編號的情況下表示為[D·]。當(dāng)目的操作數(shù)不止一個時，用[D1·]、[D2·]等表示。字母m、n既不做源操作數(shù)，也不做目的操作數(shù)，常用來表示常數(shù)或者作為源操作數(shù)或目的操作數(shù)的補充說明，可用十進制K、十六進制H和數(shù)據(jù)寄存器D來表示。在需要表示多個這類操作數(shù)時，可以用m1、m2、n1、n2等表示。

2)數(shù)據(jù)長度和指令類型

功能指令可以處理16位數(shù)據(jù)和32位數(shù)據(jù)。例如圖3-11所示為數(shù)據(jù)傳送指令的使用說明，其中MOV為指令的助記符，表示數(shù)據(jù)傳送的功能指令，指令的代碼是12，功能指令中的符號D表示處理32位數(shù)據(jù)。處理32位數(shù)據(jù)時，用元件號相鄰的兩個元件組成元件對。元件對的首位地址用奇數(shù)、偶數(shù)均可以(建議元件對首位地址統(tǒng)一用偶數(shù)編號)。32位計數(shù)器(C200～C235)不能用作16位指令的操作數(shù)。圖3-11數(shù)據(jù)傳送指令的使用說明在圖3-11中，當(dāng)X000閉合時，把源操作數(shù)D10中的數(shù)據(jù)傳送到目的操作數(shù)D12中；當(dāng)X001閉合時，把源操作數(shù)D21、D20中的數(shù)據(jù)分別傳送到目的操作數(shù)D23、D22中。

3)指令類型

FX2N系列PLC的功能指令有連續(xù)執(zhí)行和脈沖執(zhí)行兩種形式。

圖3-11所示的梯形圖程序為連續(xù)執(zhí)行方式。當(dāng)X000和X001為ON狀態(tài)時，圖中的指令在每個掃描周期都被重新執(zhí)行。

圖3-12所示的梯形圖程序為脈沖執(zhí)行方式。助記符后附的(P)符號表示脈沖執(zhí)行。(P)和(D)可以同時使用，如(D)MOV(P)。梯形圖程序中脈沖執(zhí)行指令僅在X001由OFF轉(zhuǎn)變?yōu)镺N時有效，其他時刻不執(zhí)行。在不需要每個掃描周期都執(zhí)行時，用脈沖方式可以縮短程序處理時間。圖3-12脈沖執(zhí)行方式在圖3-11和圖3-12中，當(dāng)MOV指令的輸入條件為OFF狀態(tài)時，指令不執(zhí)行，目標(biāo)元件的內(nèi)容不變化，除非另行指定。

4)指令的操作數(shù)

有些功能指令要求在助記符的后面提供1～4個操作數(shù)，這些操作數(shù)的形式如下：

(1)位元件X、Y、M和S；

(2)常數(shù)K、H或指針P；

(3)字元件T、C、D、V、Z(T、C分別表示定時器和計數(shù)器的當(dāng)前值寄存器)；

(4)由位元件X、Y、M和S的位指定組成字元件。其中，只處理ON/OFF狀態(tài)的元件稱為位元件，例如X、Y、M和S。處理數(shù)據(jù)的元件稱為字元件，例如T、C和D等。由位元件也可以組成字元件進行數(shù)據(jù)處理，位元件組合用位數(shù)Kn加起始元件號來表示。

位元件的組合：每4個位元件為一組，組合成單元。16位數(shù)據(jù)為位K1～K4，32位數(shù)據(jù)為K1～K8。KnM0中的n是組數(shù)。例如K2M0表示由M0～M7組成的8位數(shù)據(jù)；K4M10表示由M10～M25組成的16位數(shù)據(jù)，M10是最低位，即KnM0表示位組合元件是由M0開始的n組位元件組成的。

5)變址寄存器V/Z

變址寄存器在傳送、比較指令中用來修改操作對象的元件號，其操作方式與普通數(shù)據(jù)寄存器一樣。在圖3-10中的源操作數(shù)和目的操作數(shù)可以表示為[S·]和[D·]，其中[·]表示使用的變址功能，稱為變址寄存器。對32位指令，V為高16位，Z為低16位。32位指令中用到變址寄存器時只需指定Z，這時Z就代表了V和Z。在32位指令中，V、Z自動組對使用。

圖3-13所示為V和Z變址寄存器的使用說明，MOV指令執(zhí)行將K10送到V，K20送到Z，所以V、Z的內(nèi)容分別為10、20。若執(zhí)行D5V+D15Z，即為D15+D35→D50。下列假定Z的值為4，則

D5Z=D9，T6Z=T10，C7Z=C11，K4M10Z=K4M14，

K1Y0Z=K1Y4圖3-13V和Z變址寄存器的使用說明V和Z變址寄存器的使用能夠使編程簡單化。

2.移位/區(qū)間復(fù)位指令

1)位右移指令SFTR(FNC34)

位右移指令SFTR的作用是使[D·]所指定的n1個位元件與[S·]所指定的n2個位元件的數(shù)據(jù)右移n2位。源操作數(shù)[S·]的范圍包括X、Y、M、S，目的操作數(shù)[D·]的范圍包括Y、M、S，n1與n2的操作數(shù)包括十進制K和十六進制H。SFTR與SFTRP指令的程序步均是9步。

位右移指令SFTR的格式及操作原理如圖3-14所示。圖3-14位右移指令SFTR的格式及操作原理格式中指令SFTR后的P表示脈沖執(zhí)行方式，當(dāng)X10由OFF變?yōu)镺N時，[D·]內(nèi)(M1～M15)16位數(shù)據(jù)連同[S·]內(nèi)(X0～X3)?4位數(shù)據(jù)向右移4位，(X0～X3)?4位數(shù)據(jù)從[D·]的高端移入，而[D·]的低位M0～M3數(shù)據(jù)移出(溢出)丟失。若圖中n2?=?1，則每次只進行1位移位。顯然在圖3-14中，SFTR指令執(zhí)行的最后結(jié)果是，16個目的操作數(shù)M的新數(shù)據(jù)變

為X3X2X1X0M15…M10M7…M5M4。

2)位左移指令SFTL(FNC35)

位左移指令SFTL的作用是使[D·]所指定的n1個位元件與[S·]所指定的n2個位元件的數(shù)據(jù)左移n2位。位左移指令與位右移指令的區(qū)別在于移位方向不同。

位左移指令SFTL的格式及操作原理如圖3-15所示。

格式中指令SFTL后的P表示脈沖執(zhí)行方式，當(dāng)X10由OFF變?yōu)镺N時，[D·]內(nèi)(M1～M15)16位數(shù)據(jù)連同[S·]內(nèi)(X0～X3)?4位數(shù)據(jù)向左移4位，(X0～X3)?4位數(shù)據(jù)從[D·]的低端移入，而[D·]的高位M12～M15數(shù)據(jù)移出(溢出)丟失。若圖中n2?=?1，則每次只進行1位移位。顯然在圖3-15中，SFTL指令執(zhí)行的最后結(jié)果是，16個目的操作數(shù)M的新數(shù)據(jù)變?yōu)镸11…M7M6…M1M0X3X2X1X0。圖3-15位左移指令SFTL的格式及操作原理在圖3-15所示的位左移指令的梯形圖中，n1為K16，表示目的操作數(shù)[D·]的位數(shù)是16；n2為K4，表示源操作數(shù)[S·]的位數(shù)是4，也就是每次移位的位數(shù)是4。源操作數(shù)和目的操作數(shù)的位數(shù)可根據(jù)實際的需要來選擇。

用脈沖指令執(zhí)行時，X10由OFF變?yōu)镺N時指令執(zhí)行1次，進行位移位；而用連續(xù)指令執(zhí)行時，移位操作是每個掃描周期執(zhí)行1次。指令使位元件中的狀態(tài)向右或向左移位，由n1指定位元件的長度，n2指定移位的位數(shù)(n2≤n1≤1024)。

3)區(qū)間復(fù)位指令ZRST(FNC40)

區(qū)間復(fù)位指令ZRST的作用是將指定區(qū)間的元件復(fù)位，即全部清0，也稱之為成批復(fù)位指令。區(qū)間復(fù)位指令ZRST的[D1·]、[D2·]操作數(shù)包括Y、M、S、T、C、D(D1≤D2)。ZRST和ZRSTP的程序步是5步。程序的表達方式如圖3-16所示。圖3-16ZRST指令的使用說明當(dāng)X1由OFF變?yōu)镺N時，執(zhí)行區(qū)間復(fù)位指令，位元件M500～M599成批復(fù)位，字元件C235～C255成批復(fù)位，狀態(tài)元件S0～S127成批復(fù)位。指令ZRST后沒有P表示連續(xù)執(zhí)行方式，當(dāng)X1接通后，每過一個掃描周期，指令執(zhí)行一次，將指定區(qū)間的元件全部清0。

使用ZRST指令時需注意以下兩點：

(1)目的操作數(shù)[D1·]和[D2·]指定的元件應(yīng)為同類軟元件，[D1·]指定的元件號要小于等于[D2·]指定的元件號。如果[D1·]的元件號大于[D2·]的元件號，則只有指定的元件被復(fù)位。

(2)該指令為16位處理指令，但是可在[D1·]和[D2·]中指定32位計數(shù)器。不過不能混合指定，即不能在[D1·]中指定16位計數(shù)器，而在[D2·]中指定32位計數(shù)器。

ZRST與RST指令相比較，RST指令僅對位元件YMS和字元件TCD單獨進行復(fù)位，不能成批復(fù)位。RST指令的應(yīng)用如圖3-17所示。圖3-17RST指令的應(yīng)用3.2.4棧操作指令

1.堆棧的含義

PLC中的堆棧是由順序相連的若干個位存儲單元組成的，它采用先進后出的數(shù)據(jù)存取方式，這些存儲單元通常被稱為棧寄存器。FX系列的堆棧有11層(見圖3-18)，堆棧中的每一層用于存放一個二進制數(shù)。用于棧寄存器操作的指令MPS、MRD、MPP分別為進棧、讀棧、出棧指令，程序步均是1步。圖3-18FX系列PLC的堆棧堆棧主要用于存放用戶程序執(zhí)行過程中所產(chǎn)生的中間運算結(jié)果，這些中間運算結(jié)果主要是指：

(1)處理支路塊的串聯(lián)和支路塊的并聯(lián)時，用來儲存一個或多個支路塊內(nèi)部的運算結(jié)果。

(2)處理由觸點與線圈(或觸點與其他輸出類指令)組成的多分支并聯(lián)支路時，用堆棧來保存分支點的邏輯運算結(jié)果。

2.堆棧的作用

以圖3-19中兩個串聯(lián)支路塊并聯(lián)為例，為了將它們并聯(lián)起來，首先需要完成兩個串聯(lián)支路塊內(nèi)部的“與”邏輯運算。執(zhí)行第一條指令時，取出輸入映像寄存器X0中的二進制數(shù)，存放在運算結(jié)果寄存器中。執(zhí)行第二條指令時，取出X1的值并與運算結(jié)果寄存器中的數(shù)相“與”，運算結(jié)果A存入運算結(jié)果寄存器。執(zhí)行第三條指令時，應(yīng)取出X2的值并放入運算結(jié)果寄存器，但是這一操作將會破壞前兩條指令的運算結(jié)果。為了解決這一問題，系統(tǒng)程序自動地將前兩條指令的運算結(jié)果A存入堆棧，即將堆棧中的數(shù)據(jù)依次向下移動一層(最低位的數(shù)據(jù)丟失)，然后將運算結(jié)果寄存器中的數(shù)據(jù)寫入堆棧的第一層(稱為棧頂)，這樣前兩條指令的運算結(jié)果A便被保存在堆棧的棧頂。完成上述操作后，再將X2的值傳送到運算結(jié)果寄存器中。圖3-19ORB指令執(zhí)行完第四條指令后，兩塊串聯(lián)支路的“與”運算結(jié)果分別存放在堆棧的棧頂和運算結(jié)果寄存器中。執(zhí)行電路塊并聯(lián)指令ORB時，將棧頂和運算結(jié)果寄存器中的二進制數(shù)A和B相“或”，運算結(jié)果存入運算結(jié)果寄存器，堆棧中的數(shù)據(jù)依次上移一格。經(jīng)過一上一下的移位，堆棧中原有的數(shù)據(jù)被復(fù)原。

3.堆棧指令的說明

堆棧指令常用于一個分支點多個輸出(見圖3-20)。圖3-20堆棧操作指令的使用說明

(a)梯形圖；(b)指令語句表

MPS、MRD、MPP指令使用說明如下：

MPS指令用于儲存多重輸出支路中分支處的邏輯運算結(jié)果，以方便后面處理從該點引出的有線圈或輸出指令的支路時調(diào)用該分支處的運算結(jié)果。以圖3-20為例，3個線圈對應(yīng)的輸出指令都要使用X0和X4的并聯(lián)支路的“或”運算結(jié)果，如果不用堆棧來保存該數(shù)據(jù)，在執(zhí)行與第一個線圈串聯(lián)的X1的觸點對應(yīng)的“ANDX1”指令后，前兩條指令的運算結(jié)果將會丟失。所以在第二條指令之后，應(yīng)使用進棧指令(MPS)將“或”運算的結(jié)果保存在堆棧的棧頂，堆棧中原有的數(shù)據(jù)依次向下一層推移。因為存放在棧頂?shù)臄?shù)據(jù)要多次使用，在執(zhí)行完第一個線圈對應(yīng)的OUT指令后，應(yīng)使用讀棧指令MRD讀取存儲在棧頂?shù)闹分蟹种c處的運算結(jié)果。這一操作相當(dāng)于將X2的觸點連接在該點，執(zhí)行讀棧指令后，堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)不會上移或下移。

在處理最后一條輸出分支電路時，應(yīng)使用出棧指令MPP。該指令彈出(調(diào)用并去掉)存儲在棧頂?shù)闹分蟹种c處的運算結(jié)果，堆棧中各層的數(shù)據(jù)依次向上移動一層，棧頂?shù)臄?shù)據(jù)在送入運算結(jié)果寄存器后從棧內(nèi)消失，X3的觸點被連接在該點。綜上所述，對于圖3-20這樣的單層分支電路，處理完分支點左邊的電路后，應(yīng)使用進棧指令，保存分支點的運算結(jié)果。在處理中間的分支電路時，應(yīng)使用讀棧指令讀取存放在棧頂中的數(shù)據(jù)。在處理最后一條分支電路時，一定要使用出棧指令使執(zhí)行進棧指令之前堆棧中原有的數(shù)據(jù)(不包括棧底的數(shù)據(jù))復(fù)原。另外，在用指令語句表對分支輸出梯形圖編程時，第一個分支點應(yīng)使用一條進棧(MPS)指令來保存該點的邏輯運算結(jié)果，每一條MPS指令應(yīng)對應(yīng)一條出棧(MPP)指令，在一塊獨立的分支梯形圖中，MPS指令和MPP指令的條數(shù)應(yīng)相等。處理一個分支點的最后一條支路時，必須使用MPP指令，而不是讀棧(MRD)指令，并且用MPS指令同時保存在堆棧中的邏輯運算結(jié)果不能超過11個。

在編程軟件中用梯形圖語言編程時，堆棧的處理是由編程軟件和PLC自動完成的，用戶只需要根據(jù)自己的要求畫出梯形圖即可。將分支點有多個輸出的梯形圖轉(zhuǎn)換成指令語句表時，編程軟件會根據(jù)梯形圖結(jié)構(gòu)自動地在程序中加入MPS、MRD和MPP指令。在用指令語句表語言對分支梯形圖編程時，由程序設(shè)計人員用堆棧指令MPS、MRD和MPP來實現(xiàn)分支點處的數(shù)據(jù)保存、使用和堆棧的復(fù)原。

3.3課堂演示——天塔之光控制實例

1.天塔之光的硬件組成及控制要求

天塔之光控制屬于彩燈控制的一種，其硬件由9盞彩燈組成，分成3圈，中間1盞燈，外圍兩圈各有4盞燈，如圖3-21所示。

按下鈕子開關(guān)SB，9盞彩燈按L1～L9一盞一盞點亮，間隔1s，全部點亮后維持3s，然后每隔2s閃爍一次，共閃3次，再按L9～L1一盞一盞熄滅，間隔1.5s，循環(huán)執(zhí)行。圖3-21天塔之光結(jié)構(gòu)圖

2.?I/O口地址分配及硬件接線圖

1)?I/O口地址分配

由天塔之光的控制要求知，本系統(tǒng)為1輸入9輸出，其輸入/輸出地址可根據(jù)實際情況靈活分配。下面給出I/O口地址的一種分配方案，如表3-2所示。

2)硬件接線圖

根據(jù)以上的I/O口地址分配，選擇三菱FX2N機型，其硬件部分的接線圖如圖3-22所示。圖3-22天塔之光的硬件接線圖(三菱FX2N機型)

3.梯形圖

根據(jù)天塔之光的控制要求和I/O口地址分配，選擇系統(tǒng)設(shè)計方案，為了便于實現(xiàn)，可采用PLC應(yīng)用指令的移位指令和復(fù)位指令。梯形圖設(shè)計如圖3-23所示。

本設(shè)計的基本思路是用定時器和移位指令來實現(xiàn)，T2用來設(shè)定點亮彩燈1?s的時間脈沖，T1用來設(shè)定彩燈維持亮的時間，T0用來設(shè)定彩燈閃爍的時間。由于系統(tǒng)開始時第一個脈沖有1?s的延時，故T1和T0的時間設(shè)置多加了1s。

T3、T4、T5是用來控制彩燈閃爍的。T1的時間到，T1的常開觸點接通，T5幾乎同時得電，將彩燈復(fù)位熄滅，1?s后，T3時間到，再將彩燈全部點亮，為實現(xiàn)上述控制，SFTL指令后不加P，閃爍的周期由T4設(shè)定為2s；當(dāng)T0的時間到時，彩燈進入一盞一盞地熄滅控制過程，T6設(shè)置為熄滅時間，同時也是循環(huán)的控制點，T7為彩燈熄滅控制脈沖1.5?s，T6時間到，其常閉觸點將系統(tǒng)復(fù)位，進入下一周期的循環(huán)。

根據(jù)地址分配和控制要求，點亮彩燈用位左移指令實現(xiàn)，熄滅彩燈用位右移指令實現(xiàn)；為了保證輸入開關(guān)SB關(guān)斷后，系統(tǒng)全部停止工作，這里采用了其常閉觸點來復(fù)位輸出。圖3-23天塔之光控制的梯形圖

4.演示步驟

(1)按照圖3-22所示的PLC輸入/輸出端子接線圖完成硬件接線。

(2)在斷電狀態(tài)下，用FX-20P-CAB電纜將手持型編程器FX-20P-E與PLC主機FX2N-16MR-ES/UL相連。

(3)合上電源開關(guān)QS，將PLC的主機FX2N-16MR-ES/UL工作模式選擇在編程模式狀態(tài)下，然后將編寫好的指令語句程序逐條輸入PLC。

(4)將PLC的運行模式選擇開關(guān)撥到RUN位置，使PLC進入運行方式。

(5)合上鈕子開關(guān)SB，觀察各信號燈的工作情況是否與實際工作要求相一致。

(6)斷開鈕子開關(guān)SB，觀察各信號燈的工作情況是否與實際工作要求相一致。

3.4技能訓(xùn)練

一、實訓(xùn)目的

(1)進一步熟悉PLC的外部接線。

(2)掌握PLC的基本控制的程序設(shè)計方法。

(3)進一步熟悉PLC的編程及程序輸入。

(4)了解PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計。二、實訓(xùn)原理及實訓(xùn)電路

如圖3-24所示為一臺車自動往返循環(huán)工作的示意圖，現(xiàn)用PLC實現(xiàn)對臺車的前進、后退控制，顯然臺車的前后運動是由電動機拖動的。在圖中，行程開關(guān)SQ1處為原位，SQ2處為前進，SQ3和SQ4為原位和前位限位保護行程開關(guān)。圖3-24臺車自動往返工作示意圖結(jié)合實際工作所需，該臺車的控制要求如下：

①該臺車可自動循環(huán)工作。

②可對該臺車進行手動控制。

③能使該臺車作單循環(huán)運動。

④對該臺車能進行循環(huán)控制。臺車的一次完整的大工作周期為6次小循環(huán)，小車前進、后退為1個工作循環(huán)，循環(huán)工作6次后自動停止在原位。

(1)分析控制要求。由于臺車的前進、后退是由電動機拖動的，因此完成這一動作實質(zhì)上是對電動機正反轉(zhuǎn)的控制，故可采用電動機正反轉(zhuǎn)控制基本程序；臺車的手動控制和自動控制可通過選用選擇開關(guān)SA1來進行轉(zhuǎn)換。設(shè)選擇開關(guān)SA1閉合時為手動狀態(tài)，斷開時為自動狀態(tài)；小車有單循環(huán)工作和多次循環(huán)工作狀態(tài)，選用選擇開關(guān)SA2來轉(zhuǎn)換。設(shè)選擇開關(guān)SA2閉合時為單循環(huán)工作狀態(tài)，斷開時為多次循環(huán)工作狀態(tài)；多次循環(huán)工作的循環(huán)次數(shù)可以利用計數(shù)器進行控制。

(2)根據(jù)臺車的控制要求，臺車有3種工作狀態(tài)，通過選擇開關(guān)SA1進行狀態(tài)選擇，占用3個輸入點；停止按鈕SB1、正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2(前進)、反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3(后退)為輸入設(shè)備，占用3個輸入點。4個行程開關(guān)SQ1～SQ4占用4個輸入點。電動機的正反轉(zhuǎn)接觸器KM1和KM2占用2個輸出點。因此，臺車控制系統(tǒng)PLC的I/O設(shè)備與I/O分配表如表3-3所示。系統(tǒng)的主電路顯然就是電動機正反轉(zhuǎn)控制的主電路。臺車自動往返PLC控制主電路原理圖及I/O端子接線圖如圖3-25所示。圖3-25臺車自動往返PLC控制主電路原理圖及I/O端子接線圖(a)主電路原理圖；(b)?I/O端子接線圖三、梯形圖設(shè)計

1.根據(jù)控制對象設(shè)計基本控制環(huán)節(jié)的程序

臺車由電動機拖動前進和后退，這樣利用電動機正反轉(zhuǎn)基本控制程序便可以設(shè)計出梯形圖，如圖3-26所示。電動機正轉(zhuǎn)，臺車前進；電動機反轉(zhuǎn)，臺車后退。圖3-26基本控制環(huán)節(jié)梯形圖

2.實現(xiàn)自動往返功能的程序設(shè)計

臺車前進至行程開關(guān)SQ2處，SQ2動作，要使臺車能在SQ2處停止前進，并使小車后退，這樣PLC的輸入繼電器X6(與輸入設(shè)備SQ2相連)的常閉觸點就要斷開Y1的線圈，X6的常開觸點啟動Y2的線圈，從而完成臺車由前進轉(zhuǎn)換為后退的工作過程。同理，當(dāng)小車后退至行程開關(guān)SQ1處時，輸入信號X5要完成臺車由后退轉(zhuǎn)換為前進的工作過程。行程開關(guān)SQ1動作，X5的常開觸點閉合，輸出線圈Y1得電，臺車停止后退，同時X5的常閉觸點斷開，輸出線圈Y2失電，臺車由后退轉(zhuǎn)換為前進。實現(xiàn)臺車自動往返功能的梯形圖如圖3-27所示。圖3-27實現(xiàn)臺車自動往返功能的梯形圖

3.實現(xiàn)手動控制功能的程序設(shè)計

如果讓梯形圖中的輸出線圈Y1、Y2失去自鎖，就能實現(xiàn)手動控制功能。因為SA1閉合時為手動狀態(tài)，其輸入點為X0，這樣，將X0的常閉觸點與用以實現(xiàn)輸出線圈自鎖的常開觸點Y1和Y2串聯(lián)，就能實現(xiàn)對臺車的手動控制功能。梯形圖如圖3-28所示。當(dāng)手動選擇開關(guān)SA1斷開時，臺車進入自動工作狀態(tài)；當(dāng)手動選擇開關(guān)SA1閉合時，臺車進入手動工作狀態(tài)。圖3-28實現(xiàn)手動控制功能的梯形圖

4.實現(xiàn)單循環(huán)控制的程序設(shè)計

當(dāng)臺車前進到位又后退至行程開關(guān)SQ1原位時，只要臺車不再前進，即Y1線圈不再得電，就完成了單循環(huán)控制。因為SA2閉合時為單循環(huán)工作狀態(tài)，其輸入點為X4，將X4的常閉觸點串入到SQ1的輸入點X5的常開觸點上，這樣在X5的常開觸點閉合后，Y1的線圈也不再得電，臺車不再前進，完成了單循環(huán)控制。梯形圖如圖3-29所示。

梯形圖程序分析如下：當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2時，輸入繼電器X2得電，常開觸點X2閉合，輸出線圈Y1輸出，臺車前進。當(dāng)臺車行駛至SQ2處，X6有信號，臺車停止前進，輸出線圈Y2有信號，臺車轉(zhuǎn)換為后退。若按下了選擇開關(guān)SA2，則X4有信號，X4的常閉觸點斷開，臺車行駛至SQ3處，即使X5有信號，線圈Y1也沒有輸出，完成一個單循環(huán)工作。若沒有按下選擇開關(guān)SA2，則X4無信號，X4的常閉觸點閉合，臺車行駛至SQ3處，X5有信號，線圈Y1輸出，臺車進入循環(huán)工作狀態(tài)。圖3-29實現(xiàn)單循環(huán)控制功能的梯形圖

5.循環(huán)計數(shù)功能的程序設(shè)計

計數(shù)器的計數(shù)輸入由X5(SQ1)提供，在自動運行時，臺車每撞到SQ1一次表示完成了1次循環(huán)，用C0進行計數(shù)，當(dāng)C0有了6個計數(shù)脈沖輸入后，完成工作循環(huán)，臺車停在原位。這樣可以將C0的常閉觸點串接在Y1的線圈上，C0的常閉觸點斷開，使Y1線圈失電。為了使計數(shù)器在啟動臺車時清零，可以用啟動信號X2來置位C0。梯形圖如圖3-30所示。圖3-30實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)功能的梯形圖

6.設(shè)置保護環(huán)節(jié)的程序設(shè)計

SQ3和SQ4分別為后退和前進方向的限位保護行程開關(guān)。當(dāng)SQ4被壓合時，表示前進出了故障，Y1的線圈必須斷電；當(dāng)SQ3被壓合時，表示后退出了故障，Y2的線圈必須斷電，臺車停止動作。為了達到保護目的，可以將X7(SQ3)的常閉觸點串接在Y2的線圈上，將X10(SQ4)的常閉觸點串接在Y1的線圈上。

能夠完全滿足系統(tǒng)控制要求的完整的梯形圖如圖3-31所示。圖3-31設(shè)置保護環(huán)節(jié)的梯形圖四、實訓(xùn)步驟

(1)在教師指導(dǎo)下，按圖3-25所示完成PLC輸入/輸出端子的硬件接線。

(2)將PLC用戶程序存儲器里的內(nèi)容清空，輸入設(shè)置保護環(huán)節(jié)的梯形圖程序。

(3)接通PLC主機電源，并合上電源開關(guān)，接通380V電源。

(4)將PLC置于運行狀態(tài)，分別按下按鈕SB2、SB3、SA、SA1，觀察PLC上輸入、輸出指示燈的工作狀態(tài)及運料小車的動作情況，將結(jié)果填入空白處。

按下按鈕SB2：輸入指示燈X2

，輸出指示燈Y1

，輸出指示燈Y2