一、数据处理指令概述
数据处理指令是PLC编程中用于数据操作的核心指令集，包括数据传送、比较、数学运算、逻辑运算、移位循环和数据类型转换等。这些指令是实现复杂控制算法、数据处理和通信的基础。
学习目标
- 掌握6大类数据处理指令的工作原理
- 熟练使用数据传送和比较指令
- 掌握四则运算和数学函数指令
- 理解逻辑运算和移位指令的应用
- 掌握数据类型转换的方法
- 能够设计复杂的数据处理系统
数据输入
传感器、通信等
→
数据处理
传送、运算、比较
→
数据输出
控制、显示、存储
二、数据传送指令
2.1 传送指令家族
传送指令用于在不同存储区之间复制数据，是数据处理的基础。
| 指令名称 | 梯形图符号 | 语句表指令 | 数据长度 | 功能描述 |
|---|---|---|---|---|
| 字节传送 | MOV_B | MOVB | 8位(1字节) | 传送字节数据 |
| 字传送 | MOV_W | MOVW | 16位(2字节) | 传送字数据 |
| 双字传送 | MOV_DW | MOVD | 32位(4字节) | 传送双字数据 |
| 实数传送 | MOV_R | MOVR | 32位(4字节) | 传送实数数据 |
2.2 传送指令编程实例
实例1：数据初始化与备份
梯形图程序
Network 1 // 系统初始化
SM0.1 VB100
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----0-----VB100
Network 2 // 备份重要数据
I0.0 VW200
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VW100--VW200
Network 3 // 实数参数设置
I0.1 VD300
--| |---+---(MOV_R)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---25.5---VD300
语句表程序
// 网络1
LD SM0.1 // 首次扫描
MOVB 0, VB100 // 初始化状态字节
// 网络2
LD I0.0 // 备份按钮
MOVW VW100, VW200 // 备份重要数据
// 网络3
LD I0.1 // 参数设置
MOVR 25.5, VD300 // 设置温度参数
应用场景说明：
2.3 块传送指令
块传送指令用于批量传送数据，提高数据移动效率。
| 指令名称 | 梯形图符号 | 语句表指令 | 参数说明 | 功能描述 |
|---|---|---|---|---|
| 字节块传送 | BLKMOV_B | BMB | IN, OUT, N | 传送N个字节 |
| 字块传送 | BLKMOV_W | BMW | IN, OUT, N | 传送N个字 |
| 双字块传送 | BLKMOV_D | BMD | IN, OUT, N | 传送N个双字 |
实例2：配方数据传输
控制要求：从配方存储区批量传输10个参数到当前配方区。
梯形图程序
Network 1 // 加载配方1
I0.0 VB500
--| |---+---(BLKMOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| N -
+---VB100--VB200
| 10
// 从VB100-VB109传送到VB200-VB209
语句表程序
LD I0.0 // 加载配方1
BMB VB100, VB200, 10 // 传送10个字节
数据传输示意图：
配方存储区
VB100-VB109
→
传送10字节
N=10
→
当前配方区
VB200-VB209
三、比较指令
3.1 比较指令类型
比较指令用于比较两个数值的大小关系，根据比较结果控制程序流程。
| 比较类型 | 梯形图符号 | 语句表指令 | 数据类型 | 功能描述 |
|---|---|---|---|---|
| 等于 | == | LD==, A==, O== | B, W, D, R | IN1 = IN2 |
| 不等于 | <> | LD<>, A<>, O<> | B, W, D, R | IN1 ≠ IN2 |
| 大于 | > | LD>, A>, O> | B, W, D, R | IN1 > IN2 |
| 大于等于 | >= | LD>=, A>=, O>= | B, W, D, R | IN1 ≥ IN2 |
| 小于 | < | LD<, A<, O< | B, W, D, R | IN1 < IN2 |
| 小于等于 | <= | LD<=, A<=, O<= | B, W, D, R | IN1 ≤ IN2 |
3.2 比较指令编程实例
实例3：温度控制与报警
控制要求：监测温度，在正常范围内控制加热，超出范围报警。
梯形图程序
Network 1 // 温度读取
SM0.0 AIW0
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---AIW0---VW100
Network 2 // 温度过低加热
VW100 VW102 Q0.0
--|<|----| |-----( )--
// 当前温度 < 设定下限，启动加热
Network 3 // 温度过高停止加热
VW100 VW104 Q0.0
--|>|----|/|-----( )--
// 当前温度 > 设定上限，停止加热
Network 4 // 超温报警
VW100 VW106 Q0.1
--|>|----| |-----( )--
// 当前温度 > 报警上限，报警输出
数据说明
VW100: 当前温度值 (0-100℃，对应0-1000)
VW102: 温度下限设定 (如200，对应20℃)
VW104: 温度上限设定 (如800，对应80℃)
VW106: 报警上限设定 (如900，对应90℃)
温度控制逻辑：
| 温度范围 | 比较结果 | Q0.0加热 | Q0.1报警 | 控制策略 |
|---|---|---|---|---|
| VW100 < 200 | 低于下限 | 1 | 0 | 启动加热 |
| 200 ≤ VW100 ≤ 800 | 正常范围 | 0 | 0 | 停止加热 |
| 800 < VW100 ≤ 900 | 高于上限 | 0 | 0 | 停止加热 |
| VW100 > 900 | 超温报警 | 0 | 1 | 报警输出 |
实例4：多条件联合比较
控制要求：多个条件同时满足时才执行操作。
梯形图程序
Network 1 // 多条件联合控制
VD100 VD104 VD108 VD112 Q0.0
--|>=|---|<=|---|>=|---|<=|---( )--
// VD100 ≥ 下限 且 ≤ 上限 且 VD108 ≥ 下限 且 ≤ 上限
等效的逻辑表达式
如果 (VD100 ≥ VD104) 且 (VD100 ≤ VD108) 且
(VD112 ≥ VD116) 且 (VD112 ≤ VD120)
则 Q0.0 = 1
否则 Q0.0 = 0
四、数学运算指令
4.1 四则运算指令
四则运算指令实现基本的算术运算。
| 运算类型 | 梯形图符号 | 语句表指令 | 数据类型 | 计算公式 |
|---|---|---|---|---|
| 加法 | ADD_I | +I | 整数 | OUT = IN1 + IN2 |
| 减法 | SUB_I | -I | 整数 | OUT = IN1 - IN2 |
| 乘法 | MUL_I | *I | 整数 | OUT = IN1 × IN2 |
| 除法 | DIV_I | /I | 整数 | OUT = IN1 ÷ IN2 |
| 实数加法 | ADD_R | +R | 实数 | OUT = IN1 + IN2 |
| 实数乘法 | MUL_R | *R | 实数 | OUT = IN1 × IN2 |
4.2 数学运算编程实例
实例5：流量累计计算
控制要求：根据流量计脉冲计算累计流量。
梯形图程序
Network 1 // 读取瞬时流量
SM0.0 AIW2
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---AIW2---VW100
Network 2 // 转换为工程值(L/min)
SM0.0 VW100
--| |---+---(MUL)--
| EN ENO
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---VW100--0.1---VD200
Network 3 // 1分钟流量累计
SM0.5 VD204
--| |---+---(ADD_R)--
| EN ENO
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---VD200--VD204--VD204
Network 4 // 小时流量统计
T37 VD208
--| |---+---(ADD_R)--
| EN ENO
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---VD204--VD208--VD208
// T37为60分钟定时器，每小时触发一次
计算公式：
瞬时流量 = AIW2 × 0.1 (L/min)
分钟累计 = Σ(瞬时流量) (L)
小时累计 = Σ(分钟累计) (L)
分钟累计 = Σ(瞬时流量) (L)
小时累计 = Σ(分钟累计) (L)
4.3 数学函数指令
数学函数指令实现高级数学运算。
| 函数类型 | 梯形图符号 | 语句表指令 | 功能描述 | 数据范围 |
|---|---|---|---|---|
| 平方根 | SQRT | SQRT | 计算平方根 | IN ≥ 0 |
| 自然对数 | LN | LN | 计算自然对数 | IN > 0 |
| 自然指数 | EXP | EXP | 计算e的IN次方 | 任意实数 |
| 正弦 | SIN | SIN | 计算正弦值 | 弧度制 |
| 余弦 | COS | COS | 计算余弦值 | 弧度制 |
| 正切 | TAN | TAN | 计算正切值 | 弧度制 |
实例6：工程计算 - 管道流量计算
控制要求：根据差压计算管道流量（流量与差压的平方根成正比）。
梯形图程序
Network 1 // 读取差压
SM0.0 AIW4
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---AIW4---VD300
Network 2 // 转换为实数
SM0.0 VD300
--| |---+---(DTR)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VD300--VD304
Network 3 // 计算平方根
SM0.0 VD304
--| |---+---(SQRT)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VD304--VD308
Network 4 // 乘以系数得到流量
SM0.0 VD308
--| |---+---(MUL_R)--
| EN ENO
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---VD308--0.85--VD312
计算公式
流量 = K × √ΔP
其中：K = 0.85 (流量系数)
ΔP = 差压值 (Pa)
五、逻辑运算指令
5.1 逻辑运算指令类型
逻辑运算指令对二进制数据进行位逻辑操作。
| 运算类型 | 梯形图符号 | 语句表指令 | 数据长度 | 真值表 |
|---|---|---|---|---|
| 与运算 | WAND | AND | B, W, D | 1&1=1, 其他=0 |
| 或运算 | WOR | OR | B, W, D | 0|0=0, 其他=1 |
| 异或运算 | WXOR | XOR | B, W, D | 相同=0, 不同=1 |
| 取反运算 | INV | INV | B, W, D | 0→1, 1→0 |
5.2 逻辑运算编程实例
实例7：状态位组合控制
控制要求：多个设备状态组合控制，实现复杂的联锁逻辑。
梯形图程序
Network 1 // 组合状态字
I0.0 VB10
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----0-----VB10
Network 2 // 设置状态位
I0.1 VB10.0
--| |--------( )-- // 设备1运行
I0.2 VB10.1
--| |--------( )-- // 设备2运行
I0.3 VB10.2
--| |--------( )-- // 设备3运行
I0.4 VB10.3
--| |--------( )-- // 故障状态
Network 3 // 允许启动条件
SM0.0 VB10
--| |---+---(WAND)--
| EN ENO
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---VB10--16#07--VB20
Network 4 // 判断条件
VB20 16#07 Q0.0
--|==|----|/|----( )--
// 设备1、2、3都运行且无故障时允许启动
状态位说明：
状态字节VB10位定义
7
6
5
4
3
2
1
0
备用
备用
备用
备用
故障
设备3
设备2
设备1
逻辑运算分析：
VB20 = VB10 AND 16#07
16#07 = 00000111B
结果：只保留低3位（设备运行状态）
条件：VB20 = 16#07 (00000111B)
含义：设备1、2、3都运行，且第3位（故障位）为0
16#07 = 00000111B
结果：只保留低3位（设备运行状态）
条件：VB20 = 16#07 (00000111B)
含义：设备1、2、3都运行，且第3位（故障位）为0
六、移位与循环指令
6.1 移位指令类型
移位指令用于对数据进行位移动操作。
| 移位类型 | 梯形图符号 | 语句表指令 | 数据长度 | 移位方向 |
|---|---|---|---|---|
| 左移位 | SHL | SL | B, W, D | 向左移动 |
| 右移位 | SHR | SR | B, W, D | 向右移动 |
| 循环左移 | ROL | RL | B, W, D | 循环左移 |
| 循环右移 | ROR | RR | B, W, D | 循环右移 |
6.2 移位指令编程实例
实例8：流水灯控制
控制要求：8个流水灯依次点亮，实现跑马灯效果。
梯形图程序
Network 1 // 初始化
SM0.1 QB0
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---16#01--QB0
Network 2 // 1秒定时
SM0.0 T37
--| |---+---(TON)--
| EN ENO
| IN PT
| -- --
+---SM0.0--10---T37
Network 3 // 左循环移位
T37 QB0
--| |---+---(ROL_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| N -
+---QB0---QB0
| 1
移位过程演示：
位模式变化：
QB0变化过程（二进制）
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
七、数据类型转换指令
7.1 转换指令类型
转换指令用于不同数据类型之间的转换。
| 转换类型 | 梯形图符号 | 语句表指令 | 输入类型 | 输出类型 |
|---|---|---|---|---|
| 字节到整数 | B_I | BTI | 字节 | 整数 |
| 整数到字节 | I_B | ITB | 整数 | 字节 |
| 整数到双整数 | I_DI | ITD | 整数 | 双整数 |
| 双整数到整数 | DI_I | DTI | 双整数 | 整数 |
| 双整数到实数 | DI_R | DTR | 双整数 | 实数 |
| 实数到双整数 | R_DI | ROUND | 实数 | 双整数(四舍五入) |
| 实数到双整数 | TRUNC | TRUNC | 实数 | 双整数(截断) |
7.2 转换指令编程实例
实例9：模拟量处理与显示
控制要求：读取模拟量输入，转换为工程值显示。
梯形图程序
Network 1 // 读取模拟量原始值
SM0.0 AIW0
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---AIW0---VW100
Network 2 // 整数转双整数
SM0.0 VW100
--| |---+---(I_DI)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VW100--VD104
Network 3 // 双整数转实数
SM0.0 VD104
--| |---+---(DI_R)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VD104--VD108
Network 4 // 转换为工程值
SM0.0 VD108
--| |---+---(DIV_R)--
| EN ENO
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---VD108--320.0--VD112
转换公式
温度值 = (AIW0 ÷ 32000) × 100 ℃
其中：AIW0范围 0-32000
温度范围 0-100℃
数据类型转换链：
AIW0 (WORD) → VW100 (INT) → VD104 (DINT) → VD108 (REAL) → VD112 (REAL)
原始值 → 整数 → 双整数 → 实数 → 工程值
原始值 → 整数 → 双整数 → 实数 → 工程值
八、综合应用案例
8.1 案例一：智能配料系统
控制要求：
- 系统有3种原料A、B、C，按配方比例混合
- 配方参数：A:VW100, B:VW102, C:VW104 (单位:kg)
- 每种原料有独立的称重传感器（AIW0, AIW2, AIW4）
- 实时计算已投料重量和剩余重量
- 投料完成后自动搅拌，搅拌时间可设置
- 记录每次生产的配方、实际用量、生产时间
数据处理流程：
关键计算：
原料A实际重量 = (AIW0 ÷ 32000) × 量程
剩余重量 = 配方设定 - 实际重量
投料比例 = 实际重量 ÷ 配方设定 × 100%
总重量 = 原料A + 原料B + 原料C
剩余重量 = 配方设定 - 实际重量
投料比例 = 实际重量 ÷ 配方设定 × 100%
总重量 = 原料A + 原料B + 原料C
8.2 案例二：数据采集与处理系统
系统功能：
- 采集8路模拟量信号（温度、压力、流量等）
- 对每路信号进行滤波处理（移动平均）
- 计算每个参数的最大值、最小值、平均值
- 越限报警，记录报警次数和时间
- 定时存储数据到历史记录区
- 计算运行效率、能耗等统计指标
数据处理算法：
移动平均滤波算法
// 数据结构：VD100-VD199 存储最近10次采样值
// 每次采样时：
1. 将新值存入当前指针位置
2. 指针向后移动一位
3. 如果指针超过数组末尾，回到开头
4. 计算数组中所有值的平均值
5. 输出平均值作为滤波结果
统计计算：
平均值 = (Σ采样值) ÷ 采样次数
最大值 = MAX(采样值1, 采样值2, ..., 采样值n)
最小值 = MIN(采样值1, 采样值2, ..., 采样值n)
标准偏差 = √[Σ(采样值-平均值)² ÷ (n-1)]
最大值 = MAX(采样值1, 采样值2, ..., 采样值n)
最小值 = MIN(采样值1, 采样值2, ..., 采样值n)
标准偏差 = √[Σ(采样值-平均值)² ÷ (n-1)]
课后练习
练习1：数据采集与报警系统
