《可编程控制器应用技术》-第六章

6.1可编程控制器编程技术概述6.1.1可编程控制器基本编程方法可编程控制器的编程方法大体可归纳出3种方法:经验编程法、解析编程法和图解编程法。掌握可编程控制器的编程方法能充分发挥可编程控制器的功能，而不会因编程的问题而制约了可编程控制器的应用。目前只需掌握经验编程法就行了。

1.经验编程法依靠自己和借鉴别人的经验进行编程。通常在编程前选定一些典型程序，依靠经验进行选择、组合，再结合实际控制系统的具体要求，不断地修改和完善，直至满足系统的控制要求。这种直接设计电气控制系统的方法没有普遍的规律可循，设计的结果不是唯一的，只有在实践中不断地积累经验，提高编程能力。但用这种方法对比较简单的电气控制系统进行设计，可以收到简便、快速的效果。下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述2.解析编程法解析编程法又称逻辑设计法。逻辑设计法是以逻辑组合的方法和形式来设计电气控制系统。可编程控制器的逻辑控制，可根据组合逻辑与时序逻辑的理论，并运用相应的逻辑运算的方法进行逻辑关系的求解。然后根据结果，转化为用户程序，即梯形图或指令表语言程序。用解析编程法设计程序，可运用一定的标准算法，比较严密，使程序优化，避免编程的盲目性。这种设计方法既有可循的规律性和明确可行的设计步骤，又具有一定规范的特点。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述解析编程法的理论基础是逻辑代数，而继电器控制系统的本质是逻辑线路。电气控制线路的断开或接通，都是通过继电器等元件的触点来实现的，这些触点的开、合状态，决定电气控制线路的各种功能。因此电气控制线路实质是一种逻辑线路，符合逻辑运算的各种基本规律。可编程控制器的逻辑控制，在某种意义上可以说可编程控制器是“与”、“或”、“非”3种逻辑线路的组合体。而可编程控制器的梯形图程序实质上是“与”、“或”、“非”的逻辑组合，它们的工作方式及其规律也完全符合逻辑运算的基本规律。因此，可以用变量及其函数只有“0"、"1”两种取值的逻辑代数作为设计可编程控制器用户应用程序的工具。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述解析编程法思路清晰，所编写的程序易于优化，是一种较为实用可靠的程序设计方法。用解析编程法设计程序，基础是逻辑代数，因此，将基本逻辑运算与设计的电路(程序)的对应关系作简单介绍。

(1)编程元件的变量及表示变量之一是编程元件的触点，编程元件的常开触点用元件号(编号)表示，常闭触点用元件号(编号)上加一小横线表示。触点变量只有两个取值“1”与“0"，"1”表示触点接通或“ON"("0”表示触点断开或“OFF"。可见常开与常闭触点的逻辑取值总是相反的。变量之二是编程元件的线圈，线圈若用OUT指令，用元件号(编号)表示。线圈工作(通电或接通)用“ON”或“1”表示，线圈不工作(断电或断开)用“OFF”或“0"表示。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述(2)角虫点变量的基本运算触点变量的表示，由于常开触点与常闭触点的逻辑取值总是相反的，在逻辑运算中:常开触点用原变量表示;常闭触点用反变量表示。有3种基本运算:“与”、“或”、“非”。触点变量的“与”也叫“乘”，在梯形图中对应为触点的串联电路。触点变量的“或”也叫“加”，在梯形图中对应为触点的并联电路。触点串联后的并联电路，可用“乘积”项的“加”表示，触点并联后的串联电路，可用“或”项的“乘”表示。为与普通代数习惯统一，规定括号内运算优先，其层次与普通代数一样。由此可见，经一系列触点并串或串并组成的电路(梯形图)，可用相应的逻辑式表示。反之某一逻辑式也将有确定的触点电路(梯形图)与之对应。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述触点变量“非”的运算。反映常开、常闭触点间的相反逻辑关系，对常开触点求反即为常闭触点，对常闭触点求反即为常开触点，求两次反又为自身。

3.图解编程法图解编程法是通过画图的方法进行可编程控制器的程序设计。常用的图解编程法主要有3种:梯形图法、波形图法及状态转移图法。梯形图法是一种最基本的图形编辑方法。无论采用经验编程法还是解析编程法，都可将可编程控制器的用户程序转换成梯形图来表示，再通过编程装置传输给可编程控制器。梯形图法是可编程控制器口前使用得最多的一种编程手段，也是本书介绍的重点。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述波形图(时序图)法适用于设计与时间控制有关的控制系统。先将对应输入、输出、相关条件的波形画出，然后再根据时间顺序用逻辑关系组合，很容易地设计出电路(程序)。状态转移图(又称顺序功能图或顺序功能流程图)法，是用框图来表示程序的过程以及输入条件与输出响应之间的关系。在可编程控制器进行顺序控制(又称步进控制)时，用此法进行程序设计很方便。图解编程法与解析编程法不能截然分开。往往在用解析编程法时要用到画图的手段，在用图解编程法编辑时也要列出解析式，只是两种方法各有其侧重点。因此在IEC1311一3标准中允许编程者在同一程序中使用多种编程语言以适应特殊工作要求。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述6.1.2编程基本原理与规则

1.设计可编程控制器用户程序的一般原则在设计可编程控制器用户程序时，一般原则有以下几方面。

(1)正确性可编程控制器用户程序的基本要求是正确。首先，要准确理解可编程控制器的各条指令，特别是对高级指令和特殊功能指令的含义和使用条件要有较全面的了解。各种可编程控制器指令大同小异，选用新型号的可编程控制器时，对其指令一定要重新理解，才能避免出错。在准确理解基础上才能正确运用。其次，正确、规范地使用各种指令;正确合理地使用各类内部编程元件。程序的出错大多与这两方面有关。准确使用指令，合理使用内部编程元件，是保证可编程控制器程序正确的重要因素。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述(2)条理性程序的层次清晰、结构合理、指令使用得当，并按模块化、功能化和标准化设计。编程时在输入、输出点及内部编程元件的分配和使用上要有规律性。还应在一些功能段及一些特殊指令边作些注释，便于记忆和理解。条理性好的用户程序一方面能使设计者加深对程序的理解，而且便于修改和调试程序;另一方面便于使用者读懂程序，便于调整功能和日常维护。在设计复杂程序时，特别要注意层次，要尽可能使程序单元化。可按功能或工作方式将程序分为若干个单元，分单元设计，再将单元联系起来(用控制程序流程的指令去协调)。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述设计的模块化、标准化，在积累和吸收自己和他人经验基础上，整理出一些标准的有典型功能的程序，应用到设计中去，使设计简单易行，使用者易读懂。

(3)合理性合理性主要体现在:尽可能使用户程序简短;尽可能缩短扫描周期，提高输入、输出响应速度。程序是否简短一般可用完成同一功能的可编程控制器程序的指令条数衡量。所用指令条数越少，程序自然简短。简短的程序可节省用户存储区，多数情况下可缩短扫描周期，提高输入、输出响应速度。简化程序调试。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述要使可编程控制器程序结构简洁，条理清楚。必须优化程序结构，按功能划分，用顺序控制指令简化程序;合理、正确地使用各类指令，用功能强的一条指令取代由功能单一的多条指令组成的相同功能的程序，同时还要注意指令前后次序的安排。

(4)可靠性可靠性反映了可编程控制器在不同工作状态下的稳定性，也是程序设计的基本要求。可靠的可编程控制器能对非正常工作情况的出现予以识别，并能使其与正常状态予以衔接，能使程序对各种非正常工作情况予以应对。如可编程控制器程序应能对各种非法操作予以拒绝，只接受合法操作，实现的方法是通过可编程控制器内部器件的记(G功能和程序连锁来实现。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述总之，为保证可编程控制器的正常工作，使可编程控制器能应付各种非正常的突发事件，提高运行的可靠性是很重要的。

2.梯形图编程的几个概念

(1)软继电器与硬件继电器可编程控制器梯形图中的许多编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器(X)、输出继电器(Y)、内部辅助继电器(M)等，但是它们不是真实的硬件继电器，而是可编程控制器内CPU模块中的一些存储单元(软继电器)，每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述如果该存储单元为“0”状态，则对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。在编程使用中将这些“软继电器”称为编程元件。

(2)母线与“概念电流”梯形图两侧的垂直公共线称为母线(BusBar。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左、右两侧母线(左母线和右母线)之间有一个左正右负的直流电源电压，有一个假想的“概念电流”或“能流”(PowerFlow)从左向右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。“概念电流”(能流)只能从左向右流动。利用“概念电流”(能流)这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图母线之间有“概念电流”或“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述(3)梯形图的逻辑解算根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果马上可以被后面(下边)的逻辑解算所利用，但是解算的结果不可能被前面(上边)的解算使用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。

3.梯形图编程的基本规则尽管梯形图与继电器电路图在结构形式、元件符号及逻辑控制功能等方面类似，但它们又有许多不同之处。梯形图具有自己的编程规则。为了使编程正确、快速，需要掌握编程的基本规则:上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述①梯形图按从左到右，自上而下的顺序排列。每一逻辑行起于左母线，终于右母线。继电器线圈与右母线直接连接，在右母线与线圈之间不能连接其他元件。与左母线连接只能是触点，线圈不能直接与左母线连接(左母线与线圈之间一定要有触点)。如图6-1所示。

②编程元件(如:继电器、定时器、计数器和状态继电器)的触点在程序中可多次使用，不受限制。梯形图中所画触点的状态，必须是输入信号尚未作用时的初始状态。③梯形图中，每行串联的触点数和每组并联电路的并联触点数，理论上没有限制。实际设计时受显示屏幕尺寸限制，每行串联触点数只有十几个。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述④梯形图中编程元件线圈只能并联不能串联;触点可以任意串联或并联。触点应该画在水平线上，不能画在垂直分支线上。见图6-6梯形图的优化变换。⑤在梯形图中，同一编程元件的线圈如使用两次或两次以上称双线圈输出。此时前面的输出无效，最后一次输出才有效。在程序中一般不允许双线圈输出，因为双线圈输出容易引起误操作。另外，输入继电器的线圈是由可编程控制器输入端(点)的外部输入信号控制驱动的，所以梯形图中输入继电器触点的状态表示了对应输入端(点)上输入信号的状态("0”或“1”)。输入继电器的线圈只能由可编程控制器的外部输入信号控制驱动，导致梯形图中没有输入继电器的线圈。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述6.1.3梯形图程序的优化与编程注意事项

1.梯形图程序的优化变换梯形图是由多个逻辑行构成，每一个逻辑行都包含了条件和输出两大部分，由触点控制信号电路(条件)去驱动线圈(输出)。梯形图程序的优化变换要从触点和线圈两方面着手考虑。

(1)优化变换简化程序梯形图触点电路的优化变换遵循“左沉右轻”、“上沉下轻”的原则。设计几条串联触点支路的并联电路时，将单个触点支路放在下方，否则将多使用一条指令(ORB，如图6-2所示。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述设计几个并联触点回路的串联电路时，将单个触点电路放在最右边，否则将多使用一条指令(ANB，如图6-3所示。

梯形图线圈的并联电路设计中，将单个线圈放在含有触点支路的上方，将少使用指令压栈与弹栈指令)。如图6-4所示。

(2)优化变换使复杂电路逻辑关系清晰

图6-5(a)结构复杂，逻辑关系不明了，经过优化变换后如图6-5(b)所示，虽然指令表程序显得较长，但梯形图的逻辑关系清晰，便于程序的检查和修改。

(3)优化变换避免出现无法编程的梯形图桥式梯形图如图6-6(a)所示，图中触点00002有双向“能流”通过，这是无法用指令表语言来编程的。要根据其逻辑关系对该电路进行等效变换成可编程的电路如图6-6(b)所示。变换后的梯形图能实现编程。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述

(4)双线圈输出的处理一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许;有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效(因为一个编程元件在同一时刻不可能有两种状态)。在程序中一般不允许双线圈输出(最后一次输出才有效)，因为双线圈输出容易引起误操作。特殊情况例外，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中在一定条件下允许双线圈输出。一般情况下，梯形图中双线圈输出按图6-7处理。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述2.对常闭触点输入的编程处理在一般情况下进行梯形图的设计，都是假设输入的开关量信号均由外部常开触点提供。当输入信号是由外部的常闭触点提供，在编制梯形图时要特别小心，否则可能导致编程错误。图6-8(a)是控制电机启动停止的继电器电路图，SB1和SB2分别是启动和停止按钮，如将它们的常开触点接到可编程控制器的输入端如图6-8(b)所示，则使用可编程控制器控制的对应梯形图如图6-8(c)所示，梯形图中软触点的类型与图6-8(a)中硬触点的类型完全一致;如果接人可编程控制器的是SB2的常闭触点如图6-8(d)所示。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述由于SB2的常闭触点与可编程控制器的公共端COM已接通，输入继电器X1线圈通电，其在图6-8(c)中的常闭触点X1已断开，这时按下启动按钮SB1输出继电器Y0不动作，外部负载电动机不能启动。显然在梯形图中应将X1的常开触点与Y0的线圈串联，如图6-8(e)所示，这时梯形图中所用的X1的软触点类型与可编程控制器外接的停止按钮SB2的常闭触点相反，与继电器控制电路中(如图6-8(a)所示)用常闭触点作停止按钮的习惯也是相反的。在实际应用中建议尽可能用输入设备的常开触点作可编程控制器的输入信号。如果某些信号只能用常闭触点输入，可先按输入设备为常开触点来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反(即常开触点改成常闭触点，常闭触点改成常开触点)。上一页下一页返回6.1可编程控制器编程技术概述

3.编程注意编程时还要注意3点:①程序的指令条数要少于所选用可编程控制器的容量，即用户程序在可编程控制器中能放得下。②所用的输入/输出点数要在所选用的可编程控制器I/0点数范围内。③可编程控制器的扫描时间要少于所选用可编程控制器的程序运行监测(Watchdogtime)时间。上一页返回6.2梯形图的典型基本程序

可编程控制器应用程序往往是一些典型的控制环节和基本单元电路的组合，掌握这些典型环节和基本单元电路，可以使程序的设计变得简便。如经验设计法，就是根据控制系统的具体要求，在选定典型梯形图程序基础上，不断地修改和完善梯形图;再经反复调试和修改梯形图，增减中间编程元件和辅助触点，直至满足控制要求。

本节主要介绍一些常见的典型单元梯形图程序。供编程时参考选用。由前所述梯形图程序工作原理知，梯形图是由多个梯级构成，其中每一个梯级都包含了(角虫点)条件和(线圈)输出两大部分。梯级条件又可分为四部分:启动和自锁条件(保持条件);约束条件(如位置约束条件);关断信号条件;连锁信号条件。在梯形图每一个梯级中合理的设置这些条件，才能正确设计(梯形图)程序。下一页返回6.2梯形图的典型基本程序6.2.1停止优先的自锁电路

自锁控制程序是自动控制系统中最基本、最常见的控制环节。只对一个负载进行控制的电路称单输出控制。它是构成梯形图的最基本的常用程序。上节对二相异步电动机的启动停止控制电路就是最典型、最常用的程序。图6-9为可编程控制器外部接线图，图6-10为控制的梯形图，在梯形图中，启动信号X1和停止信号X2。按下启动按钮SB1对应X1其常开触点接通，此时如未按停止按钮SB2则X2的常闭触点接通，“能流”通过X1,X2和Y0，使Y0线圈通电。Y0的常开触点Y0同时接通，替代启动触点X1，松开启动按钮SB1，则X1的常开触点断开，“能流”经Y0的常开触点和X2的常闭触点，流过Y0的线圈，使Y0保持通电。这就是自锁或自保持功能。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序该电路特点:其一，具有记忆功能;其二，停止操作优先。因为无论启动触点X1是否接通(即对应启动按钮SB1是否闭合)，只要停止触点X2断开(即对应停止按钮SB2按下)，输出Y0必须“断电”，以后即使放开停止按钮，X2的常闭触点恢复接通状态，线圈Y0的线圈仍然“断电”。这种启动、保持和停止程序就是典型的具有自锁功能的梯形图。称为停止优先的自锁电路(或停止优先的自保持电路)，简称为启一锁一停电路(又称:启一保一停电路)。如图6-11所示。

停止优先的自锁电路(启一保一停电路)是梯形图中最典型的单元电路，它包含了梯形图程序的全部要素。它们是:上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序①事件。每一个梯形图逻辑行都针对一个事件。事件用输出线圈(或功能框)表示，在图6-10中为:Y0。

②事件发生的条件。梯形图逻辑行中除了线圈外还有触点的组合，使线圈置“1”的条件即是事件发生的条件，在图6-10中为:启动按钮X1置“1"③事件得以延续的条件。触点组合中使线圈置“1”得以持久的条件。在图6-10中为:与X0并联的Y0的常开触点充当自保持触点。④使事件终止的条件。触点组合中使线圈置“1”中断(停止)的条件。在图6-10中为:X2的常闭触点断开。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序6.2.2互锁控制程序互锁控制是指多个自锁控制回路之间有互相封锁的控制关系。启动其中一个控制回路，其他控制回路就不能再启动了，只有将已启动回路停止，其他控制回路才能被启动。这些控制回路之间并无优先权，是先启动优先控制电路。最常用、最典型的是二相异步电动机正反转控制电路。利用两常闭触点分别与对方线圈串联来保证两线圈不会同时通电。

1.三相异步电动机正反转控制电路二相异步电动机正反转控制的主电路和控制电路如图6-12所示，控制电机正、反转用的两个接触器(IBM1,KM2)绝对不能同时接通，否则将出现短路，损坏电源或接触器。因此，控制正、反转的两条支路要互锁(以对方"OFF”作为自己“ON”的条件)。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序图6-13是与图6-12控制功能相同的可编程控制器系统的外部接线图和梯形图(其二相异步电动机正反转控制主电路为图6-12中的主电路)，其中KM1和KM2分别是控制正转、反转运行的交流接触器。图6-12中用KM1和KM2的主触点改变进人电动机二相电流的相序，从而改变电动机的旋转方向，图中FR是热继电器，当电动机过载时FR的常闭触点动作(断开)，使KM1或KM2的线圈断电，电动机停止转动。在梯形图[见图6-13(b)]中用两个停止优先的自锁电路(启一保一停电路)来分别控制电动机的正、反转。按下正转按钮SB2,X0为“ON"，其常开触点X0接通，Y0的线圈“通电”并自锁(自保持)，使KM1线圈通电，电动机正转。按下停止按钮SB1,X2为“ON"，其常闭触点断开，使Y0线圈“失电”，KM1线圈断电，电动机停止运行。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序在梯形图中Y0与Y1两个线圈不允许同时“得电”，必须以对方的“OFF”作为自己“ON”的条件(即互锁)，具体做法是将Y0和Y1的常闭触点分别与对方的线圈串联，从而使Y0和Y1不会同时为“ON“。在电气互锁的基础上为了方便操作，在梯形图中还设置了按钮互锁，将反转启动按钮控制的X1的常闭触点与控制正转的Y0的线圈串联，将正转启动按钮控制的X0的常闭触点与控制反转的Y1的线圈串联。假设Y0为“ON"，电动机正转，要想电动机改为反转运行，可直接按反转启动按钮SB3(而不必先按停止按钮SB1)，X1变为“ON",X1的常闭触点断开，使与之串联的Y0线圈“失电”，同时X1的常开触点接通，使Y1线圈“得电”，这时电动机直接由正转变为反转。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序

梯形图中的保护电路(继电器触点、线圈互锁与按钮互锁称之为软件双重互锁)只确保PLC外部输出电路中与Y0和Y1对应的硬件继电器线圈不同时接通，但不能保证硬件继电器线圈断电后其常开触点一定断开。例如，因主电路电流过大或接触器本身质量不好，某一接触器的主触点被断电时的电弧熔焊而被钻结，其线圈断电后主触点仍然是接通的，此时如另一接触器线圈通电，就会造成二相电源短路事故。考虑到这种异常情况，应在可编程控制器外部输出回路中设置由KM1和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路(如图6-13所示)，称之软件和硬件双重互锁。确保控制系统的可靠运行。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序6.2.3延时电路

1.通电延时接通、通电延时断开电路如图6-14所示是Y0通电延时9sY1启动，Y2通电延时7sY1停止输出的梯形图。启动触点X0常开触点接通后9s,T0的常开触点接通、Y1为“ON"(接通、Y1输出，T0同时复位)，按下停止按钮后，停止触点X1常开触点接通后7s,T1的常闭触点断开，Y2,Y1为“OFF"(断开无输出)同时T1复位。在此梯形图中，Y0,Y2起辅助继电器作用，给T0,T1提供自锁触点。

2.断电后延时断开电路可编程控制器内部定时器都是通电延时型的，当需要断电延时时，可采用如图6-15所示的梯形图实现。当X0接通时，Y0立即接通;当X0断开时，Y0延时(3s)断开。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序

3.通电后延时接通，断电后延时断开电路如图6-16所示，用X0接通、断开来控制Y1的接通与断开。X0的常开触点接通后，T0开始定时，9s后T0的常开触点接通，使Y1为“ON"(接通)。当X0为“ON”时，X0的常闭触点断开，使T1复位。当X0变为“OFF"(断电)后T1开始定时，7s后T1的常闭触点断开使Y1变为“OFF"(断开)，T1同时复位。6.2.4定时范围扩展电路当定时器的定时时间不能满足需要，而需将可编程控制器的定时范围扩展。定时范围的扩展一般采用两种方法，一是用多个定时器接力定时;二是用计数器和定时器构成的脉冲发生器配合定时。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序1.计数器和定时器配合扩展定时范围

FX系列可编程控制器的定时器最长定时时间为3276.7s，如需定时1h，可用如图6-17所示电路。X0为“OFF”时，定时器T0，计数器CO处于复位状态。X0为“ON”时，其常开触点接通，T0开始定时，60s后T0当前值等于设定时，定时器T0动作其常开触点闭合给计数器CO计数，下一个扫描周期常闭触点断开，使定时器自己复位，复位后T0的当前值为0，此时其常闭触点又接通，使自己的线圈重新“通电”又开始定时，定时器将这样周而复始地工作，直到X0变为“OFF"。由上述分析知图6-17最上一行梯形图是一个脉冲发生器，脉冲周期等于定时器T0的设定值(60s。可理解最上一行T0的电路是一个设定值为60s的自动复位定时器。T0的常开触点产生的脉冲(脉冲宽度为PLC一个扫描周期)送给计数器CO计数，计满60个数时，CO的当前值等于设定值60,CO的常开触点闭合，这时Y0经1h延时后才有输出(Y0才为“ON")。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序总的定时时间为:(设时基脉冲为100ms定时器，T0,CO设定值为KT,KC

T=0.1KT·KC(s)2.多个定时器接力定时扩展定时范围采用定时器接力扩展定时方式，即先启动一个定时器计时，计时时间到时，用第1个定时器的常开触点启动第2只定时器，再使用第2个定时器启动下一个定时器等，接力定时。使用最后一个定时器的触点去控制最终编程元件的线圈即可。如图6-18所示。图6-18中的梯形图，输入触点X0接通后，输出Y0在t1+t2=1500+3000=4500s的延时之后接通，延时时间为两个定时器设定值之和乘时基脉冲单位。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序6.2.5闪烁电路闪烁电路又称振荡器电路由两个定时器电路构成，可用于产生任何脉宽的周期性脉冲。如图6-19所示，脉冲由T0的常开触点产生，通过Y0输出。

设开始时如图6-19所示中的定时器T0,T1均为“OFF”,X0的常开触点接通后，T0的线圈“通电”，2s后定时时间到，T0的常开触点闭合，使Y0变为“ON”，同时T1的线圈“通电”，开始定时，4s后T1的定时时间到，T1的常闭触点断开，使T0的线圈“断电”，T0常开触点断开，使Y0变为“OFF”，同时T1线圈“断电”，其常闭触点闭合，T0又开始定时，此后Y0的线圈将周期性地“通电”和“断电”，直到X0变为“OFF”。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序Y0接通时间为4s，由定时器T1设定;断开时间为2s，由定时器T0设定。此电路又称为占空比可调的脉冲信号发生器。产生的连续脉冲信号的周期为6s，占空比为4:2(接通时间:断开时间)。由上分析知闪烁电路的定时器T0和T1通过自己的触点分别控制对方的线圈，形成了正反馈，其实质是一个振荡电路。6.2.6分频电路在许多控制场合，需要对信号进行分频。下面以如图6-20所示的二分频电路为例来说明可编程控制器是如何实现分频的。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序图6-20中，Y0产生的脉冲信号是X0脉冲信号的二分频。图6-20(a)中用了3个辅助继电器MO,M1和M2。当输入X0在t1时刻接通(ON)时，MO产生脉宽为一个扫描周期的单脉冲，Y0线圈在此之前并未得电，其对应的常开触点处于断开状态，因此执行至第3行程序时，尽管MO得电，但M2仍不得电，M2的常闭触点处于闭合状态。执行至第4行，Y0得电(ON)并自锁。此后，多次循环扫描执行这部分程序，但由于MO仅接通一个扫描周期，因而M2不可能得电。由于Y0已接通，对应的常开触点闭合，因而为M2的得电做好了准备。上一页下一页返回6.2梯形图的典型基本程序等到t:时刻，输入X0再次接通(ON)，MO上再次产生单脉冲。此时在执行第3行时，M2条件满足得电，M2对应的常闭触点断开。执行第4行程序时，Y0线圈失电(OFF。之后虽然X0继续存在，由于MO是单脉冲信号，因此虽多次扫描执行第4行程序，但Y0也不可能得电。在t:时刻，X0第3次接通(ON),MO上又产生单脉冲，输出Y0再次接通(ON)。t4时刻，Y0再次失电(OFF，循环往复。这样，Y0正好是X0脉冲信号的二分频。由于每当出现一次输入控制信号X0时就将输出Y0的状态翻转(ON/OFF/ON/OFF)。上一页返回6.3梯形图的探索设计法

探索设计法又叫经验设计法。借鉴设计继电器电路图的方法来设计梯形图，根据控制系统的具体要求，依靠经验选定一些典型的控制环节和基本单元电路(如6.2节中介绍的典型电路中)，进行适当的组合，在此基础上不断地修改和完善梯形图，增减中间编程元件和辅助触点，再经反复调试和修改梯形图，直到满足控制系统的控制要求。由于主要依赖经验进行设计，因而要求设计者要具有较丰富的经验，要能掌握、熟悉大量的控制系统的实例和各种典型环节。显然这种设计法没有标准的规律可循，具有试探性，其设计结果不是唯一的，也不规范。设计的质量和所用时间与设计人员的素质和经验有关，因此叫经验设计法或探索设计法。下一页返回6.3梯形图的探索设计法探索设计法主要用于比较简单的梯形图设计中。可以收到简便、快速的效果。6.3.1探索设计法思路用探索设计法设计可编程控制器的用户程序与其他方法一样，先必须详细了解控制系统的控制要求与工艺流程，包括机械的工作循环过程，电气执行元件的动作顺序与节拍等。用探索设计法设计PLC应用程序可以大致按以下几个步骤进行。①分析控制要求，选择控制原则。设置主令元件和检测元件;确定输入、输出信号;将生产机械的运动分成各自独立的简单运动，依靠经验选定典型的控制环节和基本单元电路，分别设计这些简单运动的基本控制程序。上一页下一页返回6.3梯形图的探索设计法②按各运动之间应有的制约关系来设置连锁(互锁)措施，选择连锁(互锁)触点，设计连锁(互锁)程序。这是梯形图程序是否符合控制要求，能否可靠、正确运行的关键。③设置梯形图程序必要的保护措施。④检查、修改和完善程序。6.3.2自动循环控制梯形图设计有些生产机械，要求工作台在一定范围内自动往返循环运动。其继电器控制电路如图6-21所示，KM1和KM2分别是控制正转和反转运行的交流接触器。用KM1和KM2的主触点改变接人电动机的二相电源相序，从而改变电动机的旋转方向。FR是热继电器，当电动机过载时，FR的常闭触点断开，使KMLKM2的线圈断电，电动机停转，工作台停止运行。图6-22、图6-23是与如图6-21所示系统功能相同的可编程控制器的输入、输出接线图和梯形图。上一页下一页返回6.3梯形图的探索设计法按下运转启动按钮SB1(对应X0)或反转启动按钮SB2(对应X1后要求设备运动部件(如机床的工作台)在左限位开关SQ2(对应X3)和右限位开关SQ1(对应X4)之间循环往返，直到按下停止按钮SB3(对应X2)。梯形图(图6-23)是在电动机正、反转控制梯形图的基础上根据自动往返的要求而增加了连锁条件而设计的。用两个优先停止自锁电路分别控制电动机的正、反转。包含基本的互锁和“按钮连锁”。为使设备动件自动停止将与右限位开关SQ1对应的X4的常闭触点与控制右行的Y0的线圈串联，将与左限开关SQ2对应的X3的常闭触点与控制左行的Y1的线圈串联。为使设备动件到限位后，自动改变运动方向，将X3的常开触点与启动右行的X0的常开触点并联，将X4的常开触点与启动左行的X1的常开触点并联。上一页下一页返回6.3梯形图的探索设计法为防止设备的运行部件意外冲出左右限位造成事故，在正常循环行程之外的运动方向上设置了终端保护限位开关SQ3,SQ4，当SQ1,SQ2失效时，终端保护SQ3,SQ4与对应X6,XS动作，使电动机停止。起到终端保护，因此将右终端保护SQ3对应的X6的常闭触点与控制右行的Y0的线圈串联，将与左终端保护SQ4对应的XS的常闭触点与控制左行的Y0的线圈串联。与电动机正、反转控制电路相同，可编程控制器外部KM1与KM2的硬件互锁电路不可省去，热继电器的过载保护环节保留，确保系统安全正常运行。这种控制方法主要用于小容量的异步电动机，往返不太频繁的场合，以防电动机过热。上一页返回6.4梯形图的转换设计法6.4.1转换设计法及优点

1.转换设计法由继电器控制电路图转换设计梯形图的方法称为转换设计法。将继电器控制系统改造成可编程控制器控制系统，转换设计法是一条快捷的方法。其一，原继电器控制系统经过长期运行，完全能达到控制要求;其二，梯形图与继电器电路图在分析方法以及元件符号的表示上都极为相似。可以根据继电器控制电路图设计出梯形图，即将继电器控制电路图“转换。成梯形图。这样可以用可编程控制器的外部硬件接线和可编程控制器内部的梯形图软件构成的控制系统，来实现原继电器控制系统的控制电路功能。下一页返回6.4梯形图的转换设计法转换设计法保持了控制系统原有的控制运行外部特性，一般不需改动控制面板，操作人员不用改变原有的操作习惯。但控制系统的可靠性提高了，硬件改造费用和工作量减少了。

2.基本方法用可编程控制器控制系统取代继电器控制系统，关键要抓住它们的一一对应关系。控制功能的对应包括:继电器控制电路图与梯形图的对应;两者在逻辑功能上的对应;电路图电气硬件元件与梯形图软件元件的对应等。

(1)分析思路在实际使用时可将可编程控制器看成由继电器、定时器、计数器等器件组成的控制器，但是它与继电器控制系统的根本区别在于可编程控制器是采用“软继电器”，用程序来实现各个软元件之间的连接，从而实现控制的。上一页下一页返回6.4梯形图的转换设计法在分析可编程控制器控制系统功能时，将可编程控制器看成是一“开关控制箱”，梯形图是其中的“控制电路”;而梯形图中的输入、输出继电器是“开关控制箱”与箱外控制系统联系的“桥梁”;开关控制箱外部接线描述了原继电器控制系统控制电路中的输入设备与输出负载接线原理。这样将两个控制系统对应起来，可用分析继电器电路图的方法来分析可编程控制器控制系统。分析时注意将梯形图中输入继电器触点对应外部输入器件的触点;输出继电器线圈对应外部负载的线圈;(外部负载线圈除受梯形图的控制外，还可能受外部触点的控制);将梯形图中的定时器与继电器控制系统中的时间继电器对应;将梯形图中计数器与继电器控制系统中的计数器对应。这样一来可依照原继电器控制系统中的控制电路图设计出具有相同功能的梯形图程序。上一页下一页返回6.4梯形图的转换设计法(2)转换设计的步骤①熟悉继电器控制系统的工艺流程，根据继电器电路图分析和掌握系统的工作原理，找出控制逻辑条件(包括:启动和停止条件;连锁条件;时间条件等)。②确定可编程控制器输入信号和输出负载，及其对应梯形图中输入继电器(X)和输出继电器(Y)的元件号，注意输入、输出硬件端子号要与梯形图元件号一致。在此基础上画出可编程控制器的外部接线图。③确定继电器控制电路图中的时间继电器，中间继电器对应的梯形图中定时器和辅助继电器的元件号。④在确立了对应关系后依照原继电器控制系统中(除主电路外)的控制电路编制出具有相同功能的梯形图。上一页下一页返回6.4梯形图的转换设计法6.4.2改造三相异步电动机Y一△启动自动控制电路实例

图6-24(a)是二相异步电动机Y一△降压启动控制电路图。二相电动机启动过程中采用Y连接，电动机启动之后自动改为△连接正常运行。这是工厂中最常用、最典型的继电器控制电路。其启动过程:按下启动按钮SB2，主接触器KM1闭合，同时启动用接触器KM2(IBMY)闭合，时间继电器KT启动，时间到达延时时间则KT的常开触点闭合，运行接触器I}M3(IBMD)闭合(同时时间继电器KT常闭触点断开，启动接触器KM2断开，退出Y启动)，至此电动机处于正常运转状态。直到按下停止按钮SB1。上一页下一页返回6.4梯形图的转换设计法可编程控制器输入信号:启动按钮SB2，停止按钮SB1，热继电器常开触点FR。可编程控制器输出负载:主接触器KM1;