《电气控制与PLC应用 教学课件 ppt 作者 孙康岭 张海鹏 主编 谭毅 副主编第6章 数字量控制系统梯形图程序设计方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气控制与PLC应用 教学课件 ppt 作者 孙康岭 张海鹏 主编 谭毅 副主编第6章 数字量控制系统梯形图程序设计方法（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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。国际电工委员会（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可编程控制器语言标准）详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言：顺序功能图（sequential function chart）、梯形图（Ladder diagram）、功能块图（Function black diagram）、指令表（Instruction list）、结构文本（structured text）。梯形图和功能块图为图形语言，指令
2、表和结构文本为文字语言，顺序功能图是一种结构块控制流程图。 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。,要想编好梯形图程序，必须理解梯形图的基本概念和编程规则。 1梯形图的基本概念 （1）软继电器 PLC梯形图中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
3、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。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。 (2)能流 当触点接通时，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，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图。,6.1 梯形图的基本概念和编程规则,(3)母线 梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Bus
4、 bar)，。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。 (4)梯形图的逻辑运算 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，称为梯形图的逻辑运算。梯形图中逻辑运算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。运算的结果，马上可以被后面的逻辑运算所利用。逻辑运算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据运算瞬时外部输入触点的状态来进行的。 2、梯形图的编程规则 尽管梯形图与继电器电路图在结构形式、元件符号及逻辑控制功能等方面相类似，但它们又有
5、许多不同之处，梯形图具有自己的编程规则。,1）每一逻辑行总是起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于线圈或右母线（右母线可以不画出）。注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间则不能有任何触点。 2）梯形图中的触点可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联而不能串联。 3）触点的使用次数不受限制。 4）一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效；而有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。
6、5）对于不可编程梯形图必须难过等效变换，变成可编程梯形图，例如图5-1所示。 6）有几个串联电路相并联时，应将串联触点多的回路放在上方。在有几个并联电路相串联时，应将并联触点多的回路放在左方。这样所编制的程序简洁明了，语句较少。,6.2 PLC程序的经验设计法,1、PLC程序的经验设计法 在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图程序，即在已有的一些典型梯形图的基础上，根据被控对象对控制的要求，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，不断地增加中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，设计所用的时间、设计的质量与编
7、程者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法称为经验设计法。它可以用于逻辑关系较简单的梯形图程序设计。 用经验设计法设计PLC程序时大致可以按下面几步来进行：分析控制要求、选择控制原则；设计主令元件和检测元件，确定输入输出设备；设计执行元件的控制程序；检查修改和完善程序。 用经验设计法设计的梯形图是按设计者的经验和习惯的思路进行设计。因此，即使是设计者的同行，要分析这种程序也非常困难，更不用说维修人员了，这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。,2、经验设计法的特点 经验设计法对于一些比较简单程序设计是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计，
8、所以对设计人员的要求也就比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验，对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。经验设计法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求，所以设计的结果往往不很规范，因人而异。 经验设计法一般适合于设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序（如手动程序等）。如果用来设计复杂系统梯形图，存在以下问题： 1)考虑不周、设计麻烦、设计周期长 用经验设计法设计复杂系统的梯形图程序时，要用大量的中间元件来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些问题。修改某
9、一局部程序时，很可能会对系统其它部分程序产生意想不到的影响，往往花了很长时间，还得不到一个满意的结果。 2)梯形图的可读性差、系统维护困难 由于经验设计法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，导致梯形图的可读性差、系统维护困难。,6.3 PLC程序的继电器电路转换法,6.3.1 设计方法和步骤 梯形图与继电器电路图极为相似，如果用PLC改造继电器控制系统，根据继电器电路图设计梯形图是一条捷径。这是因为原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已经被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图“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图
10、软件来实现继电器系统的功能。 这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期养成的操作习惯。 在分析PLC控制系统的功能时，可以将它想象成一个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”，梯形图中的输入位(I)和输出位(Q)是这个控制箱与外部世界联系的“输入、输出继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。在分析时可以将梯形图中输入位的触点想象成对应的外部输入器件的触点，将输出位的线圈想象成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还可能受外部触点的控制。,继电器电
11、路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如果用PLC的输出位来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、控制开关、限位开关、光电开关等用来给PLC提供控制命令和反馈信号，它们的触点接在PLC的输入端。继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的存储器位(M)和定时器(T)来完成，它们与PLC的输入位、输出位无关。 1设计方法和步骤 继电器电路图转换为功能相同的PLC的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。 2)确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC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存储器位和定时
12、器的地址。 4)根据上述对应关系,在继电器电路图的基础上改画出梯形图。,2继电器电路转换法的应用 图6-3所示为继电接触式控制线路，图6-4所示为主电路，可实现电机单向点动、自锁混合控制。用PLC进行改造，实现相同的功能。,（1）控制逻辑分析 按下按钮SB3（见图6-5），交流接触器KM线圈有电、常开触点闭合，三相交流电动机运转；松开按钮SB3，交流接触器KM线圈没电、常开触点断开，三相交流电动机停止。按下按钮SB2，中间继电器KA线圈有电、常开触点闭合并保持自锁，KM线圈保持有电；松开按钮SB2，由于KA自锁，常开触点一直闭合，KM线圈保持有电不变，电动机一直保持运转。按下按钮SB1，KM线
13、圈没电、常开触点断开，三相交流电动机停止。,（4）确定中间继电器、时间继电器的替代者 继电器电路图的中间继电器KA用PLC中的存储器位M0.0来代替。 （5）梯形图 将继电器电路图“翻译”成梯形图（见图6-7）。,6.3.2 设计注意事项,根据继电器电路图设计PLC外部接线图和梯形图时应注 意以下问题： （1）设计PLC外部接线图应注意的问题 正确确定PLC的输入信号和输出负载。输入触点类型的选择。硬件互锁电路 (2)梯形图结构的选择 (3)应考虑PLC的工作特点 继电器电路可以并行工作，而PLC的CPU是串行工作，即CPU同时只能处理1条指令，而且PLC在处理指令时有先后次序。 (4)时间继
14、电器瞬动触点的处理 (5)尽量减少PLC的输入信号和输出信号 (6)梯形图的优化设计 ( 7)外部负载的额定电压 PLC的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块只能驱动额定电压AC220V的负载，如原有的交流接触器线圈电压为380V，应将线圈换成220V的，或设置外部中间继电器。,6.4 PLC程序的顺序控制设计法与顺序功能图 如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行，这种系统叫做顺序控制系统，也称为步进控制系统。 顺序控制设计法是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提
15、高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。 PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的顺序功能图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。,6.4.1顺序控制设计法的设计步骤 顺控设计法的设计步骤分为步的划分、转换条件的确定、顺序功能图的绘制、梯形图的编制4步。具体就是用转换条件控制代表各步的编程元件（位存储器M），让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步编程元件（位存储器M）去控制PLC的输出位。,2、转换条件的确定 使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限
16、位开关的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等，转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。 3、顺序功能图的绘制 根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出顺序功能图。绘制顺序功能图是顺序控制设计法中最为关键的一步。 顺序功能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。顺序功能图不涉及所描述控制功能的具体技术，是一种通用的技术语言，可用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。 各个PLC厂家都开发了相应的顺序功能图，各国家也都制定了国家标准。我国1986年颁布了顺序功能图国家标准（GB6988.6-86）。 4、梯形图的编制 根据顺序功能图，按某种编程方式写出梯形图程序。如果PLC支持顺序功能图语言，则可直接使用该顺序功能图作为最终程序。,4、绘制顺序功能图应注意的问题 两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。 两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。 顺序功能图中初始步是必不可少的。 只有当某一步所有的前级步都是活动步时，该
