第九课题使用功能指令完成.docx
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第九课题使用功能指令完成
第九课题 使用功能指令完成
带时间显示的交通灯的程序设计与实现
一、实训设计题：
带时间显示的交通灯电路的控制
1．要求学生按下面要求完成实训设计题：
学生设计下面交通灯程序时，要使用数码管将每盏灯变化的时间显示出来。
控制要求如下表9-1：
表9-1交通灯控制的要求表
2．程序设计时，按下列步骤进行
（1）程序的I/O分配；
（2）程序的梯形图；
（3）程序的指令；
（4）PLC的外部接线图；
（5）程序调试过程。
二、实训目的
通过相关内容的讲解和学生的练习，使学生了解功能指令的组成，学会常用功能指令的使用方法，并能使用相关功能指令编写程序。
三、讲授内容的相关知识点
<一>功能指令及使用要素
1．功能指令的表示方法
FX系列可编程序控制器采用计算机通用的助记符形式来表示功能指令。
一般用指令的英文名称或缩写作为助记符，例如图9-1中的指令助记符MEAN用来表示取平均值的指令。
有的功能指令只需要指定功能号，大多数功能指令在指定功能号的同时还需要指定操作元件。
操作元件由1到4个操柞数组成，图9-1中的[S]表示源（Source）操作数，[D]表示目标（Destnation）操作数。
如果可以使用变址功能．则表示为[S·]和[D·]。
源或目标不止一个，可表示为[S1·]、[D1·]、[S2·]、[D2·]等表示。
用m或n表示其他操作数时，它们常用来表示常数，或作为源操作数和目图9-1功能指令
标操作数的补充说明。
需注释的项目较多，可以采用m1，m2等方式。
功能指令的功能号和指令助记符占一个程序步，16位操作与32位操作的每一个操作数分别占2个和4个程序步。
2．数据长度与指令类型
（1）数据长度
图9-1中助记符MOV之前的“（D）”表示处理32位（32bit）数据，这时相邻的两元件组成元件对，该指令将D11、D10中的数据传送到D13、D12。
处理32位数据时，为了避免出现错误，建议使用首地址为偶数的操作数。
没有“（D）”时表示处理16位数据。
（2）脉冲执行与连续执行
图7-1中MOV后面的“（P）”表示脉冲执行，即仅在X1由OFF（“0”状态）→ON（“1”状态）时执行一次。
如果没有“（P）”，在XI为ON的每一扫描周期指令都要被执行，称为连续执行。
某些指令（如INC（加1）、DEC（减l）和XCH（数据交慎）指令）一般应使用脉冲执行。
如果不需要每个周期都执行指令，使用脉冲方式可缩短处理时间。
符号“（P）”和“（D）”可同时使用。
3．位元件
（1）位元件和字元件
只有ON／OFF状态的元件称为位（bit）元件。
例如X、Y、M和S。
处理数据的元件称为字元件。
例如定时器和计数器的当前值T，C和数局寄存器D等，一个数由l6位二进制数组成，位元件也可以组成字元件来进行数据处理。
（2）位元件的组合
每相邻的4bit位元件组合成一个单元，它由Kn加首位元件号来表示，其中的n为组数，16位操作数时n=1~4，32位操作数时n=l~8。
例如K2M0表示由M0~M7组成的两个位元件组，M0为数据的最低位（首位）；K4S10表示由S10~S25组成的16位数据，S10为最低位。
当16位数据传送到n=1~3的位元件组时，只传送低位的相应数据；当32位数据传送到n=1~7的位元件组时，也是一样的。
被组合的位元件的首位元件号可以是任意的，但是为了避免混乱，建议采用以0结尾的元件，如X0、X10、X20等。
作16位数操作时，参与操作的位元件由K1~K4指定。
若仅由Kl~K3指定，高位的不足部分均作0处理，这意味着只能处理正数（最高位为符号位，正数的符号位为0），在32位数处理时也有类似的情况。
（3）变址寄存器V、Z
在传送、比较指令中，变址寄存器V，Z用来修改操作对象的元件号，循环程序中常使用变址寄存器。
[S·]和［D·］表示有变址功能。
对32位指令，V为高I6位、Z为低16位。
32位指令中使用变址指令只需指定Z，这时Z就能代表V和Z。
在32位指令中，V、Z自动组对使用。
图7.2中的各触点接通时，常数10送到V0，常数20送到Z1，ADD指令完成运算（D5V0）＋（D15Z1）～（D40Zl），即（D15）＋（D35）→（D60）。
图9-2变址寄存器的使用
<二>功能指令的应用
1．传送和比较指令
比较与传送指令的编号为FNC10－FNC19。
比较指令包括CMP（比较）和ZCP（区间比较）两条指令，传送指令包括MOV（传送）、SMOV（BCD码移位传送）、CLM（取反传送）、BMOV（数据块传送）、FMOV（多点传送）、XCH（数据交换）、BCD（二进制数转换成BCD码并传送）和BIN（BCD码转换为二进制数并传送）指令。
（1）比较指令
比较指令包拾CMP（比较）和ZCP区间比较），比较结果用目标元件的状态来表示。
待比较的源操作数[S1·]和[S2·]可取任意的数据格式，目标操作数[D·]可取Y，M和S，占用3点。
a比较指令
比较指令CMP（Compare）的功能指令编号为FNC10，16位运算占7个程序步，32位运算占13个程序步。
比较指令比较源操作数[S1·]和[S2·]，比较的结果送到目标操作数[D·]中去。
图9-3中的比较指令将十进制常数100与计数器C10的当前值比较，比较结果送到M0~M2。
X1为OFF则不进行比较，M0~M2的状态保侍不变。
X1为ON时进行比较，如果比较结果为［S1·］＞[S2·]，M0ON；若［S1·］＜[S2·]，M2ON。
如指定的元件种类或无件号超出允许范围时将会出错。
b区间比较
区间比较指令的助记符为ZCP（ZoneCompare），功能指令编号为FNC11。
16位运算占9个程序步，32位运算占17个程序步。
图9-4中的X2为ON时，执行ZCP指令，将T3的当前值与常数100和150相比较，比较结果送到M3~M5，源数据［S1·］不能大于[S2·]。
图9-3比较指令的使用图9-4区间比较指令的使用
（2）传送指令[FNC12－FNC16]
传送指令包括MOV（传迭）、SMOV（BCD码移位传送）、CML（取反传送）、BMOV（数据块传送）和FMOV（多点传送）以及XCH（数据交换）指令。
MOV和CML指令的源操作数可取所有的数据类型，SMOV指令可取除K，H以外的其他类型的操作数。
它们的目标操作数可取KnY，KnM，KnS，T，C，D，V和Z。
a传送指令
传送指令MOV（Move）的功能指令编号为FNC12，16位运算占5个程厅步，32位运算占9个程序步。
传送指令将源数据传送到指定目标，图9-5中的X1为ON时常数100被传送到D10，并自动转换为二进制数。
图9-5传送指令与移位传送指令
b移位传送
移位传送指令SMOV（ShiftMove）的功能指令编号为FNC13，只有16位运算，占11个程序步。
源数据（二进制数）被转换成4位BCD码然后将它移位传送。
图9-5中的X0为ON时，将DI中右起第4位（ml=4）开始的2位〔m2=2）BCD码移到目标操作数（D2）的右起第3位（n＝3）和第2位（见图9-6），然后D2中的BCD码自动转换为二进制码，D2中的第1位和第4位不受移位传送值令的影响。
c取反传送指令
取反传送指令的助记符为CML（Complement），功能指令编号为FNC14，16位运算占5个程序步，32位运算占9个程序步。
取反传送指令将源元件宁的数据逐位取反（1→0，0→1）并传送到指定目标。
若源数据为常数K，该数据会自动转换为二进制数，CML用于可编程控制器反逻辑输出时非常方便。
囹9-7所示的CML指令将D0的低4位取反后传送到Y0~Y3中。
d块传送指令
块传送指令BMOV（BlockMove）的功能指令编号为FNC15，16位操作占7个程序步，块传送指令的源操作数可取KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D和文件寄存器，目标操作数可取KnY、KnM、KnS、T、C和D。
块传送将源操作数指定的元件开始的n个数据组成的数据块传送到指定的目标。
如果元件号超出允许的范围，数据仅仅传送到允许的范围。
传送顺序是自动决定的，以防止源数据块与目标数据块重叠时源数据在传送过程中被改写。
如果源元件与目标元件的类型相同，传送顺序如图9-8所示。
e多点传送指令
多点传送指令FMOV（FillMove）的功能指令编号为FNC16，16位操作占7个程序步，32位操作占13个程序步。
它的源操作数可取所有的数据类型，目标操作数可取KnY、KnM、KnS、T、C和D，n=512。
多点传送指令将源元件中的数据传送到指定目标开始的n个元件中，传送后n个元件中的数据完全相同。
如果元件号超出允许的范围，数据仅仅送到允许的范围中。
图9-9中的X2为ON时将常数0送到D5~D14这10个（n=10）数据寄存器中。
2．循环移位指令
循环移位与移位指令的功能指令编号为FNC30~FNC39。
ROR，ROL分别是右、左循环移位指令，RCR，RCL分别是带进位的右、左循环移位指令。
SFTR、SFTL分别是移位寄存器右、左移位指令。
WSFR，WSFL分别是字右移、字左移指令，SFWR，SFRD分别是先人先出（FIFO）写人和移位读出指令。
（1）循环移位指令
右、左循环移位指令的指令助记符分别为ROR（RotaionRight）和ROL（RotationLeft），功能指令编号分别为FNC30和FNC31。
它们只有目标操作数，可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。
l6位指令占5个程序步，32位指令占9个程序步。
16位指令和32位指令中n应分别小于16和32。
执行这两条指今时，各位的数据向右（或向左）循环移动n位，最后一次移出来的那一位同时存入进位标志M8022中（见图9-10和图9-11）。
若在目标元件中指定位元件组的组数，只有K4（16位指令）和K8（32位指令）有效，如K4Y10和K8M0。
3．四则逻辑运算指令
算术运算与字逻辑运算指令的功能指令编号为FNC20~FNC29，算术运算包括ADD，SUB，MUL，DIV（二进制加、减、乘、除）指令，INC，DEC（加l、减1）指令；WAND，WOR，WXOR，NEG分别是字编程元件的逻辑与、或、异或和取补指令。
（1）加1和减1指令
加1和减1指令的助记符分别为INC（Increment）和DEC（Decrment），功能指令编号分别为FNC24和FNC25。
它们的操作数均可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。
16位运算占3个程序步，32位运算占5个程序步。
图9-12中的X4每次由OFF变为ON时，由[D·]指定的元件中的数增加l。
如果不用脉冲指令，每一个扫描周期都要加1。
在16位运算中，32767再加1就变成一32768，但标志位不会动作。
32位运算时，＋2147483647再加l就会变为－2147483648，但标志不会动作。
图9-13中的程序将计数器C0~C9的当前值转换为BCD码后输出到K4Y0。
Z0被复位输人X0清0。
每次X11ON时，C0~C9的当前值依次输出到K4Y0。
（Z0）=10时M1变为ON，将Z0清零。
4．数据处理指令
数据处理指令的功能指令编号为FNC40~FNC49，包括区间复位指令ZRST、解码指令DECO、编码指令ENCO、求置ON位总数指令SUM，ON位判别指令BON、平均值指令MEAN、报警器置位指令ANS、报警器复位指令ANR、平方根指令SQR、二进制整数→二迸制浮点数转换指令FLT和高低字节交换指令SWAP。
（1）区间复位指令
区间复位指令ZRST（ZoneReset）将[D1·]、[D2·]指定的元件号范围内的同类元件成批复位，它的功能指令编号为FNC40，目标操作数可取T、C和D（字元件）或Y、M、S（位元件）。
该指令只有16位运算，占5个程序步。
[D1·]和[D2·]指定的应为同一类元件，[D1·]的元件号应小干[D2·]的元件号。
如[D1·]的元件号大干[D2·]的元件号，则只有[D1·]指定的元件被复位。
虽然ZRST指令是16位处理指令，[D1·]、[D2·]也可以指定32位计致器。
图9-14示。
除了ZRST指令外，可以用RST指令复位单个元件。
用多点写人指令FMOV将K0写人KnY、KnM、KnS、T、C和D，也可以将它们复位。
<三>功能指令例题讲解
例题1
用PLC驱动数码管显示一个两位数的时间53秒，然后按秒递减至零，循环不断。
1．例题要实现的目的
a、用PLC如何驱动数码管。
b、进一步熟悉掌握功能指令的应用。
2．讲解的内容
（1）系统配置
a、FX2N-64MRPLC一台。
b、两块数码管及直流稳压电源、电阻。
3．程序I/O分配见表9-2
表9-2元件I/O分配表
输入信号
分配元件
输出信号
分配元件
启动信号
X0
十位数显示数码管
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6
停止信号
X1
个位数显示数码管
Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16
4．PLC控制的接线见图9-15
图9-15PLC控制的接线图
5．程序设计
使用Y0-Y6输出控制十位数数码管的a,b,c,d,e,f,g。
使用Y10-Y16输出控制个位数数码管a,b,c,d,e,f,g。
程序中使用了数据传送MOV指令，数据减一DEC指令，7段码译码SEGD指令，区间复位ZRST等功能指令。
程序运行时将不断变化的时间数据传给7段码译码SEGD指令，7段码译码SEGD指令再驱动数码管，显示不断变化的时间。
下图9-16是该程序的设计方案。
图9-16显示时间的梯形图
6．程序指令表（学生自己完成）
7．通电测试
（1）加直流12V电源，调试程序。
（2）调试中主要关注十位数和个位数的变化是否同步。
例题2
用PLC驱动广告牌边框饰灯，该广告牌有16个边框饰灯L1—L16，当广告牌开始工作时，饰灯每隔0.1S从L1到L16依次正序轮流点亮，重复进行；循环两周后，又从L16到L1依次反序每隔0.1S轮流点亮，重复进行；循环两周后，再按正序轮流点亮，重复上述过程。
当按停止按钮时，停止工作。
1．例题要实现的目的
（1）进一步熟悉掌握功能指令的应用。
（2）学会分析指令执行的过程以及程序运行调试的方法。
训练应用PLC实现对一般控制对象控制的能力。
2．讲解的内容
（1）系统配置
a、FX2N-64MRPLC一台。
b、广告牌模拟边框饰灯16个。
3．程序I/O分配见表9-3
表9-3元件I/O分配表
输入信号
分配元件
输出信号
分配元件
启动信号
X0
L1—L7
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
停止信号
X1
L8—L16
Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17
4．PLC控制的接线图见图9-17
图9-17PLC控制的接线图
5．程序设计
当X000为ON时，先置正序初值（使Y000为ON），然后执行子程序调用程序，进入子程序1，执行循环左移指令，输出继电器依次每隔0．1S正序左移一位，左移一周结束，即Y017为ON时，C0计数一次，重新左移；当C0计数两次后，停止左循环，返回主程序。
再置反序初值（Y017为ON），然后进入子程序2，执行循环右移指令，输出继电器依次每隔0.1S反序右移一位，右移一周结束，即Y000为ON时，C1计数一次，重新右移；当C1计数两次后，停止右循环，返回主程序。
同时使M0重新为ON，进入子程序1，重复上述过程。
当X001为ON时，使输出继电器全为OFF，计数器复位，饰灯全部熄灭。
程序梯形图见图9-18。
图9-18广告牌边框饰灯控制的梯形图
6．通电测试
（1）按图8—2连接好PLC的外部设备及电源，调试程序。
（2）当X000为ON时，输出从Y000—Y017每隔0.1S依次轮流点亮饰灯，重复进行；当X001为ON时，K4Y0为0，循环停止。
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