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1、 第5章PLC程序设计方法5.1编程方法指导5.2功能表图设计法5.3程序设计举例5.1编程方法指导PLC是专为工业控制而开发的装置，其主要使用者是工厂广 大电气技术人员，为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通 常PLC不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、 面向问题的“自然语言”编程。梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编 程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观 易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关 量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称 为编程。下一页返回5.1编程方法指导5.1.1梯形图的特点 1.软继电器 PLC梯形图中
2、的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如 输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不 是真实的物理继电器，而是一些存储单元(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。下一页返回上一页5.1编程方法指导2.能流如图5-1所示触点1,2接通时，有一个假想的“概念电流”或“ 能流”( Power Flow)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。能流只能从左向右流动 。利用能流这一概念
3、，可以帮助我们更好地理解和分析梯形 图。3.母线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，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可 以不画出。下一页返回上一页5.1编程方法指导4.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，马上可以被后面的逻辑解算所利用。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
4、入触点 的状态来进行的。梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列 。下一页返回上一页5.1编程方法指导5.1.2梯形图编程的基本原则PLC编程应该遵循以下基本原则: .外部输入、输出继电器、内部继电器、定时器、计数器 等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减 少接点的使用次数; .梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在最右边，接 点不能放在线圈的右边参看图5-2; .线圈不能直接与左母线相连，如果需要，可以通过一个 没有使用的内部继电器的常闭接点或者特殊内部继电器 89010(常ON)的常开接点来连接，参看图5 -3;下一页返回上一页5.1编程方法指导 .同一编号的线圈在一个程序中使用
5、两次称为双线圈输出 。双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用; .梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从 上到下地执行，如不符合顺序执行的电路不能直接编程，例 如图5 -4所示的桥式电路就不能直接编程; .在梯形图中串联接点、并联接点的使用次数没有限制， 可无限次地使用，如图5 -5所示; .两个或两个以上的线圈可以并联输出，如图5 -6所示。下一页返回上一页5.1编程方法指导5.1.3动断触点输入的处理PLC是继电器控制柜(盘)的理想替代物，在实际应用中，常 遇到对老设备的改造，即用PLC取代继电器控制柜。这时已 有了继电器控制电路图，此电路图与PLC的梯形图相类似， 可
6、以进行相应的转换，但在转换过程中必须注意对作为PLC 输入信号的动断触点的处理。以三相异步电动机起停的控制电路为例，改造后的PLC输入 输出接线如图5-6 (a)所示，从图中可见，这里仍沿用继电 器控制的习惯，启动按钮SB1选用动合形式，停止按钮SB2 选用动断形式。此时如果直接将图5-6 (b)所示的原继电器 控制电路图转换为图5-6 (c)所示的PLC梯形图，运行程序 时会发现输出继电器Y31无法接通，电动机不能启动。返回上一页5.2功能表图设计法PLC在逻辑控制系统中的程序设计方法主要有经验设计法、 逻辑设计法和继电器控制电路移植法三种。经验设计法实际上是沿用了传统继电器系统电气原理图的
7、设 计方法，即在一些典型单元电路(梯形图)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。 有时需要多次反复调试和修改梯形图，增加很多辅助触点和 中间编程元件，最后才能得到一个较为满意的结果。这种设 计方.法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，最后 的结果因人而异。下一页返回5.2功能表图设计法 继电器控制电路移植法，主要用于继电器控制电路改造时 的编程，按原电路图的逻辑关系对照翻译即可。 在逻辑设计法中最为常用的是功能表图设计法(又称顺序 控制设计法)。本节将主要介绍功能表图的绘制方法。 在工业控制领域中，顺序控制的应用很广，尤其在机械行 业，几乎无例外地利用顺序
8、控制来实现加工的自动循环。下一页返回上一页5.2功能表图设计法5.2.1功能表图的设计 1.步的划分 分析被控对象的工作过程及控制要求，将系统的工作过程 划分成若干阶段，这些阶段称为“步”。步是根据PLC输出量 的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从 原来的步进入新的步。如图5-7 (a)所示，某液压动力滑台 的整个工作过程可划分为四步，即:0步A,B,C均不输出;1步 A,B输出;2步B,C输出;3步C输出。在每一步内PLC各输出 量状态均保持不变。下一页返回上一页5.2功能表图设计法步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象的 状态变化应该是由PLC输出状态变化引起的
9、。如图5-7 (b) 所示，初始状态是停在原位不动，当得到启动信号后开始快 进，快进到加工位置转为工进，到达终点加工结束又转为快 退，快退到原位停止，又回到初始状态。因此，液压滑台的 整个工作过程可以划分为停止(原位)、快进、工进、快退四 步。下一页返回上一页5.2功能表图设计法 2.转换条件的确定 确定各相邻步之间的转换条件是顺序控制设计法的重要步 骤之一。转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常 见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器触点的动 作(通/断)等。 如图5 -7 (b)所示，滑台由停止(原位)转为快进，其转 换条件是按下启动按钮SB1(即SB1的动合触点接通);由快
10、进转为工进的转换条件是行程开关SQ2动作;由工进转为快进 的转换条件是终点行程开关SQ3动作;由快退转为停止(原位 )的转换条件是原位行程开关SQ1动作。下一页返回上一页5.2功能表图设计法 3.功能表图的绘制 根据以上分析画出描述系统工作过程的功能表图，是顺序 控制设计法中最为关键的一个步骤。绘制功能表图的具体方 法将在下面介绍。 4.梯形图的编制 根据功能表图，采用某种编程方式设计出梯形图程序。有 关编程方式将在本章第三节中介绍。下一页返回上一页5.2功能表图设计法5.2.2功能表图的绘制方法 1.功能表图概述 功能表图又称做状态转移图，它是描述控制系统的控制过 程、功能和特性的一种图形，
11、也是设计PLC的顺序控制程序 的有力工具。功能表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，可以用于进一步设计和不同 专业的人员之间进行技术交流。下一页返回上一页5.2功能表图设计法2.功能表图的组成要素 图5-8所示为功能表图的一般形式。它主要由步、转换、 转换条件、有向连线和动作等要素组成。 (1)步在功能表图中用矩形框表示，图5 -8所示各步的编 号为n-1,n,n + 1。编程时一般用PLC内部编程元件来代表 各步，因此经常直接用代表该步的编程元件的元件号作为步 的编号，如M300等，这样在根据功能表图设计梯形图时较 为方便。 (2)初始步即与系统的初始状态相对应的
12、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，每一个功能表图至少应该有一个初始步。下一页返回上一页5.2功能表图设计法 (3)活动步当系统正处于某一步时，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。 若为保持型动作则该步不活动时继续执行该动作，若为非保 持型动作则指该步不活动时，动作也停止执行。 (4)动作一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统，例 如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控 系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”，对于 施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”，将 动作或命令简称为
13、动作。如果某一步有几个动作，可以用如 图5-9所示的两种画法来表示，但是图中并不隐含这些动作 之间的任何顺序。下一页返回上一页5.2功能表图设计法 (5)有向连线、转换和转换条件如图5 -9所示，步与步之间 用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。步的活动状态进 展是按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时 ，其进展方向是从上到下、从左到右。如果不是上述方向， 应在有向连线上用箭头注明方向。步的活动状态进展是由转 换来完成的。转换是用与有向连线垂直的短划线来表示。步 与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换 之间也同样不能直接相连，必须有步隔开。下一页返回上一页5.2功能表图
14、设计法 3.功能表图中转换的实现 步与步之间实现转换应同时具备两个条件:前级步必须 是“活动步”;对应的转换条件成立。 当同时具备以上两个条件时，才能实现步的转换，即所有 由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动，而所 有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动。 例如图5-8中n步为活动步的情况下转换条件。成立，则转换 实现，即:n+1步变为活动，而n步变为不活动。如果转换的 前级步或后续步不止一个，则同步实现转换。下一页返回上一页5.2功能表图设计法4.功能表图的基本结构 根据步与步之间转换的不同情况，功能表图有以下几种不 同的基本结构形式。 (1)单序列结构功能表图的单序列
15、结构形式最为简单，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，如图5-8所示。 (2)并列序列结构并列序列也有开始与结束之分。并列序 列的开始也称为分支，并列序列的结束也称为合并。图5-10 (a)所示为并列序列的分支，它是指当转换实现后将同时使 多个后续步激活。下一页返回上一页5.2功能表图设计法(3)选择序列结构选择序列有开始和结束之分。选择序列的 开始称为分支，选择序列的结束称为合并;选择序列的分支是 指一个前级步后面紧接着有若干个后续步可供选择，各分支 都有各自的转换条件。分支中表示转换的短划线只能标在水 平线之下。如图5-11 (a)
16、所示为选择序列的分支。假设步4为活动步， 如果转换条件a成立，则步4向步5实现转换;如果转换条件b 成立，则步4向步7转换。如图5-11 (b)所示为选择序列的合并。如果步6为活动步， 转换条件d成立，则由步6向步11转换;如果步8为活动步， 且转换条件e成立，则步8向步11转换;如果步10为活动步， 且转换条件f成立，则步10向步11转换。下一页返回上一页5.2功能表图设计法 (4)子步结构在绘制复杂控制系统功能表图时，为了使总体 设计时容易抓住系统的主要矛盾，能更简洁地表示系统的整 体功能和全貌，通常采用“子步”的结构形式，可避免一开始 就陷人某些细节中。 所谓子步的结构是指在功能表图中，某一步包含着一系列子 步和转换。如图5-12所示的功能表图采用了子步的结构形式 。功能表图中步5包含了5.
