可编程序控制器程序设计方法PPT课件

1、1 在一些典型电路的基础上,根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地 修改和完善梯形图，有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加很多辅助 触点和中间编程元件，最后才能得到一个较为满意的结果。 试探性和随意性很强，结果不唯一。 根据顺序控制特点完成程序设计，适合于控制功能和生产工艺较为复杂 的对象。 编程效率高，设计思路清晰，易于掌握，调试、修改、维护方便， 设计周期短。 实际设计中应综合二者优点，合理运用。 2 实验项目名称 实验安排 实验室实验室地点（楼号-房间号） 每批组数每组人数开出时间 PLC基本编程练习236 12月2日10：00-11：30；11：30-1： 00 可编程控制实验室

2、2南232 红绿灯控制实验 236 12月23日10：00-11：30；11：30-1： 00 可编程控制实验室2南232 混料罐控制实验 236 12月24日9：00-10：30；1：00-2： 30 可编程控制实验室2南232 传输线控制实验 236 12月24日10：30-12：00；2：30-4： 00 可编程控制实验室2南232 3 通常是直接建立输入、输出关系。 1）根据被控设备的工作原理和生产工艺，配置输入、输出的元件编 号。 2）制定输入、输出的控制逻辑关系，理清输出负载的起动条件、停 止条件的逻辑组合，利用起保停电路或R/S指令编写梯形图。 3）分析输出负载的相互关系，添加必

3、要的互锁、联锁电路。 4）检查梯形图是否符合编程规则要求，是否存在多线圈输出等问题。 5）离线调试，利用PLC开发系统提供的编程环境，根据被控设备的 生产工艺运行程序，检查是否满足要求并做修改。 6）在线调试，控制系统与被控设备联机调试，优化控制参数，如对 定时时间、负载移动距离、过程控制参数等作出调整。 4 例7-1 使用一个开关控制某一点火装置，燃烧气体为氢气和氧 气的混合气体，请编写梯形图程序。 ：根据工作原理和工艺要求，输入信号为一外部开 关，带自锁功能；输出为氢气和氧气，由于氢氧混合气体储 存非常危险，所以采用两个电磁阀分别控制氢气和氧气气路， 为避免氢气回流引起爆炸，燃烧工艺要求点

4、燃时先开氢气阀 门后开氧气阀门，时间间隔在500ms左右，熄灭时先关氧气 阀门后关氢气阀门。 ：输入：I0.0 输出：Q0.0、Q0.1 5 例7-2：送料小车自动控制系统：I0.4处装料，停10s后右行， 遇I0.3停止卸料，15秒后左行至I0.4处装料，如此反复。 资源分配： I0.0：右行起动 Q0.0：右行 I0.1：左行起动 Q0.1：左行 I0.2：停止 Q0.2：装料 Q0.3：卸料 6 例7-3：设计两次卸料小车自动控制系统：I0.4处装料，停10s后右行，在 I0.5、I0.3处轮流卸料，15秒后左行至I0.4处装料，如此反复. 输入输入I0.0右行起动右行起动 I0.1左行

5、起动左行起动 I0.2停止停止 I0.3右限行程开关右限行程开关 I0.4左限行程开关左限行程开关 I0.5中间行程开关中间行程开关 输出输出Q0.0右行右行 Q0.1左行左行 Q0.2装料装料 Q0.3卸料卸料 调试过程中会遇到的问题： 、左行到达I0.5处不能将M10.0置位导致下次右行到达X5处不能停止。 、往返经过I0.5处注意不能出现卸料动作。 7 经验设计法设计PLC的外部接线图和梯形图时应注意： 、应遵守梯形图语言中的语法规定 、设置必要的中间环节 、尽量减少可编程控制器的输入信号和输出信号 、软件联锁和硬件联锁都很重要 、梯形图优化 、注意外部负载的额定电压 是试图用输入信号X

6、直接控制输出信号Y，如果无法直接 控制，或为了实现记忆、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元 件和辅助触点，不具有通用性。 缺少通用的易掌握的设计方法，试探性和随意性 强，对于复杂的控制系统，分析困难，修改繁琐，使用过程中维修困难。 8 按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作 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操作。 、将系统的工作周期划分为若干个顺序相连的步，并用编程 元件（辅助继电器和状态继电器）代表各步。 、在任何一步内，各输出量的通断状态不变。 、相邻两步输出量总的通断状态不同。 、用转换条件控制代表各步的编程元件，按一定顺序通或断，

7、 进而控制各输出继电器。 使系统由当前步进入下一步的信号。 9 （状态转移图、功能表图） 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。 是可编程控制器位居首位的编程语言 是通用的技术语言 由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成 就是利用代表了各种输入信号（包括输 入继电器）的转换条件去控制代表各步的编程元件，再由代表 各步的编程元件去控制输出继电器。经验设计法中需要考虑的 互锁、联锁、自保持（自锁）等功能在顺序控制设计法中都是 自然而然就实现了，在软件设计方面提高了可靠性。 10 ：与初始状态相对应的步，如 M0.0，一般是等待起动的相对静止状态， 用双线方框表示，一个

8、系统至少应该有 一个初始步。 ：系统在某一步被控对象 应完成的“动作”（对于施控系统也可 称为“命令”），并用与相应步相连的 矩形框中的文字或符号表示；动作可有 多个，但没顺序之分，画法可由右图所 示；要表明是存储型还是非存储型。 步 初始步 动作 ：系统所处的当前步，相应的 动作被执行；处于不活动状态时，相 应的非存储型动作被停止执行，存储 型动作则视前面的执行情况，已被置 位指令置位的动作不会改变状态。 动作的绘制 1、：一个工作周期中若干个顺序相连的阶段，用编程元件M、S 或数字表示，如右图中的M0.0M0.3。 11 ：活动步随时间推移和转换条件的出现进展的路线和 方向。 、各步按先后

9、次序用有向连线连接 、从上到下、从左至右的有向连线箭头可省略 ：实现活动步的进展，与控制过程的发展相对应，用与有向 连线垂直的短划线表示。 ：与转换相关的逻辑组合，可以用文字语言、布尔代数 表达式、图形符号组成。 ：用来表明顺序功能图中有两个或两 个以上步当转换条件满足时同时进入活动状态 或由活动状态同时变为不活动状态的情况。 12 ：由一系列相继激活的步组成，每一步后仅有一个转换， 每个转换后仅有一步。 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，只 允许同时选择一个序列。 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。 并行序列的开始称为分支，水平连线用双线表示，转换符

10、号只能 标在水平连线之上，只能有一个转换符号，转换条件的实现导致几 个序列同时激活。 并行序列的结束称为合并，水平连线用双线表示，转换符号只允 许标在水平连线之下。 （类似于子程序）：便于全局的描述。 13 、转换实现的条件 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。 、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变为不活动步。 对于单序列、选择序列、并行序列，转换的前级步、后续步有所不 同，应予以注意。 14 、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

11、步将它们隔开。 、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， 应利用一个适当的信号将初始步置为活动步，习惯上采用初始化脉 冲和手动到自动的切换信号作为转换条件。 、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，便于实现多种工作方 式（单步、单循环、周期循环）。 、在单序列中，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。 15 举例：某剪板机示意如右图所示，开始 时压钳和剪刀在上限位置，限位开关 I0.0和I0.1为ON，按下起动按钮I1.0， 工艺流程如下：首先板料右行（Q0.0为 ON）至限位开关I0.3动作；压钳下

12、行 （Q0.1为ON）压紧板料后，压 力继电器I0.4为ON，压钳保持压紧；剪 刀开始下行（Q0.2为ON），剪断板料 后，I0.2变为ON；压钳和剪刀同时上行 （Q0.3和Q0.4为ON，Q0.1和Q0.2为 OFF），它们分别碰到限位开关I0.0和 I0.1后，分别停止工作并开始下一周期 工作，剪完10块料后停止工作加工工作 （停在初始状态）。 16 主要介绍以下几种： 使用起保停电路的编程方式 使用顺控继电器指令的编程方式 以转换为中心的编程方式 仿顺控继电器指令的编程方式 常见系统梯形图的： 要注意手动、自动切换时对初始步的处理 公用程序可前后都有 根据系统的顺序功能图设计梯形图的方法

13、，称为顺序控制梯形 图的编程方式。 17 特点：起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，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 式，可以用于任意型号的可编程序控制器。 1、单序列的编程方式 一、使用的编程方式 18 2、选择序列的编程方式 、选择序列的：如某一步 的后面有N条分支组成的选择序 列，则该步 的结束条件为：将N个后续步对应的辅助继电器的常 闭触点串联。 i M i M 19 、选择序列的：如某步之前有N个转换（即分支合并），则代 表该步的辅助继电器的起动电路由N条分支并联而成，各支路由前级 步的辅助继电器的常开触点与相应转换条件串联而成。 20

14、 3、并行序列的编程方式 、并行序列的：如当前活动步 ，且转换条件 满足，则 各分支的起动电路由组成，当前步变为不活动步（即停止），由分 支中任一步的常闭触点完成。 i M iiX M i X 21 、并行序列的：各并行分支的结束步与转换条件串联作为合 并步的起动电路，停止电路由后续步的常闭触点完成。 22 4、（仅有两步的闭环的处理） 通过增加一步解决，不完成任何实际动作，只起延时作用。 23 5、 处理方法： 、某一输出（Q）仅在一步中接通，可将其线圈与该步辅助继电 器线圈并联。 、若输出在多步中接通，可将各步辅助继电器并联后驱动该输出 线圈。 24 例： 25 1、基本概念 、指令介绍：

15、 LSCR：将S_bit的值装载到堆栈和顺控继电器（SCR）中。 格式： LSCR S_bit SCRT：SCR传输指令将程序控制权从一个激活的SCR段传递到另一 个SCR段。 格式： SCRT S_bit SCRE： SCR 结束指令则标志着SCR段的结束。 格式： SCRE CSCRE：SCR条件结束指令，可以使程序退出一个激活的程序段而不 执行CSCRE与SCRE之间的指令。CSCRE指令不影响任何S位，也不影响 S堆栈。 、编程元件：S 二、使用的编程方式 26 、顺控继电器指令特点： 、SCR堆栈的结果值决定是否执行SCR程序段。SCR堆栈的值会 被复制到逻辑堆栈中，因此可以直接将输

16、出线圈连接到左侧的能流 线上而不经过中间触点。 ：LSCR指令标志着SCR段的开始，SCRE指令则标志着 SCR段的结束。 、不能把同一个S位用于不同程序中。例如：如果在主程序中用 了S0.1，在子程序中就不能再使用它。 、当顺控继电器断开时，CPU不执行它驱动的电路块（即CPU只 执行活动步对应的程序），在没有并行序列时，任何时候只有一个 活动步，因此大大缩短了扫描周期，也允许双线圈输出（在一个扫 描周期内，同一元件的几条输出指令只有一条被执行）。 27 、在SCR段之间不能使用JMP和LBL指令，就是说不允许跳入、 跳出。可以在SCR段附近使用跳转和标号指令或者在段内跳转。 、在SCR段中

17、不能使用END指令。 、在LSCR指令与SCRE指令之间的所有逻辑操作的执行取决于S 堆栈的值。而在SCRE指令和下一条LSCR指令之间的逻辑操作则不 依赖于S堆栈的值。 、执行SCRT指令可以使当前激活的程序段的S位复位，同时使下 一个将要执行的程序段的S位置位。在SCRT指令指行时，复位当前 激活的程序段的S位并不会影响S堆栈。SCR段会一直保持能流直到 退出。 28 2、单序列的编程方式 29 3、选择序列的编程方式 、选择序列的：如某一步的后面有N条选择序列分支， 则该步的顺控触点开始的电路块中应有N条分别指明各转换条 件和转换目标的并联电路。 30 、选择序列的：分支的合并是在正确地

18、确定每一步的 转换条件和转换目标后“自然”完成的。 31 4、并行序列的编程方式 、并行序列的：若某步为一并行分支的开始，当该步 变为活动步，且转换条件满足，用SET指令置位对应的并行 序列步 32 、并行序列的：合并前应满足各序列确保同步（可设 置等待步），将各序列的转换条件“与”作为实现合并的转 换条件，但应注意各序列结束时应将输出线圈切断（可将转 换条件的常闭触点串入输出线圈） 33 5、对所有的初始状态（S0S9），每一状态下的分支电路 数总和不能大于16个，并且在每一分支点分支数不能大于8 个（对其它编程方式不限） 系统规定 根源与CPU堆栈资源有关 34 35 36 转换实现的条件

19、： 、该转换所有的前级步为活动步 、相应的转换条件得到满足： 利用R、S指令有： SET指令将后续步激活为活动步，RST指令 将前级步复位 ：由于S、R指令执行时间极短，故不能将输出继电器的线圈 与R、S指令并联，应另外用代表步的辅助继电器的常开触点驱动。 1i M i X i M 1 1 i i X M为活动步 转换条件 SET RST i M 1i M i X 1i M 三、的编程方式 37 1、选择序列的编程方式 i X i M 1i X 2i X 1i M 2i MSET RST i M SET RST i M i M 1i M 2i M 1i X i M 2i X 38 2i M i

20、 M 1i M 2i X 1i X i X SET RST SET RST 2i M 2i X 1i M 1i X i M i M 2i M 1i M 39 2、并行序列的编程方式 SET i M 1i M i X RST SET i M 2i M i X i M 1i M 2i M 40 2i M 1i M i M i X SET i X RST i M 1i M 2i M RST 2i M 1i M 41 例：液体混合装置如图所示，上限位、下限位和中限位液位传感器被液体淹 没时为ON，阀A、B、C为电磁阀，线圈通电时打开，断电时关闭。初始时 容器为空，阀门关闭，传感器为OFF。按下起动按钮

21、后，打开阀A，液体A 流入容器，中限位开关变为ON时，关闭阀A，打开阀B，液体B流入容器， 当液面到达上限位开关时，关闭阀B，电机M开始运行搅拌液体，6s后停止 搅拌，打开阀C，放出混合液，当液面降至下限位开关之后再过2s，容器放 空，关闭阀C，打开阀A，开始下一周期操作。按下停止按钮，在当前工作 周期的操作结束后，停止在初始状态。 42 方法提出：针对没有STL指令的PLC。 设计方法：用辅助继电器代替状态继电器，用辅助继电器触 点替代STL触点。 、与替代STL触点的常开触点相连的触点要使用AND/ANI 指令 、对代表前级步的复位由用户程序用RST指令实现 、不允许双线圈输出，若某继电器

22、在N步中均接通，应将 代表这几步的辅助继电器的常开触点并联后去控制该线圈 四、的编程方式 43 1、单序列的编程方式 Y1 RST SET i M 1i X 1i M 1i M 44 2、选择序列的编程方式 、选择序列的 Y1 Y0 1i M i X i M 1i X 2i X 1i M 2i M Y2 SET SET RST Y0 i M 1i M 2i M 1i M 1i M 2i M 1i X 2i X Y1 Y2 RST SET SET RST 45 、选择序列的 Y0Y1 Y2 2i M i M 1i M 1i M 2i M 2i X 1i X i X 1i X 2i X SET R

23、ST 1i M 2i M 1i M 2i M 2i X Y1 RST SET SET RST i M i X 1i M 2i M 1i X Y0 2i M RST i M 46 3、并行序列的编程方式 、并行序列的 1i M i X 1i X 2i X i M 1i M 2i M 1i X SET SET RST i M 1i M 2i M 1i M 1i M 2i M 1i X 2i X RST SET SET i X i M 可省略复位前级步 （另一分支已经做过） 47 注， 2i M 1i M 1i X i M i X 1i M RST i M 1i M RST SET SET i X

24、2i M 1i M 2i M 1i X RST RST 2i M 1i M i M 、并行序列的 48 1、编程方式的通用性 、起保停电路通用型最强，适合于任意型号的PLC，它仅 由触点和线圈组成。 、STL类专为顺序控制梯形图设计，仅限有STL类指令的 PLC，应用面较窄。 、对于有置位、复位功能（且分开）的PLC，可采用以转 换为中心和仿STL指令的编程方式，应用范围广。 对于置位、复位功能在一起的PLC，可采用锁存继电器 编程方式（OMRON） 五、各种编程方式的比较 49 2、不同编程方式设计的程序长度比较 、一般用STL指令设计的程序最短 、用其它各种编程方式设计的程序长度相差不大

25、、对某些编程方式（如起保停）程序长度与输出继电器 是否仅在功能表图中某一步接通有关。 注：PLC的用户程序存储器一般是足够用的，程序稍长所 增加的工作量也很小，没有必要在缩短用户程序上花太多 的精力。 50 3、电路结构与其它方面的比较 、使用起保停电路，以代表步的编程元件为中心，用一个 电路来实现对这些编程元件的复位和置位。 、以转换为中心的编程方式：直接、充分地体现了转换的 基本原则，无论是单序列、并行序列、选择序列，代表步的 辅助继电器的置位、复位功能的设计方法都相同。该方法思 路清楚，易理解和掌握，适用于复杂系统的设计。 51 、STL指令和仿STL指令的编程方式：以STL触点 或辅助

26、继电器的常开触点为中心（与左侧母线相连） 、当它们闭合时，驱动在该步接通的输出继电器； 、为实现下一步转换作好准备（转换条件、转换目标）； 、用指令或由系统程序将前级步对应的编程元件复位。 52 、STL指令的优点 、转换实现时，对前级步的状态寄存器和由它驱动的辅助 继电器的复位由系统程序完成。 、STL触点具有与主控指令相同的特点：LD移至STL触点 右端，对选择序列分支实现极为方便（如图示）。 、与条件跳步指令（CJ）类似，CPU不执行处于断开状态 的STL触点驱动的电路块中的指令（在没有并行序列时，仅 有一个STL触点接通）。 、允许双线圈现象，不采用STL指令的编程方式应特别注 意。

27、53 常见工作方式： 手动 通常由经验设计法即可实现，功能单一 单步 单周期（单循环） 连续 回初始态 回原点（HOME） ：当某些控制器件失灵或故 障时设备能够维持的某种运行方式，通常是短时运行，器件 更换或故障排除后能够迅速恢复到自动运行方式下，是设备 的一种补救措置 六、具有的系统的编程方式 手动 自动的切换应使系统进入自动运行的初始状态 连续运行方式下系统通常都处在循环工作状态，如遇有循环次数的要求， 则利用计数器实现，在循环程序执行之前或执行之后，应将控制循环的 次数复位，复位操作应放在循环之外。 增加回初始工作方式 手动调节 54 的梯形图结构： 55 两地小车工作过程和 控制面板

28、示意图 例：设计具有多种工作方式的两 地送料小车的控制梯形图，要求 小车具有手动、单步、单周期、 连续运行四种工作方式。操作面 板如图，自动运行过程：小车停 在装料工位上，按下起动按钮， 小车装料，15s右行至卸料处卸料， 20s后左行至装料处装料，如此反 复，按下停止按钮后完成当前周 期工作，回到装料处停止。 56 公用程序 手动程序 CJ P0 CJ P1 自动程序 公用程序 P0 P1 X10 X10 输入输入输出输出 X0起动起动X6装料手动装料手动 控制开关控制开关 Y0右行右行 X1停止停止X7卸料手动卸料手动 控制开关控制开关 Y1左行左行 X2左限位开关左限位开关X10 手动手

29、动Y2装料装料 X3右限位开关右限位开关X11 单步单步Y3卸料卸料 X4左行手动控左行手动控 制开关制开关 X12 单周期单周期 X5右行手动控右行手动控 制开关制开关 X13 连续连续 、 I/O资源分配如表所示，梯形图结构采用右图方式 57 当前活动步及“连续“工作 状态需要清零，也可将所有自动状态下的功能步集中作处 理（使用ZRST指令），尤其在使用步进顺控指令进行编程时， 应该对所有顺控触点复位，否则进入自动运行程序时可能会出 现两个以上的活动步。 ：小车应停在X2处，否则初 始步M0=0，系统自动状态不会工作，可以手动控制小车返回， 若希望自动回到起点，可增加回初始状态的工作步实现

30、，也可 在M0处增加一个左行动作，转换条件改为X4M200。 公用程序设计：包括完成公用程序设计：包括完成“自动自动”和和“手动手动”方式之间的方式之间的 切换处理及各类标志步元件初始化切换处理及各类标志步元件初始化 SET M 0 RST M 0 RST M 100 RST M 1 RST M 4 X10X2 M 8002 X10 X2 X10 58 手动程序设计：由于电机具有正反转工作状态，为了保证 系统的安全运行，需要设置必要的联锁、互锁。 59 、自动程序 1、以起保停电路的编程方式为例，采用顺序控制结合经验 设计法的思路 因为各梯级都有辅 助触点M100，故 M100也可以采用 主控

31、触点形式 60 2、多种工作方式系统的自动程 序的编写为了提高可读性，也可 采用模块化的编写方式将上例改 成： 61 多种工作方式的结构化编程方法： 手动到自动 的转换条件 M1 M2 M3 Y0 Y3 起动 T0 X3 T1 Y2 T0 T1 M4 X2 Y1 M0 装料 15s 右行 卸料 左行 20s 手动到自动 的转换条件 M1 M2 M3 Y0 Y3 T0 X3 T1 Y2 T0 T1 M4 X2 Y1 M0 装料 15s 右行 卸料 左行 20s 手动到自动 的转换条件 M1 M2 M3 Y0 Y3 Y2 T0 T1 M4Y1 M0 装料 15s 右行 卸料 左行 20s 0X 03 XX 01 XT 02 XX 00 XT 连续方式单周期方式单步方式 X0 62 作业： P186：7-2、7-3、7-5、7-6、7-7、7-13 63 通常是直接建立输入、输出关系。 1）根据被控设备的工作原理和生产工艺，配置输入、输出的元件编 号。 2）制定输入、输出的控制逻辑关系，理清输出负载的起动条件、停 止条件的逻辑组合，利用起保停电路或R/S指令编写梯形图。 3）分析输出负载的相互关系，添加必要的互锁、联锁电路。 4