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1、第4章 数字量控制系统梯形图程序设计方法,4.1 梯形图的经验设计法与根据继电器电路图设计梯形图的方法 4.1.1 梯形图中的基本电路 1起动保持停止电路与置位/复位电路,2用计数器扩展定时器的定时范围 定时器最长的定时时间为3276.7s。周期为1min的时钟脉冲SM0.4的常开触点为加计数器C0提供计数脉冲。定时时间为30000min（500h）。 I0.2为ON时，T37开始定时，3000s后T37的定时时间到，其常开触点闭合，使C4加1。T37的常闭触点断开，使它自己复位，当前值变为0。下一扫描周期T37的常闭触点接通，又开始定时。总的定时时间为T = 0.1KT KC (s),图4-
2、2 长延时电路,图4-3 长延时电路,3闪烁电路 I0.3的常开触点接通后，T41开始定时。2s后定时时间到，T41的常开触点接通，Q0.7变为ON，T42开始定时。3s后T42的定时时间到，它的常闭触点断开，T41被复位。T41的常开触点断开，使Q0.7变为OFF，T42被复位。复位后T42的常闭触点接通，下一扫描周期T41又开始定时。Q0.7的线圈“通电”和“断电”的时间分别等于T42和T41的预设值。,4.1.2 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。,1两条运输带的控制程序 按下起动按钮I0.5，1号运输带开始运行，8s
3、后2号运输带自动起动。按了停止按钮I0.6后，先停2号运输带，8s后停1号运输带。设置辅助元件M0.0，根据波形图，直接用T39和T40的触点控制Q0.4和Q0.5的线圈。,2小车自动往返的控制程序 按下起动按钮SB2或SB3，小车在左、右限位开关之间不停地循环往返。,用分开的两个起保停电路来分别控制小车的右行和左行。 按下停止按钮，电动机断电，制动电磁铁的线圈通电，使电动机迅速停机，到达定时器T38设定的制动时间后，T38的常闭触点断开，切断制动电磁铁的电源。 在梯形图中，将Q0.0Q0.2的线圈分别与三者中另外两个输出点的常闭触点串联，可以保证Q0.0Q0.2三者中同时只能有一个为ON，这
4、种安全措施称为软件互锁。 通过“按钮联锁”，不按停车按钮就可以改变电机的旋转方向。 限位开关的常闭触点使小车在极限位置停止运行，限位开关的常开触点使小车反向起动。 梯形图中的软件互锁和按钮联锁电路并不保险，电动机切换旋转方向的过程中，可能出现瞬时的电源相间短路。接触器的主触点因电弧熔焊而被粘结，也会造成三相电源短路。为此在PLC的输出回路设置类似于软件互锁的硬件连锁。,4.1.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法 （1）设计方法及步骤 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”，输入位 I 和输出位Q 是这个控制箱与外部世
5、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，以及与它们对应的梯形图中的输入位 I 和输出位Q的地址，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）的地址。 4）根据上述的对应关系画出梯形图。,图4-10 自耦减压起动电路 图4-11 PLC外部接线图,（2）自耦减压起动电路 起动时电动机先用自耦变压器的二次电压起动，然后串入自耦变压器的部分绕组
6、减压起动，最后进入全压运行。按下起动按钮SB1，KM1、KM2、KA、KT1的线圈通电，变压器降压起动。KT1定时时间到，使KM1线圈断电，电动机串入自耦变压器的部分绕组后减压起动。同时KT2的线圈通电。KT2定时时间到，使KM2线圈断电， KM3的线圈通电，电动机全压运行。,图4-12 梯形图,4.1.4 设计中应注意的问题 1设计PLC外部接线图应注意的问题 （1）正确确定PLC的输入信号和输出负载 （2）输入触点类型的选择(常闭触点输入信号的处理) PLC的输入使用了热继电器RJ的常闭触点，未过载时它是闭合的，I0.2为ON，梯形图中I0.2的常开触点闭合。梯形图中应将I0.2的常开触点
7、与Q0.0Q0.2的线圈串联。过载时FR的常闭触点断开，I0.2变为OFF，梯形图中I0.2的常开触点断开，使Q0.0Q0.2的线圈断电，起到了过载保护的作用。 梯形图中I0.2的触点类型与继电器电路中对应的RJ的触点类型相反。 （3）硬件互锁电路 如果在继电器电路中有接触器之间的联锁电路，PLC的输出回路也应采用相同的联锁电路，例如KM1和KM3之间的互锁。 （4）外部负载的额定电压 PLC的输出模块只能驱动额定电压最高AC 220V的负载。 2.梯形图结构的选择 图4-12a几乎是按照图4-10中的二次回路的“原样”转换过来的。,将各线圈的控制电路分离开，使电路的逻辑关系变得更加清晰。为了
8、简化电路，设置了中间存储器位M0.3和M0.4。 3考虑PLC的工作特点 例如梯形图中线圈和输出类指令必须放在同一行电路的最右边。图4-12b中流过右边的Q0.2触点的能流方向可能从右往左流，编译图4-12b中的梯形图时，将会出现“反向的能流”错误。图4-12c上面的网络是控制M0.3和M0.4的等效电路。 4时间继电器瞬动触点的处理 图4-10中的KA的触点与KT1的瞬动触点的功能相同。M0.0的线圈与KT1对应的T37方框并联，用M0.0的触点来模拟KT1的瞬动触点。 5尽量减少PLC的输入信号和输出信号 例如有手动复位功能的热继电器的常闭触点可以放在PLC外部的输出回路。 6梯形图的优化
9、设计 串联电路中单个触点应放在右边，并联电路中单个触点应放在下面。应将单个线圈放在线圈与触点组成的串联电路的上面。,4.2 顺序控制设计法与顺序功能图 4.2.1 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。顺序控制设计法很容易被初学者接受，可以提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。 4.2.2 步与动作 1步的基本概念 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
10、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。 小车开始时停在最左边，限位开关I0.2为ON。按下起动按钮，Q0.0变为ON，小车右行。碰到右限位开关I0.1时，Q0.0变为OFF，Q0.1变为ON，小车改为左行。返回起始位置时，Q0.1变为OFF，小车停止运行，同时Q0.2变为ON，使制动电磁铁线圈通电，定时器T38开始定时。定时时间到，制动电磁铁线圈断电，系统返回初始状态。,根据Q0.0和Q0.2状态的变化，一个工作期间分为3步，分别用M0.1M0.3来代表它们，另外还设置了一个等待起动的初始步M0.0。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
11、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”。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停止执行。 4与步对应的动作或命令 可以用图4-15中的两种画法来表示多个动作。 图4-14中的Q0.1为非存储型动作，在步M0.2为活动步时，Q0.1为ON；步M0.2为不活动步时，Q0.1为OFF。 图4-14中的T38在步M0.3为活动步时定时，T38的IN输入为ON。T38的IN（使能）输入相当于步M0.3的一个非存储型动作，所以将T38放在步M0.3的动作框内。,4.2.3 有向连线与转换条件
12、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。图4-14中的转换条件T37对应于T37延时接通的常开触点。 转换条件I0.0和 分别表示当输入信号I0.0为ON和OFF时转换实现。转换条件I0.0和I0.0分别表示在I0.0的上升沿和下降
13、沿时转换实现。,4.2.4 顺序功能图的基本结构 1单序列没有分支与合并 2选择序列 选择序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平连线之下。 如果步5是活动步，并且转换条件h为ON，则由步5步8。如果步5是活动步，并且k为ON，则由步5步10。 选择序列的结束称为合并，转换符号只允许标在水平连线之上。 如果步9是活动步，并且转换条件 j为ON，则由步9步12。如果步11是活动步，并且n为ON，则由步11步12。,3并行序列 并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。并行序列的开始称为分支，当步3是活动步，并且转换条件e为ON，从步3转换到步4和步6。为了强调转换的同步实现，水平连
14、线用双线表示。 并行序列的结束称为合并，步5和步7都处于活动状态，并且转换条件 i 为ON时，从步5 和步7 转换到步10。,4运输带控制系统的顺序功能图 3条运输带顺序相连，按下起动按钮I0.0，1号运输带开始运行，5s后2号运输带自动起动，再过5s后3号运输带自动起动。按了停止按钮I0.1，先停3号运输带，5s后停2号运输带，再过5s停1号运输带。 根据图4-18中的波形图，将系统的一个工作周期划分为6步。Q0.0在步M0.1M0.5均为ON，为了简化程序，在步M0.1将Q0.0置位（用顺序功能图中的“S Q0.0”来表示这一操作）；在初始步将Q0.0复位为OFF（用“R Q0.0”来表示
15、这一操作）。同样地，在步M0.2将Q0.1置位；在步M0.5将Q0.1复位。 在步M0.1，只起动了1号运输带。按下停止按钮I0.1，系统返回初始步。在步M0.2，已经起动了两条运输带。按下停止按钮，转换到步M0.5，首先使后起动的2号运输带停车，延时5s后再使1号运输带停车。 步M0.2之后有一个选择序列的分支，当它是活动步，并且转换条件I0.1满足，将转换到步M0.5。如果步M0.2为活动步，并且转换条件T38满足，将转换到步M0.3。步M0.5之前有一个选择序列的合并，当步M0.2为活动步，并且转换条件I0.1满足，或者步M0.4为活动步，并且转换条件T39满足，步M0.5都应变为活动步
16、。 此外在步M0.1之后有一个选择序列的分支，在步M0.0之前有一个选择序列的合并。,5液体混合控制系统的顺序功能图 液体混合装置按一定的比例将液体A和液体B混合，计量泵通电后每一个冲程泵出的液体体积是固定的，用计数器C0和C1计冲程的次数，液位传感器未被液体淹没时为ON。 初始状态容器是空的，计量泵和搅拌机未工作，排料阀门关闭，初始步M0.0为活动步。 按下起动按钮I0.0，并行序列中的步M0.1和M0.3同时变为活动步，Q0.0和Q0.1变为ON，使两台计量泵同时运行。 用并行序列来描述两台计量泵的工作情况。计数器对计量泵的冲程计数，计到预设值时，计数器的常开触点闭合，系统将转换到等待步，停止泵入液体，同时计数器被复位。等待步用来同时结束并行序列中的两个子序列。 步M0.2和步M0.4下面的转换条件为“=1”，两台计量泵均运行完C0和C1预置的冲程数时，步M0.2和步M0.4均变为活动步，就会无条件地发生步M0.2和M0.4到步M0.5的转换，步M
