PLC常用應用指令

PLC內部內建許多現成可用之指令，指令後須搭配對應處理的資料型態及記憶體位置．指令資料庫龐大，以下為較常使用之應用指令：

1.FNC 00~09 程式流程

(1) FNC00 CJ   條件式跳躍- CJ  P5：程式流程跳至P5標籤

(2) FNC01 CALL 呼叫副程式-CALL P5：跳至P5副程式

2.FNC 10~19 資料傳送及比較

(1) FNC 10 CMP 資料比較-CMP K50 C10 M0

   當C10<K50 M0=ON  當C10=K50 M1=ON  當K50<C10 M2=ON

(2)FNC 12 MOV 資料傳送-MOV K50 D52：將資料由K50傳送至D52

3.FNC 20~29 四則運算及邏輯運算

(1) FNC 20~23 ADD,SUB,MUL,DIV D2 D4 D6：將D2及D4運算並存至D6

4.FNC 30~39 旋轉及移位

5.FNC 40~49 資料處理

(1)FNC 40 ZRST  區域復歸-ZRST D5 D100：將D5~D100 之內容值全歸為0或 OFF

(2)FNC 45 MEAN 平均值-MEAN D10 D20 K3：求D10~D20平均，並存入K3

6.FNC 50~59 高速資料處理

7.FNC 60~69 便利指令

8.FNC 70~79 外部元件設定及顯示

(1)FNC 71 HKY  十六按鍵輸入

(2)FNC 72 DSW  數位指撥開關

(3)FNC 73 SEGD  七段顯示器

9.FNC 160~167 萬年曆時鐘設定及顯示

10.FNC 224~246 接點型態資料比較

機械臂座標系統與齊次矩陣

剛體於二維平面中擁有3個自由度，分別為2個平移自由度及1個旋轉自由度。於三維空間中，則擁有6個自由度，3個自由度定義位置(x,y,z)，3個自由度定義方位(Roll,Pitch,Yaw)。在機械手臂中，每個關節由一個馬達帶動，定義為一個剛體，各自擁有獨立座標系統，每個座標系統由一個矩陣表示，機械手臂完成系統平移及旋轉則由矩陣相乘呈現。原座標位置須平移則乘以對應的平移矩陣，旋轉則需使用旋轉矩陣。

旋轉矩陣有九個元素，但由於仍須符合幾何上之6個限制條件，故非九個自由度。其中包含以下兩個特性：旋轉矩陣反矩陣等於轉置矩陣，det(R)=1

常用對於X,Y,Z 軸旋轉之基本矩陣：

當連續旋轉時使用矩陣相乘，計算方式分成前乘與後乘分別代表不同幾何意義：

i.前乘：Ry(θ) Rx(θ) 先對x軸旋轉，再對原始固定座標y旋轉

ii.後乘：Rx(θ) Ry(θ) 先對x軸旋轉，再對旋轉後之新座標之y軸旋轉

齊次轉換矩陣則同時呈現旋轉(R)、平移(P)、透視(q)及放大(S)

三維旋轉矩陣可使用三次連續基本旋轉矩陣合成，其中常使用對X,Y,Z軸及特殊角進行描述，以下為三大連續基本旋轉矩陣合成：

1. Roll-Pitch-Yaw尤拉角  :使用x,y,z軸特殊角描述

2. z-y-z尤拉角:使用兩次z軸，但只要z軸非連續相乘則與使用三個基本軸意義相同




3.對三度空間中對任意旋轉軸 k 旋轉，轉任意角，需使用嚴謹的幾何關係呈現

PLC基本指令解說

1.載入指令
(1)LD(load)：連接一個a接點

(2)LDI(load inverse)：連接一個b接點


(3)LDP(load pulse)：上緣(前緣)檢出動作,由OFF->ON驅動的輸出元件匯動作一個掃描周期的時間


(4)LDF(load falling pulse)：下緣(尾緣)檢出動作,由ON->OFF驅動的輸出元件匯動作一個掃描周期的時間


2.輸出指令OUT：輸出元件為T,C時須搭配K,D

3.接點串聯指令：
(1)AND(And)：串聯一個a接點


(2)ANI(And Inverse)：串聯一個b接點


(3)ANDP(And Pulse)：串聯一個LDP接點


(4)ANDF(And Falling Pulse)：串聯一個LDF接點



4.接點並聯指令
(1)OR(Or)：並聯一個a接點



(2)ORI(Or Inverse)：並聯一個b接點


(3)ORP(Or Pulse)：並聯一個LDP接點



(4)ORF(Or falling pulse) ：並聯一個LDF接點




5.區塊串聯指令ORB(Or Block)



6.區塊並聯指令ANB(And Block)



7.上緣微分輸出指令PLS(Pulse)：產生一個掃描周期的輸出
=


 下緣微分輸出指令PLF(Pulse Falling)


8.動作保持指令SET：保持原設定狀態不復歸

9.動作解除指令RST：復歸



10.分歧指令

MPS(Muti-point push)
MRD(Muti-point read)
MPP(Muti-point pop)


11.主控接點
MC(Master Control)
MCR(Master Control Reset)


12.不執行NOP (NO operation)：形成註解，不行該段落

13.反相輸出INV(Inverse)：與原結果相反

14.結束END WDT檢查PLC掃描時間是否過長

15.步進階梯圖迴路開始指令STL(Stop Ladder)

16.步進階梯圖返回指RET(Return)

PLC主機構成

1.電源迴路
L,N電源輸入端
接地-設備接地，第三種接地工程，接地電阻100歐姆以下
24+ 直流電源輸出端,供外部感測元件使用
COM電源地線

2.輸入迴路
主機擴充機提供DC24V電源，內有RC濾波,防止輸入雜訊，但會造成10ms之延遲．當4.5mA以上為ON，1.5mA以下為OFF
近接開關或光電開關，感測器電源由24+提供

3.輸出迴路
(1)繼電器輸出
直流電感性負載(電磁閥)-需連接飛輪二極體
交流電感性負載-需連接雜訊消除器
(2)電晶體輸出-使用光耦合器隔離
(3)SSR輸出-使用光耦合器隔離

4.面板指示燈：POWER、RUN、 BATT鋰電池、 ERROR

5.特殊內部輔助繼電器及暫存器
(1)PLC運轉狀態 M8000~8009
(2)時鐘脈波 M8010~M8019 D8010~D8019
(3)旗標 M8020~M8029 D8020~D8029
(4)模態設定 M8030~M8039 D8030~D8039
(5)步進狀態 M8040~M8049 D8040~D8049
(6)中斷禁止 M8050~M8059
(7)錯誤訊息 M8060~M8109

嵌入式系統通訊

在嵌入式系統中，控制板通常需與周邊元件進行互動。當兩者必須進行溝通與資料傳輸時，則必須透過兩者對應的通訊協定，以利於資料傳輸的規則。常用的通訊協定有RS-232，I^2，SPI及Modbus，根據不同需求與領域會使用不同的方式。

RS-232

序列傳輸，傳輸線少，配線簡單，傳送距離較遠，非同步傳輸(UART)。

異步起停，啟始位元後接7或8位元。最後為校驗位元以及停止位元。

3-15V，有效正電位空號Spacing-ON，有效負電位傳號Marking-OFF。

DTE資料終端裝置(電腦)，DCE資料通訊裝置

Pin1(DCD)-DCE->DTE DC DETECTED

Pin2(RXD)-DCE->DTE DTE RECEIVE DATA

Pin3(TXD)-DTE->DCE DTE SEND DATA

Pin4(DTR)-DTE->DCE DTE IS READY

Pin5(GND)-GND

Pin6(DSR)-DCE->DTE DCE IS READY

Pin7(RTS)- DTE->DCE DTE REQUEST SEND

Pin8(CTS)-DCE->DTE ACK TO DTE’S RTS

Pin9(RI)-DCE->DTE RING INDICATION

設定

    鮑率(Baud)-每秒傳送多少符號，兩裝置必須完全相同。常見為300,1200,2400,9600,19200,115200

    同位檢查(Parity)-透過1的個數檢查，驗證資料的正確性

    停止位-幫助接受訊號方硬體重同步

    非同步傳輸-每一筆資料前都加上同步符號。

Modbus

為使用PLC通訊而發表，允許多個裝置聯現在同一個網路上進行通訊，常用於連線監控電腦和終端控制系統。

Master/slave 架構

Slave裝置有唯一位址。一個命令包含裝置位址，所有裝置皆會收到命令，但只有指定裝置會執行。

無報告異常，主節點必須迴圈詢問每個節點。

SPI

全雙工模式通訊，多個從機通過一個片選線路，決定哪個來響應主機請求。同步串列埠

常用於SD卡，液晶顯示器。

SCLK (Serial Clock)：串行時鐘，由主機發出

MOSI (Master Output, Slave Input)：

MISO (Master Input, Slave Output)：

SS (Slave Selected)：片選訊號，由主機發出，低電平有效。

I^2C

串列通訊匯流排，使用兩條open drain(串列資料SDA及串列時脈SCL)

7位元長度位址空間，高低速傳輸模式

主節點：產生時鐘並行起與從節點的通訊

從節點：接收時鐘並響應主節點的尋址

電動機分類概況

電動機，又稱為馬達，是一種在工業界最常使用的動力來源之一。根據供電方式的不同，分成了直流與交流馬達，轉動原理及控制方法完全不同。直流馬達根據有無透過以電刷來進行轉向分成有刷馬達及無刷馬達，交流馬達因使用交流電不需要進行轉向，但依據轉動原理不同，分成了異步馬達及同步馬達。

                   

直流有刷電動機

直流馬達定轉子為磁鐵。通電後定轉子磁鐵互相排斥，使轉子旋轉，並透過電刷讓轉子在旋轉時不斷進行NS極轉向，加上旋轉慣性的效應，保持定轉子永遠保持相斥狀態。直流馬達能夠過電阻的調整，以電壓電流直接進行轉速控制，但電刷本身因長時間的摩擦需要較高的維護成本，磨擦時所產生的火花可導致直流馬達無法使用在危險環境中。

直流無刷電動機BLDC

直流無刷馬達以電機控制的方式，達到電刷換向的效果。減少了電刷因摩擦增加的維護問題，但使用上需搭配驅動器，整體成本較昂貴。驅動器使用逆變器技術(將直流電變為交流電)，但此交流電為雙向直流電而非正弦波。

交流馬達：利用交流電來激勵並產生磁場的馬達，轉速由交流電頻率控制，電壓僅影響轉矩。

異步：僅有一套繞組連接電源，轉子繞組切割磁感線產生感應電動勢，從而使轉子繞組中產生感應電流，由於當轉子轉速逐漸接近同步轉速時，感應電流逐漸減小，所產生的電磁轉矩也相應減小，定轉子間存在一滑差。

鼠籠式馬達：轉子繞組用導條代替，製程成本較低。

繞線轉子馬達：轉子繞組透過集線環連接至外部電阻，透過其電阻調整速度及轉矩特性，並在啟動時適當調整電阻，防止啟動電流過大。線圈數較鼠籠式多，感應電壓較大，電流較小。但在變頻器廣泛使用後逐漸被取代。

VS馬達：透過偶合機進行調速

同步：轉子分為電磁鐵，轉子中通入外加的勵磁電流或使用永久磁鐵，定子產生的磁場會藉由相吸及相斥使轉子之磁鐵跟隨著一起旋轉，轉速不受負載影響。無載時，電流相位超前電壓，為一個電容性負載。

PLC內部常用元件介紹

PLC以軟體內的虛擬元件，取代傳統配電盤中的實體元件，減少實體配電盤的複雜度及修改難度，以下為PLC內部常使用的元件：

1.輸入接點(X)
連接各種開關，開啟式電源導通，元件作動，以八進制進行編號。常用搭配為按鈕開關，切換開關，近接開關或各種感測器。

2.輸出接點(Y)
連接負載，提供適當電流供負載作動，以八進制進行編號。依直流及交流對應可使用不同的輸出元件，但負載若超過額定電流，則需要搭配電磁接觸器(MC)，輸出接點僅提供訊號，負載由外接電源供應。常用搭配為LED，電磁接觸器MC，電磁閥，步進馬達。

3.內部輔助繼電器(M)
相當於傳統配電器的控制電驛CR(Control Relay)，輸出High 及Low兩種訊號表示動作不動作，不驅動外部負載．以十進制進行編號。

一般用：斷電後off，復電後為off需重新啟用
停電保持用：斷電後off，但會由鋰電池供電記憶斷電前狀態，復電後保持斷電前狀態。又可分為是否可用參數變更設定停電保持與否。


4.狀態繼電器(S)
用於狀態流程圖，步進階梯圖代表流程中某一個特定狀態。若用於一般階梯圖則與輔助繼電器相同。分為一般用、停電保持用、警報型狀態繼電器(可當成故障診斷用)

5.計時器(T)
以計時的單位分為1ms,10ms,100ms，時間設定常搭配常數K或資料暫存器D進行設定。一般型斷電後，計時器歸零。停電保持型，斷電後則會保存斷電前的紀錄值，復電後繼續計時，歸零必須使用RST。

6.計數器(C)
16位元，進行上數，到達目標值後不計數，動作則保持。
32位元，可進行上數及下數，到達目標值後繼續作用，上數到達目標值則動作保持，下數到達目標值則復歸。由輔助繼電器M8200~M8234的ON/OFF，決定上數或下數，使用兩個暫存器對應上數及下數。

7.資料暫存器(D)
連續號碼D0下16位元(通常為偶數)，D1上16位元，共32位元。
M803320N-開啟停電保持功能
特殊暫存器-存於ROM之特殊功能

8.索引暫存器(V,Z)
間接指定用，V0~V7上16位元，Z0~Z7下16位元，兩者配對使用。
例如：V0=8 Z2=7 -> D5V0=D(5+8)=D13  K20Z2=K(20+7)=K27

9.指標(P,I)
(1) 跳躍CJ，呼叫Call使用。
P邏輯成立(許可)，跳至指定位置，直到SRET副程式結束返回或IRET中斷返回。

(2) 中斷I：須配合中斷許可EI之指令使用：
i.外部中斷：前緣觸發，後緣觸發
ii.定時中斷：中斷時間
iii.高速計數器中斷

10.常數K,H
K十進位-常用於計時、計數
H十六進位-常用於搭配應用指令運算元