plc可编程序控制器应用系统的设计.ppt

1、第7章 可编程序控制器应用系统的设计,7.1 PLC应用系统的总体设计 7.2 PLC应用系统的硬件设计与选型 7.3 PLC应用系统的程序设计 7.4 控制系统设计举例,7.1 PLC应用系统的总体设计,图7.1.1 可编程控制器应用系统的设计步骤,1熟悉控制对象，确定控制范围,6. 编制系统的技术文件,5. 现场运行调试,4. 模拟调试,3. 系统硬件设计和软件编程,2. 制定控制方案，选择可编程序控制器机型,7.2 PLC应用系统的硬件设计与选型,1控制结构和方式的选择 由PLC构成控制系统有以下几种方式： (1) 单机控制系统 是指用一台PLC控制一台设备或多台设备，控制的输入/输出点

2、数比较少，属于一种小系统。,(2) 远程I/O系统 是指当各控制对象地理位置比较分散，输入/输出线要引入控制器时，可采用I/O模块组成的远程I/O系统。远程I/O主单元通过I/O通道号可正确地操作远程I/O点，输入/输出通道分配在现场的几个区域内，适合于被控对象远离中控室的工业现场。,(3) 分布式控制系统 是指采用几台PLC分别独立控制某些设备，各PLC之间、PLC与上位机之间通过数据通信线相连组成的系统，也叫分散型控制系统。这种系统多用于多台生产线的控制，并且控制某设备的PLC如果停运的话，不影响其他设备，适合于控制规模较大的工业现场。,2PLC机型的选择 PLC选型的基本原则是所选PLC

3、能够满足控制系统的功能需要。一般从系统控制功能、PLC物理结构、指令和编程方式、PLC存储量和响应时间、通信联网功能等几个方面综合考虑。 从应用角度来看，PLC可按控制功能或输入/输出点数分类。 从PLC的物理结构来看，PLC分为模块式和整体式。,3I/O点数的估算,常用电气元件所需PLC的I/O点数,4. 输入/输出模块的选择 输入模块将现场设备(如按钮开关)的信号进行检测并转换成PLC机内部的电平信号，它按电压分为交流式和直流式，按电路形式分为汇点输入式和分隔输入式。选择输入模块时应考虑：输入信号电压的大小，信号传输的距离长短，是否需要隔离及采用何种方式隔离，内部供电还是外部供电等问题。

4、输出模块把PLC内部信号转换为外部过程的控制信号，以驱动外部负载。 输入/输出模块是可编程序控制器与被控对象之间的接口，按照输入/输出信号的性质一般可分为开关量(或数字量)和模拟量模块。,开关量模块 包括输入模块和输出模块，有交流、直流和TTL电平三种类型。 (1) 开关量输入模块按输入点数分为4、8、16、32、64等; (2) 按电压等级分为直流24 V、48 V、60 V和交流110 V、230 V等; (3) 开关量输出模块按输出点数分有16、32、64点; (4) 按输出方式分有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。,模拟量模块 包括输入模块和输出模块。模拟量输入模块把来自于传感器或变

5、送器的电压、压力、流量、位移等电量或非电量转变为一定范围内的电压或电流信号 分为电压型和电流型: 电流型又分为020 mA、420 mA两种， 电压型分为15 V、-10V+10、05 V等多种型号。 电流型的抗干扰能力优于电压型。 在选用时应注意外部物理量的输入范围，模拟通道循环扫描的时间和信号的连接方式。模拟量输出模块能输出被控设备所需的电压或电流，它的电压型和电流型的型号与模拟量输入模块的大体相似，选用输出模块驱动执行机构时，中间有可能要增加必要的转换装置，同时还要注意信号的统一性和阻抗的匹配性。,5. 估算系统对PLC响应时间的要求 响应时间包括输入滤波时间、输出滤波时间和扫描周期。

6、选取扫描速度高的PLC来提高对输入信号的接收准确性。扫描速度是用执行指令所需要的时间来估算的，单位是ms/k字。 大多数机器的性能指标中都给出了扫描速度的具体数值。对于慢速大系统，如大型料场、码头、高炉、轧钢厂的主令控制等可选用多台中小型PLC或低速网络进行控制； 对于快速实时控制，如高速线材、中低速热连轧等速度控制可选择运行速度快的CPU、功能强的大型PLC或高速网络来满足信息快速交换的要求。需要引起注意的是，一定要保证最长的扫描周期要小于系统电气状态改变的时间，这样才能使系统正常工作。,6. 对程序存储器容量的估算 PLC的程序存储器容量通常以字或步为单位。用户程序所需存储器容量可以预先估

7、算。一般情况下用户程序所需存储的字数可按照如下经验公式来计算： 开关量输入输出系统： 输入：用户程序所需存储的字数=输入点总数10 输出：用户程序所需存储的字数=输出点总数8, 模拟量输入输出系统： 每一路模拟量信号大约需要120字的存储容量，当模拟输入和输出同时存在时，应有所需内存字数=模拟量路数250, 定时器和计数器系统： 所需内存字数=定时器/记数器数量2, 含有通信接口的系统(多指PLC网络系统)： 所需存储字数=通信接口个数300,另外，根据系统控制要求的难易程度也可采用另一种方法进行估算，采用的计算公式如下： 程序容量K总输入/输出点数 对于简单控制系统来说，K=6； 若为普通系

8、统，则K=8； 若为较复杂系统，则K=10；若为复杂系统，则K=12。,7. 可编程序控制器的电源选择 电源是PLC干扰引入的主要途径之一，因此选择优质电源无疑有助于提高PLC控制系统的可靠性。 一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源。使用直流电源要选用桥式全波整流电源。 对于供电不正常或电压波动较大的情况，可考虑采用不间断电源(UPS)或稳压电源供电。,7.3 PLC应用系统的程序设计,7.3.1 可编程序控制器应用程序设计语言,1梯形图(Ladder Diagram)程序设计语言 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。这种程序设计语言采用因果关系来描

9、述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系，梯级中描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。,梯形图程序设计语言的特点是： (1) 与电气操作原理图相对应，直观、形象和实用；,(4) 梯形图中的输入接点和输出线圈不是物理接点和线圈，用户程序的解算是根据PLC内部I/O映像区相应位的状态得到的，并不是解算现场的实际状态。用户程序的逻辑解算结果可马上为后面的程序所利用。,(3) 梯形图中的能流(Power Flow)不是实际意义的物理电流，而是概念电流；内部的继电器也不是实际存在的继电器，每个继电器和输入接点都是存储器中的一位，因此梯形图中的继电器接点在编制用户程序时能无限使用，

10、可常开又可常闭；,(2) 与原有继电器逻辑控制技术相一致，电气技术人员易于掌握和学习；,2布尔助记符(Boolean Mnemonic)程序设计语言 布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言，与计算机中的汇编语言非常相似。所谓助记符语言编程就是用一个或几个容易记忆的字符代表PLC的某种操作功能。助记符语言也可称为命令语句表达式语言，它的一般格式为： 操作码操作数 或 操作码标识符参数 其中，操作码用来指定CPU要执行的功能；操作数内包含执行该操作所必需的信息。,布尔助记符程序设计语言具有下列特点： (1) 采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握的特点； (2)

11、 在编程器的键盘上采用助记符表示，便于键入，可在无计算机的场合下进行编程设计； (3) 与梯形图有一一对应的关系，电气技术人员对程序易于理解和检查； (4) 在编程支路的元素数量不受限额。 这种方法也存在对较复杂控制系统设计较难描述清楚的缺点。,3功能表图(Sequential Function Chart)程序设计语言,功能表图(SFC)主要由步、有向连线、转移、转换条件和动作(或命令)组成。 最基本的思想是：将控制系统的一个工作周期分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步；实际上步就是工位的某一个状态，它由PLC的内部元件来代表。步是以输出量的状态变化来划分的，一般用矩形框表示，框中的数字

12、是该状态的编号，原始状态(“0”状态)用双线框表示。 两个相邻状态之间的有向线段代表转移，系统从当前步进入下一步的信号称为转移条件，用与转移线段垂直的短线表示。短线旁的文字、图形符号或逻辑表达式标明转移条件的内容。转移条件可能来自外部输入信号或PLC内部产生的信号。,功能表图程序设计语言的特点是： (1) 以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通； (2) 对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间； (3) 两个步(或转移)不能直接相连，必须用一个转移(或步)将它们隔离； (4) 初始步必不可少，一般对应于系统等待启动的初始状态； (5) 仅当某

13、一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变成活动步，只有在活动步的命令和操作被执行后，系统才对活动步后的转移进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较用其他语言编制的程序的扫描时间要大大缩短。,4功能模块图(Function Block)程序设计语言,功能模块图程序设计语言的特点是： (1) 以功能模块为单位，功能模块用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性； (2) 适用于控制规模较大、控制关系较复杂的系统，它将控制功能的关系较清楚地表达出来，因此编程和组态时间可以缩短，调试时间也能大大减少； (3) 由于每种功能模块需要占用一定的内存，功能模块的执行需

14、要一定的执行时间，因此这种设计语言在大中型可编程序控制器和集散控制系统的编程和组态中才被采用。,5结构化语句描述(Structured Text)程序设计语言 结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述的一种程序设计语言，它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。集散控制系统的编程和组态也常使用这种语言。 结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的运算关系，完成用户所需的功能和操作。大多数PLC制造厂商采用的语句描述程序设计语言与BASIC语言、C语言等高级语言相

15、类似。,结构化程序设计语言具有下列特点： (1) 采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算； (2) 常被用于其他语言(如功能模块图等)较难实现的一些控制功能的方案实施，例如自适应控制功能的实现。 该方法也存在对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成，直观性和易操作性较差等缺点。,7.3.2 可编程序控制器的应用程序设计方法 （经验法）,利用各种典型控制环节和基本单元控制电路，依靠经验直接用PLC设计电气控制系统，来满足生产机械和工艺过程的控制要求的设计方法称为经验设计法。 使用该法设计用户程序时可以大致按下面几步来进行： 1、分析控制要求、选择控制原则； 2、设计主令元件和检测元

16、件，确定输入/输出信号； 3、设计执行元件的控制程序； 4、检查、修改和完善程序； 5、下载程序到PLC调试；,1顺序控制设计法的功能表图与梯形图 对那些按动作的先后顺序进行工作的系统，非常适宜使用顺序控制设计法编程。顺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，可读性好。 在用顺序控制设计法编程时，可根据系统的工作顺序绘制出功能表图。通过功能表图来表现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。,7.3.3 PLC应用程序设计方法 （状态流程图法）,2状态流程图设计方法 状态流程图(SFC)或状态转移图，它是完整的描述控制系统的工作过程、功能和特性的一种图形，是分析

17、和设计电控程序的重要工具。所谓状态是指特定的功能，因此状态的转移实际上就是控制系统的功能的转移。SFC适合于顺序控制的标准化语言，利用状态流程图进行程序设计就是顺序控制设计法，它具有简单、规范、通用的优点，不仅使梯形图设计变得容易，大大节约设计时间，而且初学者容易掌握，有一定的方法和步骤可遵循。状态流程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。,1) 状态流程图的组成,图7.3.3 流程图,2) 状态流程图的类型 状态流程图从结构上来分，可分为以下几种： 单序列结构。这种结构的功能表图没有分支，每个步后只有一个步，步与步之间只有一个转换条件。 选择性序列结构。 并发

18、性序列结构。 循环性结构。 复合性结构。,图7.3.4 选择性序列结构的状态流程图,图7.3.5 并发性序列结构的状态流程图,状态流程图编程的步骤分为以下几步： 把整个系统的工作过程划分为若干个清晰的阶段，每个阶段(称为步)完成一定任务的操作；, 写出程序清单，完成PLC控制系统应用程序的设计。, 根据前两步画出系统的状态流程图。有了状态流程图，利用不同的指令就能设计出相应的梯形图，支持顺序控制指令的执行；, 确定各步之间的转换条件，它是系统由前一步转入下一步的基础，经常以PLC输入点或其他元件定义状态转换条件，当转换条件的实际内容不止一个时，每个具体内容定义一个PLC元件编号，并以逻辑组合的

19、形式表现为有效转换条件；,PLC控制系统 设计流程图,7.4 控制系统设计举例,实例 1 液体混合装置的PLC控制,1、按下启动按钮，打开YV1，液体A流入容器； 当液体到达中位开关时，关闭YV1，打开YV2，液体B流入容器； 2、当液体到达上位开关时，关闭YV2，电机M开始运行，搅拌液体； 3、60s后停止搅拌，打开YV3，放出混合液体； 4、当液面降至下位开关之后在过5s，容器放空，时关闭YV3,打开YV1，开始下一周期运行。,7.4.1 PLC控制系统设计实例（经验法）,方法1 经验法设计程序,方法2 状态流程图设计程序,25314常OFF； 25315执行完整周期才ON； 20000上

20、电即接通；,方法三：用置位和复位等指令编程,SET（置位）和RESET（复位）指令 格式： SET N RESETN 其中的操作数N也是位，它可以是IR、SR、AR、LR或HR。 功能：置位和复位指令。用来完成直接对位的置位或复位操作。当SET指令的执行条件满足时置N为ON。当RESET指令的条件满足时置N为OFF。,排液脉冲输出,助记符程序,实例4 三相异步电动机Y换接起动控制,换接启动要求：合上启动按钮后，电机先作星形连接启动，经延时6秒后自动换接到三角形连接运转。,接 线 SS、ST、FR分别接主机输入点0.00、0.01、0.02； KM1、KM2、KM3分别接主机输出点10.01、1

21、0.02、10.03 主机输入端COM和电源“”连接； 主机输出端COM和实验区“N”端连接； 主机电源的“”和实验区的COM连接；,定时器延时实现换接启动 1、启动：按启动按钮SS，0.00的常开触点闭合，21.00线圈得电，21.00的常开触点闭合，10.01线圈得电，即接触器KM1的线圈得电，1秒后10.03线圈得电，即接触器KM3的线圈得电，电动机作星形连接启动； 2、同时定时器线圈TIM000得电，当启动时间累计达6秒时，TIM000的常开触点断开，10.03失电，接触器KM3断电，触头释放，与此同时TIM000的常开触点闭合，TIM001得电，经0.1秒后，TIM001常开触点闭合

22、，10.02线圈得电，电动机接成三角形，启动完毕。定时器T001的作用使KM3断开0.5秒后KM2才得电，避免电源短路。 3、停车：按停止按钮ST，0.01的常开触点断开，21.00失电；21.00、TIM000的常开触点断开，10.01、10.03失电。KM1、KM3断电，电动机作自由停车运行。 4、过载保护：当电动机过载时，0.02的常开触点断开，10.01、10.03失电，电动机也停车。,控制要求 1、水池水位低于水池低水位界（S4为ON表示），阀Y打开进水（Y为ON）定时器开始定时，4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障； 2、S3为ON后，阀Y关

23、闭（Y为OFF）； 3、当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON，电机M运转抽水； 4、当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。,水塔水位控制的模拟,I/O接线表,实例2 十字路口交通灯控制,南北红、黄、绿灯R、Y、G分别接主机的输出点10.02、10.01、10.00， 东西红、黄、绿灯R、Y、G分别接主机的输出点10.05、10.04、10.03， 模拟南北向行驶车接主机的输出点10.06，模拟东西向行驶车接主机的输出点10.07； 下框中的SD接主机的输入端0.00。上框中的东西南北三组红绿黄三色发光二极管模拟十字路口的交通灯。,十字路口交通灯设定25秒切换。 南北方向2

24、5秒红灯期间，东西方向绿灯亮20秒，闪3秒，黄灯亮2秒； 东西方向25秒红灯期间，南北方向绿灯亮20秒，闪3秒，黄灯亮2秒；,1、当启动开关SD合上时，0.00触点接通，10.02得电，南北红灯亮，TIM006定时20秒； 同时10.02的常开触点闭合，10.03线圈得电，东西绿灯亮,TIM012定时1秒。 1秒后，TIM012的常开触点闭合，10.07线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。 2、 TIM006定时20秒到，TIM006的常开触点接通，与该触点串联的TIM022常开触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。 TIM006的常开触点接通使TIM007定时3秒，定时3秒到，TI

25、M007的常开触点断开，10.03线圈失电，东西绿灯灭； 3、此时TIM007的常开触点闭合、10.04 线圈得电，东西黄灯亮； TIM010的常开触点断开， 10.07线圈失电，模拟东西向行驶车停。 再过2秒后，TIM005的常开触点断开，10.04线圈失电，东西黄灯灭； 此时起动累计时间达25秒，TIM000的常开触点断开，10.02线圈失电，南北红灯灭，完成了半个周期。,4、后半周期： TIM000的常开触点闭合，10.05线圈得电，东西红灯亮，10.05的常开触点闭合，10.00线圈得电，南北绿灯亮。 1秒后，TIM013的常开触点闭合，10.06线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。 5

26、、又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，TIM001常开触点闭合，与该触点串联的TIM022的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁； 闪烁3秒，TIM002常开触点断开，10.00线圈失电，南北绿灯灭； 6、此时TIM002的常开触点闭合、TIM001的常开触点断开，10.01线圈得电，南北黄灯亮， 10.06线圈失电，模拟南北向行驶车停， TIM003定时2秒。维持2秒后，TIM003常开触点断开，10.01线圈失电，南北黄灯灭。 TIM004的常开触点断开，TIM000复位，10.05线圈失电，东西红灯灭。同时南北红灯亮，开始下一周期。,逻辑设计法 逻辑设计方法的基本含义是以

27、逻辑组合的方法和形式设计电气控制系统。这种设计方法既有严密可循的规律性和明确可行的设计步骤，又具有简便、直观和十分规范的特点。 布尔助记符程序设计语言常采用这类设计方法。PC的早期应用就是替代继电器控制系统，因此用0、1两种取值的逻辑代数作为研究PC应用程序的工具就是顺理成章的事了。从某种意义上说，PC是与、或、非三种逻辑线路的组合体，而梯形图程序的基本形式也是与、或、非的逻辑组合。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表示出来后，实现该逻辑函数功能的线路也随之确定，并进一步由梯形图直接写出对应的指令语句程序。,进行设计一般可分为下面几步： 首先明确控制任务和控制要求，通过分析工艺过程绘制工作循

28、环和检测元件分布图，取得电气执行元件功能表。 详细地绘制电控系统状态转换表(通常由输出信号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表和中间记忆装置状态表四部分组成)，状态转换表可全面、完整地展示电控系统各部分、各时刻的状态和状态之间的联系及转换，它是进行电控系统的分析和设计的有效工具。, 进行逻辑设计，列出中间记忆元件的逻辑函数表达式和执行元件的逻辑函数表达式，这两个函数表达式，既是生产机械或生产过程内部逻辑关系和变化规律的表达形式，又是构成电控系统实现目标的具体程序。 完善和补充程序，包括手动调整工作方式的设计、手动工作方式的选择、自动工作循环、保护措施等。,指令功能 = 触点状态,实例 十字路

29、口交通信号灯控制(逻辑设计法),在南北向红灯30s期间，东西向先绿灯亮25秒，后变成绿灯闪烁3秒，最后是黄灯亮2秒 然后换成东西向红灯亮30秒，南北向则先绿灯亮25秒，闪烁3秒，再黄灯亮2秒 不断往复循环 夜间时，东西向和南北向均为黄灯闪烁,设定定时器 南北方向红灯30s期间 TIM000: 绿灯亮25s； TIM001: 绿灯闪3s； TIM002: 黄灯亮2s； 东西方向红灯30s期间 TIM003: 绿灯亮25s； TIM004: 绿灯闪3s； TIM005: 黄灯亮2s；,十字路口交通信号灯工作波形图,十字路口交通信号灯控制PLC输入/输出点分配,PLC 外部 接线,根据时序图写逻辑表

30、式 输出与触点的因果关系,根据逻辑式画主程序梯形图,根据时序图画出定时器梯形图,根据时序图画出定时器梯形图,十字路口交通 信号灯控制梯形图,实例8 通风机工作情况显示控制,1、 某车间有4台通风机A、B、C、D，通风机工作时用1表示，通风机不工作时用0表示。 2、通风总管的状态用红色指示灯F1和绿色指示灯F2表示： 3、当4台通风机都不开机时总管的红灯F1常亮，当只有1台通风机开机时总管的红灯F1闪烁； 4、当有3台及以上通风机开机时总管的绿灯F2常亮，当只有2台通风机开机时总管的绿灯F2闪烁。 采用逻辑设计法设计一程序显示各台通风机总管状态。,实例9 感应式交通信号灯自动控制 当PLC各输出

31、信号按照一定的时间顺序发生变化时，可采用时序图设计程序。通过绘制各输出信号和输入信号之间的关系和顺序，理顺各状态转换的时刻和转换条件，清理出输出和输入的逻辑关系，从而完成控制系统梯形图的编制。以下是十字路口感应式交通信号灯自动控制系统的设计示例。 假设有一个车流量大的主干线与一个车流量小的支线相交叉的十字路口，为了较有效地提高该路口的车辆通行能力，避免因支线绿灯放行期间造成主干线车辆积压过多，计划采用感应式控制方式，以缓解上述矛盾。主干线及支线的来往车辆通过埋设在停车线附近的四个方向的车辆检测器A1、A2、B1、B2检测，如图8-8所示。,图8-8 十字路口信号灯示意图,1) 控制要求 (1)

32、 启动该系统后(开机)，主干线方向为绿灯亮，支线方向为红灯亮。若支线无车辆通过，则该状态一直保持。一旦支线有车到达路口，则检测器B1或B2检测到车辆到达6 s后，使主干线绿灯灭，黄灯亮，延迟4 s后变为红灯亮。同时，支线由红灯亮变为绿灯亮。 (2) 当支线绿灯亮后，若主干线无车辆通过路口，则支线绿灯延时25 s后自动变为黄灯亮，延时4 s后转为红灯亮。同时，主干线由红灯变为绿灯。 (3) 在支线绿灯延时期间，如主干线已积压3辆车，则当检测器A1或A2检测到第3辆车到达时，停止支线绿灯延时，立刻变为黄灯亮，维持4 s后又变为红灯亮。此时，主干线由红灯亮变为绿灯亮。重复上述循环。,2) 系统设计分

33、析 (1) 确定I/O点数。根据控制要求可知，输入信号有5个，即启动信号和4个方向的车辆检测信号。输出信号有6个，即主干线(东西方向)红、黄、绿灯及支线(南北方向)红、黄、绿灯。 从定时角度来看，南北方向(支线)绿灯需要一个最大定时值为25 s的定时器，南北、东西两个方向的黄灯各需一个4 s的定时器，一个检测到南北方向来车后延时6 s的定时器，一个记录东西方向积压车辆数的计数器。由于最大定时值皆未超过定时器的预置值范围，故总共需4个定时器、2个计数器。,表8-3 I/O分配表,(2) 灯色状态及定时时序图。按照控制要求，可绘出该时序图如图8-9所示。 因为当支线车辆检测器B1或B2检测到来车后

34、延时6 s，所以使主干线由绿灯转变为黄灯亮。该6 s的延时应由B1或B2输入的信号启动定时器TIM000来实现，但在TIM000定时期间，检测信号消失后，TIM000会复位。为了防止复位，图8-9中采用了锁存指令(KEEP 2000)形成锁存继电器。,支线绿灯最长延续25 s，在此期间若主干线积压车辆不够3辆，则当延迟时间到后，才由绿灯转为黄灯亮；假若积压车辆已够3辆，则不管绿灯延迟25 s是否到，在第三辆车到时，立即强迫将绿灯转变为黄灯亮。 处理这一问题的关键，是当支线绿灯亮时应为启动车辆计数器作好准备。一旦主干线方向的传感器A1或A2发出有车信号，就能立即启动车辆计数器开始计数。因此，主干

35、线来车计数器的启动条件应为支线绿灯亮和主干线车辆传感器A1或A2的输出信号。只要车辆计数器计到第3辆来车，就有信号输出，不管绿灯是否延时够25 s，就迫使其关闭而转为黄灯亮。图8-9中虚线所示即为这种情况。 整个系统的灯色转换条件及定时时序如图8-9中箭头所示。由图8-9可得出各定时器控制条件及灯色转换控制条件。,系统时序图,(3) 定时器、计数器控制条件及灯色转换控制条件。具体描述如下： 定时器、计数器控制条件： 将B1、B2检测器产生的检测信号通过上升沿微分指令DIFU产生锁存信号，放在锁存器20000中。,.,逻辑设计法 指令功能 = 触点状态,(4) 绘制梯形图。,(5) 编写程序表。

36、程序表如下：,逻辑设计法归纳如下： 用不同的逻辑变量来表示各输入/输出信号，并设定对应输入/输出信号各种状态时的逻辑值； 详细分析控制要求，明确各输入/输出信号个数，合理选择机型； 根据控制要求，列出状态表或画出时序图； 由状态表或时序图写出相应的逻辑函数，并进行化简； 根据化简后的逻辑函数画出梯形图，列出指令表； 上机调试，使程序满足要求。,实例8 通风机工作情况显示控制,1、 某车间有4台通风机A、B、C、D，通风机工作时用1表示，通风机不工作时用0表示。 2、通风总管的状态用红色指示灯F1和绿色指示灯F2表示： 3、当4台通风机都不开机时总管的红灯F1常亮，当只有1台通风机开机时总管的红

37、灯F1闪烁； 4、当有3台及以上通风机开机时总管的绿灯F2常亮，当只有2台通风机开机时总管的绿灯F2闪烁。 采用逻辑设计法设计一程序显示各台通风机总管状态。,I/O点分配表 本例有A、B、C、D共4个输入信号，F1、F2两个输出，选择CPM2A机型，作出I/O分配表如表8-2所示。,控制策略：分别表示出各台通风机工作状态，用逻辑函数的组合显示通风总管状态，最后组合成梯形图；,设通风机开机为1、停为0； 红灯状态用F1表示：红灯常亮及灯闪烁F1为1、红灯灭F1为0； 绿灯状态用F2表示：绿灯常亮及灯闪烁F2为1、绿灯灭F2为0；,红灯常亮的程序设计 当4台通风机都不开机时红灯常亮，其状态表为,由

38、状态表可得F1的逻辑函数：,红灯常亮的梯形图,2) 红灯闪烁的程序设计 只有1台通风机开机时红灯闪烁 当红灯闪烁时，其状态表如下：,由状态表可得F1的逻辑函数为,将式化简得：,红灯闪烁的梯形图,25501为0.2s脉冲发生器,3) 绿灯常亮的程序设计 有3台及以上通风机开机时绿灯常亮 能引起绿灯常亮的情况有5种，其状态表如下：,由状态表可得F2的逻辑函数为,将式化简得,绿灯常亮梯形图,4) 绿灯闪烁的程序设计 只有2台通风机开机时绿灯闪烁 当绿灯闪烁时，其状态如表所示,由状态表可得F2的逻辑函数为,化简得,绿灯闪烁的梯形图,25501为0.2s脉冲发生器,通风机工作情况显示控制梯形图,将以上各

39、种状态组合，即可得到通风机的工作状态与通风总管状态的梯形图,由梯形图可得程序指令表如下：,实例 电机优先启动控制,有5个电机M1M5，都有启动和停止控制按钮，要求按顺序启动，即前级电机不启动时，后级电机无法启动；前级电机停，后级电机也都停。 1）I/O分配 输入： 5个启动按钮SB1SB5 00000、00002、00004 、00006、00008 5个停止按钮SB6SB10 00001、00003、00005、00007、00009 输出： 5个控制电机的接触器 KM1KM5 0100001004,1）I/O分配 输入： 5个启动按钮SB1SB5: 00000、00002、00004 、0

40、0006、00008 5个停止按钮SB6SB10: 00001、00003、00005、00007、00009 输出： 5个控制电机的接触器KM1KM5: 0100001004,装配生产线共有16个工作位置，可完成对某零件的装配、焊接、夹紧、上螺母、油漆、贴商标等工作。 生产线每5秒钟移动一个工位，在2、4、6、8、10、12、14和16号位置上分别完成8个不同的操作，而3、5、7、9、11、13、15、17号位置仅用于传送零件。 当允许工作信号产生时，该生产线投入工作；当无零件装入或发出停止信号时，各种操作均不执行。为了避免无零件装入时机械空操作，在第一个位置上装有传感器，用来检查是否有零件

41、装入。,实例 装配生产线控制,I/O分配表,控制策略：顺序控制，采用移位指令SFT,将生产线的16个工位看作移位寄存器的16位，要求零件在生产线上从一个工位移到另一个工位需5 s，故移位寄存器每移一位也需5 s。因此，移位寄存器的SP脉冲应是一个5 s的脉冲发生器。 当允许工作信号产生时，00000接通，启动定时器TIM 000，每5 s使其常开触点接通一次，从而使20000继电器每5 s输入一个信号作为移位寄存器的时钟脉冲。在正常倩况下，零件连续不断地在位置1装入，由传感器检测的零件装入信号作为移位寄存器的输入信号，在时钟脉冲的作用下在IR 210中被逐位移动，每移动一位需5 s，正好与零件

42、每移一个工位经过的时间一样。 当第一个零件装入信号产生时，使21000置1，5s后移至21001位，使01001接通，执行操作1，此时零件也正好移到第二工位，从而完成操作1。以后每经10 s移动两位，恰好执行一种操作。当信号移到通道的最后一位时，执行最后一种操作。 如果没有零件装入，则传感器无信号输入移位寄存器，故通道IR 210各位皆为零，则各种操作均不执行。同理，当发出停止信号后，移位寄存器被复位，各种操作也不执行。 由这一控制电路的基本思路出发，可以设计出检测产品、剔除次品、统计班产量、统计日产量等控制电路。,启动,（1）控制要求,实例 设计洗衣机控制程序对洗涤电机M进行控制,（2）I/

43、O分配 0000为启动按钮； 0500为控制电机M正转，0501为控制电机M反转； TIM00设置值为#0050（5秒），作为电机正、反转延时； TIM01设置值为#0030（3秒），作为电机停延时； TIM02设置值为#3000（5分钟），作为总的工作延时；,洗 衣 机 程 序 梯 形 图,（2）I/O分配 0000为启动按钮； 0500为控制电机M正转，0501为控制电机M反转； TIM00设置值为#0050（5秒），作为电机正、反转延时； TIM01设置值为#0030（3秒），作为电机停延时； TIM02设置值为#3000（5分钟），作为总的工作延时；,总工作期间信号,总工作时间定时,电

44、动机 运转延时,电动机 停止延时,互锁,写入数据,启动,移位控制,实例 产品检查与分选控制,控制要求 产品按等间距排列； 每移进一个产品，步进传感器就发出一个脉冲； 产品质量传感器检测产品是否合格 产品合格则输出逻辑“0” 产品不合格输出逻辑“1” 当不合格品移到第6工位；时，被电磁铁推出 当检测到不合格品已推出时电磁铁缩回；,PLC输入/输出点分配,PLC 外部 接线,检测到次品时，移位寄存器的工作过程,PLC控制程序,增加功能：统计次品的个数，当次品达到10个时， 给出报警信号。,实例 自动开关门控制,控制要求 可启用系统或停用系统； 当超声波接收器检测到有车辆到来时自动开门； 当光电开关

45、检测到车辆已进入时，则关闭大门； 门的上下运动由电动机驱动； 门开到上限位或关到下限位时应自动停止；,输入/输出点分配,PLC 外部 接线,车辆进入大门时，光电开关的检测波形,PLC梯形图程序,一、控制要求,1、整条传送带分为三段，物体从第3段的前端传送到第1段的末端，传送任务完成。 2、为了节能，已完成传送或还没有传送任务的段，其电机应停转。 3、当某段传送带上有传送物体时，带动该段传送带运行的电机必须运转。 4、传送物通过装在某段传送带尾部的探头时，再控制该段电机继续运转2秒后再停止（设定为2秒，以保证传送物体能被传送到下一段），同时输出一个控制信号去启动下一段传送带电机。依次类推，直至物

46、体到达1段末端落下。,实例 节能传送带的控制,KEEP（保存）指令 格式： 条件S 条件R KEEP(11)N 其中的操作数N也是位，它可以是IR、SR、AR、LR或HR。 功能：KEEP相当于一个软件保持器。它前面要有两个条件，故在格式中专门列出。条件S为保持器的置位输入。条件R为保持器的复位输入。即：当条件S满足，操作数N置ON并保持；当条件R满足，则操作数N置OFF。特别地，当 S和R同时满足时，按复位优先的运算，操作数N置OFF。,【例】 KEEP指令的应用,例中的置位输入为00001，复位输入为00002，显然利用KEEP指令可以代替相应的自锁运算逻辑。,比较指令 CMP 格式： C

47、MP(20) C1 C2 操作数C1为比较数1，操作数C2为比较数2。 功能：CMP为单字比较指令，完成C1和C2 两个字的比较。 CMP的两个比较数可以是IR、SR、AR、LR、HR、TC、DM、*DM、#。 若C1C2，大于标志位(LG)25505 （1905）置ON。 若C1=C2，等于标志位(EQ)25506（1906）置ON。 若C1C2，小于标志位(LE)25507 （1907）置ON。,【例】 CMP指令的应用。CMP指令的程序段如下：,二、I/O分配,设第3段的电机为3号，探头为3号；第2段的电机为2号，探头为2号；第1段的电机为1号，探头为1号。传送方向从第3段到第1段。 根

48、据控制要求，写出的系统配置如表4-6所示。,传感器检测物体计数,第3段检测到物体，启动3号电机,传感器检测物体计数比较,比较结果相等，启动TIM02,TIM02定时时到， 3号电机停， 比较器复位,传感器02检测物体，启动第2段电机,传感器检测物体计数比较,比较结果相等，启动T01,TIM01定时时间到，2号电机停，比较器复位,传感器01检测物体，启动第1段电机,传感器检测物体计数比较,比较结果相等，启动T00,TIM00定时时间到，1号电机停，比较器复位,1815专用复位继电器，一个扫描周期复位一次。,1813专用监视继电器，系统上电就接通。,1906比较结果相等标志继电器，两比较数据相等，

49、1906接通。,五、传送带实物,实例7 自动循环送料小车的控制 有一送料车自动循环送料。小车处于起始位置时，CK0闭合；系统启动后，小车在起始位置装料，20秒后向右运动，到CK1位置时，CK1闭合；小车下料后再返回起始位置，再用20秒的时间装料，其后向右运动到CK2位置，此时CK2闭合；小车下料后返回起始位置。以后重复上述过程，直至有复位信号输入。 小车的工作循环过程如下： 启动装料第一次向右运动第一次返回第二次装料第二次向右运动第二次返回,控制要求分析： 小车在第一次到达CK1时要改变运动方向，而第二次和第三次到达CK1时不改变运动方向，所以可以利用计数器的计数功能来决定到达CK1时是否要改

50、变小车的运动方向。 定时器用来记录装料时间。 由经验设计法可知小车控制属于一种双向控制，其PLC控制的I/O分配如表7.3.1所示。,表7.3.1 送料小车控制系统I/O分配表,控制策略：传感器信号与计数器配合控制小车反向。, 中间辅助继电器20000作为系统工作允许继电器，启动信号00009使20000置“ON”，复位信号00010使之置“OFF”。只有当20000为“ON”时，小车才能循环工作，当20000为“OFF”时，小车回到起始位置后停止工作。 小车位于CK0时，开始定时装料，20秒后定时器接通，小车右行即01000得电。当小车离开CK0时，定时器TIM000复位，但01000的自锁

51、功能使之仍得电，小车仍右行。 小车行至CK1时，计数器减一，由于CK1的常闭触点00001断开，使01000失电，小车停止右行。 小车停止右行使中间继电器20001失电产生一个脉冲，使01002得电即小车左行。01002的自锁功能使得小车左行直至达到CK0位置。, 定时器重新定时，小车第二次装料，之后小车右行，均与第一次相同。但是当小车行至CK1时，计数器减一至零，使CNT001的常开触点接通，所以此时小车继续右行直至达到CK2位置，CK2的常闭触点断开，01000失电，小车停止右行，再次改变为左行。 左行过程中经过CK1位置时使计数器复位，为下一次循环作准备。小车左行至CK0位置停止，等待下

52、一次循环。,第2次装料,实例 分段传送带电动机控制,传送带3始终运转 当金属板到达传感器3时，传送带2开始运转 当金属板前端到达传感器2时，传送带1开始运转 当金属板后端离开传感器2时，延时2s后停止传送带2 当金属板后端离开传感器1时，延时2s后停止传送带1,分段传送带控制PLC输入/输出点分配,PLC 外部 接线,传送带3始终运转 当金属板到达传感器3时，传送带2开始运转 当金属板前端到达传感器2时，传送带1开始运转 当金属板后端离开传感器2时，延时2s后停止传送带2 当金属板后端离开传感器1时，延时2s后停止传送带1,25313 上电闭合,实例10 植物灌溉的PLC控制 根据不同植物生长

53、的特点和要求，对灌溉系统提出以下控制功能要求： A区有两小块采用喷雾，每喷2分钟，停5分钟，工作时间要求每天7点开始，17点停止； B区采用旋转式喷头进行喷灌，分为两组喷灌工作，每组每工作5分钟，停20分钟，每天9点开始，14点停止； C区也分为两组，交替工作，每隔2天灌溉一天； 考虑到系统的可靠性和经济性，要求系统有手动控制和自动控制功能。如果遇到阴雨天会自动停止对沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。 温室滴灌不仅要受时间控制，而且要求具有温度、湿度测控功能，即温度、湿度达到某一控制点就报警并改变程序的运行方式。系统在自动(或手动)工作方式时，能自动(或手动)控制供水水泵的运行与停止和各电磁阀的开关。

54、,A区、B区、C区分别设 4个、2个、2个电磁阀，分别控制不同作物的灌溉； 用1个继电器控制供水的水泵； 为了避免意外事故或故障的发生，系统设有声光报警系统； 设计报警灯和报警器试验按钮，系统每次运行前可进行检查；,1) I/O点数的估算 系统输入信号： 自动/手动选择开关，需要1个输入端； 报警器和报警灯试验有一个按钮，占有一个输入端； 自动工作方式时，总开、总停按钮需要2个输入端； 故障报警消音按钮，需要1个输入端； 1个雨量传感器，需要1个输入端； 4只湿度传感器，需要4个输入端； 4只温度传感器，需要4个输入端。 以上共需14个输入信号点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留出

55、15%的备用点，即1415%=2.1，取3个点，这样共需用17个输入点。,系统输出信号： A、B、C三个灌溉区共有8个电磁阀，需用8个输出端； 一台水泵，需用1个控制输出端； 系统自动和手动指示、水泵运行指示，需要三个输出端； 温度、湿度报警和报警器分别占用一个输出端。 以上共需要15个输出点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留出15%的备用点，即1515%=2.3，取3个点，这样共需用18个输出点。,2) 用户应用程序占用内存大小的估算 用户应用程序占用多少内存与I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等因素有关，因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，此应用程序占用内存的大

56、小可作如下估算： 开关量输入：1510=150字节； 开关量输出：18 8=144字节； 定时器/计数器：(103+23)2=72字节。 共计366字节，再加上程序存储空间和备用存储空间，初步估计共需1 K字节。,3) PLC型号的选择 因为本系统是对开关量进行控制的应用系统，而且对控制速度要求也不高，所以可选用完全能满足该控制要求的、由日本OMRON公司生产的CPM2A系列40点编程控制器。,4) 系统I/O点的分配,表7.4.1 CPM2A I/O分配表,PLC输入端接线图,PLC输出端接线图,5) 系统软件的设计 该系统软件可以按各区功能编制不同的模块进行设计，主要包括主程序、A区、B区

57、、C区和报警区模块。可以先设计系统逻辑梯形图，并进行系统模拟调试，没有错误后再投入现场试运行，最终使系统设计满足用户的控制要求。,三状态流程图设计方法 状态流程图又叫SFC或状态转移图，它是完整的描述控制系统的工作过程、功能和特性的一种图形，是分析和设计电控程序的重要工具。所谓状态是指特定的功能，因此状态的转移实际上就是控制系统的功能的转移。SFC适合于顺序控制的标准化语言，利用状态流程图进行程序设计就是顺序控制设计法，它具有简单、规范、通用的优点，不仅使梯形图设计变得容易，大大节约设计时间，而且初学者容易掌握，有一定的方法和步骤可遵循。状态流程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。,1) 状态流程图的组成,状态流程图,2) 状态流程图的类型 状态流程图从结构上来分，可分为以下几种： 单序列结构。这种结构的功能表图没有分支，每个步后只有一个步，步与步之间只有一个转换条件。 选择性序列结构。 并发性序列结构。 循环性结构。 复合性结构。,选择性序列结构的状态流程图,并行序列结构的状态流程图,状态流程图编程的步骤分为以下几步： 把整个系