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1、第二节第二节第二节第二节 PLCPLCPLCPLC的硬件设置的硬件设置的硬件设置的硬件设置第三节第三节第三节第三节 PLCPLCPLCPLC的软件设计的软件设计的软件设计的软件设计第四节第四节第四节第四节 PLCPLCPLCPLC在机械手臂控制中的应用在机械手臂控制中的应用在机械手臂控制中的应用在机械手臂控制中的应用第九章 可编程控制器的应用第一节第一节第一节第一节 PLCPLCPLCPLC控制系统设计的内容与步骤控制系统设计的内容与步骤控制系统设计的内容与步骤控制系统设计的内容与步骤 本章小结本章小结本章小结本章小结一、一、PLCPLC控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则1 1满足被
2、控对象的控制要求满足被控对象的控制要求 考虑将来发展的需要，考虑将来发展的需要， PLCPLC选用功能较强的新产品，选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。并留有适当的余量。2 2系统安全、可靠系统安全、可靠3 3尽可能简单、经济、使用与维修方便尽可能简单、经济、使用与维修方便4 4具有高的性能价格比。具有高的性能价格比。第一节第一节 PLCPLC控制系统设计的内容与步骤控制系统设计的内容与步骤二、二、PLCPLC控制系统设计步骤控制系统设计步骤 1 1分析被控对象，提出控制要求。分析被控对象，提出控制要求。2. 2. 确定输入、输出设备。确定输入、输出设备。3 3确定确定PLCPLC的的I/
3、OI/O点数，选择点数，选择PLCPLC机型。机型。4 4分配分配I/OI/O点数，绘制点数，绘制PLCPLC控制系统输入、输出端子接线图。控制系统输入、输出端子接线图。 5 5程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。 1 1）初始化程序；）初始化程序；2 2）控制程序；）控制程序；3 3）检测、故障诊断和显）检测、故障诊断和显示等程序；示等程序；4 4）保护和联锁程序。）保护和联锁程序。6 6程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。行局部、分段调试，再进行整
4、体、系统调试。7 7调试过程结束，整理技术资料，投入使用。调试过程结束，整理技术资料，投入使用。第一节第一节 PLCPLC控制系统设计的内容与步骤控制系统设计的内容与步骤PLC系统分析的基本内容系统分析的基本内容 图图4-14-1采用可编程序控制器的系统结构图采用可编程序控制器的系统结构图 PLC系统分析的基本内容有：系统分析的基本内容有： v了解和掌握了解和掌握PLC控制系统的控制对象的工作过程、控制系统的控制对象的工作过程、 工艺要求工艺要求 v掌握掌握PLC控制系统的电气、液压或气动系统的组成，分析电气、控制系统的电气、液压或气动系统的组成，分析电气、液压或气动系统的控制原理。要了解各个
5、控制指令、检测信号和液压或气动系统的控制原理。要了解各个控制指令、检测信号和控制输出信号的作用和相互关系，了解它们与控制输出信号的作用和相互关系，了解它们与PLC的端口连接关的端口连接关系。系。 v控制软件的分析。控制软件的分析。PLC控制系统分析的核心是其控制软件的分析。控制系统分析的核心是其控制软件的分析。应用程序一般是可以从应用程序一般是可以从PLC中输出来的，可以在系统分析时加以中输出来的，可以在系统分析时加以利用。对于用不同编程语言编制的程序，应采取不同的分析方法。利用。对于用不同编程语言编制的程序，应采取不同的分析方法。可编程序控制器系统分析的常用方法：可编程序控制器系统分析的常用
6、方法： v文字叙述法文字叙述法 ： 用自然语言平铺直叙地依次说明各编程元件的行为用自然语言平铺直叙地依次说明各编程元件的行为和状态，是普遍采用的方法。和状态，是普遍采用的方法。 v图形分析法图形分析法 ： 梯形图程序中的编程元件，绝大部分只存在于两种梯形图程序中的编程元件，绝大部分只存在于两种状态：对于逻辑运算值或为状态：对于逻辑运算值或为“1”或为或为“0”，对于接点或接通或，对于接点或接通或断开，可用简单的线条或符号（图）来标明它们的状态断开，可用简单的线条或符号（图）来标明它们的状态 v逻辑函数法：逻辑函数法： 由于梯形图程序中编程元件只存在于两种状态之中，由于梯形图程序中编程元件只存在
7、于两种状态之中，故可以利用逻辑代数来描述其控制规律，即故可以利用逻辑代数来描述其控制规律，即PLC的程序与逻辑函的程序与逻辑函数式建立了对应关系。数式建立了对应关系。 PLCPLC控制系统设计步骤流程图控制系统设计步骤流程图v PLCPLC机型的选择机型的选择v I/OI/O点的数量和种类点的数量和种类v CPUCPU的速度的速度v 内存容量内存容量v 编程器编程器v 打印机打印机v I/OI/O模块模块v 通讯接口模块通讯接口模块v 通讯传输电缆通讯传输电缆第二节第二节 PLCPLC的的硬件设置硬件设置一、一、PLC机型选择机型选择结构形式结构形式 整体式整体式 模块式模块式安装方式安装方式
8、 集中式集中式 远程远程IO式式 分布式分布式功能要求功能要求响应速度响应速度系统可靠性系统可靠性输入器件：指连接到输入器件：指连接到PLC输入接线端子用于产生输入输入接线端子用于产生输入 信号的器件信号的器件。分类分类 主令器件主令器件 检测器件检测器件 有源触点输入器件有源触点输入器件 无源触点输入器件无源触点输入器件输入信号输入信号 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 开关信号开关信号二、二、PLCI/O端口选择端口选择按钮、选择开关、数字开关按钮、选择开关、数字开关行程开关、接近开关、光电开关、继行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器辅助触点电器触点，接触器辅助触点行程开关、
9、接近开关、光电行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器开关、继电器触点，接触器辅助触点辅助触点行程开关、接近开关、光电行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器开关、继电器触点，接触器辅助触点辅助触点压力传感器、温度传感器压力传感器、温度传感器数字开关数字开关按钮、转换开关、形成开关、按钮、转换开关、形成开关、触点触点输出器件：指连接到输出器件：指连接到PLC输出接线端子用于执行程序输出接线端子用于执行程序 运行结果的器件。运行结果的器件。分类：分类： 驱动负载驱动负载 显示负载显示负载 输出端口：输出端口： 继电器输出继电器输出 晶体管输出晶体管输出 晶闸管输出晶闸管输出接触器
10、、继电器、电磁阀接触器、继电器、电磁阀二、二、PLCI/O端口选择端口选择指示灯、数字显示装置、电指示灯、数字显示装置、电铃、蜂鸣器铃、蜂鸣器交直流负载交直流负载直流负载直流负载交流负载交流负载I/O点数的确定点数的确定 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。 确定依据：将与确定依据：将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所相连的全部输入、输出器件根据所需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展的需要再相应增加的需要再相应增加 1015的余量的余量二、二、PLC I/O端口选择端口选择 CPUCP
11、U的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般的般的PLCPLC机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，则需考虑扫描速度，必须选择合适则需考虑扫描速度，必须选择合适CPUCPU种类的种类的PLCPLC机型。机型。三、三、CPU的速度的速度远程远程I/OI/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远 离控制站离控制站高高速速计计数数器器模模块块：当当PLCPLC内内部部的的高高速速
12、计计数数器器的的最最高高计计数数频率不能满足要求时，可选择使用频率不能满足要求时，可选择使用定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位通通信信联联网网模模块块：PLCPLC与与PLCPLC之之间间，或或PLCPLC与与计计算算机机之之间间的的通通 信与联网信与联网模模拟拟输输入入模模块块、输输出出模模块块：把把流流量量、速速度度、压压力力、风风力力、张张力力等等变变换换成成数数字字量量，及及把把数数字字量量变变换换成成模模拟拟量量，进进行行输入、输出。输入、输出。 四、四、PLC模块的选择模块的选择 PLCPLC的外围设备主要是人的外围设备主要是人
13、机对话装置，用于机对话装置，用于PLCPLC的的编程和监控。通过人编程和监控。通过人机对话装置可以进行编程、调试机对话装置可以进行编程、调试及显示图形报表、文件复制、报警等。及显示图形报表、文件复制、报警等。PLCPLC外围外围设外围外围设备有编程器、打印机、备有编程器、打印机、EPROMEPROM写入器、显示器等。写入器、显示器等。五、五、PLC外围设备外围设备 我国优先选择我国优先选择220V220V的交流电源电压，特殊情况可选的交流电源电压，特殊情况可选择择24V24V直流电源供电。直流电源供电。 输输入入信信号号电电源源，一一般般利利用用PLCPLC内内部部提提供供的的直直流流24V2
14、4V电电源源。对对于于带带有有有有源源器器件件的的接接近近开开关关可可外外接接220V220V交交流流电电源源，提高稳定避免干扰。提高稳定避免干扰。 选用直流选用直流I/OI/O模块时，需要外设直流电源。模块时，需要外设直流电源。六、电源电压的选择六、电源电压的选择 PLCPLC的软件设计指的软件设计指PLCPLC控制系统中用户程序的设计。控制系统中用户程序的设计。第三节第三节 PLCPLC的的软件设计软件设计设计内容设计内容控制流程图控制流程图梯形图梯形图状态转移图状态转移图指令表指令表设计方法设计方法翻译法翻译法状态转移图法（状态转移图法（SFC)逻辑设计法逻辑设计法经验设计法经验设计法
15、用用PLCPLC中软元件，代替原继电器中软元件，代替原继电器接触器控制线路图接触器控制线路图中的元器件，直接翻译成梯形图的方法。主要用于对中的元器件，直接翻译成梯形图的方法。主要用于对旧设备、旧控制系统的技术改造。旧设备、旧控制系统的技术改造。 设计举例设计举例 正反转正反转 时间控制时间控制 卧式镗床的卧式镗床的PLCPLC改造改造 第三节第三节 PLCPLC的的软件设计软件设计一、翻译法一、翻译法 第三节第三节 PLCPLC的的软件设计软件设计设计方法与步骤设计方法与步骤 v 分析原有系统的工作原理分析原有系统的工作原理 vPLCPLC的的I/OI/O分配分配 ：确定系统的输入设备和输出设
16、备，进行：确定系统的输入设备和输出设备，进行PLCPLC的的 I/OI/O分配，画出分配，画出PLCPLC外部接线图外部接线图 v建立其他元器件的对应关系：确定继电器电路图中的中间继电器、建立其他元器件的对应关系：确定继电器电路图中的中间继电器、时间继电器等各器件与时间继电器等各器件与PLCPLC中的辅助继电器和定时器的对应关系。中的辅助继电器和定时器的对应关系。一、翻译法一、翻译法SBSB1SB2KM1KM2KM2KM1KM2KM1COMX0X1X2Y1Y2COM一、翻译法一、翻译法SBSB1SB2KM1KM2X1X0X0X2Y2Y1Y2Y2Y1Y1 正反转正反转SB1SB2COMX1X2Y
17、1Y2KM1KM2COMKTSB2SB1KM1KTKM1KM2X1X0KTY1Y2Y1T0K30 定时器定时器卧式镗床的卧式镗床的PLC改造说明改造说明 镗床的主轴电机M1是双速异步电动机；继电器KM1和KM2控制主轴电机的正反转；接触器KM4、KM5和时间继电器KT控制主轴电机的变速；接触器KM3用来短接串联在定子回路的制动电阻。SQ1、SQ2和SQ3、SQ4是变速操纵盘上的限位开关；SQ5和SQ6是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关；SQ7和SQ8是镗头架和工作台的正、反向快速移动开关。SQ：高速接通。卧式镗床的卧式镗床的PLC改造的改造的I/O接线图接线图卧式镗床的卧式镗床的PLC改造的梯
18、形图改造的梯形图在在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，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具图，即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。有时需要多次反复地调试和体要求，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辅助触点，最后才能得修改梯形图，不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得到一个较为满意的结果。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，具有很大的试探性和随意性，这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有
19、很大的试探性和随意性，最后的结果不是惟一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者最后的结果不是惟一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，它可以用于较简单的梯形图的设计它可以用于较简单的梯形图的设计 设计举例设计举例 第三节第三节 PLCPLC的的软件设计软件设计二、二、梯形图的经验设计法梯形图的经验设计法 如如图图所所示示：刀刀架架开开始始时时在在限限位位开开关关X4处处，按按下下起起动动按按钮钮X0，刀刀架架左左行行，开开始始钻钻削削加加工工，到到达达限限位位开开关关X3所所在在
20、位位置置时时停停止止进进给给，钻钻头头继继续续转转动动，进进行行无无进进给给切切削削，6s后后定定时时器器T0的的定定时时时时间间到到，刀刀架自动返回起始位置。架自动返回起始位置。举例：举例：钻床刀架运动控制系统的梯形图程序设计钻床刀架运动控制系统的梯形图程序设计 以以电电动动机机正正反反转转控控制制的的梯梯形形图图为为基基础础，设设计计出出钻钻床床刀刀架架运运动动控控制制的的梯梯形形图图如如图图所所示示。为为使使刀刀架架自自动动停停止止在在Y0和和Y1前前串串联联X3和和X4的的常常闭闭触触点点，为为使使刀刀架架在在延延时时时时间间到到自自动动返返回回在在X1的的常常开开触触点点上上并并联联
21、T0的的常常开开触触点点。X0是是进进给给起起动动，X1是是返返回回起起动动按钮，按钮，X2是停止按钮，是停止按钮，X10是过载保护。是过载保护。程序设计思路：程序设计思路：刀架开始时在限位开关刀架开始时在限位开关X4X4处，按下起处，按下起动按钮动按钮X0X0，Y0Y0的线圈的线圈“得电得电”，刀架，刀架开始左行，碰到左限位开关时，开始左行，碰到左限位开关时，X3X3的的常闭触点断开，使常闭触点断开，使Y0“Y0“断电断电”，刀架，刀架停止左行。停止左行。X3X3的常开触点闭合，使的常开触点闭合，使T0T0的线圈的线圈“得电得电”，开始进行无进给切，开始进行无进给切削延时。削延时。6s6s后
22、，后，T0T0的常开触点闭合，的常开触点闭合，使使Y1Y1的线圈的线圈“得电得电”，刀架返回。刀，刀架返回。刀架离开左限位开关，架离开左限位开关，X3X3的常开触点断的常开触点断开，使开，使T0T0的线圈的线圈“断电断电”。当刀架碰。当刀架碰到右限位开关，到右限位开关，X4X4的常闭触点断开，的常闭触点断开，使得使得Y1Y1线圈线圈“断电断电”，刀架停止在右，刀架停止在右限位开关限位开关X4X4处。处。 针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。在程序设计时，首先将系统的工作过程分解成若干个在程序设计时，首先将系统的工作过程分解成若干个连续的阶段，每一
23、阶段称为连续的阶段，每一阶段称为“工步工步”或或“状态状态”，以，以工步（或状态）为单元，从工作过程开始，一步接着工步（或状态）为单元，从工作过程开始，一步接着一步，一直到工作过程的最后一步结束。一步，一直到工作过程的最后一步结束。 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺所谓顺序控制，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。顺序控制设计法又称步进控制设计法。进行操作。顺序控制设计法又称步进控制设计法。 三、状态
24、转移图（三、状态转移图（SFC）设计法）设计法 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，这些阶段称步（干个顺序相连的阶段，这些阶段称步（StepStep），并且用编程元件），并且用编程元件（例如辅助继电器（例如辅助继电器M M和状态器和状态器S S）来代表各步。如图）来代表各步。如图 （a)a)（1）、步的划分）、步的划分 使使系系统统由由当当前前步步进进入入下下一一步步的的信信号号称称为为转转换换条条件件，转转换换条条件件可可能能是是外外部部输输入入信信号号，如如按按钮钮、指指令令开开关关、限限位位开
25、开关关的的接接通通断断开开等等，也也可可能能是是可可编编程程序序控控制制器器内内部部产产生生的的信信号号如如定定时时器器、计计数数器器常常开开触触点点的的接接通通等等，转转换换条条件件也也可可能能是是若若干干个个信信号号的的与与、或或、非非逻逻辑辑组组合合。如如图图 (b)中中的的SB、SQ1、SQ2、SQ3均为转换条件。均为转换条件。（2）、转换条件的确定）、转换条件的确定 （3）绘制状态转移图与梯形图）绘制状态转移图与梯形图S20M8002X0Y1S21X1Y2S22X2Y3S23X3Y4X4S0S0S0X0X0SET S20SET S0M8002M8002Y1S20S20X1X1SET
26、S21Y2S21S21X2X2SET S22Y3S22S22X3X3SET S22Y4S23S23X4X4S0RETENDLD M8002 SET S0 SEL S0LD X0SET S20 经验设计法实际上是试图用输入信号经验设计法实际上是试图用输入信号X直接控制输出信号直接控制输出信号Y，如图所示。如果无法，如图所示。如果无法直接控制或为了解决记亿、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件直接控制或为了解决记亿、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点和辅助触点。 顺序控制设计法则是用输入量顺序控制设计法则是用输入量X控制代表各步的编程元件（如辅助继电器控制代表各步的编程
27、元件（如辅助继电器M），），再用它们控制输出量再用它们控制输出量Y。 （4）、顺序控制设计法的本质）、顺序控制设计法的本质 顺序功能图顺序功能图(SFC)又叫状态转移图做或功能表图，它是描述控制系统的控制过程、又叫状态转移图做或功能表图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具。功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具。 顺序功能图一般形式主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成，顺序功能图一般形式主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成，如图所示。如图所示。四、四、顺序功能图的绘制
28、顺序功能图的绘制 步。在状态转移图中用矩形框表示步，方框内是该步的编号。初始步。与系统的初始状态相对应的步称为初始步。初始状态一般是系统等待启动命令时的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个状态转移图至少应该有一个初始步。 动作。将动作或命令简称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。 （1）步与动作 四、四、顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制 （2）有向连线、转换与转换条件 有向连线。在状态转移图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步 的活动状态的顺序进展，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。 转换。转换是用有向连线上有连线垂直的短划线来表示，转
29、换将相邻两步分隔开。 转换条件是与转换相关的逻辑条件。如图所示，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。 四、四、顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制 （3）转换实现的基本原则 在状态转移图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：A.该转换所有的前级步都是活动步。B.相应的转换条件得到满足。 转换的实现应完成两个操作：A.使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步。B.使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步。 顺序功能图的特点：掌握顺序功能图的特点，可以帮助我们正确地画出系统的顺序功能图。两个步绝
30、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，必须必须用一个步将它们隔开。四、四、顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制 （4）举例 某组合机床液压动力头进给运动示意图所示，其工作过程分为原位、快进、工进、快退四步，相应的转换条件为SB、SQ1、SQ2、SQ3。液压滑台系统各液压元件动作情况如表所示。 四、四、顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制 （4）举例 如果PLC已经确定，可直接用编程元件M200-M203(FX系列)来代表这四步，设输入/输出设备与PLC的I/O点对应关系如表所示，则可直接画出顺序功能图接线图。图中，M8002为FX系列PLC产生初始化脉冲的特殊辅助继电器。五
31、、五、顺序控制梯形图的编程方式顺序控制梯形图的编程方式 （1）使用起保停电路的编程方式 如图如图(a)所示，假设所示，假设M(i-1),Mi和和M(i+1)是顺序功能图中顺序相连的是顺序功能图中顺序相连的3步，步，Xi是步是步Mi之前的转换条件。图之前的转换条件。图(b)中的起保停电路也可以用图中的起保停电路也可以用图 (c)中的电路代替。中的电路代替。五、五、顺序控制梯形图的编程方式顺序控制梯形图的编程方式 （2）使用起保停电路的编程方式举例 设步设步M202Mi，由顺序功能，由顺序功能图可知，图可知，M(i-1)=M201，XiX3，M(i+1)=M203，因此将，因此将M203和和X3的
32、常开触点串联作的常开触点串联作为为M200的起动电路。可编程的起动电路。可编程序控制器开始运行时应将序控制器开始运行时应将M200置为置为“1状态，否则状态，否则系统无法工作，故将系统无法工作，故将M8002的常开触点与起动电路并联，的常开触点与起动电路并联，起动电路还并联了起动电路还并联了M200的自的自保持触点。后续步保持触点。后续步M201的常的常闭触点与闭触点与M200的线圈串联，的线圈串联，M201为为“1”状态时状态时M200的的线圈断电。线圈断电。五、五、顺序控制梯形图的编程方式顺序控制梯形图的编程方式 （3）以转换为中心的编程方式 图中图中Xi对应的转换要同时满足两个条件：即该
33、转换的前级步是活动步对应的转换要同时满足两个条件：即该转换的前级步是活动步M(i-1)=和转换条件满和转换条件满足足(Xi=1)。在梯形图中，可以用。在梯形图中，可以用M(i-1)和和Xi的常开触点组成的串联电路来表示上述条件。该的常开触点组成的串联电路来表示上述条件。该电路接通时，两个条件同时满足，此时应完成两个操作，即将该转换的续步变为活动步电路接通时，两个条件同时满足，此时应完成两个操作，即将该转换的续步变为活动步(用用SET Mi指令来将指令来将Mi置位置位)和将该转换的前级步变为不活动步（用和将该转换的前级步变为不活动步（用RST M(i-1)指令复位指令复位M(i-1)。五、五、顺
34、序控制梯形图的编程方式顺序控制梯形图的编程方式 （4）以转换为中心的编程方式举例 图中的两条运输带用来传送钢板之类的长物体，要求尽可能地减少传送带的运行时间。在传送带端部设图中的两条运输带用来传送钢板之类的长物体，要求尽可能地减少传送带的运行时间。在传送带端部设置了两个光电开关置了两个光电开关X0和和X1，运输带，运输带1，2的电机分别由的电机分别由Y1和和Y0驱动，驱动，M8002使系统进入初始步使系统进入初始步M0，按，按下起动按钮下起动按钮X2，系统进入步，系统进入步M1，1号运输带开始运行，被传送物体的前沿使号运输带开始运行，被传送物体的前沿使X0变为变为“1”状态时，系统状态时，系统
35、进入步进入步M2，两条运输带同时运行。被传送物体的后沿离开，两条运输带同时运行。被传送物体的后沿离开X0时，系统进入步时，系统进入步M3，1号运输带停止运行，号运输带停止运行，物体的后沿离开物体的后沿离开X1时，系统进入步时，系统进入步M0，2号运输送带也停止运行原统返回初始步。号运输送带也停止运行原统返回初始步。五、五、顺序控制梯形图的编程方式顺序控制梯形图的编程方式 （5）使用步进梯形图指令的编程方式 FX2N系列系列PLC的状态器的状态器S0S9用于初始步，用于初始步，S10S19用于返回原点，用于返回原点，S20S499用于用于通用状态，通用状态，S500S899用于断电保持功能，用于
36、断电保持功能，S900S999用于报警。使用用于报警。使用STL指令的状指令的状态器的常开触点称为态器的常开触点称为STL触点，它们在梯形图中的元件符号如图所示。从图中可以看触点，它们在梯形图中的元件符号如图所示。从图中可以看出状态转移图之间的对应关系，出状态转移图之间的对应关系，STL触点驱动的电路块具有三个功能：触点驱动的电路块具有三个功能： 对负载的驱动处理、对负载的驱动处理、指定转换条件指定转换条件指定转换目标。指定转换目标。 STL STL触点是与左侧母线相连的常开触点，当某一步为活动步时，对应的触点是与左侧母线相连的常开触点，当某一步为活动步时，对应的STLSTL触点触点接通，该步
37、的负载被驱动。当该步后面的转换条件满足时，转换实现，即后续步对接通，该步的负载被驱动。当该步后面的转换条件满足时，转换实现，即后续步对应的状态器被应的状态器被SETSET指令置位，后续步变为活动步，同样与前级步对应的状态器被系指令置位，后续步变为活动步，同样与前级步对应的状态器被系统程序自动复位，前级步对应的统程序自动复位，前级步对应的STLSTL触点断开。触点断开。 五、五、顺序控制梯形图的编程方式顺序控制梯形图的编程方式 （6）使用步进梯形图指令的编程方式举例 图所示小车一个周期内的运动路图所示小车一个周期内的运动路线由四段组成，它们分别对应于线由四段组成，它们分别对应于S31S34所代表
38、的四步，所代表的四步，S0代表代表初始步。假设小车位于原点（最初始步。假设小车位于原点（最左端），系统处于初始步，左端），系统处于初始步，S0为为“1”状态。按下启动按钮状态。按下启动按钮X4，系统由初始步系统由初始步S0转换到步转换到步S31。S31的的STL触点接通，触点接通，Y0的线圈的线圈“通电通电”，小车右行，行至最右，小车右行，行至最右端时，限位开关端时，限位开关X3接通，使接通，使S32置位，置位，S31被系统程序自动置为被系统程序自动置为“0”状态，小车变为左行。小车状态，小车变为左行。小车这样一步一步地顺序工作下去，这样一步一步地顺序工作下去，最后返回始点，并停留在初始步。最
39、后返回始点，并停留在初始步。 五、五、顺序控制梯形图的编程方式顺序控制梯形图的编程方式 （5）梯形图对应的指令表程序如下表所示。五、五、顺序控制梯形图的编程方式顺序控制梯形图的编程方式 （6）仿STL指令的编程方式 使使用用STL指指令令的的编编程程方方式式很很容容易易掌掌握握，编编制制出出的的程程序序也也较较短短，因因此此很很受受梯梯形形图图设设计计人人员员的的欢欢迎迎。对对于于没没有有STL指指令令的的PLC，也也可可以以仿仿照照STL指指令令的的设设计计思思路路来来设设计计顺顺序序控控制制梯梯形形图图，这这就就是是下下面面要要介介绍绍的仿的仿STL指令的编程方法指令的编程方法。 图所示为
40、某加热炉送料系统的顺序功图所示为某加热炉送料系统的顺序功能图与梯形图。除初始步外，各步的能图与梯形图。除初始步外，各步的动作分别为开炉门、推料、推料机返动作分别为开炉门、推料、推料机返回和关炉门，分别用回和关炉门，分别用Y0、Y1、Y2、Y3驱动动作。驱动动作。X0是启动按钮，是启动按钮，X1X4分别是动作结束的限位开关。与左分别是动作结束的限位开关。与左侧母线相连的侧母线相连的M200M204的触点的的触点的作用与作用与STL触点的作用相似，其右边触点的作用相似，其右边电路块的作用为驱动负载、指定转换电路块的作用为驱动负载、指定转换条件和转换目标，以及使前级步的辅条件和转换目标，以及使前级步
41、的辅助继电器电器复位。助继电器电器复位。 以布尔逻辑代数为理论基础，以逻辑变量以布尔逻辑代数为理论基础，以逻辑变量“0”0”或或“1”1”作为研究对象，以作为研究对象，以“与与”、“或或”、“非非”三三种基本逻辑运算为分析依据，对电气控制线路进行逻种基本逻辑运算为分析依据，对电气控制线路进行逻辑运算，把触点的辑运算，把触点的“通、断通、断”状态用逻辑变量状态用逻辑变量“0”0”或或“1”1”来表示。来表示。 设计举例设计举例 “与与”逻辑关系逻辑关系 “或或”逻辑关系逻辑关系 “与、或、非与、或、非”逻辑关系逻辑关系六、逻辑设计法六、逻辑设计法L(Y1) X0 X1 X2 M1L(Y2) X0
42、 +X1+M2 +Y2X0X1M1X2Y1X0Y2X1M2Y2L(Y3)( X0 +X1)X2 Y2 +M10X0Y3X1Y2M10X2“与与”“或或”“与、或、非与、或、非” 传统的自动控制系统由继电器传统的自动控制系统由继电器接触器控制组成，存接触器控制组成，存在故障多、可靠性差、工作寿命短、不易检修等缺点。在故障多、可靠性差、工作寿命短、不易检修等缺点。随着随着PLC的普及和完善，以及的普及和完善，以及PLC本身所具有的高可靠本身所具有的高可靠性、易编程修改的特点，在自动控制系统中应用取得了性、易编程修改的特点，在自动控制系统中应用取得了良好的效果。良好的效果。如：如：MPS主生产计划主
43、生产计划(master production schedule）模块）模块化自动生产加工系统化自动生产加工系统 智能群控电梯控制系统智能群控电梯控制系统第四节第四节 PLCPLC在工业机械手臂中的应用在工业机械手臂中的应用MPSMPS生生产产加加工工系系统统智智能能群群控控电电梯梯【应用范例1】机械手臂控制1工件的补充使用人工控制，可直接将工件放在工件的补充使用人工控制，可直接将工件放在D D点点（LS0LS0动作）。动作）。控制说明：只要只要D D点有工件，机械手臂即先下降（点有工件，机械手臂即先下降（B B缸缸动作）将工件抓取（动作）将工件抓取（C C缸缸 动作）后上升（动作）后上升（B
44、B缸缸复位），再将工件搬运（复位），再将工件搬运（A A缸缸动作）到动作）到E E点上点上 方，机械手臂再次下降（方，机械手臂再次下降（B B缸缸动作）后放开（动作）后放开（C C缸缸复位）工件，机复位）工件，机 械手臂上升（械手臂上升（B B缸缸复位），最后机械手臂再回到原点（复位），最后机械手臂再回到原点（A A缸缸复位）。复位）。C C缸在抓取或放开工件后，都需有缸在抓取或放开工件后，都需有1 1秒秒的间隔，机械手臂才能动作。的间隔，机械手臂才能动作。控制说明：A,B,CA,B,C缸均为缸均为单作用气缸单作用气缸，使用电磁控制。，使用电磁控制。当当E E点有工件且点有工件且B B缸已上升
45、到缸已上升到LS4LS4时，传送带马达转动以运走工件，时，传送带马达转动以运走工件， 经经2 2秒后传送带马达自动停止。工件若未完全运走（计时未到）秒后传送带马达自动停止。工件若未完全运走（计时未到） 时，则应等待传送带马达停止后才能将工件移走。时，则应等待传送带马达停止后才能将工件移走。控制说明：LS0LS0DD点有无工件侦测用限制开关点有无工件侦测用限制开关 LS5LS5EE点有无工件侦测用限制开关点有无工件侦测用限制开关 LS1LS1AA缸前行限制开关（左极限）缸前行限制开关（左极限） LS2LS2AA缸退回限制开关（右极限）缸退回限制开关（右极限） LS3LS3BB缸下降限制开关（下极
46、限）缸下降限制开关（下极限）LS4LS4BB缸上升限制开关（上极限）缸上升限制开关（上极限）功能分析：原点复位：选定以原点复位：选定以A A缸退回至右极限位置（缸退回至右极限位置（LS2 ONLS2 ON）、）、B B缸缸 上升至上极限位置（上升至上极限位置（LS4 ONLS4 ON）及）及C C缸缸松开为机械手臂的原点。松开为机械手臂的原点。 执行一个动作之后，应做原点复位的侦测（因为执行一个动作之后，应做原点复位的侦测（因为A A、B B、C C缸缸 均为单作用气缸，所以会自动退回原点）。均为单作用气缸，所以会自动退回原点）。工件搬运流程：依题意其动作为一循环式单一顺序流程。工件搬运流程：
47、依题意其动作为一循环式单一顺序流程。传送带流程：在侦测到传送带流程：在侦测到E E点有工件且点有工件且B B缸缸在上极限位置时，在上极限位置时， 应驱动传送带转动。应驱动传送带转动。上述两个流程可以同时进行，因此使用并进分支流程来完上述两个流程可以同时进行，因此使用并进分支流程来完 成组合。成组合。元件分配： D D点点工件传感器工件传感器LS0LS0，使用输入继电器，使用输入继电器X0X0X0X0A A缸缸左限位传感器左限位传感器LS1LS1，使用输入继电器，使用输入继电器X1X1X1X1A A缸缸右限位传感器右限位传感器LS2LS2，使用输入继电器，使用输入继电器X2X2X2X2B B缸缸
48、下限位传感器下限位传感器LS3LS3，使用输入继电器，使用输入继电器X3X3X3X3B B缸缸上限位传感器上限位传感器LS4LS4，使用输入继电器，使用输入继电器X4X4X4X4E E点点工件传感器工件传感器LS5LS5，使用输入继电器，使用输入继电器X5X5X5X5A A缸缸驱动，使用输出继驱动，使用输出继电器电器Y0Y0Y0Y0B B缸缸驱动，使用输出继驱动，使用输出继电器电器Y1Y1Y1Y1C C缸缸驱动，使用输出继驱动，使用输出继电器电器Y2Y2Y2Y2传送带传送带驱动，使用输驱动，使用输出继电器出继电器Y3Y3Y3Y3绘绘制状态流程图b.工件搬运流程工件搬运流程B缸缸下移下移（Y1
49、ON）C缸缸夹取工件并延时夹取工件并延时（Y2 ON）B缸缸上升上升（Y1 OFF）A缸缸前进前进（Y0 ON）工件尚未工件尚未完全搬运完全搬运B缸缸下移下移（Y1 ON）C缸缸松开工件并延时松开工件并延时（Y2 OFF）B缸缸上升上升（Y1 OFF）A缸缸后退后退（Y0 OFF）a.原点复位流程原点复位流程A A缸缸退回至右极限位置（LS2 ONLS2 ON）B缸缸上升至上极限位置（LS4 ON）用用S28 RST Y0绘绘制状态流程图d d. .并进并进- -合流分支合流分支c c. .传送带流程传送带流程B B缸缸在上极限位置E点有工件驱动传送带电机并延时2秒将工件搬运流程和传送带流程做
50、成并进-合流分支结构步进阶梯图转换程序清单【应用范例2】机械手臂控制2（1）控制要求【应用范例2】机械手臂控制2（1）控制要求按下起动按钮，系统开始工作；按下起动按钮，系统开始工作；机械手首先向下运动，运动到最低位置停止（由下限位开关确定）；机械手首先向下运动，运动到最低位置停止（由下限位开关确定）；机械手开始夹紧工件，一直到把工件夹紧为止（由定时器控制）；机械手开始夹紧工件，一直到把工件夹紧为止（由定时器控制）；机械手开始向上运动，一直运动到最上端（由上限位开关确定）；机械手开始向上运动，一直运动到最上端（由上限位开关确定）；上限位开关闭合后，机械手开始向右运动；上限位开关闭合后，机械手开始
51、向右运动； 运行到右端（右限位开关）后，机械手开始向下运动；运行到右端（右限位开关）后，机械手开始向下运动；向下运行到下限位开关后，机械手把工件松开（由定时器控制）；向下运行到下限位开关后，机械手把工件松开（由定时器控制）；工件松开后，机械手开始向上移动，直到触动上限位开关；工件松开后，机械手开始向上移动，直到触动上限位开关；机械手开始向左运动，直到触动左限位开关，机械手回到初始位置。机械手开始向左运动，直到触动左限位开关，机械手回到初始位置。【应用范例2】机械手臂控制2（2）工作方式 机械手具有手动、单步、单周期、连续和回原位机械手具有手动、单步、单周期、连续和回原位五种工作方式，用开关五种
52、工作方式，用开关SA进行选择。进行选择。 【应用范例2】机械手臂控制2（3）机械手控制机械手控制系统系统PLC的的I/O接线图接线图 【应用范例2】机械手臂控制2（4）程序的总体结构 它将程序分为公用程序、自动程序、它将程序分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序四个部分。手动程序和回原位程序四个部分。 假设选择假设选择“手动手动”方式，则方式，则X0X0为为ONON、X1X1为为OFFOFF，此时，此时PLCPLC执行完公用程序后，将跳过执行完公用程序后，将跳过自动程序到自动程序到P0P0处，由于处，由于X1X1常闭触点为闭合，常闭触点为闭合，因而又跳过回原位程序到因而又跳过回原位程序到
53、P2P2处；假设选择处；假设选择“回原位回原位”方式，则方式，则X0X0为为OFFOFF，X1X1为为ONON，将跳过，将跳过自动程序和手动程序执行回原位程序；假设自动程序和手动程序执行回原位程序；假设选择选择“单步单步”或或“单周期单周期”或或“连续连续”方式，方式，则则X0X0、X1X1均为均为OFFOFF，此时执行完自动程序后，此时执行完自动程序后，跳过手动程序和回原位程序。跳过手动程序和回原位程序。 【应用范例2】机械手臂控制2（5）公用程序 当当机机械械手手处处于于原原点点状状态态（M0M0为为ONON），在在开开始始执执行行用用户户程程序序（M8002M8002为为ONON），系系
54、统统处处于于手手动动状状态态或或回回原原点点状状态态（X0X0或或X1X1为为ONON时时），初初始始步步对对应应的的M10M10将将被被置置位位，为为进进入入单单步步、单单周周期期和和连连续续工工作作方方式式作作好好准准备备。如如果果此此时时M0M0为为OFFOFF状状态态，M10M10将将被被复复位位，初初始始步步为为不不活活动动步步，系系统统不不能能在在单单步步、单单周周期期和和连连续续工工作作方方式式下下工作。工作。 公用程序用于自动程序和手动程序公用程序用于自动程序和手动程序相互切换的处理，当系统处于手相互切换的处理，当系统处于手动工作方式时，必须将除初始步动工作方式时，必须将除初始
55、步以外的各步对应的辅助继电器以外的各步对应的辅助继电器（M11M11M18M18）复位，同时将表示）复位，同时将表示连续工作状态的连续工作状态的M1M1复位，否则当复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的活动步的异常情况，引起错误的动作。动作。 【应用范例2】机械手臂控制2（6）手动程序）手动程序 手动工作时用手动工作时用X14X21对应对应的六个按钮控制机械手的上的六个按钮控制机械手的上升、下降、左行、右行、松升、下降、左行、
56、右行、松开和夹紧。为了保证系统的开和夹紧。为了保证系统的安全运行，在手动程序中设安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁，例如置了一些必要的联锁，例如上升与下降之间、左行与右上升与下降之间、左行与右行之间的互锁；上升、下降、行之间的互锁；上升、下降、左行、右行的限位；上限位左行、右行的限位；上限位开关开关X10的常开触点与控制左、的常开触点与控制左、右行的右行的Y2和和Y3的线圈串联，的线圈串联，使得机械手升到最高位置才使得机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物在较低位置运行时与别的物体碰撞体碰撞 。【应用范例2】机械手臂控制2（7）自动
57、程序）自动程序 【应用范例2】机械手臂控制2（8）使用通用指令的编程方式设计出的自动程序）使用通用指令的编程方式设计出的自动程序 【应用范例2】机械手臂控制2（8）使用通用指令的编程方式设计出的自动程序）使用通用指令的编程方式设计出的自动程序 【应用范例2】机械手臂控制2（9）回原点程序程序）回原点程序程序 本章小结1.1.本章主要讲述本章主要讲述PLCPLC控制系统设计的步骤、内容和方法。控制系统设计的步骤、内容和方法。内容包括硬件设置和软件设计两方面。内容包括硬件设置和软件设计两方面。2.2.会合理选择硬件。会合理选择硬件。3.3.掌握翻译法、顺序功能图法和经验设计法。掌握翻译法、顺序功能图法和经验设计法。4.4.能用能用PLCPLC设计自动控制系统。设计自动控制系统。
