了解PLC指令系统的必要性

关键词：指令系统、操作数、即时数、直接地址，间接地址、绝对地址、符号地址、局部变量、全局变量、输入类指令、输出类指令、中间指令、基本逻辑指令、应用指令、结果寄存器、功能块

一个PLC所拥有指令的全体称为该PLC的指令系统。指令系统代表着PLC的性能或功能。一般讲，指令系统丰富，指令类型多、条数多、功能强的PLC，所能干的事也多，性能当然也就好。

早期可编程序控制器指令很少，如OMRON公司的C20机，才27条指令。而且指令的类型很少，功能也不强。后期的产品，如CPM1A机，尽管为小型机，就有41种、148条指令。大型机更多，如CV1000，多达300多条。近期的产品，如CJ1/CJ1H机，尽管为小型机，其指令将近千条。而且还有功能很强的指令，如文字、文件处理指令。

PLC指令系统是基于硬件的，加上所用的语言又未强制标准化，所以，各厂家PLC的指令系统都不相同。即使是同一厂家，型号不同，指令系统也不完全相同。

在编程之前，必须弄清楚PLC的指令系统。不熟悉指令系统，等于不懂语法用不好语言一样，无法编程。

从广义上讲，厂家提供的系统函数块与功能块，也应算为指令系统的一个部分。如西门子PLC的功能块FB41、FB42、FB43用于实现PID算法，实质上它就是别的PLC的PID指令。OMRON公司的新型机也提供这样的功能块。

为了加深对PLC指令的了解，以下先对PLC指令作分类分析，然后再对一些通用指令作简单介绍。而特殊指令，将在以后的章节中继续介绍。

1.按指令的操作数分

（1）考虑操作数数量，有：

1）无操作数指令，如END（程序结束）指令、NOP（空指令，不作任何操作），仅有操作码，无操作数。这类指令不多。

2）单操作数指令，如LD（装载）指令，除了操作码（LD），还要有操作数（位地址）。

3）多操作数指令，如MOV（传送）指令，除了操作码（MOV），还要有被传送字源地址及目标地址。执行它后，则把字源地址的内容，传送到目标地址中去。

多操作数，有的操作数可多达3个。如ADD（加）指令，在操作码ADD之后有3个地址。第一操作数为被加数；第二操作数为加数；第三个操作数为和。

指令在内存中占用的字与指令长度有关。单字的占一个字。多字的不只占一个字。CJ1机指令在内存中占用的字与指令拥有的步（Step）有关。而实质上讲，CJ1机的步与字基本上相同，OMRON公司提供有换算方法。

提示：这里的操作数多少，与在指令执行中，参与操作的实际数的数量，并不是一回事。可能操作数只有两个，但实际参与操作的数可能是几十、几百，甚至上千。真正参与操作的数到底多少，是由指令的功能及特点决定的。

（2）考虑操作数本身特点，有：

1）位（bit）操作数，它相当于输入、输出点，或内部继电器。

2）数位（digit）操作数含4个位。作数位处理时，要用到它。

3）字节（Byte）操作数，含有8个位。作字节处理时，要用到它。

4）字（word）操作数，它含两个字节，16个位。多数PLC都有这种操作数，特别是使用数据运算、处理时，更是这样。

5）双字（Double word）操作数，它含两个字（通道），可表示8位BCD码，或8位十六进制数。

6）多字操作数，有多个数据参与操作。

（3）考虑操作数地址特点，有：

1）即时数，即常数。可为BCD码（数码前加“#”），也可为十六进制码（数码前加“&”）。

2）直接地址。若为常数，则指令对这个常数进行操作；若为地址，则对这个地址的内容进行操作。

3）间接地址。以这个地址的内容作为地址，再用这个地址的地址的内容进行操作。如间接地址用在DM区，则地址代号前加“∗”（以BCD数计算抵制），或“&”（以十六进制数计算地址）号。

举例：若为∗DM0000，而DM0000的内容为100（BCD数），则指令要用DM100的内容进行操作。

如&DM0000，而DM0000的内容为100（十六进制数），则指令要用DM256的内容进行操作。

对具有索引寄存器及数据寄存器的PLC，还可用索引寄存器及数据寄存器表示间接地址。

用索引寄存器间接寻址，可以是无偏移寻址。它把IR@（@为索引寄存器的不同编号）的内容作为操作数的地址。使用时，在索引寄存器前加一逗号，以表示间接寻址。并根据指令或操作数，决定所指定的是位，还是字。如LD，IR0，即为取IR0内容指出I/O内存地址上位的状态。再如MOV#0001，IR1，即为把#0001传送到IR1内容指出的地址上的字中。

用索引寄存器还可偏移寻址。偏移值可在-2048～+2047间变化。

偏移值可以是常数，如执行LD+5，IR0指令，即为把5与IR0内容相加，以此“和”指向的I/O内存作为地址，取该地址所指的位的状态。再如执行MOV#0001+31，IR1指令，则是把31与IR1内容相加，以此“和”指向的I/O内存作为地址，把#0001传送到该地址的字中。

偏移值也可以是存于DR数据寄存器中，它与IR@中的内容相加，才是实际操作数的地址。如执行LD DR0，IR0指令，即为把DR0的内容与IR0的内容相加后的内容作为指向I/O内存的地址，取该位地址的状态。再如，执行MOV#0001DR0，IR1指令，即为把DR0内容与IR1中的内容相加后的值作为I/O地址，把#0001传送到该地址的字中。

偏移值还可以是自动递增或递减的。即在IR@读I/O内存地址后或前，索引寄存器的内容增加1、2或减1、2。如递增1，其符号为“，IR@+”。如递增2，其符号为“，IR@++”。如递减1，其符号为“，-IR@”。如递减2，其符号为“，--IR@”。

如执行LD，IR0++指令，即为取IR0内容指向的I/O内存地址上位的状态，然后再使寄存器的内容增2。再如执行MOV#0001，IR1+指令，即为把#0001传送到IR1内容指向的I/O内存地址上的字中，然后再使寄存器增1。

再如执行LD，--IR0指令，即为先使IR0的内容减2，然后取IR0内容指向的I/O内存地址上位的状态。再如执行MOV#0001，-IR1指令，即为先使IR1的内容减1，然后把#0001传送到IR1内容指向的I/O内存地址的字中。

提示：索引寄存器及数据寄存器使用，逗号“，”是不可缺少的。DR字长为16位，而IR为32位。

（4）考虑操作数地址的表达方法，则有：绝对地址、符号地址。

1）绝对地址，它使用PLC厂家定义的地址。如D0600，即DM区第0600字。

2）符号地址，用编程软件符号编辑器编辑的，与PLC厂家定义的地址对应的符号（用有意义的文字符号表达）地址。

提示：使用符号地址不仅可提高PLC程序的可读性，而且，还可使程序便于修改，便于重用。是PLC编程技术重大进步。

作为符号变量操作数地址，如考虑其作用范围，则有：全局变量、局部变量。

（a）全局变量，它在PLC中定义。用于PLC所有程序。

（b）局部变量，它在程序中定义。只在本程序有效。

2.按作用分(www.xing528.com)

（1）输入类指令，用以处理输入信号及反馈信号，以建立逻辑条件。执行这类指令不产生输出，但它为输出类指令工作提供条件。显然，一个有效程序，不可能仅使用这类指令。

输入类指令有3种执行方式：

1）正常执行。每一扫描周期，都依它的操作数正常I/O刷新后得到的值，进行逻辑处理。

2）立即输入刷新执行。每次执行它前，先进行输入刷新，然后再依刷新后操作数取得的新值，进行逻辑处理。这样使用指令，要在它的代码之前加感叹号“！”。在梯形图上的符号为。

3）微分执行。有上沿微分与下沿微分。

上沿微分，当它的操作数从OFF到ON的那个周期，此操作数按ON处理，其它的均认为OFF。这样使用指令，要在它的代码之前加向上箭头符号。在梯形图上的符号为。下沿微分，当它的操作数从ON到OFF的那个周期，此操作数按ON处理，其它的均认为OFF。这样使用指令，要在它的代码之前加向下箭头符号。在梯形图上的符号为。

输入指令执行方式与PLC的型号有关，不是所有PLC都有这么多的执行方式。

（2）输出类指令，用以产生输出，或执行某种处理。但是，产生什么输出，以及是否进行处理，要执行输入指令所建立的逻辑条件决定。所以，在执行这些指令之前，一般讲，总要先执行输入类指令。不然，输出怎么能去反映输入呢！

OMRON公司的输出类指令也有3种执行方式：

1）正常执行。每一扫描周期均依执行它时的逻辑条件情况，处理该指令；到了输出刷新时，才把这个输出传送给输出锁存器。

2）立即刷新执行（Immediate Refresh，IR），处理该指令后立即进行输出刷新，把输出位的结果值送给相应的输出锁存器。这样使用指令，要在它的代码之前加感叹号“！”。

3）微分执行。有上沿微分与下沿微分。

上沿微分执行（Differentiated Up，DU），当它的执行条件从OFF到ON的那个周期执行，否则，即输入条件不变，或OFF或ON，都不执行。这样使用指令，要在它的代码之前加符号“@”。

下沿微分执行（Differentiated Down，DD），当它的执行条件从ON到OFF的那个周期执行，否则，即输入条件不变，或OFF或ON，都不执行。这样使用指令，要在它的代码之前加符号“%”。

输出指令的执行方式与PLC的生产公司及PLC的型号有关，不是所有PLC都有这么多的执行方式。

（3）中间指令，是为了简化编程、提高程序效率而新增的指令类型，老式的PLC多没有它。这类指令承上启下，既按在本指令之前建立的逻辑条件，执行本指令；又依本指令的执行情况，再建立逻辑条件，为后续指令的执行提供前提。

中间指令之后还可继以输入指令，然后才为输出类指令。以至于输入、中间指令多次相间，最后才为输出类指令。

如图2-21所示，这里用了LD、两个比较及AND指令。这两个比较就是中间指令。这里，如果0.01ON，D100大于等于2.0，D200大于等于3.0，0.02ON，则20.01ON，同时进行D1000、D2000浮点加运算，结果存入D2006中。否则，20.01OFF，不进行浮点加运算。梯形图这样表达很简练，效率是很高的。只是，这样的梯形图就不大像电气原理图，与创立梯形图的初衷略有违背。也许这也算“与时俱进”吧。

图2-21 多个比较指令使用

这种指令的处理又称“EN”、“ENO”机制。即：每个指令都有“EN”，即输入条件，输入条件成立，才执行本指令；还都有“ENO”，执行结果，指令成功执行了，或执行后取得某期望的结果，则ENO为1，否则为0。

3.按执行分

PLC的输入指令，在每扫描周期中，总是执行的。多数输出指令，在执行（即与其有关的输入）条件具备时，也总是执行的，并立即产生执行后的效果。传统PLC的输出指令也都是这样的。

但在新型的PLC中，有的指令就不完全是这样的。

如PID指令，尽管执行条件具备，设定又无不当之处，但它的执行周期不是取决于扫描周期，而主要取决于对PID工作周期的设定。

再如AVG（求平均数）、SUM（求总数）这样表处理或文字处理指令，要在一个扫描周期内实现它的功能，所用的处理时间很长。新机型允许其分开在若干扫描周期内完成。这样可避免出现，执行这类指令时扫描周期过长，不执行时又较短的情况，从而可确保I/O响应时间的一致性。

4.按使用分

（1）基本逻辑（有的称顺序）指令。用得最多，简易编程器上多有其对应的专用键。主要用于逻辑操作。

（2）应用指令，有的称为功能指令，可实现比逻辑操作更为复杂的功能。在简易编程器上，一般无与其对应的专用键。用简易编程器，输入这种指令有两种办法：一是用先输入功能键（FUN），后输入功能号，OMRON及三菱有的PLC就是用这种方法；另一为在编程器上显示指令菜单，在菜单中选择所要输入的指令，西门子、松下公司的PLC就是用这种办法。

随着PLC技术的发展，功能指令越来越多。OMRON CV、CS1、CJ1机，其功能码已超过两位数，如END指令，过去为FUN（01），而现在为FUN（001）。

而有的中、小PLC，如C200HS、C200Hα机及CQM1机，功能指令也已是100多个，但多的不太多。OMRON公司仍用两位数的功能码。两位数要区别100多个功能指令，怎么办？办法是：把功能指令分为两种：一为有固定的功能码，如01，固定代表END指令；另一为无固定功能码，如PULS（脉冲）指令，就没有固定的功能码，使用前现指定。没有固定的功能码的指令，OMRON公司称之为扩展指令。

如CQM1机的32个扩展指令，出厂时，工厂已对其中的17个指定了功能码，不另作设定就可以用。其余的15个没有功能码，不能使用。若要使用，就得另改设定。改设定可使用简易编程器，也可使用编程软件。而且，这个设定要与用户程序一起存储，一起下载，一起使用。否则PLC无法认识这些指令，因而程序也不能正确执行。

提示：下载扩展指令设定前，应使PLC处编程模式，有的PLC，如CPM2A，其DM6602（系统设定字之一）的高字节还要设为1（也要使PLC处编程模式才能写这个字）。否则这个设定的下载是不可能的。

5.按功能分

类型很多。以CJ1机为例，分有32类之多。对其再作些归类，还有：

（1）基本逻辑类指令，用于逻辑关系处理，是最常用、最基本的指令。

（2）定时、计数类指令，用于定时，或计数，也是经常要用到的指令。

（3）数据处理类指令，用于数据运算、传送、比较、译码、编码、移位及其它处理。

（4）流程控制类指令，用于控制程序执行流程。

（5）监控类指令，用于处理PLC或被控制对象的故障检测。

（6）处理I/O类指令，用于处理PLC应急I/O刷新或数据（信息）的入或出。

（7）通信类指令，用于处理PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与智能设备间通信。

（8）内存管理指令，用以管理PLC的存储区，存储卡。

以下将对其中若干类指令进行介绍，其它的将在介绍有关的内容时，再作说明。