1、可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术第第4章章 梯形图程序的梯形图程序的设计方法设计方法主要内容：主要内容：n 基本电路分析基本电路分析n 开关量控制系统梯形图的设计方法开关量控制系统梯形图的设计方法一、梯形图的基本电路一、梯形图的基本电路 1、起动、起动-保持保持-停止电路停止电路 图图4.1 起保停电路起保停电路图图4.2 异步电动机正反转电路异步电动机正反转电路2、三相异步电动机正反转控制电路、三相异步电动机正反转控制电路KM1、KM2：控制正转运行控制正转运行与反转运行的与反转运行的交流接触器交流接触器FR：手动复位：手动复位的热继电器的热继电器主回路主回路控制回路控制回路停止按钮
2、停止按钮正转启动按钮正转启动按钮图图4.3 异步电动机正反转电路异步电动机正反转电路的的PLC外部接线图与梯形图外部接线图与梯形图要点：要点：n 两个起保停电路分别控两个起保停电路分别控制电动机的正转和反转制电动机的正转和反转n 互锁系统互锁系统：Y0与与Y1的常的常闭触点分别与对方的线闭触点分别与对方的线圈串连，保证它们不会圈串连，保证它们不会同时接通。同时接通。n 按钮互锁：按钮互锁：将将XO、X1的常闭触点分别与线圈的常闭触点分别与线圈Y1、Y0串连，保证串连，保证Y1、Y0不会同时接通。不会同时接通。n 硬件互锁电路：硬件互锁电路：PLC输输出电路中出电路中KM1、KM2的的辅助常闭触
3、点组成。辅助常闭触点组成。n 问题的提出：问题的提出： FX系列定时器的最长定时时间为系列定时器的最长定时时间为3276.7s，如果要定更，如果要定更长时间怎么办？长时间怎么办？3、 定时器计数器应用程序定时器计数器应用程序 (1) 定时范围的扩展定时范围的扩展n 方法一：方法一： 利用辅助继电器利用辅助继电器M8014的触点向计数器提供周期为的触点向计数器提供周期为1min的时钟脉冲，可把单个计数器的最长定时时间延长为的时钟脉冲，可把单个计数器的最长定时时间延长为32767min。n 方法二：方法二： 利用程序设定，图利用程序设定，图4.4所示所示图图4.4 定时范围的扩展定时范围的扩展设设
4、T0和和C0的设定值分别为的设定值分别为KT和和KC，对于，对于100ms定时定时器，总的定时时间为：器，总的定时时间为：0.1( )TCTK Ks图图4.5 闪烁电路闪烁电路(2) 闪烁电路闪烁电路Y0“通电通电”和和“断电断电”的时间由的时间由T1和和T0的设的设定值决定。定值决定。图图4.6 延时接通延时接通/断开电路断开电路(3) 延时接通延时接通/断开电路断开电路PLC程序设计常用的方法程序设计常用的方法 1. 经验设计法经验设计法2. 继电器控制电路转换为梯形图法继电器控制电路转换为梯形图法3. 顺序控制设计法顺序控制设计法4.2 梯形图的经验设计法梯形图的经验设计法经验设计法经验
5、设计法: :n 在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称为经验设计法。经验设计法用于较简单的梯形为经验设计法。经验设计法用于较简单的梯形图设计。应用经验设计法必
6、须熟记一些典型的图设计。应用经验设计法必须熟记一些典型的控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路等。控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路等。 例：例： 送料小车自动控制系统的梯形图设计送料小车自动控制系统的梯形图设计要解决的问题：要解决的问题：送料小车在限位开关送料小车在限位开关X4处装料，处装料，10S后装料结后装料结束，开始右行，碰到束，开始右行，碰到X3后停下来卸料，后停下来卸料，15S后后左行，碰到左行，碰到X4后又停下后又停下来装料，如此循环往复。来装料，如此循环往复。设计过程：设计过程： 根据问题描述我们想到了根据问题描述我们想到了电动机正反转控制系统电动机正反转控制系统。 再考虑需修
7、改的地方：要再考虑需修改的地方：要增加时间控制和限位开关控增加时间控制和限位开关控制。制。用经验法设计梯形图存在的问题：用经验法设计梯形图存在的问题：1) 1) 设计方法很难掌握，设计周期长。设计方法很难掌握，设计周期长。 没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性；的试探性和随意性； 在设计复杂的梯形图时，由于要考虑的因素很多，在设计复杂的梯形图时，由于要考虑的因素很多，往往交织在一起，分析起来非常困难。往往交织在一起，分析起来非常困难。2) 2) 装置交付使用后维修困难。装置交付使用后维修困难。 用经验设计法设计出的梯形图往往非常复
8、杂，分用经验设计法设计出的梯形图往往非常复杂，分析起来非常困难，给析起来非常困难，给PLC控制系统的维修和改进控制系统的维修和改进带来了很大困难。带来了很大困难。4.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法根据继电器电路图设计梯形图的方法 因为老的继电器控制系统已被证明能完成系统要求的控因为老的继电器控制系统已被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路图因此可以将继电器电路图“翻译翻译”成梯形图，用成梯形图，用PLC的的硬件和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。硬件和梯形图软件来实现继电器控制系统的
9、功能。 这种设计方法的优点：这种设计方法的优点：改造前后的系统没有太大区别，操作工人易适应。改造前后的系统没有太大区别，操作工人易适应。一般不需改动控制面板和它上面的器件，可减少硬件一般不需改动控制面板和它上面的器件，可减少硬件改造的费用和改造的工作量。改造的费用和改造的工作量。4.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法根据继电器电路图设计梯形图的方法 步骤：步骤：（1）熟悉现有的继电器控制线路。）熟悉现有的继电器控制线路。（2）对照）对照PLC的的I/O端子接线图，将继电器电路图上的被端子接线图，将继电器电路图上的被控器件（如接触器线圈、指示灯、电磁阀等）换成接线控器件（如接触器线圈、指示灯、
10、电磁阀等）换成接线图上对应的输出点的编号，将电路图上的输入装置（如图上对应的输出点的编号，将电路图上的输入装置（如传感器、按钮开关、行程开关等）触点都换成对应的输传感器、按钮开关、行程开关等）触点都换成对应的输入点的编号。入点的编号。（3）将继电器电路图中的中间继电器、定时器，用）将继电器电路图中的中间继电器、定时器，用PLC的辅助继电器、定时器来代替。的辅助继电器、定时器来代替。（4）画出全部梯形图，并予以简化和修改。）画出全部梯形图，并予以简化和修改。例：例： 某卧式镗床继电器电路某卧式镗床继电器电路 熟悉现有的继电器控制线路熟悉现有的继电器控制线路 该镗床电机能实现高、低该镗床电机能实现
11、高、低速运转；正、反转运行；速运转；正、反转运行； 可通过开关按钮及限位开可通过开关按钮及限位开关实现对它的相应操作。关实现对它的相应操作。 确定输入信号和输出负载，并画出确定输入信号和输出负载，并画出PLC的外部接线图的外部接线图中间继电器中间继电器ZZJ 辅助继电器辅助继电器M200中间继电器中间继电器ZFJ 辅助继电器辅助继电器M201时间继电器时间继电器SJ 定时器定时器T0 确定辅助继电器和定时器的元件号确定辅助继电器和定时器的元件号根据需要增设根据需要增设的中间单元的中间单元注意事项注意事项:(1) 应遵守梯形图语言的语法规定应遵守梯形图语言的语法规定 梯形图中的线圈应放在最右边梯
12、形图中的线圈应放在最右边注意事项注意事项:(1) 应遵守梯形图语言的语法规定应遵守梯形图语言的语法规定 在梯形图中最好将继电器电路图中连在一起的线圈在梯形图中最好将继电器电路图中连在一起的线圈对应的控制电路分开。对应的控制电路分开。 注意事项：注意事项：(2) 尽量减少尽量减少PLC的输入信号和输出信号的输入信号和输出信号 因因PLCPLC的价格与的价格与I/OI/O点数有关，因此要减少点数有关，因此要减少I/OI/O点数以降点数以降低硬件费用。低硬件费用。 如果继电器电路图中几个输入元件触点的串并联电路只如果继电器电路图中几个输入元件触点的串并联电路只出现一次，或者作为整体多次出现，可将它们
13、作为出现一次，或者作为整体多次出现，可将它们作为PLCPLC的的一个输入信号，只占一个输入点。例图一个输入信号，只占一个输入点。例图4.114.11中的中的2JPK2JPK的的常开触点和常开触点和2ZPK2ZPK的常闭触点的并联电路的常闭触点的并联电路图图4.14 局部等效电路图局部等效电路图注意事项：注意事项：(2) 尽量减少尽量减少PLC的输入信号和输出信号的输入信号和输出信号图图4.14 局部等效电路图局部等效电路图 又如又如1ZPK1ZPK和和1JPK1JPK的常开触点的串联电路，还有一个它们的常开触点的串联电路，还有一个它们的常闭触点的并联电路，因的常闭触点的并联电路，因 , ,即即
14、1ZPK1ZPK与与1JPK1JPK的常开触点的串联电路对应的的常开触点的串联电路对应的“与与”逻辑表达式逻辑表达式取反后，即为它们的常闭触点的并联电路对应的逻辑表取反后，即为它们的常闭触点的并联电路对应的逻辑表达式。因此可将达式。因此可将1ZPK1ZPK与与1JPK1JPK的常开触点的串联电路作为的常开触点的串联电路作为一个输入信号。一个输入信号。1ZPK 1JPK1ZPK+1JPK注意事项注意事项: (3) 适当地设置中间单元适当地设置中间单元 例梯形图例梯形图4.134.13中增加的辅助继电器中增加的辅助继电器M202M202注意事项注意事项: (3) 适当地设置中间单元适当地设置中间单
15、元 例梯形图例梯形图4.134.13中增加的辅助继电器中增加的辅助继电器M202M202注意事项注意事项:(4) 异步电动机正反转的外部联锁电路异步电动机正反转的外部联锁电路 注意事项注意事项: (5) 外部负载的额定电压外部负载的额定电压 PLCPLC的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块一般最的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块一般最高只能驱动额定电压高只能驱动额定电压AC220VAC220V的负载，如果系统原来的的负载，如果系统原来的交流接触器的线圈是交流接触器的线圈是380V380V的，应换成的，应换成220V220V的。的。4.4 顺序控制设计法与顺序功能图顺序控制设计法与顺序功能图一
16、、顺序控制设计法一、顺序控制设计法 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，各个执行机构在生产过程中根各个输入信号的作用下，各个执行机构在生产过程中根据外部输入信号、内部状态和时间的顺序，自动而有秩据外部输入信号、内部状态和时间的顺序，自动而有秩序地进行操作。序地进行操作。 如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作或工如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作或工序，且这些动作或工序必须严格按照一定的先后次序执序，且这些动作或工序必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产的正常进行，这样的控制系统称为顺序行才能
17、保证生产的正常进行，这样的控制系统称为顺序控制系统。控制系统。 4.4 顺序控制设计法与顺序功能图顺序控制设计法与顺序功能图一、顺序控制设计法一、顺序控制设计法 所谓顺序控制设计法，就是根据顺序功能图，以步为核所谓顺序控制设计法，就是根据顺序功能图，以步为核心，用转换条件控制代表各步的编程元件，从起始步开心，用转换条件控制代表各步的编程元件，从起始步开始使它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的始使它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制各输出继电器。编程元件去控制各输出继电器。 顺序功能图顺序功能图SFC(Sequential Function Chart)SFC(Se
18、quential Function Chart)就是描述就是描述控制系统的控制过程、功能及特性的一种图形。顺序功控制系统的控制过程、功能及特性的一种图形。顺序功能图的三要素是步、转换条件与动作。能图的三要素是步、转换条件与动作。 二、二、 顺序功能图顺序功能图 1 1、步、步 将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步。步是根据输出量的状态划分的。用编这些阶段称为步。步是根据输出量的状态划分的。用编程元件（辅助继电器程元件（辅助继电器M M或状态或状态S S）代表各步。）代表各步。图图4.15 步的划分步的划分图图4.17 顺
19、序功能图顺序功能图 初始步：初始步：与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。在始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。在顺序功能图中初始步用双线框表示，一般步用矩形框表顺序功能图中初始步用双线框表示，一般步用矩形框表示，矩形框中用数字表示步的编号。示，矩形框中用数字表示步的编号。 活动步：活动步：当系统正处于某一步所在的阶段时，称该步处当系统正处于某一步所在的阶段时，称该步处于活动状态，该步为于活动状态，该步为“活动步活动步”。2 2、动作、动作 被控系统在某一步中要完成某些被控系统在某一步中要完成某些
20、“动作动作”；在顺序功能；在顺序功能图中动作用矩形框表示，矩形框可用文字或符号表示。图中动作用矩形框表示，矩形框可用文字或符号表示。 3 3、转换条件、转换条件 使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可能是外部输入信号，也可能是条件可能是外部输入信号，也可能是PLCPLC内部产生的信号，内部产生的信号，还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。图图4.19 转换与转换条件转换与转换条件转换条件转换条件X(X):表示当表示当X(X)为为1(0)状态时转换实现。状态时转换实现。 X( X)：表示当：
21、表示当X从从01(10)状态时转换实现。状态时转换实现。图图4.17 顺序功能图顺序功能图有向连线有向连线: : 在顺序功能图中，有向连线将代表各步的在顺序功能图中，有向连线将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序排列并连接起来。方框按它们成为活动步的先后次序排列并连接起来。转换：转换：将相邻各步分隔开，在有向连线上用与有向连将相邻各步分隔开，在有向连线上用与有向连线垂直的的短划线表示。线垂直的的短划线表示。转换条件：转换条件：标注在表示转换的短线的旁边，可以是文标注在表示转换的短线的旁边，可以是文字语言、布尔代数表达式或图形符号。字语言、布尔代数表达式或图形符号。 三、顺序功能图的基本结构
22、三、顺序功能图的基本结构(1) (1) 单序列单序列 由一系列相继激活的步组成，每一步由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅接有一个转换，每一个转换的后面仅接有一个转换，每一个转换的后面只有一个步。的后面只有一个步。三、顺序功能图的基本结构三、顺序功能图的基本结构(2) (2) 选择序列选择序列 选择序列的开始称为分支，转换选择序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平连线之下。符号只能标在水平连线之下。 选择序列的结束称为合并，转换选择序列的结束称为合并，转换符号只允许标在水平连线之上。符号只允许标在水平连线之上。三、顺序功能图的基本结构三、顺序功能图的基本结构(3) (3) 并行序列并行序
23、列 并行序列用来表示系统的几个同并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。时工作的独立部分的工作情况。 并行序列中的水平连线用双线表示，并行序列中的水平连线用双线表示，且只允许有一个转换符号。且只允许有一个转换符号。 并行序列的开始称为分支，结束称并行序列的开始称为分支，结束称为合并。为合并。四、顺序功能图中转换实现的基本规则四、顺序功能图中转换实现的基本规则1、 转换实现的条件转换实现的条件 该转换所有的前级步都是活动步；该转换所有的前级步都是活动步； 相应的转换条件得到满足。相应的转换条件得到满足。图图4.24 转换的同步实现转换的同步实现四、顺序功能图中转换实现的基本规则四
24、、顺序功能图中转换实现的基本规则2、转换实现应完成的操作、转换实现应完成的操作 使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；变为活动步； 使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步；变为不活动步；顺序功能图的特点：顺序功能图的特点：n 两个步必须用一个转换将它们分隔开，不能直接相连；两个步必须用一个转换将它们分隔开，不能直接相连；n 两个转换必须用一个步将它们分隔开，不能直接相连；两个转换必须用一个步将它们分隔开，不能直接相连；n 顺序功能图中的初始步是必不可少的；一方面是因为该步与顺序功能图中的初始步是必不可少的；一方面是因为该步与它的相邻步相比，从总体上说输出变量的状态并不相同；另它的相邻步相比，从总体上说输出变量的状态并不相同；另一方面如果没有该步，系统无法返回初始停止状态。一方面如果没有该步，系统无法返回初始停止状态。n 自动控制系统多次重复执行同一工艺过程，在顺序功能图中自动控制系统多次重复执行同一工艺过程，在顺序功能图中一般应有步和有向连线组成的闭环，即从最后一步返回初始一般应有步和有向连线组成的闭环，即从最后一步返回初始步。步。n 用一个适当的信号将初始步置为活动步。用一个适当的信号将初始步置为活动步。图图4.17 顺序功能图顺序功能图
