第5章 PLC系统设计

1、大连理工大学出版社大连理工大学出版社2目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日目目 录录5.1 PLC的编程指导的编程指导5.2 PLC的选择的选择5.3 PLC系统设计系统设计5.4 PLC系统的故障分析系统的故障分析3目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.1 PLC的编程指导的编程指导在掌握了在掌握了PLC的基本工作原理和指令系统后的基本工作原理和指令系统后,就可就可以把以把PLC应用于工程项目的设计中。由应用于工程项目的设计中。由PLC组成组成的控制系统从控制的本质上讲与继电的控制系统从控制的本质上讲与继电接触器控接触器控制系统没有大的区别，其差别主要在控制的表现制系统没有

2、大的区别，其差别主要在控制的表现形式上。形式上。PLC控制系统采用了逻辑器件和控制系统采用了逻辑器件和CPU的的运算处理，继电器接触器控制系统则采用实际的运算处理，继电器接触器控制系统则采用实际的物理器件和它们之间的相互约束关系来实现控制。物理器件和它们之间的相互约束关系来实现控制。因此，在系统设计上因此，在系统设计上PLC控制系统除了具有与继控制系统除了具有与继电电接触器控制系统相同的共性外，还有自身的接触器控制系统相同的共性外，还有自身的特点。特点。4目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（4）在同一个网络上可以建立有中线）在同一个网络上可以建立有中线输出的多个级挡，如下图所示。输出

3、的多个级挡，如下图所示。利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件的编号，程元件的编号，PLC是按编号来区别操作元是按编号来区别操作元件的。一般讲，配置好的件的。一般讲，配置好的PLC，其输入点数，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相对应的，输与控制对象的输入信号数总是相对应的，输出点数与输出的控制回路数也是相对应的，出点数与输出的控制回路数也是相对应的，故故I/O的分配实际上是把的分配实际上是把PLC的输入的输入/输出点输出点号分给实际的号分给实际的I/O电路，编程时按点号建立电路，编程时按点号建立逻辑关系或控制关系，接线时按点号逻辑关系或控制关系，

4、接线时按点号“对号对号入座入座”进行接线。进行接线。（1）每一个输入）每一个输入/输出继电器、内部辅助输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的线圈和继电器、定时器、计数器等器件的线圈和它的触点均有同一编号，每个元件的触点它的触点均有同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制，可以多次重复使用使用时没有数量限制，可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。次数。（2）每个网络必须以一个触点开始，网络）每个网络必须以一个触点开始，网络不能以触点终止。不能以触点终止。（3）网络不能以线圈开始，线圈用于终止）网络不能以线圈开始，线圈用于终止逻

5、辑网络。一个网络可有若干个线圈，只逻辑网络。一个网络可有若干个线圈，只要线圈位于该特定网络的并行分支上。不要线圈位于该特定网络的并行分支上。不能在网络上串联一个以上线圈（即不能在能在网络上串联一个以上线圈（即不能在一个网络的一条水平线上放置多个线圈）一个网络的一条水平线上放置多个线圈）。5.1.1 PLC的编程规则、技巧的编程规则、技巧1.PLC的的 I/O地址分配地址分配2.梯形图的编程规则梯形图的编程规则（5）可以在网络的同一级上将多条）可以在网络的同一级上将多条ENO指令用串联方式级联，如下图所示。如果指令用串联方式级联，如下图所示。如果任何指令失败，剩余的串联指令不会执行，任何指令失败

6、，剩余的串联指令不会执行，使能位停止（错误不通过该串联级联）。使能位停止（错误不通过该串联级联）。 （6）在同一个网络上可以建立有并联输出的）在同一个网络上可以建立有并联输出的多个级挡，如下图所示。如果一个输出未成多个级挡，如下图所示。如果一个输出未成功，电源仍然流至其他输出，不受失败指令功，电源仍然流至其他输出，不受失败指令的影响。的影响。（7）在一个程序中，同一编号的线圈不允许）在一个程序中，同一编号的线圈不允许有两次输出。有两次输出。（8）在梯形图中不允许生成使能流流向相）在梯形图中不允许生成使能流流向相反方向的分支。例如在下图中反方向的分支。例如在下图中,当当I1.3的常开的常开触点断

7、开时，能流流过触点断开时，能流流过I1.4的方向是从右到的方向是从右到左，这是不允许的。从本质上来说，该电路左，这是不允许的。从本质上来说，该电路不能用触点的串、并联指令来表示不能用触点的串、并联指令来表示（9）不允许生成引起短路的分支电路。）不允许生成引起短路的分支电路。（10）为了减少语句表指令的指令条数，在串联电路）为了减少语句表指令的指令条数，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中单个触点应放在右边，在并联电路中单个触点应放在下面，简称为在下面，简称为“左大右小，上大下小左大右小，上大下小”，如下图所，如下图所示示 5目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.

8、1.2 基本程序的编写基本程序的编写许多复杂的应用程序都是由一些典型的基本程序组成的，许多复杂的应用程序都是由一些典型的基本程序组成的，因此，用户若能掌握这些基本程序的编写技巧，对又快又因此，用户若能掌握这些基本程序的编写技巧，对又快又好地设计出自己所需的控制程序是非常有益的。下面介绍好地设计出自己所需的控制程序是非常有益的。下面介绍的都是从实践中总结出来的相对独立的功能段，读者只要的都是从实践中总结出来的相对独立的功能段，读者只要仔细领会，必然会水到渠成。仔细领会，必然会水到渠成。1.自锁（自保持）程序自锁（自保持）程序 自锁自锁(自保持自保持)程序分为关断优先式和启动优先式程序分为关断优先

9、式和启动优先式（1）关断优先式自锁程序）关断优先式自锁程序 （2 2）启动优先式自锁程序）启动优先式自锁程序 6目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写2.互锁程序互锁程序互锁程序用于不允许同时动作的两个继电器的控制，如电互锁程序用于不允许同时动作的两个继电器的控制，如电机的正反转控制。互锁程序梯形图如下图所示机的正反转控制。互锁程序梯形图如下图所示 7目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日3.通电禁止输出程序通电禁止输出程序在实际工作中，因停电在实际工作中，因停电（突然中断供电）而停止（突然中断供电）而停止生产是常有的事。在恢复生产是常有的事

10、。在恢复供电时，有些设备是不允供电时，有些设备是不允许立即恢复工作的，否则许立即恢复工作的，否则会发生严重事故。在这种会发生严重事故。在这种情况下，就要采用通电禁情况下，就要采用通电禁止输出程序，如右图所示。止输出程序，如右图所示。5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写8目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日4.优先级程序优先级程序优先级程序梯形图如下图所示。优先级程序梯形图如下图所示。5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写9目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写5.延时通断程序延时通断程序延时通断程序梯形图延时通断程序梯形图如右图所示。

11、如右图所示。在右图中在右图中I0.0I0.0和和I0.1I0.1接的是非接的是非自锁的启动与停止按钮，利用自锁的启动与停止按钮，利用内部存储器内部存储器M0.0M0.0完成程序的启完成程序的启保停控制。保停控制。 10目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日6.顺序延时接通程顺序延时接通程序序顺序延时接通程序顺序延时接通程序梯形图如右图所示。梯形图如右图所示。5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写11目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写7.顺序循环执行程顺序循环执行程序序顺序循环执行程序顺序循环执行程序梯形图如右图所示。梯形图如右图所示。1

12、2目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写8.脉冲程序脉冲程序利用定时器可以方利用定时器可以方便地产生脉冲序列便地产生脉冲序列波形。波形。13目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日9.分频器程序分频器程序分频器程序梯形图如下面的左图所示。通过此程序分频器程序梯形图如下面的左图所示。通过此程序在在Q2.0和和Q2.1的输出端可得到错开的二分频信号。的输出端可得到错开的二分频信号。5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写14目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日10.时钟程序时钟程序右图是时钟程序梯形图在图右图是时钟程序梯形图在图中定时器中定

13、时器T37触点每触点每0.1 s接接通一次，累积通一次，累积10次是次是1 s，使秒计数器加使秒计数器加1，当秒计数，当秒计数器计到器计到60次时，即为次时，即为1 min，C0常开触点闭合，使分计常开触点闭合，使分计数器数器C1加加1，并复位秒计数，并复位秒计数器器C0。当分计数器计到。当分计数器计到60次时，即为次时，即为1 h到，到，C1的常的常开触点闭合，接通时计数器开触点闭合，接通时计数器C2，并加，并加1计数，计数，C1也随也随之复位。当之复位。当C2计数至计数至24时，时，说明说明1 d的时间到了，自行的时间到了，自行复位。从而实现了时钟的功复位。从而实现了时钟的功能。图中内部存

14、储器触点能。图中内部存储器触点M1.0、M1.1、M1.2用于调用于调整或校对时钟程序。整或校对时钟程序。5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写15目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写11.循环移位程序循环移位程序循环移位程序梯形图如下图所示。循环移位程序梯形图如下图所示。用用I0.0控制接在控制接在Q0.0Q0.7上的上的8只彩灯，首先接在只彩灯，首先接在Q0.0上的彩灯亮，上的彩灯亮，然后以然后以5 s的速度依次点亮接在的速度依次点亮接在Q0.1Q0.7上的彩灯。保持任意时刻上的彩灯。保持任意时刻只有一只彩灯亮，当接在只有一只彩灯亮，当接在

15、Q0.7上的彩灯亮后，再从上的彩灯亮后，再从Q0.0Q0.7依次依次亮，如此循环点亮每只灯。亮，如此循环点亮每只灯。16目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写12.算术运算程序算术运算程序下页左边的梯形图的功能是完成下面算式的：下页左边的梯形图的功能是完成下面算式的：(90200) 3.145006.3(90200) 3.145006.3算术运算一般都是一次性的，而算术运算一般都是一次性的，而PLC采用的是循环扫描执行方式，因采用的是循环扫描执行方式，因此该类指令常常和上升沿检测指令（此该类指令常常和上升沿检测指令（P）联合使用。）联合使用。本程序

16、中包括了数据传送和加、减、乘、除四种运算。当本程序中包括了数据传送和加、减、乘、除四种运算。当I0.0闭合时，闭合时，数据传送指令数据传送指令MOV_R将实数将实数90、200分别传送给数据存储器分别传送给数据存储器VD10、VD20中，加法运算指令中，加法运算指令ADD_R将数据存储器将数据存储器VD10（90）和数据存储）和数据存储器器VD20（200）相加，其结果存到数据存储器）相加，其结果存到数据存储器VD30中，乘法运算指令中，乘法运算指令将数据存储器将数据存储器VD30中存储的数据乘以中存储的数据乘以3.14后的结果存到后的结果存到VD40中，减中，减法运算指令再将法运算指令再将V

17、D40中的值减去中的值减去500后存到后存到VD50中，最后再用中，最后再用VD50除以除以6.3，将其结果存到，将其结果存到VD60中，即中，即VD60中才是运算式的最终值。算中才是运算式的最终值。算术运算程序运算结果示意图如下页的右图所示。术运算程序运算结果示意图如下页的右图所示。17目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日18目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.1.2 基本程序的编写基本程序的编写13.子程序子程序子程序指令通常是将具有特定功能，并且要多次使用的程子程序指令通常是将具有特定功能，并且要多次使用的程序段作为子程序，可以多次被调用。子程序的执行由主程序段作为子

18、程序，可以多次被调用。子程序的执行由主程序来控制。序来控制。下面的例子是能完成三台电机在启动时相隔下面的例子是能完成三台电机在启动时相隔5s依次启动依次启动,停止时相隔停止时相隔2s逆顺停止。逆顺停止。19目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.2 PLC的选择的选择随着随着PLC在工业控制领域的广泛应用，生产在工业控制领域的广泛应用，生产PLC的厂家和的厂家和PLC的种类日益增多，其功能也逐渐趋的种类日益增多，其功能也逐渐趋于完善。但于完善。但PLC是一种通用的工业控制装置，功是一种通用的工业控制装置，功能的设置总是面向大多数用户的，繁多的产品种能的设置总是面向大多数用户的，繁多的产

19、品种类既给用户提供了广阔的选择余地，也给用户带类既给用户提供了广阔的选择余地，也给用户带来了一定的困难。如何合理地选择来了一定的困难。如何合理地选择PLC机型，组机型，组成经济、实用的应用系统？成经济、实用的应用系统？20目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.2.1 PLC的主要机型的主要机型当前世界上当前世界上PLC生产厂家有数百家生产厂家有数百家,生产几千种不同型号、规格的生产几千种不同型号、规格的PLC，要很详细列举各种型号的，要很详细列举各种型号的PLC几乎是不可能的。下面所介绍的几乎是不可能的。下面所介绍的是在我国影响较大、应用较广泛的几个厂家的是在我国影响较大、应用较广泛

20、的几个厂家的PLC机型。机型。1.德国西门子公司的德国西门子公司的PLC机型机型2.日本三菱（日本三菱（MITSUBISHI）公司的）公司的PLC机型机型3.日本松下电工公司的日本松下电工公司的PLC机型机型4.日本的欧姆龙日本的欧姆龙(OMRON)5.法国的施耐德法国的施耐德(SCHNEIDER)6.韩国的三星韩国的三星(SUMSUNG)7.美国的通用美国的通用(GE)8.美国的莫迪康美国的莫迪康(MODICON)21目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.2.2 PLC机型选择机型选择选择适当型号的选择适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一是应用设计中至关重要的一步。在功能满足要

21、求的前提下，应选择最佳的性步。在功能满足要求的前提下，应选择最佳的性能价格比，具体应考虑以下几点：能价格比，具体应考虑以下几点：1.I/O点数的选择点数的选择2.存储器容量的选择存储器容量的选择3.PLC功能的选择功能的选择4.特殊特殊I/O模块的选择模块的选择22目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.3 PLC系统设计系统设计PLC控制系统的设计是应用设计的关键，控制系统的设计是应用设计的关键，它决定整个控制系统的质量和水平。它决定整个控制系统的质量和水平。PLC系统设计就是根据被控对象的特点和控制系统设计就是根据被控对象的特点和控制要求，以要求，以PLC为主要控制设备，设计生成为

22、主要控制设备，设计生成一个控制系统。这个控制系统将长期应用一个控制系统。这个控制系统将长期应用于实际生产中，设计时应将各种因素全面于实际生产中，设计时应将各种因素全面考虑，严格按设计步骤进行设计。考虑，严格按设计步骤进行设计。23目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.3.1PLC控制系统的设计内容和设计步骤控制系统的设计内容和设计步骤 PLC控制系统设计的基本内容有：控制系统设计的基本内容有：PLC控制系统的设计就是根据生产工艺要控制系统的设计就是根据生产工艺要求和求和PLC系统的结构特点，用相应的编程指令，编制实际应用程序，绘制出系统的结构特点，用相应的编程指令，编制实际应用程序，

23、绘制出控制用主电路图、控制用主电路图、I/O接线图、梯形图并编写说明书等技术文件。接线图、梯形图并编写说明书等技术文件。PLC控制系统基本设计步骤如下：控制系统基本设计步骤如下： （1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。如控制的基本方式、）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。如控制的基本方式、需要完成的动作顺序、必要的保护连锁、操作方式（包括手动、自动、连续、需要完成的动作顺序、必要的保护连锁、操作方式（包括手动、自动、连续、单周期或单步）等。单周期或单步）等。（2）根据用户的）根据用户的I/O设备，确定设备，确定PLC的的I/O点数，并设计点数，并设计I/O端子的接线图。端

24、子的接线图。（3）根据控制要求和所需要的）根据控制要求和所需要的I/O点数，选择合适的点数，选择合适的PLC类型。类型。（4）对较复杂的控制系统，需画出工作循环表，或画出状态流程图表，以）对较复杂的控制系统，需画出工作循环表，或画出状态流程图表，以清楚表明动作的顺序和控制条件。清楚表明动作的顺序和控制条件。（5）根据工作循环图或动态流程图表编写用户程序，或是设计梯形图程序。）根据工作循环图或动态流程图表编写用户程序，或是设计梯形图程序。这是这是PLC控制系统设计工作中最为关键的一步，也是最为困难的一步。然后控制系统设计工作中最为关键的一步，也是最为困难的一步。然后根据梯形图编制程序清单。根据梯

25、形图编制程序清单。（6）用）用PLC编程器将程序键入编程器将程序键入PLC的用户程序存储器，或者使用专用编程的用户程序存储器，或者使用专用编程软件通过微机输入软件通过微机输入PLC存储器，然后进行模拟调试。存储器，然后进行模拟调试。（7）上述工作完成后，就可结合现场环境进行联机调试，直到满足设计要）上述工作完成后，就可结合现场环境进行联机调试，直到满足设计要求为止。求为止。（8）最后就是编写说明书等技术文件）最后就是编写说明书等技术文件 24目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日5.3.2PLC程序设计方法程序设计方法在电气控制工程中，对在电气控制工程中，对PLC应用程序的设计有多应用程

26、序的设计有多种方法，现将几种常用的应用程序设计方法做一种方法，现将几种常用的应用程序设计方法做一简要介绍。简要介绍。1.经验设计法经验设计法对初学者来说通常采用逐步探索的方法，先根据对初学者来说通常采用逐步探索的方法，先根据前面介绍的基本程序段粗略的设计出框架，再根前面介绍的基本程序段粗略的设计出框架，再根据具体的要求逐步补充完善，随时增减据具体的要求逐步补充完善，随时增减I/O点数以点数以及改变组合方式。但是，这种方法所设计的方案及改变组合方式。但是，这种方法所设计的方案不一定是最简方案。不一定是最简方案。25目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日2.根据继电器电路图设计梯形图根据继电

27、器电路图设计梯形图 PLC使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言。如果用使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言。如果用PLC改造继电器控制系统，根据继电器电路图来设计梯形改造继电器控制系统，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。图是一条捷径。（1）基本方法）基本方法继电器电路图是一个纯粹的硬件电路图，将它改为继电器电路图是一个纯粹的硬件电路图，将它改为PLC控控制时，需要用制时，需要用PLC的外部接线图和梯形图来等效继电器电的外部接线图和梯形图来等效继电器电路图。可以将路图。可以将PLC想象成是一个控制箱，其外部接线图描想象成是一个控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个

28、控制箱的内部述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图线路图”。梯形图中的输入位（。梯形图中的输入位（I）和输出位（）和输出位（Q）是这）是这个控制箱与外部世界联系的个控制箱与外部世界联系的“接口继电器接口继电器”，这样就可以，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。控制系统。26目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日将继电器电路图转换为功能相同的将继电器电路图转换为功能相同的PLC外部接线图和梯形图的步骤如外部接线图和梯形图的步骤如下：下：了解和熟悉被控设备的工作原理、工艺过程和机械的动作情况，根了解和熟悉被控设备的工作原理

29、、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。据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。确定确定PLC的输入信号和输出负载。继电器电路图中的交流接触器和的输入信号和输出负载。继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如果用电磁阀等执行机构如果用PLC的输出位来控制，它们的线圈接在的输出位来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、操作开关和行程开关、接线开关、压力继电器等提的输出端。按钮、操作开关和行程开关、接线开关、压力继电器等提供供PLC的数字量输入信号。继电器电路图中的中间继电器和时间继电的数字量输入信号。继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用器的

30、功能用PLC内部的存储器位和定时器来完成，它们与内部的存储器位和定时器来完成，它们与PLC的输入的输入位和输出位无关。位和输出位无关。选择选择PLC的型号，根据系统所需的功能和规模选择的型号，根据系统所需的功能和规模选择CPU模块、电源模块、电源模块和数字量输入模块和数字量输入/输出模块。输出模块。确定确定PLC各数字量，画出各数字量，画出PLC的外部接线图。各输入量和输出量在的外部接线图。各输入量和输出量在梯形图中的地址取决于它们所在的模块的起始地址和模块中的接线端梯形图中的地址取决于它们所在的模块的起始地址和模块中的接线端子号。子号。确定与继电器电路图中的中间继电器、时间继电器对应的梯形图

31、中确定与继电器电路图中的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器位各定时器、计数器的地址。的存储器位各定时器、计数器的地址。根据上述的对应关系画出梯形图。根据上述的对应关系画出梯形图。27目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（2）根据继电器电路图设计梯形图的实例）根据继电器电路图设计梯形图的实例下图是机床工作台自动往复运动示意图。行程开关下图是机床工作台自动往复运动示意图。行程开关SQ1、SQ2分别安装在床身两端，用来反映加工的终点与起点。分别安装在床身两端，用来反映加工的终点与起点。撞块固定在工作台上，跟随工作台一起移动，分别压下撞块固定在工作台上，跟随工作台一起移动，分别压下S

32、Q1和和SQ2来改变控制电路的通断状态，实现电动机的正、来改变控制电路的通断状态，实现电动机的正、反向运转，从而实现工作台的自动往复运动。反向运转，从而实现工作台的自动往复运动。28目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日下面的两个图分别是工作台自动往复运动主电路图和控制下面的两个图分别是工作台自动往复运动主电路图和控制电路图。图中电路图。图中SQ1为左行程开关，为左行程开关，SQ2为右行程开关，为右行程开关，SQ3为左限位开关，为左限位开关，SQ4为右限位开关。为右限位开关。（2）根据继电器电路图设计梯形图的实例）根据继电器电路图设计梯形图的实例29目录目录2022年年3月月6日星期日日

33、星期日下图是功能与上页图相同的下图是功能与上页图相同的PLC外部接线图和外部接线图和（2）根据继电器电路图设计梯形图的实例）根据继电器电路图设计梯形图的实例30目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日下图是工作台自动往复运动下图是工作台自动往复运动PLC控制梯形图。在梯形控制梯形图。在梯形图中，用两个启保停电路来分别控制电机的正转和反图中，用两个启保停电路来分别控制电机的正转和反转。转。（2）根据继电器电路图设计梯形图的实例）根据继电器电路图设计梯形图的实例31目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日前面在介绍梯形图的设计方法时，输入的数字量信号均由外部常开触前面在介绍梯形图的设计方法

34、时，输入的数字量信号均由外部常开触点提供，但是实际的系统中有些输入信号只能由常闭触点提供。点提供，但是实际的系统中有些输入信号只能由常闭触点提供。在图在图5-29中，热继电器中，热继电器FR的常闭触点接在的常闭触点接在PLC的的I0.7，没有过载时，没有过载时FR的常闭触点闭合，的常闭触点闭合，I0.7为为1状态状态,其常开触点闭合其常开触点闭合,常闭触点断开。为常闭触点断开。为了保证没有过载时电动机正常运行，显然应在了保证没有过载时电动机正常运行，显然应在Q0.0和和Q0.1的线圈回的线圈回路中串联路中串联I0.7的常开触点，而不是像继电器系统那样，串联的常开触点，而不是像继电器系统那样，串

35、联I0.7的常的常闭触点。过载时闭触点。过载时FR的常闭触点断开，的常闭触点断开，I0.7为为0状态，其常开触点由接状态，其常开触点由接通状态变为断开，使通状态变为断开，使Q0.0和和Q0.1的线圈的线圈“断电断电”，起到保护作用。，起到保护作用。这种处理方法虽然能保证系统的正常运行，但是作为过载保护的这种处理方法虽然能保证系统的正常运行，但是作为过载保护的I0.7的触点类型与继电器电路中的刚好相反，熟悉继电器电路的人看起来的触点类型与继电器电路中的刚好相反，熟悉继电器电路的人看起来很不习惯，将继电器很不习惯，将继电器“转换转换”为梯形图也很容易出错。为梯形图也很容易出错。为了使梯形图和继电器

36、电路图中的常开为了使梯形图和继电器电路图中的常开/常闭的类型相同，建议尽可常闭的类型相同，建议尽可能地用常开触点做能地用常开触点做PLC的输入信号。如果某些信号只能用常闭触点输的输入信号。如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入全部为常开触点来设计，然后将梯形图中相应的输入入，可以按输入全部为常开触点来设计，然后将梯形图中相应的输入位的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为位的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点。常开触点。（3）常闭触点输入信号的处理）常闭触点输入信号的处理32目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（4）注意事项）注意事项

37、根据继电器电路图设计根据继电器电路图设计PLC的外部接线图和梯形图时应注的外部接线图和梯形图时应注意以下问题：意以下问题：应遵守梯形图语言中的语法规定应遵守梯形图语言中的语法规定适当分离继电器电路图中的某些电路适当分离继电器电路图中的某些电路尽量减少尽量减少PLC的输入信号和输出信号的输入信号和输出信号设置中间单元设置中间单元设立外部互锁电路设立外部互锁电路外部负载的额定电压外部负载的额定电压33目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日如果如果PLC各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可用时序图法设各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可用时序图法设计程序。计程序。下图是十字路口交通信号

38、灯布置图。由于东西方向的车流量较小、南下图是十字路口交通信号灯布置图。由于东西方向的车流量较小、南北方向的车流量较大，所以南北方向的放行时间（绿灯亮）为北方向的车流量较大，所以南北方向的放行时间（绿灯亮）为30 s，东西方向的放行时间（绿灯亮）为东西方向的放行时间（绿灯亮）为20 s。当东西（或南北）方向的绿。当东西（或南北）方向的绿灯灭时，该方向的黄灯与南北（或东西）方向的红灯一起以灯灭时，该方向的黄灯与南北（或东西）方向的红灯一起以1 Hz的频的频率闪烁率闪烁5 s，以提醒司机和行人的注意。然后，立即开始另一个方向，以提醒司机和行人的注意。然后，立即开始另一个方向的放行。要求只用一个控制开

39、关对系统进行启停控制。的放行。要求只用一个控制开关对系统进行启停控制。3.时序图设计法时序图设计法34目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（1）分析分析PLC的输入和输出信号，作为选择的输入和输出信号，作为选择PLC机型的依据之一。机型的依据之一。在满足控制要求的前提下，应尽量少占用在满足控制要求的前提下，应尽量少占用PLC的的I/O点。由上述控制点。由上述控制要求可知，控制开关输入的启、停信号是要求可知，控制开关输入的启、停信号是PLC的输入信号。的输入信号。PLC的输的输出信号则控制各指示灯的亮、灭。在图出信号则控制各指示灯的亮、灭。在图5-31中，南北方向的三色灯共中，南北方向的

40、三色灯共6盏，同颜色的灯在同一时间亮、灭。所以，可将同色灯两两并联，盏，同颜色的灯在同一时间亮、灭。所以，可将同色灯两两并联，用一个输出信号控制。同理，东西方向的三色灯也依此设计，只占用用一个输出信号控制。同理，东西方向的三色灯也依此设计，只占用6个个PLC输出点。输出点。（2）为了弄清各灯之间亮、灭的时间关系，根据控制要求，可以先为了弄清各灯之间亮、灭的时间关系，根据控制要求，可以先画出各方向三色灯的工作时序图，如下图所示。画出各方向三色灯的工作时序图，如下图所示。时序图法的编程过程：时序图法的编程过程：35目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日时序图法的编程过程：时序图法的编程过程：

41、(3)由时序图分析各输出信号之间的时间关系。在上页图中，南北方由时序图分析各输出信号之间的时间关系。在上页图中，南北方向放行时间可分为两个时间区段：南北方向的绿灯和东西方向的红向放行时间可分为两个时间区段：南北方向的绿灯和东西方向的红灯亮，换向前东西方向的红灯与南北方向的黄灯一起闪烁；东西方灯亮，换向前东西方向的红灯与南北方向的黄灯一起闪烁；东西方向放行时间也分为两个时间区段：东西方向的绿灯和南北方向的红向放行时间也分为两个时间区段：东西方向的绿灯和南北方向的红灯亮，换向前南北方向的红灯与东西方向的黄灯一起闪烁。一个循灯亮，换向前南北方向的红灯与东西方向的黄灯一起闪烁。一个循环分为环分为4个区

42、段，这个区段，这4个时间区段对应着个时间区段对应着4个分界点：个分界点：t1,t2,t3,t4。信。信号灯的状态就在这号灯的状态就在这4个分界点处发生变化。个分界点处发生变化。(4)进行进行PLC的的I/O分配，见下表。分配，见下表。输入输出控制开关南北绿灯南北黄灯 南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯I0.0Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5(5)根据时序图和根据时序图和I/O分配表，画出分配表，画出PLC控制梯形图，如下页图示。控制梯形图，如下页图示。36目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日37目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日详细分析控制要求，明确详细分析控制

43、要求，明确I/O信号个数，合理选择机型。信号个数，合理选择机型。对对PLC进行进行I/O分配。分配。把时序图划分成若干个时间区段，确定各区段的时间长短。找出区把时序图划分成若干个时间区段，确定各区段的时间长短。找出区段的分界点，弄清分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。段的分界点，弄清分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。根据时间区段的个数确定需要的定时器数量，分配定时器号，确定根据时间区段的个数确定需要的定时器数量，分配定时器号，确定各定时器的设定值，明确各定时器开始定时和定时时间到这两个关键各定时器的设定值，明确各定时器开始定时和定时时间到这两个关键时刻对各输出信号状态的影响。

44、时刻对各输出信号状态的影响。明确各明确各I/O信号之间的时序关系，画出各信号之间的时序关系，画出各I/O信号的工作时序图。信号的工作时序图。根据定时器的功能明细表、时序图和根据定时器的功能明细表、时序图和I/O分配表画出分配表画出PLC控制梯形控制梯形图。图。做模拟运行试验，检查程序运行是否符合控制要求，如有问题可对做模拟运行试验，检查程序运行是否符合控制要求，如有问题可对程序进行修改。对一个复杂的控制系统，若其中某个环节属于这种类程序进行修改。对一个复杂的控制系统，若其中某个环节属于这种类型的控制，也可用此方法处理。型的控制，也可用此方法处理。时序图设计法归纳如下：时序图设计法归纳如下：38

45、目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各种外部输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，种外部输入信号的作用下，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。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，画出使用顺序控制设计法时，首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。有的顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。有的PLC为用户提供了顺序功能图语言，在编程软件中生成顺序功为用户提

46、供了顺序功能图语言，在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作。它是一种先进的设计方法，很能图后便完成了编程工作。它是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师也会提高设计效容易被初学者接受，对于有经验的工程师也会提高设计效率。程序的调试、修改和阅读也很方便。率。程序的调试、修改和阅读也很方便。顺序控制设计法特别适合按先后顺序进行控制的系统。顺顺序控制设计法特别适合按先后顺序进行控制的系统。顺序控制设计法规律性很强，虽然编出的程序偏长，但程序序控制设计法规律性很强，虽然编出的程序偏长，但程序结构清晰、可读性强。结构清晰、可读性强。用顺序控制设计法编程时，功能表图是很重要的工具

47、。功用顺序控制设计法编程时，功能表图是很重要的工具。功能表图能清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间能表图能清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。下面介绍功能表图的一些知识。的转换顺序及其转换条件。下面介绍功能表图的一些知识。4.顺序控制设计法顺序控制设计法39目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日功能表图的基本元素有流程步、有向线段、转移和动作说明等四部分，功能表图的基本元素有流程步、有向线段、转移和动作说明等四部分，下面分别介绍。下面分别介绍。流程步流程步流程步又称为工作步，它是控制系统中某一时刻的一个稳定状态。在流程步又称为工作步，它是控制系统中某一

48、时刻的一个稳定状态。在功能表图中，流程步用矩形框表示，框中的数字表示步的编号，编号功能表图中，流程步用矩形框表示，框中的数字表示步的编号，编号可以是实际的控制步序号，也可以是可以是实际的控制步序号，也可以是PLC中的工作位编号。对应于系中的工作位编号。对应于系统初始状态的工作步，称为初始步，是系统运行的起点，一个系统至统初始状态的工作步，称为初始步，是系统运行的起点，一个系统至少有一个或多个初始步，初始步常用双线矩形框表示。流程步的图形少有一个或多个初始步，初始步常用双线矩形框表示。流程步的图形表示方法如下图所示。图（表示方法如下图所示。图（a）中的方框表示工作步，图（）中的方框表示工作步，图

49、（b）中的）中的双线方框表示初始步。双线方框表示初始步。（1)功能表图的组成功能表图的组成40目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日转移和有向线段转移和有向线段转移就是从一个步向另一个步转移转移就是从一个步向另一个步转移的转换条件。两个步之间用有向线的转换条件。两个步之间用有向线段连接，表示可以转换到另一个步，段连接，表示可以转换到另一个步，有向线段的箭头代表向下转移的方有向线段的箭头代表向下转移的方向，线段的箭头一般可以忽略。通向，线段的箭头一般可以忽略。通常用有向线段上的一小段横线表示常用有向线段上的一小段横线表示转移，在横线旁还可以用一些文字、转移，在横线旁还可以用一些文字、图形符

50、号或逻辑表达式来标注和描图形符号或逻辑表达式来标注和描述转移的条件。当相邻步之间的转述转移的条件。当相邻步之间的转移条件满足时，就从一个步按照有移条件满足时，就从一个步按照有向线段的方向进行转移。转移和有向线段的方向进行转移。转移和有向线段的图形如右图所示向线段的图形如右图所示 。（1)功能表图的组成功能表图的组成41目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日动作说明动作说明步只是控制系统中某一时刻的一个稳定状态，并不代表步只是控制系统中某一时刻的一个稳定状态，并不代表PLC的输出动的输出动作，在这个状态，可以有一个或多个作，在这个状态，可以有一个或多个PLC输出触点的动作，也可以没输出触点

51、的动作，也可以没有任何输出动作。例如，某步的动作状态只是启动了定时器，或只是有任何输出动作。例如，某步的动作状态只是启动了定时器，或只是一个等待过程。但步与一个等待过程。但步与PLC的输出动作是有相连关系的，对于一个步，的输出动作是有相连关系的，对于一个步，可以相连一个或几个动作，表示的方法是在步的右侧加一个或几个矩可以相连一个或几个动作，表示的方法是在步的右侧加一个或几个矩形框，并在框中用文字对动作进行说明，如下图所示。图中第形框，并在框中用文字对动作进行说明，如下图所示。图中第8步将步将有有3个相应动作发生：电动机个相应动作发生：电动机MM5启动、指示灯亮和启动定时器启动、指示灯亮和启动定

52、时器 （1)功能表图的组成功能表图的组成功能表图的一些规则功能表图的一些规则步和步之间必须有转移隔开。转移和转移之间必须有步隔开。转移和步和步之间必须有转移隔开。转移和转移之间必须有步隔开。转移和步之间用有向线段连接，正常功能图的方向是从上向下或是从左到右步之间用有向线段连接，正常功能图的方向是从上向下或是从左到右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头。一个顺序功能图中。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头。一个顺序功能图中至少有一个初始步。至少有一个初始步。42目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日循环结构循环结构循环结构用于一个顺序过程的多次反复执行。循环结构用于一个顺序过程

53、的多次反复执行。并行序列结构并行序列结构并行序列结构又称为并行性分支。当转换条件满足时，所有的分支状并行序列结构又称为并行性分支。当转换条件满足时，所有的分支状态或分支状态流程序列都被选中执行。态或分支状态流程序列都被选中执行。选择序列结构选择序列结构选择序列结构又称选择性分支。如果从多个分支状态或分支状态序列选择序列结构又称选择性分支。如果从多个分支状态或分支状态序列中只选择执行某一个分支状态或分支状态序列，则称为选择性分支中只选择执行某一个分支状态或分支状态序列，则称为选择性分支功能表图从结构上可分为顺序结构、选择序列结构、并行分支结构、功能表图从结构上可分为顺序结构、选择序列结构、并行分

54、支结构、循环结构及复合结构等。循环结构及复合结构等。顺序结构顺序结构顺序结构是最简单的一种结构，这种结构的功能表图没有分支，每个顺序结构是最简单的一种结构，这种结构的功能表图没有分支，每个步后面只连有一个单步，步与步之间仅有一个转换条件。步后面只连有一个单步，步与步之间仅有一个转换条件。（2)功能表图的类型功能表图的类型43目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日（4）根据功能表图画梯形图的方法）根据功能表图画梯形图的方法下面以左图为例，下面以左图为例，说明由功能图画说明由功能图画梯形图的方法。梯形图的方法。该功能图总体上该功能图总体上是并行的，其中是并行的，其中包括了一个单序包括了一个单

55、序列和一个选择序列和一个选择序列。列。步步1 该步为初始步，它是前面两个该步为初始步，它是前面两个选择分支的合并步。因此，使步选择分支的合并步。因此，使步1成成为活动步的条件是：为活动步的条件是：I0.0为为ON，或步，或步9为活动步且为活动步且M0.2为为ON。当步。当步2和步和步5成为活动步时，步成为活动步时，步1变为不活动步。变为不活动步。所以把步所以把步2或步或步5的常闭触点（的常闭触点（M1.1）与步与步1的控制位线圈的控制位线圈(M1.0)相串联，再相串联，再加上本位的自锁（并联加上本位的自锁（并联M1.0）。）。步步2 步步2是单序列的开始步，其是单序列的开始步，其成为活动步的条

56、件是：步成为活动步的条件是：步1为活动步为活动步(M1.0闭合闭合)且转换条件且转换条件I0.1为为ON。当步当步3成为活动步时，步成为活动步时，步2变为不活变为不活动步，所以把步动步，所以把步3的常闭触点（的常闭触点（M1.2）与步）与步2的线圈（的线圈（M1.1）相串）相串联，再加上本位的自锁联，再加上本位的自锁(并联并联M1.1)步步3和步和步4的梯形图与步的梯形图与步2相似。相似。步步5步步5是选择序列的开始，该步的后续是选择序列的开始，该步的后续是两个选择分支。步是两个选择分支。步5的梯形图与步的梯形图与步2相似，但其线圈要与步相似，但其线圈要与步6、步、步8的的常闭触点（常闭触点（

57、M1.5、M1.7）相串联。）相串联。这是因为，无论选择哪个分支，步这是因为，无论选择哪个分支，步5都要变为不活动步。都要变为不活动步。步步6 步步6成为活动步的条件是步成为活动步的条件是步5（M1.4）与）与T34相串联。步相串联。步6的线圈的线圈（M1.5）中串联步）中串联步7、步、步8的常闭触点的常闭触点(M1.6、M1.7)。如果步。如果步6已成为活动步，已成为活动步，那么即使步那么即使步8的条件满足也不会成为活动的条件满足也不会成为活动步，从而实现了两个选择分支之间的互步，从而实现了两个选择分支之间的互锁。步锁。步8的梯形图与步的梯形图与步6相似，只是其转相似，只是其转换条件是步换条

58、件是步5（M1.4）和）和C50的串联，其的串联，其线圈要与步线圈要与步7和步和步6的常闭触点相串联的常闭触点相串联 步步7 步步7是选择分支的合并步，步是选择分支的合并步，步7成为活动步的条件是：步成为活动步的条件是：步6为活动步为活动步且且I0.2为为ON，或步，或步8为活动步且为活动步且M0.1为为ON，这两个条件是，这两个条件是“或或”的关系的关系。当步。当步9为活动步时，步为活动步时，步7变为不活动变为不活动步。所以步步。所以步7的线圈（的线圈（M1.6）和步）和步9的常闭触点（的常闭触点（M2.0）相串联。）相串联。步步9 步步9是并行序列的合并步，其成是并行序列的合并步，其成为活

59、动步的条件是：步为活动步的条件是：步4（Q1.3）和步）和步7（Q1.6）都为活动步，且）都为活动步，且T36为为ON，这三个条件是这三个条件是“与与”的关系。当步的关系。当步9结结束要转移时，步束要转移时，步1成为活动步，步成为活动步，步9变为变为不活动步，所以步不活动步，所以步9的线圈要与步的线圈要与步1的常的常闭触点串联。闭触点串联。44目录目录2022年年3月月6日星期日日星期日用顺序控制设计法编写程序的基本步骤是：用顺序控制设计法编写程序的基本步骤是：分析控制要求分析控制要求将控制过程分成若干个工作步，明确每个工作步的功能，将控制过程分成若干个工作步，明确每个工作步的功能，弄清步的转

60、换是单向进行（单序列）还是多向进行（选择弄清步的转换是单向进行（单序列）还是多向进行（选择或并行序列），确定步的转换条件（可能是多个信号的或并行序列），确定步的转换条件（可能是多个信号的“与与”、“或或”等逻辑组合）。必要时可画出工作流程图，等逻辑组合）。必要时可画出工作流程图，有助于理顺整个控制过程的进程和分析各步的相互联系。有助于理顺整个控制过程的进程和分析各步的相互联系。为每个步设定控制位为每个步设定控制位控制位最好使用同一个内存单元的若干连续位。若用定时控制位最好使用同一个内存单元的若干连续位。若用定时器器/计数器的输出作为转换条件，则应确定各定时器计数器的输出作为转换条件，则应确定各