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1、第5章 可编程序控制器的程序设计方法5.1 梯形图的编程规则梯形图的编程规则国际电工委员会（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：功能表图（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，指令表和结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。 5.1 梯形图的编程规则梯形图的编程规则5.1.1 梯形图概述梯
2、形图概述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。梯形图编程中，用到以下四个基本概念：软继电器 软继电器软继电器软继电器软继电器 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
3、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。5.1 梯形图的编程规则梯形图的编程规则5.1.1 梯形图概述梯形图概述 能流能流能流能流如图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，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图。图5-1a中可能有两个方向的能流流过触点5（经过触点1、5、4
4、或经过触点3、5、2），这不符合能流只能从左向右流动的原则，因此应改为如图5-1b所示的梯形图。 5.1 梯形图的编程规则梯形图的编程规则5.1.1 梯形图概述梯形图概述 母线母线母线母线梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Bus 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。 梯形图的逻辑解算梯形图的逻辑解算梯形图的逻辑解算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
5、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入触点的状态来进行的。 5.1 梯形图的编程规则梯形图的编程规则5.1.2 梯形图的编程规则梯形图的编程规则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“
6、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。5.1 梯形图的编程规则梯形图的编程规则5.1.2 梯形图的编程规则梯形图的编程规则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。5.1.2 梯形图的编程规则梯形图的编程规则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，如图5-2a所示。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，如图5-2b所示。这样所编制的程序简洁明了，语句较少。 另外，在设计梯
7、形图时输入继电器的触点状态最好按输入设备全部为常开进行设计更为合适，不易出错。建议用户尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接，如果某些信号只能用常闭输入，可先按输入设备为常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反（常开改成常闭、常闭改成常开）。5.2 典型单元的梯形图程序分析典型单元的梯形图程序分析PLC应用程序往往是一些典型的控制环节和基本单元电路的组合，熟练掌握这些典型环节和基本单元电路，可以使程序的设计变得简单。本节主要介绍一些常见的典型单元梯形图程序。 具有自锁功能的程序具有自锁功能的程序具有自锁功能的程序具有自锁功能的程序 利用自身的常开触点使线圈持续保持通电即“ON”
8、状态的功能称为自锁。如图5-3所示的起动、保持和停止程序（简称起保停程序）就是典型的具有自锁功能的梯形图， X1为起动信号和X2为停止信号。 5.2 典型单元的梯形图程序典型单元的梯形图程序分析5.2.1 具有自锁、互锁功能的程序具有自锁、互锁功能的程序 具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序利用两个或多个常闭触点来保证线圈不会同时通电的功能成为“互锁”。三相异步电动机的正反转控制电路即为典型的互锁电路，如图5-4所示。其中KMl和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。 5.2 典型单元的梯形图程序分析典型单元的梯形图程序分析5.2.1 具有自锁、互
9、锁功能的程序具有自锁、互锁功能的程序 具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序如图5-5所示为采用PLC控制三相异步电动机正反转的外部I/O接线图和梯形图。实现正反转控制功能的梯形图是由两个起保停的梯形图再加上两者之间的互锁触点构成。5.2 典型单元的梯形图程序分析典型单元的梯形图程序分析5.2.1 具有自锁、互锁功能的程序具有自锁、互锁功能的程序 具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序具有互锁功能的程序应该注意的是虽然在梯形图中已经有了软继电器的互锁触点（X1与X0、Y1与Y0），但在I/O接线图的输出电路中还必须使用KM1、KM2的常闭触点进
10、行硬件互锁。因为PLC软继电器互锁只相差一个扫描周期，而外部硬件接触器触点的断开时间往往大于一个扫描周期，来不及响应，且触点的断开时间一般较闭合时间长。例如Y0虽然断开，可能KM1的触点还未断开，在没有外部硬件互锁的情况下，KM2的触点可能接通，引起主电路短路，因此必须采用软硬件双重互锁。采用了双重互锁，同时也避免因接触器KM1或KM2的主触点熔焊引起电动机主电路短路。 保持电路保持电路 当当X000接通一下接通一下，辅助继电器，辅助继电器M500接通接通并保持，并保持，Y000有输出。有输出。停电后再通电停电后再通电，Y000仍有输出，只有仍有输出，只有X001接通，其常闭触点断开，才能使接
11、通，其常闭触点断开，才能使M500自保持清除，使自保持清除，使Y000无输出。无输出。5.2.2 定时器应用程序定时器应用程序-周期可调的脉冲信号发生器周期可调的脉冲信号发生器周期可调的脉冲信号发生器周期可调的脉冲信号发生器如图5-6所示采用定时器T0产生一个周期可调节的连续脉冲。5.2.2 定时器应用程序定时器应用程序 占空比可调的脉冲信号发生器占空比可调的脉冲信号发生器占空比可调的脉冲信号发生器占空比可调的脉冲信号发生器如图5-7所示为采用两个定时器产生连续脉冲信号，脉冲周期为5秒，占空比为3：2（接通时间：断开时间）。1. 闪烁电路 用两个定时器，可以组成一闪烁电路，或称多谐振荡器，如图
12、3-5所示。 振荡电路振荡电路当输入当输入X000X000接通时，输出接通时，输出Y000Y000闪烁，接通与断开交替运行，接通时间为闪烁，接通与断开交替运行，接通时间为1s1s由定时器由定时器T0T0设定，断开时间为设定，断开时间为2s2s由定时器由定时器T1T1设定设定。报警电路报警电路 当当X001X001接通后，接通后，Y000Y000报警灯由闪烁变为常亮，同时报警灯由闪烁变为常亮，同时Y001Y001报警蜂鸣器关闭。报警蜂鸣器关闭。 X002X002接通接通则则Y000Y000接通。定时器接通。定时器T0T0和和T1T1构成振荡电路，每构成振荡电路，每0.5s0.5s断开，断开，0.
13、5s0.5s接通反复。接通反复。顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器如图如图5-8a5-8a所示为用三个定时器产生一组顺序所示为用三个定时器产生一组顺序脉冲的梯形图程序，顺序脉冲波形如图脉冲的梯形图程序，顺序脉冲波形如图5-8b5-8b所示。所示。断电延时动作的程序断电延时动作的程序断电延时动作的程序断电延时动作的程序如图如图5-95-9所示为断开延时程序的梯形图和动所示为断开延时程序的梯形图和动作时序图。作时序图。2. 延时断开电路 用一扳把开关X0及定时器T0，可以组成延时断开电路，如图所示。 延时断开电路延时断开电路 输入输入X000X000ONON时时，Y000=O
14、NY000=ON，并且输出，并且输出Y000Y000的触点自锁保持接通，输的触点自锁保持接通，输入入X000X000OFFOFF后，启动内部定时器后，启动内部定时器T0T0，定时，定时5s5s后，定时器触点闭合，输后，定时器触点闭合，输出出Y000Y000断开断开。 多个定时器组合的延时程序多个定时器组合的延时程序多个定时器组合的延时程序多个定时器组合的延时程序如图5-10所示为定时时间为1h的梯形图及时序图，从X14接通，到Y4输出，其延时时间为1800s+1800s=3600s=1h。5.2.3 计数器应用程序计数器应用程序 应用计数器的延时程序应用计数器的延时程序应用计数器的延时程序应用
15、计数器的延时程序如图5-11所示为采用计数器实现延时的程序，由M8012产生周期为0.1s时钟脉冲信号。5.2.3 计数器应用程序计数器应用程序 定时器与计数器组合的延时程序定时器与计数器组合的延时程序定时器与计数器组合的延时程序定时器与计数器组合的延时程序利用定时器与计数器级联组合可以扩大延时时间，如图5-13所示。 . 长时间延时电路可以用定时器和计数器构成长时间延时电路，如图3-8所示。图中按下X0后，延时4个小时，Y0得电。图中按下X0后，延时4个小时，Y0得电。 计数器级联程序计数器级联程序计数器级联程序计数器级联程序计数器计数值范围的扩展，可以通过多个计数器级联组合的方法来实现。图
16、5-14为两个计数器级联组合扩展的程序5.2.4 其它典型应用程序其它典型应用程序 单脉冲程序单脉冲程序单脉冲程序单脉冲程序单脉冲程序如图5-15所示，从给定信号（X0）的上升沿开始产生一个脉宽一定的脉冲信号（Y1）。 分频程序分频程序分频程序分频程序在许多控制场合，需要对信号进行分频。下面以如图5-16所示的二分频程序为例来说明PLC是如何来实现分频的。 3. 二分频电路 图3-7为由定时器和计数器构成的二分频电路。 图中, 初始脉冲M8002使C0复位清零。接通 X0，则T0、T1 构成脉宽为 1s 的脉冲发生器。C0的设定值K=2，则Y0接通 2 次，Y1 才接通1次，构成二分频电路。如
17、果将 C0 K2 改为 C0 K4，则构成四分频电路。 图3-7分频电路分频电路下图所示为一个下图所示为一个二分频电二分频电路路。待分频的脉冲信号加。待分频的脉冲信号加在输入在输入X000上，在第一上，在第一个脉冲信号到来时，个脉冲信号到来时，M100产生一个扫描周期产生一个扫描周期的单脉冲，使的单脉冲，使M100常开常开触点闭合一个扫描周期。触点闭合一个扫描周期。第一个脉冲到来一个扫描第一个脉冲到来一个扫描周期后，周期后，M100M100断开，断开，Y000Y000接通接通，第二个支路使，第二个支路使Y0Y0保保持接通。持接通。当第二个脉冲到来时，当第二个脉冲到来时，M100M100再产生一
18、个扫描周期的单脉再产生一个扫描周期的单脉冲，使得冲，使得Y000Y000的状态由接通变为断开；的状态由接通变为断开；通过分析可知，通过分析可知，X000X000每送入两个脉冲，每送入两个脉冲，Y000Y000产生一个脉冲，产生一个脉冲，完成对输入完成对输入X000X000信号的二分频。信号的二分频。5. 三相异步电动机Y降压起动电路 图3-9为三相异步电动机Y降压起动电路。Y起动时，KM1、KM3得电；延时后，KM1、KM2得电，为正常运行。电路逻辑如下：KM1图3-9电路逻辑电路逻辑的简化按上式，得梯形图如3-10所示。图3-10(b) 梯形图 将继电接触控制电路改换成PLC控制方式时，注意: 编制PLC程序，不一定是对继电接触控制电路的“直译”，而是按其电路逻辑的变换。因此，编写程序时，要先写出电路逻辑，再进行简化。(a)I/O分配 如果将继电接触电路的常闭按钮（如FR、SB1），在I/O分配图中接成常闭形式（如图3-11a所示），其梯形图就应如图3-11（b）所示 对电路中联锁的器件（如图3-10中的KM2、KM3），不仅要在梯形图中实现电气联锁，而且在I/O连接图中也要实现电气联锁。(a) I/O的分配图3-11(b) 梯形图
