PLC应用技术项目化教程（S7-1200）课件：PLC的编程方法（上）

PLC的编程方法（上）PLC应用技术项目化教程（s7-1200）教学导航技能目标0201知识目标1）熟悉经验设计法2）掌握利用经验设计法编写控制程序3）熟悉顺序控制设计法4）掌握顺序功能图的画法5）掌握顺序功能图转换为梯形图的方法1）会利用博途软件编写、运行、调试程序2）会利用经验设计法、顺序控制设计法编写控制程序目录功能FC0301经验法顺序控制设计法02功能块FB04多重背景数据块05全局数据块DB06组织块OB07经验法01任务1

自动送料小车的控制任务要求：某机床工作台自动循环控制系统如图所示。图中SQ1、SQ2为工作台左右终点的行程开关。设工作台初始状态时停在最左边，限位开关SQ1为闭合状态。当按下右行起动按钮SB1时，工作台开始右行。当碰到SQ2后停下来，暂停10S。10S后自动左行，碰到SQ1后又停下来，暂停15S，之后继续右行。这样不停地循环工作5次，工作台停止。工作台要有相应的左行、右行和停止按钮。PLC控制程序的设计方法PLC控制程序设计过程中，应正确选择能反映生产过程的变化参数作为控制参量进行控制；应正确处理各执行电气、各编程组件之间的互相制约、互相配合的关系，即联锁关系。常用的PLC控制程序的设计方法有：经验设计法和顺序控制设计法。1.经验设计法

经验设计法实际上是沿用了传统继电器—接触器系统电气原理图的设计方法，即在一些典型单元电路的基础上，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。这种设计方法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果因人而异，不是唯一的。设计所用的时间、设计质量与设计者的经验有很大关系，因此称之为经验设计法。

前面任务的学习，可总结出两种设计典型的数字量控制系统的方法，即采用起保停电路设计梯形图和采用S、R指令设计梯形图。（1）起保停电路

采用起保停电路设计梯形图是经验设计法的基础，它来源于继电器控制思想，易于理解和掌握。如图3-1-1所示电路，按下起动按钮I1.0，其常开触点闭合接通，Q1.0线圈通电，同时Q1.0对应的的常开触点同时接通，如果松开起动按钮I1.0，Q1.0线圈仍然接通有电，实现“自锁”或“自保持”功能。按下停止按钮I1.1，其常闭触点断开，Q1.0线圈断电，实现停止功能。1.经验设计法图3-1-1起保停电路（2）置复位电路

而采用S、R指令设计梯形图是对启保停电路的一种改进，使得程序结构更加简单，一目了然。如图3-1-2所示电路，I1.0触点接通时，使输出线圈Q1.0置位为1，并保持。I1.1触点接通时，使输出线圈Q1.0复位为0，并保持。1.经验设计法图3-1-2置复位电路1.经验设计法

用经验设计法设计PLC程序时大致可以按下面几步来进行：1、分析控制要求、选择控制原则；2、设计主令元件和检测元件，确定输入输出设备；3、设计执行元件的控制程序；4、检查修改和完善程序。

可以将输入继电器的触点想象成对应的外部输人设备的触点，将输出继电器的线圈想象成对应的外部输出设备的线圈。外部输出设备的线圈除了受PLC的控制外，可能还会受外部触点的控制。用上述的思想就可以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。1.经验设计法

经验设计法对于一些比较简单程序设计是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。但是，由于这种方法上要是依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也就比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验，对企业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。因为经验设计法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，所以设计的结果往往不很规范。如果用来设计复杂系统梯形图，存在以下问题：1.经验设计法

（1）考虑不周、设计麻烦、设计周期长

用经验设计法设计复杂系统的梯形图程序时，要用大量的中间元件来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些问题。修改某一局部程序时，很可能会对系统其他部分程序产生意想不到的影响，往往花了很长时间，还得不到一个满意的结果。1.经验设计法

（2）梯形图的可读性差、系统维护困难

用经验设计法设计的梯形图是按设计者的经验和习惯的思路进行设计。因此，即使是设计者的同行，要分析这种程序也非常困难，更不用说维修人员了，这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。2.经验法的应用实例（1）机床工作台自动循环控制系统（1）某工作台自动循环控制系统如图3-1-3所示。图中SQ1、SQ2为工作台左右终点的行程开关。要求按下右行起动按钮SB1或左行起动按钮SB2后，工作台在两个限位开关之间不停地循环往复，当按下停止按钮SB3，工作台立即停止。依据经验法，设计满足要求的梯形图。图3-1-3机床工作台自动往返系统3.经验法的应用实例（1）机床工作台自动循环控制系统设计步骤：1、分析控制要求，确定输入输出分配。见表3-1-1。输入输出地址功能地址功能I1.0右行启动SB1Q1.0右行I1.1左行启动SB2Q1.1左行I1.2停止按钮SB3I1.3左限位开关SQ1I1.4右限位开关SQ2

I1.5热继电器动合触点FR2、建立变量表。3、根据控制要求编写程序。运行调试时

，发现当小车停在左限位或者右限位时，小车会自行启动。因此修改程序。修改后程序。修改后程序。2.经验法的应用实例（2）机床工作台自动循环控制系统（1）在应用实例（1）的基础上继续增加功能，工作过程如下：当按下右行起动按钮SB1时，工作台开始右行。当碰到SQ2后停下来，延时8S后自动左行，碰到SQ1后又停下来，延时10S之后继续右行，如此往复，当按下停止按钮SB3，工作台立即停止。依据经验法，设计满足要求的梯形图。图3-1-3机床工作台自动往返系统3.经验法的应用实例（2）机床工作台自动循环控制系统设计步骤：1、分析控制要求，确定输入输出分配。见表3-1-1。输入输出地址功能地址功能I1.0右行启动SB1Q1.0右行I1.1左行启动SB2Q1.1左行I1.2停止按钮SB3I1.3左限位开关SQ1I1.4右限位开关SQ2

I1.5热继电器动合触点FR2、建立变量表。3、根据控制要求编写程序。2、建立变量表，根据控制要求编写程序。任务实施

任务1自动送料小车的控制任务要求：某机床工作台自动循环控制系统如图所示。图中SQ1、SQ2为工作台左右终点的行程开关。设工作台初始状态时停在最左边，限位开关SQ1为闭合状态。当按下右行起动按钮时SB1时，工作台开始右行。当碰到SQ2后停下来，暂停10S。10S后自动左行，碰到SQ1后又停下来，暂停15S，之后继续右行。这样不停地循环工作5次，工作台停止。工作台要有相应的左行、右行和停止按钮。设计步骤：1、分析控制要求，确定输入输出分配。见表3-1-1。任务实施

自动送料小车的控制输入输出地址功能地址功能I1.0右行启动SB1Q1.0右行I1.1左行启动SB2Q1.1左行I1.2停止按钮SB3I1.3左限位开关SQ1I1.4右限位开关SQ2

I1.5热继电器动合触点FR2、建立变量表。3、根据控制要求编写程序。3、根据控制要求编写程序。3、根据控制要求编写程序。顺序控制设计法02任务2钻床的控制任务要求：右图为某专用钻床示意图，用2只钻头同时钻2个孔。开始之前2个钻头在最上面，上限位开关I0.0和I0.2为ON。操作人员按下起动按钮I1.0，工件被夹紧(Q0.0)，夹紧(限位开关到位I0.4）后2只钻头同时开始下钻，钻到由下限位开关I0.1和I0.3设定的深度时分别上行，上行到由限位开关I0.0和I0.2设定的起始位置时分别停止上行。2个都到位后，工件被松开(Q0.5)。松开到位（限位开关动作I0.5）后，加工结束，系统返回到初始状态。画出钻床工作的顺序功能图。

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，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率。程序的调试、修改和阅读也很方便。

用顺序控制设计法编程时，顺序功能图是很重要的工具。顺序功能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。下面介绍顺序功能图的一些知识。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类1.顺序功能图的组成

顺序功能图是一种用于描述顺序控制系统控制过程的一种图形。它具有简单、直观等特点，是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。它主要由步、转换、转换条件、有向连线和动作组成。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类（1）步与动作

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，这些阶段称为步(Step)，并用编程元件(例如位存储据M)来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的ON／OFF状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，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简单的逻辑关系。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类（1）步

顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出位。

步用矩形框表示，与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类（1）步

如右图中的波形图给出了控制锅炉的鼓风机和引风机的要求。按了起动按钮I0.0后，应先开引风机，延时15s后再开鼓风机。按了停止按钮I0.1后，应先停鼓风机，20s后再停引风机。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类（2）与步对应的动作

动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的符号相连。若某一步有几个动作时，其表示方法如图3-2-3所示，这两种表示方法并不包含这些动作之间的任何顺序。设计梯形图时，需注意各存储器是存储型的还是非存储型的。存储型的存储器，当该步为活动步时，它执行右边方框的动作，为不活动步时，它仍然执行右边的动作；而非存储型的存储器，当该步为活动步时，它执行右边方框的动作，不活动步时，它不执行右边方框的动作。顺序控制设计法图3-2-3动作（3）有向连线与转换条件

转换用有向线段上与有向线段垂直的短横线表示，转换将相邻的两步连结起来。步的活动状态的转移是由转换条件的实现而完成的。当转换条件满足时，活动步就由前一步转到下一步。如右图所示。①在表示转移的横线旁，可用文字、图形符号、或逻辑表达式注明条件的具体内容。②x表示输入转换条件为常开触点，其逻辑值为1，即触点闭合时转移实现，表示X逻辑值为0时转换实现，转换条件为常闭触点。③x↑表示x由0到1转换实现，x↓表示x由1到0实现，b+c表示b+c=1时转换，bc表示bc=1转移。顺序控制设计法（3）有向连线与转换条件

顺序功能图的设计举例：图3-2-4所示为某组合机床动力头进给运动示意图、顺序功能图。设动力头在初始状态时停在左边，限位开关I0.1为ON。当按下起动按钮I0.0后，Q0.0和Q0.1为1状态，动力头向右快速进给（简称快进），当碰到退位开关I0.2时变为工作进给（简称工进），Q0.0为1状态，碰到限位开关I0.3后，暂停10s。10s后Q0.2和Q0.3为1状态。工作台快速退回（简称快退），返回到初始位置后停止运动。顺序控制设计法图3-2-4组合机床动力头进给运动示意图、顺序功能图1.S7-1200定时器的分类2.顺序功能图的基本结构

根据步与步之间进展的不同情况，顺序功能图有以下3种结构。1、单序列2、选择序列3、并行序列顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类（1）单序列

单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面只有一个步，如图3-2-5a所示。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类（2）选择序列

一个活动步之后，紧接着有几个后续步可供选择的结构形式称为选择序列。选择序列的各个分支都有各自的转换条件，转换条件只能标在水平线之内，选择序列的开始称为分支的开始，选择序列的结束称为分支的合并，如图3-2-5b所示。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类（3）并行序列

当转换条的实现导致几个分支同时激活时，采用并行序列。并行序列的开始称为分支，并行序列的结束称为合并，如图3-2-5c所示。为了表示转换的同步实现，水平线用双水平线表示。转换条件只能标在双水平线之外，且只允许有一个转换条件。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类3.顺序功能图中转换实现的基本规则（1）转换实现的条件在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：1)该转换所有的前级步都是活动步。2)相应的转换条件得到满足。顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类3、顺序功能图中转换实现的基本规则（2）转换实现应完成的操作转换实现时应完成以下两个操作：1)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。2)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。

转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图的基础，它适用于顺序功能图中的各种基本结构各种顺序控制梯形图的编程方法。顺序控制设计法3.顺序功能图中转换实现的基本规则（3）绘制顺序功能图时的注意事项1)两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们分隔开。2)两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开。第l条和第2条可以作为检查顺序功能图是否正确的判据。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，初始步是必不可少的。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，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态(单周期操作)，在连续循环工作方式时，应从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步。顺序控制设计法3.顺序功能图中转换实现的基本规则顺序控制设计法（4）顺序设计法的本质

经验设计法是用输入信号直接控制输出信号，如图3-2-6a所示，若无法直接控制，只好被动的增加一些辅助元件或辅助触点。由于不同系统的控制要求不同，系统之间的输入量和输出量之间的关系各不相同，不可能找到一种简单通用的设计方法。

顺序设计法则是用输入信号控制代表各步的编程元件（位存储器M），再用编程元件去控制输出信号，如图3-2-6b所示。因为步是根据输出信号划分的，而M与输出量之间仅有很简单的逻辑关系，所以输出电路的设计很简单。任何复杂系统代表步的位存储器M的控制电路，其设计方法都是通用的，所以顺序控制设计法具有简单、规范、通用的优点。

(a)经验设计法(b)顺序设计法3-2-6经验设计法与顺序设计法的区别1.S7-1200定时器的分类应用实例顺序控制设计法

某台设备具有手动/自动两种操作方式，S是操作方式选择开关，当S处于断开时，选择手动方式；当S处于接通状态时，选择自动方式。不同操作方式的进程如下所述。1）手动方式：按启动按钮SB1，电动机运转；按停止按钮SB2，电动机停止。2）自动方式：按启动按钮SB1，电动机运转1min后自动停止，按停止按钮SB2，电动机立即停止。按照上述要求完成输入输出分配，画出顺序功能图。1.S7-1200定时器的分类应用实例顺序控制设计法设计步骤：1、分析控制要求，确定输入输出分配。见表3-2-1。输入输出地址功能地址功能I1.0选择开关Q1.0电动机I1.1启动按钮SB1I1.2停止按钮SB21.S7-1200定时器的分类应用实例顺序控制设计法设计步骤：2、顺序功能图如图3-2-15所示。任务实施

任务2钻床的控制任务要求：右图为某专用钻床示意图，用2只钻头同时钻2个孔。开始之前2个钻头在最上面，上限位开关I0.0和I0.2为ON。操作人员按下起动按钮I1.0，工件被夹紧(Q0.0)，夹紧(限位开关到位I0.4）后2只钻头同时开始下钻，钻到由下限位开关I0.1和I0.3设定的深度时分别上行，上行到由限位开关I0.0和I0.2设定的起始位置时分别停止上行。2个都到位后，工件被松开(Q0.5)。松开到位（限位开关动作I0.5）后，加工结束，系统返回到初始状态。画出钻床工作的顺序功能图。任务实施

任务2钻床的控制开始之前2个钻头在最上面，上限位开关I0.0和I0.2为ON。操作人员按下起动按钮I1.0，工件被夹紧(Q0.0)，夹紧(限位开关到位I0.4）后2只钻头同时开始下钻，钻到由下限位开关I0.1和I0.3设定的深度时分别上行，上行到由限位开关I0.0和I0.2设定的起始位置时分别停止上行。2个都到位后，工件被松开(Q0.5)。松开到位（限位开关动作I0.5）后，加工结束，系统返回到初始状态。任务3自动剪板机的控制任务要求：右图某剪板机的示意图，开始时压钳和剪刀在上限位置，限位开关I0.0和I0.1均为ON。按下起动按钮I1.0，工作过程为：首先板料右行（Q0.0为ON）至限位开关I0.3动作，然后压钳下行（Q0.1为ON并保持），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，分别停止上行，都停止后，又开始下一周期的工作，当剪完10块板料后停止工作并停在初始状态。画出顺序功能图，并转换为梯形图。1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法（1）使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法

根据顺序功能图设计梯形图时，可以用存储器位M来代表步。某一步为活动步时，对应的存储器位为1状态，某一转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。序设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法

1)单序列的编程方法

起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，任何一种PLC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PLC。1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法(a)波形图(b)顺序功能图

3-2-7鼓风机和引风机的波形图、顺序功能图和梯形图图3-2-7a中给出了控制鼓风机和引风机的波形图，图3-2-7b中给出了控制鼓风机和引风机的顺序功能图。设计起保停电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法2)选择序列的编程方法

若某一步的后面有一个由N条分支组成的选择序列，该步可能要转换到某一条支路去，这时应将这N条支路的后续步对应的存储器位的常闭触点与该步的线圈串联，作为该步的结束条件。对于某一步之前有N个转换，即有N条分支进入该步，则控制该步的位存储器的起保停电路的起动电路由N条支路并联而成，各支路由某一前级步对应的存储器位的常开触点与相应转换条件对应的触点串联而成。1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法3)并行序列的编程方法

右图所示的并行序列的顺序功能图，步M2.0之后有一个并行序列的分支。当步M2.0为活动步并且转换条件I0.0满足时，步M2.1与步M2.4应同时变为活动步，这是用M2.0和I0.0的常开触点组成的串联电路分别作为M2.1和M2.4的起动电路来实现的；与此同时，步M2.0应变为不活动步。由于步M2.1和步M2.4是同时变为活动步的，所以只需将M2.1或M2.4的常闭触点与M2.0的线圈串联，作为步M2.0的结束条件。步M2.3之前有一个并行序列的合并，该转换实现的条件是所有的前级步（即M2.2和M2.5）都是活动步和转换条件I0.3满足就可以使步M2.3为活动步。1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法（1）使用置复位指令的顺序控制梯形图设计方法

使用置复位指令设计顺序控制程序时，将各转换的所有前级步对应的常开触点与转换对应的触点或电路串联，该串联电路即起保停电路的起动电路，用它作为使所有后续步置位和使所有前级步复位的条件。在任何情况下，各步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复位的电路块，有多少个转换就有多少个这样的电路块。这种设计方法特别有规律可循，梯形图与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系，在设计复杂的顺序功能图的梯形图时，既容易掌握，又不容易出错。序设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法

1)单序列的编程方法

仍以鼓风机和引风机的顺序功能图为例，介绍采用置复位方法实现顺序控制梯形图的编程方法。1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法2)选择序列的编程方法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法3)并行序列的编程方法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类4.功能图转换为梯形图的方法顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类应用实例顺序控制设计法把右图的顺序功能图分别用起保停和置复位的方法转换为梯形图。应用实例顺序控制设计法1、起保停法1.S7-1200定时器的分类应用实例顺序控制设计法1.S7-1200定时器的分类应用实例顺序控制设计法1.S7-120