程序控制类应用指令.docx
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程序控制类应用指令
第六单元程序控制类应用指令
任务一跳转程序
一、任务提出
为了提高设备的可靠性，在工业控制中许多设备要建立自动及手动两种工作方式。
这就要在程序中编排两段程序，一段用于手动，一段用于自动。
然后设立一个手动／自动切换开关对程序段进行选择。
梯形图一般采用图6-1所示的典型结构。
X10是自动／手动切换开关，当它为ON时将跳过自动程序，执行手动程序，为OFF时将跳过手动程序，执行自动程序。
公用程序用于自动程序和手动程序相互切换的处理，自动程序和手动程序都需要完成的任务也可以用公用程序来处理。
图6-1自动／手动程序切换
二、原理分析
跳转指令CJ可用来选择执行一定的程序段，跳过暂且不执行的程序段，缩短了扫描周期。
如图6-2所示，若X0接通，则跳到标号为P8的程序处执行。
X0断开时，不执行跳转指令，顺序往下执行。
图6-2跳转程序
表6-1给出了图6-2中跳转发生前后相关器件状态发生变化对程序执行结果的影响。
表6-1跳转对元器件状态的影响
元件
跳转前触点状态
跳转后触点状态
跳转后线圈状态
Y，M，S
X1，X2，X3OFF
X1，X2，X3ON
Y1，M1．S1OFF
X1，X2，X3ON
X1，X2，X3OFF
Y1，Ml，S1ON
10ms，100ms定时器
X4OFF
X4ON
定时器不动作
X4ON
X4OFF
定时器停止，X0OFF后接续定时
1ms定时器
X5OFF，X6OFF
X6ON
定时器不动作
X5OFF，X6ON
X6OFF
定时器停止，X0OFF后接续定时
计数器
X7OFF．X10OFF
X10ON
计数器不动作
X7OFF，X10ON
Xl0OFF
计数器停止，X0OFF后接续计数
应用指令
X11OFF
X11ON
除FNC52～FNC59之外的其他应用指令不执行
X11ON
X11OFF
1．被跳过的程序段中的输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S由于该段程序不再执行，即使梯形图中涉及的工作条件发生变化，它们的工作状态将保持跳转发生前的状态不变。
2．被跳过的程序段中的定时器及计数器，无论其是否具有掉电保持功能，由于相关程序停止执行，它们的当前值寄存器被锁定，跳转发生后其定时值、计数值保持不变，在跳转中止，程序接续执行时，定时计数将继续进行。
另外，定时、计数器的复位指令具有优先权，即使复位指令位于被跳过的程序段中，执行条件满足时，复位工作也将执行。
三、知识链接
1．编程元件——跳转指针P
FX2N的指针P有128点（P0～P127），用于分支和跳转程序。
指针P使用时要注意：
⑴在梯形图中，指针放在左侧母线的左边，一个指针只能出现一次，如出现两次或两次以上，就会出错。
⑵多条跳转指令可以使用相同的指针。
⑶P63是END所在的步序，在程序中不需要设置P63。
⑷指针可以出现在相应跳转指令之前，但是如果反复跳转的时间超过监控定时器的设定时间，会引起监控定时器出错。
2．跳转指令CJ
跳转指令CJ执行时，如果跳转条件满足，PLC将不再扫描执行跳转指令与跳转指针P间的程序，即跳到以指针P为入口的程序段中执行。
直到跳转的条件不再满足，跳转停止进行。
在图6-2中，当X0置1，跳转指令CJP8执行条件满足，程序将从CJP8指令处跳至标号P8处，仅执行该梯形图中标号P8之后的程序。
使用跳转指令要注意：
（1）跳转指令具有选择程序段的功能。
在同一程序中位于不同程序段的程序不会被同时执行，所以不同程序段中的同一线圈不被视为双线圈。
（2）可以有多条跳转指令使用同一指针。
在图6-3中，如X2接通，第一条跳转指令有效，从这一步跳到指针P9。
如果X2断开，而X3接通，则第二条跳转指令生效，程序从第二条跳转指令处跳到P9处。
但不允许一个跳转指令对应二个指针的情况，即在同一程序中不允许存在二个相同的指针。
（3）指针一般设在相关的跳转指令之后，也可以设在跳转指令之前。
但要注意从程序执行顺序来看，如果由于指针在前造成该程序的执行时间超过了警戒时钟设定值，则程序就会出错。
图6-3二条跳转指令使用同一指针
（4）使用CJ（P）指令时，跳转只执行一个扫描周期，但若用辅助继电器M8000作为跳转指令的工作条件，跳转就成为无条件跳转。
（5）跳转与主控区的关系，如图图6-4所示。
1）对跳过整个主控区（MC～MCR）的跳转不受限制。
2）从主控区外跳到主控区内时，跳转独立于主控操作，CJP1执行时，不论M0状态如何，均作ON处理。
3）在主控区内跳转时，如M0为OFF，跳转不可能执行。
4）从主控区内跳到主控区外时，M0为OFF时，跳转不可能执行；M0为ON时，跳转条件满足可以跳转，这时MCR无效，但不会出错。
5）从一个主控区内跳到另一个主控区内时，当M1为ON时，可以跳转。
执行跳转时不论M2的实际状态如何，均看做ON。
MCRNO无效。
图6-4跳转与主控区的关系
⑹在编写跳转程序的指令表时，指针需占一行。
如图6-5所示。
图6-5指令表中的指针
3．主程序结束指令FEND
FEND为主程序结束指令，FEND指令与END指令一样，进行输出、输入处理、监视定时器刷新，再返回0步的程序。
四、任务实施
为了更好地观察跳转指令，本任务实施图6-5的程序。
1．2个带自锁的按钮分别连接到PLC的X0、X1，输出用指示灯代替，并连接PLC的电源，确保无误。
2．输入图6-6的梯形图，检查无误后运行程序。
3．按下X0输入按钮，观察输出继电器Y0~Y3的状态有无变化，理解跳转指令。
4．按下X1输入按钮，观察输出继电器Y0~Y3的状态有无变化，理解跳转指令。
五、思考与练习
1．某报时器有工作日和休息日二套报时程序，请设计程序结构，安排这二套程序。
2．说明跳转与主控区的关系。
3．用跳转指令设计用一个按钮X0控制Y0的电路，第一次按下按钮X0，Y0变为ON，第二次按下按钮X0，Y0变为OFF。
任务二子程序
一、任务提出
化工企业经常要完成多液体物料的化合工作，需要完成物料的比例投入及送出以及化合炉的温度控制工作。
物料的比例投入和化合物的送出可通过特定的运算结果再控制相关阀门的开度实现。
温度控制使用加温及降温设备，而温度需维持在一个区间内。
二、原理分析
在利用PLC实现控制时，常常将以运算为主的程序内容做为主程序。
将加温及降温等逻辑控制为主的程序作为子程序。
程序结构如图6-6所示。
其中X1为上限位温度传感器、X2为下限位温度传感器，X1为ON时，调用降温控制子程序，X2为ON时，调用升温控制子程序。
图6-6子程序
三、知识链接
1．子程序调用指令CALL
子程序调用指令CALL是为一些特定的控制目的编制的相对独立的程序。
为了区别于主程序，规定在程序编排时，将主程序写在前边，以FEND指令结束主程序，子程序写在FEND后边，当主程序带有多个子程序时，子程序可依次列在主程序结束指令FEND之后。
子程序调用指令CALL安排在主程序段中。
如图6-6所示，X1、X2分别是两个子程序（指针分别为P1和P2）执行的条件，X1为ON时指针为P1的子程序得以执行，X2为ON时指针为P2的子程序得以执行。
2．子程序返回指令SRET
子程序返回指令SRET是不需要驱动触点的单独指令。
子程序的范围从它的指针标号开始，到SRET指令结束。
每当程序执行到子程序调用指令CALL时，都转去执行相应的子程序，遇到SRET指令即返回原断点继续执行原程序。
子程序可以实现五级嵌套。
图6-7是一级嵌套的例子。
子程序P1是脉冲执行方式，即X1接通一次，子程序P1只执行一次。
当子程序P1开始执行并X2接通时，程序转去执行子程序P2，当在P2子程序中执行到SRET指令后又回到P1原断点处执行P1。
当在P1子程序中执行到SRET指令后则返回主程序原断点处执行。
图6-7子程序嵌套
四、任务实施
为了更好地观察子程序，本任务实施图6-8的程序。
图6-8子程序实施
1．2个带自锁的按钮分别连接到PLC的X1、X2，输出用指示灯代替，并连接PLC的电源，确保无误。
2．输入图6-8的梯形图，检查无误后运行程序。
3．按下X1输入按钮，观察输出继电器Y1和Y2的状态有无变化，理解子程序。
4．按下X2输入按钮，观察输出继电器Y1和Y2的状态有无变化，理解子程序。
五、思考与练习
1．某广告牌有16个边框饰灯L1～L16，当广告牌开始工作时，饰灯每隔0．1s从L1到L16依次正序轮流点亮，重复进行；循环两周后，又从L16到L1依次反序每隔0．1s轮流点亮，重复进行；循环两周后，再按正序轮流点亮，重复上述过程。
当按停止按钮时，停止工作。
任务三循环程序
一、任务提出
在进行数据处理时，经常要求从某一批数据中找出一些有特征值的数据来，例如找出存储在D0~D9内的数据中的最大值，存储到D10。
二、原理分析
本任务用循环指令实现，设计出的梯形图如图6-9所示。
图6-9求最大值程序
三、知识链接
循环指令由FOR及NEXT二条指令构成，这二条指令总是成对出现的。
如梯形图6-10所示，三条FOR指令和三条NEXT指令相互对应。
在梯形图中相距最近的FOR指令和NEXT指令是一对。
其次是距离稍远一些的，再是距离更远一点的。
图6-10是三级循环嵌套的情况。
从图中还可看出，每一对FOR指令和NEXT指令间的程序就是执行过程中需按一定的次数进行循环的部分。
循环的次数由FOR指令后的源数据给出。
图6-10循环指令
该程序最中心的循环内容为向数据存储器D100中加1，它一共执行了2×2×3=12次，循环可以5层嵌套，循环嵌套时循环次数计算方法以图6-11说明。
外层循环程序A嵌套了内层循环B，循环A执行5次，每执行一次循环A，就要执行10次循环B，因此循环B一共要执行5×10=50次。
利用循环中的CJ指令可跳出FOR、NEXT之间的循环区。
图6-11循环次数计算
在某种操作需反复进行的场合，使用循环程序可以使程序简明扼要，编程方便，提高程序功能。
如对某一取样数据做一定次数的加权运算，控制输出口依一定的规律做反复的输出动作，或利用反复的加减运算完成一定量的增加或减少，或利用反复的乘除运算完成一定量的数据移位等等。
四、任务实施
1．连接PLC的电源，确保无误。
输入图6-9的梯形图，检查无误。
2．设置D0~D9的值分别为K10、K5、K100、K40、K30、K20、K318、K9、K123、K56，运行程序，观察Y17~Y0的指示是否为0000000100111110（即K318）。
3．改变D0~D9的设置，再调试程序。
4．修改程序，将它变为求最小值的程序，并调试。
五、思考与练习
1．100个16位数存放在D10~D109中，分别求出最大值，最小值和平均值，并存放到D110~D112中。
任务四外部中断子程序
一、任务提出
在日常生活和工作中经常碰到这种情况：
正在做某项工作时，有一件更重要的事情要马上处理，这时候必须暂停正在做的工作，处理这一紧急事务，等处理完这一紧急事务，继续完成刚才暂停的工作，PLC也有这样的工作方式，称为中断。
中断是指在主程序的执行过程中，中断主程序的执行去执行中断子程序，执行完中断子程序后再回到刚才中断的主程序处继续执行，中断不受PLC扫描工作方式的影响，使PLC能迅速响应中断事件。
和前边所谈到过的子程序一样，中断子程序也是为某些特定的控制功能而设定的。
和普通子程序不同的是，这些特定的控制功能都有一个共同的特点，即要求响应时间小于机器的扫描周期。
因而，中断子程序都不能由程序内安排的条件引出。
能引起中断的信号叫中断源，FX2N系列可编程序控制器有三类中断源，即外部中断、定时器中断和高速计数器中断。
本任务分析外部中断。
二、原理分析
图6-12是一个带有外部中断子程序的梯形图。
在主程序段程序执行中，特殊辅助继电器M8050为零时，标号为1001的中断子程序允许执行。
该中断在输入口X0送入上升沿信号时执行。
上升沿信号出现一次该中断执行一次。
执行完毕后即返回主程序。
本中断子程序完成的功能是M8013驱动输出继电器Y11工作。
作为执行结果的输出继电器Y11的状态，取决于X0出现上升沿时M8013秒时钟脉冲的状态。
即M8013置1则Y11置l，否则Y11置0。
外部中断常用来引入发生频率高于机器扫描频率的外控制信号，或用于处理那些需快速响应的信号。
比如，在可控整流装置的控制中，取自同步变压器的触发同步信号可经专用输入端子引入可编程控制器作为中断源，并以此信号作为移相角的计算起点。
图6-12外部中断子程序梯形图
三、知识链接
1．编程元件——中断指针I
中断指针I用来指明某一中断源的中断程序入口指针，执行到IRET（中断返回）指令时返回主程序。
中断指针I应在FEND指令之后使用。
外部输入中断从输入端子送入，用于机外突发随机事件引起的中断。
图6-13给出了外部输入中断指针编号的意义，输入中断指针为I□0□，最高位与X0～X5的元件号相对应，即输入号分别为0～5（从X0～X5输入），最低位为中断信号的形式，为0时表示下降沿中断，反之为上升沿中断。
例如中断指针1001之后的中断程序在输入信号X0的上升沿时执行。
图6-13外部中断指针
同一个输入中断源只能使用上升沿中断或下降沿中断，例如不能同时使用中断指针I000和I001。
用于中断的输入点不能与已经用于高速计数器的输入点冲突。
2．与中断有关的指令
与中断有关的指令有中断返回指令IRET、允许中断指令EI和禁止中断指令DI，均无操作数。
⑴PLC通常处于禁止中断的状态，指令EI和DI之间的程序段为允许中断的区间，当程序执行到该区间时，如果中断源产生中断，CPU将停止执行当前的程序，转去执行相应的中断子程序，执行到中断子程序中的IRET指令时，返回原断点，继续执行原来的程序。
⑵中断程序从它惟一的中断指针开始，到第一条IRET指令结束。
中断程序应放在FEND指令之后，IRET指令只能在中断程序中使用，中断程序的结构如图6-14所示。
特殊辅助继电器M805△为ON时（△=0～8），禁止执行相应的中断I△口口（口口是与中断有关的数字）。
例如M8050为ON时，禁止执行相应的中断I000和I001。
M8059为ON时，关闭所有的计数器中断。
图6-14中断程序结构
⑶由于中断的控制是脱离于程序的扫描执行机制的，多个突发事件同时出现时必须有个处理秩序，这就是中断优先权。
中断优先权按中断号的大小决定，号数小的中断优先权高。
由于外部中断号整体上高于定时器中断。
即外部中断的优先权较高。
⑷执行一个中断子程序时，其他中断被禁止，在中断子程序中编入EI和DI，可实现双重中断，只允许两级中断嵌套。
一次中断请求，中断程序一般仅能执行一次。
⑸如果中断信号在禁止中断区间出现，该中断信号被储存，并在EI指令之后响应该中断。
不需要关闭中断时，只使用EI指令，可以不使用DI指令。
⑹中断输入信号的脉冲宽度应大于200μs，选择了输入中断时，其硬件输入滤波器自动地复位为50us（通常为10ms）。
⑺直接高速输入可用于“捕获”窄脉冲信号。
FX系列PLC需要用EI指令来激活X0～X5的脉冲捕获功能，捕获的脉冲状态存放在M8170～M8175中。
接收到脉冲后，相应的特殊辅助继电器M变为ON，可用捕获的脉冲来触发某些操作。
如果输入元件已用于其他高速功能，脉冲捕获功能将被禁止。
四、任务实施
1．用一个按钮接到X0模拟外部中断信号，用另一个带自锁的按钮接到X20模拟外部中断禁止信号，输出用指示灯代替，并连接PLC的电源，确保无误。
2．输入图6-12的梯形图，检查无误后运行程序。
3．先按下X20，再按X0，观察输出继电器Y10、Y11的状态有无变化，判断有无中断。
4．再按一下X20，解除M8050的禁止中断后，再按X0，观察输出继电器Y10、Y11的状态有无变化，判断有无中断。
五、思考与练习
1．试比较中断子程序和普通子程序的异同点。
2．某化工设备设有外应急信号，用以封锁全部输出口，以保证设备的安全。
试用中断方法设计相关梯形图。
任务五定时中断子程序
一、任务提出
在电机等设备的软起动控制中经常要用到斜坡信号，FX系列可编程序控制器的斜坡输出指令是用于产生线性变化的模拟量输出的指令，使用定时中断实现。
二、原理分析
斜坡信号发生电路的梯形图如图6-15所示，其中指针I610是定时中断入口地址，RAMP指令为斜坡输出指令。
RAMP指令源操作数D1为斜坡初值，D2为斜坡终值，D3为斜坡数据的当前值，辅助操作数K1000为从初值到终值需经过的指令操作次数。
该指令如不采取中断控制方式，从初值到终值的时间及变化速率要受到扫描周期的影响。
而如图6-15所示使用指针I610的定时中断程序，D3中数值的变化时间及变化的线性就有了保障。
图6-15 斜坡信号发生电路的梯形图
定时中断在工业控制中还常用于快速采样处理。
以定时快速地采集外界迅速变化的信号。
三、知识链接
1．定时中断入口
FX2N和FX2NC系列有3点定时中断，如图6-16所示。
中断指针为I6口口～I8口口，低两位是以ms为单位的定时时间。
定时中断使PLC以指定的周期定时执行中断子程序，循环处理某些任务，处理时间不受PLC扫描周期的影响。
定时中断是机内中断，使用定时器引出，多用于周期性工作场合。
特殊辅助继电器M8056~M8058实现中断的选择，当这些辅助继电器通过控制信号被置l时，其对应的中断被封锁。
图6-16 定时中断指针
图6-17为一段试验性质的定时中断子程序。
中断指针I610是中断号为6，时间周期为l0ms的定时器中断，从梯形图的内容来看，每执行一次中断程序数据存储器D0中数据加1，当加到1000时使Y2置1，为了验证中断程序执行的正确性，在主程序段中设有定时器T0，设定值为100，并用此定时器控制输出口Y1，这样当X20由ON至OFF并经历10s后，Y1及Y2应同时置1。
图6-17 定时中断子程序
2．监控定时器指令WDT
监控定时器指令WDT无操作数。
监控定时器又称看门狗，在执行FEND和END指令时，监控定时器被刷新（复位），PLC正常工作时扫描周期（从0步到FEND或END指令的执行时间）小于它的定时时间。
如果强烈的外部干扰使PLC偏离正常的程序执行路线，监控定时器不再被复位，定时时间到时，PLC将停止运行，它上面的CPU—E发光二极管亮。
监控定时器定时时间的缺省值为200ms，可通过修改D8000来设定它的定时时间。
如果扫描周期大于它的定时时间，可将WDT指令插入到合适的程序步中刷新监控定时器，如图6-18所示，将240ms的程序一分为二并在它们中间给WDT指令编程，则前半部分和后半部分都在200ms以下。
如果FOR—NEXT循环程序的执行时间可能超过监控定时器的定时时间，可将WDT指令插入到循环程序中。
条件跳转指令CJ若在它对应的指针之后（即程序往回跳），可能因连续反复跳转使它们之间的程序被反复执行，总的执行时间可能超过监控定时器的定时时间，为了避免出现这样的情况，可在CJ指令和对应的指针之间插入WDT指令。
图6-18 WDT指令插入到程序步中刷新监控定时器
3．斜坡指令RAMP
斜坡指令RAMP如图6-19所示，预先把所定的初值与终值写入D1、D2，当X0为ON时，D3的内容从Dl的值到D2的值慢慢变化。
其移动次数为n次，D4存入扫描次数。
图6-19斜坡指令图6-20斜坡信号
把所定的扫描时间（稍长于程序实际扫描时间）写到D8039，并驱动M8039，可编程控制器为恒扫描运行模式。
例如所定的扫描时间在20ms时，在上例中以1000×20ms=20秒的时间将（D3）值由（D1）向（D2）变化。
M8026是斜坡指令保持方式，它的作用可用图6-21表示。
运行中途X0变为OFF时，成为运行中断状态，再次将X0置于ON，D4被清除，再从Dl开始运作。
传送完毕后，标志M8029置ON。
D3的值回复位为Dl的值。
将该指令与模拟输出相组合，可以输出软启动／停止指令，另外X0在ON的状态下RUN开始时，D4请预先清除。
图6-21M8026在RAMP指令中的作用
4．程序结构
常用的程序结构类型有以下几种。
⑴简单结构
简单结构也叫作线性结构，指令按照顺序写下来，执行时也是按照顺序运行下去。
程序中也会分一些段，简单结构的特点是每个扫描周期中每一条指令都要被扫描。
⑵有跳转及循环的简单结构
按照控制要求，程序需要有选择地执行时要用到跳转指令如自动、手动程序段的选择，初始化程序段和工作程序段的选择。
这时在某个扫描周期中就不一定全部指令被扫描了，而是有选择的，被跳过的指令不被扫描。
循环可以看做是相反方向的选择，当多次执行某段程序时，其他程序就相当于被跳过。
⑶组织模块式结构
虽然有跨越及反复、有跳越及循环的简单程序从程序结构来说仍旧是纵向结构。
而组织模块式结构的程序则存在并列结构。
组织模块式程序可分为组织块、功能块、数据块。
组织块专门解决程序流程问题，常作为主程序。
功能块则独立地解决局部的，单一的功能，相当于一个个的子程序。
数据块则是程序所需的各种数据的集合。
在这里，多个功能块和多个数据块相对组织块来说是并列的程序块。
前边讨论过的子程序指令及中断程序指令常用来编制组织模块式结构的程序。
组织模块式程序结构为编程提供了清晰的思路。
各程序块的功能不同，编程时就可以集中精力解决局部问题。
组织块主要解决程序的入口控制，子程序完成单一的功能，程序的编制无疑得到了简化。
当然，作为组织块中的主程序和作为功能块的子程序，也还是简单结构的程序。
不过并不是简单结构的程序就可以简单地堆积而不要考虑指令排列的次序，PLC的串行工作方式使得程序的执行顺序和执行结果有十分密切的联系，这在任何时候的编程中都是重要的。
和先进编程思想相关的另一种程序结构是结构化编程结构。
它特别适合具有许多同类控制对象的庞大控制系统，这些同类控制对象具有相同的控制方式及不同的控制参数。
编程时先针对某种控制对象编出通用的控制方式程序，在程序的不同程序段中调用这些控制方式程序时再赋予所需的参数值。
结构化编程有利于多人协作的程序组织，有利于程序的调试。
四、任务实施
1．按将输入按钮连接到X0，并连接PLC的电源，确保无误。
2．输入图6-17的梯形图，检查无误后运行程序。
3．按下输入按钮，观察D1~D4中的数值，尤其是D3中数值的变化。
五、思考与练习
1．设计一个定时中断子程序，每20ms读取输入口K2X0数据一次，每ls计算一次平均值，并送D100存储。
任务六高速计数器
一、任务提出
普通计数器的工作受扫描频率的限制，只能对低于扫描频率的信号计数。
这在许多工业控制场合是不能满足要求的。
在工业控制中，许多物理量都可以转变为脉冲列。
当信号的量值发生变化时，它所转变的脉冲列的频率发生变化。
比如，用光电编码器可以将转速变换为频率信号，速度越高，单位时间中脉冲数就越多。
用压频器件将电压变为脉冲信号，然后用计数器统计每秒中接收到的脉冲数，再经过一定的当量运算求出对应的电压值。
这种由其他物理量转化成的频率信号一般高于扫描频率，能达到数千赫兹，普通计数器便不能胜任这种计数工作。
高速计数器便应运而生了。
二、原理分析
图6-22a）高速计数器控制电机起动、高速、低速、停止运行的波形图，图6-22b）为梯形图，电机起动前，使Y10~Y12和C251均复位，由于HSZ指令在计
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