第08讲-PLC程序设计方法

电气学院自动化杨霞2009年8月,可编程控制器原理及应用,2,可编程控制器原理及应用第8讲,讲解内容：4顺序逻辑控制的PLC程序设计PLC程序设计的一般步骤PLC程序设计常用的方法学习说明：本讲是学习PLC程序设计知识。重点掌握：1PLC程序设计的步骤2PLC程序设计的方法,3,4顺序逻辑控制的PLC程序设计PLC程序设计的一般步骤,进行PLC控制设计时必须做好以下3方面基础工作（调研）：1.了解系统的概况：包括系统的控制目标、控制方案、控制规模、整体功能、具体功能、控制精度、I/O种类和数量、是否需要通讯、通讯内容与方式、是否需要显示、显示内容与方式、操作方式，等等，应尽量对系统有一个全面的了解。2.熟悉使用的PLC的类型、功能、编程语言和指令系统，能熟练地操作编程器和控制器。3.根据控制系统的控制要求、设备、器件条件、工艺过程，结合采用的PLC的功能强弱，确定PLC在整个控制系统中所承担的工作任务。,4,PLC设计主要有以下几个步骤,PLC设计主要有以下几个步骤：1根据PLC担负的任务，明确PLC的输入输出信号的种类和数量，编制输入输出信号表。2制定控制结构框图,选择控制方案。3按选定的方案,制定相应的图表。4编写PLC梯形图程序。5编写PLC语句程序。6程序调试和修改。7编制程序使用说明书和其他文件,5,PLC程序设计常用的方法：主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、顺序控制设计法、逻辑设计法等。1.经验设计法：经验设计法即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，所以称为经验设计法。2.继电器控制电路转换为梯形图法：用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。,PLC程序设计常用的方法,6,3.顺序控制设计法：根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。此法的关键是画出功能流程图。4.逻辑设计法：通过中间量把输入和输出联系起来。实际上就找到了输出和输入的关系，完成了设计任务。用这种方法设计PLC程序，设计者可以顺利地设计出结果正确的PLC程序。,7,1.经验设计法：,步骤：分解梯形图程序输入信号逻辑组合使用辅助元件和辅助触点使用定时器和计数器使用功能指令画互锁条件画保护条件,经验设计法是根据被控对象对控制系统的要求，利用经验直接设计出梯形图，再进行必要的化简和校验，在调试过程中进行必要的修改。这种设计方法较灵活，设计出的梯形图一般不是唯一的。程序设计的经验不能一朝一夕获得，但熟悉典型的基本控制程序，是设计一个较复杂的系统的控制程序的基础。,8,例1：起动、保持和停止电路分析（基础）,这些梯形图均能实现启动、保持和停止的功能。图a是利用输出Q0.1常开触点实现自锁保持图b是利用SET、RST指令实现自锁保持。,9,例2：Q0.1延时接通/断开电路分析方法一,延时接通,延时断开,10,例2：Q0.1延时接通/断开电路分析方法二,延时接通,延时断开,11,例3：闪烁电路分析,亮3S,灭2S,12,顺序控机床的主轴电机和油泵电机的要求：按下起动按钮SB1后，应先开油泵电机，延时5s后再开主轴电机。按下停止按钮SB2后，应先停主轴电机，5s后再停油泵电机。KM1为油泵电机交流接触器，KM2为主轴电机交流接触器。,例4：两电机顺序接通/断开电路分析,时序图,13,波形图,梯形图,油泵电机,主轴电机,14,要求：按下按钮SB1，电机KM1、KMY启动并正转；2秒后，KMY断开，电机KM接通，并一直运行；按SB2，电机停止运作。I/O分配：,例5：电机Y-降压起动电路分析*,15,时序图,KMQ0.2,KM1Q0.0,SB2I0.1,SB1I0.0,2s,梯形图,KMYQ0.3,16,参考梯形图程序,17,（1）几个定时器组合,图采用两定时器扩展延时电路,（a）梯形图,（b）时序图,当I0.0闭合时，T37线圈得电并开始延时，当到达60s时，T37常开触点闭合，又使T38线圈得电并开始计时，再延时50s后，T38的常开触点闭合，才能使Q0.0线圈得电。,例6：定时范围的扩展分析*,18,（2）定时器与计数器组合,图定时器和计数器的组合扩展延时,(a)梯形图,（b）时序图,当I0.0闭合时，定时器T37产生周期为10S的脉冲序列，作为计数器C0的计数输入，当C0计数到达40次，其常开触点闭合使Q0.0接通。,19,（3）两个计数组合,图两个计数器组合,（a）梯形图,（b）波形图,I0.0给C0提供周期为0.1s的计数输入脉冲。I0.1接通时，C0开始计数，计满50次（5s）时，C0的常开触点闭合，使C1计数1次，同时又使C0自己复位，重新开始计数。C0是产生周期为5s的脉冲序列，送给C1计数。当C1计满100次时，C0动作，Q0.0得电接通。,20,SQ1、SQ2为运料小车左右终点的行程开关。运料小车在SQ1处装料，20s后装料结束，开始右行。当碰到SQ2后停下来卸料，15s后左行，碰到SQ1后又停下来装料。这样不停地循环工作，直到按下停止按钮SB3。按钮SB1和SB2分别是小车右行和左行的起动按钮。,例7：送料小车自动控制系统的程序设计分析*,（b）PLC接线图,（a）送料小车系统示意图,图运料小车系统示意图及PLC接线图,21,图运料小车控制系统的梯形图程序,左行,Q0.0,I0.0I0.1I0.2Q0.1Q0.0,装料,卸料,右行,Q0.1,I0.1I0.0I0.2Q0.0Q0.1,Q0.2,I0.3,I0.4,Q0.3,（a）不完整的梯形图,卸料,右行,左行,装料,Q0.0,I0.0I0.1I0.2I0.4Q0.1Q0.0,T37,Q0.1,I0.1I0.0I0.2I0.3Q0.0Q0.1,T38,（b）完整的梯形图,Q0.2,I0.3,I0.4,Q0.3,22,小车仍然在SQ1处装料，并在SQ3和SQ2处轮流卸料。,例8：小车两处卸料的自动控制梯形图的设计分析*,（b）PLC接线图,（a）送料小车系统示意图,图运料小车系统示意图及PLC接线图,小车,23,右行,左行,图控制小车两处卸料的梯形图,装料,卸料,24,基本方法1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。2)确定可编程序控制器的输入信号和输出负载，对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出可编程序控制器的外部接线图。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存储器位(M)和定时器(T)的地址。4)根据上述对应关系画出梯形图。,2.继电器控制电路转换为梯形图法：,25,例1.电动机的正反转控制电路分析,用PLC改造继电器控制系统时，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。,继电-接触器控制回路,主回路,26,1）PLC的I/O点的确定与分配,27,2）PLC控制电动机正反转外部接线图,I0.0I0.1I0.2I0.3,Q0.1Q0.2,28,3）程序编制,起动正转,起动反转,过载保护,急停,急停,过载保护,起动反转,起动正转,电气互锁,机械联锁,29,例2：小车自动往返运动的梯形图设计分析,30,31,左行起动,右行起动,32,1)遵守梯形图语言中的语法规定。2)设置中间单元。3)尽量减少可编程序控制器的输入信号和输出信号。4)外部联锁电路的设立。5)在串联电路中单个触点应放在右边，在并联电路中单个触点应放在下向。6)外部负载的额定电压。,注意事项,33,顺序控制设计法与顺序功能图的绘制,（一）顺序控制设计法,顺序控制设计法：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秩序地进行操作。,顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些分阶段称为步（Step），并用编程元件（例如内部辅助继电器M和状态继电器S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的。,（二）顺序控制功能图的绘制,顺序控制功能图又称流程图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序控制功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言。,34,（三）顺序功能图中转换实现的基本规则,1、顺序功能图中转换的实现,1）该转换的前级步必须是“活动步”；,2）相应的转换条件得到满足。,2、转换实现应完成的操作,1）使所有由有向连线与相应转换条件相连的后续步都变为活动步；,2）使所有由有向连线与相应转换条件相连的前级步都变为不活动步。,3、绘制顺序功能图时的注意事项,1）步与步之间不能直接相连，必须用一个转换条件将它们隔开；,2）转换条件与转换条件之间也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开；,3）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，这一步可能没有输出，只是做好预备状态；,35,4）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，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步退回初始步，系统停止在初始状态；,I0.2,I0.1,循环序列功能图,5）在顺序功能图中，必须用初始化脉冲SM0.1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。,SM0.1：首次扫描时为1，PLC由STOP转为RUN状态时，ON（1态）一个扫描周期，用于程序的初始化。,36,（四）功能表图法在PLC程设中有两种用法,直接根据功能表图的原理研制PLC，即将功能表图作为一种编程语言直接使用，目前已有此类产品，多数应用在大、中型PLC上，其编程主要通过CRT终端，直接使用功能表图输入控制要求。,用功能表图说明PLC所要完成的控制功能，然后再据此找出逻辑关系并画出梯形图。这种应用法较多，本节主要讨论这种方法。,37,功能表图的基本概念,1、步：步是控制系统中一相对不变的状态，在功能表图中，步通常表示某个或某些执行元件的状态。起始步：起始步对应于控制系统的初始状态，是系统运行的起点。一个控制系统至少要有1个起始步，,n为序号,图步的符号,n,10,如,38,动步、静步：静步是指控制系统当前没有运行的步。动步是指控制系统当前正在运行的步。动步用1个小黑点放在步的方框图中表示，见图。动步、静步是系统分析时用的术语，平时进行程设时并不用。,图动步符号,N,静步,39,步：步是一个稳定的状态，表示过程中的一个动作。在该步的右边用1个矩形框表示，见图，当一个步对应多个动作时，可用图表示。,图与步对应动作的表示方法,动作,图一步对应多个动作的表示方法,N,动作A动作B,动作A动作B,对应的动作,40,有向线：在控制系统中动步是变化的，会向前转移的，转移的方向是按有向线规定的路线进行，习惯上是从上到下、由左至右；如不是上述方向，应在有向线上用箭头标明转移方向。转移条件：动步的转移是有条件的，转移条件在有向线上划一短横线表示，横线旁边注明转移条件。若同一级步都是动步，且该步后的转移条件满足，则实现转移，即后一静步变为动步，原来的动步变为静步。,2、有向线和转移,41,画控制系统功能表图必须遵循以下规则：步与步不能直接相连，必须用转移分开。转移与转移不能相连，必须用步分开。步与步之间的连接采用有向线，从上下或由左右画时，可以省略箭头。当有向线从下上或由右左时，必须画箭头，以明示方向。至少有1个起始步。,功能表图的构成规则,42,功能表图的基本形式,1.单一序列：单一序列由一系列前后相继激活的步组成，每步的后面紧接一个转移，每个转移后面只有一个步，见图,0,SM0.1,1,I0.1,2,I0.2,T37,43,选择序列的开始称为分支，见图(b)，转移符号只能标在水平连线之下。如果步5是活动的，并且转移条件e1，则发生由步5步6的进展。选择序列的结束称为合并，见图(c)。,2.选择序列*：,44,并发序列的结束称为合并，见图(b)。在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转移符号。当直接连在双线上的所有前级步都处于活动状态，并且转移条件e=1时，才会发生步2、步5、步7到步9的进展，即步2、步5、步7同时变为静步，而步9变为活动步。,并发序列的分支与合并,并发序列的开始称为分支，见下图(a)。当转移的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并发序列。当步3是活动的，并且转移条件d1时，步4、步6、步8这三步变为活动步。同时步3变为静步。为了强调转移的同步实现。水平连线用双线表示。步4、步6、步8被同时激活后，每个序列中活动步的进展是独立的。在表示同步的水平双线之上。只允许有一个转移符号。,3.并发序列*,45,（四）使用通用逻辑指令的编程方式,所谓通用逻辑指令是指PLC最基本的与触点和线圈有关的指令，如LD、AND、OR、OUT等。任何一种可编程序控制器的指令系统都有这一类指令，因此这是一种通用的编程方法，可以用于任意型号的可编程序控制器。,根据顺序功能图设计梯形图时,可以用辅助继电器M来代表各步.某一