模块2 FX2N系列PLC基本指令的应用
项目2.1 三相异步电动机的点动运行——逻辑取、输出及结束指令
2.1.1 教学目的
1．基本知识目标
1）掌握LD、LDI、OUT、END指令的使用方法。
2）掌握编程元件中的输入继电器（X）、输出继电器（Y）的使用方法。
3）掌握梯形图的特点和设计规则。
2．技能培养目标
1）能利用所掌握的基本指令编程实现简单的PLC控制。
2）会使用简易编程器和编程软件。
3）掌握PLC的外部结构和外部接线方法。
二维码2-1 三相异步电动机的点动运行控制要求
2.1.2 项目控制要求与分析
图2-1为三相异步电动机的点动运行电路。SB1为起动按钮，KM为交流接触器。起动时，合上QS，引入三相电源。按下SB1，KM线圈得电，主触点闭合，电动机M被接通电源而直接起动运行；松开SB1，KM线圈断电释放，KM常开主触点释放，三相电源断开，电动机M停止运行。
项目要求用PLC来实现图2-1所示的三相异步电动机的点动运行控制电路，其控制时序图如图2-2所示。
图2-1 三相异步电动机的点动运行控制电路
图2-2 控制时序图
利用PLC基本指令中的逻辑取指令、输出指令和结束指令以及编程元件中的输入继电器和输出继电器，可实现上述控制要求。
2.1.3 项目预备知识
二维码2-2 LD、OUT、END指令
1．基本指令
（1）指令功能
1）LD（取）指令。逻辑运算开始指令，用于与左母线连接的常开触点。
2）OUT（输出）指令。驱动线圈的输出指令，将运算结果输出到指定的继电器中。
3）END（结束）指令。程序结束指令，表示程序结束，返回起始地址。
（2）编程实例
LD、OUT、END指令在编程应用时的梯形图、指令表和时序图见表2-1。
表2-1 梯形图、指令表和时序图
（3）指令使用说明
1）LD指令将指定操作元件中的内容取出，并送入操作器中。
2）OUT指令在使用时不能直接从左母线输出（应用步进指令控制时除外）；不能串联使用；在梯形图中位于逻辑行末尾，紧靠右母线；可以连续使用，相当于并联输出；如未特别设置（输出线圈使用设置），则同名输出继电器的线圈只能使用一次OUT指令。
3）程序中写入END指令，将强制结束当前的扫描执行过程，即END指令后的程序不再扫描，而是直接进行输出处理。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。
4）各基本指令的操作可用元件见附录D。
2．编程器件
（1）输入继电器
输入继电器（X）与输入端相连，它是专门用来接受PLC外部开关信号的器件。PLC通过输入接口将外部输入信号状态（接通时为1，断开时为0）读入并存储在输入映像寄存器中。
输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动，所以在程序中不可能出现它的线圈。由于输入继电器反映输入映像寄存器的状态，所以其触点的使用次数不限。
FX系列PLC的输入继电器采用X和八进制共同组成编号，FX2N型PLC的输入继电器编号范围为X000～X267。注意：基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块是从与基本单元最靠近处开始，顺序进行编号的。例如，基本单元FX2N-64M的输入继电器编号为X000～X037，如果接有扩展单元或扩展模块，则扩展的输入继电器就从X040起开始编号。
（2）输出继电器
输出继电器（Y）是用来将PLC内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）器件的。输出继电器线圈由PLC内部程序的指令驱动，将其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。
每个输出继电器在输出单元中都对应唯一的一个常开硬触点，但在程序中供编程的输出继电器，不管是常开触点还是常闭触点，都是软触点，所以可以使用无数次。
FX系列PLC的输出继电器采用Y和八进制共同组成编号。其中FX2N编号范围为Y000～Y267。与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的，扩展单元和扩展模块的编号也是从与基本单元最靠近处开始，顺序进行编号的。
在实际使用中，对输入、输出继电器的数量，要视系统的具体配置情况而定。
2.1.4 项目实现
1．I/O（输入/输出）分配表
分析上述项目控制要求可确定PLC需要一个输入点和一个输出点，其I/O分配表见表2-2。
表2-2 I/O分配表
2．编程
梯形图及指令表如图2-3所示。
图2-3 梯形图及指令表
a）梯形图 b）指令表
3．硬件接线
PLC的外部硬件接线原理图如图2-4所示。
图2-4 PLC的外部硬件接线原理图
2.1.5 知识进阶
1．基本指令
（1）指令功能
1）LDI（取反）指令。逻辑运算开始指令，用于与左母线连接的常闭触点。
2）LDP（取上升沿）指令。与左母线连接的常开触点的上升沿检测指令，仅在指定操作元件的上升沿（OFF→ON）时接通一个扫描周期。
3）LDF（取下降沿）指令。与左母线连接的常开触点的下降沿检测指令，仅在指定操作元件的下降沿（ON→OFF）时接通一个扫描周期。
（2）编程实例
LDI、LDP、LDF指令在编程应用时的梯形图、指令表和时序图见表2-3。
表2-3 梯形图、指令表和时序图
2．梯形图的特点及设计规则
梯形图与继电器控制电路图相近，在结构形式、元件符号及逻辑控制功能上类似，但梯形图有自己的特点及设计规则。
（1）梯形图的特点
1）梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每个逻辑行开始于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈。在母线与线圈之间一定要有触点，而在线圈与右母线之间不能有任何触点。
2）在梯形图中，每个继电器均为存储器中的一位，称为软继电器。当存储器状态为1时，表示该继电器线圈得电，其常开触点闭合或常闭触点断开。
3）在梯形图中，梯形图两端的母线并非实际电源的两端，而是“概念”电流。“概念”电流只能从左向右流动。
4）在梯形图中，某个编号继电器只能出现一次，而继电器触点可无限次引用。如果同一继电器的线圈使用两次，PLC就将其视为语法错误，绝对不允许。
5）在梯形图中，前面所有每个继电器线圈为一个逻辑执行结果，立刻被后面逻辑操作利用。
6）在梯形图中，除了输入继电器没有线圈而只有触点外，其他继电器既有线圈又有触点。
（2）梯形图编程的设计规则
1）设计规则1。不能将触点接在线圈的右边，如图2-5a所示；也不能直接将线圈与左母线相连，必须要通过触点连接，如图2-5b所示。
图2-5 设计规则1说明
2）设计规则2。在每个逻辑行上，将几条支路并联时，串联触点多的应排在上面，如图2-6a所示；将几条支路串联时，并联触点多的应排在左面，如图2-6b所示。这样，可以减少编程指令。
图2-6 设计规则2说明
a）将串联触点多的排在上面 b）将并联触点多的排在左面
3）设计规则3。梯形图中的触点应画在水平支路上，不能画在垂直支路上，如图2-7所示。
图2-7 设计规则3说明
a）不合适的画法 b）正确的画法
4）设计规则4。当遇到不可编程的梯形图（如图2-8a所示）时，可根据信号单向地自左向右、自上而下流动的原则，对原梯形图重新编排，以便正确应用PLC基本指令进行编程。变换后的梯形图如图2-8所示。
图2-8 设计规则4说明
a）不可编程的梯形图 b）变换后的梯形图
5）设计规则5。双线圈输出不可用。如果在同一程序中将同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次输出有效，如图2-9所示。一般不应出现双线圈输出。
图2-9 设计规则5说明
3．输入信号的最高频率问题
输入信号的状态是在PLC输入处理时间内被检测的。如果输入信号的“ON”时间或“OFF”时间过窄，有可能检测不到。也就是说，PLC输入信号的“ON”时间或“OFF”时间，必须比PLC的扫描周期长。若考虑输入滤波器的响应延迟为100ms，扫描周期为10ms，则输入的“ON”时间或“OFF”时间至少为20ms。因此，要求输入脉冲的频率低于1000Hz/（20+20）=25Hz。若结合PLC后述的功能指令的使用，则可以处理较高频率的信号。
2.1.6 研讨与训练
1）若在图2-4所示的输入端加热继电器FR的常开触点，则试画出I/O分配表、设计梯形图及相应的指令表。
2）应用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件编辑如图2-10所示的梯形图，并进入监视状态，每当X000和X001在刚接通那个扫描周期，Y000和Y001就分别接通1个扫描周期，试分析在监视状态下，没有办法监视到Y000和Y001接通的原因。
3）将如图2-11所示的控制电路用PLC控制器来实现，且要求PLC硬件接线图中仍使用SB1的常闭触点，试设计梯形图，并与图2-3所示的梯形图进行比较。
图2-10 梯形图
图2-11 控制电路