1、1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册 1-1前言、PLC 的发展背景及其功能概述PLC， (Programmable Logic Controller)，乃是一种电子装置，早期称为顺序控制器“Sequence Controller”，1978 NEMA(National Electrical Manufacture Association)美国国家电气协会正式命名为Programmable Logic Controller，PLC)，其定义为一种电子装置，主要将外部的输入装置如：按键、感应器、开关及脉冲等的状态读取后，依据这些输入信号的状态或数值并根据内部储存预先编写的程序，
2、以微处理机执行逻辑、顺序、定时、计数及算式运算，产生相对应的输出信号到输出装置如：继电器(Relay)的开关、电磁阀及电机驱动器，控制机械或程序的操作，达到机械控制自动化或加工程序的目的。并藉由其外围的装置( 个人计算机 /程序书写器) 轻易地编辑/修改程序及监控装置状态，进行现场程序的维护及试机调整。而普遍使用于 PLC 程序设计的语言，即是梯形图(Ladder Diagram)程序语言。而随着电子科技的发展及产业应用的需要，PLC 的功能也日益强大，例如位置控制及网络功能等，输出/入信号也包含了 DI (Digital Input)、AI (Analog Input)、PI (Pulse
3、Input)及 NI (Numerical Input)，DO (Digital Output)、AO (Analog Output)、PO (Pulse Output)及 NO (Numerical Output)，因此 PLC 在未来的工业控制中，仍将扮演举足轻重的角色。1.1 梯形图工作原理梯形图为二次世界大战期间所发展出来的自动控制图形语言，是历史最久、使用最广的自动控制语言，最初只有 A（常开）接点、B （常闭）接点、输出线圈、定时器、计数器等基本机构装置（今日仍在使用的配电盘即是） ，直到可程控器 PLC 出现后，梯形图之中可表示的装置，除上述外，另增加了诸如微分接点、保持线圈等装
4、置以及传统配电盘无法达成的应用指令，如加、减、乘及除等数值运算功能。无论传统梯形图或 PLC 梯形图其工作原理均相同，只是在符号表示上传统梯形图比较接近实体的符号表示，而 PLC 则采用较简明且易于计算机或报表上表示的符号表示。在梯形图逻辑方面可分为组合逻辑和顺序逻辑两种，分述如下：1. 组合逻辑：分别以传统梯形图及 PLC 梯形图表示组合逻辑的范例。传统梯形图 PLC 梯形图X0X1 Y0X4 Y1X2X3 Y2X0 Y0X1 Y1Y2X2X3 X4行 1：使用一常开开关 X0（NO：Normally Open）亦即一般所谓的A开关或接点。其特性是在平常（未按下）时，其接点为开路（Off）状
5、态，故 Y0 不导通，而在开关动作（按下按钮）时，其接点变为导通（On） ，故 Y0 导通。行 2：使用一常闭开关 X1（NC：Normally Close）亦即一般所称的B开关或接点，其特性是在平常时，其接点为导通，故 Y1 导通，而在开关动作时，其接点反而变成开路，故 Y1 不导通。1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册1-2行 3：为一个以上输入装置的组合逻辑输出的应用，其输出 Y2 只有在 X2 不动作或 X3 动作且 X4 为动作时才会导通。2. 顺序逻辑：顺序逻辑为具有反馈结构的回路，亦即将回路输出结果送回当输入条件，如此在相同输入条件下，会因前次状态或动作顺序的不
6、同，而得到不同的输出结果。分别以传统梯形图及 PLC 梯形图表示顺序逻辑的范例。传统梯形图 PLC 梯形图X5 X6 Y3Y3 Y3X5Y3 X6在此回路刚接上电源时，虽 X6 开关为 On，但 X5 开关为 Off，故 Y3 不动作。在启动开关 X5 按下后，Y3 动作，一旦 Y3 动作后，即使放开启动开关（X5 变成 Off）Y3 因为自身的接点反馈而仍可继续保持动作（此即为自我保持回路） ，其动作可以下表表示：装置状态动作顺序 X5 开关 X6 开关 Y3 状态1 不动作 不动作 Off2 动作 不动作 On3 不动作 不动作 On4 不动作 动作 Off5 不动作 不动作 Off由上表
7、可知在不同顺序下，虽然输入状态完全一致，其输出结果也可能不一样，如表中的动作顺序 1和 3 其 X5 和 X6 开关均为不动作，在状态 1 的条件下 Y3 为 Off，但状态 3 时 Y3 却为 On，此种 Y3 输出状态送回当输入（即所谓的反馈）而使回路具有顺序控制效果是梯形图回路的主要特性。在本节范例中仅列举 A、B 接点和输出线圈作说明，其它装置的用法和此相同，请参考第 3 章基本指令。1.2 传统梯形图及 PLC 梯形图的差异虽然传统梯形图和 PLC 梯形图的工作原理是完全一致的，但实际上 PLC 仅是利用微电脑（Microcomputer） ，来仿真传统梯形图的动作，亦即利用扫描的方
8、式逐一地查看所有输入装置及输出线圈的状态，再将此等状态依梯形图的组态逻辑作演算和传统梯形图一样的输出结果，但因 Microcomputer 只有一个，只能逐一地查看梯形图程序，并依该程序及输入/出状态演算输出结果，再将结果送到输出接口，然后又重新读取输入状态 演算 输出，如此周而复始地循环执行上述动作，此一完整的循环动作所费的时间称之为扫描周期，其时间会随着程序的增大而加长，此扫描周期将造成 PLC 从输入检测到输出反应的延迟，延迟时间愈长对控制所造成的误差愈大，甚至造成无法胜任控制要求的情况，此时就必须选用扫描速度更快的 PLC，因此 PLC 的扫描速度是 PLC 的重要规格，随着微电脑及
9、ASIC（特定用途 IC）技术的发展，现今的 PLC 在扫描速度上均有极大的改善，下图为 PLC 的梯形图程序扫描的示意图。1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册 1-3依梯形图组态演算出输出结果(尚未送到外界输出点，但内部装置会实时输出)X0 X1Y0 Y0M10X3 Y1X10X10M505 Y126程 序开 头将 输 出 结 果 送 到 外 界 输 出 点自 然 外 界 读 取 输 入 点 状 态0END周而复始的执行除上述扫描周期差异外，PLC 梯形图和传统梯形图尚有如下的逆向回流的差异，如下图传统梯形图所示图中，若 X0，X1，X4， X6 为导通，其它为不导通，在传
10、统的梯形图回路上输出 Y0 会如虚线所示形成回路而为 On。但在 PLC 梯形图中，因演算梯形图程序系由上而下，由左而右地扫描。在同样输入条件下，以梯形图编辑工具(WPLSoft)会检查出梯形图错误。传统梯形图的逆向回流： X0 X1 X2X3 X4 X5 Y0X6a bPLC 梯形图的逆向回流：检查出梯形图形第三行错误Y0X0X3 X1X4X6 X5X2a b1.3 梯形图编辑说明梯形图为广泛应用在自动控制的一种图形语言，这是沿用电气控制电路的符号所组合而成的一种图形，透过梯形图编辑器画好梯形图形后，PLC 的程序设计也就完成，以图形表示控制的流程较为直观，易为熟悉电气控制电路的技术人员所接
11、受。在梯形图形很多基本符号及动作都是根据在传统自动控制配电盘中常见的机电装置如按钮、开关、继电器（Relay） 、定时器（ Timer）及计数器（Counter）等等。PLC 的内部装置：PLC 内部装置的种类及数量随各厂牌产品而不同。内部装置虽然沿用了传统电气控制电路中的继电器、线圈及接点等名称，但 PLC 内部并不存在这些实际物理装置，它对应的只是 PLC 内部存储器的一个基本单元（一个位，bit） ，若该位为 1 表示该线圈得电，该位为 0 表示线圈不得电，使用常开1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册1-4接点（Normal Open, NO 或 A 接点）即直接读取该
12、对应位的值，若使用常闭接点（Normal Close, NC 或 B接点）则取该对应位值的反相。多个继电器将占有多个位（bit） ，8 个位，组成一个字节（或称为一个字节，byte） ，二个字节，称为一个字（ word） ，两个字，组合成双字（double word） 。当多个继电器一并处理时（如加/减法、移位等）则可使用字节、字或双字，且 PLC 内部的另两种装置：定时器及计数器，不仅有线圈，而且还有计时值及计数值，因此还要进行一些数值的处理，这些数值多属于字节、字或双字的形式。由以上所述，各种内部装置，在 PLC 内部的数值储存区，各自占有一定数量的储存单元，当使用这些装置，实际上就是对相
13、应的储存内容以位或字节或字的形式进行读取。PLC 的基本内部装置介绍：( 详细说明请参考第 2 章 DVP- PLC 各种装置功能)装置种类 功 能 说 明输入继电器（Input Relay）输入继电器是 PLC 与外部输入点（用来与外部输入开关连接并接受外部输入信号的端子）对应的内部存储器储存基本单元。它由外部送来的输入信号驱动，使它为 0或 1。用程序设计的方法不能改变输入继电器的状态，即不能对输入继电器对应的基本单元改写，亦无法由 HPP/WPLSoft 作强行 On / Off 动作 (SA/SX/SC/EH/EH2/SV 系列主机可仿真输入继电器 X 作强行 On/Off 的动作，但
14、此时外部输入点状态更新动作关闭，亦即外部输入信号的状态不会被读入至 PLC 内部相对的装置内存，只限主机的输入点，扩展的输入点仍依正常模式动作)。它的接点（A、B 接点）可无限制地多次使用。无输入信号对应的输入继电器只能空着，不能移作它用。 装置表示：X0, X1,X7, X10, X11,，装置符号以 X 表示，顺序以 8 进制编号。在主机及扩展上均有输入点编号的标示。输出继电器（Output Relay）输出继电器是 PLC 与外部输出点（用来与外部负载作连接）对应的内部存储器储存基本单元。它可以由输入继电器接点、内部其它装置的接点以及它自身的接点驱动。它使用一个常开接点接通外部负载，其接
15、点也像输入接点一样可无限制地多次使用。无输出对应的输出继电器，它是空着的，如果需要，它可以当作内部继电器使用。 装置表示：Y0, Y1,Y7, Y10, Y11,，装置符号以 Y 表示，顺序以 8 进制编号。在主机及扩展上均有输出点编号的标示。内部辅助继电器（Internal Relay）内部辅助继电器与外部没有直接联系，它是 PLC 内部的一种辅助继电器, 其功能与电气控制电路中的辅助（中间）继电器一样, 每个辅助继电器也对应着内存的一基本单元，它可由输入继电器接点、输出继电器接点以及其它内部装置的接点驱动，它自己的接点也可以无限制地多次使用。内部辅助继电器无对外输出，要输出时请通过输出点。
16、 装置表示：M0, M1,M4095，装置符号以 M 表示，顺序以 10 进制编号。步进点（Step）DVP PLC 提供一种属于步进动作的控制程序输入方式，利用指令 STL 控制步进点 S 的转移，便可很容易写出控制程序。如果程序中完全没有使用到步进程序时，步进点 S 亦可被当成内部辅助继电器 M 来使用，也可当成警报点使用。1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册 1-5 装置表示：S0, S1,S1023，装置符号以 S 表示，顺序以 10 进制编号。装置种类 功 能 说 明定时器（Timer）定时器用来完成定时的控制。定时器含有线圈、接点及定时值寄存器，当线圈受电，等到达
17、预定时间，它的接点便动作（A 接点闭合，B 接点开路） ，定时器的定时值由设定值给定。每种定时器都有规定的时钟周期(定时单位：1ms/10ms/100ms)。一旦线圈断电，则接点不动作（A 接点开路，B 接点闭合） ，原定时值归零。 装置表示：T0, T1,T255，装置符号以 T 表示，顺序以 10 进制编号。不同的编号范围，对应不同的时钟周期。计数器（Counter ）计数器用来实现计数操作。使用计数器要事先给定计数的设定值（即要计数的脉冲数） 。计数器含有线圈、接点及计数储存器，当线圈由 OffOn，即视为该计数器有一脉冲输入，其计数值加一，有 16 位及 32 位及高速用计数器可供使用
18、者选用。 装置表示：C0, C1,C255，装置符号以 C 表示，顺序以 10 进制编号。数据寄存器（ Data register）PLC 在进行各类顺序控制及定时值及计数值有关控制时，常常要作数据处理和数值运算，而数据寄存器就是专门用于储存数据或各类参数。每个数据寄存器内有 16 位二进制数值，即存有一个字，处理双字用相邻编号的两个数据寄存器。 装置表示：D0, D1,D9999，装置符号以 D 表示，顺序以 10 进制编号。文件寄存器（File register）PLC 数据处理和数值运算所需的数据寄存器不足时，可利用文件寄存器来储存数据或各类参数。每个文件寄存器内为 16 位，即存有一个
19、字，处理双字用相邻编号的两个文件寄存器。文件寄存器 SA/SX/SC 系列机种一共有 1,600 个，EH/EH2/SV 系列机种一共有 10,000 个，文件寄存器并没有实际的装置编号，因此需透过指令 API 148 MEMR、API 149 MEMW 或是透过周边装置 HPP02 及 WPLSoft 来执行文件寄存器的读写功能。 装置表示：K0K9,999，无装置符号，顺序以 10 进制编号。变址寄存器(Index register)E、F 与一般的数据寄存器一样的都是 16 位的数据寄存器，它可以自由的被写入及读出，可用于字装置、位装置及常量来作间接寻址功能。 装置表示：E0E7、F0F
20、7，装置符号以 E、F 表示，顺序以 10 进制编号。梯形图组成图形及说明：梯形图形结构 指令解说 指令 使用装置常开开关，A 接点 LD X、Y、M、S、T 、C常闭开关，B 接点 LDI X、Y、M、S、T 、C1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册1-6串接常开 AND X、Y、M、S、T 、C梯形图形结构 指令解说 指令 使用装置并接常开 OR X、Y、M、S、T 、C并接常闭 ORI X、Y、M、S、T 、C上升沿触发开关 LDP X、Y、M、S、T 、C下降沿触发开关 LDF X、Y、M、S、T 、C上升沿触发串接 ANDP X、Y、M、S、T 、C下降沿触发串接
21、ANDF X、Y、M、S、T 、C上升沿触发并接 ORP X、Y、M、S、T 、C下降沿触发并接 ORF X、Y、M、S、T 、C区块串接 ANB 无区块并接 ORB 无多重输出MPSMRDMPP无线圈驱动输出指令 OUT Y、M、SS步进梯形 STL S基本指令、应用指令 应用指令 请参考第 3 章的基本指令 (RST/SET 及CNT/TMR) 说明及第 510 章应用指令反向逻辑 INV 无区块：所谓的区块是指两个以上的装置做串接或并接的运算组合而形成的梯形图形，依其运算性质可产生1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册 1-7并联区块及串联区块。串联区块：并联区块：分支线
22、及合并线：往下的垂直线一般来说是对装置来区分，对于左边的装置来说是合并线（表示左边至少有两行以上的回路与此垂直线相连接） ，对于右边的装置及区块来是分支线（表示此垂直线的右边至少有两行以上的回路相连接） 。1 2区 块 的 合 并 线1 区 块 的 合 并 线2 区 块 的 分 支 线2 网络：由装置、各种区块所组成的完整区块网络，其垂直线或是连续线所能连接到的区块或是装置均属于同一个网络。独立的网络： 网 络 1网 络 2不完整的网络：1.4 PLC 梯形图的编辑要点程序编辑方式是由左母线开始至右母线(在 WPLSoft 编辑省略右母线的绘制 )结束，一行编完再换下一行，一行的接点个数最多能
23、有 11 个，若是还不够，会产生连续线继续连接，进而续接更多的装置，连续编1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册1-8号会自动产生，相同的输入点可重复使用。如下图所示： X0X1X2X3X4X5Y0X1X12X13 X6X7X10C0C1 000000连 续 编 号梯形图程序的运作方式是由左上到右下的扫描。线圈及应用指令运算框等属于输出处理，在梯形图形中置于最右边。以下图为例，我们来逐步分析梯形图的流程顺序，右上角的编号为其顺序。X0 X1 Y1 X4M0X3 M1 T0 M3Y1TMR T0 K10指令顺序解析：1 LD X02 OR M03 AND X14 LD X3AND
24、 M1ORB5 LD Y1AND X46 LD T0AND M3ORB7 ANB8 OUT Y1TMR T0 K10梯形图各项基本结构详述1. LD (LDI) 指令：一区块的起始给予 LD 或 LDI 的指令。1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册 1-9AND 区 块 OR 区 块LD 指 令 LD 指 令LDP 及 LDF 的命令结构也是如此，不过其动作状态有所差别。 LDP、LDF 在动作时是在接点导通的上升沿或下降沿时才有动作。如下图所示：X0 OF ON OF下 降 沿X0 OF ON OF时 间上 升 沿 时 间2. AND (ANI) 指令：单一装置接于一装置或
25、一区块的串联组合。AND 指 令 AND 指 令ANDP、ANDF 的结构也是如此，只是其动作发生情形是在上升及下降沿时。3. OR (ORI)指令：单一装置接于一装置或一区块的组合。OR 指 令 OR 指 令 OR 指 令ORP、 ORF 也是相同的结构，不过其动作发生时是在上升及下降沿。4. ANB 指令：一区块与一装置或一区块的串接组合。ANB 指 令5. ORB 指令：一区块与一装置或与一区块并接的组合。1 PLC 梯形图基本原理DVP-PLC 应用技术手册1-10ORB 令ANB 及 ORB 运算，如果有好几个区块结合，应该由上而下或是由左而右，依序合并成区块或是网络。6. MPS、
26、MRD、MPP 指令：多重输出的分支点记忆，这样可以产生多个并且具有变化的不同输出。MPS 指令是分支点的开始，所谓分支点是指水平线及垂直线相交之处，我们必须经由同一垂直线的接点状态来判定是否应该下接点记忆指令，基本上每个接点都可以下记忆指令，但是考虑到 PLC 的运作方便性以及其容量的限制，所以有些地方在梯形图转换时就会有所省略，可以由梯形图的结构来判断是属于何种接点储存指令。MPS 可以由 “” 来做分辨，一共可以连续下此指令 8 次。MRD 指令是分支点记忆读取，因为同一垂直线的逻辑状态是相同的，所以为了继续其它的梯形图的解析进行，必须要再把原接点的状态读出。MRD 可以由 “” 来做分
27、辨。MPP 指令是将最上层分支点开始的状态读出并且把它自堆栈中读出 (Pop)，因为它是同一垂直线的最后一笔，表示此垂直线的状态可以结束了。 MPP 可以由 “”来做判定。基本上使用上述的方式解析不会有误，但是有时相同的状态输出，编译程序会将其省略，以右图说明：MPSMRDMP MPMPS7. STL 指令：这是用来做为顺序功能图（SFC，Sequential Function Chart）设计语法的指令。此种指令可以让我们程序设计人员在程序规划时，能够像平时画流程图时一样，对于程序的步序更为清楚，更具可读性，如下图所示，可以很清楚地看出所要规划的流程顺序，每个步进点 S 转移至下一个步进点后，原步进点会执行 ”断电” 的动作，我们可以依据这种流程转换成其右图的 PLC 梯形图型式，称之为步进梯形图。
