3.2算式运算控制（课件）-《PLC应用技术》同步教学（航空工业出版社）

授课教师：xxx PLC应用技术 WENJINGKETANGG 算式运算控制 02 任务引入 在PLC的实际应用中，数据运算是非常重要的一部分，尤其在处理液位、风压、水温等工程量数据的过程中。这些数据通常需要经过传感器转换为数字信号，然后PLC会对这些数字信号进行处理，如四则运算（加、减、乘、除）。本任务要求能够实现38X/304 + 2的运算，X代表K2X0输入的8位二进制数，运算结果需要通过二极管显示出来。 本任务将先介绍跳转指令、四则运算指令、加1和减1指令、循环起点和结束指令、子程序调用返回指令、循环和移位指令等知识，再进行算式运算控制程序设计。 一、跳转指令 跳转指令主要用来跳过某些程序段，来选择执行指定的程序段，其编号、功能和操作数如表所示。 名称、助记符 编号 功能 操作数 跳转指令 CJ(P) FNC00 当执行条件满足时，使程序直接跳转到以指针为入口标号的程序段并执行，而跳转指令与指针之间的程序不再执行 P 它的操作数只有指针P，用来指示跳转指令的跳转目标和跳转程序的入口标号。 在梯形图中，指针放在左母线的左边，包括P0～P127，共128点，允许用变址寄存器修改指针地址。其中，P63表示跳转到END，不需要标记。 一、跳转指令 自动程序与手动程序切换的梯形图中常使用跳转指令，如图所示。 当执行自动程序与手动程序时，都需要执行的程序为公用程序。 当常开触点X010断开时，将执行手动程序并跳过自动程序； 当常开触点X010闭合时，将跳过手动程序，跳到以P0为入口标号的程序段，执行自动程序。 一、跳转指令 经验传承 使用跳转指令的注意事项如下。 （1）在同一程序中位于不同程序段的程序不会被同时执行，所以同一线圈可应用于不同程序段中。 （2）不同跳转指令可使用同一指针。如图所示，无论是常开触点X020还是常开触点X021闭合，都可以跳转到P9。 一、跳转指令 经验传承 （3）指针一般设在跳转指令之后，但也可以设在跳转指令之前。若指针在前造成程序的执行时间超过了设定值，则程序就会出错。 （4）跳转指令只执行一个扫描周期，若将辅助继电器M8000作为跳转指令的执行条件，则程序无条件跳转。 一、跳转指令 应用举例 【应用举例1】某设备具有手动和自动两种操作方式，其控制要求如下。 （1）当操作方式选择开关SB3断开时，该设备采用手动操作方式；当SB3闭合时，该设备采用自动操作方式。 （2）在手动操作方式下，按下启动按钮SB2，电动机启动；按下停止按钮SB1，电动机停止运转。 （3）在自动操作方式下，按下SB2，电动机连续运转，1 min后，自动停止运转；按下SB1，电动机停止运转。 请按以上控制要求编写梯形图。 一、跳转指令 应用举例 解：设备采用手动和自动操作方式控制的梯形图如图所示。常闭触点X001表示SB1，常开触点X002表示SB2，常开触点X003表示SB3。 一、跳转指令 应用举例 （1）当常开触点X003断开时，按顺序执行程序，即常开触点X002闭合，线圈Y000得电，常开触点X002断开，线圈Y000失电。程序执行到第8步所在行时，跳转到P1，但P1处无程序，进而程序执行结束。 （2）当常开触点X003闭合时，执行P0处的程序，即常开触点X002闭合，线圈Y000得电，同时T0开始计时，1 min后，线圈Y000失电。 （3）当常闭触点X001断开时，无论常开触点X003是断开还是闭合，线圈Y000都失电。 二、四则运算指令 四则运算指令 加法指令 (D)ADD 减法指令 (D)SUB 乘法指令 (D)MUL(P) 除法指令 (D)DIV(P) 二、四则运算指令 （一）加法指令 加法指令可进行16位和32位二进制数的加法运算，其编号、功能和操作数如表所示。 名称、助记符 编号 功能 操作数 [S.] [D.] 加法指令 (D)ADD FNC20 将两个源操作数中的数据相加，并将结果存放在目标操作数中 K、H、KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z 二、四则运算指令 （一）加法指令 下面以345与678相加的梯形图（见图）为例，介绍加法指令的梯形图。 当PLC运行时，加法指令先将十进制数345与678换算为二进制数，再进行加法运算，并将运算结果存放在数据寄存器D20中。 加法指令的梯形图案例 二、四则运算指令 （一）加法指令 当加法指令进行32位二进制数的加法运算时，其操作数的存放结构与16位二进制数不同。以[DADD D0 D10 D20]为例介绍操作数为32位二进制数时的存放结构，如图所示。 被加数的低16位存放在D0中，高16位存放在D1中； 加数的低16位存放在D10中，高16位存放在D11中； 和的低16位存放在D20中，高16位存放在D21中。 二、四则运算指令 经验传承 四则运算指令操作数中的数据均为有符号的二进制数，其最高位为符号位。若符号位为0，则表示数值为一个正数；若符号位为1，则表示数值为一个负数。 二、四则运算指令 （二）减法指令 减法指令可进行16位和32位二进制数的减法运算，其编号、功能和操作数如表所示。 名称、助记符 编号 功能 操作数 [S.] [D.] 减法指令 (D)SUB FNC21 将两个源操作数中的数据相减，并将结果存放在目标操作数中 K、H、KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z 课堂讨论 请说一说[DSUB D0 D10 D20]中被减数、减数、差为32位二进制数时的存放结构。 二、四则运算指令 （三）乘法指令 乘法指令可进行乘法运算，其编号、功能和操作数如表所示。 它的源操作数大多为16位二进制数，两个16位二进制数相乘后为32位，需要存放在目标操作数及其下一位中。 名称、助记符 编号 功能 操作数 [S.] [D.] 乘法指令 (D)MUL(P) FNC22 将两个源操作数中的数据相乘，并将结果存放在[D.] 1和[D.]中 K、H、KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z 二、四则运算指令 （三）乘法指令 下面以D1与D2中数据相乘的梯形图（见图）为例，介绍乘法指令的梯形图。当常开触点X010闭合时，D1与D2中的数据相乘，乘积存放在D4、D3中。 由于D1和D2中的数据都为16位二进制数，因此其乘积为32位二进制数，乘积的高16位存放在D4中，低16位存放在D3中。 乘法指令的梯形图案例 二、四则运算指令 （四）除法指令 除法指令可进行除法运算，其编号、功能和操作数如表所示。 除法运算通常会有余数产生，除法指令将商存放在目标操作数中，余数存放在目标操作数的下一位中。 名称、助记符 编号 功能 操作数 [S.] [D.] 除法指令 (D)DIV(P) FNC23 将两个源操作数中的数据相除，并将商和余数的分别存放在[D.]和[D.] +1中 K、H、KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z 二、四则运算指令 （四）除法指令 下面以D10和D11中数据相除的梯形图（见图）为例，介绍除法指令的梯形图。 当常开触点X011闭合时，D10中的数据除以D11中的数据，并将商存放在D12中，余数存放在D13中。 除法指令的梯形图案例 二、四则运算指令 经验传承 若四则运算指令的运算结果为0，则零标志位M8020为1，可用加法指令来判断两个数是否为相反数，用减法指令来判断两个数是否相等。 除法指令的[S2.]不能为0，否则程序不能执行，并导致运算错误标志位M8067为1。 三、加1和减1指令 加1和减1指令的编号、功能、目标操作数和梯形图如表所示。 在实际控制中，一般不允许在每个扫描周期都存在目标操作数加1或减1的连续执行方式，因此，加1和减1指令经常使用脉冲执行方式。 名称、助记符 编号 功能 目标操作数 梯形图 加1指令 INC(P) FNC24 将目标操作数中的数据加1 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z 减1指令 DEC(P) FNC25 将目标操作数中的数据减1 三、加1和减1指令 应用举例 【应用举例2】使用加1指令编写跑马灯控制的梯形图，要求16盏灯每隔1 s循环点亮。 解：跑马灯控制的梯形图如图所示。当常开触点M10闭合时，线圈Y000Z0得电。由于M8013为1 s的时钟脉冲，因此每隔1 s，将变址寄存器Z0中的数据加1，即线圈Y000Z0每隔1 s循环得电，且每过一个扫描周期将Y000～Y017区域性复位一次。当Z0中的数据大于等于16时，Z0清零。 课堂讨论 七段数码管9 s倒计时控制也可采用加1指令进行程序设计，即将要显示的数值放入某一数据寄存器中，并采用加1指令改变数值。 请以小组为单位进行此程序的设计。 四、循环起点和结束指令 循环起点和结束指令即循环起点指令和循环结束指令，它们必须成对使用，其编号、功能和目标操作数如表所示。 循环起点和结束指令不需要执行条件，只有目标操作数，而没有源操作数。循环起点和结束指令只有连续执行方式，可以嵌套，但最多嵌套5层。 名称、助记符 编号 功能 目标操作数 循环起点指令 FOR FNC08 使一段程序反复执行n次，n由目标操作数决定 K、H、KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z，其中K最常用 循环结束指令 NEXT FNC09 无 四、循环起点和结束指令 循环起点和结束指令的应用如图所示，在一个扫描周期内，从循环开始，到循环体反复被执行10次，再到循环结束，然后执行NEXT的下一条指令。其中，循环体是指FOR与NEXT之间的程序。 四、循环起点和结束指令 应用举例 【应用举例3】使用PLC编程：求0～100的和，并将和存放在D0中。用普通的循环起点和结束指令、嵌套的循环起点和结束指令分别编写梯形图。 解：（1）用普通的循环起点和结束指令编写的梯形图如图所示，循环执行加1 指令和加法指令100次，即可求出0～100的和。 四、循环起点和结束指令 应用举例 （2）用嵌套的循环起点和结束指令编写的梯形图如图所示，嵌套了一个循环起点和结束指令，需要循环执行两遍50次的加1和加法指令。 五、子程序调用返回指令 子程序调用返回指令包括子程序调用指令和子程序返回指令，它们必须成对使用。子程序调用返回指令的编号、功能和操作数如表所示。 子程序调用指令的指针编号与跳转指令相同，但同一编号的指针不能同时被跳转指令和子程序调用指令共用。 名称、助记符 编号 功能 操作数 子程序调用指令 CALL(P) FNC01 当执行条件满足时，使程序跳转到指针处，执行子程序 P 子程序返回指令 SRET(P) FNC02 返回主程序 无 五、子程序调用返回指令 子程序调用返回指令的梯形图如图所示。 为了区别于主程序，在编写程序时，将主程序写在前面，以主程序结束指令FEND结束主程序，将子程序写在FEND后面。当主程序带有多个子程序时，子程序可依次排列。 …… …… …… 主程序 子程序1 子程序2 当常开触点X001闭合时，先跳转到P1处执行子程序1。在执行子程序1时，会跳转到P2处，执行子程序2。执行完子程序2，再返回子程序1；执行完子程序1，再返回主程序，继续执行主程序直到结束。 五、子程序调用返回指令 应用举例 【应用举例4】有一算式运算的控制要求：设数据寄存器D0、D1、D2、D3存储的数据分别为2、3、-1、7，求它们的代数和；将运算结果存放在D10中，并用此结果控制K1Y000。常开触点X000用于计算控制，常开触点X001用于清零控制。请按以上控制要求编写梯形图。 解：算式运算控制的梯形图如图（见下页）所示。当常开触点X000闭合时，将2、3、-1、7分别传送到D0、D1、D2、D3中，然后跳转到P10处执行子程序，即进行求和运算。求和运算结束后，回到主程序，继续执行CALL的下一步指令，将运算结果存放在D10和K1Y000中，以控制K1Y000。当常开触点X001闭合时，将0存放在K1Y000中，以将K1Y000清零。 五、子程序调用返回指令 应用举例 六、循环和移位指令 （一）循环右移和循环左移指令 循环右移和循环左移指令用来使一个数循环移位，它们的编号、功能和目标操作数如表所示。 循环右移和循环左移指令只对目标操作数进行操作，因此其只有目标操作数，没有源操作数。此外，在目标操作数后还需要加数字n，表示循环的单位，n≤16（32），通常用K、D表示。 名称、助记符 编号 功能 目标操作数 循环右移指令(D)ROR(P) FNC30 使目标操作数中的二进制数以n为单位循环向右移位，移出的最后一位存放在进位标志位M8022中 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z（位组合元件中n=4或8） 循环左移指令(D)ROL(P) FNC31 使目标操作数中的二进制数以n为单位循环向左移位，移出的最后一位存放在进位标志位M8022中 六、循环和移位指令 （一）循环右移和循环左移指令 以4为单位循环右移的梯形图、原理图如图所示。 若D0中的数据为0001001100000010，则第一次以4为单位循环右移后，该数据变为0010000100110000。 （a）梯形图 （b）原理图 课堂讨论 以4为单位循环左移的梯形图、原理图与循环右移类似，请自行绘制以4为单位循环右移的梯形图、原理图，并进行说明。 六、循环和移位指令 （二）位右移和位左移指令 位右移和位左移指令可将一个数向右或向左移动指定的位数。 它们的编号、功能和操作数如表所示。 位右移和位左移指令只有一个源操作数和一个目标操作数，在目标操作数后还需要指明目标操作数的位数n1和移动的位数n2， n1可用K、H表示，n2可用K、H、D表示。 名称、助记符 编号 功能 操作数 [S.] [D.] 位右移指令 (D)SFTR(P) FNC34 目标操作数各位向右移 n2位，其低 n2位溢出，而源操作数中的数移入目标操作数的高 n2位，且源操作数各位状态不变 X、Y、M、S Y、M、S 位左移指令 (D)SFTL(P) FNC35 目标操作数各位向左移 n2位，其高 n2位溢出，而源操作数中的数移入目标操作数的低 n2位，且源操作数各位状态不变 六、循环和移位指令 （二）位右移和位左移指令 目标操作数右移4位的梯形图、原理图如图所示。 若源操作数X3～X0为0010，目标操作数Y17～Y0为0001001100000011，且右移4位，则Y3～Y0溢出。此时，X3～ X0移入Y17～Y0的高4位，目标操作数变为0010000100110000。 （a）梯形图 （b）原理图 六、循环和移位指令 （二）位右移和位左移指令 目标操作数左移4位的梯形图、原理图如图所示。 若Y17～ Y0左移4位，则Y17～ Y14溢出。此时，X3～X0移入Y17～ Y0的低4位，则目标操作数变为0011000000110010。 （a）梯形图 （b）原理图 任务分析 在掌握了跳转指令、四则运算指令、加1和减1指令、循环起点和结束指令、子程序调用返回指令、循环和移位指令等知识后，开始进行算式运算控制程序设计。 根据控制要求，可知38X/304+2的运算过程： 闭合启停开关SB9，首先，将K2X0中的数据X存放在数据寄存器中，K2X0代表8位二进制数，可以通过常开按钮SB1～SB8的状态来设置； 其次，将38与X相乘； 再次，将相乘结果与304相除； 最后，将相除结果与2相加，并将运算结果存放在K2Y0中，通过二极管L1～L8显示出来。 任务分析 完成该任务的主要步骤如下。 （1）根据算式的运算过程，进行程序编写。 （2）对编写好的程序进行仿真调试。 （3）将程序下载到PLC中，按照I/O接线图进行接线，改变SB9的状态，观察算式运算结果是否正确。 任务实施——算式运算控制程序设计 1．程序编写 （1）按照算式运算控制的工作过程分配I/O端子，由于X表示K2X0中的数据，并配有一个启停开关，将运算结果存放在K2Y0中，因此需要9个输入端子和8个输出端子，如表所示。 输入 输出 元件代号 作用 输入端子 元件代号 作用 输出端子 SB9 控制算式运算的启停 X20 L1～L8 输出二进制数 Y0～Y7 SB1～SB8 输入二进制数 X0～X7       任务实施——算式运算控制程序设计 1．程序编写 （2）绘制算式运算控制的I/O接线图，如图所示。 任务实施——算式运算控制程序设计 1．程序编写 （3）根据控制要求，在编程软件中设计算式运算控制的梯形图，如图所示。 任务实施——算式运算控制程序设计 2．程序仿真调试 编写好程序后，需要对其进行仿真调试。 （1）将程序从编程软件下载到仿真软件中。 （2）改变常开触点X020的状态，程序开始执行时K2X000中的数据为0，观察K2Y000中的数据与运算结果是否相符；然后手动为K2X000赋值，这里赋值为8，即将K2X000改为K8，改变常开触点X020的状态，观察运算结果是否正确。 （3）若运算结果正确，则表明程序正确，保存程序即可；若运算结果不正确，则应仔细分析，找出原因，重新修改程序，直到运算结果正确。 任务实施——算式运算控制程序设计 2．程序仿真调试 赋值为8时的程序仿真结果应如图所示。 任务实施——算式运算控制程序设计 3．程序运行 （1）根据下图左进行I/O接线（见下图右），并检查有无短路及断路现象。 课堂小结 算式运算控制 跳转指令 四则运算指令 加法指令 减法指令 乘法指令 除法指令 加1和减1指令 循环起点和结束指令 子程序调用返回指令 循环和移位指令 循环右移和循环左移指令 位右移和位左移指令 谢 谢 WENJINGKETANGG $$