第五章 梯形圖程序設計方法

1、第五章 梯形圖程序設計方法由于PLC所有控制功能都是以程序的形式來實現(xiàn)的，因此程序設計對PLC的應用是很重要的。PLC的應用主要包括開關量控制和模擬量控制2類。本章僅介紹開關量控制程序的設計方法。 不同類型的控制問題所采用的設計方法不盡相同，主要的梯形圖程序設計方法有： (1)邏輯設計法：對控制任務進行邏輯分析和綜合，將控制電路中元器件的通斷狀態(tài)看作以觸點通斷狀態(tài)為邏輯變量的邏輯函數(shù)，并進行化簡，利用PLC的邏輯指令即可得到控制程序的設計方法。這種方法主要用于組合邏輯問題的程序設計。 (2)時序圖設計法：當PLC各輸出信號按照固定的時間間隔發(fā)生先后變化時，可以根據(jù)輸出信號的時間先后關系來設計程

2、序的一種方法。 (3)經(jīng)驗設計法：要求設計者透徹理解PLC各種指令的功能，憑著對各種典型控制環(huán)節(jié)和基本單元電路的設計經(jīng)驗，選擇各種指令并進行修改和完善相應程序的方法。 (4)順序控制設計法：當控制要求滿足一定的先后順序時，可以將系統(tǒng)的l個工作周期劃分為若干個順序相連的步，每個步對應一種操作狀態(tài)，并分析清楚相鄰步的轉(zhuǎn)換條件，進而繪制功能圖，再按一定的規(guī)則轉(zhuǎn)化為梯形圖程序的設計方法。這種方法主要用于解決順序控制問題，包括單一順序、選擇順序和并發(fā)順序控制問題。 (5)繼電器控制電路圖轉(zhuǎn)換設計法：在繼電器控制電路圖的基礎上，經(jīng)過選擇相應指令和合理轉(zhuǎn)換后，就能設計出符合要求的控制程序的方法。 在介紹以上

3、程序設計方法的基礎上，還將以實例來介紹具有多種工作方式的系統(tǒng)的控制程序設計思路。5.1 邏輯設計法 當控制對象是開關量且按照它們之間的邏輯關系來實現(xiàn)控制時，可用邏輯設計法來設計控制程序。邏輯設計法就是根據(jù)輸入量、輸出量及其他變量之間的邏輯關系來設計程序的一種方法。下面以1個簡單的控制為例介紹這種編程方法。 例1 某系統(tǒng)中有4臺通風機，設計1個監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)視通風機的運轉(zhuǎn)。要求如下：4臺通風機中有3臺及以上開機時，綠燈常亮；只有2臺開機時，綠燈以5Hz的頻率閃爍；只有1臺開機時，紅燈以5Hz的頻率閃爍；4臺全部停機時，紅燈常亮。 由控制要求可知，這4臺通風機的起/停控制是獨立的，現(xiàn)在要求把每臺通風

4、機的運行狀態(tài)輸入到PLC，根據(jù)運行狀態(tài)之間的邏輯關系，再由PLC給出幾種不同運行狀態(tài)的顯示信號。設4臺通風機的運行狀態(tài) (PLC輸出的驅(qū)動信號)分別用A、B、C、D來表示 ("1"表示運行，"0"表示停機)，紅燈控制信號為L1，綠燈控制信號為L2 ("1"為常亮，"0"為滅，閃爍時要求輸出脈沖信號)。由于各種運行情況所對應的顯示狀態(tài)是惟一的，故可將幾種運行情況分開進行程序設計，然后匯總在一起。1、紅燈常亮程序設計 4臺通風機全部停機時，紅燈常亮，所以邏輯關系為Ll=，設計的梯形圖如圖5-1所示。圖5-1 紅燈常亮的

5、梯形圖2、綠燈常亮程序設計 綠燈常亮的條件是：3臺通風機都在運行 (4個元素取3個的組合，即C=4，共有4種情況)和4臺通風機都在運行共5種情況。其狀態(tài)見表5-1。表5-1 綠燈這和通風機工作狀態(tài)ABCDL20111110111110111110111111 邏輯關系為L2 =BCD +AC D+ ABD+ABC+ABCD圖5-2 綠燈常亮的梯形圖對該邏輯函數(shù)進行化簡，得到邏輯關系開為L2=AB（C+D）+CD（A+B）則對應的梯形圖如圖5-2所示。 3、紅燈閃爍程序設計 任意1臺通風機運行時紅燈亮，其狀態(tài)見表5-2。表5-2紅燈常亮和通風機工作狀態(tài)ABCDL10001100101010011

6、0001其邏輯關系為L1 = D +C+ B+A=（C+D ）+（B+ A） 再考慮到紅燈閃爍要求，還需要串聯(lián)P_0.2s的常開觸點 (0.2s時鐘，即頻率為5Hz的脈沖)，設計的梯形圖如圖5-3所示。圖5-3 紅燈閃爍的梯形圖4、綠燈閃爍程序設計 2臺通風機運行時綠燈亮 (4個元素取2個的組合，C=6，共有6種情況)，其狀態(tài)見表5-3 。 其邏輯關系為L2 = CD +B D+ BC +AD+A C+AB =(B+A)(D+C)+CD+AB表5-3 綠燈閃爍和通風機工作狀態(tài)ABCDL100111010110110110011101011100再根據(jù)綠燈閃爍要求，還需要串聯(lián)P_0.2s的常開觸

7、點，設計的梯形圖如圖5-4所示。 5、選擇PLC機型和進行IO點分配 4臺通風機的起/?？刂菩盘栞斎胄枰加?個輸入點，輸出控制需要占用4個輸出點。如果使用過載保護，并把4臺通風機的故障信號輸入到PLC，還需占用4個輸入點，紅、綠燈顯示控制需要占用2個輸出點。這樣，至少需要12點輸人和6點輸出，所以選擇IO為20點的PLC就可以，在這里我們選擇實驗室的CP1HXA40DRA機型?？刂葡到y(tǒng)的I/O分配情況見表5-4。其中，SA1-SA4為4臺通風機的起動按鈕，SB1-SB4為4臺通風機的停機按鈕，F(xiàn)R1-FR4為4臺通風機的過載保護信號 (正常時為常閉信號，有故障發(fā)生時為常開信號)；A、B、C、

8、D為4臺通風機的輸出控制信號，Ll為紅燈控制信號，L2為綠燈控制信號。圖5-4 綠燈閃爍的梯形圖表5-4通風機工作狀態(tài)顯示系統(tǒng)I/O分配表輸 入輸 出符 號地 址符 號地 址SA10.00A100.00SA20.01B100.01SA30.02C100.02SA40.03D100.03SB10.04L1100.04SB20.05L2100.05SB30.06SB40.07FR10.08FR20.09FR30.10FR40.11由于紅燈常亮和紅燈閃爍是獨立控制的，所以把圖5-1和圖5-3的程序疊加，采用并聯(lián)輸出方式就能滿足控制要求，同時也避免雙線圈輸出問題。同理，把圖5-2和圖5-4的程序疊加，

9、采用并聯(lián)輸出方式就能實現(xiàn)綠燈常亮和綠燈閃爍的控制功能。圖5-5所示為通風機運行狀態(tài)顯示的梯形圖程序。圖5-5 通風機運行狀態(tài)顯示的梯形圖程序5.2時序圖設計法 當控制對象是開關量且按照固定順序進行控制的系統(tǒng)，可用時序圖設計法來設計程序。下面通過1個例子來介紹這種設計方法。 例2 1個十字路口交通燈的控制裝置，其控制要求是: (1)南北方向：綠燈亮20s，黃燈閃爍5s，紅燈先亮10s再閃爍5s，然后循環(huán)；閃爍頻率為1Hz。 (2)東西方向：紅燈先亮20s再閃爍5s，綠燈亮10s，黃燈閃爍5s，然后循環(huán)；閃爍頻率為1Hz。 (3)系統(tǒng)啟/停控制：用1個切換開關完成。當系統(tǒng)啟動后按照上述要求循環(huán)工作

10、；當系統(tǒng)停止后，全部燈都熄滅。 下面介紹時序圖編程的思路： 1、分析PLC的I/O信號 同一方向的3個色燈可以并聯(lián)控制，故2個方向共需6個輸出控制點；啟/停切換開關信號要輸入PLC，需要占用一個輸入點。2、畫出時序圖 為了弄清各燈亮、滅的時間關系，根據(jù)控制要求，畫出各方向3色燈的工作時序圖，如圖5-6所示。圖5-6 交通燈工作時序圖 3、確定時間段 由圖5-6可以看出，l個工作循環(huán)可分為4個時間區(qū)段，這4個時間區(qū)段的分界點分別用t0、t1、t2、t3、t4來表示。4、使用定時器 用4個定時器來控制4個時間區(qū)段，(見表5-5)，再利用各定時器之間的時序關系去控制3色燈。5、PLC造型與I/O分配

11、 根據(jù)控制系統(tǒng)只需要1點輸入、6點輸出的要求，可以選用CP1HXA40DRA機型；其I/O分配情況見表5-6.6、設計程序 由圖5-6可見，南北綠燈的亮，滅狀態(tài)正好與t0的狀態(tài)相反；南北黃燈的閃爍條件是t0為ON而t1為OFF；南北紅燈亮，滅條件是t1為ON而t2為OFF時亮，t2為ON而t3為OFF時閃爍。閃爍用P_1s來實現(xiàn)。東西紅燈在t0為OFF時亮，在t0為ON而t1為OFF時閃爍；東西綠燈在t1為ON而t2為OFF時亮；東西黃燈在t2為ON而t3為OFF時閃爍。當定時器t3定時到時，應該便所有定時器均復位，然后開始下一次循環(huán)的定時。根據(jù)時序圖設計交通燈控制梯形圖如圖5-7所示。表5-

12、5 各定時器在1個循環(huán)中的功能明細表分界點定時器t0t1t2t3t4T0（定時20s）開始定時。南北綠燈、東西紅燈開始亮。定時到輸出ON。南北綠燈滅；南北黃燈和東西紅燈均閃爍。ONON開始下一個循環(huán)的定時。T1（定時25s）開始定時繼續(xù)定時定時到輸出ON。南北黃燈和東西紅燈均滅；東西綠燈、南北紅燈均亮。ON開始下一個循環(huán)的定時。T2（定時35s）開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到輸出ON。東西綠燈滅；東西黃燈、南北紅燈閃爍。 開始下一個循環(huán)的定時。T3（定時40s）開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到輸出ON。東西黃燈、南北紅燈滅；南北綠燈、東西紅燈亮。表5-6 交通燈控制系統(tǒng)的I/O分配表輸

13、入輸 出控制開關南北綠燈南北黃燈南北紅燈東西綠燈東西黃燈東西紅燈0.00100.00100.01100.02100.03100.04100.05圖5-7 交通燈控制梯形圖7、存在的問題與思考 本控制系統(tǒng)沒有考慮時間的顯示問題，如果要求用LED顯示時間，則需使用晶體管輸出模塊。另外，考慮黃燈、紅燈的閃爍問題，現(xiàn)在1個循環(huán)要求以1Hz閃爍5s，循環(huán)周期為40s，即5次閃爍/40s，按運行l(wèi)0h/d計就要閃爍4500次，65天就達到繼電器的壽命30萬次。所以，應該改用晶閘管輸出模塊，并盡可能地降低閃爍頻率。 下面將時序圖設計法步驟歸納如下： 1)分析控制要求，確定I/O信號，合理選擇PLC機型。 2

14、)明確各輸人和輸出信號之間的時序關系，畫出工作時序圖。 3)將時序圖劃分為若干時間段，'并確定時間段的時間長短。找出時間段間的分界點，確定分界點處各輸出信號狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關系和轉(zhuǎn)換條件。 4)確定所需定時器的個數(shù)，分配編號，確定定時器的設定值。確定各定時器的功能明細。 5)進行I/O分配。 6)根據(jù)定時器的明細表、時序圖和I/O分配，設計出梯形圖程序。5.3 經(jīng)驗設計法經(jīng)驗設計法就是根據(jù)繼電器控制電路的設計經(jīng)驗，正確選用PLC的的相應指令而設計應用程序的一種方法。例如，我們要設計電動機的起/?？刂?，根據(jù)繼電器控制電路設計相應的梯形圖程序如圖5-8所示。其中，SB1為起動按鈕，SB2為停機按

15、鈕，KM為電動機驅(qū)動接觸器。圖5-8電動機起，停控制的電路圖及梯形圖 下面再通過1個例子來介紹經(jīng)驗設計法的步驟。 例3 某電動運輸小車供8個加工點使用 (類似于電梯控制)，它有以下5點控制要求：l)PLC得電后，車停在某個加工點 (稱為工位)，若沒有用車呼叫 (稱為呼車)時，則呼車指示燈亮，表示各工位可以呼車。2)若某工位呼車 (按本位的呼車按鈕)時，則呼車指示燈熄滅， 表示此后呼車無效。 3)系統(tǒng)停止時，呼車無效。系統(tǒng)啟動后，當呼車位號大于停車位號時，小車自動向高位行駛；當呼車位號小于停車位號時，小車自動向低位行駛;當小車到達呼車位時，自動停車。 4)在小車到達呼車位的30s時間內(nèi)(僅供本呼

16、車位使用)，呼車操作無效。只有當30s延時時間到以后，小車才能重新響應呼車信號。 5)臨時停電后再復電，小車不會自行起動。 本例程序設計步驟如下: 1、確定輸入、輸出元件： 1)系統(tǒng)要有1個起動按鈕和停機按鈕。 2每個工位都應設置1個限位(行程)開關和1個呼車按鈕。 3)小車用l臺電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)時小車駛向高位，反轉(zhuǎn)時小車駛向低位，電動機正反轉(zhuǎn)各需1個接觸器驅(qū)動。 4)安裝1個用于呼車顯示的指示燈。 2、PLC選型和I/O分配 根據(jù)控制要求，系統(tǒng)需要18個輸入點和3個輸出點，并留有一定的I/O余量 (一般為20%)，選用CP1HXA40DRA機型。其I/O點針配情況見表5-7。表5-7

17、運輸小車控制系統(tǒng)的I/O分配表輸 入輸 出操作功能地址操作功能地址操作功能地址限位開關ST10.01呼車按鈕SB11.01呼車指示燈100.07限位開關ST20.02呼車按鈕SB21.02電動機正轉(zhuǎn)接觸器100.00限位開關ST30.03呼車按鈕SB31.03電動機反轉(zhuǎn)接觸器100.01限位開關ST40.04呼車按鈕SB41.04限位開關ST50.05呼車按鈕SB51.05限位開關ST60.06呼車按鈕SB61.06限位開關ST70.07呼車按鈕SB71.07限位開關ST80.08呼車按鈕SB81.08系統(tǒng)起動按鈕0.00系統(tǒng)停止按鈕0.10 3、系統(tǒng)流程圖 根據(jù)控制要求繪制的系統(tǒng)流程圖如圖5

18、-9所示。 4、程序設計 設計思路是：1)用MOV指令先把小車所在工位號 送到D0通道，再把呼車的工位號傳送到D1通道，擲后用CMP指令將這2個通道的內(nèi)容進行比較。若呼車的位號大于停車的位號，則小車向高位行駛；若呼車的位號小于停車的位號，則小車向低位行駛。2)某工位呼車后，應立即封鎖其他工位的呼車信號；小車到達呼車位后，應停留30s(在此期間，封鎖呼車信號)，只有當30s延時時間到后，才能解除對呼車信號的封鎖。圖5-9 運輸小車控制系統(tǒng)流程圖3)通過w0.00來寄存小車的運行狀態(tài)，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)失壓保護功能 (即掉電后重新送電，系統(tǒng)自動處于停止狀態(tài))。4)呼車指示燈由100.07輸出控制。5)

19、電動機正反轉(zhuǎn)必須互鎖。通過將100.01和100.00的常閉觸點分別串人對方控制電路中實現(xiàn)互鎖功能(軟件互鎖和硬件互鎖同時采用)。根據(jù)設計思路設計的控制程序可參見圖4-110所示。5.4 順序控制設計法順序控制設計法又稱作功能圖法，適用于那些按動作先后順序進行控制的系統(tǒng)。順序控制設計法規(guī)律性強，雖然編制的程序較長，但程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性好。功能圖SFC(Sequential Function Chart)是法國生產(chǎn)自動化促進協(xié)會于1969年提出的一種順序控制系統(tǒng)描述語言，其特點是按照流程圖的記述方法表現(xiàn)控制過程的執(zhí)行順序及處理內(nèi)容。順序控制設法就是在功能圖的基礎上設計出邏輯方程，得到梯形圖。因

20、此，繪制功能圖是用順序控制設計法的第1步。5.4.1功能圖的繪制 根據(jù)控制要求繪制的功能圖能清楚地反映出系統(tǒng)各工作步的動作、步與步之間的轉(zhuǎn)換條件及順序 。圖5-11所示是某組合機床動力頭的進給運動示意圖，圖5-12所示是描述該系統(tǒng)的順序功能圖。其工作過程是：動力頭的初始位置在左邊，限位開關SQ3受壓，動力頭的運動由3個電磁閥控制。按下起動按鈕后，動力頭向右快速進給 (簡稱快進)，碰到限位開關SQl后變?yōu)楣ぷ鬟M給 (簡稱工進)，碰到SQ2后快速退回(簡稱快退)，返回初始位置后自動停止。1個工作周 期可以分為快進、工進和快退3個步，另外還應設置等待啟動的初始步，共有4個步。圖5-11 動力頭的進給

21、運動示意圖 圖5-12 動力頭控制功能圖 1、功能圖的組成元素 由圖5-12可知，功能圖是由步、有向線段、轉(zhuǎn)換條件和動作說明4部分組成?？际且环N工作狀態(tài)，初始步用雙線框表示，以示區(qū)別。(1)步：步對應于控制過程的一個穩(wěn)定狀態(tài)，表示過程中的1個動作，用矩形框表示，框內(nèi)的數(shù)字表示步的編號，步右邊矩形框互注明該步對應的動作。有時，1個步也對應多個動作。初始步對應控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)，初始步采用雙線框。步的符號如圖5-13所示。(2)轉(zhuǎn)移(3)活動步：正在執(zhí)行的步叫活動步。當前一步為活動步且轉(zhuǎn)換條件滿足時，將激活下一步運行，并終止前一步的執(zhí)行。2、功能圖的構(gòu)成規(guī)則1) 1個功能圖至少要有1個初始步。2)

22、 步與步之間不能直接相連，必須用轉(zhuǎn)移分開。3) 轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間必須用步分開。4) 用有向線段表示轉(zhuǎn)移方向，從上向下轉(zhuǎn)移時可省去箭頭。3、功能圖的基本結(jié)構(gòu) 功能圖從結(jié)構(gòu)上可分為單一順序結(jié)構(gòu)、選擇順序結(jié)構(gòu)、并發(fā)順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)4種。(1)單一順序結(jié)構(gòu)：功能圖中沒有分支，每個步后只跟有1個轉(zhuǎn)移，1個轉(zhuǎn)移后也僅連接1個步。當上一步為活動步且轉(zhuǎn)移條件滿足時，下一步激活，同時上一步變成不活動步。圖5-12所示就是1個單一順序結(jié)構(gòu)的功能圖。(2)選擇順序結(jié)構(gòu)：就是在某步后有若干個單一順序等待選擇，當某一順序的轉(zhuǎn)移條件滿足時，則選擇進入該順序。注意，一次僅能選擇1個順序執(zhí)行。圖5-15所示就是1個選擇順序的

23、功能圖。圖5-15 選擇順序結(jié)構(gòu)的功能圖選擇順序的開始稱為分支，在圖5-15中，步5 之后有4個分支，各選擇分支不能同時執(zhí)行，只能選擇其中的1個分支執(zhí)行。例如，當步5為活動步且條件ab滿足時，則轉(zhuǎn)向6步執(zhí)行；當步5為活動步且條件a滿足時，則轉(zhuǎn)向8步執(zhí)行；當步 5為活動步且條件滿足時，則轉(zhuǎn)向9步執(zhí)行；當步5為活動步且條件滿足時，則轉(zhuǎn)向11步執(zhí)行。但是，當步6被選中執(zhí)行時，步8、步9和步11均不能激活。同樣，當步8、步9或步11被選中執(zhí)行時，另外3個分支也不能激活。選擇序列的結(jié)束稱為合并。在圖5-15中，不論哪個分支的最后一步成為活動步，且轉(zhuǎn)換條件滿足時都要轉(zhuǎn)向步12。(3)并發(fā)順序結(jié)構(gòu)：是指在某

24、一轉(zhuǎn)移條件下，能同時啟動若干個單一順序的結(jié)構(gòu)。并發(fā)順序的開始也稱分支，但為了區(qū)別于選擇序列結(jié)構(gòu)的功能圖，用雙線來表示并行序列分支的開始，如圖5-16所示。當步l為活動步且條件，滿足時，則步2、步3、步4同時被激活，變?yōu)榛顒硬剑?變?yōu)椴换顒硬?。并發(fā)順序的結(jié)束也稱為合并，但為了區(qū)別于選擇序列結(jié)構(gòu)，用雙線來表示并行序列分支的合并。在圖5-16中，當發(fā)順序各分支的最后一步 (即步5、步6和步7)為活動步，且條件e滿足時，則步8成為活動步，步5、步6和步7同時變?yōu)椴换畈?。圖5-16 并發(fā)順序結(jié)構(gòu)的功能圖 a)全局循環(huán) b)局部循環(huán) 圖5-17 循環(huán)結(jié)構(gòu)的功能圖 (4)循環(huán)結(jié)構(gòu)：是指在控制過程執(zhí)行時，

25、有時有些步要反復執(zhí)行的結(jié)構(gòu)。循環(huán)可分為全局循環(huán)和局部循環(huán)，如圖5-17所示。圖5-17a為全局循環(huán)的功能圖，當最后一步為活動步、轉(zhuǎn)移條件Sn+1變?yōu)镺N時，最后一步停止，轉(zhuǎn)到第1步執(zhí)行，又開始整個過程，循環(huán)往復。圖7-17b為局部循環(huán)的功能圖，圖中第5步后轉(zhuǎn)移條件有2個，分別為d和e，當?shù)?步為活動步、轉(zhuǎn)移條件d滿足時，向下執(zhí)行第6步；而當轉(zhuǎn)移條件e滿足時，去執(zhí)行第3步，之后順序向下執(zhí)行，到第5步再次判斷d和。哪個條件滿足，只要e滿足，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行步3、步4、步5。5.4.2根據(jù)功能圖畫梯形圖的方法繪制出功能圖后，要將其轉(zhuǎn)換為梯形圖程序，首先要根據(jù)功能圖把 一小的邏輯方程表示出來，下面給出其列

26、寫規(guī)則。1) 除初始步外，每步用1個輔助繼電器 (內(nèi)部工作位)表示其狀態(tài)。該步執(zhí)行時，該輔助繼電器為"1"。2) 在列寫輔助繼電器邏輯方程時，對于功能圖中第i步，用Ji代表該步輔助繼電器，如圖5-18所示，其邏輯方程為Ji=(siJi-1+Ji)i+l (5-1)根據(jù)邏輯方程式 (5-1)，畫出梯形圖，如圖5-19所示。在式 (5-1)中，Si是第i步的啟動條件，即每步前的轉(zhuǎn)移條件；Ji-1是啟動約束條件，目的是防止因為誤操作或轉(zhuǎn)移條件的重復出現(xiàn)而引起誤動作，用第i步的上一步 (第i-l步)狀態(tài)來作為約束條件，表明只有在上一步正在執(zhí)行的情況下，Si才能啟動本步，從而保證了過

27、程嚴格按順序執(zhí)行。對控制過程的第1步，其啟動信號的約束應為“控制過程所有步均不動作"，若控制過程有n步，分別用輔助繼電器J1、J2、Jn表示各步狀態(tài)，則第1步的啟動約束條件為12n。Ji是自鎖觸點，保證該輔助繼電器在該步執(zhí)行時連續(xù)得電；Ji+1是關斷條件。每步用下一步的輔助繼電器Ji+1的得電作為關斷條件；最后一步的關斷信號為該步之后的轉(zhuǎn)移條件。 圖5-18 功能圖的步對應的輔助繼電器 圖5-19 式（5-1）對應的梯形圖3)選擇順序的表示可以有3種方法。第1種采用調(diào)用于程序的方法，即把每個順序?qū)懗?個子程序，當轉(zhuǎn)移條件滿足時調(diào)用；第2種采用跳轉(zhuǎn)指令的方法，即把每個順序的程序放在一對

28、跳開始和跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令之間，當轉(zhuǎn)移條件滿足時，執(zhí)行該順序，跳過其他順序的程序。這2種方法的優(yōu)點是只執(zhí)行選中的順序，從而縮短掃描時間；第3種采用逐步列寫邏輯方程的方法，然后將邏輯方程一一轉(zhuǎn)換為梯形圖。這種方法的缺點是不論選中哪一個順序，全部程序都要掃描。4)并發(fā)順序的表示可采用逐步列定邏輯方程的方法。5)對循環(huán)結(jié)構(gòu)的功能圖按列寫規(guī)則2中的方法列寫邏輯方程。只是應注意循環(huán)開始步啟動條件，如圖5-17b中第3步的啟動條件是a或e，即a+e； 而循環(huán)結(jié)束步的轉(zhuǎn)移條件d和e之間應為“非”的關系，當e滿足 (d不滿足)時，進行循環(huán)，當d滿足 (e不滿足)時停止循環(huán)，順序向下執(zhí)行。循環(huán)結(jié)束步的退出條件應為第6

29、步或第3步的執(zhí)行。 6)輸出元件的邏輯方程。當某輸出元件僅在1步中接通時，則該輸出的狀態(tài)等于該步輔助繼電器的狀態(tài)，如圖5-20中的Y1和Y3。當某輸出元件在若干步均接通時，則該輸出為幾個輔助繼電器狀態(tài)參數(shù)或用置位、復位指令實現(xiàn)。圖5-20 輸出元件的邏輯方程7)每步中的榆出除了可以是執(zhí)行元件、輔助繼電器外，還可以是指令，即將該指令的執(zhí)行當作一種執(zhí)行元件在動作。5.4.3順序控制設計法編程步驟1、使用順序設計法的關鍵點 使用順序設計法的關鍵有以下3點：1) 理順動作順序，明確各步的轉(zhuǎn)換條件。2) 準確給出功能圖。3) 根據(jù)功能圖寫出輔助繼電器及輸出元件的邏輯方程，設計出梯形圖程序，最后再根據(jù)某些

30、特殊要求，添加部分控制程序。2、順序設計法的一般步驟 用順序設計法編程的一般步驟是：1) 分析控制要求，將控制過程分成若干個工作步，明確各步的功能，弄清分支的結(jié)構(gòu)(單序列、選擇序列、并行序列)，確定各步的轉(zhuǎn)換條件，將控制要求用功能圖表示出來。2) 確定所需的I/O點數(shù)，選擇PTF機型，進行I/O分配。3) 為每個步分配1個控制位，一般選用內(nèi)部輔助繼電器（w0-w512通道的位)。4)寫出輔助繼電器及輸出元件的邏輯方程。5)根據(jù)邏輯方程畫出梯形圖。6)添加某些特殊要求的程序。5.4.4 順序控制法程序設計實例 例4 完成圖5-11所示的某組合機床動力頭進給運動的控制程序設計。 1、程序設計過程

31、1)繪制功能圖，如圖5-12所示。 2)進行I/O分配，見表5-8。表5-8 動力頭控制系統(tǒng)的I/O分配表輸 入輸 出操作功能地址操作功能地址起動按鈕SB0.00快進電磁閥YV1100.01限位開關SQ10.01工進電磁閥YV2100.02限位開關SQ20.02快退電磁閥YV3100.03限位開關SQ30.033)給每步分配輔助繼電器。第1步的輔助繼電器為w0.01，第2步的輔助繼電器為w0.02，第3步的輔助繼電器為w0.03。4)列出邏輯方程輔助繼電器方程w0.01 = (0.00···+w0.01) ·w0.02 = (0.01·w0.0

32、1 +w0.02) · 一w0.03=(0.02·w0.02 +w0.03) ·輸出元件方程10001=w0.0110002=w0.0210003=w0.035)畫出梯形圖，如圖5-21所示。圖5-21 動力頭控制梯形圖2、梯形圖工作過程分析1) 初始步動力頭在原位等待，各輔助繼電器均不得電。2) 第1步是系統(tǒng)快進步。在各輔助繼電器均不得電的情況下，按起動按鈕后，該步就成為活動步。3) 第2步是系統(tǒng)工進步。在第1步正在執(zhí)行 (w0.01狀態(tài)為 "ON")的條件下，壓下限位開關SQ1，該步變成活動步。4)第3步是系統(tǒng)快退步。在第2步正在執(zhí)行 (w

33、0.02狀態(tài)為"ON")的條件 下，壓下限位開關的SQ2，該步變成活動步。該步的關斷條件為退回原位、壓下放松限位開關SQ3。該步為系統(tǒng)的最后一步，當關斷條件滿足時，回到初始狀態(tài)。在工業(yè)自動化生產(chǎn)中，無論是自動化單機，還是組合機床以及自動化生產(chǎn)線，經(jīng)常要用到機械手，以完成工件的取放。對于片狀材料，所謂 “手”可以是真空吸盤，也可以是電磁鐵。對于棒形等材料，“手”可以是夾鉗，也可以是夾具。對機械手的控制主要是位置識別、運動方向控制以及對物料是否存在的判別。以圖5-22a所示的機械手為例，它的任務是將A工作臺的工件搬運到B工作臺上，其工作過程如圖5-22b所示。該機械手由能提供上

34、下、左右運動的機構(gòu)組成，上下與左右運動分別由雙線圈兩位電磁閥驅(qū)動氣缸來實現(xiàn)。一旦某個方向電磁閥得電，機械手沿相應方向運動。當該方向電磁閥失電時，機械手保持當前位置直至另一方向電磁閥得電為止。放松/夾緊操作是由1個單線圈2位電磁閥驅(qū)動氣缸來實現(xiàn)的，線圈得電即為夾緊，失電即為放松。由于夾緊操作中不使用限位開關，因此，當夾緊電磁閥得電后，就啟動定時器計時，持續(xù)一定時間即認定為已經(jīng)夾緊。同樣，放松操作也是由定時器控制實現(xiàn)的。圖5-22 機械手控制圖a)結(jié)構(gòu)示意圖 b)工作過程示意圖例5 完成PLC用于機械手控制的程序設計。機械手的工作過程如下:1) 機械手位于初始位置 (壓合SQ2、SQ4)時，按下起

35、動按鈕SB，下降電磁閥YVl得電，機械手下降，直至壓合SQl為止。2)夾緊電磁閥YV2得電，同時起動定時器，2.3s后工件夾緊。3)上升電磁閥YV3得電，機械手抓起工件上升，直至壓合SQ2為止。4)機械手右移，電磁閥YV4得電，機械手右移直至壓合SQ3。5)YVI得電，機械手下降，直至壓合SQl。6)夾緊電磁閥YV2失電，放工件到B工作臺上，2s后認定已放松。7)YV3得電，機械手上升，直至壓合SQ2。8)機械手向左移，電磁閥YV5得電，機械手左移直至壓合SQ4，機械手回到原點，完成1個循環(huán)。下面我們根據(jù)上述要求設計機械手控制的PLC程1) 根據(jù)控制要求，畫出功能圖，如圖5-23所示，控制過程

36、為單一順序過程。2)圖5-23 機械手控制功能圖2)進行I/O分配，見表5-9。表5-9 機械手控制I/0分配表輸 入輸 出輔助繼電器及定時器操作功能地址操作功能地址操作功能地址起動按鈕SB0.00下降電磁閥YV1100.01第1步w0.01下限位開關SQ10.01夾緊電磁閥YV2100.02第2步w0.02上限位開關SQ20.02上升電磁閥YV3100.03第3步w0.03右限位開關SQ30.03右移電磁閥YV4100.04第4步w0.04左限位開關SQ40.04左移電磁閥YV5100.05第5步w0.05第6步w0.06第7步w0.07第8步w0.082.3s定時器T12s定時器T23)列

37、出邏輯方程輔助繼電器方程。第1步的啟動條件為0.00，約束條件應為機械手在原點，且各步均不動作。w0.01=(0.00······+w0.01) ·w0.02=(0.01·w0.01+w0.02) ·w0.03=(T1·w0.02+w0.03) ·w0.04=(0.02·w0.03+w0.04) ·w0.05=(0.03·w0.04+w0.05) ·w0.06=(0.01·w0.05+w0.06) ·w0.07=(T2

38、3;w0.06+w0.07) ·w0.08=(0.02·w0.07+w0.08) ·定時器方程T1=w0.02 定時2.3sT2=w0.06 定時2s輸出方程。注意有些執(zhí)行元件在若干步均得電，其狀態(tài)為這幾步的輔助繼電器狀態(tài)相“或”。100.01=w0.01+w0.05 100.02=w0.02+w0.03+w0.04+w0.05100.03=w0.03+w0.07 100.04 =w0.04100.05=w0.084) 畫出梯形圖，如圖5-24所示。 圖 5-24 機械手控制梯形圖程序例6 大、小球分揀裝置示意圖如圖5-25所示，要求設計控制程序。圖 5-25 大

39、小球分棟裝置示意圖1、分揀過程1) 當輸送機處于起始位置 (即SQ1、SQ3壓下)，并且分揀箱中確有需分揀的球 (接近開關SP接通)時，按下起動按鈕，則機械手下行。2)如果機械手下行2s后壓合下限開關SQ2(即分揀位置處的球為小球)，則電磁鐵線圈得電，機械手抓緊；1s后，機械手上行;壓合上限開關SQ3時，機械手再右行；壓合小球箱位置開關SQ4，機械手下行，然后電磁鐵線圈失電，機械手放松，球落入小球箱內(nèi)；1s后，機械手上行、左行返回原位。3)如果機械手下行2s后末壓合下限位開關SQ2(即分揀位置處的球為大 球)，則電磁鐵線圈得電，機械手抓住大球)，1s后，機械手上行；壓合上限開關 SQ3時，機械

40、手再右行；壓合大球箱位置開關SQ5，機械手下行，然后電磁鐵線圈失電，機械手放松，球落入大球箱內(nèi)；1s后，機械手上行、左行返回原位。4)機械手在原位時，要由指示燈顯示。輸送機由電動機M拖動，電動機M 正轉(zhuǎn)，機械手向右運行，電動機M反轉(zhuǎn)，機械手向左運行。機械手的下行和 上行由雙線圈兩位電磁閥驅(qū)動氣缸實現(xiàn)，放松/抓緊操作是由1個單線圈兩位電磁閥驅(qū)動氣缸來實現(xiàn)。2、設計PLC程序的步驟1)根據(jù)控制要求畫出功能圖。如圖5-26所示，控制過程為選擇順序過程。圖5-26 大小玩分棟裝置控制功能圖2)進行I/O分配，見表5-10。表5-10 大小球分揀裝置控制的I/O分配表輸 入輸 出輔助繼電器及定時器操作功

41、能地址操作功能地址操作功能地址起動按鈕SB0.00下行電磁閥100.00第1步w0.01左限位開關SQ10.01抓/放電磁閥100.01第2步w0.02下限位開關SQ20.02上行電磁閥100.02第3步w0.03上限位開關SQ30.03向右接觸器100.03第4步w0.04小球箱位置開關SQ40.04向左接觸器100.04第5步w0.05大球箱位置開關SQ50.05原位指示燈100.05第6步w0.06接近開關SP0.06第7步w0.07第8步w0.08第9步w0.09第10步w0.10第11步w0.11定時器T1T1定時器T2T2定時器T3T3定時器T4T43) 寫出邏輯方程。用w0.00

42、表示第1步之前的轉(zhuǎn)移及約束條件。輔助繼電器及定時器方程w0.00=0.01·0.03·0.06······w0.01=(0.00·w0.00+w0.01) ··T1= w0.01 定時2sw0.02=(T1·0.02·w0.01+w0.02) ·T2= w0.02 定時1sw0.03=(T2·w0.02+w0.03) ·w0.04=(0.03·w0.03+w0.04) ·w0.05=(T1··w0

43、.01+w0.05) ·T3= w0.05 定時1sw0.06=(T3·w0.05+w0.06) ·w0.07=(0.03·w0.06+w0.07) ·w0.08=(0.04·w0.04+0.05 ·w0.07)+w0.08) ·w0.09=(0.02·w0.08+w0.09) ·T4= w0.09 定時1sw0.10=(T4·w0.09+w0.10) ·w0.11=(0.03·w0.10+0.05 ·w0.11)·輸出方程100.00=w0.0

44、1+w0.08100.01=w0.02+w0.03+w0.04+···+w0.07+w0.08100.02=w0.03+w0.06+w0.10100.03=w0.04+w0.07100.04=w0.11100.05=0.01·0.034)畫出梯形圖，如圖5-27所示。圖5-27 大小球分揀裝置控制梯形圖3、注意事項1) 第1步的關斷條件有2個；第2步或第5步開始執(zhí)行，即w0.02+w0.05。2) 第8步的啟動條件有2個；第4步動作并壓合小球箱位置開SQ4，或第7步動作并壓合大球箱位置開關SQ5，即0.04·w0.04+0.05·0.

45、07。如果該裝置要求可自動循環(huán)，則需設置1個選擇開關SA，當SA閉合時 (即SA=1)，上述過程一直循環(huán)執(zhí)行，而SA斷開時 (即SA=0)，上述過程僅執(zhí)行單次，若想再執(zhí)行，需重新按下起動按鈕SB。其功能圖僅需在圖5-26上略作修改，如圖5-28所示。分配給選擇開關SA的地址為0.07。圖5-28 可自動循環(huán)的大小球分揀裝置的功能圖邏輯方程大部分與前面相同，僅需將第1步和第11步輔助繼電器方程進行相應修改即可。對w0.01邏輯式進行相應修改，即 w0.01=(0.00·w0.00+0.01·0.07·w0.11+w0.01) ··w0.11的關斷

46、條件為SQ1·SA+SQ1·=SQ1，與前面相同，所以w0.11邏輯式可不改寫。例7 某化學反應過程如圖5-29所示，要求設計控制程序。該化學反應過程有4個容器，每個容器均有2個液位傳感器 (高液位傳感器和低液位傳感器)，它們在液面淹沒時接通。泵P1、P2、P3、P4、P5、P6用于反應液的抽取。1號容器盛裝堿液；2號容器盛裝聚合物，它帶有加熱器和溫度傳感器；3號容器為反應池，它帶有攪拌器M；4號容器為產(chǎn)品池。1、 對化學反應過程的控制要求圖5-29 化學反應過程示意圖1) 按下起動按鈕SB，泵P1、P2起動，分別從堿和聚合物庫中抽取反應液注人1號和2號容器。注滿后，1號和

47、2號容器高液位傳感器SL2、SL4接通，泵P1、P2關閉。 2) 2號容器容器開始加熱，到60C時，溫度傳感器發(fā)出信號，關斷加熱器。3) 泵P3、P4起動，分別將1號、2號容器中的溶液送到3號容器中，同時攪拌器起動，攪拌時間為的60s。一旦3號容器滿 (傳感器SL6接通)或1號、2號容器空 (即傳感器SL1和SL3由通變斷)，則泵P3、P4停。攪拌時間到，攪拌器M關閉。4) 泵P5起動，將混合液抽入產(chǎn)品池，直到4號容器容器滿 (傳感器SL8接通)或3號容器空 (傳感器SL5由接通變?yōu)閿嚅_)時，泵P5停。 5) P6起動，將成品從4號容器中抽走，直到4號空 (傳感器SL7由接通變?yōu)閿嚅_)時，泵P

48、6停止。整個過程結(jié)束，新的循環(huán)可以開始。2、設計PLC程序的步驟1)畫出功能圖，如圖5-30所示，是一種并發(fā)順序結(jié)構(gòu)。2)進行I/O分配，見表5-11。3)列出邏輯方程。用w0.00表示啟動信號及其約束條件。輔助繼電器方程w0.00=0.00······w0.01=(w0.00·+w0.01) ·w0.02=(0.02·w0.01+w0.02) ·w0.03=(w0.00+w0.03) ·w0.04=(0.04·w0.03+w0.04) ·圖5-30 化學反應過程控

49、制功能圖表5-11 化學反應過程控制的I/O分配表輸 入輸 出輔助繼電器入定時器操作功能地址操作功能地址操作功能地址起動按鈕SB0.002號容器回執(zhí)器100.00第1步w0.011號容器低液位SL10.01P1100.01第2步w0.021號容器高液位SL20.02P2100.02第3步w0.032號容器低液位SL30.03P3100.03第4步w0.042號容器高液位SL40.04P4100.04第5步w0.053號容器低液位SL50.05P5100.05第6步w0.063號容器高液位SL60.06P6100.06第7步w0.074號容器低液位SL70.07攪拌器M100.07第8步w0.0

50、84號容器高液位SL80.08第9步w0.09溫度傳感器0.09第10步w0.10第11步w0.11第12步w0.12第13步w0.13定時器T0w0.05=(w0.02·w0.04+w0.05) ···w0.06=(0.09·w0.05+w0.06) ·w0.07=(+0.06) ·w0.06+w0.07) ·w0.08=(0.09·w0.05+w0.08) ·w0.09=(+0.06) ·w0.08+w0.09) ·w0.10=(0.09·w0.05+w0.10

51、) ·T0=w0.10 定時60sw0.11=(T0·w0.10+w0.11)·w0.12=(w0.07·w0.09·w0.11+w0.12) ·w0.13=(0.08+)·w0.12+w0.13) ·0.07輸出方程100.00=w0.05100.01=w0.01100.02=w0.03100.03=w0.06100.04=w0.08100.05=w0.12100.06=w0.13100.07=w0.104)畫出梯形圖，如圖5-31所示。圖5-31 化學反應過程控制梯形圖程序3、注意事項:1)由于第1步和第3步是

52、并發(fā)的，所以啟動條件相同。2)第2步和第4步的關斷條件均為w0.05得電。3)第5步的啟動條件為"1"，即轉(zhuǎn)移條件總滿足，其約束條件為2個并發(fā)的順序均完成；第5步的關斷條件應為第6、8、10步中的任一步開始動作，即w0.06+w0.08+w0.10。4)第6、8、10步的啟動條件均為加熱溫度到，第12步的啟動條件為1，約束條件為w0.07·w0.09·w0.11。5.4.5 工序步進控制指令工序步進控制指令通過SNXT（步梯形步進）指令和STEP（步梯形區(qū)域）指令的組合，作成工序步進程序。命 令作 用工 序 圖SNXT(梯形進度)命令對進入下一工序的進度進行控制。STEP(梯形區(qū)域)命令表示工序的開始。在其進入下一工序的條件成立之前，內(nèi)反復實行該工序的程序。圖5-32是用SNXT、STEP指令實現(xiàn)左圖所示的步進功能圖，其中A、B、C、D的工序進度編號是使用內(nèi)部輔助繼電器WR。圖5-32 SNXT、STEP的作用1、SNXT指令說明SNXT是在STEP 指令之前配置，（之前有工序的情況下將之前的工序編號進行ONOFF）通過對指定的工序編號進行OFFON，來控制工序的步進。根據(jù)配置位置不同，分為以下3種