可编程控制器应用项目化教程

可编程控制器应用项目化教程项目一

传送带顺序启停控制电动机点动控制电动机长动控制电动机正反转控制如右图所示，二级传送带分别由M1、M2电动机拖动，传送某种物料。按下启动按钮，第一台电动机M1开始运行，5s之后第二台电动机M2开始运行；按下停止按钮，第二台电动机M1停止运行，10s之后第一台电动机也停止运行。若运行过程中按下急停按钮，两台电动机立即停止。二级传送带项目导入传送带在工业生产中是必不可少的。在传输货物时，常常需要传送带多级传送，本项目以二级传送带控制为例，来学习和掌握三菱FX2N系列可编程控制器的基本结构、软件编程及硬件操作的方法。项目控制要求任务一

电动机点动控制任务情景模拟在工业生产中，可以通过一个按钮实现对电动机的启停控制，即按下按钮，电动机启动运转；松开按钮，电动机停止运转。元件功能分析如下表所示。电动机点动控制系统元件功能表任务分析通过继电-接触器控制线路，实现对三相异步电动机的点动控制，电气原理如下图所示。电动机点动控制电气原理图电气控制的原理是：可见，电动机的启动和停止，主要是对控制电路中相关电气元件的操作。采用可编程控制器（PLC），经过简单的外部硬件连线，通过编制程序实现控制作用，可以更好地实现对电动机的启停控制。知识链接一、可编程序控制器概述可编程序控制器（ProgrammableLogicController，PLC），是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术、工业机器人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。（一）PLC的产生早期的工业生产中广泛使用的是由继电器、接触器、按钮、开关等为主要器件组成的控制系统，称为“继电-接触器控制系统”，其优点是结构简单、容易操作、故障检修直观。但是，继电-接触器控制系统的控制功能只能通过“固定接线”的形式实现，难以适应生产流程或者生产工艺不断变化的控制要求。为了解决上述问题，人们设想能否把计算机的通用、灵活与继电-接触器控制系统的简单易懂、使用方便等特点结合起来，开发出一种面向生产过程顺序控制、可利用简单语言编程的新型控制器呢？这一设想最早由美国通用汽车公司（GM）于1968年提出。当时，该公司为了适应汽车工业激烈的竞争，满足汽车型号不断更新的要求，需要解决汽车生产线继电-接触器控制系统通用性、灵活性差的问题，对这种新型控制器提出了十大技术要求，并面向社会公开进行招标。根据上述要求，美国数字设备公司DEC在1969年首先研制出世界上第一台可编程序控制器，在GM公司应用获得成功后，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。（二）PLC的定义PLC技术从诞生之日起，就不断地发展，其定义也经过多次变动。1987年，国际电工委员会IEC颁布了可编程序控制器的最新定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算数运算等操作的指令，并能通过数字或模拟的输入/输出口，控制各种类型的机械或生产过程，并强调PLC及其有关的外围设备都应按照“易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能”的原则而设计。（三）PLC的发展历程PLC的发展，大致可分成如下几个阶段。1970～1980年：PLC的结构定型阶段。确定了以微处理器为核心的现有PLC结构形式，CPU由中小规模电路组成，应用领域由最初的小范围、有选择使用，逐步向机床、生产线拓展。1980～1990年：PLC的普及阶段。各PLC生产厂家产品的规格、品种开始系列化，形成了固定I/O点型、基本单元加扩展模块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模式，PLC的应用领域开始向顺序控制的全部领域拓展。1990～2000年：PLC的高性能与小型化阶段。PLC使用16位和32位的微处理器芯片，运算速度大幅度上升，适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。适用于过程控制、运动控制的特殊功能与模块被开发，PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，可以通过各种总线构成各网络，为工业自动化奠定了基础。（四）PLC的特点与其他的工业控制系统相比，PLC具有自身的一些特点。1．功能丰富PLC的功能非常丰富，主要是因为它具有丰富的处理信息的指令系统和存储信息的内部器件。PLC的指令多样，可进行各种逻辑问题的处理和各种类型数据的运算。PLC的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多、容量宏大。输入/输出继电器，可以存储大量的输入/输出点信息，进行大规模控制。PLC内存中的一个位，可作为一个中间继电器使用，数量庞大，内存中的一个字，加上一些标志位，可构成定时器、计数器。2．使用方便用PLC实现对系统的控制非常方便。首先，PLC通过程序实现逻辑控制，用程序代替硬件接线，编写程序和更改程序更方便。其次，PLC的硬件高度集成化、模块化，控制系统需要的各种模块，可直接购买，所以，硬件系统的配置和建立很方便。另外，PLC的故障维修很方便，一方面因为PLC工作可靠，不容易出现故障；另一方面，PLC设有很多故障提示信号，所以，出现故障后，很容易诊断，同时，可按模块依次排除故障。至于软件，调试好后一般不会出现故障，最多不过是进行调整，使之更完善而已。PLC的可靠性与硬件的设计制造及软件的设计密切相关。在硬件设计上，PLC的输入/输出电路与内部CPU采用“电隔离”，其信息一般靠“光耦”器件传递，较好地消除了外部电磁干扰对PLC内部所产生的影响。PLC的电源一般采用开关电源，对电网的要求较低，在电网大范围波动时仍能可靠地工作，同时，电源线路与I/O回路还设计了多重滤波电路，如LC滤波器、RC滤波器等，以减少高频干扰的影响。此外，PLC使用的元器件多为无触点型，且集成度高，数量并不太多，也在一定程度上保证了工作的可靠性。在软件设计上，PLC采用了“循环扫描”工作方式，对输入信号进行一次性“采样”。在一个PLC程序循环周期内，即使实际输入信号的状态发生了变化，也不会影响到程序的正确执行。PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。每次上电后，PLC都要运行自检程序及对系统进行初始化，并在故障时有相应的出错信号提示。3．工作可靠（五）PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于机械制造、钢铁冶金、石油化工、煤炭电力、交通运输、环保和娱乐等众多行业，应用领域极其广泛，其应用范围可归纳为以下几个方面。1．开关量逻辑控制PLC的输入、输出信号都是开关量，PLC通过其逻辑指令，能实现开关量的多种逻辑运算，进行逻辑控制、定时控制和顺序控制，如喷泉控制、机床控制、自动装配线的控制等。2．过程控制过程控制指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D和D/A转换，并对模拟量实行闭环PID控制。过程控制广泛应用于塑料挤压控制、流体输送控制，以及轻工、机械、电力和建材等行业。3．运动控制运动控制指PLC使用专用的指令或运动模块，对直线运动或圆周运动进行控制，也称位置控制。PLC的运动控制广泛地用于各种机械设备，如切削机床、电梯、装配机械等场合。4．数据处理现代PLC都具有一定的数据采集、分析和处理能力，能够完成数学运算、数据传送、排序和查表、位操作等操作。数据处理通常用于大中型系统中，如柔性制造系统、机器人的控制系统等。5．通信联网通信联网指PLC与PLC之间、PLC与上位计算机或其他智能设备之间的通信。利用PLC和计算机的RS-232或RS-422接口、PLC的专用通信模块，将PLC与其他计算机、智能设备一起，组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，建立自动化网络。二、PLC的构成（一）FX2N系列小型PLC的外观及其特点FX2N系列PLC采用一体化箱体结构，其基本单元是将CPU、存储器、输入输出接口及电源等都装在一个模块内，是一个完整的控制装置，具有结构紧凑、体积小巧、安装方便的特点。其外形如下图所示。FX2N-48MRPLC外形图FX2N-48MRPLC的主机面板及I/O端子编号，如下图所示。FX2N-48MR的主机面板及I/O端子编号示意图（1）外部接线端子，如下表所示。FX2N-48MR的外部接线端子说明小提示在负载使用相同电压类型和等级时，将COM1、COM2、COM3、COM4、COM5用导线短接即可。在负载使用不同电压类型和等级时，Y0～Y3共用COM1，Y4～Y7共用COM2，Y10～Y13共用COM3，Y14～Y17共用COM4，Y20～Y27共用COM5。对于共用一个公共端子的同一组输出，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共端子组可使用不同的电压类型和电压等级。（2）指示部分。用于反映I/O点和机器的状态，如下表所示。FX2N-48MR指示灯及状态说明（3）接口部分。主要包括编程器接口、存储器接口、扩展接口和特殊功能模块接口等。在机器面板上，设置了一个PLC运行模式转换开关SW（RUN/STOP），用来改变PLC的工作模式，PLC电源接通后，将转换开关打到RUN位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）点亮，表示PLC正处于运行状态；将开关打到STOP位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）熄灭，表示PLC正处于停止状态。（二）FX2N系列PLC型号命名方式FX2N系列PLC型号命名方式如下图所示。FX2N系列PLC型号命名方式（三）PLC的硬件PLC的基本组成包括中央处理模块（CPU）、存储器模块、输入/输出（I/O）模块、电源模块及外部设备，如下图所示。PLC的基本组成主机内的各部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接。根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，可构成不同的PLC控制系统。1．中央处理器中央处理器（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连。与通用计算机一样，CPU是PLC的核心部件，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数值计算、协调系统内部各部分工作等任务。2．存储器PLC的存储器是存放程序及数据的地方，有只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两大类。只读存储器，用来存放PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能修改，它使PLC具有基本功能，完成PLC设计者规定的各项工作。随机读写存储器，包括用户程序存储区和数据存储区两部分。用户程序存储区存放针对具体控制任务，用规定的PLC编程语言编写的控制程序。用户存储区的内容可以由用户任意修改或增删。用户数据存储区包括输入数据映像区、输出数据映像区、定时器、计数器的预置值和当前值的数据区和存放中间结果的缓冲区等。3．电源PLC的电源模块把交流电源转换成供CPU、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，使PLC正常工作。4．输入接口输入接口的主要作用是完成外部信号到PLC内部信号的转换。PLC的输入口连接输入信号，元器件主要是开关、按钮、传感器等触点类型的元器件，在接入PLC时，每个触点的两个接头分别连接一个输入点及输入公共端。FX2N系列PLC输入口元器件的连接，如下图所示。输入口元器件连接示意图小提示FX2N系列中，输入公共端COM是连通的。开关、按钮等元器件都是无源元器件，PLC内部电源能为每个输入点提供大约7mA工作电流，所以连接线路不宜过长。有源传感器在接入时须注意与机内电源的极性配合。模拟量信号的输入须采用专用的模拟量工作单元。5．输出接口输出接口的主要作用是完成PLC内部信号到外部信号的转换。PLC输出口上连接的元器件主要是继电器、接触器、电磁阀的线圈或其他负载，这些元器件均采用PLC机外的专用电源供电。接线时，负载的一端接输出点，一端经电源接输出公共端，由PLC输出点的ON/OFF进行驱动控制。由于输出口连接的负载所需的电源种类及电压不同，输出口公共端分为许多组，而且组间是隔离的。FX2N系列PLC输出口元器件的连接，如图1-1-7所示。输出口元器件连接示意图三、PLC的软件（一）软件的分类PLC的软件包含系统软件和应用软件两大部分。1．系统软件系统软件也称系统程序，一般由管理程序、解释程序、标准功能块三部分组成，其用途各不相同。1）管理程序：相关时间分配、存储空间分配管理和系统自检等工作。2）解释程序：将用户使用编程语言编制的程序转化为计算机能识别的机器码。3）标准功能块：PLC生产厂家编制并储存于系统程序中的具有一定功能的程序段，用户如需要，可直接调用并对其执行条件进行赋值即可。2．应用软件应用软件也称“用户程序”，是PLC使用者根据各种控制要求和控制条件，采用PLC专用的程序语言编制的应用程序。（二）常用的编程语言目前PLC常用的编程语言有梯形图、指令表、顺序功能图等，其中以梯形图最为常用。1．梯形图梯形图（LadderDiagram，LAD）是一种以图中的相互关系表示控制关系的编程语言，与继电-接触器控制线路基本思想是一致的，只不过使用符号和表达方式有所区别。下图所示为具有相同控制功能的继电-接触器控制线路与PLC梯形图程序。（a）继电-接触器控制线路图（b）PLC梯形图程序（c）电气符号与对应的梯形图符号继电器控制电路图与PLC控制的梯形图的比较梯形图与继电-接触器控制线路虽然相似，但仍存在许多差异。1）梯形图中的各种元器件沿用了继电器的叫法，但它不是物理继电器，称之为“软继电器”，如31页图（b）中的X0、X1（输入继电器）、Y0（输出继电器）。每个软继电器为存储器中的1位，相应位为“1”，表示该继电器线圈得电。2）梯形图中，用“能量流”来代替继电-接触器控制线路中的电流，它只能从左到右，自上而下流动。3）编制梯形图程序时，PLC内部继电器的触点可无限次反复使用，但线圈通常只引用一次。2．指令表指令表（StatementList，STL）类似于计算机汇编语言，由助记符表达式构成的指令按照一定的顺序排列而成。指令表和梯形图有严格的对应关系，可先画出梯形图，再转换为指令表。右图所示为梯形图所对应的指令表。梯形图语言对应的指令表3．顺序功能图顺序功能图（Sequential

FunctionChart，SFC）用来编制顺序控制程序，它包含步、动作、转换三个要素。顺序功能图可将一个复杂的控制过程分解为若干小的步序，对于这些小步序依次处理后再把这些小步序按一定顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。用顺序功能图编制的程序段，如下图所示。顺序功能图（三）PLC编程软件的使用将三菱公司推出的GX-Simulator6-C仿真软件和GX-Developer开发软件一起安装后，GX-Developer不仅具有一般的编译功能，而且具有仿真功能，能在脱离PLC的情况下离线调试程序。1．软件的安装首先安装GX-Simulator6-C仿真软件，在安装之前先安装程序运行所需的“通用环境”，在ENVMEL文件夹下，双击SETUP.EXE图标，安装完成后，再退回到GX-Simulator6-C文件夹中，双击安装图标，按照安装提示，即可安装完毕，然后再安装GX-Developer开发软件。2．程序的输入和编辑软件安装完毕后，即可使用，使用方法如下。（1）打开软件依次单击“开始”→“程序”→“MELSOFT应用程序”→“GX-Developer”命令，即打开软件，如右图所示。打开GX-Developer软件画面（2）创建新的工程单击“工程（F）”→“创建新工程（N）”命令或单击图标

，即出现左图所示的对话框，要求选择“PLC系列”和“PLC类型”，以及选择“程序类型”，对话框中默认为“梯形图”。勾选“设置工程名”复选择，在“工程名”文本框中输入工程名，选择工程保存路径，单击“确定”按钮，新工程建立完毕。如右图所示，进入编程界面。

选择PLC系列和PLC类型

编程界面（3）输入梯形图输入梯形图有两种方法：一是利用工具栏中的快捷输入，如下图所示；二是直接用键盘输入。编程工具栏举例说明：下面以一段简单的程序为例说明这两种输入方法。输入右图所示的一段程序。一段简单的梯形图程序用工具栏中的快捷输入：按F5键，则出现一个如左图所示的对话框，在文本框中输入“x0”，单击“确定”按钮，则输入触点，用同样的方法，可以输入其他的常开触点、常闭触点、输出线圈等。从键盘输入：直接从键盘输入程序，更方便，效率更高。首先使光标处于第一行的首端，从键盘直接输入“ldx0”，同样出现一个对话框，如右图所示，再按Enter键，则程序输入；接着输入“outy0”，再按Enter键，输入线圈。工具条快捷输入

键盘输入（4）梯形图编辑在输入梯形图时，常需要对梯形图进行编辑，如插入、删除等操作。1）触点的修改、添加和删除。修改：将光标移到需要修改的触点上，直接输入新的触点，按Enter键，则新的触点覆盖原来的触点。添加：光标移到需要添加触点的位置，直接输入新的触点，按

Enter键。删除：光标移到需要删除的触点上，再按键盘上的Delete键，即可删除，然后单击直线按钮

，按Enter键，用直线覆盖原来的触点。2）行插入与行删除。在进行程序编辑时，经常要插入或删除一行或几行程序。行插入：先将光标移到要插入行的地方，单击“编辑（E）”命令，弹出下拉菜单（或右击，弹出快捷菜单），再单击“行插入（N）”命令，则在光标处出现一个空行，即可以输入一行程序。行删除：将光标移到要删除行的地方，单击“编辑（E）”命令，弹出下拉菜单（或右击，弹出快捷菜单），再单击“行删除（E）”命令，就删除了一行。（5）程序的转换程序通过编辑以后，计算机界面的底色是灰色的，要通过转换变成白色才能传给PLC进行仿真运行。转换方法如下：单击菜单栏中的“转换（C）”→“变换（C）”命令，或直接按“F4键”。（6）程序传送（PLC←→PC）1）PLC写入（把程序从PC→PLC）：单击菜单栏中的“在线（O）”→“PLC写入（W）”命令，或直接单击快捷按钮

。2）PLC读取（把程序从PLC→PC）：单击菜单栏中的“在线（O）”→“PLC读取（R）”命令，或直接单击快捷按钮

。3．程序仿真运行在没有PLC连接的情况下，仿真程序运行，从而对程序进行调试和监控。1）输入梯形图程序，如下图所示。输入的梯形图程序2）梯形图逻辑测试，单击菜单栏中的“工具（T）”→单击“梯形图逻辑测试起动（L）”命令，测试程序写入，待参数写入完成后，光标变成蓝块，程序已处于监控状态，且在状态栏中出现，如下图所示。梯形图逻辑测试4．PLC停止运行在43页图中的“LADDERLOGICTESTTOOL”对话框中，选择“STOP”单选按钮，PLC就停止运行，再选择“RUN”单选按钮，PLC又运行。5．退出PLC仿真运行在对程序仿真测试时，通常需要对程序进行修改，这时要退出PLC仿真运行，退出方法如下所述。单击快捷图标

，出现结束梯形图逻辑测试窗口，如38页右图所示，单击“确定”按钮，即可退出仿真运行，但此时的光标还是蓝块，程序仍处于监控状态，不能对程序进行编辑，因此需要单击快捷图标

，光标变成方框，即可对程序进行编辑。四、PLC的工作原理PLC有大量的接口器件、特定的系统程序、专用的编程软件，因此，PLC的使用方法、编程语言、工作过程与其他计算机控制系统有较大区别。（一）PLC的等效电路PLC的输入设备和输出设备与继电-接触器控制系统相同，只是通过执行存储器中的程序实现控制系统的要求。为了便于说明PLC的工作原理，可以利用右图所示的等效电路进行描述。在等效电路中，PLC可以分为输入回路、内部控制电路和输出回路三个组成部分。PLC等效电路1．输入回路输入回路由外部输入信号、PLC输入接线端、等效输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器，每个输入继电器与输入信号一一对应，当外部输入为“1”时，输入继电器“线圈”得电，内部控制电路中对应的输入接点“吸合”。小提示事实上，PLC内部无这些输入继电器，它们相当于实际PLC中的“输入映像”，且可以在程序中无限次使用。此外，输入继电器只能受外部输入信号的控制。2．内部控制电路内部控制电路由PLC用户程序转化而来。它的作用是对输入信号和输出信号的状态进行运算和处理，然后得到相应的输出。内部控制电路中的输出继电器除了提供编程用的常开、常闭触点外，还为输出电路提供一个常开触点与输出接线端连接。3．输出回路输出回路由内部输出接点（相当于继电-接触器控制线路中的“常开”触点）、PLC输出接线端、输出执行元器件三部分组成。内部输出接点经PLC的输出接线端与输出执行元件连接，每个输出接点与内部控制电路中的输出线圈一一对应，当输出线圈为“1”时，输出接点接通。输出回路中，驱动外部负载的电源由用户提供。（二）PLC的工作过程PLC的工作过程与普通计算机系统有很大的不同，概括地说，PLC的主要工作过程可以分为公共处理、输入采样、执行用户程序、输出刷新四个基本步骤。PLC工作过程如右图所示。PLC对于输入/输出的处理，采用“集中批处理”的方式；对于用户程序的执行，采用“循环扫描”方式。PLC的工作过程4．输出刷新输出刷新是PLC输出的集中批处理过程。PLC对所有外部输出信号的状态进行集中、统一刷新，将用户程序执行过程中所产生的“输出映像”一次性输出到实际PLC的输出端，并驱动输出元件。小提示在用户程序的执行阶段，“输出映像”的状态可能会不断改变（当存在多重线圈时），但PLC向外部的输出状态总是唯一的。它取决于全部用户程序执行完成后，最终的“输出映像”状态。PLC就是这样不断地循环执行上述四个步骤。把PLC执行一次完整扫描操作所需的时间称为一个扫描周期，它是PLC控制系统的重要性能指标之一。扫描周期与PLC本身的性能、用户程序的大小、PLC的硬件组成诸多因素有关。任务实施下面以本任务为例，介绍任务实施环节的实施方法，后续任务及任务单的内容参考以下过程。1．控制系统的程序分析从第3页图所示的电气原理图可以分析出，三相异步电动机的点动控制完全由按钮SB控制。当按下SB，KM线圈得电，KM主触点接通，电动机得电运转；松开SB，KM线圈失电，KM主触点断开，电动机失电停转。元器件功能表如下表所示。点动控制线路元器件功能表2．控制系统的程序设计（1）I/O分配控制系统的I/O分配如下表所示。控制系统的I/O分配（2）编制梯形图梯形图如下图所示。梯形图（3）PLC控制系统电气原理图点动控制电气原理图如下图所示。点动控制电气原理图3．系统安装连线及调试1）根据54页图所示PLC外部接线图完成PLC的输入/输出接线，并检查有无短路及断路现象。2）给PLC加电，将图1-1-22所示的梯形图通过编程软件下载到PLC。3）将运行模式选择开关拨到“RUN”位置，使PLC进入运行方式，按下按钮SB，观察KM线圈是否按要求动作。4）根据主电路图，接入三相异步电动机，并接通三相电源进行调试运行。4．评价对学生实施过程进行评价，具体要求及评价标准见附录学习工作单中评价细则项。拓展进阶一、梯形图编程的特点前面介绍PLC编程语言时，对梯形图的编程方法做了简要介绍。实际上，梯形图编程语言虽然和继电-接触器控制线路的结构非常相似，但其程序执行过程存在本质的区别，同样具有的触点、线圈、连线，有着本质的不同。（一）触点的性质与特点梯形图中所使用输入、输出和内部继电器等编程元器件的“常开”、“常闭”触点，其本质是PLC内部某一存储器的数据“位”状态，且在任意时刻，状态是唯一的，不可能出现两者同时为“1”的情况，“常开”、“常闭”触点存在严格的“非”关系。（二）线圈的性质与特点梯形图程序所使用的内部继电器、输出线圈等编程元器件，并非实际存在的物理继电器。程序对其线圈的输出控制，只是将PLC内部某一存储器的数据“位”的状态进行赋值而已。数据“位”置“1”对应于线圈“得电”，数据“位”置“0”对应于线圈“断电”。PLC程序的执行，严格按照梯形图“从上至下”、“从左至右”的时序执行，在同一PLC程序执行循环内，不能改变已经执行完成的指令输出状态（只能在下一循环中予以改变）。（三）连线的性质与特点梯形图中的“连线”仅代表指令在PLC中的处理顺序关系，其中不存在实际电流。因此，在梯形图中的每一输出线圈应有各自独立的逻辑控制关系，不同输出线圈间不能采用“电桥连接”方式。二、梯形图编程的格式梯形图作为一种编程语言，编辑时必须遵循梯形图的格式。1）梯形图中左、右边垂直线分别称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从左母线开始，右母线可以省略。2）梯形图按行从上至下编写，每一行从左至右顺序编写。每一行的开始是触点群组成的“工作条件”，最右边是线圈表达的“工作结果”。3）梯形图的触点有常开触点和常闭触点两种，触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上，每一触点都有自己的特殊标记，以示区别，同一标记的触点可以无限次使用。4）梯形图的触点可以任意串、并联，而输出线圈只能并联，不能串联。5）一个完整的梯形图程序必须用END指令结束。三、梯形图编程要点1）应尽量避免同一编号的输出元器件在一个程序中使用两次，即形成双线圈输出，如下图（a）所示，但不同编号的输出元器件可以并行输出，如下图（b）所示。（a）双线圈输出

（b）并行输出双线圈和并行输出2）在若干支路并联时，应将具有串联触点的支路放在上面，这样可以省略程序执行时的堆栈操作，减少指令步数，如下图所示。（a）串联触点支路在下面

（b）串联触点支路在上面并联支路的设计3）在若干支路串联时，应将具有并联触点的支路放在前面，这样可以省略程序执行时的堆栈操作，减少指令步数，如下图所示。（a）并联触点支路在后面

（b）并联触点支路在前面串联支路的设计4）桥式电路应进行变化后才能编程，如下图所示。（a）桥式电路

（b）等效电路桥式电路的变换方法任务二

电动机长动控制任务情景模拟如下图所示，我们以两个按钮控制一条传送带为基础，为顺利过渡到三级传送带顺序启停控制做准备。具体控制要求：启动按钮按下，传送带立即启动并连续运行（长动）；停止按钮按下，传送带立即停止运行。按钮控制电动机长动运行任务分析右图所示为三相异步电动机电气控制的自锁（连续运行）电路。启动时，合上空气开关QS，引入三相电源。按下启动按钮SB2，交流接触器KM线圈得电，主电路的三个主触点闭合，电动机接通直接启动。同时与SB2并联的常开辅助触点闭合，形成自锁，这样即使松开SB2，接触器KM的线圈仍可以通过自己的辅助触点继续通电，保持电动机的连续运行。这个控制电路是比较简单的，对于复杂控制若仍采用继电器实现，控制电路将变得异常复杂，这种情况下利用PLC替换控制电路，完成继电器控制电路的功能，将使控制变得简单。本次任务就是要采用PLC实现电动机的连续运行控制。三相异步电动机自锁控制电路知识链接一、电动机在本次任务中控制对象为三相异步交流电动机，在初高中我们学习了直流电动机。在实际的工业生产中，大部分是以交流电动机作为主要机械拖动元件，只有少部分还依赖直流电动机拖动。交流电动机和直流电动机相比，具有坚固耐用、维护成本低、调速性能好等卓越特点。三相异步电动机中“三相”指的是工频交流电的相数。异步是和同步相对的概念，一般情况下异步电动机具有转矩大、定位不准的特点，而同步电动机具有转矩小、定位准确的特点。二、编程元件可编程控制器用于工业控制，其实质是用程序表达控制过程中事物间的逻辑或控制关系。在工程上人们常把继电器、接触器、按钮等能看到、接触到的电气元件称为硬元件，把PLC内部的编程元件称为软元件。（一）软元件PLC作为取代继电器控制柜的一个主要功能是其内部具有不同功能的元件，这些元件并不是完全由实际的元件组成的，而是由电子电路和存储器组成的。通常将这些元件称为软元件。例如：输入继电器X由输入电路和输入映像寄存器组成；定时器T由存储器组成；输出继电器Y由输出电路和输出映像寄存器组成。软元件是等效概念抽象模拟的元件，并非实际的物理元件。FX2N系列PLC编程元件的编号分为两个部分，第一部分是代表功能的字母，如输入继电器用“X”表示，输出继电器用“Y”表示；第二部分为数字，数字为该类元件的序号。FX2N系列PLC中输入继电器及输出继电器的序号为八进制，其余器件的序号为十进制。从元件的最大序号可以了解可编程控制器可能具有的某类元件的最大数量。元件命名方法PLC的软元件分为位元件和字元件两类。位元件只有ON和OFF两种状态，分别用“1”和“0”表示，如输入继电器X，用于输入给PLC的物理信号；输出继电器Y，用于表示从PLC输出的物理信号；辅助继电器M和状态继电器S可以用来放置PLC内部的运算状态。字元件是处理数字数据的元件，如数据寄存器D用于模拟量检测及位置控制等场合存储数据和参数，定时器T和计数器C都是字元件。另外，位元件还可以组合使用，4个位元件为一个单元，通用表示方法是由Kn加起始的软元件号组成，n为单元数。例如，K2M0表示M0～M7组成两个位元件组（K2表示2个单元），它是一个8位数据，M0为最低位。（二）FX系列PLC的编程元件1．输入继电器（X）作用：用来接收外部输入的开关量信号。输入端通常外接常开触点或常闭触点。编号：X000~X007，X010~X017，……说明：1）输入继电器以八进制编号。2）FX2系列PLC带扩展时最多可有184点输入继电器（X0～X267）。3）输入继电器只能输入驱动，不能程序驱动。4）可以有无数的常开触点和常闭触点。5）输入信号（ON、OFF）至少要维持一个扫描周期。2．输出继电器（Y）作用：输出程序运行的结果，驱动执行机构控制外部负载。编号：Y000~Y007，Y010~Y017，……说明：1）输出继电器以八进制编号。2）FX2N系列PLC带扩展时最多可有184点输出继电器（Y0～Y267）。3）输出继电器只能程序驱动，不能外部驱动。4）输出模块的硬件继电器只有一个常开触点，梯形图中输出继电器的常开触点和常闭触点可以多次使用。3．辅助继电器（M）辅助继电器是一种内部的状态标志，相当于继电-接触器控制系统中的中间继电器。说明：1）辅助继电器以十进制编号。2）辅助继电器只能程序驱动，不能接收外部信号，也不能驱动外部负载。3）辅助继电器可以有无数的常开触点和常闭触点。辅助继电器分为通用型、断电保持型和特殊辅助继电器三种。1）通用型辅助继电器：M0～M499，共500个。特点：通用辅助继电器和输出继电器一样，在PLC电源断开后，其状态将变为OFF；当电源恢复后，除因程序使其变为ON外，否则它仍保持OFF。用途：中间继电器（逻辑运算的中间状态存储、信号类型的变换）。2）断电保持型辅助继电器：M500～M1023。特点：在PLC电源断开后，保持用辅助继电器具有保持断电前瞬间状态的功能，并在恢复供电后继续断电前的状态。断电保持功能由PLC内电池支持。3）特殊辅助继电器：M8000～M8255。特点：特殊辅助继电器是具有某项特定功能的辅助继电器。分类：触点利用型和线圈驱动型。触点型特殊辅助继电器：其线圈由PLC自动驱动，用户只可以利用其触点。线圈型特殊辅助继电器：由用户驱动线圈，PLC将作出特定动作。常用特殊辅助继电器有：①运行监视继电器：M8000——当PLC处于RUN时，其线圈一直得电。M8001——当PLC处于STOP时，其线圈一直得电时序如右图所示。M8000、M8001特殊功能寄存器的时序图②初始化继电器：M8002——当PLC开始运行的第一个扫描周期，其得电。M8003——当PLC开始运行的第一个扫描周期，其失电。对计数器、移位寄存器、状态寄存器等进行初始化。时序如下图所示。M8002、M8003特殊功能寄存器的时序图三、基本逻辑指令（一）逻辑取及输出线圈指令指令的功能、电路表示、操作元件及所占程序步如下表所示。逻辑取及线圈驱动指令指令说明：1）LD、LDI指令的目标元件为X、Y、M、T、C、S。LD、LDI指令还可与AND、ORB指令配合，用于分支回路的起点。2）OUT指令的目标元件为Y、M、T、C、S和功能指令线圈，对输入继电器X不能使用。3）OUT指令可作多次并联使用，OUT指令用于T和C时，其后须跟常数K，K为延时时间或计数次数。逻辑取及输出线圈指令的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序逻辑取及输出线圈指令应用（二）触点串联指令触点串联指令的功能、电路表示、操作元件及所占程序步如下表所示。触点串联指令指令说明：1）AND和ANI指令的操作目标元件为X、Y、M、S、T、C。2）AND和ANI指令用于单个触点与左边触点的串联，可连续使用。3）执行OUT指令后，通过与指令可驱动其他线圈输出。4）若是两个并联电路块（两个或两个以上触点并联连接的电路）串联连接，则需用后面的ANB指令。串联指令的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序触点串联指令应用（三）触点并联指令指令的功能、电路表示、操作元件及所占程序步如下表所示。触点并联指令指令说明：1）OR、ORI指令的操作目标元件为X、Y、M、S、T、C。2）OR、ORI指令仅用于单个触点与前面触点的并联，可连续使用。3）若是两个串联电路块（两个或两个以上触点串联连接的电路）并

联连接，则需用后面的ORB指令。触点并联指令的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序触点并联指令应用（四）置位/复位指令（SET/RST）置位/复位指令的功能、电路表示操作元件及所占程序步如下表所示。触点并联指令指令说明：1）SET指令的目标元件为Y、M、S，RST指令的目标元件为Y、M、S、T、C、D、V、Z。2）RST指令常被用来对D、Z、V的内容清零，还用来复位定时器和计数器。3）对于同一目标元件，SET、RST可多次使用，顺序也可随意，但最后执行者有效。置位/复位指令的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序置位/复位指令应用任务实施请填写任务单和学习工作单（见书中附录）。拓展进阶（一）串联电路块的并联指令（ORB）ORB指令的功能、电路表示、操作元件及所占程序步如下表所示。ORB指令指令说明：1）ORB指令是没有操作数的独立指令。2）两个以上的触点串联连接的电路称为串联电路块。串联电路块并联时，各电路块分支的开始用LD或LDI指令，分支结尾用ORB指令。3）若须将多个串联电路块并联，则在每个电路块后面加上一条ORB指令。ORB指令的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序ORB指令的应用（二）并联电路块的串联（ANB）ANB指令的功能、电路表示、操作元件及所占程序步如下表所示。ANB指令指令说明：1）ANB指令是没有操作数的独立指令。2）两个以上的触点并联连接的电路称为并联电路块。并联电路块串联时，各电路块分支的开始用LD或LDI指令，分支结尾用ANB指令。3）若须将多个并联电路块并联，则在每个电路块后面加上一条ANB指令。ANB指令的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序ANB指令的应用（三）脉冲输出指令（PLS/PLF）脉冲输出指令的功能、电路表示、操作元件及所占程序步如下表所示。脉冲输出指令指令说明：1）PLS、PLF指令的操作目标元件是Y、M，特殊继电器不能用作PLS或PLF的操作元件。2）PLS、PLF指令可将脉宽较宽的输入信号变成脉宽等于扫描周期的触发脉冲信号，而信号周期不变。PLS、PLF指令的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序

（c）时序图PLS、PLF指令的应用（四）空操作指令（NOP）NOP指令的功能、电路表示及所占程序步如下表所示。空操作指令指令说明：1）NOP指令是一条无动作、无目标元件的指令。2）用NOP指令代替已写入的指令，可以改变电路，甚至使电路出错。3）在程序中加入空操作指令，在变更或增加指令时可以减少步序号的变化。4）执行完清除用户存储器操作后，用户存储器的内容全部变为空操作指令。（五）程序结束指令（END）END指令的功能、电路表示及所占程序步如下表所示。程序结束指令指令说明：1）END指令用来标记用户程序存储区最后一个存储单元。可编程序控制器按照输入处理、程序执行、输出处理循环工作，若在程序最后写入END指令，则END以后的程序步就不再执行，直接进行输出处理。2）利用END指令分段程序调试。调试时，可将程序分段后插入END指令，从而依次对各程序段的运算进行检查。而后，在确认前面电路块动作正确无误之后依次删除END指令。任务三

电动机正反转控制任务情景模拟往复运动在实际应用中经常见到，如升降机的上升和下降，自动门的开和关，数控车床工作台的进给和退刀等，这些运动归根结底是由电动机的正反转实现的。如下图所示，正转按钮被按下时，电动机M2逆时针旋转带动工件向左移动；反转按钮被按下时，电动机M2顺时针旋转带动工件向右移动；停止按钮被按下5s后，电动机停车。控制电动机正反转控制任务分析通过继电-接触器控制电路，实现对三相异步电动机的正反转控制，电气原理图如下图所示。继电-接触器控制电动机正反转电路图电气控制电动机正反转电路原理：按下正转按钮SB1，其常开触点闭合，则正转电路导通并形成自锁。按下反转按钮SB2，其常闭触点先断，进而使得正转电路解除自锁，其常开触点随后闭合，反转电路得电并形成自锁。当急停按钮被按下时，正反转电路均断电，电动机停电。显而易见，该电路不能实现电动机延时停止控制。如要实现延时停止，需加入时间继电器对电路进行改造，会增加电路的复杂程度，这里不再详述。本任务将采用PLC控制电动机正反转，利用软元件——定时器，使控制电路结构更简单。知识链接一、定时器为实现PLC的延时控制，有必要掌握“定时器”。定时器是PLC内部的一种软元件，定时器相当于继电器系统中的时间继电器，可在程序中用于延时控制。定时器累计PLC内1ms、10ms、100ms等的时钟脉冲，当达到所定的设定值时，输出触点动作。FX2N系列PLC的定时器（T）有以下四种类型，如下表所示。FX2N系列PLC的定时器说明：1）FX2N系列PLC定时器设定值可以采用程序存储器内的常数（K）直接指定，也可以用数据寄存器（D）的内容间接指定。2）使用定时器时，需要为其输入一个设定值，设定值和定时间隔的积就是定时时间。3）定时器需要程序中的触发条件使其定时线圈通电时才开始定时，具有对触发条件的计时针对性。非累积型定时器的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序

（c）时序图非累积型定时器的应用用法说明：如果X000为ON，T200开始计时，当脉冲数等于设定值K123时，定时器的输出触点动作，即输出触点在线圈驱动1.23s后动作。X000断开或停电，定时器复位，输出触点复位。累积型定时器的用法如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序

（c）时序图说明：如果X001为ON，则T250用当前值计数器累计100ms的时钟脉冲。当达到设定值K345时，定时器的输出触点动作。在累计过程中，即使输入X001断开或停电时，再启动时，继续累计，其累计时间为34.5s。如果复位输入X002为ON，定时器复位，输出触点也复位。累积型定时器的应用二、计数器计数器应用同样普遍，如公司生产多少件产品、多少件合格、多少件返修等等都需计数器计数。FX2N系列计数器分为高速计数器和内部计数器两类，常用的是内部信号计数器。内部计数器是在执行扫描操作时对内部器件（如X、Y、M、S、T和C）的信号进行计数的计数器，其接通时间和断开时间应比PLC的扫描周期稍长。（一）16位计数器计数设定值范围在0～32767，其中：通用型C0～C99，共100点，PLC断电，计数器当前值丢失。断电保持型C100～C199，共100点，PLC断电，计数器当前值保持不变。16位普通计数器的动作过程如下图所示。（a）梯形图程序

（b）时序图16位通用型计数器的动作过程说明：1）当在执行第10次的计数时，输出触点动作。如果复位输入X010为ON，则执行RST指令，计数器的当前值为0，输出触点复位。2）计数器的设定值，除用常数K设定，还可由数据寄存器指定。（二）32位双向计数器对机器的外部信号进行计数，设定值为﹣2147483648～+2147483647，其中：通用型C200～C219，共20点。断电保持型C220～C234，共15点。32位双向计数器是递增型还是递减型计数将由特殊辅助继电器M8200～M8234设定。特殊辅助继电器接通（置1）时，为递减型计数；特殊辅助继电器断开（置0）时，为递增型计数。32位增减计数器的动作过程如下图所示。（a）梯形图程序

（b）时序图32位增减计数器的动作过程说明：1）利用计数输入X014驱动C200线圈，可增计数或减计数（增减可由特殊辅助继电器M8200设置）。2）如果复位输入X013为ON，则执行RST指令，计数器当前值变为0，输出触点复位。3）在计数器的当前值由﹣6→﹣5增加时，输出触点置位；在由

﹣5→﹣6减少时，输出触点复位。三、数据寄存器数据寄存器是存储数值数据的软元件，可以处理各种数值数据。从功能上分可为五种，如下表所示。数据寄存器说明：数据寄存器都是16位，最高位为符号位，数值范围为﹣32768～+32767。将相邻两个数据寄存器组合，可存储32位数值数据，最高位为符号位（高位为大的号码，低位为小的号码。变址寄存器中，V为高位，Z为低位），可处理﹣2147483648～+2147483647的数值。任务实施请填写任务单和学习工作单（见书中附录）。拓展进阶一、堆栈指令（MPS、MRD、MPP）FX2N系列PLC有11个用来存储运算中间结果的存储区域，称为堆栈存储器，并采用先进后出的数据存储方式，如右图所示。堆栈存储器MPS：进栈指令，把中间运算结果送入堆栈的第一个堆栈单元（栈顶），同时让堆栈中原有的数据顺序下移一个堆栈单元。再次使用MPS时，当时的运算结果送入堆栈的第一个堆栈单元（栈顶），先送入的数据依次向下移一个堆栈单元。106页图中堆栈存储器中的①是第一次入栈的数据，②是第二次入栈的数据。MRD：读栈指令，仅仅读出栈顶的数据，该指令操作完成后，堆栈中的数据维持原状。MPP：出栈指令，弹出堆栈中第一个堆栈单元的数据，同时该数据就从栈存储器中消失，同时使堆栈中第二个堆栈单元至栈底的所有数据顺序上移一个单元，原第二个堆栈单元的数据进入栈顶。与堆栈操作相关的指令有三条：指令说明：1）MPS、MRD、MPP指令用于多重输出电路，可将连接点的结果存储起来，用于连接后面的电路。这组指令没有操作元件，程序步均为1步。2）MPS、MPP指令必须成对使用，而且连续使用应少于11次；MRD指令可多次连续重复使用，但不能超过24次。堆栈指令的使用如下图和109页图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序堆栈的应用（a）梯形图程序

（b）指令表程序嵌套堆栈的应用二、主控触点指令（MC、MCR）在编程时常会出现这样的情况，多个线圈同时受一个或一组触点控制，如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，将多占用很多存储单元，使用主控指令就可以解决这一问题。它在梯形图中与一般的触点垂直。它们是与母线相连的常开触点，是控制一组电路的总开关。主控触点指令的功能、电路表示及所占程序步如下表所示。主控触点指令指令说明：1）N为嵌套级数，最多为8级，编号按N0→N1→N2→N3→N4→N5→N6→N7顺序增大。2）MC、MCR指令的目标元件为Y和M，但不能使用特殊辅助继电器。3）MC指令使母线移到MC触点之后；MCR指令使母线返回。MC指令和MCR指令须成对使用。主控触点指令的使用如右图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序主控触点指令的应用通过更改M的地址号，可以多次使用MC指令，从而形成多个嵌套级。嵌套级N的编号由小到大，返回时使用MCR指令，从大嵌套级开始解除，如左图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序主控触点指令嵌套的应用三、边沿检测脉冲指令（LDP、LDF、

ANDP、ANDF、ORP、ORF）边沿检测脉冲指令的功能、电路表示操作元件及所占程序步如下表所示。边沿检测脉冲指令指令说明：1）边沿检测脉冲指令的操作目标元件是X、Y、M、S、T、C。2）LDP、ANDP、ORP指令是进行上升沿检出的触点指令，仅在指定位元件的上升沿时（OFF→ON变化时）接通一个扫描周期。3）LDF、ANDF、ORF指令是进行下降沿检出的触点指令，仅在指定位元件的下降沿时（ON→OFF变化时）接通一个扫描周期。边沿检测脉冲指令的使用如下图所示。（a）梯形图程序

（b）指令表程序

（c）时序图边沿检测脉冲指令的应用项目二组合钻床孔加工控制三种液体混合控制自动门控制系统交通灯控制系统项目导入钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻螺纹等加工。组合钻床（见右图）是一种专用高效自动化技术装备，解决了现有的钻床加工大型零部件特别是回转体直径较大时操作不方便、加工困难等技术问题，被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。某组合钻床三维模型项目控制要求某双头组合钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔（见右图），操作人员放好工件后，按下启动按钮X0，Y0变为ON，工件被夹紧，夹紧后压力继电器X1为ON，Y1和Y3使两只钻头同时开始向下进给。大钻头钻到由限位开关X2设定的深度时，Y2使它上升，升到由限位开关X3设定的起始位置时停止上行。小钻头钻到由限位开关X4设定的深度时，Y4使它上升，升到由限位开关X5设定的起始位置时停止上行，同时设定值为3的计数器C0的当前值加1，两个都到位后，Y5使工件旋转120°，旋转到位时X6为ON，旋转结束后又开始钻第二对孔，3对孔都钻完后，计数器的当前值等于设定值3，转换条件C0满足。Y6使工件松开，松开到位时，限位开关X7为ON，系统返回初始状态。孔加工示意图任务一

三种液体混合控制任务情景模拟右图为三种液体混合装置，SQ1、SQ2、SQ3和SQ4为液面传感器，液面淹没时接通，液体A、B、C及混合液体阀门分别由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4控制，M是电动机，用于搅匀混合的液体，其控制要求如下：液体混合装置1．初始状态装置投入运行时，液体A、B、C阀门关闭，混合液阀门打开20s将容器放空后关闭。2．启动操作按下启动按钮SB1，装置开始按下列给定规律运转。1）液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SQ3时，SQ3接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。2）当液面到达SQ2时，关闭液体B阀门，打开液体C阀门。3）当液面到达SQ1时关闭阀门C，搅匀电动机开始搅匀。4）搅匀电动机工作1min后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。5）当液面下降到SQ4时，SQ4由接通变断开，再过20s后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。3．停止操作按下停止按钮SB2后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作（返回初始状态）。任务分析可以用传感器检测液面位置，在试验台上模拟运行时用限位开关SQ1～SQ4代替，这些信号是传入PLC用以驱动其他信号的，所以是输入信号，应该接在PLC的输入口，液体阀门和搅拌电动机是受限位开关控制的输出信号，应该接在PLC的输出端。本任务具有鲜明的先后控制顺序，适合采用顺序控制设计法。知识链接一、顺序控制设计法前面几个任务用的都是经验设计法，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，在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，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，并且容易遗漏一些应该考虑的问题。顺序控制设计又称为步进控制设计，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，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。其设计思想是将系统的工作周期划分为若干顺序相连的阶段，我们称之为“步”。当步被激活时（即满足一定的转换条件），步所代表的行动或命令将被执行。这样一步一步按照顺序，执行机构就能够顺序“前进”。顺序控制设计的步骤是首先根据工艺流程，画出顺序功能图（SFC），之后编写梯形图程序。1．顺序功能图顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是设计PLC的顺序控制程序的主要工具。它主要由步、动作、转换、转换条件、有向连线组成，如右图所示。在顺序功能图中，步表示将一个工作周期划分的不同连续阶段，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启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有一个初始步。步可以用编程元件M（辅助继电器）或者S（状态继电器）来表示。顺序功能图当系统执行至某一步所在阶段时，该步处于活动状态，称该步为活动步。当转换实现时，转换后的步变为活动步，同时该步对应的动作被执行。“动作”是指某步处于活动状态时，PLC向被控对象发出的命令，或被控对象应执行的动作。动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分开，转换用与有向连线垂直的短画线表示，步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行的。有向连线上无箭头标注时，其进展方向默认为从上到下或从左到右，否则按有向连线上箭头注明的方向进行。转换条件是指与该转换相关的逻辑变量，可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号等标注在表示转换的短划线旁边。转换实现的条件是前级步为活动步和转换条件得到满足，两者缺一不可。转换完成后所有该转换的后级步均成为活动步，所有前级步成为不活动步。小提示我们在进行顺序功能图的具体设计时，必须要注意：1）顺序功能图中必须有初始步，如没有它系统将无法开始和返回，初始步用双线框表示。2）两个相邻步不能直接相连，必须用一个转换条件将它们分开，两个转换之间也必须用步隔开。3）设计的顺序功能图必须要由步和有向连线组成闭合回路，使系统能够多次重复执行同一工艺过程，不出现中断的现象。2．顺序功能图的结构顺序功能图有三种结构。单序列：没有分支，它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。每一步的后面只有一个转换，每一个转换后面只有一步，如下图（a）所示。选择序列：由两个及以上的分支流程组成，但根据控制要求只能从中选择一个分支流程执行的程序，如下图中（b）所示。并行序列：由两个及以上的分支流程组成，但必须同时执行各分支的程序，如下图（c）所示。并行序列分支和汇合的地方以窄平行线为显著标志。顺序功能图的结构二、启﹣保﹣停电路转换梯形图顺序控制设计法：第一步画出顺序功能图，第二步需要把功能图转换为梯形图。转换方法有三种，这里介绍第一种——启﹣保﹣停电路法。下面以一个单序列结构的例子具体说明。举例说明：设小车在初始位置时停在右边，限位开关SQ2为ON。按下启动按钮SB0后，小车向左运动，碰到限位开关SQ1时，变为右行；返回限位开关SQ2处变为左行，碰到限位开关SQ0时，变为右行，返回起始位置后停止运动。小车往返运动1．I/O（输入/输出）分配表小车往返运动I/O分配表，如下表所示。小车往返运动I/O分配表2．外部接线图小车往返运动外部接线如下图所示。小车往返运动外部接线3．顺序功能图小车往返运动顺序功能图如下图所示。小车往返运动顺序功能图4．梯形图用“启﹣保﹣停”电路转换梯形图的原则是：前一步和条件串联作为下一步的启动（启），本步自锁（保），下一步作为停止（停）。因此，这种方法的核心是找准每个活动步的前级步和后级步，分别作为启停信号。下图中，若要使当前步M2变为活动步，需以前级步M1和转换条件X0为启动信号，以M2自身的常开触点为自保信号，以后级步M3的常闭触点为停止信号来构造本步的启﹣保﹣停电路。启﹣保﹣停电路转换梯形图按照上述原则，将15页图的顺序功能图转换为下图所示的梯形图。小车往返运动梯形图启﹣保﹣停电路法就是将顺序功能图中的每一步都构造成一个启﹣保﹣停电路，顺序功能图中动作的处理有两种情况：1）某一输出量仅在某一步中为ON，可以将它们的线圈分别与对应步的辅助继电器的线圈并联。2）某一输出继电器在几步中都应为ON，应将代表各有关步的辅助继电器的常开触点并联后，驱动该输出继电器的线圈。例，如图2-1-8中Y0在步M1和M3中都应为ON，所以将M1和M3的常开触点并联后，再输出线圈Y0。任务实施请填写任务单和学习工作单（见书中附录）。拓展进阶一、选择序列“启﹣保﹣停”转换法选择序列功能图用于表示系统的几个不同时工作的独立部分的工作情况。当系统的发生条件不同时，产生的动作也不相同，某个系统可能会有好多种可供选择的方式，像此类系统的处理就要使用选择序列功能图来处理。选择序列的开始称为分支，各分支画在水平线之下，各分支中表示转换的短画线只能在水平线之下的分支上。选择序列的结束称为合并，选择序列的合并是指几个选择分支合并到一个公共序列上，各分支都有各自的转换条件，各分支画在水平线之上，各分支中表示转换的短画线只能画在水平单线之上的分支上。选择序列最多能实现8个流程的汇合，在选择分支、汇合流程中，条件都是单独的，如右图中的“X2”“X3”“X4”和“X5”“X6”“X7”。选择序列在选择序列中，每一个选择序列相对于其他的分支都是独立的，可以构成一个完整的单序列。所以在处理选择序列时主要解决公用分支节点和合并节点的问题。如果某一步后面有一个由N条分支组成的选择序列，该步可能转换到不同的分支去，应将这N个后级步对应的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联，作为结束该步的条件。对于选择序列的合并，如果某一步之前有N个转换（即有N条分支在该步之前合并后进入该步），则代表该步的辅助继电器的启动电路由N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常开触点与相应转换条件对应的触点或电路串联而成。将20页图的顺序功能图转为梯形图如右图所示，其中线圈M3为分支处，线圈M6为汇合处。选择序列启﹣保﹣停电路法二、并行序列启﹣保﹣停转换法并行序列也有开始（分支）和结束（汇合）之分。并行序列转换实现后将同时使多个后续步激活，每个序列中活动步的进展将是独立的。为了区别于选择序列顺序功能图，强调转换的同步实现，水平线用双线表示，转换条件放在水平线之上。如右图所示，并行序列转换成梯形图时也是要注意对分支、汇合的处理：前级步作为启动信号，后续步作为停止信号，依然遵循这个原则，所不同的是，并行序列分支处有好几个后续步，则所有后续步同时得电，即并行序列中各单序列的第一步应同时变为活动步，它们共同的前级步失电；并行序列合并处的处理是前级步有好几个，则所有前级步和总的转换条件串联来启动下一步。并行序列启﹣保﹣停电路法任务二

自动门控制系统任务情景模拟在银行、饭店、宾馆等场所经常见到自动门，人靠近时门会自动打开，其实是门上安装了检测装置，一般是红外感应器。如下图所示，某自动门控制要求如下：人靠近时，红外感应器X0为ON，Y0驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关X1时，变为低速开门。碰到开门极限开关X2时，电动机停止转动，开始延时。若在0.5s内红外感应器检测到无人，Y2驱动电动机高速关门。碰到关门减速开关X3时，改为低速关门；碰到关门极限开关X4时，电动机停止转动。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，延时0.5s后自动转换为高速开门。

（a）

（b）自动门任务分析控制要求中的X0～X4变为ON时都会出现一种新的运动状态，因此，这5个输入信号都是顺序功能图中实现步与步之间