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第四章 其它常用PLC及指令系统

PLC的产品种类和规格繁多，制造商也很多，其产品各有千秋，但总体而言，所有PLC的结构组成和工作原理是基本相同的，使用方法、基本指令和一些常用的功能指令也基本相同，只在表达方式上略有差别。

当掌握了一种PLC的功能和应用之后，学习其它PLC是非常容易的。

考虑目前国内PLC的实际使用状况和各学校实验设备的现状，本章介绍使用广泛的OMRON公司C系列PLC产品和西门子公司S7系列PLC产品的基本结构和指令系统，供选择学习和参考，与FX系列相同和类似的内容本章不再作介绍。

第一节 OMRON C系列PLC概述

一、概述

日本OMRON<立石公司）电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。

SYSMACC系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛的PLC之一。

OMRONC系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。

大致可以分成微型、小型、中型和大型四大类产品。

整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型。

叠装式<或称紧凑型）结构的微型机以CJ型机最为典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。

小型PLC机以P型机和CPM型机最为典型，这两种都属坚固整体型结构。

具有体积更小、指令更丰富、性能更优越，通过I/O扩展可实现10~140点输入输出点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程，CPM型机是OMRON产品用户目前选用最多的小型机系列产品。

OMRON中型机以C200H系列最为典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200HE等型号产品。

中型机在程序容量，扫描速度和指令功能等方面都优于小型机，除具备小型机的基本功能外，它同时可配置更完善的接口单元模块，如模拟量I/O模块、温度传感器模块、高速记数模块、位置控制模块、通讯联接模块等。

可以与上位计算机、下位PLC机及各种外部设备组成具有各种用途的计算机控制系统和工业自动化网络。

在一般的工业控制系统中，小型PLC机要比大、中型机的应用更广泛。

在电气设备的控制应用方面，一般采用小型PLC机都能够满足需求。

本书将以OMRON公司CPM1A小型机为例作简要介绍。

二、CPM1A系列PLC的硬件配置

<一）CPM1A小型机的组成

与所有小型机一样，CPM1A系列PLC采用整体式结构，内部由基本单元、电源、系统程序区、用户程序区、输入/输出接口、I/O扩展单元、编程器接口及其它外部设备组成。

1．基本单元

CPM1A系列整体式PLC的基本单元又称主机单元，内含CPU，可以单独使用，是PLC控制系统不可缺少的部分，其外部连接口主要有I/O接线端子、各种外连插座或插槽，以及各种运行信号指示灯等部分。

I/O接线端子可直接用来连接控制现场的输入信号<开关、按钮等）和被控执行部件<接触器、电磁阀等），总的I/O端子数量就称I/O点数，CPM1A系列整体式CPU可分作10点、20点、30点、40点。

在CPM1A系列PLC主机面板上有两个隐藏式插槽。

一个是通讯编程器插槽，插接手持式编程器即可进行编程和现场调试，或配接一个专用适配器RS-232即可与个人计算机

另一个是I/O扩展插槽，可用于连接I/O扩展单元。

CPU主机面板上设有若干LED指示灯，其灯亮、闪烁表示单元状态见表4-1：

表4-1  CPU主机面板LED指示灯状态指示

LED

显示

状态

POWER<绿）

亮

电源接上

灭

电源切断

RUN<绿）

亮

运行/监视模式

灭

编程模式或停止异常过程中

ERROR/ALARM<红）

亮

发生故障

闪烁

发生警告

灭

正常时

COMM<橙）

闪烁

与外设端口通信中

灭

上述以外

2．I/O扩展单元

I/O扩展单元主要用于增加PLC系统的I/O点数以满足实际应用的需要，I/O扩展单元与CPU单元相似，体积稍小。

它没有CPU，不能单独使用，只有I/O扩展插槽而没有通信编程器插槽。

在它的左右两侧设有I/O连接插座，当CPU单元需要扩展I/O点数时，可直接采用带扁平电缆的插头连接即可。

输入、输出端子分别连接输入或输出电路，其对应LED显示灯亮、灭分别表示输入或输出的接通状态。

扩展单元的I/O点数分别为12点/8点，只有I/O为30点和40点的CPU单元才能扩展，且最多连接3个I/O扩展单元。

3．编程器

CPM1A系列小型机可采用多种编程设备进行编程，在现场调试和编程比较常用的是手持式编程器。

这种编程器体积小、结构紧凑、便于携带。

它通过连接电缆直接插入编程器槽，在距主机一定距离处即可进行编程。

利用手持式编程器可进行用户程序的输入，修改，调试以及对系统运行情况进行监控等操作。

手持式编程器只能用助记符号指令输入程序，而不能直接显示梯形图。

CPM1A系列PLC也可以采用计算机进行编程和实时监控，OMRON公司SYSMACC系列PLC配备专用编程软件CX-Programmer。

<二）CPM1A小型机的主要性能指标

1．主要性能参数

CPM1A机型的主要性能参数见表4-2，表中所列I/O点数为主机本身所带输入输出

表4-2 OMRON CPM1A的主要性能参数

特性

10点I/O

20点I/O

30点I/O

40点I/O

结   构

整体式

指令条数

基本指令：

14种，功能指令：

77种，计135个

处理速度

基本指令：

0.72~16.3μs，功能指令：

MOV指令=16.3μs

程序容量

2048字

最大I/O点数

仅本体

10点

20点

30点

40点

扩展时

—

—

50、70、90点

60、80、100点

输入继电器

00000～00915

（000～009CH>

不作为输入输出继电器使用的通道可作为内部辅助继电器

输出继电器

01000～01915

（010～019CH>

内部辅助继电器

512位：

IR20000～23115<200～231CH）

特殊辅助继电器

384位：

23200～25515<232～255CH）

保持继电器

320位：

HR0000～1915

暂存继电器

8位：

定时/计数器

128点：

TIM/CNT000～127

数存储器：

读/写：

1024字

只读：

 512字

输入量

主要逻辑开关量

输出方式

继电器、晶体管、可控硅

联网功能

I/OLink、HostLink（C200、CS1还可PCLink>

工作电源

AC100～240V或DC24V、50/60Hz

2．CPM1A系列PLC的输入/输出特性

CPM1A属于小型的PLC，一般用于逻辑量的控制系统，因此输入，输出主要是开关量信号。

其输入特性和输出特性分别见表4-3和表4-4所示。

表4-3CPM1A系列机型输入特性

项 目

规     格

线  路  图

电源电压

DC24V、+10%、-15%

表4-3图

输入阻抗

IN00000~00002：

2kΩ

其它：

4.7kΩ

输入电流

IN00000~00002：

12mATYP

其它：

5mATYP

ON电压

最小DC14.4V

OFF电压

最大DC5.0V

ON响应时间

1～128ms以下<缺省8ms）注

OFF响应时间

1～128ms以下<缺省8ms）注

注：

实际ON/OFF响应时间通过PLC系统的设置可切换为1ms、2ms、4ms、8ms、16ms、32ms、64ms、128ms

表4-4 CPM1A系列机型输出特性规格表

继电器输出

项   目

规    格

电 路 图

最大开关能力

AC250V、2A

DC24V、2A

表4-4图1

最小开关能力

DC5V、10mA

继电器寿命

电气性

电阻负载

30万次

感性负载

10万次

机械性

2000万次

ON响应时间

15ms以下

OFF响应时间

15ms以下

晶体管输出

项   目

规   格

电   路  图

最大开关能力

DC24V、300mA

表4-4图2

最小开关能力

10mA

漏电流

0.1mA以下

残余电压

1.5V以下

ON响应时间

0.1ms以下

OFF响应时间

1.0ms以下

3．CPM1A系列PLC的使用条件

CPM1A系列PLC由日本工业化标准JIS进行严格考核，能够适应较恶劣的工业生产环境，其各项规格指标见表4-5所示。

当然，不同型号的PLC之间在性能上仍会有某些不同。

另外，各种扩展外设也会有相应的型号特性，具体使用可查阅有关手册。

表4-5 CPM1A系列PLC的规格指标

项      目

10点I/O

20点I/O

30点I/O

40点I/O

电源电压

AC电源型

AC100~240V，50/60Hz

DC电源型

DC24V

允许电压范围

AC电源型

AC85~264V

DC电源型

DC20.4~26.4V

功率消耗

AC电源型

30VA以下

60VA以下

DC电源型

6W以下

20W以下

冲击电流

30A以下

60A以下

供给外部电源<仅AC型）

供应电压

DC24V

电源输出容量

200mA

300mA

绝缘电阻

AC端子与机壳之间20MΩ以上

耐压

AC电源端子与机壳之间AC2300V、50/60Hz、

一分钟漏电流10mA以下

抗震动

标准10~57Hz震幅0.075mm，在X、Y、Z方向各80分钟

抗冲击

15G，在X、Y、Z方向各3次

使用环境温度/湿度

0~55C/10~90%RH

重量

AC电源型

400g以下

500g以下

600g以下

700g以下

DC电源型

300g以下

400g以下

500g以下

600g以下

扩展I/O单元

300g以下

三、CPM1A系列PLC的编程元件

与所有PLC一样，CPM1A内部的“软继电器”可以将用户数据区按继电器的类型分为7大类区域：

即I/O继电器区、内部辅助继电器区、专用继电器区、暂存继电器区、定时/计数继电器区、保持继电器区、和数据存储继电器区。

区域中的每一位继电器都有“0”或“1”两种状态，而且这些继电器是可以通过程序被寻址访问，所以把这类继电器称为“软”继电器。

OMRON公司的系列PLC采用“通道”

CPM1A型PLC的数据区继电器通道号分配见表4-6。

每一个通道包含16个位<即二进制位），相当于16个继电器。

用五位十进制数字就表示一个具体的继电器及其触点号。

例如00001表示000通道的第01号继电器；01001表示010通道的第01号继电器等等。

其中的通道号表示了继电器的类别。

CPM1A的继电器类型及通道号区表示如下：

表4-6数据区继电器通道号分配表

名      称

点数

通道号

继电器地址

功           能

输入继电器

160点

<10字）

000～009CH

00000～00915

能分配给外部输入输出端子的继电器<没有使用的输入输出通道可用作内部辅助继电器使用）

输出继电器

160点

<10字）

010～019CH

01000～01915

内部辅助继电器

512点

<32字）

200～231CH

20000～23115

程序中能自由使用的继电器

特殊辅助继电器

384点

<24字）

232～255CH

23200～

25507

具有特定功能的继电器

暂存继电器

8点

TR0～7

在回路的分叉点上，暂时记忆ON/OFF状态的继电器

保持继电器

320点

<20字）

HR00～19CH

HR0000～1915

程序中能自由使用，且断电时也能保持断电前的ON/OFF状态的继电器

辅助记忆继电器

256点

<16字）

AR00～15CH

AR0000～1515

具有特定功能的继电器

链接继电器

256点

<16字）

LR00～15CH

LR0000～1515

1:

1连接中作为输入输出用的继电器<也可用作内部辅助继电器）

定时器/计数器

128点

TIM/CNT000～127

定时器、计数器共用相同号

数据内存

（DM>

可读/写

1002字

DM0000～0999

DM1022～1023

以字为单位<16位）使用，断电时保持数据

DM1000～1021不作为存放异常历史时可作为常规的DM自由使用

DM6144～6599、DM6600～6655不能在程序中写入<可用外围设备设定）。

异常历史存放区

22字

DM1000～1021

只读

456字

DM6144～6599

PC系统设置区

56字

DM6600～6655

1．输入/输出继电器区

输入/输出继电器区实际上就是外部I/O设备状态的映像区，PLC通过输入/输出继电器区中的各个位与外部输入输出建立联系。

它们与I/O端子之间的关系可见表4-3，表4-4中的输入/输出电路。

CPM1A规定00000~00915为输入继电器区的工作位，000CH~009CH为其输入通道号，共有160个输入继电器；01000~01915为输出继电器区的工作位，010CH~019CH为其输出通道号，共有160个输出继电器。

CPM1A输入输出继电器编号见表4-7所示。

表4-7 CPM1A输入输出继电器编号

CPU单元

扩展I/O单元

<每个单元I/O点数为12点/8点）

输入号

10点I/O

6点/4点

00000~00005

-

-

-

输出号

01000~01003

-

-

-

输入号

20点I/O

12点/8点

00000~00011

-

-

-

输出号

01000~01007

-

-

-

输入号

30点I/O

18点/12点

00000~00011

00100~00105

00200~00211

00300~00311

00400~00411

输出号

01000~01007

01100~01103

01200~01207

01300~01307

01400~01407

输入号

40点I/O

24点/16点

00000~00011

00100~00111

00200~00211

00300~00311

00400~00411

输出号

01000~01007

01100~01107

01200~01207

01300~01307

01400~01407

表4-7中所列出的是根据PLC的主机类型及带扩展情况下输入输出继电器的最大范围。

各输入输出继电器均有I/O端子与之相对应，并在主机面板上配有指示灯显示。

2．内部继电器

除上述输入输出继电器外，其余的均属内部继电器。

内部继电器实质上是一些存储器单元，它们不能直接控制外部负载，只能在PLC内部起各种控制作用，或直接受外部信号控制。

在梯形图中它们也可用线圈和触点来表示，线圈的状态由逻辑关系控制，触点相当于读继电器的状态，因此可在梯形图程序中被无限次使用。

CPM1A系列PLC的内部继电器及其通道号表示可分为以下几类：

<1）内部辅助继电器

CPM1A机共有512个的内部辅助继电器，其编号为20000~23115，所占的通道号为200CH~231CH。

内部辅助继电器没有掉电保持状态的功能。

<2）暂存继电器

CPM1A型机提供了8个暂存继电器，其编号为TR0~TR7，在具体使用暂存继电器时，其编号前的“TR”一定要标写以便区别。

TR继电器只能与LD，OUT指令联用，其他指令不能使用TR作数据位。

<3）保持继电器

保持作用是通过PLC内的锂电池实现的。

保持继电器的用途与内部辅助继电器基本相同。

CPM1A系列PLC中的保持继电器共有320个，其编号为HR0000~HR1915，所占的通道号为HR00~HR19。

在编程中使用保持继电器时，除了标明其编号外，还要在编号前加上“HR”字符以示区别，例如“HR0001”。

<4）定时/计数器

此外，在CPM1A系列PLC中，对于上述继电器编号，也可以用来进行高速定时<又称高速定时器TIMH）和可逆计数<又称可逆计数器CNTR），它们在使用时需要用特殊指令代码来指定。

<5）内部专用继电器

其特点是用户不能对其进行编程，而只能在程序中读取其触点状态。

CPM1A系列PLC中常用的15个专用继电器及它们的具体编号和功能如下：

25200继电器：

高速计数复位标志<软件复位）。

25208继电器：

外设通讯口复位时仅一个扫描周期为ON，然后回到OFF状态。

25211继电器：

强制置位/复位的保持标志。

在编程模式与监视模式互相切换时，ON为保持强制置位/复位的接点；OFF为解除强制置位/复位的接点。

25309继电器：

扫描时间出错报警。

当PLC的扫描周期超过100s时，1809变ON并报警，但CPU仍继续工作；当PLC的扫描周期超过130s时，CPU将停止工作。

25313继电器：

常ON继电器

25314继电器：

常OFF继电器

25315继电器：

第一次扫描标志。

PLC开始运行时，25315为ON一个扫描周期，然后变OFF。

25500~25502继电器：

时钟脉冲标志。

这3个继电器用于产生时钟脉冲，可用在定时或构成闪烁电路。

其中，25500产生0.1s脉冲<0.05sON／0.05sOFF），在电源中断时能保持当前值；25501产生0.2s脉冲（0.1sON／0.1sOFF>，具有断电保持功能；25502产生1s脉冲（0.5sON／0.5sOFF>，具有断电保持功能。

25503~25507继电器：

这五个继电器为算术运算标志。

其中，25503为出错标志，若算术运算不是BCD码输出时，则25503为ON；25504为进位标志CY，若算术运算结果有进位/错位时，则25504为ON；25505为大于标志GR，在执行CMP指令时，若比较结果“＞”，则25505为ON；25506为相等标志EQ，在执行CMP指令时，若比较结果“＝”，则25506为ON；25507为小于标志LE，在执行CMP指令时，若比较结果“＜”，则有25507为ON。

<6）数据存储继电器

CPM1A系列PLC提供的读/写数据存储器寻址范围为DM0000~DM1023<共1023字），只读数据存储器寻址范围为DM6144~DM6655<共512字）。

编程时需要在通道号前标注“DM”，DM区具有掉电保持功能。

第二节 OMRON C系列PLC指令系统

CPM1A系列PLC具有比较丰富的指令集，按其功能可分为两大类：

基本指令和特殊功能指令。

其指令功能与FX系列PLC大同小异，这里不再详述。

CPM1A系列PLC指令一般由助记符和操作数两部分组成，助记符表示CPU执行此命令所要完成的功能，而操作数则指出CPU的操作对象。

操作数既可以是前面介绍的通道号和继电器编号，也可以是DM区或是立即数。

立即数可以用十进制数表示，也可以用十六进制数表示。

可能影响执行指令的系统标志有：

ER<错误标志）、CY<进位标志）、EQ<相等标志）、GR<大于标志）和LE<小于标志）等。

一、基本指令

  CPM1A系列PLC的基本逻辑指令与FX系列PLC较为相似，梯形图表达方式也大致相同，这里列表表示CPM1A系列PLC的基本逻辑指令<见表4-8）

表4-8 CPM1A系列PLC的基本逻辑指令

指令名称

指令符

功能

操作数

取

LD

读入逻辑行或电路块的第一个常开接点

00000~01915

20000~25507

HR0000~1915

AR0000~1515

LR0000~1515

TIM/CNT000~127

TR0~7

*TR仅用于LD指令

取反

LDNOT

读入逻辑行或电路块的第一个常闭接点

与

AND

串联一个常开接点

与非

ANDNOT

串联一个常闭接点

或

OR

并联一个常开接点

或非

ORNOT

并联一个常闭接点

电路块与

ANDLD

串联一个电路块

无

电路块或

ORLD

并联一个电路块

输出

OUT

输出逻辑行的运算结果

00000~01915

20000~25507

HR0000~1915

AR0000~1515

LR0000~1515

TIM/CNT000~127

TR0~7

*TR仅用于OUT指令

输出求反

OUTNOT

求反输出逻辑行的运算结果

置位

SET

置继电器状态为接通

复位

RSET

使继电器复位为断开

定时

TIM

接通延时定时器<减算）

设定时间0~999.9S

TIM/CNT000~127

设定值0~9999

定时单位为0.1S

计数单位为1次

计数

CNT

减法计数器

设定值0~9999次

对上述基本指令的编程方法和应用，举例如下：

1．基本逻辑指令的应用

基本逻辑指令的应用如图4-1、图4-2所示。

图4-1 基本逻辑指令的应用<一）

图4-2 基本逻辑指令的应用<二）

2．电路块串联的编程

电路块串联的编程如图4-3所示，当串联的电路块多于两个时，电路块连接的指令语句方法有两种：

方法1是电路块的逐块连接，方法2是电路块编写后总连接，两种编写法的指令条数相同。

在使用方法2时要注意以下两点：

1） 总连接时，使用ANDLD指令的条数比实际电路块数少1。

2）使用ANDLD指令的条数≤8，即最多只能有9个电路块相连接。

而方法1没有此限制。

图4-3 电路块串联的编程

3．电路块并联的编程

电路块并联的编程如图4-4所示。