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(共43张PPT)
项目五
PLC功能指令应用和PLC、变频器的综合控制
为了使PLC在其基本逻辑功能、顺序步进功能之外具有进一步的特殊功能，以尽可能多地满足用户的特殊要求，各PLC制造商逐步在小型PLC里加入一些功能指令。功能指令又称高级（应用）指令，这些指令实际上就是一个个功能不同的子程序，主要用于数据的传送、运算、变换及程序控制等，这使得PLC成了真正意义上的工业计算机。本项目主要介绍PLC的功能指令及其编程方法。FX系列PLC可以使用的功能指令见附录。FX系列PLC的功能指令有100多条，依据功能不同可分为程序流程、传送与比较、算术与逻辑运算、循环与移位、数据处理、高速处理、时钟运算、外围设备、触点比较等。对于具体的控制对象，选择合适的功能指令将使编程更加方便快捷。限于篇幅，本项目只介绍较常用的功能指令，其余指令的使用可参阅相关编程手册。变频调速技术在工业生产领域已得到广泛应用，在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合应用（见图5-1），力求通过PLC和变频器的综合控制，解决实际工程问题。
项目分析
项目分析
图5-1
（1）学会PLC功能指令的基本规则、表示方法、数据长度、位组件、执行方式等。
（2）学会常用的功能指令及应用其编程的方法。
（3）学会PLC控制系统的设计原则和设计步骤。
（4）掌握用PLC解决实际问题的思路，进一步熟悉编程软件的使用方法，通过练习提高编程技巧。
（5）学会变频器面板的基本操作、参数设置和外部端子的功能，并能进行PLC和变频器综合控制系统硬线连接、程序设计并录入、调试、监控运行。
项目学习目标
项目评定
任 务 一
1
目 录
任 务 二
2
3
任 务 三
任 务 四
4
任务一
PART ONE
用功能指令实现灯塔之光的PLC控制
（1）理解PLC功能指令的基本知识。
（2）重点掌握数据传送指令MOV、位左移/右移指令SFTL/SFTR应用编程的方法。
（3）能自行绘制灯塔之光控制系统的I/O分配表和PLC接线图。
（4）具备在GX软件中应用功能指令实现灯塔之光的PLC控制程序编写、录入、调试及监控其运行的能力。
（5）通过积极动手—尝试体验—拓展延伸的过程，培养学生协作、沟通、自学、善思的良好工作习惯和品质，增强就业意识。
任务目标
（1）知道PLC功能指令的含义，了解功能指令的具体分类。
（2）学会功能指令的基本规则、表示方法、数据长度、位组件、执行方式等。
（3）根据灯塔之光的PLC控制系统的控制要求绘制PLC的I/O分配表。
（4）绘制灯塔之光的PLC控制接线图并能正确对PLC进行硬线连接。
（5）独立在GX软件中应用功能指令设计编写灯塔之光的PLC控制系统的梯形图并录入、调试及监控其运行。经指导教师初检后，通电检验并调试运行。
任务清单分析
用步进指令编写的PLC程序，其运行步骤非常清晰，初始状态S0做什么，通用状态S20、S21等做什么，一目了然。但在步进程序编写的过程中，编程软元件尤其是输出软元件Y多次重复使用，降低了编程效率。若编程中应用功能指令，可以提高编程能力，拓宽编程思维，还能在一定程度上简化所编写的程序。那么什么是功能指令？操作元件又是什么样的？如何用功能指令实现灯塔之光（见图5-2）的PLC控制？
任务提出
基本指令和步进指令对一般开关控制已经足够。但一条基本逻辑指令只完成一个特定的操作，而一条功能指令（也称应用指令）却能完成一系列的操作，相当于执行了一个子程序。既能简化程序设计，又能完成复杂的数据传送、运算、变换和程序控制等高难度控制，所以功能指令的功能更加强大，使编程更加精练。基本指令和其梯形图符号之间是相互对应的；而功能指令采用梯形图和助记符相结合的形式，意在表达本指令要做什么。三菱FX2的功能指令有87条，FX2N 有128条，各指令用功能号表示，每一指令有与之对应的助记符表示其功能意义。
功能指令可分为以下几类：程序流程指令、传送与比较、算术与逻辑运算、循环与移位、数据处理、高速处理、方便指令等（各功能指令一览表详见本书附录）。
一、FX系列PLC功能指令的通用格式与数据结构
功能指令由指令助记符、功能号、操作数等组成，功能指令按功能号FNC00~FNC294编排，每条功能指令都有助记符，在简易编码器中输入功能指令是以功能号输入功能指令，在编程软件中是以指令助记符输入功能指令。
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1.PLC功能指令的通用格式
PLC功能指令的通用格式如图5-3所示。
（1）功能指令编号。功能指令编号用FNC00～FNC294表示。
（2）助记符。功能指令对应的助记符大多用英文名称或缩写表示。例如，FNC20的助记符是ADD（加法指令），若使用简易编程器，则键入FNC20，若采用智能编程器或在计算机上编程，则也可键入助记符ADD。
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1—功能指令编号； 2—助记符； 3—数据长度；
4—执行形式； 5—警示为脉冲执行；
6—操作数
（3）数据长度。功能指令可处理16位数据或32位数据。处理32位数据的指令是在助记符前加“D”标志，无此标志即为处理16位数据的指令。注意32位计数器（C200～C255）的一个软元件为32位，不可作为处理16位数据指令的操作数使用。如图5?3所示，若指令前面带“D”，则当X0接通时，执行D11D10+D13D12→D15D14（32位）。在使用32位数据时建议使用首编号为偶数的操作数，这样不容易出错。
（4）执行形式。功能指令有连续执行和脉冲执行两种执行形式。如图5?3所示，指令助记符后面有“P”表示脉冲执行，即该指令仅在X0接通（由OFF到ON）时执行一次；如果没有“P”则表示连续执行，即该指令在X0接通（ON）的每一个扫描周期都要被执行。
（5）警示为脉冲执行。
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（6）操作数。有的功能指令没有操作数，而大多数功能指令有1~4个操作数。图5?3所示功能指令有3个操作数，［S］表示源操作数，［D］表示目标操作数，若使用变址功能，则可表示为［S·］和［D·］。当源或目标不止1个时，用［S1·］、［S2·］、［D1·］、［D2·］表示。用n和m表示其他操作数，它们常用来表示常数K和H，或作为源和目标操作数的补充说明，当这样的操作数不止1个时可用n1、n2和m1、m2等来表示。
2.功能指令的数据结构
1）位元件与位元件的组合
像X、Y、M、S等只处理ON/OFF信息的软元件称为位元件。位元件可以组合使用，位元件组合由Kn加首元件号来表示，4个位元件为一个单元，通用表示方法是由Kn加起始的软元件号组成，n为单元数，常用KnX，KnY，KnM，KnS表示。
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例如，K2M0表示M0~M7组成两个位元件组（K2表示2个单元），它是一个8位数据，M0为最低位。如果将16位数据传送到不足16位的位元件组合（n<4），只传送低位数据，多出的高位数据不传送，32位数据传送也一样。在做16位数操作时，参与操作的位元件不足16位时（K1~K3），高位的不足部分均作0处理，这意味着只能处理正数（符号位为0），在做32位数处理时也一样。被组合的元件首位元件可以任意选择，但为避免混乱，建议采用编号以0结尾的元件，如S10、X0、X20等。
例如，K1X0表示X3~X0组成的4位数据，X0为最低位；K4M10表示M25~M10组成的16位数据，M10为最低位；K8M100表示M131~M100组成的32位数据，M100为最低位。
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当一个16位的数据传送到K1M0，K2M0，K3M0时，只传送相应的低位数据，目的数据的高位数据保持不变。反过来，高位数据全部为0（见图5-4）。
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2）字元件
处理数据的元件称为字元件，如T、C、D等，一个字元件由16位二进制数组成。处理32位数据的指令是在助记符前加“D”标志。
3）变址寄存器V、Z
变址就是改变操作数的地址。变址寄存器的作用是存放改变地址的数据，实际地址=当前地址+变址数据。变址寄存器在传送、比较指令中用来修改操作对象的元件号，其操作方式与普通数据寄存器一样。32位运算时V和Z组合使用，V为高16位，Z为低16位。
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二、比较与传送指令
1.比较指令
（1）比较指令CMP。CMP指令有3个操作数，即两个源操作数［S1·］、［S2·］和一个目标操作数［D·］。该指令将［S1·］和［S2·］进行比较，结果送到［D·］中。CMP指令使用说明如图5-5所示。
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2)区间比较指令ZCP。ZCP指令将一个操作数［S·］与两个操作数［S1·］和［S2·］形成的区间比较，且［S1·］不得大于［S2·］，结果送到［D·］中，如图5-6所示。
（3）比较指令CMP/ZCP使用注意事项。
①［S1·］、［S2·］可取任意数据格式，目标操作数［D·］可取Y、M和S。
②使用ZCP指令时，［S2·］的数值不能小于［S1·］。
③所有的源数据都被看成二进制值处理。
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2.传送指令
(1)传送指令MOV。MOV指令将源操作数的数据传送到目标元件中，即［S·］→［D·］。MOV指令使用说明如图5-7所示。当X0为ON时，源操作数［S·］中的数据K100传送到目标元件D10中。当X0为OFF时，指令不执行，数据保持不变，如图5-7所示。
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使用MOV指令时应注意如下几点。
①源操作数可取任何数据类型，目标操作数是KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。
②16位运算时占5个程序步，32位运算时则占9个程序步。
传送功能指令编程梯形图如图5-8所示。
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2)移位传送指令SMOV。如图5-9所示，首先将二进制的源数据（D1）转换成BCD码，然后将BCD码移位传送，实现数据的分配、组合。源数据BCD码右起从第4位（m1=4）开始的2位（m2=2）移送到目标D2的第3位（n=3）和第2位，而D2的第4和第1两位BCD码不变。然后，目标D2中的BCD码自动转换成二进制数，即为D2的内容。BCD码值超过9999时出错。
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使用SMOV指令时应该注意如下几点。
①源操作数可取任何数据类型，目标操作数可为KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。
②SMOV指令只有16位运算，占11个程序步。
(3)取反传送指令CML。CML指令将源操作数中的数据（自动转换成二进制数）逐位取反后进行传送。CML指令应用编程如图5-10所示。
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使用BMOV指令时应注意如下几点。
①源操作数可取KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D和文件寄存器，目标操作数可取KnT、KnM、KnS、T、C和D。
②只有16位操作，占7个程序步。
③若元件号超出允许范围，则数据仅传送到允许范围的元件。
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(5)多点传送指令FMOV。FMOV指令是将源操作数中的数据传送到指定目标开始的n个目标元件中，这n个元件中的数据完全相同。FMOV指令应用编程如图5-12所示。
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使用FMOV指令时应注意如下几点。
①源操作数可取任何数据类型，目标操作数可取KnX、KnM、KnS、T、C和D，n小于等于512。
②16位操作占7个程序步，32位操作占13个程序步。
③若元件号超出允许范围，则数据仅送到允许范围的元件中。
(6)数据交换指令XCH。XCH指令是将两个目标元件D1和D2的内容相互交换。XCH指令应用编程如图5-13所示。
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使用XCH指令时应注意如下几点。
①操作数的元件可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。
②一般采用脉冲执行方式，否则在每一次扫描周期都要交换一次。
③16位操作占5个程序步，32位操作占9个程序步。
三、移位指令
移位指令包括SFTR、SFTL、WSFR和WSFL，这些指令的名称、助记符、功能号和操作数等见表5-1。
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1.位右移指令SFTR
位右移指令SFTR执行时，将源操作数［S］中的位元件的状态送入目标操作数［D］中的低n2位中，并依次将目标操作数向右移位（见图5-14）。
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1）位右移指令SFTR的说明
（1）S为移位的源操作数的最低位，D为被移位的目标操作数的最低位。n1为目标操作数个数，n2为源操作数个数。
（2）位右移就是源操作数从目标操作数的高位移入n2位，目标操作数各位向低位方向移n2位，目标操作数中的低n2位溢出。源操作数各位状态不变。
（3）在指令的连续执行方式中，每一个扫描周期都会移位一次。在实际控制中，常采用脉冲执行方式。
2）位右移指令SFTR应用举例
应用位右移指令SFTR对4盏流水灯循环右移编程。
（1）真值表如图5-15所示。
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（2）梯形图如图5-16所示。
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2.位左移指令SFTL
位左移指令SFTL执行时，将源操作数［S］中的位元件的状态送入目标操作元件［D］中的低n2位中，并依次将目标操作数向左移位（见图5-17）。
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1）位左移指令SFTL的说明
（1）S为移位的源操作数的最低位，D为被移位的目标操作数的最低位。n1为目标操作数个数，n2为源操作数个数。
（2）位左移就是源操作数从目标操作数的低位移入n2位，目标操作数各位向高位方向移n2位，目标操作数中的高n2位溢出。源操作数各位状态不变。
（3）在指令的连续执行方式中，每一个扫描周期都会移位一次。在实际控制中，常采用脉冲执行方式。
2）位左移指令SFTL应用举例
应用位左移指令SFTL对4盏流水灯循环左移编程。
（1）真值表如图5-18所示。
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（2）梯形图和指令表如图5-19所示。
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3.字右移和字左移指令
字右移指令WSFR(P)和字左移指令WSFL(P)以字为单位，其工作过程与位移位指令相似，是将n1个字右移或左移n2个字。
使用字右移和字左移指令时应注意：
（1）源操作数可取KnX、KnY、KnM、KnS、T、C和D，目标操作数可取KnY、KnM、KnS、T、C和D。
（2）字移位指令只有16位操作，占用9个程序步。
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任务实施
借助PLC模拟灯塔之光的控制实训装置实操，引导学生对灯塔之光的PLC控制系统有新的较全面认识（见图5-20）。
任务实施
（1）模拟灯塔之光的PLC控制系统的控制要求如下。
①起停控制：按下起动按钮SB1时，系统起动；按下停止按钮SB2时，系统停止。
②灯塔灯光效果控制：系统起动后，9盏灯按以下规律依次点亮：L1、L2、L9→L1、L5、L8→L1、L4、L7→L1、L3、L6→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L6→L1、L3、L7→L1、L4、L8→L1、L5、L9→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L9（回到初始状态）……如此不断循环。各状态自动变换时间暂设为1 s。
任务实施
（2）绘制I/O分配表。在教师指导下，根据模拟灯塔之光的PLC控制系统控制要求（最好事先了解灯塔之光控制系统的工作情况）正确分配PLC的输入输出端口，并填入表5-2中。
任务实施
（3）根据灯塔之光的PLC控制系统I/O分配表绘制PLC接线图，如图5-21所示。
任务实施
（4）绘制梯形图，如图5-22所示。
任务实施
（5）根据I/O分配表进行PLC外部接线。教师巡回指导学生正确使用GX编程软件上机编程。
（6）调试并运行程序。
能力测评
用功能指令实现灯塔之光的PLC控制任务测评标准见表5-3。
巩固与练习
试应用功能指令对某灯光招牌的PLC控制系统编写梯形图。某灯光招牌的PLC控制系统控制要求是：共有L1～L8八个灯接于K2Y0，要求当X0为ON时，灯先以正序每隔1 s轮流点亮，当Y7亮后，停3 s；然后以反序每隔1 s轮流点亮，当Y0再亮后，停3 s，重复上述过程。当X1为ON时，停止工作。
谢谢聆听
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