LC原理与实验-第四章梯形图与顺序功能图设计简介.ppt

第四章梯形图与顺序功能图设计简介 第四章梯形图与顺序功能图设计 4 1梯形图的特点及绘制规则 4 2PLC程序设计方法 4 3顺序控制设计法中梯形图的编程方式 4 1梯形图的特点及绘制规则 梯形图是PLC程序设计使用最多的编程语言 被称为PLC的第一编程语言 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 梯形图又被称为PLC的电路图或程序 梯形图的设计称为编程 软继电器如果为 1 态 则表示梯形图中对应的软继电器的线圈 通电 其常开触点接通 常闭触点断开 该存储单元如果为 0 态 则表示梯形图中对应的软继电器的线圈 断电 其常开触点断开 常闭触点接通 能流的方向只能从左到右 从上到下 不能倒流 如果梯形图中出现了能流倒流的情况 则梯形图编写错误 利用能流的概念 有助于我们更好的理解和分析梯形图 梯形图两侧的垂直公共线称为母线 Busbar 分为左母线和右母线 借用能流的概念 可以想像左右母线之间有一个左正右负的直流电压 母线之间有 能流 从左向右流动 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状态 称为梯形图的逻辑解算 梯形图的逻辑解算是从左到右 从上到下的顺序进行的 1 梯形图中各编程元件按自上而下 从左到右的顺序排列 每个继电器线圈即对应一个逻辑行 或一层阶梯 每一个逻辑行起于左母线 然后是触点元件的连接 最后终止于线圈或右母线 注意 左母线和线圈之间一定要有触点 而线圈和右母线之间不能有任何触点 2 梯形图中的触点可以任意串联或并联 但继电器线圈只能并联不能串联 3 触点 常开或常闭 的使用次数不受限制 而一般情况下某个编号的线圈只能出现一次 4 在每一逻辑行中 串联触点多的支路应放在上方 如果串联触点多的支路在下方 则语句增多 程序变长 5 在每一逻辑行中 并联触点多的支路一放在左方 如果并联触点多的支路在右方 则语句增多 程序变长 6 梯形图中不允许一个触点上有双向 电流 通过 如果有双向 电流 通过 则该梯形图不可编程 应根据其逻辑功能作适当的等效变换 7 梯形图中 当多个逻辑行都具有相同条件时 为了节省语句数量 应将其合并 当相同条件复杂时 合并后可节约许多存储空间 这对小容量的PLC很有意义 8 如果电路结构复杂 用ALD OLD等指令难以处理 可以重复使用一些触点改成等效电路 9 在设计梯形图时 输入继电器的状态最好按输入设备全部为常开而进行设计更为合适 不易出错 如果某些信号只能用常闭输入 则可先按常开设计 然后在梯形图中对输入继电器的触点状态取反 根据语句表指令及梯形图的绘制规则 将语句表程序转换为梯形图程序 例1将语句表转换为梯形图 LDI0 0AI0 1LPSANI0 3 Q0 2LRDAI0 5 M3 7LPPANI0 4 Q0 4 例2将语句表转换为梯形图 由此可见 LAD与STL编程的根本区别在于 利用PLC指令对梯形图编程时 可以把整个梯形图程序看成由许多网络块组成 每个网络块均起始于母线 所有网络块组合在一起就是梯形图程序 例3将语句表转换为梯形图 LDI0 1OI0 2AI0 3OM0 1LDI0 4ANI0 5ONM0 2ALDONM0 3 Q0 0 例4将语句表转换为梯形图 LDI0 0ANI0 1LDNI0 2ANI0 3OLD LDI0 4AI0 5LDI0 6AI0 7OLD ALD Q0 0 例5将语句表转换为梯形图 LDI0 0ANI0 1AI0 2LDI0 4ANI0 5OI1 0ANI0 6OLD LDI0 3OI0 7ALDLDI1 1ANI1 2OLD Q0 0 7 2PLC程序设计方法 利用自身的常开触点使线圈持续保持通电状态 自锁 自锁电路使电动机连续运转 电机的起动 保持和停止电路 简称为起保停电路 在梯形图中应用很广 起保停PLC程序 可用S R指令来实现 由两个或多个常闭触点来保证线圈不会同时通电 思考 电动机正反转的PLC控制电路采用了哪些互锁 硬件互锁和软件互锁 当X0常开触点闭合后 第一次扫描到常闭触点T0时 T0线圈得电延时1s后T0常闭触点断开 定时器复位 同时T0常闭触点闭合 当第二次扫描时 又重复上述过程 因此每隔1s产生一个脉冲信号 占空比 指脉冲信号的接通时间与断开时间之比 X0常开闭合后 定时器T0线圈得电 延时2s后T0常开触点闭合 于是定时器T1线圈得电 同时Y0线圈得电 3s后T1定时时间到 T1常闭触点断开 于是T0断电复位 LDI0 0OQ0 0ANI0 2 Q0 0LDQ0 0TONT33 10000LDT33LDI0 2CTUC11 400LDC11LDI0 2CTUC12 400LDC12 Q1 0 计数器设定值均为400 C11和C12级联后总共计数400 400 在定时器100s的基础上 定时时间可达400 400 100s 4444 5小时 185天 无论X0接通的时间长短怎样 输出Y1的脉冲宽度都等于T1的定时时间2s Y1输出的脉冲叫作单脉冲 分析控制要求 选择控制原则 设计主令元件和检测元件 确定输入输出设备 设计执行元件的控制程序 检查修改和完善程序 经验设计法适合于具有一定实践经验 对典型单元比较熟悉的设计人员 进行较简单的控制系统的设计 经验设计法具有试探性和随意性的特点 没有规律可循 完全依赖于设计者的个人经验 如果用来设计复杂控制系统 则存在以下问题 考虑不周 设计麻烦 设计周期长梯形图的可读性差 系统维护困难 小车左行至限位位置 停止运行并开始装料装料 20s后装料结束 小车右行 小车右行至限位位置 停止右行并开始卸料 25s后卸料结束 小车左行 小车左行和右行相当于电机的正转和反转控制 而且要求互锁 因此以电机正反转控制的梯形图为基础 进行小车自动控制的梯形图设计 严格按照一定的先后次序运行的系统称为顺序控制系统 也叫步进控制系统 其控制总是按顺序一步一步的进行 顺序控制系统的三种基本类型 时间顺序 逻辑顺序 条件顺序 顺序控制设计法 是针对顺序控制的一种专门的设计方法 这种方法简单易学 容易为初学者所接受 程序的调试 修改和阅读也很方便 4 3顺序控制设计法中梯形图的编程方式 使用顺序控制设计法时 首先要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 主要有以下四个步骤 划分步确定转换条件绘制顺序功能图 SFC 将顺序功能图转换为梯形图 LAD 步的划分方法 根据PLC输出状态的变化来划分 在任何一步之内 输出状态不变 但是相邻步之间输出状态一定不同 根据被控对象工作状态的变化来划分 但是被控对象工作状态的变化是由于PLC输出状态的变化引起的 否则就不能这样划分 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 Step 第一步 所有灯灭第二步 红灯亮 其余灯灭 持续时间5s第三步 红灯灭 绿灯亮 黄灯灭 持续时间10s第四步 红灯灭 绿灯亮 黄灯亮 持续时间5s 注意 在任何一步之内 输出量的状态不变 但是相邻两步的状态一定要改变 转换条件 使系统由当前步转入下一步的信号 转换条件来源于三个方面 外部输入信号 如按钮开关 限位开关的接通 断开 PLC内部产生的信号 如定时器 计数器触点的接通 断开 若干信号的与 或 非逻辑组合 顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件 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 顺序功能图 SFC SequentialFunctionChart 是描述控制系统的控制过程 功能和特性的一种图形 也叫功能表图或流程图 SFC是一种通用的编程语言 它由步 转换条件 有向连线等组成 如果PLC支持SFC编程语言 则可以直接使用SFC作为最终程序 否则就要转换为LAD程序 步 有向连线 转换 转换条件和动作 步 系统的某一个状态 初始步 系统的初始状态 动作 施控系统向被控系统发出的命令 活动步 当系统中正处于某一步时 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 保持型动作 该步不再处于活动状态时 其动作仍然继续被执行 非保持型动作 该步不活动时 其动作停止执行 注意 在顺序功能图中 保持型动作应该用文字或助记符标注 而非保持型动作不要标注 有向连线 表示步的活动状态的进展方向 这种进展按有向连线规定的路线和方向进行 活动状态的进展方向习惯上是从上到下或从左至右 在这两个方向有向连线上的箭头 可以省略 如果不是上述方向 应在有向连线上用箭头注明进展方向 转换 与有向连线垂直的短划线 转换将相邻两个步分隔开 步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的 转换条件 是与转换相关的逻辑条件 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的旁边 符号X和X分别表示逻辑信号X为 1 和 0 态时 转换实现 符号X 和X 分别表示信号X从0 1和从1 0状态时 转换实现 布尔代数表达式 X0 X3 C0表示该表达式逻辑运算结果为 1 态时 转换实现 单序列由一系列相继激活的步组成 每一步的后面只有一个转换 每一个转换的后面只有一个步 选择序列一个活动步之后 紧跟着几个后续步可供选择 选择序列的开始称为分支 每个分支都有各自的转换条件 某一时刻只允许选择一个序列 选择序列的结束称为合并 并行序列转换的实现导致几个分支同时激活 为了强调转换的同步实现 有向连线的水平部分用双线表示 在表示同步的水平线上只有一个转换符号 并行序列的开始称为分支 结束称为合并 跳转 重复 循环 该转换的前级步必须是活动步 相应的转换条件得到满足 如果转换的前级步或后续步不止一个 转换的实现成为同步实现 为了强调同步实现 有向连线的水平部分用双线表示 同步实现 使所有由有向连线与该转换条件相连的后续步变为活动步 使所有由有向连线与该转换条件相连的前级步变为不活动步 以上规则适用于任意结构中的转换 转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图的基础 它适用于顺序功能图的各种结构 在单序列中 一个转换仅有一个前级步和一个后续步 在并行序列的分支处 转换有几个后续步 转换实现时要对后续步中的所有编程元件置位 在并行序列的合并处 转换有几个前级步 当所有前级步均为活动步时才可能实现转换 转换实现时要对前级步的所有编程元件复位 在选择序列的分支和合并处 一个转换只有一个前级步和一个后续步 但是一个步可能有多个前级步或后续步 关于 转换 的注意事项 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 可检验顺序功能图是否正确 初始步必不可少 顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的起始状态 由于初始步可能没有动作执行 因此很容易遗漏 如果没有初始步 无法表示初始状态 系统也就无法返回到停止状态 只有当某一步的所有前级步都是活动步时 该步才可能变成活动步 因此必须要有初始化信号将初始步预置为活动步 否则系统中永远无法出现活动步 系统无法工作 顺序控制系统要实现自动控制 必须多次重复执行同一工艺过程 因此顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环 单周期操作 在完成一个工艺过程的全部操作后 应从最后一步返回初始步 使系统停留在初始状态 连续循环操作 在完成一个工艺过程的全部操作后 应从最后一步返回下一个工作周期开始允许的第一步 换句话说 就是顺序功能图中不能有 到此为止 的死胡同 经验设计法实际上是试图用输入信号I直接控制输出信号Q 如下图a所示 顺序控制设计法则是用输入量I代表控制各步的编程元件 如内部辅助继电器M 再用它们控制输出量Q 见上图b 某一步转换实现时 该转换的后续步变为活动步 前级步变为非活动步 换句话说 当某步为活动步时 其后续步为非活动步 记 且步成为活动步的条件是其前级步为活动步且转换条件满足 按照起保停电路的设计思想 上述逻辑关系可以用布尔表达式表示为 d 举例 例1画出下图所示波形对应的顺序功能图 a 时序图 b 顺序功能图 例2试画出下图所示信号灯控制系统的顺序功能图 a 时序图 b 顺序功能图 学生练习 a 时序图 b 顺序功能图 例3小车在初始状态时停在中间 限位开关I0 0为ON 按下起动按钮I0 3 小车按下图所示的顺序运动 最后返回并停在初始位置 画出控制系统的顺序功能图 例4指出下图所示顺序功能图中的错误 分析错误 最上面的转换没有转换条件 初始步应为双线方框 输出Q不能作为转换条件 一般用输入继电器 内部定时 计数器 以及它们的逻辑组合作为转换条件 输入I0 5不能作为动作 转换I0 0与最上面的转换不能直接相连 没有步隔开 步M0 2跳转到M0 0无转换条件 步M0 3后门没有转换和步 系统运行到步M0 3时会 死机 例5某组合机床动力头进给运动示意图图下图所示 设动力头在初始状态时停在左边 限位开关I0 1为ON 按下起动按钮I0 0后 Q0 0和Q0 2为1 动力头向右快速进给 简称快进 碰到限位开关I0 2后变为工进 Q0 0为1 碰到限位开关I0 3后 暂停5s 5s后Q0 2和Q0 1为1 工作台快速退回 简称快退 返回初始位置后停止运动 画出控制系统的顺序功能图 第五章梯形图设计方法 5 1起保停电路法设计梯形图 5 2置位复位法设计梯形图 5 3SCR法设计梯形图 根据顺序功能图用起保停电路设计法设计梯形图时 用存储器M的位Mx y来代替步 当某一步活动时对应的存储位Mx y为ON 非活动时为OFF 当转换条件成立时 该转换的后续步变为活动步 前级步变为非活动步 这个过程的实施是 转换条件成立时使后续步变为活动步是靠条件起动激活后续步 并且一但激活就用该步的触点自锁 保持 使前级步变为非活动步是靠串联在前级步的一个常闭触点来终止 停 的 梯形图中的初始步M0 0 要用始化脉冲SM0 1将其置为ON 使系统处于等待状态 这种设计梯形图的方法称起保停电路法 5 1使用起保停电路法设计梯形图 使用起保停设计梯形图注意关键几步 1 单序列的编程方式 2 并行序列的编程方式 并行序列的分支编程方式并行序列的合并编程方式 3 使用起保停电路的编程解决小循环问题 一种 是修改梯形图 在环形中增加一个时间步M1 0 使的环中不为只有两个步如图2 从该步到M0 2步通过延时进入 或者在环形中增加一个空步M1 0 使的环中不为只有两个步 如图3 从该步到M0 2步无条件进入 一个循环中只有两个步的环称为小循环 如图1 小循环用起保停设计出来的梯形图不能正常工作其根本原因在于M0 2步既是M0 3步的上级步又是M0 3步的下级步 上下级存在互锁问题 无法进行 修改方法有两种 循环结构梯形图的写法1 循环结构梯形图的写法2 另一种解决小循环的方法 顺序功能图不变 在画梯形图时 把原来的线圈互锁 图1 变为按钮 条件 互锁就可以了 如图2 例一 使用起保停电路法设计小车自动装卸的梯形图程序 接上一屏 考虑停车 例二 使用起保停电路法设计十字路口红绿灯控制的梯形图 起保停梯形图中对输出Q的两种情况处理和对计时器的处理 1 某一输出Qx y仅发生在一步中 输出Qx y就放在该步中 也可以放在最后 由代表该步的触点驱动输出Qx y 如图 2 某一输出Qx y发生在几步中 称交叉输出 输出Qx y必须放在这几步之后 或最后 由代表这几步的位触点并联后再驱动输出Qx y如图 3 计时器在一个梯形图中不充许重复使用所以不会有交叉情况 应放在各步中 把输出集中最后 程序的可读性强 这是一种良好的编程风格 5 2使用置位S 复位R指令 以转换为中心 设计梯形图 RS指令编写梯形图中对输出Q和对计时器T的处理情况 把所有步中的输出Q和计时器T统一放在最后输出 用代表步Mx y的触点来控制 这是因为控制复位置位的串联电路接通的时间只有一个扫描周期 转换条件成立时前级马上被复位 该串联电路断开 而Q的输出线圈至少应该在某一步对应的全部时间内被接通 所以放在最后输出 根据顺序功能图用置位S 复位R指令设计梯形图时 用存储器M的位Mx y来代替步 当某一步活动时 该步的存储位Mx y为ON 非活动步对应的存储位Mx y为OFF 当转换实现时 该转换的后续步变为活动步 前级步变为非活动步 这个过程的实施是 转换条件成立时使后续步变为活动步是靠S置位指令完成的 一但置位就有保持功能 而前级步变为非活动步是靠R复位指令完成的 梯形图中的初始步M0 0用始化脉冲SM0 1和S置位指令将其置为ON 处于等待状态 这种设计梯形图的方法称S置位 R复位指令法 1 单序列的SR编程方式 1 选择 并行序列的编程方式 选择序列的分支 合并编程方式并行序列的分支 合并编程方式 选择分支 选择合并 并行分支 并行合并 例一 用置位S 复位R指令设计小车自动装卸的梯形图程序 还以小车自动装卸的功能图为例用S R指令设计梯形图程序 当按了I0 0起动按钮M1 0成立 程序返回M0 1步循环运行 当按了IO 1停止按钮M1 0不成立 返回M0 0步停止等待 例二 方法一 用置位S 复位R指令设计十字路口红绿灯控制的梯形图 该M0 1步可和后面的M0 5步合为一步 如红线所画 这样后面的M0 5步可略去 因为这两步进入的条件一样 该M0 5步可和M0 1步合为一步 这样该步可略去 例二 方法二 用置位S 复位R指令设计十字路口红绿灯控制的梯形图 RS指令编写梯形图中对输出Q和对计时器T的处理情况 使用这种编程方法时 不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联 把所有步中的输出Q和计时器T统一放在最后输出 用代表步Mx y的触点来控制 这是因为控制复位置位的串联电路接通的时间只有一个扫描周期 转换条件成立时前级马上被复位 该串联电路断开 而Q的输出线圈至少应该在某一步对应的全部时间内被接通 所以放在最后输出 顺序继电器指令SCR是专门用于将顺序功能图转化为梯形图的指令 一个SCR段对应于顺序功能图中的一步 根据顺序功能图中的步对应于SCR段的关系很快就可将顺序功能图转化为梯形图 首先复习一下SCR指令 5 3使用顺序继电器SCR指令设计梯形图 SCR指令的梯形图格式 SCR指令有三条 是一个整休 Sx1 y1和Sx2 y2是顺序继电器的地址 用来表示是哪个顺序继电器 一组顺序继电器指令对应顺序功能图中的一步 步开始 当Sx1 y1为1时可进入该步 进入该步后具体要做的动作 步转移 给Sx2 y2置1转到Sx2 y2步 给Sx1 y1置0退出该步 步结束 LSCRSx y步开始 SCRTSx y步转移 SCRE步结束 SCR指令的语句表格式 一个SCR段对应于顺序功能图中的一个步 第S0 0步 第S0 1步 S0 0步开始 该步动作 条件成立转到S0 1步 该步结束 S0 1步开始 该步动作 条件成立转到S0 2步 该步结束 功能图的每一个步都有一个SCR段对应 对应关系为 进入 动作 条件转移 结束 其中SM0 0是一个常1触点 只要进入该步SM0 0一直闭合 直至退出该步才打开 例1 用SCR指令设计小车自动装卸的梯形图程序 各SCR段中的输出Q 没有在本段内输出 在本段内输出当然可以 将其集中在最后输出 这样可读性较强 例2 用SCR指令设计十字路口控制红绿灯的梯形图 放最后集中输出 SCR指令梯形图中对输出Q的两种情况处理和对计时器的处理 同起保停类似 1 某一输出Qx y仅发生在一步中 输出Qx y就放在该步中 用触点SM0 0驱动输出Qx y 也可以放在最后 由代表该步的触点Sx y驱动输出Qx y 2 某一输出Qx y发生在几步中 称交叉输出 输出Qx y必须放在这几步之后 或最后 由代表这几步的位触点Sx y并联后再驱动输出Qx y 3 计时器在一个梯形图中不充许重复使用所以不会有交叉情况 应放在各步中 由用触点SM0 0驱动计时器 把输出Q集中最后 程序的可读性强 这是一种良好的编程风格 起保停 SR SCR指令编写梯形图对输出Q和对计时器T的处理总结 对于起保停 某一输出Qx y仅发生在一步中 输出Qx y就放在该步中 也可以放在最后 由代表该步的触点驱动输出Qx y 某一输出Qx y发生在几步中 称交叉输出 输出Qx y必须放在这几步之后 或最后 由代表这几步的位触点并联后再驱动输出Qx y 计时器在一个梯形图中不充许重复使用所以不会有交叉情况 应放在各步中 对于RS指令 把所有步中的输出Q和计时器T统一放在最后输出 用代表步Mx y的触点来控制 这是因为控制复位置位的串联电路接通的时间只有一个扫描周期 转换条件成立时前级马上被复位 该串联电路断开 而Q的输出线圈至少应该在某一步对应的全部时间内被接通 所以放在最后输出 对于SCR指令 同起保停类似 某一输出Qx y仅发生在一步中 输出Qx y就放在该步中 用触点SM0 0驱动输出Qx y 也可以放在最后 由代表该步的触点Sx y驱动输出Qx y 某一输出Qx y发生在几步中 称交叉输出 输出Qx y必须放在这几步之后 或最后 由代表这几步的位触点Sx y并联后再驱动输出Qx y计时器在一个梯形图中不充许重复使用所以不会有交叉情况 应放在各步中 由用触点SM0 0驱动计时器 把输出Q集中最后 程序的可读性强 这是一种良好的编程风格 起保停 SR SCR指令编写梯形图对输出Q和对计时器T的处理 对于起保停 某一输出Qx y仅发生在一步中 输出Qx y就放在该步中 也可以放在最后 由代表该步的触点驱动输出Qx y 某一输出Qx y发生在几步中 称交叉输出 输出Qx y必须放在这几步之后 或最后 由代表这几步的位触点并联后再驱动输出Qx y 计时器在一个梯形图中不充许重复使用所以不会有交叉情况 应放在各步中 对于RS指令 使用这种编程方法时 不能将输出线圈Q与置位指令和复位指令并联 把所有步中的输出Q和计时器T统一放在最后输出 用代表步Mx y的触点来控制 这是因为控制复位置位的串联电路接通的时间只有一个扫描周期 转换条件成立时前级马上被复位 该串联电路断开 而Q的输出线圈至少应该在某一步对应的全部时间内被接通 所以放在最后输出 对于SCR指令 同起保停类似 某一输出Qx y仅发生在一步中 输出Qx y就放在该步中 用触点SM0 0驱动输出Qx y 也可以放在最后 由代表该步的触点Sx y驱动输出Qx y 某一输出Qx y发生在几步中 称交叉输出 输出Qx y必须放在这几步之后 或最后 由代表这几步的位触点Sx y并联后再驱动输出Qx y计时器在一个梯形图中不充许重复使用所以不会有交叉情况 应放在各步中 由用触点SM0 0驱动计时器 把输出Q集中最后 程序的可读性强 这是一种良好的编程风格 起保停 SR SCR对输出Q和对计时器T的处理总结 对于起保停输出线圈和计时器的处理 线圈无交叉时 当步输出 挂在该步上 当步输出也可放在最后用该步M触点控制 线圈有交叉时 放在最后输出 用代表该些步的M触点并联控制输出 计时器不存在交叉 当步激励 挂在该步上 对于SCR指令输出线圈和计时器的处理 线圈无交叉时 当步输出 用SM0 0控制输出 当步输出也可放在最后用该步S触点控制 线圈有交叉时 放在最后输出 用代表该些步的S