前言
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，是一种通过控制指令实现自动化控制的控制器，由CPU、内存、输入/输出接口等功能单元组成。本文是对PLC梯形图编程的总结，希望能够以一篇文章的篇幅，让读者掌握PLC梯形图语法。本文是基于三菱PLC《MELSEC iQ-F FX5编程手册(指令/通用FUN/FB篇)》、《MELSEC iQ-F FX5编程手册(程序设计篇)》的总结与实战。
一、PLC编程语言
1、多种编程语言
下面5种PLC语言可以进行混合编程，如梯形图做骨架，结构化文本做区块等等，而本文采用的是梯形图编程。其实不止有5种语言，只是相对主流而已，而不同语言各有优势，如某些数据存储转换可能ST就10行搞定，梯形图要写一大段还没考虑全就很难搞。
（1）、梯形图语言（LD）
（2）、指令表语言（IL）
（3）、功能模块图语言（FBD）
（4）、顺序功能流程图语言（SFC）
（5）、结构化文本语言（ST）
2、不同编程语言的特点
二、PLC类型
1、根据品牌划分
PLC品牌有很多，不同品牌的开发环境也不一样，哪怕是同一品牌的PLC不同型号的开发环境，也会不一样。因此，根据品牌划分PLC类型有利于针对性的学习。虽然品牌不一样，开发环境的交互不相同，指令也不一样，但掌握梯形图编程原理，可以以不变应万变。
（1）、三菱PLC
（2）、西门子PLC
（3）、欧姆龙PLC
（4）、其它
2、本文采用的PLC
本文采用的PLC为三菱FX5U，程序也是基于此来编写，因此FX5U的一些指令集可能会让不了解FX5U的读者感到疑惑。
三、PLC开发环境
上面说到，不同品牌的PLC使用的开发环境是不一样的。这里补充一点，就是同一品牌的开发环境也可以有多种，以适配不同的PLC。当然，开发环境也尽可能兼容多种型号的PLC，如三菱的GxWork 3和GxWork 2，看起来是同个软件不同版本，实际就是不同的软件，变成交互方面也会有差异。而本文采用的开发环境为Work 3。
1、不同厂家的开发环境对比
如下两图所示，只是对比了新建程序、梯形图的展示，可以了解到PLC程序的工作方式不一样，梯形图的组成方式不一样，而实际命令集也不一样。因此，虽说掌握基础万变不离其中，但不同的开发环境还是需要花时间去学习的。在编程方面，三菱的看起来像是梯形图与指令的结合，而西门子的看起来像是梯形图与模块的结合。而欧姆龙的开发环境，有些基本标签是其它2者没有的，还有就是设置变量的时候，欧姆龙提供全局变量表来对变量进行设置。
2、指令集对比
如下两图，一些觉得比较通用的指令，都是不一样的。
3、语言名称对比
| 品牌 | 西门子 | 三菱 |
| 梯形图 | LAD | LD |
| 指令表 | STL | IL |
| 结构文本 | SCL | ST |
| 图形编程 | GRAPH | SFC |
| 高级图形编程 | HIGRAPH | |
| 连续功能编程 | CFC |
四、FX5编程手册阅读方法
1、对应官方文档
2、定时控灯程序编写
这里根据官方文档是以“特殊功能定时器”做为示例。这里想做一个定时亮灯的程序，来学习阅读手册的方法。业务逻辑如下：
使能M65寄存器 -》启动定时器-》定时闪烁一次，然后灭掉
（1）在不看文档的情况下直接根据提示设计程序，有个错误
（2）官方指令解释
在设置数据里，该指令的表述是：s1表示定时器编号(作为100ms定时器动作)，s2表示定时器的设置值，d表示输出的起始位编号。但是，咋一看，对小白来说并不清楚什么意思。
在控制数据里，可能还是看不出这些意思。
在这个功能里，貌似也看不出什么。好在功能里有个例子，我们尝试一下：
①3模式：
这个代码的功能是启动M65后，M3一开始通10秒，接着断10秒，然后再通10秒...，则Y0亮10秒，灭10秒，如此循环下去。
这里的10秒起始时K100的原因，即T10计数1，表示100ms，计数100表示10秒。这是模式3的情况，即d中的M0+3=M3，刚好是M3，因此能控制M3的通断。
模式3的逻辑是：
ON延迟+OFF延迟定时器输出：
通过定时器线圈的下降沿变为ON，STMR指令的命令的下降沿后，经过(s2)中指定的时间时将变为OFF。即上述代码导通M65后，灯立刻亮，直到经过STMR命令指令s2的指定时间变为OFF，即M3断开，灯灭。这里面，STMR指令内部有个线圈，当这个线圈出现下降沿时，可以将M3导通为ON，当执行完指令后，这个M3变为OFF。因此，这个模式为ON延迟+OFF延迟定时器输出。
此时，我们应该理解，使用（d）软件开始的4点，代表着4种模式的定时器，即4种类型的定时器。咋们现在还有模式0、1、2没有试，咋们尝试之后发现：
②0模式：
OFF延迟定时器输出：
通过STMR指令的命令的上升沿变为ON，命令的下降沿后经过(s2)中指定的时间时将变为OFF。
0模式的逻辑是，导通命令M65之后，给到STMR一个上升沿，因此（d）直接为ON（即图中的M35），Y0亮。如果命令M65一直为ON的状态，那么（d）将一直不变。直到M65再次改变状态，即关闭后，给到STMR一个下降沿，此时 （d）经过10秒后为OFF状态，Y0灭。因此，这个模式为OFF延迟定时器输出。
③1模式：
OFF后单次触发定时器输出：
通过STMR指令的命令的下降沿变为ON，经过(s2)中指定的时间时变为OFF。
1模式的逻辑是，导通命令M65之后，给到STMR一个上升沿，因此（d）直接为ON（即图中的M35），Y0灭，因为M36还没导通。如果命令M65一直为ON的状态，那么（d）将一直不变。直到M65再次改变状态，即关闭后，给到STMR一个下降沿，此时M36导通，Y0立即亮。直到10秒后，M36断开，Y0灭。因此，这个模式为OFF后单次触发定时器输出。
④2模式：
ON后单次触发定时器输出：
通过STMR指令的命令的上升沿变为ON，经过(s2)中指定的时间或STMR指令的命令为OFF时将变为OFF。
2模式的逻辑是，导通命令M65之后，给到STMR一个上升沿，因此（d）直接为ON（即图中的M35），M37立即导通，然后Y0亮，亮10秒。接着断开M65，Y0一直不亮，而M35在10秒后才断开。接着导通命令M65，Y0继续亮10秒，如此循环。因此，这个模式为ON后单次触发定时器输出。
（3）初步了解STMR的工作模式之后，我们再来写定时控灯程序
我们之前的逻辑：使能M65寄存器 -》启动定时器-》定时闪烁一次，然后灭掉
分析：定时5秒闪烁一次，一次闪烁时间持续为1秒，其中闪烁瞬间则进入下一个周期，即周期中不包含1秒的时间
（4）我们再返回来看时序图功能描述
这里对应的时序图应该是这样子：
举个例子，对于（d）+1来说，表示当M65置为高并且一直保持时，（d）+1不输出；当M65置为低的瞬间，并保持较长置地的情况，（d）+1最多输出10秒；当M65短暂置为高，然后立马短暂置为低，接着拉高，这时（d）+1在M65置为低的瞬间，最多输出时间为M65被置为低的时间。这就是（d）+1的输出时序，其它可以类似这样看。
五、指令概要
1、对应官方文档
2、指令的构成
3、截取数据程序编写
（1）方式一
这里的程序逻辑是“从存储单元中截取指定数据”，即将s中的地址作为起始地址，并将n中的数值作为长度，传给d。d在接收后，会以d中的地址作为起始地址，进行数据存储，长度为d所能存储的长度（数值大于存储长度时）或实际长度（数值小于或等于存储长度时）。
（2）方式二
(s)、(d)两方均指定了位软元件的位数时，必须将(s)、(d)的位数设置为相同。如这里表示将K2的2点（因为是16进制，因此将每四个寄存器作为1点，2点则是8个寄存器）进行赋值，赋值时以1点为1组进行赋值。
（3）赋值方式比较
上述2种赋值方式表明，当(s)、(d)两方均指定了位软元件的位数时，它的赋值方式将不再是单个寄存器的连续赋值，而是多个寄存器的连续赋值。
4、数据的指定方法
（1）指定位数据
在上述的例子中，我们使用了D150.0指定了位数据，而D150其实是字数据，也就是说有些字数据可以指定位数据，因为字数据本身由位数据组成。
（2）指定字数据
在上述的例子中，位数据可以用于表示字数据，如 MOV D151 K2M100 这个指令，可以把D151中的字数据表示为K2M100，其中K2表示以M100~M107的8点为对象，详细见如下官方文档。
（3）指定数据方式的比较
由上述例子可以知道，位数据是组成字数据、双字数据等数据类型的基础单元。在数据的指定方法上，可以通过“作为软元件处理的数据”这张表的方式进行指定。除了上述数据，还有如下“作为标签处理的数据”，即指定标签后就定义了数据类型，而不需要通过软件件进行定义：
（4）有符号数与无符号数
在上述数据类型中，数据的容量决定了能表示的数值大小。而有符号数与无符号数通常成对出现，如带符号16位数据、无符号16位数据，下面以8进制来描述有符号与无符号能表述的数值范围：
无符号： 000~111 （0~7）
有符号： 111~011 （-4~3）
5、执行条件
对于指令条件，我们通过如下例子解释：
这里表示导通D150.0这个位数据（即置为1），可以使得MOV指令直接执行。即MOV指令会在控制条件D150.0为ON时执行，不同指令要求的执行条件不一样，详见上述官方文档。
6、指令处理时间的高速化
高速化指令可以理解为对程序的加速，需要满足官方条件才会使得指令处理变得高速化，从而提高PLC的反应速度，以适应高速控制的场景。
六、编程时的注意事项
1、对应官方文档
2、指令通用的出错
在编程过程中，需要注意执行指令在一些情况下给出的报错，如下是官方给出的错误码，可以通过这些错误码的原因来修改代码。
3、执行指令时的软元件、标签的范围检查
即需要开发人员注意寄存器的使用，这个前提是充分了解PLC上的资源，避免出现资源不够用时，不报错，但得到的结果不是预期的情况。
4、使用同一软元件的OUT指令、SET/RST指令、PLS/PLF指令时的动作
这里表述的是在使用这些指令时，如果指令在程序中多次出现，即多次被不同执行条件控制时，将会导致一些逻辑上的错误，而且这些错误可能是不可控的。除非有业务逻辑上的需要，否则不要使用这些指令在程序的各个位置对同一元件进行控制。
5、一般标志位的处理
如图表述，这里的SM8000是特殊寄存器，状态始终为ON；SM8029也是特殊寄存器，表示上一条指令DSW执行完成后，才会执行后续语句。SM8029指令要求前面需要带执行条件，而且需要放在上一条指令的下方，以此来识别上一条指令。
6、关于通用功能/功能块的返回值
有些功能模块需要指定输出的寄存器，如下图所示，在没有指定输出位置时，可能会出现错误。
七、CPU模块用指令
1、对应官方文档
2、 顺控程序指令
相关概念：
顺控，即顺序控制，表示条件满足时执行相应的动作，如：在过程控制中，开关量的阀门需要一定条件触发其开关，而这些条件之间又有先后顺序的关系，所以就需要统一的管理，一个一个地执行，因此称为顺序控制。
程控，即程序控制，也就是通过事先编制好的固定程序实现的自动控制，即现有程序，后有控制过程，控制过程地搭建过程完全按照程序进行搭建。
触点指令，其功能与实际的继电器电路中的触点功能相似。触点指令在FX5U中包含包运算开始、串联连接、并联连接、脉冲运算开始、脉冲串联连接、脉冲并联连接、脉冲否定运算开始、脉冲否定串联连接、脉冲否定并联连接。
合并指令，其功能有多种解释，对于梯形图块串联连接、并联连接，可以理解为逻辑块之间的串联或并联；对于运算结果推入、读取、弹出、取反、脉冲化，可以理解为对运算结果的进一步处理；
输出指令，即控制线圈动作的指令，如：OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态定时器、计数器的线圈驱动指令，对输入继电器不能使用。
移位指令，即按位移动的指令，这个就像是计算机中二进制的移位运算，只不过在PLC中的对象可以是位元件。
主控制指令，即控制程序是否进入某个程序段中，包含主站控制开始（MC）、主站控制解除（MCR），如：当MC指令执行时，MC和MCR之间的梯形图会被执行。当MC没有执行时，MC和MCR之间的梯形图会被忽略，不占用PLC周期。
结束指令，即用于结束主程序或顺控程序的指令，如：主程序结束后可以进入子程序或中断程序中，而顺控程序的结束代表着整个程序的结束，这是二者的区别。
停止指令，即作用于顺控程序，使其暂时停止，直到开关被置为RUN后才继续运行。
3、 基本指令
相关概念：
基本指令，即比较常用的一些指令，如：编写梯形图或语句表、SFC图等指令。
比较运算指令，即用于运算比较的指令，可理解为条件判断的指令之一，是基本指令的一种。
算数运算指令，即用于加减乘除的指令。
逻辑运算指令，即用于逻辑与或非的指令。
位处理指令，即对位的处理指令。
数据转换指令，即用于转换数据的指令。
数字开关指令，即用于输入BCD码开关数据的专用指令，可用来读入1组或2组4位数字开关的设置值。
数据传输指令，即用于将数据赋值给寄存器。
4、应用指令
相关概念：
应用指令，即一些特殊功能用的指令，如：运算、比较、转换以及通信等指令。
旋转指令，即对数据进行旋转的指令，可理解为数据处理的一种，是应用指令的一种。
程序分支指令，即用于处理程序分支的指令。
程序执行控制指令，即用于中断程序、恢复程序的指令。
结构化指令，即用于处理子程序的指令，可调用子程序。结构化指令能够模块化程序，而程序分支指令用于处理程序分支，二者不一样。
数据表操作指令，即可以通过操作表格的方式对表格的数据进行读写操作。
数据读取/写入指令，即可以操作存储的数据。
文件操作指令，即对文件进行读写操作。
扩展文件寄存器操作指令，即操作扩展文件寄存器的指令。
字符串处理指令，即可对字符串进行合并、切割、比较、传输、转换等操作的指令。
随机数指令，即生成随机数的指令。
变址寄存器操作指令，即用于操作变址寄存器的指令。
数据控制指令，即可以对数据进行范围等限制，以限制数据，避免错误。
（其它指令还有很多，这里不再列举）
5、步梯形图指令
相关概念：
步梯形图指令，即步进梯形图指令，其实就是状态步的前进，即状态步的顺序执行，一步一步地往下走，直到整个顺序控制程序执行完毕，包含步梯形图开始（STL）、步梯形图结束（RETSTL）。
6、PID控制指令
相关概念：
PID控制指令，即继承了PID控制算法的指令，能够根据输入变化量，进行用于改变输出值的PID控制。
7、SFC程序用指令
相关概念：
SFC程序用指令，即顺序功能图（Sequeential Function Chart），简称“SFC”，是一种新颖的、按照工艺流程图进行编程的图形编程语言。这是一种IEC标准推荐的首选编程语言。也就是这些指令只能在顺序功能图上使用。
八、关于《MELSEC iQ-F FX5编程手册(指令/通用FUN/FB篇)》的使用
通过上述“四”到“七”章的阅读，我们知道《MELSEC iQ-F FX5编程手册(指令/通用FUN/FB篇)》主要是对指令的解析。因为指令很多，我们应该按需查阅，并不一定要一下子全部了解或理解。我们应该以如下方式去使用该手册：
1、正确理解PLC的相关概念
只有正确理解PLC的相关概念，才能更好地阅读手册，更好地理解命令地使用。
2、按需查阅命令
如果能够全部了解PLC命令的使用，将是再好不过了，至少熟练掌握了PLC的相关命令，使用起来肯定得心应手，即使不能完全了解也没问题，只要会查阅手册即可。
3、理解手册的使用
在第“四”章中，我们详细描述了手册的使用，要想更清晰的理解手册的描述，应该结合实际代码去理解，这样才能更好地了解命令地使用。
九、关于《MELSEC iQ-F FX5编程手册(程序设计篇)》的使用
后续章节的学习，主要是对《MELSEC iQ-F FX5编程手册(程序设计篇)》的学习，在该文档中，我们将学会一些编程思想、程序组织等。在学习该文档前，最好先阅读《MELSEC iQ-F FX5编程手册(指令/通用FUN/FB篇)》，这样能更好理解程序设计的逻辑。我们应该以如下方式去使用该手册：
1、了解PLC能够使用的语言
本文使用的是梯形图语言，编程思想也是基于此。如果使用其他语言，编程思想是有所差异的。
2、了解PLC的程序配置
如下图描述的是程序的组织，使用不同文件去组织程序，能够提供代码的可读性。掌握i不同文件的使用，能够灵活组织程序，以达到编程目的，避免杂乱无章，逻辑混乱。
十、程序部件
1、程序部件的交互逻辑
如图，描述的是程序的交互逻辑，即程序块是一个包含梯形图程序的文件，可理解为模块文件，它可以引用程序部件FB或函数。
程序块可以有多个文件，在这些文件中，程序块的优先级本身是平级的，它可以通过GX Work3进行编排，以确定其运行的优先级。
函数可以嵌入程序块或FB中，可以是系统内置的函数（如PLC命令），也可以是自定义的函数（如多个命令的组合）。
FB与函数不同，不能保持返回值。但FB能将值保存在变量中，因此也能保持输入状态及处理结果。在下一次处理中使用保持后的值，因此即使为相同的输入值也不一定每次都输出相同的结果。
2、使用程序部件搭建工程，并运行程序
（1）新建函数与调用
（2）新建功能块与调用
（3）新建程序块与调用
通过上面的（1）、（2），我们实际上将函数、功能块分别放到了不同的程序块中，执行顺序也为默认的ProgPou2 -> ProgPou3，而顺序的修改方式如下：
（4） 函数与功能块的区别
函数不占用额外的存储资源，对于非多次调用的程序更易理解；而功能块有独立的存储区，再多次被调用时，参数修改方便，易于移植。某种意义上，功能块能实现的功能，函数也能实现，反之亦然。
十一、标签
十二、梯形图语言
十三、总结
官方文档已经详细说明了PLC的编程方式，但是对小白并不算友好。而且，网上的编程资源不像python、C++等语言容易找到。加上不同厂家的PLC不同，就更不容易找到指定资源了。要精通PLC，其实很有挑战性，若要精通各厂家的PLC，那属实不易。不过，万变不离其中，只要建立了编程思想，就会知道某种意义上，其实它们是相通的。不管怎样，读懂官方文档，再加上一些实战项目，开发PLC程序才能得心应手！