《可编程控制器原理与应用》第四章 可编程控制器的程序设计(63P).ppt

第四章 可编程控制器的程序设计 第一节 梯形图经验设计法 经验设计方法也叫试凑法，这种设计方法需要设计者掌握大量常用 基本环节梯形图程序，在此基础上，充分理解实际的控制问题，将 实际控制问题分解成基本环节梯形图程序，然后用基本环节梯形图 程序或修改的基本环节梯形图程序进行拼凑梯形图。 经验设计法设计的最终结果不是唯一的，设计所花时间与设计质量 跟设计者的经验有很大关系，其设计周期长，不易掌握，系统交付 使用后，维修困难，一般适用于比较简单的程序设计。 第一节 梯形图经验设计法 常用基本环节梯形图程序 1.起动、保持和停止电路 2.三相异步电动机正反转 控制电路 3.常闭触点输入信号的处 理 4.多继电器线圈控制电路 5.多地控制电路 6.互锁控制电路 7.顺序起动控制电路 8.集中与分散控制电路 9.自动与手动控制电路 10.闪烁电路 11.延合延分电路 12.定时范围扩展电路 13.分频电路 第一节 梯形图经验设计法 一、起动、保持和停止电路 第一节 梯形图经验设计法 实现y0的启动、保持和停止的四种 梯形图如图所示。 二、三相异步电动机正反转控制电路 如图所示是三相异步电动机正反转控制的外部接线图和梯形图 第一节 梯形图经验设计法 在梯形图中，用两个起保停电路分别来控制电动机的正转和反转。按下正 转起动按钮sb2，x0变为on，其常开触点接通，y0的线圈“得电”并自保持 ，使km1线圈通电，电动机开始正转。按下停止按钮sb1，x2变为on，其 常闭触点断开，使y0线圈“失电”，电动机停止运行。 三、常闭触点输入信号的处理 如图所示控制电动机的继电器电路图。如果输入信号由常开触点 提供，梯形图中的触点类型与继电器电路的触点类型完全一致。 如果接入plc的是输入信号的常闭触点，这时在梯形图中所用的 x1的触点的类型与plc外接sb2的常开触点时刚好相反，与继电 器电路图中的习惯也是相反的。建议尽可能采用常开触点作为 plc的输入信号。 第一节 梯形图经验设计法 四、多继电器线圈控制电路 下图是可以自锁的同时控制4个输出继电器的梯形图。其中x0 为起动信号，x1为停止信号。 第一节 梯形图经验设计法 五、多地控制电路 下图是两个地方控制一个继电器线圈的程序。其中x0和x1为 一个地方的控制信号，x2和x3是另一个地方的控制信号。 第一节 梯形图经验设计法 六、互锁控制电路 下图是3个输出线圈的互锁电路。其中x0、x1和x2是起动 信号，x3是停止信号。由于y0、y1、y2每次只能有一个接 通，所以将y0、y1、y2的常闭触点分别串联到其它两个线 圈的控制电路中。 第一节 梯形图经验设计法 七、顺序起动控制电路 如图所示。y0的常开触点串在y1的控制回路中，y1的接通是 以y0的接通为条件。这样，只有y0接通才允许y1接通。y0关 断后y1也被关断停止，而且y0接通条件下，y1可以自行接通 和停止。 第一节 梯形图经验设计法 八、集中与分散控制电路 在多台单机组成的自动线上，有在总操 作台上的集中控制和在单机操作台上分 散控制的联锁。集中与分散控制的梯形 图如图4.10所示。x2为选择开关，以 其触点为集中控制与分散控制的联锁触 点。当x2为on时，为单机分散起动控 制；当x2为off时，为集中总起动控制 。在两种情况下，单机和总操作台都可 以发出停止命令。 第一节 梯形图经验设计法 九、自动与手动控制电路 在自动与半自动工作设备中，有自动控 制与手动控制的联锁，如图所示。输入 信号x1是选择开关，选其触点为联锁 型号。当x1为on时，执行主控指令， 系统运行自动控制程序，自动控制有效 ，同时系统执行功能指令cj p63，直 接跳过手动控制程序，手动调整控制无 效。当x1为off时，主控指令不执行， 自动控制无效，跳转指令也不执行，手 动控制有效。 第一节 梯形图经验设计法 十、闪烁电路 当拨动开关将x0接通，启动脉冲发生器。延时2s后y0接通，再 延时1s后y0断开。这一过程周期性地重复。y0输出一系列脉冲 信号，其周期为3s，脉宽为1s。 第一节 梯形图经验设计法 十一、延合延分电路 如图所示用x0控制y0，当x0的常开触点为on后，t0开始定时，10s 后t0的常开触点接通，使y0变为on。x0为on时其常闭触点断开， 使t1复位，x0变为off后t1开始定时，5s后t1的常闭触点断开，使 y0变为off，t1也被复位。y0用起动、保持、停止电路来控制。 第一节 梯形图经验设计法 十二、定时范围扩展电路 fx2n系列plc定时器的最长定时时间为3276.7s，如果需要更长的定 时时间，可以采用以下方法以获得较长延时时间： 多个定时器组合电路 定时器和计数器组合 第一节 梯形图经验设计法 十二、定时范围扩展电路 1、多个定时器组合电路 如图所示，当x0接通，t0线圈得电并开始延时（3000s），延时到t0常开 触点闭合，又使t1线圈得电，并开始延时（3000s），当定时器t1延时到， 其常开触点闭合，再使t2线圈得电，并开始延时（3000s），当定时器t2延 时到，其常开触点闭合，才使y0接通。因此，从x0为on开始到y0接通共延 时9000s。 第一节 梯形图经验设计法 十二、定时范围扩展电路 2、定时器和计数器组合 最上面一行梯形图是一个脉冲 信号发生器，脉冲周期等于t1 的设定值。 t1产生的脉冲列送 给c1计数，计满3个数后，c1 的当前值等于设定值，它的常 开触点闭合，y0开始输出。 第一节 梯形图经验设计法 十三、分频电路 用plc可以实现对输入信号的任意分频，如图所示是实现信号二分 频的梯形图。 第一节 梯形图经验设计法 第四章 可编程控制器的程序设计 第二节 继电器电路移植法 用plc改造继电器控制系统时，因为原有的继电器控制系统经过长期 的使用和考验，已被证明能够完成系统要求的控制功能，而且继电 器电路图与梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此 可以根据继电器电路图设计梯形图，即将继电器电路图转换为具有 相同功能的plc外部硬件接线图和梯形图。 第二节 继电器电路移植法 继电器控制电路移植法设计梯形图设计步骤 1. 了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。 2.确定plc的输入信号和输出负载，画出plc外部接线图。 3. 确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助 继电器m和定时器t的元件号。 4.根据上述对应关系画出梯形图并化简梯形图。 设计时注意：应遵守梯形图语言中的语法规定，设立中间单元，分离交织在 一起的电路，常闭触点提供的输入信号的处理，梯形图电路的优化设计，时 间继电器瞬动触点的处理，断电延时的时间继电器的处理，外部联锁电路的 设立，热继电器过载信号的处理，尽量减少plc的输入信号和输出信号，外 部负载的额定电压等方面。 第二节 继电器电路移植法 案例：plc控制的电动机正反转 第二节 继电器电路移植法 控制回路 主回路 第二节 继电器电路移植法 plc控制的电机正反转i/o点分配表 plc点名称连接的外部设备功能说明 x0sb1停止命令 x1sb2电机正转命令 x2sb3电机反转命令 x3fr常开电动机过载保护 y0km1控制电机正转 y1km2控制电机反转 第二节 继电器电路移植法 电机正反转控制plc的i/o点分配表 plc点名 称 连接的外部设备功能说明 x0sb1停止命令 x1sb2电机正转命令 x2sb3电机反转命令 x3fr常开 电动机过载保 护 y0km1控制电机正转 y1km2控制电机反转 plc控制电动机正反转外部接线图 第二节 继电器电路移植法 plc控制电动机正反转梯形图plc控制电动机正反转外部接线图 一、顺序控制设计法 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,根据内部状态和时间的顺序,在生产过程中各个执行机构自动地有 序地进行工作。使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程， 画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。 顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，程 序的调试、修改和阅读也很容易，并且大大缩短了设计周期，提高 了设计效率。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 二、顺序控制设计法的设计步骤 1、步的划分 2、转换条件的确定 3、顺序功能图的绘制 4、梯形图的绘制 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 1、步的划分 步的定义：将系统的工作过程划分成若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为 “步”。 步的划分：步是根据plc输出量的状态划分的。只要系统的输出量状态发生 变化，系统就从原来的步进入新的步。在每一步内plc各输出量状态均保持 不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。 例： 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 2、转换条件的确定 转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有 按钮、行程开关、定时器和计数器的触点的动作（通/断）等。转换 条件也可以是若干个信号的逻辑组合。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 3、顺序功能图的绘制 顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。 顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，是一种通用的 技术语言，可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流 。 顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令） 组成。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 转换条件 步动作或命令 转换 有向线段 3、顺序功能图的绘制 步：步在顺序功能图中用矩形框表示，一般用代表该步的编程元件（m和s ）的元件号作为步的编号，如m0等，这样在根据顺序功能图设计梯形图时 较为方便。 当系统正工作于某一步时，该步处于活动状态，称为“活动步”。步处于活动 状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非保持型动作被停 止执行。 控制过程刚开始阶段的活动步与系统初始状态相对应，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。在顺序功能图中初始步用 双线框表示，每个顺序功能图中至少应有一个初始步。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 3、顺序功能图的绘制 “动作”是指某步活动时，plc向被控系统发出的命令，或被控系统应执行的 动作。动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相 连接。如果某一步有几个动作，可以用下图中的两种画法来表示，但是并不 隐含这些动作之间的任何顺序。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 3、顺序功能图的绘制 步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时 ，其进展方向是从上到下、从左到右。如果不是上述方向，应在有向连线上 用箭头注明方向。 步的活动状态进展是由转换来完成。转换是用与有向连线垂直的短划线来表 示，步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换之间也同 样不能直接相连，必须有步隔开。 转换条件是与转换相关的逻辑命题。转换条件可以用文字语言、布尔代数表 达式或图形符号标注在表示转换的短划线旁边。例如转换条件x和 ，分别表 示当二进制逻辑信号x为“1”和“0”状态时条件成立； 转换条件x和x分别表 示当x从“1”（接通）到“0”（断开）和从“0”到“1”状态时条件成立。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 3、顺序功能图的绘制 步与步之间实现转换应同时具备两个条件： (1) 前级步必须是活动步。 (2) 对应的转换条件成立。 当同时具备以上两个条件时，才能实现步的转换。即所有由有向连 线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步，而所有由有向连线 与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 3、顺序功能图的绘制 根据步与步转换的不同情况，顺序功能图有以下几种结构形式： 单序列结构 选择序列结构 并行序列结构 子步结构 跳步、重复和循环序列结构 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 顺序功能图的单序列结构形式最为简单，它由一系列按顺序 排列、相继激活的步组成。每一步的后面只有一个转换，每 一个转换后面只有一步 。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 选择序列有开始和结束之分。选择序列的开始称为分支，选择序 列的结束称为合并。 选择序列的分支是指一个前级步后面紧接着有若干个后续步可供 选择，各分支都有各自的转换条件。分支中表示转换的短划线只 能标在水平线之下。 选择序列的合并是指几个选择分支合并到一个公共序列上。各分 支也都有各自的转换条件，转换条件只能标在水平线之上。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 并行序列也有开始和结束之分。并行序列的开始也称为分支，并 行序列的结束也称为合并。 并行序列的分支指当转换实现后将同时使多个后续步激活。为了 强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。 并行序列的合并。当直接连在双线上的所有前级步都为活动步时 ，且转换条件成立，才能使转换实现。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 在绘制复杂控制系统顺序功 能图时，为了使总体设计时 容易抓住系统的主要矛盾， 能更简洁地表示系统的整体 功能和全貌，通常采用子步 的结构形式，可避免一开始 就陷入某些细节中。 所谓子步的结构是指在顺序 功能图中，某一步包含着一 系列子步和转换。 跳步、重复和循环序列结构实际上都是选择序列结构 的特殊形式 。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 绘制顺序功能图的注意事项： （1）两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开；两个转换也 不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。 （2）顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，初始步 可能没有输出处于on状态，但初始步是必不可 少的。 （3）自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺 序功能图中 一般应有由步和有向连线组成的闭环。 （4）在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能 变成活动步。因此在进入run工作方式时，必 须用初始化脉冲m8002的常 开触点作为转换条件，将初始 步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有 活动步，系统 将无法工作。 第三节 顺序控制设计法与顺序功能图 4、梯形图的绘制 根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。 常用的设计方法有三种：起保停电路设计法、以转换为中心设 计法、步进顺控指令设计法。 第四章 可编程控制器的程序设计 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 根据控制系统的顺序功能图设计梯形图的方法，称为顺 序控制梯形图的编程方法。本节介绍使用起动、保持、 停止电路的编程方法和以转换为中心的编程方法。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 一、使用起保停电路的编程方法 根据顺序功能图设计梯形图时，可用辅助继电器m来代表各步。某一步为活 动步时，对应的辅助继电器为on，某一转换实现时，该转换的后续步变为活 动步，前级步变为不活动步。很多转换条件都是短信号，即它存在的时间比 它激活的后续步为活动步的时间短，因此应使用有记忆（或称保持）功能的 电路来控制代表步的辅助继电器。常用的有起动、保持、停止电路和置位、 复位指令组成的电路。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 1、使用起保停电路的单序列结构的编程方法 案例：小车往返运动控制。下图是某小车运动的示意图。该系统的i/o分配为 ：x0x2限位开关，x3起动按钮，y0左行接触器，y1右行接触器 。设小车在初始位置时停在右边，限位开关x2为on。按下起动按钮x3后，小 车向左运动，碰到限位开关x1时，变为右行；返回限位开关x2处变为左行， 碰到限位开关x0时，变为右行，返回起始位置后停止运动。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 1、单序列结构的编程方法 分析：一个工作周期可以 分为一个初始步和4个运动 步，分别用m0m4来代表 这5步。起动按钮x3、限位 开关x0x2的常开触点是 各步之间的转换条件。该 系统的顺序功能图、梯形 图如图所示。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 2、使用起保停电路的选择序列结构的编程方法 案例：自动门控制系统。该系统的i/o分配为：x0感应器，x1开门减速 开关， x2开门极限开关， x4关门减速开关， x5关门极限开关， y0 高速开门，y1减速开门， y2高速开门，y3减速开门。 动作要求：人靠近自动门时，感应器x0为on，y0驱动电动机高速开门，碰到 开门减速开关x1时，变为低速开门。碰到开门极限开关x2时电动机停转，开 始延时。若在0.5s内感应器检测到无人，y2起动电动机高速关门。碰到关门 减速开关x4时，改为低速关门，碰到关门极限开关x5时电动机停转。在关门 期间若感应器检测到有人，停止关门，t1延时0.5s后自动转换为高速开门。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 2、选择序列结构的编程方法 该系统的顺序功能图、梯形图如图所示。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 3、使用起保停电路的并行序列结构的编程方法 并行序列结构的顺序功能图、梯形图如图所示。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 4、仅有两步的闭环的处理 如果在顺序功能图中有仅由两步组成的小闭环，用起动、保持、停 止电路设计的梯形图不能正常工作。解决方法是在在小闭环中增设 一步。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 二、以转换为中心的编程方法 如图所示，在梯形图中，可以用m1和x1的常开触点组成的串联电路来 表示实现步的转换需要满足的条件。该电路接通时，两个条件同时满 足，此时应完成两个操作：将该转换的后续步变为活动步（用set m2 指令将m2置位）和将该转换的前级步变为不活动步（用rst m1指令 将m1复位），这种编程方法与转换实现的基本规则之间有着严格的对 应关系。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 1、以转换为中心的单序列结构的编程方法 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 2、以转换为中心的选择序列结构的编程方法 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 3、以转换为中心的并行序列结构的编程方法 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 三、步进梯形指令的编程方法 许多plc都有专门 用于编制顺序控制程序的步进梯形指令及编程元 件。 fx系列plc的步进梯形指令为stl指令，还有一条使stl指令复位的 ret指令。利用这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序 。 步进梯形指令stl只有与状态继电 器s配合才具有步进功能。s0s9 用于初始步，s10s19用于自动返回原点。使用stl指令的状态继电 器的常开触点称为stl触点，没有常闭的stl触点。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 1、步进指令 从图中可以看出顺序功能图与梯形图之间的关系。用状态继电 器代表顺序功 能图各步，每一步都具有三种功能：负载的驱动处 理、指定转换条件和指定 转换目标。 图中stl指令的执行过程：当步s20为活动步时，s20的stl触点接通，负载 y0输出。如果转换条件x0满足，后续步s21被置位变成活动步，同时前级步 s20自动断开变成不活动步，输出y0也断开。 第四节 顺序控制梯形图的编程方法 1、步进指令 使用stl指令使新的状态置位，前一状态自动复位。stl触点接通后，与此 相连的电路被执行；当stl触点断开时，与此相连的电路停止执行。 stl触点与左母线相连，同一状态继电 器的stl触点只能使用一次（除了后 面介绍的并行序列的合并）。 与stl触点相连