(9.1.16)--1-16项目5工作任务1PLC的数值运算.pdf

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1、工作任务工作任务 1 PLC 的数值运算的数值运算 教学导航教学导航 能力目标：能力目标：1.掌握单/双字加、减、乘、除指令的用法；2.能应用数据运算指令来编写程序；3.能独立完成数值运算类程序的模拟调试任务。知识目标：知识目标：1.理解单/双字加、减、乘、除指令的含义、功能及用法；2.熟悉递增/递减指令及逻辑运算指令的功能及用法；3.学会用数据运算指令来编写数值运算程序。任务任务引引入入 用 PLC 控制的恒压供水系统中，要对模拟量对象进行采集和数据处理。为了保证系统能够稳定工作，工业上常用 PID 算法（比例、积分、微分）来控制。因此，为了实现恒压供水系统的过程控制及数据处理，需要应用十进

2、制/二进制算术运算指令及逻辑运算指令等特殊功能指令。这些功能指令的出现，极大地拓宽了 PLC 的应用范围，增强了 PLC 编程的灵活性。任务分析任务分析 将拨码器 X 与 Y 输入的数据按照下面的公式进行运算，然后把结果在数码管中显示出来。(X+Y)X-Y/Y 任务实施任务实施 根据控制要求，拨码器 X 与 Y 分别有四个端子，并且要用数码管进行数值显示，所以在本任务中，PLC 的输入信号有 10 个，输出信号有 14 个。下面进行具体设计。1.I/O 分配 I/O 分配情况如表 5-1 所示。表 5-1 I/O 分配表 输入 输出 X 拨码器 X1 端子 0.00 数码管 1 字段 a 10

3、0.00 X 拨码器 X2 端子 0.01 数码管 1 字段 b 100.01 X 拨码器 X3 端子 0.02 数码管 1 字段 c 100.02 X 拨码器 X4 端子 0.03 数码管 1 字段 d 100.03 运算操作按钮 0.04 数码管 1 字段 e 100.04 清零按钮 0.05 数码管 1 字段 f 100.05 Y 拨码器 Y1 端子 1.00 数码管 1 字段 g 100.06 Y 拨码器 Y2 端子 1.01 数码管 2 字段 a 101.00 Y 拨码器 Y3 端子 1.02 数码管 2 字段 b 101.01 Y 拨码器 Y4 端子 1.03 数码管 2 字段 c

4、 101.02 数码管 2 字段 d 101.03 数码管 2 字段 e 101.04 数码管 2 字段 f 101.05 数码管 2 字段 g 101.06 2.PLC 硬件接线 PLC 硬件接线图如图 5-1 所示。010321CH0CH1000123456PLCCOMCOMINOUTX2X3X4Y1Y2X124VDC24VDC字段a字段g字段f字段e字段d字段c字段bY3Y423拨码开关X拨码开关YCH1CH101I/O扩展单元0123456COMCOM24VDC24VDC字段a字段g字段f字段e字段d字段c字段b45SB1SB0 图 5-1 硬件接线图 3.设计梯形图程序 根据控制要求

5、，设计的梯形图程序如图 5-2 所示。图 5-2 数值运算参考梯形图 4.系统调试 完成接线并检查确认接线正确与否；输入并运行程序，监控程序运行状态，分析程序运行结果。知识链接知识链接 一、递增/递减指令 递增和递减指令主要实现数据的累加和递减，都有微分和非微分两种形式。递增和递减指令非常简单，这里简单介绍一下，见表 5-2。表 5-2 递增/递减类指令 名称 梯形图符号 操作数的范围及含义 指令功能及执行指令对标志位的影响 二进制递增指令+(590)()+(590)CH CH：源数据，取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM 执行条件为 ON 时，通道 CH(或CH+1,CH)中的二进制数

6、据按二进制递增 1。对标志位的影响：通道内容为 0000 时 EQ 为 ON；有进位时 CY 为 ON；结果最高位为 1 时 N 为 ON。二进制双字递增指令+L(591)CH()+L(591)二进制递减指令-(592)CH()-(592)执行条件为 ON 时，通道 CH(或CH+1,CH)中的二进制数据按二进制递减 1。对标志位的影响：通道内容为 0000 时 EQ 为 ON；有错位时 CY 为 ON；结果最高位为 1 时 N 为 ON。二进制双字递减指令-L(593)CH()-L(593)十进制递增指令+B(594)CH()+B(594)CH：源数据，取值范围为：CIO,WR,HR,AR,

7、DM 执行条件为 ON 时，通道 CH(或CH+1,CH)中的 BCD 数按十进制递增1。对标志位的影响：Ch 数据不为 BCD 数时，ER 为 ON；通道内容为 0000 时 EQ 为 ON；有进位时 CY 为 ON。十进制双字递增指令+BL(595)CH()+BL(595)十进制递减指令-B(596)CH()-B(596)执行条件为 ON 时，通道 CH(或CH+1,CH)中的 BCD 数按十进制递减1。对标志位的影响：Ch 数据不为 BCD 数时，ER 为 ON；通道内容为 0000 时 EQ 为 ON；有借位时 CY 为 ON。十进制双字递减指令-BL(597)CH()-BL(597)

8、二、逻辑运算指令 OMRON CP1E 系列 PLC 中的逻辑运算指令主要是以字/双字为单位对数据进行“与”、“或”、“非”、“同或”、“异或”等逻辑运算。表 5-3 列出了 5 中单字逻辑运算指令 COM(29)、ANDW(34)、ORW(35)、XORW(36)和 XNRW(37)指令，双字逻辑运算指令有 COML(29)、ANDL(34)、ORWL(35)、XORL(36)和 XNRL(37)指令，与对应的单字逻辑运算指令功能相似，这里不再介绍。表 5-3 逻辑运算指令 名称 梯形图符号 操作数的范围及含义 指令功能及执行指令对标志位的影响 求反指令COM(29)CH()COM(29)C

9、H：源数据，取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM 执行条件为 ON 时，将通道中的数据按位求反，结果存放在原通道中。对标志位的影响：通道内容为 0000 时 EQ 为 ON；结果最高位为 1 时 N 为 ON。逻辑与运算指令ANDW(34)S1()ANDW(34)S2R S1：源通道 1 S1：源通道 1 取值范围为：CIO,WR,HR,AR,TC,DM,#R：结果通道 取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM 执行条件为 ON 时，将 S1、S2 中的数据按位进行逻辑与运算，并把结果存放在 R通道中。对标志位的影响同上。逻辑或运算指令ORW(35)S1()ORW(35)S2R 执行条

10、件为 ON 时，将 S1、S2 中的数据按位进行逻辑或运算，并把结果存放在 R通道中。对标志位的影响同上。逻辑同或运算指令 XNRW(34)S1()XNRW(36)S2R 执行条件为 ON 时，将 S1、S2 中的数据按位进行逻辑同或运算，并把结果存放在R 通道中。对标志位的影响同上。逻辑异或运算指令 XORW(34)S1()XORW(37)S2R 执行条件为 ON 时，将 S1、S2 中的数据按位进行逻辑异或运算，并把结果存放在R 通道中。对标志位的影响同上。例 5.1 图 5-3 是逻辑指令应用的例子，分析程序执行完之后 D2 中的内容。图 5-3 逻辑运算指令的应用 功能分析：当 0.0

11、0 为 ON、0.01 为 OFF 时，执行BSET 指令将所有存放结果的通道 D0D4都清零。当 0.00 为 OFF、0.01 为 ON 时，执行如下逻辑运算指令：执行ANDW 指令将常数 008F 与 0081 进行逻辑“与”运算，结果 0081 放在通道 D0 中；执行ORW 指令，将通道 D0 的内容与常数 0073 进行逻辑“或”运算，结果 00F3 放在通道 D1 中；执行XORW 指令，将通道 D0 与 D1 两个通道的内容进行逻辑“异或”运算，结果 0072 放在通道 D2 中。程序执行逻辑运算的过程如图 5-4 所示。图 5-4 程序执行逻辑运算的过程 由上例可知，逻辑运算

12、指令不仅可以完成逻辑运算，还可以用逻辑指令进行通道清零；同时还能用逻辑指令将通道中的某些位屏蔽,保留其它位的状态，根据欲保留和欲屏蔽位的情况设定一个常数，用 ANDW 指令将通道数据与该常数相“与”即可。三、数据运算指令 OMRON CP1E 系列 PLC 中的数据运算指令种类比较多，按进制分为十进制数和二进制数的加、减、乘、除运算；按是否带符号分为无符号数和带符号数的加、减、乘、除运算等。由于在进行加、减运算时进位位也要参与，所以这里也包括进位位的置 1 和置 0 指令，而这两个指令在编程软件中属于特殊指令类。1.进位位置 1 指令 STC(40)和进位位置 0 指令 STC(40)（1）指

13、令格式：STC(40)；无操作数 CLC(41)；无操作数 STC 和 CLC 指令的梯形图符号如图 5-5 所示。()STC(40)()CLC(41)梯形图符号 图 5-5 STC 和 CLC 指令的梯形图符号（2）STC 和 CLC 指令功能：STC：当执行条件为 ON 时,进位标志位 CY 被置 1；CLC：当执行条件为 ON 时,进位标志位 CY 被置 0；在做加、减法运算时，CY 要参与计算，所以在运算之前需要对 CY 进行清零操作。2.十进制运算指令 十进制运算指令就是单/双字 BCD 码表示的十进制数据进行加、减、乘、除运算。其中，加减法运算与 CY 有关，乘除法与 CY 无关。

14、下面介绍单字运算指令（+B、+BC、-B、-BC、*B、/B），详见表 5-4。对应的双字运算指令（+BL、+BCL、-BL、-BCL、*BL、/BL）与单字指令功能相似，这里不再赘述。表 5-4 十进制加法指令 名称 梯形图符号 操作数的范围及指令功能及执行指令对标志位的影含义 响 无进位 BCD 加法指令+B(404)Au()+B(404)AdR Au：被加数(BCD)Ad：加数(BCD)取值范围为：CIO,WR,HR,AR,TC,DM,#R：结果通道 取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM 执行条件为 ON 时，将 Au 和 Ad 相加，结果存入 R 中。当结果大于 9999 时产生

15、进位，CY 被置 1。对标志位的影响：Au 和 Ad 的内容不为 BCD 数时，ER为 ON；运算结果有进位时，CY 为 ON；结果通道的内容为 0 时，EQ 为 ON。有进位 BCD 加法指令+BC(406)Au()+BC(406)AdR 执行条件为 ON 时，将 Au、Ad 及 CY 位相加，结果存入 R 中。当结果大于 9999时 CY 被置 1。对标志位的影响同上。无进位 BCD 减法指令-B(414)Mi()-B(414)SuR Mi：被减数(BCD)Su：减数(BCD)取值范围为：CIO,WR,HR,AR,TC,DM,#R：结果通道 取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM 执行

16、条件为 ON 时，将 Mi 和 Su 相减，结果存入 R 中。若有借位则 CY 置 1，此时 R 中的内容为结果的十进制补码。欲得到正确结果，应先清 CY，用 0 减去 R 的内容，并将结果存入 R。对标志位的影响：Mi 和 Su 的内容不为 BCD 数时，ER 为ON；运算结果有借位时，CY 为 ON；结果通道的内容为 0 时，EQ 为 ON。有进位 BCD 减法指令-BC(416)Mi()-BC(416)SuR 执行条件为 ON 时，将 Mi 和 Su 相减，再减去 CY，结果存入 R 中。若有借位则CY 置 1，此时 R 中的内容为结果的十进制补码。欲得到正确结果，应先清 CY，用 0减

17、去 R 及 CY 的内容，并将结果存入 R。对标志位的影响同上。BCD 乘法指令*B(424)Md()*B(424)MrR Md/Dd：被乘/除数(BCD)Mr/Dr：乘/除 数执行条件为 ON 时，将 Md、Mr 相乘，并把结果存入 R+1、R 通道中。对标志位的影响：(BCD)取值范围为：CIO,WR,HR,AR,TC,DM,#R：结果通道 取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM Md 和 Mr 的内容不为 BCD 数时，ER为 ON；结果通道的内容为 0 时，EQ 为 ON。BCD 除法指令/B(434)Dd()/B(434)DrR 执行条件为 ON 时，将 Dd 除以 Dr，商存入

18、 R 中，余数存入 R+1 中。对标志位的影响：Dd 和 Dr 的内容不为 BCD 数时，EQ为 ON；除数为 0 时，ER 为 ON；结果通道的内容为 0 时，EQ 为 ON。在十进制运算指令中，由于两个最大的单字 BCD 数相乘，即 99999999=99980001，运算结果不发生进位，所以乘除法运算都不涉及进位位 CY。双字指令与单字一样，乘除法也不涉及 CY。3.二进制运算指令 二进制运算指令就是单/双字的二进制数据进行加、减、乘、除运算。其中，加减法运算与 CY 有关，乘除法与 CY 无关。下面介绍单字运算指令（+、+C、-、-C、*U、*、/U、/），详见表 5-5。对应的双字运

19、算指令（+L、+CL、-L、-CL、*UL、*L、/UL、/L）与单字指令功能相似，这里不再赘述。表 5-5 二进制加法指令 名称 梯形图符号 操作数的范围及含义 指令功能及执行指令对标志位的影响 带符号无进位BIN 加法指令+(400)Au()+(400)AdR Au：被加数(带符号BIN)Ad：加数(带符号BIN)取值范围为：CIO,WR,HR,AR,TC,DM,#R：结果通道 执行条件为 ON 时，将 Au 和 Ad 相加，结果存入 R 中。当结果大于 FFFF 时 CY被置 1。对标志位的影响：运算结果有进位时，CY 为 ON；结果最高位为 1 时，N 为 ON；结果通道的内容为 0

20、时，EQ 为 ON；正数相加结果在 8000FFFF 之间时，上溢标志 OF 为 ON；取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM 负数相加结果在 00007FFF 之间时，下溢标志 UF 为 ON。带符号有进位BIN 加法指令+C(402)Au()+C(402)AdR 执行条件为 ON 时，将 Au、Ad 及 CY 位相加，结果存入 R 中。当结果大于 FFFF时 CY 被置 1。对标志位的影响同上。带符号无进位BIN 减法指令-(410)Mi()-(410)SuR Mi：被减数(带符号BIN)Su：减数(带符号BIN)取值范围为：CIO,WR,HR,AR,TC,DM,#R：结果通道 取值范

21、围为：CIO,WR,HR,AR,DM 执行条件为 ON 时，将 Mi 和 Su 相减，结果存入 R 中。若有借位则 CY 置 1，此时 R 中的内容为结果的二进制补码。欲得到正确结果，应先清 CY，用 0 减去 R 的内容，并将结果存入 R。对标志位的影响：运算结果有借位时，CY 为 ON；结果最高位为 1 时，N 为 ON；结果通道的内容为 0 时，EQ 为 ON；正数减负数结果在8000FFFF之间时，上溢标志 OF 为 ON；负数减正数结果在00007FFF之间时，下溢标志 UF 为 ON。带符号有进位BIN 减法指令-C(412)Mi()-C(412)SuR 执行条件为 ON 时，将

22、Mi 和 Su 相减，再减去 CY，结果存入 R 中。若有借位则CY 置 1，此时 R 中的内容为结果的十进制补码。欲得到正确结果，应先清 CY，用 0减去 R 及 CY 的内容，并将结果存入 R。对标志位的影响同上。有符号 BIN 乘法指令*(420)Md()*(420)MrR Md/Dd：被乘/除数(带符号 BIN)Mr/Dr：乘/除数(带符号 BIN)取值范围为：执行条件为 ON 时，将 Md、Mr 相乘，并把结果存入 R+1、R 通道中。对标志位的影响：结果最高位为 1 时，N 为 ON；结果通道的内容为 0 时，EQ 为 ON。有符号 BIN 除法指令/(430)Dd()/(430)

23、DrR CIO,WR,HR,AR,TC,DM,#R：结果通道 取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM 执行条件为 ON 时，将 Dd 除以 Dr，商存入 R 中，余数存入 R+1 中。对标志位的影响：除数为 0 时，ER 为 ON；结果之商最高位为 1 时，N 为 ON；结果之商的内容为 0 时，EQ 为 ON。无符号 BIN 乘法指令*U(422)Md()*U(422)MrR Md/Dd：被乘/除数(BIN)Mr/Dr：乘/除数(BIN)取值范围为：CIO,WR,HR,AR,TC,DM,#R：结果通道 取值范围为：CIO,WR,HR,AR,DM 功能及对标志位的影响与有符号 BIN 乘法

24、相同。无符号 BIN 除法指令/U(430)Dd()/U(432)DrR 功能及对标志位的影响与有符号 BIN 除法相同。同十进制运算相似，在二进制运算指令中，由于两个最大的单字二进制数相乘，即 FFFFFFFF=FFFE0001，运算结果不发生进位，所以乘除法运算都不涉及进位位 CY。双字指令与单字一样，乘除法也不涉及 CY。四数据运算指令应用 例 5.2 图 5-6 所示梯形图程序是应用+B 指令、定时器指令、MOV 指令及 CMP 指令的例子，分析程序功能。图 5-6+B 指令应用举例 功能分析：当 0.00 及 T0001 ON(一个扫描周期)时:执行指令 CLC 将 CY 清零；执行

25、指令+B 将 D10 中的数据加上#0300，即定时器 TIM000 的设定值增加 30 秒；执行指令CMP 将#0900 与 D10 比较，若 D10 大于#0900，执行指令 MOV，再将#0300 传送到D10 中即 TIM000 的设定值恢复为 30s。由此可知：TIM000 的设定值是变化，TIM001 的设定值是固定的，TIM001 用来控制 100.00 为 ON 的时间、TIM000 控制 100.00 为 OFF 的时间。100.00 ON 的时间总是 60s；100.0 OFF 的时间从 30s 起依次增加 30s(不超过 90s)。该段程序对 100.00 实现了循环间歇

26、 OFF、ON 的控制。程序实现的控制如图 5-7 所示：图 5-7 程序执行的过程 本例中，TIM000 的设定值由 D10 确定，而通过+B 指令来改变 D10 的值，从而 TIM000 的设定值也发生改变。因此，+B 指令可用来修改定时器的设定值。思考：可以多次修改定时器设定值，还可以用哪些方案？例 5.3 图 5-8 所示梯形图程序是应用减法指令-BC 的例子，分析程序功能。图 5-8-BC 指令应用举例 功能分析：当 0.00ON 时：执行指令 CLC 将 CY 清零；执行指令-BC，用 H0 中的数据减去D0 的数据，再减去 CY 的内容，差存入结果通道 H1 中。若运算没有借位

27、CY 被置0，H2 即为 0；若运算有借位时，结果通道中的内容是差的十进制补码，因此须进行第二次减法运算，于是根据 CY 的状态（ON）执行第二次减法运算，结果存于 H1，同时把 H2 置 1。例 5.4 图 5-9 所示梯形图程序是使用二进制运算指令完成（2508-1000）/50运算，分析程序执行过程。图 5-9 二进制运算指令应用举例 程序功能分析：当 0.00 为 ON、0.01 为 OFF 时：执行BSET 指令将 D0D4 清零。当 0.00 为 OFF、0.01 为 ON 时：执行MOV 指令将#00FA(十进制的 250)传送到 H0 中；执行*指令将 H0 的内容与#0008

28、 相乘，把结果的地位 07D0(十进制的2000)存入 D0 中、结果的高位 0000 存入 D1 中；执行CLC 指令将 CY 清零，以准备进行相减运算。执行一次-C 指令，以 D0 的内容为被减数与#03E8(十进制数1000)相减，结果#03E8 存入 D2 中；执行/指令，将 D2 中的内容除以#0032(十进制的 50)，把商#0014(十进制的 20)存入 D3 中，余数#0000 存入 D4。此外，本例中的运算也可以用十进制运算指令实现，思路完全一致。技能训练考核评价技能训练考核评价标准标准 本项工作任务的评分标准见表 5-6 所示。表 5-6 评分标准 工作任务 1：PLC 的

29、数值运算 组别：组员：项目 配分 考 核 要 求 扣 分 标 准 扣分 记录 得分 方案 设计 40 分 根据任务要求，画出PLC 输入/输出接线图，设计梯形图程序 1.输入/输出地址遗漏或写错，每处扣 2 分 2.梯形图表达不正确或画法不规范，每处扣 3 分 3.接线图表达不正确或画法不规范，每处扣 3 分 4.指令有错误，每条扣 2 分 安装 与 接线 30 分 按照 PLC 输入/输出接线图在模拟配线板上正确安装元件，元件在配线板上布置要合理，安装要准确紧固。配线美观，下入线槽中且有端子标号，引出端要有别径压端子 1.元件布置不整齐、不均匀、不合理，每处扣 1 分 2.元件安装不牢固、安

30、装元件时漏装螺钉，每处扣 1 分 3.损坏元件，扣 5 分 4.电动机运行正常，如不按电路图接线，扣 1 分 5.布线不入线槽、不美观，主电路、控制电路每根扣 0.5 分 6.接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层，标记线号不清楚、遗漏或误标，引出端子无别径压端子，每处扣 0.5 分 7.损伤导线绝缘或线芯，每根扣 0.5 分 8.不按 PLC 控制 I/O 接线图接线，每处扣 2 分 程序 输入 与 20 分 熟练操作键盘，能正确地将所编写的程序下载到 PLC；按照被控设备的动作要求进行模拟调试，达1.不熟练录入指令，扣 2 分 2.不会用删除、插入、修改等命令，每项扣 2 分 3.一次试车不成

31、功扣 4 分，二次试车不成功扣 8 分，三次试 调试 到设计要求 车不成功扣 10 分 安全 文明 工作 10 分 1.安全用电，无人为损坏仪器、元器件和设备 2.保持环境整洁，秩序井然，操作习惯良好 3.小组成员协作和谐，态度正确 4.不迟到、早退、旷课 1.发生安全事故，扣 10 分 2.人为损坏设备、元器件，扣10 分 3.现场不整洁、工作不文明，团队不协作，扣 5 分 4.不遵守考勤制度，每次扣25 分 总分 工程素质技能训练工程素质技能训练 一控制要求 作 50020+300-15 的运算，并将结果送到 VW50 中存储。二训练内容 分析任务，写出 I/O 分配表，并根据控制要求，设计梯形图程序；输入、调试程序；汇总整理文档，保留工程文件。