第5章顺序设计方法中梯形图的编程方法

1、,第5章 顺序设计方法中梯形图的编程方法,5.1 使用起保停电路的顺序 控制梯形图的编程方法,5.1.1 单序列的编程方法 图5-1（a）中的波形图给出了锅炉鼓风机和引风机的控制要求。当按下起动按钮I0.0后，应先开引风机，延时15 s后再开鼓风机。按下停止按钮I0.1后，应先停鼓风机，20s后再停引风机。,图5-1 鼓风机和引风机的顺序功能图和梯形图,根据Q0.0和Q0.1接通/断开状态的变化，其工作期间可以分为3步，分别用M0.1、M0.2、M0.3来代表这3步，用M0.0来代表等待起动的初始步。,起动按钮I0.0，停止按钮I0.1的常开触点、定时器延时接通的常开触点为各步之间的转换条件，

2、顺序功能图如图5-1（b）所示。,如果某些输出量像Q0.0一样，在连续的若干步均为1状态，也可以用置位、复位指令来控制它们，如图5-1（b）所示。,5.1.2 选择序列的编程方法 1选择序列分支开始的编程方法 图5-2中步M0.0之后有1个选择序列的分支开始，设M0.0为活动步时，后面有两条支路供选择，若转换条件I0.0先满足，则后续步M0.1将变为活动步，而M0.0变为不活动步。,若转换条件I0.2先满足，则后续步M0.2将变为活动步，而M0.0变为不活动步。在编程时应将M0.1和M0.2的常闭触点与M0.0的线圈串联，作为步M0.0的结束条件。,图5-2 选择序列与并行序列的顺序功能图与梯

3、形图,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。,2选择序列分支合并的编程方法 图5-2中，步M0.3之前有一个选择序列分支的合并。,当步M0.1为活动步，且转换条件I0.1满足，或M0.2为活动步，且转换条件I0.3满足，步M0.3都将变为活动步，故步M0.3的起保停电路的起始条件应为M0.1I0.1+M0.2I0.3，对应的起动电路由两条并联支路组成，每条支路分别由M0.1I0.1或M0.2I0.3的常开触点串联而成。,对于某一步之前有N个转换，即有N条分支进入该步，则

4、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。,3仅有2步的闭环的处理 如果在顺序功能图中存在仅由两步组成的小闭环，如图5-3（a）所示，,图5-3 仅有2步的闭环的处理,5.1.3 并行序列的编程方法 1并行序列分支开始的编程方法 图5-2中步M0.3之后有一个并行序列的分支。,当步M0.3为活动步并且转换条件I0.4满足时，步M0.4与步M0.6应同时变为活动步，这是用M0.3和I0.4的常开触点组成的串联电路分别作为M0.4和M0.6的起动电路来实现的；与此同时，步M0.3应变为不活动步。,由于步M

5、0.4和步M0.6是同时变为活动步的，所以只需将M0.4或M0.6的常闭触点与M0.3的线圈串联，作为步M0.3的结束条件。,2并行序列分支合并的编程方法 图5-2中步M1.0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M0.5和M0.7）都是活动步和转换条件I0.7满足就可以使步M1.0为活动步。,由此可知，应将M0.5、M0.7和I0.7的常开触点串联，作为控制M1.0的起保停电路的起动电路。,5.1.4 应用设计举例 图5-4（a）是某剪板机的示意图，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

6、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,图5-4 剪板机的顺序功能图与梯形图,（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20块板料后停止工作并停在初始状态。,根据以上控制要求设计的顺序功能图如图5-4（b）所示。图中有选择序列、并行序列的分支开始与分支合并。用M0.0M0.7代表各步，步M0.0是初始步，用来复位计数器C0。,

7、加计数器C0是用来控制剪料的次数，每次工作循环C0的当前值在步M0.7加1。没有减完20块料时，C0的当前值小于设定值20，其C0常闭触点闭合，即转换条件满足，将返回步M0.1，重新开始下一周期的工作。,当剪完20块板料后，C0的当前值等于设定值20，C0常开触点闭合，即转换条件满足，将返回到初始步M0.0，等待下一次起动信号。,当M0.3步为活动步时，且剪刀下行到位I0.2条件满足，同时使步M0.4与步M0.6为活动步，使压钳和剪刀同时上行，这是一个并行序列的分支开始，用M0.3I0.2的常开触点串联作为步M0.4与步M0.6的起动条件。,当M0.4、M0.6均为活动步时，则步M0.3变为不

8、活动步，所以用M0.4或M0.6的常闭触点与M0.3的线圈串联，作为关断M0.3线圈的条件。,步M0.5和步M0.7是等待步，不执行任何动作，只是用来同时结束两个子序列，这是并行序列的合并。,即只要步M0.5和步M0.7都是活动步时，转换条件满足（C0常开或常闭动作），就会实现步M0.5、步M0.7到步M0.0或步M0.1的转换，当步M0.0或步M0.1变为活动步时，步M0.5、步M0.7同时变为不活动步，所以用M0.0与M0.1的常闭触点串联再与M0.5线圈或M0.7线圈串联，作为二者的关断信号。,根据顺序功能图设计梯形图如图5-4（c）所示。,5.2 以转换为中心的顺序 控制梯形图的编程方

9、法,5.2.1 单序列的编程方法 仍以图5-1鼓风机和引风机的顺序功能图为例来介绍以转换为中心的顺序控制梯形图的编程方法，其梯形图如图5-5所示。,图5-5 鼓风机和引风机的顺序功能图与梯形图,若实现图中M0.1对应的转换需要同时应满足两个条件，即该转换的前级步M0.0是活动步和转换条件I0.0满足。,在梯形图中，就可以用M0.0和I0.0的常开触点组成的串联电路来表示上述条件。,该电路接通时，两个条件同时满足，此时应将该转换的后续步变为活动步（用置位指令将M0.1置位）和将该转换的前级步变为不活动步（用复位指令将M0.0复位），这种编程方法与转换实现的基本原则之间有着严格的对应关系，用它编制

10、复杂的顺序功能图的梯形图时，更能显示出它的优越性。,使用这种编程方法时，不能将输出继电器、定时器、计数器的线圈与置位指令和复位指令并联，这是因为图5-5中前级步和转换条件对应的串联电路接通的时间是相当短的（只有一个扫描周期）。,转换条件满足后前级步马上被复位，该串联电路断开，而输出继电器的线圈至少应该在某一步对应的全部时间内被接通。所以应根据顺序功能图，用代表步的位存储器的常开触点或它们的并联电路来驱动输出存储器线圈。,5.2.2 选择序列的编程方法 如果某一转换与并行序列的分支、合并无关，它的前级步和后续步都只有一个，需要复位、置位的存储器位也只有一个，因此对选择序列的分支与合并的编程方法实

11、际上与对单序列的编程方法完全相同。,仍以图5-2所示的顺序功能图为例进行分析选择序列的编程方法。,在图5-2中，除了M0.4与M0.6对应的转换以外，其余的转换均与并行序列无关，I0.0I0.2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对应的位存储器和转换条件对应的触点组成的串联电路，一条置位指令和一条复位指令组成。,图5-6（对应图5-2）是以转换条件为中心的编程方式的梯形图。,图5-6 选择序列与并行序列梯形图,5.2.3 并行序列的编程方法 图5-2中步M0.3之后有一个并

12、行序列的分支，当M0.3是活动步，并且转换条件I0.4满足时，步M0.4与步M0.6应同时变为活动步，这是用M0.3和I0.4的常开触点组成的串联电路使M0.4和M0.6同时置位来实现的；与此同时，步M0.3应变为不活动步，这是用复位指令来实现的。,I0.7对应的转换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（即步M0.5和M0.7）都是活动步和转换条件I0.7满足。,由此可知，应将M0.5、M0.7和I0.7的常开触点串联，作为使M1.0置位和使M0.5、M0.7复位的条件。,图5-7中转换的上面是并行序列的合并，转换的下面是并行序列的分支，该转换实现的条件是所有的前级步（即步

13、M2.0和M2.1）都是活动步和转换条件满足，因此应将M2.0、M2.1、I0.2的常开触点与I0.1的常闭触点组成的串并联电路，作为使M2.2、M2.3置位和使M2.0、M2.1复位的条件。,图5-7 转换的同步实现,5.2.4 应用设计举例 图5-4为剪板机的顺序功能图，用以转换条件为中心编程方法绘制梯形图程序。,顺序功能图中共有9个转换（包括SM0.1），转换条件SM0.1只需对初始步M0.0置位。,除了与并行序列的分支、合并有关的转换以外，其余的转换都只有一个前级步和一个后级步，对应的电路块均由代表转换实现的两个条件的触点组成串联电路，一条置位指令和一条复位指令组成。,在并行序列的分支

14、处，用M0.3和I0.2的常开触点组成的串联电路对两个后续步M0.4和M0.6置位，和对前级步M0.3复位。在并行序列的合并处的双水平线之下，有一个选择序列的分支。,剪完了C0设定的块数时，C0的常开触点闭合，将返回初步M0.0。所以应将该转换之前的两个前级步M0.5和M0.7的常开触点和C0的常开触点串联，作为对后续步M0.0置位和对前级步M0.5和M0.7复位的条件。,没有剪完C0设定的块数时，C0的常闭触点闭合，将返回步M0.1，所以将两个前级步M0.5和M0.7的常开触点和C0的常闭触点串联，作为后续步M0.1置位和对前级步M0.5和M0.7复位的条件。对应的梯形图如图5-8所示。,图

15、5-8 剪板机控制系统的梯形图,5.3 使用SCR指令的顺序 控制梯形图的编程方法,5.3.1 顺序控制继电器指令 S7-200中的顺序控制继电器专门用于顺序控制程序。,顺序控制程序被顺序控制继电器指令划分为LSCR与SCRE指令之间的若干个SCR段，一个SCR段对应于顺序功能图中的一步。,装载顺序控制继电器（Load Sequence Control Relay，LSCR）指令n用来表示一个SCR段，即顺序功能图中的步的开始。指令中的操作数n为顺序控制继电器（BOOL型）地址，顺序控制继电器为1状态时，对应的SCR段中的程序被执行，反之则不被执行。,顺序控制继电器结束（Sequence Co

16、ntrol Relay End，SCRE）指令用来表示SCR段的结束。,顺序控制继电器转换（Sequence Control Relay Transition，SCRT）指令用来表示SCR段之间的转换，即步的活动状态的转换。,当SCRT线圈通电时，SCRT中指定的顺序功能图中的后续步对应的顺序控制继电器n变为1状态，同时当前活动步对应的顺序控制继电器变为0状态，当前步变为不活动步。,LSCR指令中的n指定的顺序控制继电器被放入SCR堆栈的栈顶，SCR堆栈中S位的状态决定对应的SCR段是否执行。,由于逻辑堆栈栈顶的值装入了S位的值，所以能将SCR指令和它后面的线圈直接连接到左侧母线上。,使用SC

17、R时有如下的限制：不能在不同的程序中使用相同的S位；不能在SCR段中使用JMP及LBL指令，即不允许用跳转的方法跳入或跳出SCR段；不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。,5.3.2 单序列的编程方法 图5-9为小车运动的示意图、顺序功能图和梯形图。设小车在初始位置时停在左边，限位开关I0.2为1状态。,当按下起动按钮I0.0后，小车向右运行，运动到位压下限位开关I0.1后，停在该处，3 s后开始左行，左行到位压下限位开关I0.2后返回初始步，停止运行。,根据Q0.0和Q0.1状态的变化可知，一个工作周期可以分为左行、暂停和右行三步，另外还应设置等待起动的初始步，并分别用S0.0S

18、0.3来代表这四步。起动按钮I0.0和限位开关的常开触点、T37延时接通的常开触点是各步之间的转换条件。,图5-9 小车运动示意图、顺序功能图和梯形图,在设计梯形图时，用LSCR和SCRE指令作为SCR段的开始和结束指令。在SCR段中用SM0.0的常开触点来驱动在该步中应为1状态的输出点的线圈，并用转换条件对应的触点或电路来驱动转到后续步的SCRT指令。,5.3.3 选择序列与并行序列的编程方法 1选择序列的编程方法,（1）选择序列分支开始的编程方法 图5-10（a）中步S0.0之后有一个选择序列的分支，当它为活动步，并且转换条件I0.0得到满足时，后续步S0.1将变为活动步，S0.0变为不活

19、动步。,当S0.0为1时，它对应的SCR段被执行，此时若转换条件I0.0为1，该程序段的指令SCRT S0.1被执行，将转换到步S0.1。若I0.2的常开触点闭合，将执行指令SCRT S0.2，转换到步S0.2。,（2）选择序列分支合并的编程方法 图5-10（a）中，步S0.3之前有一个选择序列的合并，当步S0.1为活动步，并且转换条件I0.1满足，或步S0.2为活动步，转移条件I0.3满足，则步S0.3都应变为活动步。,在步S0.1和步S0.2对应的SCR段中，分别用I0.1和I0.3的常开触点驱动SCRT S0.3指令。,2并行序列的编程方法 （1）并行序列的分支的编程方法 图5-10（a

20、）中步S0.3之后有一个并行序列的分支，当步S0.3是活动步，转换条件I0.4满足，步S0.4与步S0.6应同时变为活动步。,这是用S0.3对应的SCR段中I0.4的常开触点同时驱动指令SCRT S0.4和SCRT S0.6对应的线圈来实现的。与此同时，S0.3被自动复位，步S0.3变为不活动步。,（2）并行序列的分支合并的编程方法 步S1.0之前有一个并行序列的合并，I0.7对应的转换条件是所有的前级步（即步S0.5和S0.7）都是活动步和转换条件I0.7满足，就可以使下级步S1.0置位。,由此可知，应使用以转换条件为中心的编程方法，将S0.5、S0.7和I0.7的常开触点串联，来控制S1.

21、0的置位和S0.5、S0.7的复位，从而使步S1.0变为活动步，步S0.5和S0.7变为不活动步。其梯形图如图5-10（b）所示。,图5-10 选择序列与并行序列的功能图和梯形图,5.3.4 应用设计举例 某专用钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔如图5-11（a）所示。,开始自动运行时两个钻头在最上面的位置，限位开关I0.3和I0.5为ON。,操作人员放好工件后，按下起动按钮I0.0，Q0.0变为ON，工件被夹紧，夹紧后压力继电器I0.1为ON，Q0.1和Q0.3使两只钻头同时开始工作，分别钻到由限位开关I0.2和I0.4设定的深度时，Q0.2和Q0.4使两只钻头分别上行，升到由限位开关

22、I0.3和I0.5设定的起始位置时，分别停止上行，设定值为3的计数器C0的当前值加1。,两只钻头都上升到位后，若没有钻完3个孔，C0的常闭触点闭合，Q0.5使工件旋转120，旋转到位时限位开关I0.6为ON，旋转结束后又开始钻第2对孔。,3对孔都钻完后，计数器的当前值等于设定值3，C0的常开触点闭合，Q0.6使工件松开，松开到位时，限位开关I0.7为ON，系统返回到初始状态。,根据以上控制要求设计出的顺序功能图、梯形图如图5-11（b）、（c）所示。,图5-11 某专用钻床结构示意图、功能图、梯形图,5.4 具有多种工作方式系统的 顺序控制梯形图的编程方法,5.4.1 系统的硬件结构与工作方式

23、,1硬件结构 为了满足生产的需要，很多设备要求设置多种工作方式，如手动和自动（包括连续、单周期、单步和自动返回初始状态）工作方式。,手动控制比较简单，一般采用经验设计法设计，复杂的自动程序一般采用顺序设计法设计。,图5-12（a）为某机械手结构示意图，用机械手将工件从A点搬运到B点。当工件夹紧时，Q0.1为ON，工件松开时，Q0.1为OFF。,图5-12（b）为操作面板图，工作方式选择开关的5个位置分别对应于5种工作方式，操作面板下部的6个按钮（I0.5I1.2）是手动按钮。图5-13所示为PLC的I/O接线图。,为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠地切断PLC的负载电源，设置了

24、交流接触器KM如图5-13所示。在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使KM线圈通电并自锁，给外部负载提供交流电源。出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。,图5-12 机械手结构示意图及操作面板,2工作方式 系统设有手动、单步、单周期、连续和回原点5种工作方式。,在手动工作方式，用I0.5I1.2对应的6个按钮分别独立控制机械手的升、降、左行、右行和夹紧、放松。,系统处于原点状态（或初始状态）时，机械手在最上面和最左边，且夹紧装置为松开状态。,在进入单步、单周期和连续工作方式之前，系统应处于原点状态；若不满足这一条件，可选择回原点工作方式，然后再按下起动按钮I2.6，使系统自动返回原

25、点状态。在原点状态时，顺序控制功能图中的初始步M0.0为ON，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。,图5-13 PLC的I/O接线图,机械手原点开始，将工件从A点搬到B点，最后返回到初始状态的过程称为一个工作周期。,在单步工作方式，从初始步开始，每按一次起动按钮，系统只向下转换一步的操作，完成该步的动作后，自动停止工作并停留在该步，这种工作方式常用于系统的调试。,在单周期工作方式时，若初始步为活动步，按下起动按钮I2.6后，从初始步M0.0开始，机械手按下降夹紧上升右行下降放松上升左行的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。,连续工作方式。在初始步按下起动按钮，机械手从初始步开始，工作一个周期后又开始搬运下一个工件，反复连续地工作。当按下停止按钮时，系统并不马上停止工作，要完成一个周期的工作后，系统才返