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PLC的特点
1、通用性强、灵活性好、功能齐全 PLC是专为在工业环境下应用而设计的,具有面向工业控制的鲜明特点。通过选配相应的控制模块便可适用于各种不同的工业控制系统。同时,由于PLC采用存储逻辑,其控制逻辑以程序方式存储在内存中,当生产工艺改变或生产设备更新时,不必改变
1. 向高集成、高性能、高速度,大容量发展
微处理器技术、存储技术的发展十分迅猛,功能更强大,价格更便宜,研发的微处理器针对性更强。这为可编程序控制器的发展提供了良好的环境。大型可编程序控制器大多采用多CPU结构,不断地向高性能、高速度和大容量方向发展。
在模拟量控制方面,除了专门用于模拟量闭环控制的PID指令和智能PID模块,某些可编程序控制器还具有模糊控制、自适应、参数自整定功能,使调试时间减少,控制精度提高。
2. 向普及化方向发展
由于微型可编程序控制器的价格便宜,体积小、重量轻、能耗低,很适合于单机自动化,它的外部接线简单,容易实现或组成控制系统等优点,在很多控制领域中得到广泛应用。
3. 向模块化、智能化发展
可编程序控制器采用模块化的结构,方便了使用和维护。智能I/O模块主要有模拟量I/O、高速计数输人、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、热电阻输入、条形码阅读器、多路BCD码输人/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模块。智能I/O模块本身就是一个小的微型计算机系统,有很强的信息处理能力和控制功能,有的模块甚至可以自成系统,单独工作。它们可以完成可编程序控制器的主CPU难以兼顾的功能,简化了某些控制领域的系统设计和编程,提高了可编程序控制器的适应性和可靠性。
4. 向软件化发展
编程软件可以对可编程序控制器控制系统的硬件组态,即设置硬件的结构和参数,例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通信接口的参数等。在屏幕上可以直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的相互转换。可编程序控制器编程软件有调试和监控功能,可以在梯形图中显示触点的通断和线圈的通电情况,查找复杂电路的故障非常方便。历史数据可以存盘或打印,通过网络或Modem卡,还可以实现远程编程和传送。
个人计算机(PC)的价格便宜,有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。目前已有多家厂商推出了在PC上运行的可实现可编程序控制器功能的软件包,如亚控公司的KingPLC。“软PLC"在很多方面比传统的“硬PLC"有优势,有的场合“软PLC"可能是理想的选择。
5. 向通信网络化发展
伴随科技发展,很多工业控制产品都加设了智能控制和通信功能,如变频器、软启动器等。可以和现代的可编程序控制器通信联网,实现更强大的控制功能。通过双绞线、同轴电缆或光纤联网,信息可以传送到几十公里远的地方,通过Modem和互联网可以与**上其他地方的计算机装置通信。
相当多的大中型控制系统都采用上位计算机加可编程序控制器的方案,通过串行通信接口或网络通信模块,实现上位计算机与可编程序控制器交换数据信息。组态软件引发的上位计算机编程革命,很容易实现两者的通信,降低了系统集成的难度,节约了大量的设计时间,提高了系统的可靠性。国际上比较**的组态软件有Intouch、Fix等,国内也涌现出了组态王、力控等一批组态软件。有的可编程序控制器厂商也推出了自己的组态软件,如西门子公司的WINCC。
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S7-300
-
模块化微型PLC系统,满足中、小规模的性能要求
-
各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
-
简单实用的分布式结构和多界面网络能力,应用十分灵活
-
方便用户和简易的无风扇设计
-
当控制任务增加时,可自由扩展
-
大量的集成功能使它功能非常强劲
信号模块是 SIMATIC S7-300 与过程相连的接口。
大量不同的数字量和模拟量模块可**提供每种任务所需的输入/输出。
数字量和模拟量模块在通道数目、电压和电流范围、隔离、诊断和报警功能等方面有所不同。
对于在此列举的所有模块系列,SIPLUS 部件也可应用在扩展温度范围 -25 - +60℃ 以及腐蚀性环境/冷凝环境中。
另外,面向安全的应用中还可使用故障安全模块。
数字量输入/输出模块具有下列机械特性:
紧凑型设计
坚固的塑料机壳里包括:
-
绿色 LED,用于指示输入/输出的信号状态
-
前连接器插座,通过前门保护
-
前门上的标签区。
-
连接器针脚分配,用于在前门内部进行配线。
安装方便
模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则;输入地址由插槽决定。
当在 ET 200M 分布式 I/O 系统中与有源总线模块一起使用时,可以对数字量输入/输出模块进行热插拔,而不会有任何反应。其它模块继续工作。
方便用户接线
装置单元通过连接器连接。当首次连接模块时,编码设备锁定在连接器中,这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时,对于新的同类型模块,可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块的过程中将已接线的前连接器插入到错误模块中。
-----------------------------------------------------------------------------------------
S7-300是SIMATIC控制器中销售量**多的产品,它已成功地用于范围广泛的自动化领域。S7-300 的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台。这就是说,S7-300 是用于集中式或分布式结构的解决方案。坚持不懈的创新和改革使S7-300这个广泛应用的自动化平台能持续不断的升值概述。
数字量输入/输出模块用于处理自动化系统中的数字量输入/输出任务。 可通过这些模块连接数字量传感器和执行器。
模块化微型PLC系统,满足中、小规模的性能要求
各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
简单实用的分布式结构和多界面网络能力,应用十分灵活
方便用户和简易的无风扇设计
当控制任务增加时,可自由扩展
大量的集成功能使它功能非常强劲
信号模块是 SIMATIC S7-300 与过程相连的接口。
大量不同的数字量和模拟量模块可**提供每种任务所需的输入/输出。
数字量和模拟量模块在通道数目、电压和电流范围、隔离、诊断和报警功能等方面有所不同。
对于在此列举的所有模块系列,SIPLUS 部件也可应用在扩展温度范围 -25 - +60℃ 以及腐蚀性环境/冷凝环境中。
另外,面向安全的应用中还可使用故障安全模块。
数字量输入/输出模块具有下列机械特性:
紧凑型设计
坚固的塑料机壳里包括:
-
绿色 LED,用于指示输入/输出的信号状态
-
前连接器插座,通过前门保护
-
前门上的标签区。
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连接器针脚分配,用于在前门内部进行配线。
安装方便
模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则;输入地址由插槽决定。
当在 ET 200M 分布式 I/O 系统中与有源总线模块一起使用时,可以对数字量输入/输出模块进行热插拔,而不会有任何反应。其它模块继续工作。
方便用户接线
装置单元通过连接器连接。当首次连接模块时,编码设备锁定在连接器中,这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时,对于新的同类型模块,可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块的过程中将已接线的前连接器插入到错误模块中。
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S7-300是SIMATIC控制器中销售量**多的产品,它已成功地用于范围广泛的自动化领域。S7-300 的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台。这就是说,S7-300 是用于集中式或分布式结构的解决方案。坚持不懈的创新和改革使S7-300这个广泛应用的自动化平台能持续不断的升值概述。
数字量输入/输出模块用于处理自动化系统中的数字量输入/输出任务。 可通过这些模块连接数字量传感器和执行器。
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电气控制原理图的阅读分析方法与步骤
1.基本原则 化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护、全面检查。 采用化整为零的原则以某一电动机或电器元件(如接触器或继电器线圈)为对象,从电源开始,自上而下,自左而右,逐一分析其接通断开关系。 2.分析方法与步骤 ①分析主电路 无论线路设计还是线路分析都是先从主电路入手。主电路的作用是保证机床拖动要求的实现。从主电路的构成可分析出电动机或执行电器的类型、工作方式,起动、转向、调速、制动等控制要求与保护要求等内容。 ②分析控制电路 主电路各控制要求是由控制电路来实现的,运用“化整为零”、“顺藤摸瓜”的原则,将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路,从电源和主令信号开始,经过逻辑判断,写出控制流程,以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。 ③分析辅助电路 辅助电路包括执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障报警等。这部分电路具有相对独立性,起辅助作用但又不影响主要功能。辅助电路中很多部分是受控制电路中的元件来控制的。 ④分析联锁与保护环节 生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择拖动、控制方案外,在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。在电气控制原理图的分析过程中,电气联锁与电气保护环节是一个重要内容,不能遗漏。 ⑤总体检查 经过“化整为零”,逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后,还必须用“集零为整”的方法检查整个控制线路,看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系,以达到正确理解原理图中每一个电气元器件的作用。 |
西门子PLC S7-200的SIMATIC指令集简表
布 尔 指 令 |
|
LD N LDI N LDN N LDNI N |
装载(开始的常开触点) 立即装载 取反后装载(开始的常闭触点) 取反后立即装载 |
A N AI N AN N ANI N |
与(串联的常开触点) 立即与 取反后与(串联的常开触点) 取反后立即与 |
O N OI N ON N ONI N |
或(并联的常开触点) 立即或 取反后或(并联的常开触点) 取反后立即与 |
LDBx N1,N2 |
装载字节比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
ABx N1,N2 |
与字节比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
OBx N1,N2 |
或字节比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
LDWx N1,N2 |
装载字比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
AWx N1,N2 |
与字节比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
OWx N1,N2 |
或字比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
LDDx N1,N2 |
装载双字比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
ADx N1,N2 |
与双字比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
ODx N1,N2 |
或双字比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
LDRx N1,N2 |
装载实数比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
ARx N1,N2 |
与实数比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
ORx N1,N2 |
或实数比较结果N1(x:<,<=,=,>=,>,<>=)N2 |
NOT |
栈顶值取反 |
EU ED |
上升沿检测 下降沿检测 |
= N =I N |
赋值(线圈) 立即赋值 |
S S_BIT,N R S_BIT,N SI S_BIT,N RI S_BIT,N |
置位一个区域 复位一个区域 立即置位一个区域 立即复位一个区域 |
传送、移位、循环和填充指令 |
|
MOVB IN,OUT MOVW IN,OUT MOVD IN,OUT MOVR IN,OUT BIR IN,OUT BIW IN,OUT |
字节传送 字传送 双字传送 实数传送 立即读取物理输入字节 立即写物理输出字节 |
BMB IN,OUT,N BMW IN,OUT,N BMD IN,OUT,N |
字节块传送 字块传送 双字块传送 |
SWAP IN |
交换字节 |
SHRB DATA,S_BIT,N |
移位寄存器 |
SRB OUT,N SRW OUT,N SRD OUT,N |
字节右移N位 字右移N位 双字右移N位 |
SLB OUT,N SLW OUT,N SLD OUT,N |
字节左移N位 字左移N位 双字左移N位 |
RRB OUT,N RRW OUT,N RRD OUT,N |
字节右移N位 字右移N位 双字右移N位 |
RLB OUT,N RLW OUT,N RLD OUT,N |
字节左移N位 字左移N位 双字左移N位 |
FILL IN,OUT,N |
用指定的元素填充存储器空间 |
近几年来PLC新兴的应用领域
(1) 近年来,和利时矿用PLC产品的不断推陈出新,以其可靠性、高性能等优势得到了用户的广泛认可。和利时矿用PLC产品大量应用于低压馈电开关、高压配电装置、组合开关、负荷中心等产品,正逐步替代单片机保护器和普通PLC类产品,装备和利时矿用PLC开始成为一些矿用设备公司产品的卖点和优势。
(2) 利用PLC来开发新型的集热式太阳能热水器,可以克服传统的太阳能热水器存在受气候影响大、水温不稳定等缺陷,还可以对多个用户集中供水。采用西门子S7-200 系列PLC 进行控制操作,配合相应的温度、液位和流量传感器及PLC的模拟量输入扩展实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和流量的控制。同时,PLC与西门子文本显示器T D400 集成,实现人机交互界面,对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。
(3) 随着科技的发展和社会的进步,自动门在日常生活中也得到了广泛的应用。过去的自动门系统一般采用逻辑控制模块控制,因故障率高、可靠性低、维修不方便等原因而逐步被淘汰。在自动门控制系统中选用三菱PLC作为控制器,以一个发射的超声开关和一个接收的光电开关作为此系统的输入设备,两套不同的传感器输入控制信号给PLC,利用PLC对系统的编码表、I/O分配表和自动门的动作过程等实施控制,从而实现控制门的开放或关闭( 上升或下降) 。
其他还有很多新应用领域如:物联网,市政,新能源发电,智能楼宇电量采集,医疗系统配电电源等,就不一一列举了。
PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合。它包括系统程序和用户程序。(1)系统程序
系统程序包括监控程序、编译程序及诊断程序等。监控程序又称为管理程序,主要用于管理全机。编译程序用来把程序语言翻译成机器语言。诊断程序用来诊断机器故障。系统程序由PLC生产厂家提供,并固化在EPROM中,用户不能直接存取,故也不需要用户干预。
(2)用户程序
用户程序是用户根据现场控制的需要,用PLC的程序语言编制的应用程序,用以实现各种控制要求。用户程序由用户用编程器键入到PLC内存。小型PLC的用户程序比较简单,不需要分段,而是顺序编制的。大中型PLC的用户程序很长,也比较复杂,为使用户程序编制简单清晰,可按功能结构或使用目的将用户程序划分成各个程序模块。按模块结构组成的用户程序, 每个模块用来解决一个确定的技术功能,能使很长的程序编制得易于理解,还使得程序的调试和修改变得很容易。
对于数控机床来说,数控机床PLC中的用户程序由机床制造厂提供,并已固化到用户 EPROM中,机床用户不需进行写入和修改,只是当机床发生故障时,根据机床厂提供的梯形 图和电气原理图,来查找故障点,进行维修。
PLC控制系统中电气控制原理图的设计及绘制
电气控制原理图是根据所要达到的控制过程需要的控制信号和被控制设备及控制要求绘制出来的,因此,绘制电气控制原理图首先要分析控制过程和控制要求,然后按一定的步骤来完成。设计PLC的电气控制原理图,首先要了解输入输出信号的性质和相关要求,然后再根据所选用的PLC来合理地安排输入输出地址,**后才能完成电气原理图的设计。
1)输入/输出点数
根据要实现的具体工作过程和控制要求理清有哪些输入量,需要控制哪些对象,输入量的个数即所需要的输入点数,需要控制的对象所需要的信号数即所需要的输出点数。
2)PLC的输入输出地址分配表
输入输出地址分配表是根据控制要求中需要的输入信号和所要控制的设备来确定PLC的各输入输出端子分别对应哪些输入输出信号或设备所列出的表。如表1所示为PLC控制的四路抢答器的I/O地址分配表。
表1 控制四路抢答器的PLC I/O地址分配表
输 入 |
输 出 |
||||
序号 |
说明 |
地址编号 |
序号 |
说明 |
地址编号 |
1 |
抢答按钮1 |
X0 |
1 |
蜂鸣器 |
Y0 |
2 |
抢答按钮2 |
X1 |
2 |
**组指示灯 |
Y1 |
3 |
抢答按钮3 |
X2 |
3 |
第二组指示灯 |
Y2 |
4 |
抢答按钮4 |
X3 |
4 |
第三组指示灯 |
Y3 |
5 |
复位按钮 |
X4 |
5 |
第四组指示灯 |
Y4 |
6 |
开始按钮 |
X5 |
6 |
|
|
I/O地址分配表一般要根据输入输出信号的信息和相关要求及所选用的PLC型号来进行分配,关于输出信号,需要了解所控制的设备的电源电压和工作电流,然后按照所需电源的不同进行分组。如YL-235A光机电一体化实训装置中所用的PLC为FX2N-48MR型,它的输出分为五组,其中有四组是四个输出端共用一个COM端,有一组是八个输出端共用一个COM端。
3)绘制电气控制原理图的要求
在绘制电气控制原理图时,首先要求整体布局合理,一般是左边为输入回路,右边为输出回路,或者下边为输入回路,上边为输出回路,主要控制元件位于中间位置;其次要求所画原理图正确;再次所用元器件的图形符号应符合中华人民共和国国家标准,要求对所用元件进行标注和说明,并对所有连线进行编号。
S7-300的基本位逻辑指令
位逻辑指令的运算结果用两个二进制数字1和0来表示。可以对布尔操作数(BOOL)的信号状态扫描并完成逻辑操作。逻辑操作结果称为RLO(result of logic operation)。
语句表STL表示的基本位逻辑指令
l A And 逻辑“与”
l AN And Not 逻辑“与非”
l O Or 逻辑“或”
l ON Or Not 逻辑“或非”
l X Exclusive Or 逻辑“异或”
l XN Exclusive Or Not 逻辑“异或非”
l = Assign 赋值指令
l NOT Negate RLO RLO取反
l SET Set RLO (=1) RLO=1
l CLR Clear RLO (=0) RLO=0
l SAVE Save RLO in BR Register 将RLO的状态保存到BR。
边沿信号识别指令。
位逻辑指令的运算规则:“先与后或”。
可以用括号将需先运算的部分括起来,运算规则为:
“先括号内,后括号外”。
梯形图LAD表示的基本位逻辑指令
l ---| |--- Normally Open Contact (Address) 常开触点
l ---|/|--- Normally Closed Contact (Address) 常闭触点
l ---(SAVE) Save RLO into BR Memory
将RLO的状态保存到BR
l XOR Bit Exclusive OR 逻辑“异或”
l ---( ) Output Coil 输出线圈
l ---( # )--- Midline Output 中间标志输出
l ---|NOT|---Invert Power Flow RLO取反
功能图FBD表示的位逻辑指令
将在后面的指令详解中给出
用S7-200控制可双向运转的三相感应电动机
可逆电动机起动器电路一一适用于改变三相交流感应电动机旋转方向
这个示例程序用于控制可双向运转的三相感应电动机。
当与输入点I0.0相连的左转点动开关(Le)闭合时,电动机逆时针方向旋转,当与输入点I0.1相连的右转点动开关(Ri)闭合时,电动机顺时针方向旋转。但这要有一个前题,即与输入点I0.3相连的电动机电路断路器和与输入点I0.2相连的停机开关(OFF)都没有动作。只有按下停机开关,并等待5秒钟之后,才可以改变电动机的旋转方向。这样做是为了让电动机有足够的时问刹车停转,然后再反向起动,如果需要电动机反转的话。如
果与I0.0和I0.1相连的点动开关同时按下,电动机停转,并且小起动。
程序框图
程序和注释
在程序起始部分,程序检查是否必须激活互锁电路。互锁电路防比电动机误起动,或者按错误方向起动。只有当所有点动开关都没有动作(位于起始状态)或者等待时问溢出时,互锁才清除,即M2.0被置成逻辑0.
如果电动机断路器(输入点10.3)没有动作,停机点动开关(输入点10.2)也没有动作(这两个触点都是常闭触点);并且状态位M1门没有被设置成顺时针旋转标志,则使能位M 2.1被置为逻辑1。电动机才有可能逆时针旋转。代表逆时针旋转的状态位是M1.0。用类似方法可得到顺时针方向旋转的起动条件。
当点动起动开关(1e和Ri)这一动作,并且互锁位和状态位都没有被设置成相反的旋转方向时,电动止起动。即相关的输出位和状态位被置位,状态位的作用是使输出能够自保。电动止逆时针方向旋转起动器由输出点Q0.0控制。电动机顺时针方向旋转起动器由输出点Q0.1控制。
除此外,另有一组信号灯指示电动机当前的运行状态;逆时针方向旋转指示灯(Le)与输出点00.4相连;顺时针方向旋转指示灯(Ri)与输出点00.3相连;关电机指示灯(OFF)与输出点00.2相连。
当电动机被停机时,"ED”的下降沿将辅助存储位M 2.3置为1,进入停机模式。当M 2.3被置位时,限制电动机再次起动的定时器开始计时,该定时器的预置时问是5秒(500 X10ms),经过5秒钟后,内部存储器位M 2.3被复位。在这段强制等待时问内与输出点Q0.5相连的信号灯(Wait)闪烁。如果状态位都没有被置位,则点亮与输出点00.2相连的停止状态指示灯(OFF)。
该程序的长度为61个字。
PLC控制电机梯形图设计时的四个注意事项
1)输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的触点可多次重复使用,无需用复杂的程序结构来减少触点的使用次数。
2)梯形图每一行都是从左母线开始,线圈接在**右边。如图1所示左边的梯形图结构是不符合设计规则的,应改写为右边的结构。
图1 线圈只能放在**右边
3)线圈不能直接与起始母线相连,如图2所示左边的梯形图结构是不符合设计规则的,应改写为右边的结构。
图2 线圈不能直接与起始母线连接
4)同一编号的线圈在一个程序中使用两次以上称为重复输出,重复输出容易引起误操作,故一般不允许重复输出 。如图3所示,左边的梯形图结构是不符合设计规则的,应改写为右边的结构。
图3 同一线圈不能重复输出
我们知道梯形图编程是PLC中使用**多的图形编程语言,是PLC应用的**编程语言。为什么梯形图会受到PLC开发人员的如此热捧呢,这主要是由于梯形图与电器控制系统的电路图很相似,具有直观易懂的优点,很容易被工厂电气人员掌握,特别适用于开关量逻辑控制。因此,梯形图常被称为电路或程序,梯形图的设计也称为编程。梯形图还具有以下几个重要特点:
1)PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称,如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等,但是它们不是真实的物理继电器(即硬件继电器),而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与PLC存储器中元件映像寄存器的二个存储单元相对应。以辅助继电器为例,如果该存储单元为0状态,梯形图中对应的编程元件的线圈“断电”,其常开触点断开,常闭触点闭合,称该编程元件为0状态,或称该编程元件为OFF(断开)。该存储单元如果为1状态,对应编程元件的线圈“通电”,其常开触点接通,常闭触点断开,称该编程元件为l状态,或称该编程元件为ON(接通)。
2)根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系,求出与图中各线圈对应的编程元件的ON/OFF状态,称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左至右的顺序进行的。解算的结果,马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值,而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。
3)梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。
4)输入继电器的状态**地取决于对应的外部输入电路的通断状态,因此在梯形图中不能出现输入继电器的线圈