第八章 可编程序控制器的程序设计

1、第八章第八章 可编程序控制器的程序设计可编程序控制器的程序设计 图中的继电器是图中的继电器是“软继电器软继电器”，它不是继电器电路，它不是继电器电路中的物理继电器，实质是存储器中的每位触发器。当中的物理继电器，实质是存储器中的每位触发器。当它为它为“1”1”态时，表示继电器线圈通电，常开接点闭合态时，表示继电器线圈通电，常开接点闭合或常闭接点打开。或常闭接点打开。输入继电器不能由内部其它继电器的接点驱动，它输入继电器不能由内部其它继电器的接点驱动，它只供只供PLCPLC接受外部输入信号，故在梯形图中不会出现输接受外部输入信号，故在梯形图中不会出现输入继电器线圈。入继电器线圈。输出继电器是由输出

2、继电器是由PLCPLC作输出控制用，驱动外部负载，作输出控制用，驱动外部负载，故当梯形图中输出继电器线圈接通时，表示相应的输故当梯形图中输出继电器线圈接通时，表示相应的输出点有输出信号。出点有输出信号。梯形图是梯形图是PLCPLC形象化的一种编程方法，图中的母线并形象化的一种编程方法，图中的母线并不接任何电源，图中不存在真正的物理电流，而仅是从不接任何电源，图中不存在真正的物理电流，而仅是从左向右流动的左向右流动的“概念概念”电流。电流。PLCPLC工作时，对梯形图按先后顺序从左到右、从上到工作时，对梯形图按先后顺序从左到右、从上到下逐一扫描处理，不存在几条并列支路同时动作的情况。下逐一扫描处

3、理，不存在几条并列支路同时动作的情况。外部输入设备常闭触点的处理：外部输入设备常闭触点的处理： 下图下图(a)(a)是电动机直接起动控制的继电接触器控制电路，其是电动机直接起动控制的继电接触器控制电路，其中停止按钮中停止按钮SBSB1 1是常闭触点。如用是常闭触点。如用PLCPLC来控制，则停止按钮来控制，则停止按钮SBSB1 1和起动按钮和起动按钮SBSB2 2是它的输入设备。在外部接线时，是它的输入设备。在外部接线时，SBSB1 1有有两种接法。两种接法。照图照图(b)(b)的接法，的接法，SBSB1 1仍接成常闭，接在仍接成常闭，接在PLCPLC输入继电器的输入继电器的X1X1端子上，则

4、在编制梯形图时，用的是常开触点端子上，则在编制梯形图时，用的是常开触点X1X1。因。因SBSB1 1闭合，对应的输入继电器接通，这时它的常开触点闭合，对应的输入继电器接通，这时它的常开触点X1X1是闭是闭合的。按下合的。按下SBSB1 1，断开输入继电器，它才断开。，断开输入继电器，它才断开。照图照图(c)(c)的接法，将的接法，将SBSB1 1接成常开形式，则在梯形图中，用的接成常开形式，则在梯形图中，用的是常闭触点是常闭触点X1X1。因。因SBSB1 1断开，这时对应的输入继电器断断开，这时对应的输入继电器断 开，开，其常闭触点其常闭触点X1X1仍然闭合。当按下仍然闭合。当按下SBSB1

5、1时，接通输入继电器，时，接通输入继电器，它才断开。它才断开。从从(a)(a)和和(c)(c)可以看出，为了使梯形图和继电接触器控制电路可以看出，为了使梯形图和继电接触器控制电路一一对应，一一对应，PLCPLC输入设备的触点应尽可能地接成常开形式。输入设备的触点应尽可能地接成常开形式。此外，热继电器此外，热继电器FRFR的触点只能接成常闭的，通常不作为的触点只能接成常闭的，通常不作为PLCPLC的输入信号，而将其直接通断接触器线圈。的输入信号，而将其直接通断接触器线圈。 将正、反转起动将正、反转起动按钮的常闭按钮的常闭辅助触头串辅助触头串接在对方接接在对方接触器线圈电触器线圈电路中，这种路中，

6、这种互锁称为按互锁称为按钮互锁，又钮互锁，又称机械互锁。称机械互锁。称为正一反一停称为正一反一停电路。电路。 PLC内部提供内部提供PLC外部提供外部提供不能省略不能省略T0T1X000T1Y000K6000K5000600s500sX000T0Y000(T1)T0X000C0T0T0C0Y001K1000K400X000T0(触点）Y001X001100s100s100s21400(100400)sRSTC0T0X001M8012C1X000C1RSTC0C0X000RSTC1C0X000Y000K500C0K100500个500个C0M8012C1Y000X000100个5000s50s1

7、005000s50s问题的思考：问题的思考：第一次撞到第一次撞到SQ3SQ3（输入条件），结果是停并卸料（输出）（输入条件），结果是停并卸料（输出）第二次撞到第二次撞到SQ3SQ3（输入条件），结果是不停且并不卸料（输出）（输入条件），结果是不停且并不卸料（输出）在整个程序一个循环中，出现两次撞在整个程序一个循环中，出现两次撞SQ3SQ3引起不同结果，都引起不同结果，都在右行里发生，要用一个右行在右行里发生，要用一个右行Y000Y000。所以，在所以，在X005X005常闭下并联触点常闭下并联触点M100M100，（常开），有条件控制（常开），有条件控制的，的，用辅助继电器用辅助继电器M M。

8、（在哪断，在哪连）（在哪断，在哪连）M100M100线圈和触点显然和线圈和触点显然和X005X005触点有关且此处用常开的触点有关且此处用常开的X005X005触触点接通点接通M100M100，保证右行时，保证右行时X005X005常闭和常闭和M100M100常开交替接通右常开交替接通右行线路。行线路。M100M100是利用现有条件创造的，且把是利用现有条件创造的，且把X005X005作为输入控制信号，所以选择了这么做。作为输入控制信号，所以选择了这么做。M100M100既然是线圈，它就会对它的触点产生控制，就考虑它是既然是线圈，它就会对它的触点产生控制，就考虑它是否应该具有启保停特性，之后由

9、相应条件确定。（启动和否应该具有启保停特性，之后由相应条件确定。（启动和保持已经确定），停止条件怎么确定呢？保持已经确定），停止条件怎么确定呢？M100M100在第一次接通在第一次接通SQ3SQ3左行时要接通并自锁，否则在再次右左行时要接通并自锁，否则在再次右行到行到SQ3SQ3处又停下来了。所以选择处又停下来了。所以选择M100M100停止不能用停止不能用X003X003，本例选了本例选了X004X004。撞了。撞了X004X004后让后让M100M100应该真停止，下次启动应该真停止，下次启动靠靠X005X005才行。才行。但没有但没有Y001Y001常闭时发现从最右返回左行撞到常闭时发现

10、从最右返回左行撞到X005X005时，时，M100M100又又启动并自锁，（导致在右行时到达启动并自锁，（导致在右行时到达SQ3SQ3处该停不停），所处该停不停），所以，想办法得让以，想办法得让M100M100在进入下个开始时候停止，所以，串在进入下个开始时候停止，所以，串入入Y001Y001常闭使它左行撞到常闭使它左行撞到X005X005不启动。不启动。对对Y003Y003和和T1T1前串联前串联Y001Y001和和Y000Y000常闭触点的思考：常闭触点的思考：X005X005第一次撞开时第一次撞开时Y003Y003要接通，而要接通，而X005X005第二次撞开时第二次撞开时Y003Y00

11、3要要断开，那么已知的这些触点有没有满足的呢？断开，那么已知的这些触点有没有满足的呢？即即X005X005断时，断时， ？触点通能引起卸料？触点通能引起卸料X005X005再断时，再断时， ？触点断可以不卸料？触点断可以不卸料输入触点显然不能由程序驱动，不看输入触点，看输入触点显然不能由程序驱动，不看输入触点，看M M和和Y Y触点。触点。发现发现Y000Y000常闭就满足，所以串联它。（常闭就满足，所以串联它。（X005X005直接引起直接引起Y000Y000的的变化，所以先看它，发现它就满足）变化，所以先看它，发现它就满足）Y001Y001是控制往左走不卸料是控制往左走不卸料的。的。从上面

12、说明和从上面说明和M100M100线圈的接通可看出线圈的接通可看出“就地取材就地取材”就可解决就可解决很多问题，最好不要多引进其线圈。很多问题，最好不要多引进其线圈。即？线圈发即？线圈发生了变化生了变化图所示小车一个工作周期的动作要求如下：图所示小车一个工作周期的动作要求如下： (1)(1)按下启动按钮按下启动按钮SB(X000)SB(X000)，小车电动机，小车电动机M M正转正转(Y010)(Y010)，小车第一次前进，小车第一次前进，碰到限位开关碰到限位开关SQ1(X001)SQ1(X001)后小车电动机后小车电动机M M反转反转(Y011)(Y011)，小车后退。，小车后退。 (2)(

13、2)小车后退碰到限位开关小车后退碰到限位开关SQ2(X002)SQ2(X002)后，小车电动机后，小车电动机M M停转。停停转。停5s5s后，后，第二次前进，碰到限位开关第二次前进，碰到限位开关SQ3(X003)SQ3(X003)，再次后退。，再次后退。 (3)(3)第二次后退碰到限位开关第二次后退碰到限位开关SQ2(X002)SQ2(X002)时，小车停止。时，小车停止。第一次前进第一次前进第一次后退第一次后退第二次后退第二次后退第二次前进第二次前进停停5S停停SB(X000)SQ1(X001)SQ2(X002)SQ3(X003)SQ2(X002)本例的输出较少，电动机正转输出本例的输出较少

14、，电动机正转输出Y010Y010及反转输出及反转输出Y011Y011而已。而已。但控制工况比较复杂。由于分为第一次前进、第一次后退、但控制工况比较复杂。由于分为第一次前进、第一次后退、第二次前进、第二次后退，且限位开关第二次前进、第二次后退，且限位开关SQ1SQ1在二次前进过在二次前进过程中，限位开关程中，限位开关SQ2SQ2在二次后退过程中所起的作用不同，在二次后退过程中所起的作用不同，想直接绘制针对想直接绘制针对YOl0YOl0及及Y01lY01l的启一保一停电路梯形图就不的启一保一停电路梯形图就不容易了。于是我们就想着应当将启一保一停电路的内容弄容易了。于是我们就想着应当将启一保一停电路

15、的内容弄简单点，不直接针对电动机的正转及反转列写梯形图，而简单点，不直接针对电动机的正转及反转列写梯形图，而是针对第一次前进、第一次后退、第二次前进、第二次后是针对第一次前进、第一次后退、第二次前进、第二次后退列写启一保一停电路梯形图。为此选退列写启一保一停电路梯形图。为此选M100M100、M10lM10l及及Mll0Mll0、M11lM11l作为两次前进及两次后退的辅助继电器，选定时器作为两次前进及两次后退的辅助继电器，选定时器T37T37控制小车第一次后退在控制小车第一次后退在SQ2SQ2处停止的时间，本例的输入、处停止的时间，本例的输入、输出口安排已标在图中了。输出口安排已标在图中了。

16、 针对两次前进及两次针对两次前进及两次后退绘出的梯形图草后退绘出的梯形图草图如图所示。图中有图如图所示。图中有第一次前进、第一次第一次前进、第一次后退、计时、第二次后退、计时、第二次前进、第二次后退前进、第二次后退5 5个支路，每个支路的个支路，每个支路的启动与停止条件都是启动与停止条件都是清楚的。但是程序的清楚的。但是程序的功能却不能符合要求，功能却不能符合要求，因为细分支路后小车因为细分支路后小车的各个工况间的牵涉的各个工况间的牵涉虽然少了但并没有从虽然少了但并没有从根本上划分清楚。分根本上划分清楚。分析以上梯形图可以知析以上梯形图可以知道，若依以上程序，道，若依以上程序，第二次前进碰到第

17、二次前进碰到SQ1SQ1时即会转入第一次后时即会转入第一次后退的过程，且第二次退的过程，且第二次后退碰到后退碰到SQ2SQ2时还将时还将启动定时器，不能实启动定时器，不能实现停车。现停车。 怎样解决以上问题呢怎样解决以上问题呢? ?不难发现，不难发现，以上提及的不符合控制要求以上提及的不符合控制要求的两种情况都发生在第二次的两种情况都发生在第二次前进之后，那么可不可以让前进之后，那么可不可以让PLC“PLC“记住记住”第二次前进的第二次前进的“发生发生”从而对计时及后退从而对计时及后退加以限制呢加以限制呢? ?这当然是可以的，这当然是可以的，于是我们选择于是我们选择M102M102作为第二作为

18、第二次前进继电器，对草图修改次前进继电器，对草图修改后的程序如图所示。图中将后的程序如图所示。图中将二次后退综合到一起了，还二次后退综合到一起了，还增加了前进与后退继电器的增加了前进与后退继电器的互锁。互锁。由以上分析可知，用经验设计法设计梯形图时，没有一套固由以上分析可知，用经验设计法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方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。当修改某一局部电路时，很可能会法。当修改某一局部电路时，很可能会“牵一发而动全牵一发

19、而动全身身”。因此在复杂的控制系统中一般采用顺序设计法设计。因此在复杂的控制系统中一般采用顺序设计法设计。 所谓顺序控制设计法所谓顺序控制设计法，就是按照生产工艺预先规定的顺序，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，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，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。使在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画出顺序画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。 顺序设计法最

20、基本的思想是将系统的一个工作周期划分为顺序设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为 若干个顺序相连若干个顺序相连的阶段，这些分阶段称为步的阶段，这些分阶段称为步(Step)(Step)，并用，并用编程元件编程元件( (例如内部辅助继电器例如内部辅助继电器M M和状态继电器和状态继电器S)S)来代表各来代表各 步。步。步是根据输出量的状态变化来划分的。在任何一步之步是根据输出量的状态变化来划分的。在任何一步之内，各输出量内，各输出量ONONOFFOFF状态不变，但是相邻两步输出量的状态不变，但是相邻两步输出量的状态是不同的。状态是不同的。如图如图8 8一一1515所示。步的这种划分方法使代

21、所示。步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。简单的逻辑关系。X000右行右行X003X004X005X003X005右行右行左行左行卸料卸料15S20S装料装料15S卸料卸料左行左行20S装料装料X005M0T1M8M7M6M5M4M3M2M1T0Y000Y002 T0Y001Y003 T1Y000右行右行左行左行装料装料 20S卸料卸料 15S右行右行Y003 T1卸料卸料 15SY001左行左行装料装料 20SY002 T0X005X003X004T0X003T1X003M8002M0M800

22、2M0M0X002M2M1M2M2M1T0M8X003X000M1M1X005M3Y003T1K150M7X003M8M0M8Y002T0K200Y000M5M6M7X005X007M5M6M7X005X007X010X011M81)1)选择序列的分支的编程方法选择序列的分支的编程方法图图8.188.18中步中步M0M0之后有一个选择之后有一个选择序列的分支，设序列的分支，设MOMO为活动步，为活动步，当它的后续步当它的后续步M1M1或或M2M2变为活变为活动步时，它都应变为不活动动步时，它都应变为不活动步步(M0(M0变为变为0 0状态状态) )，所以应，所以应将将M1M1和和M2M2的常闭

23、触点与的常闭触点与MOMO的的线圈串联。如果某一步的后线圈串联。如果某一步的后面有一个由面有一个由N N条分支组成的条分支组成的选择序列，该步可能转换到选择序列，该步可能转换到不同的不同的N N步去，则应将这步去，则应将这N N条条后续步对应的辅助继电器的后续步对应的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联，常闭触点与该步的线圈串联，作为结束该步的条件。作为结束该步的条件。2)2)选择序列的合并的编程方法选择序列的合并的编程方法图图8-188-18中，步中，步M2M2之前有一个选择序列的合并，当步之前有一个选择序列的合并，当步M1M1为活动步为活动步(Ml(Ml为为1)1)并且转换条件并且转换条件

24、X001X001满足，满足，或或步步MOMO为活动步并且转换条件为活动步并且转换条件X002X002满足，满足，步步M2M2都应变为活动步，即代表该步的辅助继电器都应变为活动步，即代表该步的辅助继电器M2M2的起动条件应的起动条件应M1X001+MOX002M1X001+MOX002对应的起动电路由两条并联支路组成，每条支路对应的起动电路由两条并联支路组成，每条支路分别由分别由MlX001MlX001和和MOX002MOX002的的常开常开触点串联而成，如图触点串联而成，如图8 81919所示。所示。对于选择序列的合并，如果某一步之前有对于选择序列的合并，如果某一步之前有N N条支路转换条支路

25、转换( (即有即有N N条分支进条分支进入该步入该步) )，则代表该步的辅助继电器的起动电路由，则代表该步的辅助继电器的起动电路由N N条支路并联而成，条支路并联而成，各支路由某一前级步对应的辅助继电器的各支路由某一前级步对应的辅助继电器的常开常开触点与相应转换条件触点与相应转换条件对应的触点或电路串联而成。对应的触点或电路串联而成。 M5常闭也可以X007X006X003X001X000M8002X002X004X005图图8-18 选择序列与并行序列选择序列与并行序列 M3M3步后有两个选择步后有两个选择M2M2和和M4M4，当，当M2M2和和M4M4任任意一个接通，意一个接通， M3M3

26、都需要断，所以都需要断，所以M2M2和和M4M4的常闭触点串联在的常闭触点串联在M3M3的启动电的启动电路中。路中。M2M2继电器为继电器为1 1时，它的常闭触点断，所时，它的常闭触点断，所以以M3M3不通。不通。 使用这种编程方法时，使用这种编程方法时，不不能将输出继电器的线圈能将输出继电器的线圈与置位指令和复位指令与置位指令和复位指令并联，并联，这是因为图这是因为图821821中前级步和转换中前级步和转换条件对应的串联电路接条件对应的串联电路接通的时间是相当短的通的时间是相当短的( (只只有一个扫描周期有一个扫描周期) )，转换，转换条件满足后前级步马上条件满足后前级步马上被复位，该串联断

27、开，被复位，该串联断开，而输出继电器的线圈至而输出继电器的线圈至少应该在某一步对应的少应该在某一步对应的全部时间内被接通。所全部时间内被接通。所以应根据顺序功能图，以应根据顺序功能图，用代表步的辅助继电器用代表步的辅助继电器的常开触点或它们的并的常开触点或它们的并联电路来驱动输出继电联电路来驱动输出继电器线圈。器线圈。说明说明 顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且满足相应的转换条件，则转换实现。即所有由有向连线且满足相应的转换条件，则转换实现。即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，而所有由有与相应转换符号相连的

28、后续步都变为活动步，而所有由有向连线与相应转换条件相连前都变为不活动步。向连线与相应转换条件相连前都变为不活动步。 在以转换条件为中心的编程方法中，用该转换所有前级步在以转换条件为中心的编程方法中，用该转换所有前级步对应的辅助继电器的常开触点与转换对应的触点或电路串对应的辅助继电器的常开触点与转换对应的触点或电路串联（即起保停电路中的起动电路），作为使后续步对应的联（即起保停电路中的起动电路），作为使后续步对应的辅助继电器置位（使用置位指令）和使所有前级步对应的辅助继电器置位（使用置位指令）和使所有前级步对应的辅助继电器复位（使用复位指令）的条件。辅助继电器复位（使用复位指令）的条件。 在任何

29、情况下，代表步的辅助继电器的控制电路都可以用在任何情况下，代表步的辅助继电器的控制电路都可以用这一原则来设计，每一个转换对应一个这样的控制置位和这一原则来设计，每一个转换对应一个这样的控制置位和复位的电路块，有多少个转换就有多少个这样的电路块。复位的电路块，有多少个转换就有多少个这样的电路块。 （有规律，容易掌握，不容易出错）（有规律，容易掌握，不容易出错）如果某一转换如果某一转换与并行序列的分支、合并无关与并行序列的分支、合并无关，它的前级步和，它的前级步和后续步都只有一个，需要复位、置位的辅助继电器也只有后续步都只有一个，需要复位、置位的辅助继电器也只有一个，因此对选择序列的分支与合并的编

30、程方法实际上与一个，因此对选择序列的分支与合并的编程方法实际上与对单序列的编程方法完全相同。对单序列的编程方法完全相同。 图图8 8一一1818所示的顺序功能图中，除了所示的顺序功能图中，除了X003X003与与X006X006对应的转换对应的转换以外，其余的转换均与并行序列无关，以外，其余的转换均与并行序列无关，X000X000X002X002对应的对应的转换与选择序列的分支、合并有关，它们都只有一个前级转换与选择序列的分支、合并有关，它们都只有一个前级步和一个后续步。与并行序列无关的转换对应的梯形图是步和一个后续步。与并行序列无关的转换对应的梯形图是非常标准的，每一个控制置位、复位的电路块都由前级步非常标准的，每一个控制置位、复位的电路块都由前级步对应的辅助继电器和转换条件对应的触点组成的串联电路，对应的辅助继电器和转换条件对应的触点组成的串联电路，