台达 plc 课件-第5章 编程软件.ppt

可编程控制器应用技术ApplicationTechnologyofProgrammableLogicController张希川高级工程师,第5章梯形图语言的编程原理,梯形图语言是二次世界大战期间出现的自动控制图形语言，是历史最久、使用最广之自动控制语言。梯形图语言最初只有常开触点、常闭触点、输出线圈、定时器、计数器等基本机构装置，直到PLC出现后，梯形图中的装置，除上述外，还增加了诸如上下沿微分触点、保持线圈等装置以及加、减、乘、除等数值运算功能。无论传统梯形图或PLC梯形图其工作原理基本相同，只是在符号表示上传统梯形图以较接近实体符号，而PLC则采用较简明且易于计算机上表示的符号。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.2PLC的梯形图原理5.3PLC梯形图的基本结构5.4PLC梯形图的编辑要点5.5PLC梯形图常见的错误图形5.6PLC梯形图的化简及修正5.7常用基本程序设计范例,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.1梯形图的组成元素梯形图来源于电气系统的逻辑控制图，其中采用继电器、触点、线圈和逻辑关系图等表示它们的逻辑关系。IEC61131-3标准规定梯形图可采用的图形元素有电源轨线、连接元素、触点、线圈、功能和功能块等。1电源轨线(母线)电源轨线(PowerRail)是梯形图左侧和右侧的2条垂直线，又称为母线。如图5.1所示，位于梯形图左侧的垂直线称为左电源轨线，或左母线，在梯形图中必须绘制左母线；位于右侧的垂直线称为右电源轨线，或右母线，有时可省略。图5.1中虚线矩型是泛指图形元素。在梯形图中，电流从左母线向右流动，经连接元素和其他连接在该梯级的图形元素到达右母线。为了说明流动状态，采用图形元素的状态表示。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.1梯形图的组成元素2连接元素梯形图中，连接元素(LinkElement)包括水平连接线和垂直连接线，见图5.1(b)。连接元素的状态只有0和1两种，0表示断开，1表示接通。连接元素是将最靠近该元素左侧图形符号的状态传递到该元素的右侧图形元素。连接元素的状态从左向右传递，实现能流的流动，状态的传递遵守下列规则。(1)水平连接线从紧靠其左侧的图形元素开始将该图形元素的状态传递到紧靠它右侧的图形元素。(2)垂直连接线总是与一个或多个水平连接线连接，即由一个或多个水平连接元素在每一侧与垂直线相交组成。垂直连接元线的状态根据与其连接的各左侧水平连接元素状态的或运算表示。因此，垂直连接线的状态根据下列规则确定。如果左侧所有水平连接元线的状态为0，则该垂直连接元素的状态为0。如果左侧的一个或多个水平连接线的状态为1，则该垂直连接线的状态为1。垂直连接线的状态被传递到与其右侧连接的所有水平连接线，但不能传递到与其左侧连接的所有水平连接线。(3)连接线的输入输出数据类型必须相同。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.1梯形图的组成元素2连接元素连接线及状态分析范例：分析图5.2中的连接线的状态。1、2、3、4和5水平连接线分别为，6为垂直连接线，A、B、C和D为图形元素。图中，1、4线与左母线相连，状态始终为1；当元素A和D都断开时，2、5、6线状态为0；A和D只要其中之一接通时，2、5、6线状态变为1；当元素A和D都断开，元素B无论通断，3线状态都为0；当元素A和D其中之一接通时，若元素B接通，3线状态为1；此时，若元素B断开，3线状态为0。图5.2中，当连接线3状态为1时，表示电回路接通，电流会由左母线流向右母线。此时回路中必须有负载性元件，来消耗电能，否则就是短路。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.1梯形图的组成元素3触点触点(Contact)属于梯形图中的图形元素，沿用电气逻辑图的触点术语，类似于实际中的开关、按钮等。触点要将自身状态及左侧水平连接线状态向右侧水平连接线传递。按静态特性分类，触点分为常开触点(NormallyOpenContact)和常闭触点(NormallyCloseContact)。常开触点指在正常工况下，触点断开，其状态为0，常闭触点指在正常工况下，触点闭合，其状态为1。按动态特性分类，触点分为上升沿触发触点，或正跳变触发触点(PositiveTransitionContact)和下降沿触发触点，或负跳变触发触点(NegativeTransitionContact)。表5.1为触点的图形符号。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.1梯形图的组成元素3触点根据触点及其的左侧水平连接线的状态，按以下规则确定其右水平连接线的状态。(1)单一静态触点，当其左侧水平连接线的状态为0时，无论触点状态为0或1，其右侧水平连接线的状态始终为0。(2)单一静态触点，当其左侧水平连接线的状态为1时，状态传递原则如下：如果触点状态为1，则该触点右侧水平连接线的状态为1。如果触点状态为0，则该触点右侧水平连接线的状态为0。(3)单一动态触点，当其左侧水平连接线的状态为0时，无论触点状态由0变为1，还是由1变为0，其右侧水平连接线的状态始终为0。(4)单一正跳变触发触点，当其左侧水平连接线的状态为1时，触点状态由0变为1时，其右侧水平连接线的状态为1，且只保持1个运算周期，而后自动回0。(5)单一负跳变触发触点，当其左侧水平连接线的状态为1时，触点状态由1变为0，其右侧水平连接线的状态始终为1，且只保持1个运算周期，而后自动回0。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.1梯形图的组成元素4线圈梯形图中的线圈(Coil)沿用电气逻辑图的线圈术语，会将其左侧水平连接线状态毫无改变地传递到其右侧水平连接线。在梯形图中，一般情况下，线圈总是在右侧与右母线相连，这也是右母线可以省略的原因。在PLC程序梯形图中，线圈可以用“()”、“”、“”及“”表示；台达PLC程序梯形图中，用椭圆表示。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.1梯形图的组成元素5功能模块梯形图编程语言支持功能模块的调用。在功能模块调用时应注意以下事项。(1)功能模块的输入和输出参数，都可以是1个或多个和多个。多数情况下，功能模块用矩形表示。(2)为了保证程序正常运行，每个被调用功能模块必须有相应的输入和输出参数。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.2梯形图的执行通常，输入指令与左母线连接，输出指令与右母线连接。梯形图执行时，会从最上层梯级开始，从左到右确定各图形元素的状态，并确定其右侧连接线的状态，逐个向右执行，结果由执行控制元素输出，直到右母线。然后，进行下一个梯级的执行过程。图5.3给出了梯形图的执行过程示意图。当梯级中有分支出现时，仍然以从上到下、从左到右的顺序分析各图形元素的状态。对于垂直连接线，则根据上述有关规则确定其右侧连接线的状态，从而逐个从左向右、从上向下执行操作过程。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.2梯形图的执行梯形图是以从上到下，从左到右的顺序执行的。梯形图均采用网络结构，以左母线和右母线为界。梯级是梯形图网络结构的最小单位。一个梯级包含输入指令和输出指令。输入指令在梯级中执行比较、测试的操作，并根据结果设置梯级的状态。例如：当梯级内连接的图形元素状态的测试结果为1时，输入状态就被设置为1。输入指令通常执行一些逻辑运算、数据比较等操作。输出指令检测输入指令结果，并执行有关操作和功能。如使线圈激励等。,第5章梯形图语言的编程原理,5.1梯形图语言基础5.1.3梯形图的执行控制对梯形图执行的控制是采用跳转、返回及中断等图形元素使梯形图按非常规顺序执行。1跳转和返回在梯形图网络结构中，用跳转和返回等图形元素表示跳转的目标、跳转的返回及跳转的条件等。当跳转条件满足时，程序跳转到目标区并执行该区程序时，目标区程序执行完毕后，程序返回到原断点后的一个梯级开始执行。2中断中断是指当程序接到外界硬件(如I/O设备)发来的信号时，马上停止原来的工作，转去处理这一事件，在处理完了以后，主机又回到原来的工作继续工作。,第5章梯形图语言的编程原理,5.2PLC梯形图与传统梯形图的区别5.2.1梯形图的组成元素1执行方式PLC梯形图和传统梯形图在工作原理上是完全一致的，而实际上PLC仅是利用微计算机，来仿真传统梯形图的动作，即利用扫描的方式逐一地查看所有输入装置及输出线圈的状态，再将这些状态根据梯形图的逻辑作演算，得到传统梯形图一样的输出结果。但因为微计算机只有一个，故PLC只能逐一地查看梯形图程序，并依该程序及输入输出状态演算输出结果，再将结果送到输出介面，然后又重新读取输入状态演算输出，如此周而复始地循环运行上述动作。PLC完成一次循环动作所用的时间称为扫描时间，其时间会随着程序的增大而加长，此扫描时间将造成PLC从输入检知到输出反应得延迟，延迟时间愈长对控制所造成的误差愈大，甚至无法满足控制要求，此时就必须选用扫描速度更快的PLC。因此扫描速度是PLC的重要规格，随着微计算机及ASIC（特定用途IC）技术的快速发展，现今PLC的扫描速度有了极大提高。图5.4为PLC梯形图程序扫描示意图。,第5章梯形图语言的编程原理,5.2PLC梯形图与传统梯形图的区别5.2.1梯形图的组成元素2逆向回流除扫描时间的差异外，PLC梯形图和传统梯形图还有如下“逆向回流”的差异。如图5.5所示，若X0，X1，X4，X6为导通，其他为不导通，在传统梯形图的回路上输出Y0会如虚线所示形成回路而为On，但在PLC梯形图中，因演算梯形图程序系由上而下，由左而右地扫描。在同样输入条件下，梯形图编辑软件(WPLSoft)会检测出梯形图错误。,第5章梯形图语言的编程原理,5.2PLC梯形图与传统梯形图的区别5.2.1梯形图的组成元素3结束符号由前述，PLC梯形图程序循环扫描的方式执行，微计算机必须知道程序的开头和结尾。程序的开头都是梯形图的第一行，而结尾必须用“结束符号(END)”明确表示，如图5.6所示，否则梯形图编辑软件(WPLSoft)也会检测出梯形图错误。,第5章梯形图语言的编程原理,5.2PLC梯形图与传统梯形图的区别5.2.2梯形图的分类1组合逻辑图5.7为PLC梯形图中的组合逻辑示意图。梯级1：使用常开触点X0，具体元器件可以是开关或按钮，其特性是在平常(未按下)时，为开路(Off)状态，故Y0不导通，而在动作(按下)时，其状态变为导通(On)，故Y0导通。梯级2：使用常闭触点X1，具体元器件也可以是开关或按钮，其特性是在平常时，为导通，故Y1导通，而在开关动作时，其触点反而变成开路，故Y1不导通。梯级3：为一个以上输入装置的组合逻辑输出的应用，其输出Y2只有在X2不动作或X3动作且X4为动作时才会导通。,第5章梯形图语言的编程原理,5.2PLC梯形图与传统梯形图的区别5.2.2梯形图的分类2顺序逻辑顺序逻辑为具有回授结构的回路，也就是将回路的输出结果拉回当输入条件，如此在相同输入条件下，会因前次状态或动作顺序的不同，而得到不同的输出结果。图5.8为PLC梯形图中的顺序逻辑示意图。在此回路刚接上电源时，虽X6开关为On，但X5开关为Off，故Y3不动作。在启动开关X5按下后，Y3动作，一旦Y3动作后，即使放开启动开关(X5变成Off)，Y3因为自身的触点回授而仍可继续保持动作(此为自锁回路)，其状态如下页表5.2。,第5章梯形图语言的编程原理,5.2PLC梯形图与传统梯形图的区别5.2.2梯形图的分类2顺序逻辑由下表可知在不同顺序下，虽然输入状态完全一致，但输出结果可能不一样，如表5.2中的动作顺序1和3，其X5和X6开关均为不动作，但在动作顺序1的条件下Y3为Off，动作顺序3时Y3为On。这种Y3输出状态拉回当输入(所谓回受)而使回路具有顺序控制效果是梯形图回路的主要特性。,第5章梯形图语言的编程原理,5.2PLC梯形图与传统梯形图的区别5.2.3与梯形图对应的时序图为了形象地表示梯形图中各元素的动作顺序关系，采用时序图表示，如图5.9所示。绘制时序图，可以清晰地表达梯形图程序中，各开关、按钮、线圈及其他装置动作的先后顺序及对应关系。如图5.9(b)，绘制时序图应注意的是：装置动作关联的地方，上下要对齐；时序图中要包括所有正常动作的情况。,第5章梯形图语言的编程原理,5.2PLC梯形图与传统梯形图的区别5.2.3与梯形图对应的时序图在图5.10(b)中，虚线1表示：X0动作，使Y0动作并保持；虚线2表示：X2动作，使Y0复位(停止)；虚线3表示：X1动作，使Y1动作并保持；虚线4表示：X2动作，使Y1复位(停止)；虚线5表示：X0动作，使Y0动作并保持；虚线6表示：X1动作，使Y0复位(停止)，并使Y1动作并保持；虚线7表示：X0动作，使Y1复位(停止)，并使Y0动作并保持；虚线8表示：X2动作，使Y0复位(停止)，也表示若要Y0和Y1都复位(停止)，必须由X2完成。时序图中为了说明各处动作的同时发生，需要画出虚线。,第5章梯形图语言的编程原理,5.3PLC梯形图的基本结构5.3.1PLC内部装置的图形结构与连接方法1PLC内部装置的图形结构前面介绍了PLC梯形图中的装置，在梯形图中这些装置都有对应的图形结构，书上111页表5.3为PLC内部装置的图形结构及说明。,第5章梯形图语言的编程原理,5.3PLC梯形图的基本结构5.3.1PLC内部装置的图形结构与连接方法2区块联接方法区块是指两个以上的装置做串联或并联的运算组合而成的梯形图形，依其运算性质可产生并联区块及串联区块。表5.4为区块的联接方法。,第5章梯形图语言的编程原理,5.3PLC梯形图的基本结构5.3.1PLC内部装置的图形结构与连接方法3分支线与合并线如图5.11，分支线是向下的垂直线一般用来区分装置，而对于左边的装置来说，合并线是左边至少有两列以上的回路在此垂直线相连接，对于右边的装置及区块来说是分支线，表示此垂直线的右边至少有两列以上的回路相连接。,第5章梯形图语言的编程原理,5.4PLC梯形图的编辑要点5.4.1连续编号程序编辑方式是由左母线开始至右母线结束，WPLSoft软件编辑中省略右母线的绘制，一行编完再换下一行，一行的触点个数最多能有11个，若是还不够，会产生连续线继续连接，进而续接更多的装置，连续编号会自动产生，相同的输入点可重复使用。如图5.12所示。,第5章梯形图语言的编程原理,5.4PLC梯形图的编辑要点5.4.2程序的指令符解析梯形图程序的运作方式是由左上到右下的扫描。线圈及应用指令运算框等属于输出处理，在梯形图形中置于最右边。以图5.13为例，来逐步分析梯形图的流程顺序，右上角的编号为其顺序。,第5章梯形图语言的编程原理,5.4PLC梯形图的编辑要点5.4.2程序的指令符解析表5.5为图5.13梯形图的程序指令表。虚线框为从左母线开始的常开触点X0；虚线框为并联常开触点M0；虚线框为串联常开触点X1；虚线框为并联由常开触点X3与M1组成的串联块；虚线框为常开触点Y1与X4组成串联块；虚线框为常开触点T0与M3组成串联块并与虚线框并联；虚线框为虚线框与虚线框并联；虚线框为输出线圈Y1与定时器T0。,第5章梯形图语言的编程原理,5.4PLC梯形图的编辑要点5.4.3梯形图中的模糊结构1多个块串联的模糊结构如图5.14的梯形图形，若使用指令程序表示，有两种方法表示，其动作结果相同。但两种指令程序，转换成梯形图其图形都一样，为什么会一个较另一个好呢？问题就在主机的运算动作，图5.14(c)是一个区块一个区块合并，而图5.14(b)则是最后才合并，虽然程序码的最后长度都相同，但是由于在最后才合并(ANB)作合并，一方面ANB指令不能连续使用超过8次，另一方面这样必须要把先前所计算出的结果储存起来。现在只有两个区块，主机可以允许执行，但是要是区块超过主机的限制，就会出现问题，所以最好的方式就是一区块一建立完就进行区块合并的指令，而且这样做对于程序规则者的逻辑顺序也比较不会乱。,第5章梯形图语言的编程原理,5.4PLC梯形图的编辑要点5.4.3梯形图中的模糊结构2多个块并联的模糊结构正确的梯形图解析过程应该是由左至右，由上而下解析合并，然而有些指令不按照此原则一样可以达到相同的梯形图。如图5.15的梯形图，若使用指令程序表示，同样可以有两种方法表示，动作结果也相同。但这两个程序解析就有明显的差距，不但指令程序码增加，而且主机的运算记忆也要增加，所以最好是能够按照所定义的顺序来撰写程序。,第5章梯形图语言的编程原理,5.5PLC梯形图常见的错误图形在编辑梯形图形时，虽然可以利用各种梯形符号组合成各种图形，由于PLC处理图形程序的原则是由上而下，由左至右，因此在绘制时，要以左母线为起点，右母线为终点，从左向右逐个横向写入。一列写完，自上而下依次再写下一列。初学者经常会出现一些错误。书上115页表5.6为常见的错误图形。,第5章梯形图语言的编程原理,5.6PLC梯形图的化简及修正5.6.1PLC梯形图的化简1“左沉右轻”串联区块和并联区块串联时，将并联区块放在左面可以节省ANB指令。如图5.16所示，图5.16(a)修改为图5.16(c)后，节省了1个ANB指令。,第5章梯形图语言的编程原理,5.6PLC梯形图的化简及修正5.6.1PLC梯形图的化简2左母线“上沉下轻”单一装置与区块并联，该区块放上面可以省ORB指令。如图5.17所示，图5.17(a)修改为图5.17(c)后，节省了1个ORB指令。,第5章梯形图语言的编程原理,5.6PLC梯形图的化简及修正5.6.1PLC梯形图的化简3右母线“上轻下沉”在同一垂直线的多重条件输出，将没有输入装置与之运算的输出放在上面可以省略MPS、MPP指令。如图5.18所示，图5.18(a)修改为图5.18(c)后，省略了MPS、MPP指令。,第5章梯形图语言的编程原理,5.6PLC梯形图的化简及修正5.6.1PLC梯形图的化简4避免“讯号回流”如图5.19(a)中的梯形图是不合法的，因为有“讯号回流”回路。如图5.19(a)中上面的区块比下面的区块短，可以把上下的区块调换，见图5.19(c)，这样可以达到相同的逻辑结果。,第5章梯形图语言的编程原理,5.6PLC梯形图的化简及修正5.6.2复杂“讯号回流”的修正如图5.20所示，图5.20(a)是我们想要的梯形图，但是根据梯形图的基本原理，这个梯形图是错误的，其中存在不合法的“讯号回流”，修正后如图5.20(b)，这样才可完成使用者要的电路动作。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.1启动、停止及自锁1停止优先的自锁回路有些应用场合需要利用按钮的暂态闭合及暂态断开作为设备的启动及停止，因此若要维持持续动作，则必须设计自锁回路，有下列几种方式：1停止优先的自锁回路当启动常开触点X1=On，停止常闭触点X2Off时，Y1=On，此时将X2=On，则线圈Y1停止受电，所以称为停止优先，如图5.21所示。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.1启动、停止及自锁2启动优先的自锁回路当启动常开触点X1=On，停止常闭触点X2Off时，Y1=On，线圈Y1将受电且自锁，此时将X2=On，线圈Y1仍因自锁触点而持续受电，所以称为启动优先，如图5.22所示。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.1启动、停止及自锁3置位（SET）、复位（RST）指令的自锁回路图5.23是利用RST与SET指令组合成的自锁电路。在图5.23(a)中，RST指令设置在SET指令之后，为停止优先。由于PLC运行程序时，是由上而下，因此会以程序最后，Y1的状态作为Y1的线圈是否受电。所以当X1及X2同时动作时，Y1将失电，因此为停止优先。在图5.23(b)中，SET指令设置在RST指令之后，为启动优先。当X1及X2同时动作时，Y1将受电，因此为启动优先。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.1启动、停止及自锁4停电保持辅助继电器M512为停电保持（请参考附录或相关手册），则如图5.24的电路不仅在通电状态下能自锁，而且一旦停电再复电，还能保持停电的自锁状态，因而使原控制保持连续性。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.2常用的控制回路1条件控制如图5.25所示，X0、X1分别启动和停止Y0，X2、X3分别启动和停止Y1，而且均有自锁回路，但由于Y0的常开触点串联进了Y1的电路，成为Y1动作的一个AND的条件，所以Y0动作要以Y1动作为条件，Y0动作中Y1才可能动作。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.2常用的控制回路2互锁控制图5.26给出了互锁控制，启动触点X1、X2那一个先有效，对应的输出Y1、Y2将先动作，而且其中一个动作了，另一个就不会动作，也就是说Y1、Y2不会同时动作（互锁作用）。即使X1，X2同时有效，由于梯形图程序是自上而下扫描，Y1、Y2也不可能同时动作，图中Y1优先。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.2常用的控制回路3顺序控制图5.27给出了顺序控制，Y1的常闭触点串入到Y0的电路中，作为Y0动作的一个AND条件，则这个电路中，不仅有Y0通过M0作为Y1动作的条件，而且当Y1动作后还能停止Y0的动作，这样就使Y0及Y1确实运行顺序动作的程序。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.2常用的控制回路4振荡电路图5.28给出了周期为T+T的振荡电路梯形图与波形图。当开始扫描Y1常闭触点时，由于Y1线圈为失电状态，所以Y1常闭触点闭合，接着扫描Y1线圈时，使之受电，输出为1。下次扫描周期再扫描Y1常闭触点时，由于Y1线圈受电，所以Y1常闭触点打开，进而使线圈Y1失电，输出为0。重复扫描的结果，Y1线圈上输出了周期为T(On)+T(Off)的振荡波形。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.2常用的控制回路4振荡电路图5.28中的振荡周期不能控制，只能随PLC程序执行来实现，PLC程序越长，其周期越长。而图5.29给出了周期为nT+T的振荡电路梯形图与时序图。图5.29中的梯形图程序使用定时器T0控制线圈Y1的受电时间，Y1受电后，它在下个扫描周期又使定时器T0关闭，进而使Y1的输出成了上图中的振荡波形。其中n为定时器的十进位设定值，T为该定时器时基（时钟周期）。,第5章梯形图语言的编程原理,5.7常用基本程序设计范例5.7.2常用的控制回路5闪烁电路在电气控制电路中，经常使用指示灯闪烁或使蜂鸣器报警。图5.30给出