第4章数字量控制系统梯形图程序设计

1、第第4 4章数字量控制系统梯形图章数字量控制系统梯形图程序设计方法程序设计方法简单基本的程序设计简单基本的程序设计4 .14 .1梯形图的经验设计法梯形图的经验设计法经验设计法经验设计法: :在典型电路的基础上，根在典型电路的基础上，根据对控制系统要求，不断地修改和完据对控制系统要求，不断地修改和完善梯形图。设计所用的时间、设计的善梯形图。设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，质量与设计者的经验有很大的关系，它可以用于较简单的梯形图它可以用于较简单的梯形图( (如手动程如手动程序序) )的设计。的设计。4.1.14.1.1起动保持和停止电路起动保持和停止电路即所谓的即所谓的“自

2、锁自锁”或或“自保持自保持”功能。功能。 实例教学一实例教学一 在生产实践过程中，实现生产机械的启动、在生产实践过程中，实现生产机械的启动、停止是最基本的要求。停止是最基本的要求。 试用可编程控制器的基本逻辑指令来控制电试用可编程控制器的基本逻辑指令来控制电动机的起停控制，并与继电器动机的起停控制，并与继电器- -接触器控制系统接触器控制系统进行比较。进行比较。（1 1）异步电动机控制线路图）异步电动机控制线路图 （2 2）可编程控制器的硬件连接）可编程控制器的硬件连接 实现电动机的运行所需的器件有：起点按钮实现电动机的运行所需的器件有：起点按钮 SB1 SB1 ，停止按钮，停止按钮 SB2

3、SB2 ，交流接触器，交流接触器 KM KM ，热，热继电器继电器 JR JR 及刀开关及刀开关QS QS 等。电路的连接如图所等。电路的连接如图所示。示。 I0.0I0.1I0.2Q0.0（3 3）梯形图的设计）梯形图的设计 梯形图便是是以图形符号及图形符号在图中的梯形图便是是以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变而来。两者部分符号对应关系如表所示。路图演变而来。两者部分符号对应关系如表所示。 梯形图的设计梯形图的设计电动机连续运行的梯形图，其工作过程分析如下：电动机连续运行的梯形图，其工作过程分析如下：

4、当按当按 SB 1 被按下时被按下时 I0.0 接通，接通， Q0.0 置置 1 ，这时电动机，这时电动机连续运行。需要停车时，按下停车按钮连续运行。需要停车时，按下停车按钮 SB 2 , 串联于串联于 Q0.0 线圈回路中的线圈回路中的 I0.1 的常闭触点断开，的常闭触点断开， Q0.0 置置0 ，电机失电，电机失电停车。停车。 （4 4）启）启 - - 保保 - - 停电路停电路 上图称为启上图称为启 - - 保保 - - 停电路。这个名称主要来源于图中的停电路。这个名称主要来源于图中的自保持触点自保持触点 Q0.0 Q0.0 。并联在。并联在 I0.0 I0.0 常开触点上的常开触点上

5、的 Q0.0 Q0.0 常开触常开触点的作用是当钮点的作用是当钮 SB 1 SB 1 松开，输入继电器松开，输入继电器 I0.0 I0.0 断开时，线圈断开时，线圈 Q0.0 Q0.0 仍然能保持接通状态。工程中把这个触点叫做仍然能保持接通状态。工程中把这个触点叫做“自保持自保持触点触点“。启。启 - - 保保 - - 停电路是梯形图中最典型的单元，它包含停电路是梯形图中最典型的单元，它包含了梯形图程序的全部要素。它们是：了梯形图程序的全部要素。它们是： a a 、事件：、事件： 每一个梯形图支路都针对一个事件。本例中为每一个梯形图支路都针对一个事件。本例中为 Q0.0 Q0.0 。 b b

6、、事件发生的条件：梯形图支路中除了线圈外还有触点的、事件发生的条件：梯形图支路中除了线圈外还有触点的组合，使线圈置组合，使线圈置 1 1 的条件既是事件发生的条件，本例中为起的条件既是事件发生的条件，本例中为起动按钮动按钮 I0.0 I0.0 置置 1 1 。 （启）（启） c c 、事件得以延续的条件：、事件得以延续的条件： 触点组合中使线圈置触点组合中使线圈置 1 1 得以持得以持久的条件即久的条件即并联触点（保）并联触点（保） d d 、使事件终止的条件、使事件终止的条件 ：即使线圈置：即使线圈置 1 1 中断的条件中断的条件。（停）（停）（5 5）语句表）语句表连续运行控制中所使用到的

7、基本指令有：连续运行控制中所使用到的基本指令有：从母线取用常开触点指令从母线取用常开触点指令 LD LD ；常开触点的并联指令常开触点的并联指令 O O ；常闭触点的串联指令常闭触点的串联指令 AN AN ；输出继电器的线圈驱动指令输出继电器的线圈驱动指令 = = 。语句表如下：。语句表如下： 程序步 指令 元件 0 LD I0.0 1 O Q0.0 2 AN I0.1 3 = Q0.0 实例教学二实例教学二异步电动机正反转控制电路异步电动机正反转控制电路（1 1）接触器控制电路）接触器控制电路COMCOM（2 2）可编程控制器的硬件连接）可编程控制器的硬件连接 实现电动机的正、反转所需的器件

8、有：实现电动机的正、反转所需的器件有： 停停止按钮止按钮 SB1 SB1 ，正转按钮，正转按钮SB2SB2，反转按钮，反转按钮SB3SB3，交流接触器交流接触器 KM1KM1、KM2KM2组成组成 。电路的连接如图。电路的连接如图所示。所示。 I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB3SB2SB1PLCKM1KM2正转SKM2KM1反转必须要（3 3）梯形图的设计）梯形图的设计I0.1I0.0Q0.0Q0.0I0.2I0.0Q0.1Q0.0注意：有没有注意：有没有互锁都行互锁都行Q0.1Q0.04.1.24.1.2延时接通延时接通/ /断开电路断开电路利用定时器利用定时器T T，可实现延时

9、接通，可实现延时接通， / /断开电路，灵活运用可实现多种断开电路，灵活运用可实现多种自动控制。自动控制。(1)(1)延时启动延时启动l目的：在得到启动信号后，不立即启动，延时目的：在得到启动信号后，不立即启动，延时一段时间后启动。一段时间后启动。l思路：将启动信号给定时器思路：将启动信号给定时器T T，让定时器开始，让定时器开始计时，用定时器的导通信号启动输出信号。计时，用定时器的导通信号启动输出信号。（2 2）两台电机的顺序启动）两台电机的顺序启动一个完整的设计过程一个完整的设计过程设计步骤设计步骤设计任务：设计任务：滑油泵电机和主轴电机滑油泵电机和主轴电机动作：动作：一台电机启动后，延时

10、若干秒，另一台一台电机启动后，延时若干秒，另一台电机自动启动，需要停止时，则一起停止。电机自动启动，需要停止时，则一起停止。 实现思路：实现思路：第一台电机使用启第一台电机使用启- -保保- -停电路控制；停电路控制；以第一台电机的运行信号作为定时器的启动以第一台电机的运行信号作为定时器的启动信号；时间到则第二台电机启动信号；时间到则第二台电机启动所需硬件：所需硬件：启动、停止按钮启动、停止按钮SB1SB1、SB2SB2，控制两，控制两台电机的接触器台电机的接触器KM1KM1、KM2KM2 PLC PLC的的 I/OI/O点的确定与分配点的确定与分配 顺序控制顺序控制PLC的的I/O点分配表点

11、分配表 PLCPLC点名称点名称连接的外部设备连接的外部设备功能说明功能说明I0.0SB1SB1启动命令启动命令I0.1SB2SB2停止命令停止命令Q0.0KM1KM1控制控制M1M1电机运转电机运转Q0.1KM2KM2控制控制M2M2电机运转电机运转T37顺序启动延时顺序启动延时M0.0 辅助辅助主电路图和主电路图和PLCPLC接线图接线图COMCOMI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1KM2SKM1M1ABCKM1FUQSM2 ABCKM2FUQS润滑电机主电机梯形图梯形图（3 3）电机的故障报警）电机的故障报警l大量的工程实践表明，可编程序控制器外部的大量的工

12、程实践表明，可编程序控制器外部的输入、输出元件的故障率远远高于可编秩序控输入、输出元件的故障率远远高于可编秩序控制器本身的故障率，而这些元件出现故障后，制器本身的故障率，而这些元件出现故障后，可编程序控制器一般不能觉察出来，不会自动可编程序控制器一般不能觉察出来，不会自动停机。这时，需要用梯形图程序实现故障的自停机。这时，需要用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。诊断和自处理。方法：超时检测方法：超时检测 机械设备在各工步的动作所需的时间一般是机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在可编程序控制器发出

13、输出信些时间为参考，在可编程序控制器发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比止常情况下该定时器定时，定时器的设定值比止常情况下该动作的持续时间长动作的持续时间长2020左右左右。具体办法：把接触器的辅助触点接入具体办法：把接触器的辅助触点接入PLCPLC主电路图和主电路图和PLCPLC接线图接线图COMCOMI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1SM1ABCKM1FUQSKM1梯形图的设计梯形图的设计I0.1I0.0Q0.0Q0.0I0.0T37M0.0Q0.0M0.0IN TONPT20T

14、37（ S ） 1（ R ） 1M0.0按下按钮按下按钮Q0.0变变1，同时同时T37 开始计时开始计时Q0.0=1，则接，则接通通KM1，令其，令其触点闭合则触点闭合则I0.2=12秒后，秒后，T37闭合，若闭合，若此时此时KM1触点还没有触点还没有闭合，则闭合，则M0.0置置1，停止停止Q0.0，发出报警，发出报警信号信号I0.2延时接通延时接通/ /断开电路的梯形图和波断开电路的梯形图和波形图形图按下按钮I0.0为1，T37开始计时，9秒后T37为1，启动Q0.1松开按钮，I0.0的常闭点为1，T38开始计时，7秒后T38为1，停止Q0.14 41 13 3定时范围的扩展定时范围的扩展l

15、S7-200S7-200的定时器的最长定时时间为的定时器的最长定时时间为3276.7s3276.7s，如果需要更长的定时时间，可利用定时器和计如果需要更长的定时时间，可利用定时器和计数器组合实现。数器组合实现。l多个定时器组合电路多个定时器组合电路l定时器和计数器组合定时器和计数器组合多个定时器组合电路多个定时器组合电路 如图所示。当如图所示。当X0接通，接通，T0线圈得电并开始延时，延时到线圈得电并开始延时，延时到T0常开触点闭合，又使常开触点闭合，又使T1线圈得电，并开始延时，当定时线圈得电，并开始延时，当定时器器T1延时到，其常开触点闭合，再使延时到，其常开触点闭合，再使T2线圈得电，并

16、开始线圈得电，并开始延时，当定时器延时，当定时器T2延时到，其常开触点闭合，才使延时到，其常开触点闭合，才使Y0接通。接通。因此，从因此，从X0为为ON开始到开始到Y0接通共延时接通共延时9000s。定时器和计数器组合定时器和计数器组合 当当X1为为ON时，时，T1开始定时，开始定时，0.6s后后T1定时时间到，其常闭触点定时时间到，其常闭触点断开，使它自己复位，复位后断开，使它自己复位，复位后T1的当前值变为的当前值变为0，同时它的常闭触，同时它的常闭触点接通，使它自己的线圈重新通点接通，使它自己的线圈重新通电，又开始定时。电，又开始定时。T1将这样周而将这样周而复始地工作，直至复始地工作，

17、直至X1变为变为OFF。从分析中可看出，从分析中可看出，1最上面一行电最上面一行电路是一个脉冲信号发生器，脉冲路是一个脉冲信号发生器，脉冲周期等于周期等于T1的设定值。的设定值。 产生的脉冲列送给产生的脉冲列送给C0计数，计计数，计满满3个数后，个数后，C0的当前值等于设定的当前值等于设定值，它的常开触点闭合，值，它的常开触点闭合，Y0开始开始输出。输出。 4.1.4.4.1.4.闪烁电路闪烁电路l两种方法：两种方法：l利用两个定时器交替工作，一个负责点亮定利用两个定时器交替工作，一个负责点亮定时，一个负责熄灭定时，可获得任意占空比的时，一个负责熄灭定时，可获得任意占空比的脉冲信号脉冲信号l利

18、用特殊存储器利用特殊存储器M8011M8011，其常开触点提供周，其常开触点提供周期为期为1s1s、占空比为、占空比为0.50.5的脉冲信号，可以用它的脉冲信号，可以用它驱动需要闪烁的指示灯。驱动需要闪烁的指示灯。利用两个定时器利用两个定时器点亮定时器使Q0.0=1熄灭定时器使T37=0并复位T374.1.5.4.1.5.小车自动往返运动的梯形图设计小车自动往返运动的梯形图设计关键点：多点控制关键点：多点控制多点控制多点控制启动启动，启动开关，启动开关并联并联多点控制多点控制停止停止，停止开关，停止开关串联串联继电器控制系统继电器控制系统可编程控制器编程的基本原则可编程控制器编程的基本原则1.

19、水平不垂直水平不垂直2.线圈右边无接点线圈右边无接点3.左大右小，上大下小左大右小，上大下小4.双线圈输出不可用双线圈输出不可用5.输入信号的最高频率问题输入信号的最高频率问题水平不垂直水平不垂直 梯形图的接点应画在水平线上，不能画在梯形图的接点应画在水平线上，不能画在垂直分支上垂直分支上 线圈右边无接点线圈右边无接点 不能将接点画在线圈右边，只能在接点的右不能将接点画在线圈右边，只能在接点的右边接线圈边接线圈 (M0.0)(M0.1)(M0.1)(M0.1)(M0.0)I0.0I0.1I0.0I0.0I0.1左大右小，上大下小左大右小，上大下小 有串联电路并联时，应将接点最多的那个有串联电路

20、并联时，应将接点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。有并联电路相串串联回路放在梯形图最上面。有并联电路相串联时，应将接点最多的并联回路放在梯形图的联时，应将接点最多的并联回路放在梯形图的最左边。最左边。 双线圈输出不可用双线圈输出不可用 如果在同一程序中同如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才无效，只有最后一次才有效，一般不应出现双有效，一般不应出现双线圈输出。线圈输出。 I0.0I0.0I0.0I0.0I0.1I0.0I0.0I0.0I0.1l遵守梯形图语言中的语法规定。遵

21、守梯形图语言中的语法规定。 l置中间单元。置中间单元。l尽量减少可编程序控制器的输入信号和尽量减少可编程序控制器的输入信号和输出信号。输出信号。l外部联锁电路的设立。外部联锁电路的设立。l在串联电路中单个触点应放在右边，在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。并联电路中单个触点应放在下向。l外部负载的额定电压。外部负载的额定电压。4.2.34.2.3注意事项注意事项4.34.3顺序控制设计法与顺序功能图顺序控制设计法与顺序功能图4.3.14.3.1顺序控制设计法顺序控制设计法 l 1 1 经验法的缺点：经验法的缺点：用经验设计法设计梯形用经验设计法设计梯形图时，没有一

22、套同定的方法和步骤可以遵循，图时，没有一套同定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。梯形图往往很难阅读，系统的维修和改进困难。梯形图往往很难阅读，系统的维修和改进困难。 l2 2顺序控制的定义：顺序控制的定义： 就是按照生产工艺预先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。行机构自动地有

23、秩序地进行操作。l 3.3.顺序控制设计法的基本思想顺序控制设计法的基本思想：将系统的一：将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步些阶段称为步(step)(step)，并用编程元件，并用编程元件(M(M和和S)S)来来代表各步。代表各步。la.a.步的划分步的划分: :根据输出量的状态根据输出量的状态, ,在任何一步之在任何一步之内，各输出量的内，各输出量的ONONOFFOFF状态不变，但是相邻状态不变，但是相邻两步输出量的状态是不同的。两步输出量的状态是不同的。lb. b. 转换条件转换条件: :使系统由当前步进入下一步的信使系统

24、由当前步进入下一步的信号。号。顺序功能图的组成顺序功能图的组成 是一种通用的技术语言。主要由是一种通用的技术语言。主要由步、有向连步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）线、转换、转换条件和动作（命令）组成。组成。转换条件转换条件步步动作或命令动作或命令将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段每一步所完成的工作使系统由前级步进入下一步的信号称为转换条件转换有向线段4.3.34.3.3步步l 1 1）表示方法：）表示方法： 用矩形方框，用矩形方框，方框中可以用数字，方框中可以用数字，编程元件的编程元件的地址作为步的编号地址作为步的编号。l 2 2）初始步：）初始步： 与系统的初始与系统的

25、初始状态相对应的步称为初始步，初状态相对应的步称为初始步，初始步用双线方框表示。始步用双线方框表示。l 3 3）与步对应的动作或命令。）与步对应的动作或命令。l 4 4）活动步：系统正处于某）活动步：系统正处于某一步所在的阶段时该步处于活一步所在的阶段时该步处于活动状态动状态。1234M2反转开始M1运转M2运转M2运转4.3.44.3.4有向连线与转换条件有向连线与转换条件l 1 1）有向连线：从上到下或从）有向连线：从上到下或从左至右箭头不标，反之标出。左至右箭头不标，反之标出。l 2 2）转换：用有向连线上与）转换：用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，有向连线垂直的短划线来表示，将

26、相邻两步隔开。将相邻两步隔开。l 3 3）转换条件：）转换条件： 转换条件是转换条件是与转换相关的逻辑命题，转换与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文字语言、布尔代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数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。示转换的短线的旁边。1234M2反转开始M1运转M2运转M2运转I0.0I0.1I0.2I0.3SM0.04.3.54.3.5基本结构基本结构l1 1）单序列）单序列l2 2）选择序列）选择序列l3 3）并列序列）并列序列l4 4）顺序功能图举例）顺序功能图举例l5) 5) 子步子步345de单序列单序列d e f51196m n p7

27、选择序列选择序列71196d51196e并行序列并行序列2.12.22.3dc2.42.5bdfga2ag子步子步子步目的：简化顺序功能图子步目的：简化顺序功能图顺序控制图的设计基本步骤顺序控制图的设计基本步骤 1.1.步的划分步的划分 2.2.转换条件的确定转换条件的确定 3.3.顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制 4.4.梯形图的绘制梯形图的绘制 实例分析一实例分析一 如上图所示，系统由三条传送带构成，如上图所示，系统由三条传送带构成，各传送带分别由电机各传送带分别由电机M1M1、M2M2、M3M3驱动，要求电驱动，要求电机的启动顺序是，按下按钮机的启动顺序是，按下按钮SB1SB1，M3M3

28、立即启动，立即启动，15S15S后后M2M2启动，启动，M2M2启动启动3030秒后秒后M1M1启动，启动，要求绘要求绘出其顺序控制图。出其顺序控制图。M1M2M3设计步骤设计步骤l了解机械动作了解机械动作l 确定电气动作确定电气动作l确定确定可编程序控制器的可编程序控制器的输入信号和输出负载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。出可编程序控制器的外部接线图。l画出顺序控制图画出顺序控制图。l画出梯形图画出梯形图。 可编程序控制器的外部接线图可编程序控制器的外部接线图l先画好主电路图先画好主电路图l画画

29、可编程序控制器的外可编程序控制器的外部接线图部接线图l画顺序控制图画顺序控制图COMCOMI0.0I0.1Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1KM2SKM3Q0.2顺序功能图设计顺序功能图设计1.动作列表：确定步动作列表：确定步2.转换条件确定：加转换条件转换条件确定：加转换条件3.完善完善1.1.步的划分（动作列表）步的划分（动作列表） 步是根据步是根据PLCPLC输出量的状态划分输出量的状态划分的，只要系的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。在每一步内进入新的步。在每一步内PLCPLC各输出量状态均保各输出量状态均保持不变

30、，但是相邻两步输出量总的状态是不同持不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。的。机械动作电机动作PLC输出状态步123皮带3运转皮带2运转皮带1运转机械动作123KM3接通KM2接通KM1接通电气动作123Q0.2 onQ0.1,0.2 onQ0.0 ,0.1,0.2 onPLC输出点动作2.2.转换条件的确定（加转换）转换条件的确定（加转换）划分完各步后，在各步之间加上有向线段，划分完各步后，在各步之间加上有向线段，和代表转换的小横线，然后在小横线的旁边和代表转换的小横线，然后在小横线的旁边注明转换条件注明转换条件转换条件是使系统从当前步进入下一步的条转换条件是使系统从当前步进入下一步的条

31、件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定件。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（通时器和计数器的触点的动作（通/ /断）等。断）等。l在各步之间加上有向线在各步之间加上有向线段，段，l代表转换的小横线代表转换的小横线l在小横线的旁边注明转在小横线的旁边注明转换条件换条件123Q0.2 onQ0.1,0.2 onQ0.0,0.1, 0.2 on按下按钮SB1 延时15秒 延时15秒 3.3.顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制( (完善）完善）l加上起始步加上起始步l每步的编号使用辅助继每步的编号使用辅助继电器电器M M* *. .* *l动作和延时、转换条件动作和延时、转换条

32、件l加上循环条件加上循环条件l完成完成M0.1M0.2M0.3Q0.0，0.1，0.2 onQ0.2 onT37计时Q0.1，0.2 on，T38计时I0.0T37T38I0.1M0.0开始SM0.0123Q0.2 onQ0.1,0.2 onQ0.0,0.1, 0.2 on按下按钮SB1 延时15秒 延时15秒 l1 1）转换实现的）转换实现的条件条件 l (1)(1)该转换所有的前级步都是活动步。该转换所有的前级步都是活动步。l (2)(2)相应的转换条件得到满足。相应的转换条件得到满足。l2 2）转换实现应完成的）转换实现应完成的操作操作l (1)(1)使所有由有向连线与相应转换符号使所有由有向连线与相应转换符号相连的后