5.3 FX 系列 PLC 的基本逻辑指令
FX 2N 系列 PLC 共有 27 条基本指令，可以完成基本的逻辑控制、顺序控制等程序的编写，同时也是编写复杂程序的基础指令，指令可驱动的软元件和指令程序步如下表所示，表中 a 触点指的是常开触点，b 触点指的是常闭触点。
FX 2N 系列 PLC 的基本指令
◇ LD 、LDI 、OUT 指令
LD 、LDI 、OUT 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如下表所示。
以上LD、LDI两个指令还可与后面介绍的 ANB 、 ORB 指令配合用于分支回路的开头。
OUT ：输出指令，表示对输出继电器 Y 、辅助继电器 M 、状态继电器 S 、定时器 T 、计数器 C 的线圈进行驱动的指令，但不能用于输入继电器，下图是本组指令的应用实例。
需要注意的是：
OUT 指令可连续多次使用，相当于线圈的并联（如图 6.14 中的 OUT M100 和 OUT T0 K20 ）；定时器或计数器的线圈在使用 OUT 指令后，必须设定常数 K 或指定数据寄存器 D 的地址号。
图 LD 、 LDI 、 OUT 指令的使用
LD/LDI/OUT 指令动画演示
◇触点的串并联指令
（ 1 ） AND 、 ANI 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如下表所示。
AND 和 ANI 串联的触点数量无限制，并且可以多次使用。
下图所示的是使用本组指令的实例。图中 OUT 指令后，通过触点对其他线圈使用 OUT 指令（如图中的 OUT Y4 ），这种形式被称为纵接输出或连续输出。此种纵接输出必须将辅助继电器 M101 的线圈放在 Y4 的线圈之上，否则将用到后面讲到的进栈和出栈指令。
图AND 、 ANI 指令的应用
（ 2 ） OR 、 ORI 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如表所示。
表 OR 与 ORI 指令在梯形图中的表示
OR 、 ORI 指令紧接在 LD 、 LDI 指令后使用，亦即对 LD 、 LDI 指令规定的触点再并联一个触点，并联的次数无限制，但限于编程器和打印机的幅面限制，应尽量做到 24 行以下。 OR 、 ORI 指令的使用如下图所示。
图 OR 、 ORI 指令的使用
◇电路块的串并联指令
1. 串联电路的并联（ ORB ）指令
ORB 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如表所示。
表ORB 指令在梯形图中的表示
ORB ：多触点电路块的并联连接指令，其应用如下图所示。
ORB 指令是不带操作元件的指令。两个以上的触点串联连接的电路为串联电路块，将串联电路块并联使用时，用 LD 、 LDI 指令表示分支开始，用 ORB 指令表示分支结束。图 6.17 给出了 ORB 指令的使用情况。存在多条并联电路时，应在每个电路块后使用 ORB 指令，对使用的并联电路数没有限制，但考虑到 LD 、 LDI 指令只能连续使用 8 次， ORB 指令的使用次数也应限制在 8 次。
图 ORB 指令的使用
2. 并联电路的串联（ ANB ）指令
ANB 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如表所示。
表 ANB 指令在梯形图中的表示
ANB ：多触点电路块的串联连接指令，其应用如图所示。
ANB 指令是不带操作元件的指令。两个或两个以上触点并联连接的电路称为并联电路块。当并联电路块与前面的电路串联连接时，使用 ANB 指令。即分支起点用 LD 、 LDI 指令，串联电路块结束后需使用 ANB 指令，以表示与前面电路的串联。 ANB 指令原则上可以无限次使用，但受 LD 、 LDI 指令只能连续使用 8 次的限制， ANB 指令的使用次数也应限制在 8 次。
图ANB 指令的使用
◇ LDP/LDF 、 ANDP/ANDF 和 ORP/ORF 指令
LDP/LDF ， ANDP/ANDF 和 ORP/ORF 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如下表所示。
表LDP/LDF 、 ANDP/ANDF 和 ORP/ORF 指令在梯形图中的表示
LDP 、 ANDP 、 ORP 指令分别为上升沿检出的取指令、与指令和或指令。触点的中间有一个向上的箭头，对应的触点仅在指定位元件的上升沿（由 OFF 变为 ON ）时接通一个扫描周期。
LDF 、 ANDF 、 ORF 指令分别为下降沿检出的取指令、与指令和或指令。触点的中间有一个向下的箭头，对应的触点仅在指定位元件的下降沿（由 ON 变为 OFF ）时接通一个扫描周期。
图 LDP 、 LDF 指令的应用和时序图
◇MC 、 MCR 指令
MC 、 MCR 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如下表所示。
表MC 、 MCR 指令在梯形图中的表示
MC 为主控指令，用于公共串联接点的连接。
MCR 为主控复位指令，即 MC 的复位指令，表示公共串联接点的清除。
下图中的 X0 接通时，执行 MC 与 MCR 之间的指令。当输入条件 X0 断开时，不执行 MC 与 MCR 之间的指令，并且此时非积算定时器、计数器和用 OUT 指令驱动的软元件复位，而积算定时器、计数器、用SET/RST 指令驱动的元件保持当前的状态。使用 MC 指令后，母线移到主控接点的后面，与主控接点相连的接点必须用 LD 或 LDI 指令。 MCR 指令使母线回到原来的位置。在 MC/MCR 指令区内使用 MC/MCR 指令称为嵌套，嵌套级 N 的编号 (0 ～ 7) 顺次增大，返回时用 MCR 指令，并从大的嵌套级开始解除。
图MC 、 MCR 指令的应用
主控指令嵌套动画演示
◇ SET 、 RST 指令
SET 、 RST 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如表所示。
表 SET 、 RST 指令在梯形图中的表示
SET ：置位指令，使操作保持 ON 的指令。
RST ：复位指令，使操作保持 OFF 的指令。
SET 、 RST 指令的使用如图 6.21 所示。图中 X0 接通后， Y0 被驱动为 ON ，即使 X0 再变为 OFF ，Y0 仍保持为 ON 的状态， X1 接通后 Y0 才复位为 OFF 状态，详见图 6.21 的时序图。
对同一编程元件， SET 、 RST 指令可以多次使用，不限制使用顺序，且最后执行者有效。
RST 指令可使数据寄存器 D 、变址寄存器 V 、 Z 的内容清零，使积算定时器 T246 ～ T255 的当前值以及触点复位，还可使计数器 C 的输出触点复位及当前值清零。 RST 指令对计数器、定时器的应用如图 6.22 所示，当 X0 的常开触点接通时，积算定时器 T246 复位， X3 的常开触点接通时，计数器 C200 复位，此时它们的当前值被清零，常开触点断开，常闭触点闭合。
SET 、 RST 指令动画演示
图SET 、 RST 指令的使用
图定时器、计数器中的 RST 指令
◇栈存储器与多重输出电路（ MPS/MRD/MPP ）指令
MPS 、 MRD 、 MPP 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如表 6.12 所示。
这组指令分别为进栈、读栈、出栈指令，用于多重输出电路中。
如图 6.23 所示，在 FX 系列可编程控制器中有 11 个用来存储中间运算结果的存储区域被称为栈存储器，堆栈采用先进后出的数据存取方式。使用一次 MPS 指令，便将此刻的运算结果送入堆栈的第一层，以便以后处理有线圈的支路时可以调用该运算结果，此时原本存在第一层的数据将被移到堆栈的下一层。使用 MPP 指令，弹出存储在堆栈最上层的电路分支点对应的运算结果，将下一触点连接在该点，并从堆栈中去掉该点的运算结果。使用 MPP 指令时，堆栈中各层的数据顺次向上移动一层，最上层的数据被读出，同时该数据从堆栈内消失。
表 MPS 、 MRD 、 MPP 指令在梯形图中的表示
图堆栈示意图
MRD 指令用来读出最上层的最新数据，此时堆栈内的数据不移动。 MPS 、 MRD 、 MPP 指令都是不带软元件的指令。 MPS 、 MPP 必须成对使用，而且连续使用次数应少于 11 次。图 6.24 为一层堆栈实例，图 6.25 为二层堆栈实例。
图一层堆栈
图二层堆栈
◇脉冲输出、取反、空操作与结束指令
1. 脉冲输出指令（ PLS/PLF ）指令
PLS 、 PLF 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如表所示。
表PLS 、 PLF 指令在梯形图中的表示
PLS 、 PLF 为脉冲输出指令。 PLS 在输入信号上升沿产生一个扫描周期的脉冲输出，而 PLF 在输入信号下降沿产生一个扫描周期的脉冲输出。图是脉冲输出指令的例子。从时序图可以看出，当 X0 为 ON 时， PLS 指令在 X0 的上升沿使 M0 闭合一个扫描周期， M0 使 Y0 置位为 ON ；当 X1 为 ON 时， PLF 指令在 X1 的下降沿使 M1 闭合一个扫描周期， M1 使 Y0 复位为 OFF 。也就是说， PLS 、 PLF 指令可将脉宽较宽的输入信号变成脉宽等于可编程控制器的扫描周期的触发脉冲信号，而信号周期不变。特殊继电器不能用作 PLS 或 PLF 的操作元件。
图 PLS 、 PLF 指令的应用及时序图
PLS 、 PLF 指令动画演示
2. 取反操作（ INV ）指令
INV 指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如表所示。
表INV 指令在梯形图中的表示
INV ：取反指令，表示将 INV 指令电路之前的运算结果取反。在梯形图上，用一条短斜线表示，它不带操作元件，不能直接与母线连接，也不能像 OR ， ORI ， ORP ， ORF 一样单独使用。
在图中，如果 X0 和 X1 同时为 ON 并取反，或 X2 为 ON 并取反，则 Y0 为 ON 。
图INV 指令的应用
取反指令动画演示
3. 空操作指令（ NOP ）
空操作指令使该步做空操作。在程序中加入空操作指令，可在变更或增加指令时减少步序号的变化。用 NOP 指令替换一些已写入的指令，可以改变电路。若将 LD 、 LDI 、 ANB 、 ORB 等指令换成 NOP 指令，电路组成将发生很大的变化，亦可能使电路出错。当执行程序全部清零操作时，所有指令均变成 NOP 。
4. 程序结束指令（ END ）
END 为程序结束指令。可编程控制器按照输入处理、程序执行、输出处理循环工作，若不在程序中写入 END 指令，则可编程控制器将从用户程序的第一步扫描到程序存储器的最后一步。若在程序中写入 END 指令，则 END 以后的程序步不再扫描，而是直接进行输出处理。也就是说，使用 END 指令可以缩短扫描周期。 END 指令的另一个用处是分段调试程序。调试时，可将程序分段后插入 END 指令，从而依次对各程序段的运算进行检查，在确认前面电路块动作正确无误之后依次删除 END 指令即可。
第 6 章 PLC 程序设计及应用举例
◇ PLC 程序设计步骤及方法
◇ PLC 程序设计的一般步骤
（ 1 ）详细了解生产工艺和设备对控制系统的要求，必要时应画出系统的工作循环图或流程图及有关信号的时序图。
（ 2 ）根据生产设备现场的需要，将所有输入信号（按钮、行程开关、速度及时间传感器），输出信号（接触器、电磁阀、信号灯等）及其他信号分别列表，并按 PLC 内部软继电器的编号范围，给每个信号分配一个确定的 I/O 地址。
（ 3 ）根据控制要求设计程序。
（ 4 ）通过编程器或编程软件把编好的程序传送到 PLC 中。
（ 5 ）对程序进行模拟调试和修改，直至满意为止。
（ 6 ）程序设计完成后，应进行在线统调。
◇ PLC 程序设计方法
一般地， PLC 程序设计方法有 4 种：经验设计法，逻辑设计法，顺序功能图法，计算机辅助编程设计法。
1 ．经验设计法
2 ．逻辑设计法
3 ．顺序功能图设计法（ SFC ）
4 ．计算机辅助编程设计法
6.2 梯形图经验设计法
◇基本应用程序
1 ．电动机自锁控制电路
（ 1 ）两个按钮实现电动机起停控制
在自动控制中，起动、保持和停止是常用的控制
下图（ a ）、（ b ）所示为停止按钮分别接常开触点和常闭触点时， PLC 的 I/O 接线图和梯形图。其中 X0 为起动按钮， X1 为停止按钮， Y0 为输出触点。
图（ a ）中， PLC 输入端的停止按钮 X1 接常开触点，输入继电器 X1 的线圈不“通电”，其在梯
形图中 X1 采用常闭触点，其状态为 ON ；热继电器的常闭触点接 X2 ，这时 X2 的输入继电器线圈“通电”，其在梯形图中的常开触点为 ON 。此时按下起动按钮 X0 ，则 Y0 “通电”，电动机旋转，这和继电－接触控制原理图是相同的。
图（ b ）中， PLC 输入端的停止按钮 X1 接常闭触点，输入继电器 X1 得电，其在梯形图中的 X1 采用常开触点，其状态为 ON ，这与原理图是相反的，此时按下起动按钮 X0 ，电动机旋转。由此可见，用 PLC 取代继电－接触控制时，若输入为常闭触点，则编制的梯形图与继电原理图采用的触点相反；若输入为常开触点，则编制的梯形图与继电原理图中采用的触点相同。通常为了与继电原理图的习惯一致，在 PLC 的输入端尽可能地采用常开触点。
（ a ）停止按钮接常开触点
（ b ）停止按钮接常闭触点
图用 PLC 实现电动机的起停控制
上图中，起动信号 X0 持续为 ON 的时间一般都很短，这种信号称为短信号。为了让电动机的输出 Y0 一直“通电”，需要在 X0 的两端并联 Y0 的常开触点，称为自锁点，这种电路称为自锁电路，其特点是具有“记忆”功能。当按停止按钮 X1 时，Y0 “失电”，电动机停转。
（ 2 ）采用 SET/RST 指令实现电动机的起停控制
利用 SET/RST 指令的特点也可以实现电动机的起停控制，如下图所示。
图用 SET/RST 指令实现电动机的起停控制
（ 3 ）单按钮实现电动机的起停控制
利用一个按钮也可以实现电动机的起停控制，即第一次按下该按钮，电动机起动，第二次按下该按钮，电动机停止。
采用 PLS 指令可以实现单按钮起停控制，如下图（ a ）所示。
采用计数器指令也可以实现单按钮起停控制，如下图（ b ）所示。在这个电路中， X0 的信号必须经过 PLS 指令后才能送给计数器计数， C0 常开触点对 C0 计数器线圈复位的梯级必须放在最后，否则电路失控。
（ a ）用 PLS 指令实现
（ b ）用计数器指令实现
图单按钮起停控制电路
2 ．时间控制电路
（ 1 ）定时器接力电路
定时器接力程序如下图所示。
长延时动画
上图中，使用了两个定时器，并利用 T0 的常开触点控制 T1 定时器的起动，输出线圈 Y0 的起动时间由两个定时器的设定值决定，从而实现长延时，即按钮 X0 按下后，延时（ 1 ＋ 2 ） s ＝ 3s ，输出线圈 Y0 才得电，其时序波形图上图。
（ 2 ）定时器与计数器联合使用实现定时范围扩展电路
FX 系列定时器的最长定时时间为 3276.7s ，若需要更长的定时时间，可使用如下图所示的电路。
图定时器范围扩展
总的定时时间为：
T ＝ 0.1 K T K C
（ 3 ）闪烁电路
如下图所示是一个具有一定周期的振荡电路，只要改变两个定时器的设定值，就可以改变此电路脉冲周期的占空比。
图闪烁电路
（ 4 ）延时接通延时断开电路
下图中的电路用 X0 控制 Y0 ，要求 X0 变为 ON 再过 1s 后 Y0 才变为 ON ， X0 变为 OFF 再过2s 后 Y0 才变为 OFF ，且 Y0 用自锁电路来控制。
延时接通／断开电路动画演示
◇电动机正反转控制
1. 控制要求
电动机可以正向旋转，也可以反向旋转。为避免改变旋转方向时，由于换相造成电源短路，要求电动机在正、反转状态转换前先停转，然后再换向起动。
2. I/O 分配
输入信号：
正转起动按钮 SB1 — X0 ；
反转起动按钮 SB2 — X1 ；
停止按纽 SB3 — X2 ；
热继电器常闭触点 FR － X3
输出信号：
正转交流接触器 KM1 — Y0 ；
反转交流接触器 KM2 — Y1 。
其 I/O 接线图如下图所示， COM 和 COM0 分别为输入和输出信号的公共端。接触器 KM1 和 KM2 在输出电路中要互锁。
若 PLC 的输入点较富裕，则热继电器的常闭触点可占用 PLC 的输入点，见下图（ a ）；若输入点较紧张，则热继电器的信号可不输入 PLC ，而直接接在 PLC 外部的控制电路中，见下图（ b ）。
（ a ）热继电器触点接入 PLC 中（ b ）热继电器触点不接入 PLC 中
图电动机正反转控制 I/O 接线图
3. 程序设计
电动机正反转控制程序如下图所示。
图正反转程序
◇电动机顺序控制
1. 控制要求
某控制系统有 3 台电机，当按下起动按钮 SB1 时，润滑电机起动；运行 10s 后，主电机起动；运行 20s 后，冷却泵电机起动。当按下停止按钮 SB2 时，主电机立即停止；主电机停 5s 后，冷却泵电机停；冷却泵电机停 5s 后，润滑电机停。当任一电机过载时， 3 台电机全停。
2. I/O 分配
输入信号：起动 SB1 － X0 ；
停止 SB2 － X1 ；
第一台电机的过载保护－ X2 （接常闭触点）；
第二台电机的过载保护－ X3 （接常闭触点）；
第三台电机的过载保护－ X4 （接常闭触点）。
输出信号：润滑电机－ Y0 ；
主电机－ Y1 ；
冷却泵电机－ Y2 。
3. 程序设计
该控制系统是典型的顺序起动，逆序停止控制。其程序如下图所示。
图电动机顺序起动、逆序停止程序
◇十字路口的交通灯控制
1. 控制要求
十字路口交通灯的运行如下图所示。当起动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有的信号灯全部熄灭。工作时绿灯亮 25s ，并闪烁 3 次（即 3s ），黄灯亮 2s ，红灯亮 30s 。
红绿灯演示动画
各方向三色灯的工作时序图如下图所示。
图交通灯控制时序图
2 ．分析 PLC 的输入和输出信号
根据控制要求， PLC 的 I/O 地址分配如下表所示， PLC 的 I/O 接线图如下图所示。
表交通灯 I/O 分配
图交通灯的 I/O 接线图
3 ．由时序图分析各输出信号之间的时间关系
交通灯一个循环共需要 60s ，它分为 6 个时间段，这 6 个时间区段对应着 6 个分界点： t1 、 t2 、t3 、 t4 、 t5 、 t6 。在这 6 个分界点处信号灯的状态将发生变化，在程序设计中这 6 个时间段必须使用 6 个定时器来控制。
为了明确各定时器的作用，以便于理解各个灯的状态转换的准确时间，列出了各定时器的功能，如下表所示。
表各定时器的功能
4 ．梯形图程序设计
根据红绿灯的控制要求，设计的梯形图如下图所示。