数字量控制系统梯形图程序设计方法教学文稿

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1、第四章 数字量控制系统梯形图程序设计方法,教学目的 了解梯形图程序的经验设计法及其局限性 了解根据继电器电路图设计梯形图程序的基本方法 熟悉梯形图程序的顺序控制系统程序设计方法 掌握顺序控制设计法中顺序功能图的绘制,4.1 PLC的经验设计法,数字量控制系统又称为开关量控制系统，继电器控制系统就是典型的数字量控制系统。这种控制系统的电路设计采用传统的经验设计法。 经验设计法：在一些典型电路的基础上，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。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个满意的结果。 本质：实际上是试图用输入信号X直接控制输出信号

2、Y，如果无法控制或为了解决记忆、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点，由于各系统输出量Y与输入量X之间的关系和对联锁、互锁的要求千变万化，不可能找出一种简单通用的设计方法。 特点：设计方法没有普遍规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计质量与设计者的经验有很大关系，设计出的程序可读性差，可维护性差。 适用场合：可用于较简单的梯形图程序和随机控制系统程序设计。,4.1.1 有记忆功能的电路（起保停电路）,4.1.2 定时器应用电路,【例：41】定时器延时接通/延时断开电路,【例42】用计数器设计长延时电路 【例43】用计数器扩展定时器的

3、定时范围,SM0.4 1min时钟脉冲,3000S=50min定时,LD I0.2 AN T37 TON T37,30000 LD T37 LDN I0.2 CTU C4,12000 LD C4 = Q0.0,LD SM0.4 LD I0.1 CTU C2,30000 LD C2 = Q0.0,4.3.3 经验设计法举例 例：小车自动往复运动继电器控制电路： KM1：控制电机正转交流接触器； KM2: 控制电机反转交流接触器 FR: 电机过载保护热继电器； FU1: 电机主供电回路保险 FU2: 继电器控制电路供电回路保险 SB1: 停止按钮； SB2: 右行启动按钮； SB3: 左行启动按钮

4、 SQ1: 左限位开关； SQ2: 右限位开关,图4-5 小车自动往复运动 继电器控制电路图,小车自动往复运动PLC自动控制系统的梯形图程序设计,例：两工位送料小车自动控制系统的梯形图设计 送料小车在限位开关I0.4处装料，10S后装料结束开始右行，碰到右限位开关I0.3后停下来卸料，15S后左行，碰到I0.4后停下来装料，这样不停地循环工作，直到按下停止按钮I0.2。 按钮I0.0和I0.1分别用来 启动小车右行和左行。,例：两处卸料三工位小车自动控制自动控制系统的梯形图设计 在上例中，小车仍在限位开关I0.4处装料，并在I0.5和I0.3处轮流卸料。小车在一次工作循环中的两次右行都要碰到I

5、0.5，第一次碰到它时停下卸料，第二次碰到 它时继续前进，因此应设置一个 具有记忆功能的编程元件，区分 是第一次还是第二次碰到I0.5。,4.1.4 常闭触点输入信号的处理 前面在介绍梯形图的设计方法时，实际上有一个前提，就是假设输入的数字量信号均由外部常开触点提供。但是有些输入信号只能由常闭触点提供。在设计梯形图时就要考虑对常闭触点输入信号的处理，设计思路就不能够按照常规思路来进行，需要考虑对这些常闭输入触点的状态进行调整，才能得到正确的梯形图程序结构，给电路的分析带来不便。,为了使梯形图和继电器电路图中触点的类型相同，建议尽可能地使用常开触点作为PLC的输入信号。如果某些信号用常闭触点输入

6、，可以按输入全部为常开触点来设计梯形图。然后将梯形图中外接常闭触点的输入位的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点。,4.2 根据继电器电路设计梯形图的方法,继电器控制系统改为PLC自动控制概述 PLC中的梯形图语言与继电器控制电路图极为相似，可以根据继电器电路图来设计梯形图程序，从而用PLC改造继电器控制系统。 由于原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已经证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图程序来实现继电器系统的功能。且这种设计方法一般不需要改动控制面板，

7、保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。,4.2.1 系统改造的基本方法,将PLC看成是继电器控制系统中的控制柜，原继电器控制系统中控制柜的输入、输出信号即看成是PLC的I/O信号，柜内的中间继电器、时间继电器、计数器等物理元器件即看成是PLC内部的编程元件。在此基础上即可对继电器控制电路进行梯形图程序的改造。,将继电器电路转换成功能相同的PLC外部接线图和梯形图的步骤为： 1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，做到在设计和调试控制系统时心中有数。 2）确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它对应的梯形图中的I/O地

8、址，画出PLC的外部接线图。 3）确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的位存储器（M）和定时器(T)地址，建立继电器电路中的物理元件与梯形图中编程元件的地址间的对应关系。 4）根据上述对应关系画出梯形图，同时对图中不符合梯形图语法规则的程序结构作局部修改和调试。,内部元件： KAM0.0 KBM0.1 KT1T37 KT2T38,4.2.2 系统改造中的注意事项,梯形图和继电器电路图表面相似，实际上有本质区别。继电器电路是硬件电路，而梯形图是软件程序。 改造中应注意如下问题： 1.应遵守梯形图语言中的语法规定。 2.设置中间单元：若多个线圈都受某组串并联触点的控制，为了简化

9、电路，在梯形图中可以设置用该电路控制的位存储器（类似继电器电路的中间继电器）。 3.尽量减少PLC的输入信号和输出信号，减少PLC的I/O点数，降低费用。 4.设立外部联锁电路，增强系统的安全性和可靠性。 5.对梯形图进行优化设计，在串联电路中将单个触点放在右边，在并联电路中将单个触点放在下边，以避免电路的块连接操作，从而减少程序指令条数。 6.关注外部负载的额定工作电压要求，选用PLC输出模块的输出类型需与之匹配。,4.3 顺序控制设计法与顺序功能图,4.3.1 顺序控制设计法 用经验设计法设计梯形图程序存在的问题： 经验设计法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，对于

10、不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。 在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间元件来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于需要考虑的因素较多，它们往往又交织在引起，分析起来十分困难，并且容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，很可能会“牵一发而动全身”，对系统的其它部分产生意想不到的影响，因此梯形图的修改十分麻烦，往往花了很长时间还得不到一个满意的结果。 用经验设计法设计出的梯形图程序往往很难阅读，给系统的维修和改进带来了很大困难。,顺序控制：就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，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。 顺序控

11、制系统的特点：有很强的时序性，即先做什么，后做什么，前面的工作没做完，则不能做后面的工作，其中有很多联锁、互锁等逻辑关系。若采用传统的经验设计法来设计用户程序，一般是比较困难的。 顺序控制设计法设计过程：首先根据被控系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图程序。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便完成了编程工作，编程软件会自动生成对应的梯形图程序。 顺序控制设计法的优点：这是一种先进的设计方法，设计过程规律性强，容易接受和掌握，可以极大地提高设计效率，是顺序控制的生产现场设计PLC梯形图程序的主要方法，它用输入量X控制代表各步的编程元件（如辅

12、助继电器M）,再用它们控制输出量Y，设计出的程序可读性强，程序的调试、修改和维护方便，要重点学习和掌握。,顺序控制设计法的基础是系统的顺序功能图的绘制。 顺序功能图(Seguential Function Chart)是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC顺序控制程序的有力工具。 顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以供进一步设计和不同专业人员之间进行技术交流之用。 顺序功能图的组成,4.3.2 顺序功能图中的步与动作,1.步的基本概念及工步划分的基本方法 可以将被控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，并用编

13、程元件（如位存储器M和顺序控制继电器S）来代表各步。 根据输出量的状态变化来划分步：在任何一步之内，各输出量的接通/断开状态不变，但相邻两步输出量总的状态不相同。 然后确定步与步之间的转换条件，若上一步为活动步，且由上一步到当前步的转换条件成立，则发生步的活动状态的进展，当前步变为活动步，上一步变为静步。各步相应的输出即命令或动作，当步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动步时，相应的动作被停止。 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。,例：锅炉鼓风机和引风机顺序功能图,锅炉鼓风机和引风机的控制要求：

14、 按下启动按钮I0.0后，先打开引风机；延时12S后再打开鼓风机； 按下停止按钮I0.1后，先停止鼓风机，10S后再停止引风机。,2.初始步 每个顺序功能图至少要有一个初始步，对应于等待起动命令时的相对静止状态，用双线方框表示。这一步可能没有什么输出处于接通状态，但这一步是必不可少的。一方面因为该步与它的相邻步相比，输出变量总的状态各不相同，另一方面如果没有该步，系统将无法表示其初始状态，系统也将无法返回停止状态。 3与步对应的动作和命令 施控系统：控制设备(如PLC、工控计算机等)，发出控制命令； 被控系统：生产设备(如机床、输送带、锅炉等)接收控制命令， 完成相应动作，实现生产过程。 在顺

15、序功能图中，称呼命令或动作均可。 同一步中的命令或动作排列位置之间没有任何先后顺序。 还可通过使用动作修饰词来完成各步中的命令或动作（见表41）。,4.活动步 当系统正处在某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。,4.3.3 顺序功能图中的有向连线与转换条件,1.有向连线 在顺序功能图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的进展，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在顺序功能图中，将代表各步的方框按它们成为活动步的顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。步的活动状态习惯的进

16、展方向是从上到下或从左到右，在这两个方向有向连线的箭头可以省略。如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头标出进展方向。若图中有向连线必须中断，应在中断处标出后续步序和所在页数。 2.转换 转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。,3.转换条件 使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。 转换条件可以是外部输入信号，如按钮、开关等的接通/断开等； 也可以是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等； 还可以是若干个信号的与、或、非等的逻辑组合。 顺序功能图中转换条件的表示方法：可以用文字语言、图形符号和布尔代数来表示在代表转换的短划线旁，多使用布尔代数表达式。,初始化脉冲（SM0.1）的使用： 在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步，PLC接入RUN工作方式时，工步均处于OFF状态，系统将无法启动并工作。所以顺序功能图中必须使用初始化脉冲SM0.1的常开触点作为转换条件，