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1、第4章 开关量控制系统梯形图设计方法,4.1 梯形图的经验设计法 4.1.1 梯形图中的基本电路 1起保停电路 2置位复位电路 3三相异步电动机正反转控制电路 用分开的两个起保停电路来分别控制小车的右行和左行，Y0和Y1的软件互锁。通过“按钮联锁”，不按停车按钮就可以改变电机的旋转方向。 在PLC外部设置由KM1和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路，以确保不会出现因为两个接触器同时动作使三相电源相间短路的故障。,FR是过载保护的热继电器，需要手动复位的热继电器的常闭触点可以在PLC的输出回路与接触器的线圈串联。自动复位的热继电器的触点应接在PLC的输入端。如果接在PLC的输出回路，过载后电
2、动机将会自动起动。,4.1.2 经验设计法 1基本方法 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。这种设计方法具有很大的试探性和随意性。 2钻床刀架运动控制系统的设计 开始时刀架在右限位开关X4处，按下起动按钮X0，刀架左行，开始钻削加工，到达限位开关X3处停止进给，钻头继续转动，进行无进给切削，6s后定时器T0的定时时间到，刀架自动返回起始位置。 在电动机正反转控制梯形图的基础上，设计出满足要求的PLC外部接线图和梯形图。为了使刀架的进给运动自动停止，将左限位开关X3的常闭触点与控制进给的Y0的线圈串联。为了在左限位开关X3处进行无进给切削，
3、用X3的常开触点来控制定时器T0的线圈，T0的定时时间到时，其常开触点闭合，使Y1的线圈通电，刀架自动返回。刀架离开X3所在位置后，T0被复位。刀架回到X4所在位置时， Y1的线圈断电，刀架停止运动。,3控制小车往返次数的程序设计 小车开始时停在最左边，按下右行起动按钮，小车开始右行，以后小车在两个限位开关之间往返运行。往返3次后小车停在最左边。 为了控制往返的次数，用右限位开关X3给计数器C0提供计数脉冲。小车前两次往返时，C0的当前值小于设定值3，与Y0线圈串联的C0的常闭触点闭合，不影响左限位开关X4自动起动小车右行。,小车第3次右行到达右限位开关X3时，C0的当前值等于设定值。小车左行
4、到达最左边时，X4的常闭触点断开，使Y1的线圈断电，小车停止左行。因为C0的常闭触点断开，X4的常开触点不能起动小车右行，使小车停在左限位开关处。下一次用X0起动小车右行时，C0被复位，其常闭触点闭合，使Y0的线圈通电，小车开始右行。 4常闭触点提供的输入信号的处理 PLC外接SB2的常闭触点，未停止按钮SB2时，其常闭触点闭合，X1为ON，梯形图中X1的常开触点闭合。在梯形图中应将X1的常开触点与Y0的线圈串联。按下停止按钮SB2，其常闭触点断开，X1变为OFF，梯形图中X1的常开触点断开，Y0的线圈断电，实现了停机操作。,4.2 时序控制系统梯形图的设计方法 4.2.1 常用的定时器应用电
5、路 1定时范围的扩展 用M8014的触点给计数器提供周期为1min的时钟脉冲，可以实现最长定时时间为32767min的定时。,X5的常开触点接通时，T0开始定时，600s后定时时间到，它的常闭触点断开，使它自己复位。复位后T0的当前值变为0，下一个扫描周期T0的常闭触点接通，又开始定时。T0等组成了一个脉冲发生器，脉冲的周期等于T0的设定值，脉冲的宽度只有一个扫描周期。T0产生的脉冲送给C2计数，计满6000个数 （即1000h） 后，C2的常开触点闭合。,2参数可调的指示灯闪烁电路 X5的常开触点接通后，T4开始定时，2s后定时时间到，T4的常开触点接通，Y4变为ON，T5开始定时。3s后T
6、5的定时时间到，它的常闭触点断开，使T4的线圈“断电”，Y4变为OFF，T5的线圈“断电”。下一扫描周期因为T5的常闭触点接通，T4又开始定时。 Y4“通电”和“断电”的时间分别等于T5和T4的设定值。,3卫生间冲水控制电路 X6是光电开关检测到的卫生间有使用者的信号，用Y5控制冲水电磁阀。 从X6的上升沿（有人使用）开始，用定时器T6实现3s的延时，3s后T6的常开触点接通，使T7开始定时，M0输出一个4s的脉冲。 在X6的下降沿，使用者离开，T8开始定时，M1输出一个5s的脉冲。 控制冲水电磁阀的Y5输出的高电平脉冲波形由两块组成，分别由M0和M1提供。脉冲波形的叠加用并联电路来实现。,4
7、.2.2 运输带控制程序设计 1两条运输带的控制程序 按下起动按钮X0，M2变为ON，1号运输带开始运行，8s后2号运输带自动起动。按了停车按钮X1，M2变为OFF，先停2号运输带，8s后停1号运输带。 T0的常开触点在X0的上升沿之后8s接通，在T0的线圈断电（M2的下降沿）时断开。所以用T0的常开触点直接控制2号运输带Y1。 按下起动按钮X0，M2变为ON，控制1号运输带的Y0的线圈通电。按下停车按钮，M2变为OFF，T1开始定时，8s后T1的定时时间到，Y0的线圈断电。,23条运输带的控制程序 3条运输带的示意图和有关信号的波形图见图4-16和图4-17。 用起动按钮X2和停车按钮X3控
8、制辅助继电器M1。用M1的常开触点控制T2的线圈，用T2的常开触点控制T3的线圈，用T3的常开触点控制Y4的线圈。 用M1作为输入信号，实现对Y2的10s断电延时控制。用T2的常开触点作为输入信号，实现对Y3的5s 断电延时控制。梯形图程序见图4-18。,4.2.3 使用定时器和区间比较指令设计的时序控制电路 在时序控制电路起动命令的上升沿之后，各输出量的ON/OFF状态根据预定的时间自动地发生变化，最后回到初始状态。 图4-19对输出量的控制，是通过对定时器当前值使用区间比较指令（ZCP）来实现的。以第二条ZCP指令为例，以0.1s为单位的T0的当前值与常数150和200比较，指令中的M13
9、是目标软元件，占用了M13M15。若T0的当前值大于等于150且小于等于200，M14为ON，即M14在1520s区间为ON。 用启动按钮X0控制M0，用M0来控制T0。T0 的设定值应略大于20s（本例为20.1s），否则将出现Y0在20s之后不能变为OFF的异常现象。 第3条ZCP指令使M17在411s为ON，所以用M17来控制Y1。 第一条ZCP指令使M11在08s为ON；第二条ZCP指令使M14在1520s为ON。所以将M11和M14的常开触点并联后，来控制Y0的线圈。,4.2.4 使用多个定时器接力定时的时序控制电路 按下起动按钮X1后，M1变为ON并保持。其常开触点使T1开始定时。
10、6s后T1的常开触点闭合，使T2开始定时。8s后T2的常开触点闭合，使T3开始定时各定时器以“接力”的方式依次对各段时间定时。最后一段定时结束，T3的常闭触点断开，使M1变为OFF；M1的常开触点断开，使T1的线圈“断电”所有的定时器都被复位后，系统回到初始状态。 控制Y2和Y3的输出电路可以根据波形图来设计。Y2的波形与T1的常开触点的波形相同，所以用T1的常开触点来控制Y2的线圈。将T2常开触点的波形反相后，再与M1的波形相“与”，得到Y3的波形。用常闭触点可以实现取反，Y3的线圈用M1的常开触点和T2的常闭触点组成的串联电路来驱动。,4.3 根据继电器电路图设计梯形图 4.3.1 基本方
11、法 将PLC想象为继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”。 将继电器电路图转换为功能相同的PLC外部接线图和梯形图的步骤如下： 1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。 2）确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它们对应的输入继电器和输出继电器的软元件号，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辅助继电器和定时器的软元件号。 4）根据上述的对应关系画出梯形图。 图4
12、-22是某摇臂钻床的继电器控制电路原理图。图4-23和图4-24是实现具有相同功能的PLC控制系统的外部接线图和梯形图。,4.3.2 应注意的问题 1遵守梯形图语言中的语法规定 例如线圈和输出类指令必须放在同一行电路的最右边。 2设置中间单元，例如图4-24中的M0和M1。 3分离交织在一起的电路,4常闭触点提供的输入信号的处理 如果外部输入使用常闭触点，梯形图中对应触点的常开/常闭类型与继电器电路图中的相反。 5梯形图电路的优化设计 单个触点应放在串联电路的右边， 单个触点应放在并联电路块的下面。,6时间继电器瞬动触点的处理 在定时器线圈两端并联辅助继电器的线圈，后者的触点相当于时间继电器的
13、瞬动触点。 7断电延时的时间继电器的处理 FX系列PLC没有断电延时的定时器，图4-24中的M2实现了断电延时定时器的功能。,8外部联锁电路的设立 如果在继电器电路中有接触器之间的互锁电路，除了梯形图中的软件互锁，PLC的输出回路也应采用相同的互锁电路。例如KM2与KM3、KM4与KM5之间的硬件互锁。 9热继电器过载信号的处理 如果热继电器属于手动复位型，其常闭触点可以在PLC的输出电路中与交流接触器的线圈串联。 10尽量减少PLC的输入信号和输出信号 减少输入/输出信号的点数是降低硬件费用的主要措施。图4-22中KM1的控制电路相当简单，与别的电路也没有什么联系，仍然用继电器电路来控制。
14、11外部负载的额定电压 PLC只能驱动额定电压AC 220V的负载。,4.4 顺序控制设计法与顺序功能图 4.4.1 顺序控制设计法 所谓顺序控制，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。顺序控制设计法首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序功能图是IEC 61131标准中PLC位居首位的编程语言。 4.4.2 步与动作 1步 顺序控制设计法最基本的思想是将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，并用编程元件（例如M）来代表各步。 运料矿车开始时停在
15、最右边，按下起动按钮后开始装料。8s后左行，到最左边停下卸料。10s后右行，到最右边停止运行。 根据各输出量状态的变化，一个工作期间分为4步，分别用M1M4来代表它们，另外还设置了一个等待起动的初始步M0。用矩形方框表示步。,2初始步 与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。 3活动步 当系统正处于某一步所在的阶段时称该步为“活动步”，该步的动作被执行；处于不活动状态时，该步的非存储型动作停止执行。 4与步对应的动作或命令 在每一步中要完成某些动作，可以用图4-26中的两种画法来表示多个动作。图4-25中的Y10 Y13为非存储型动作，
16、在步M2为活动步时，Y12为ON；步M为不活动步时，Y12为OFF。 图4-25中的T0在步M1为活动步时定时，T0的线圈通电。T0相当于步M1的一个非存储型动作，所以将T0放在步M1的动作框内。,存储型的动作可以用表4-1中的S和R来表示。图5-19中的Y2在连续的5步M1M5中都应为ON，在Y2开始为ON的第一步M1的动作框内，用指令“S Y2”表示将Y2置位。该步变为不活动步后，Y2继续保持ON状态。在Y2为ON的最后一步M5的下一步M0的动作框内，用指令“R Y2”表示将Y2复位，复位后Y2变为OFF状态。,4.4.3 有向连线与转换条件 1有向连线 在画顺序功能图时，将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。步的活动状态习惯的进展方向是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方向，则应在有向连线上用箭头注明进展方向。 2转换 步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示转换。 3
