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(共47张PPT)
项目11 程序设计及其执行过程
11.1定时器与计数器的应用
11.2 PLC程序执行过程
11.3 PLC程序设计技巧
11.4 数码管循环点亮控制实训
11.5教学做导四位一体
项目11
项目11 程序设计及其执行过程
任务导入
在项目10中，学习了基本逻辑指令，也使用基本逻辑指令来设计简单的控制程序，还学习了PLC的一些软元件。那么，如何根据控制要求来设计程序？程序设计的技巧是什么？程序的执行过程是如何进行的？等等，这一系列的问题将在这一部分得到解决。
任务11.1 定时器与计算器的应用
任务导入
前面学习了PLC的输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M以及状态继电器S，除此之外，PLC还有进行定时、计数和数据处理的定时器、计数器以及数据寄存器，下面学习定时器、计数器以及数据寄存器及其在PLC程序中的应用。
11.1.1 定时器
1. 通用型定时器
2. 积算型定时器
3. 定时器应用程序
3. 定时器应用程序
3. 定时器应用程序
11.1.2 计数器
1. 内部计数器
内部计数器是用来对PLC的内部元件（X，Y，M，S，T和C）提供的信号进行计数。计数脉冲为ON或OFF的持续时间，应大于PLC的扫描周期，其响应速度通常小于数十赫兹。内部计数器按位数可分为16位加计数器、32位双向计数器，按功能可分为通用型和电池后备/锁存型。
① 16位加计数器的设定值范围为1～32767。
1. 内部计数器
② 32位双向计数器的设定值范围为－2147483648～+2147483647，其加/减计数方式由特殊辅助继电器M8200～M8234设定，对应的特殊辅助继电器为ON时，为减计数，反之为加计数。
2. 高速计数器
高速计数器均为32位加减计数器。但适用高速计数器输入的PLC输入端只有6个X0～X5，如果这6个输入端中的1个已被某个高速计数器占用，它就不能再用于其他高速计数器(或其他用途)。也就是说，由于只有6个高速计数输入端，最多只能用6个高速计数器同时工作。高速计数器的选择并不是任意的，它取决于所需计数器的类型及高速输入端子，高速计数器的类型如下。
3. 计数频率
计数器最高计数频率受2个因素限制。一是各个输入端的响应速度，主要是受硬件的限制；二是全部高速计数器的处理时间，这是高速计数器计数频率受限制的主要因素。因为高速计数器的工作是采用中断方式，故计数器用得越少，则可计数频率就高。如果某些计数器用比较低的频率计数，则其他计数器可用较高的频率计数。
4. 计数器应用程序
11.1.3 数据寄存器
11.1.4 变址寄存器
FX系列PLC有16个变址寄存器V0～V7和Z0～Z7，在32位操作时将V、Z合并使用，Z为低位。变址寄存器可用来改变软元件的元件号，例如，当V0=12时，数据寄存器D6V0，则相当于D18（6+12=18）。通过修改变址寄存器的值，可以改变实际的操作数。变址寄存器也可以用来修改常数的值，例如，当Z0=21时，K48Z0相当于常数69（48+21=69）。
11.1.5 指针
指针（P/I）包括分支和子程序用的指针（P）以及中断用的指针（I）。在梯形图中，指针放在左侧母线的左边。
11.1.6 振荡程序
11.1.6 振荡程序
11.1.7 电动机循环正反转控制仿真实训（1）
设计电动机循环正反转控制的梯形图，并使用仿真软件的D-5培训画面完成模拟调试。具体控制要求如下：电动机正转3s，暂停2s，反转3s，暂停2s，如此循环5个周期，然后自动停止。运行中，可按停止按钮停止，热继电器动作也应停止。
任务11.2 PLC程序执行过程
任务导入
如图11-17所示梯形图中，设X024=ON，X025=OFF，则执行程序后的结果如何？可以使用PLC仿真软件D-5培训画面来验证，正确答案为Y003=OFF，Y001=ON，为什么是这个结果？这就是PLC工作原理决定的，下面就学习PLC的工作原理，即程序的执行过程。
11.2.1 循环扫描过程
PLC有RUN（运行）与STOP（编程）2种基本的工作模式。当处于STOP模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容，一般用于程序的写入、修改与监视。当处于RUN模式时，PLC除了要进行内部处理、通信服务之外，还要执行反映控制要求的用户程序，即执行输入处理、程序处理、输出处理，如图11-18所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
11.2.2 扫描周期
11.2.3 输入/输出滞后时间
输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这3部分组成。
由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达2个多（约3个）扫描周期。PLC总的响应延时一般只有几十毫秒，对于一般的系统是无关紧要的，但对于要求输入/输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，则可以选用扫描速度快的PLC或采取其他措施。
因此，影响输入/输出滞后的主要原因有：输入滤波器的惯性；输出继电器触点的惯性；程序执行的时间；程序设计不当的附加影响等。对于用户来说，选择了一个PLC，合理地编制程序是缩短滞后时间的关键。
11.2.4 程序的执行过程
11.2.5 双线圈输出
同一个元件的线圈在梯形图中重复使用即称为双线圈输出，如图11-17所示梯形图中的Y3线圈。现在我们再来分析图11-17所示梯形图程序的执行过程，设X24=ON，X25=OFF，在程序处理时，最初因X24为ON，Y3的映像寄存器为ON，输出Y1也为ON。然而，当程序执行到第3行时，又因X25=OFF，Y3的映像寄存器改写为OFF，因此，最终的输出Y3为OFF，Y1为ON。所以，若输出线圈重复使用，则后面线圈的动作状态对外输出有效。因此，梯形图中一般不允许出现双线圈输出。
11.2.6 彩灯顺序点亮控制仿真实训
图11-21所示是3位同学设计的2组彩灯顺序点亮的控制程序，其控制要求为：按下启动按钮PB2（X21），黄灯（Y1）点亮，5s后黄灯熄灭绿灯（Y2）点亮，按下停止按钮PB3（X22）系统停止运行。请运用仿真软件的D-3培训画面调试3位同学的程序，然后运行程序执行过程分析其正误。
11.2.6 彩灯顺序点亮控制仿真实训
任务11.3 PLC程序设计技巧
任务导入
如何根据控制要求，设计出符合要求的程序，这就是PLC程序设计人员所要解决的问题。PLC程序设计是指根据被控对象的控制要求和现场信号，对照PLC的软元件，画出梯形图（或状态转移图），进而写出指令表程序的过程。这需要编程人员熟练掌握程序设计的规则、方法和技巧，在此基础上积累一定的编程经验，PLC的程序设计就不难掌握了。
11.3.1 梯形图的基本规则
11.3.1 梯形图的基本规则
11.3.1 梯形图的基本规则
11.3.2 启保停基本程序
11.3.2 启保停基本程序
11.3.3 程序设计的方法
PLC程序设计有许多种方法，常用的有经验法、转换法、逻辑法及步进顺控法等。
1. 经验法
经验法也叫试凑法，这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，一般用于较简单的程序设计。
2. 转换法
转换法就是将继电器电路图转换成与原有功能相同的PLC内部的梯形图。这种等效转换是一种简便快捷的编程方法，其一，原继电控制系统经过长期使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能；其二，继电器电路图与PLC的梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此根据继电器电路图来设计梯形图简便快捷；其三，这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了原有系统的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。
11.3.3 程序设计的方法
3. 逻辑法
逻辑法就是应用逻辑代数以逻辑组合的方法和形式设计程序。逻辑法的理论基础是逻辑函数，逻辑函数就是逻辑运算与、或、非的逻辑组合。因此，从本质上来说，PLC梯形图程序就是与、或、非的逻辑组合，也可以用逻辑函数表达式来表示。
4. 步进顺控法
对于复杂的控制系统，特别是复杂的顺序控制系统，一般采用步进顺控的编程方法。步进顺控设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，并且程序的调试、修改和阅读也很方便。有关步进顺控的编程方法将在项目12介绍。
11.3.4 梯形图程序设计的技巧
设计梯形图程序时，一方面要掌握梯形图程序设计的基本规则；另一方面，为了减少指令的条数，节省内存和提高运行速度，还应该掌握设计的技巧。
① 如果有串联电路块并联，最好将串联触点多的电路块放在最上面，这样可以使编制的程序简洁，指令语句少，如图11-29所示。
11.3.4 梯形图程序设计的技巧
② 如果有并联电路块串联，最好将并联电路块移近左母线，这样可以使编制的程序简洁，指令语句少，如图11-30所示。
11.3.4 梯形图程序设计的技巧
③ 如果有多重输出电路，最好将串联触点多的电路放在下面，这样可以不使用MPS、MPP指令，如图11-31所示。
④ 如果电路复杂，采用ANB、ORB等指令实现比较困难时，可以重复使用一些触点改成等效电路，再进行编程，如图11-32所示。
11.3.5 程序设计实例
2. 时间顺序控制程序
用经验法设计3台电动机顺序启动的梯形图。其控制要求如下：电动机M1启动5s后电动机M2启动, 电动机M2启动5s后电动机M3启动；按下停止按钮时，电动机无条件全部停止运行。
3. 空间位置控制程序
图11-35所示为行程开关控制的正、反转电路，图中行程开关SQ1、SQ2作为往复控制用，而行程开关SQ3、SQ4作为极限保护用，试用经验法设计其梯形图。
11.3.6 电动机正反转能耗制动控制仿真实训
任务11.4 数码管循环点亮控制实训
任务11.4 数码管循环点亮控制实训
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