第四章-數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計方法(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第四章 數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計方法教學(xué)目的Ø 了解梯形圖程序的經(jīng)驗設(shè)計法及其局限性Ø 了解根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖程序的基本方法Ø 熟悉梯形圖程序的順序控制系統(tǒng)程序設(shè)計方法Ø 掌握順序控制設(shè)計法中順序功能圖的繪制4.1 PLC的經(jīng)驗設(shè)計法數(shù)字量控制系統(tǒng)又稱為開關(guān)量控制系統(tǒng)，繼電器控制系統(tǒng)就是典型的數(shù)字量控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的電路設(shè)計采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計法。 經(jīng)驗設(shè)計法：在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸點(diǎn)，最后才能

2、得到一個滿意的結(jié)果。Ø 本質(zhì)：實(shí)際上是試圖用輸入信號X直接控制輸出信號Y，如果無法控制或為了解決記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能，只好被動地增加一些輔助元件和輔助觸點(diǎn)，由于各系統(tǒng)輸出量Y與輸入量X之間的關(guān)系和對聯(lián)鎖、互鎖的要求千變?nèi)f化，不可能找出一種簡單通用的設(shè)計方法。Ø 特點(diǎn)：設(shè)計方法沒有普遍規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的，設(shè)計所用的時間、設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大關(guān)系，設(shè)計出的程序可讀性差，可維護(hù)性差。Ø 適用場合：可用于較簡單的梯形圖程序和隨機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計。4.1.1 有記憶功能的電路（起保停電路） 4.1.2 定時器應(yīng)用電路【例：

3、41】定時器延時接通/延時斷開電路【例42】用計數(shù)器設(shè)計長延時電路SM0.4 1min時鐘脈沖LD SM0.4LD I0.1CTU C2,30000LD C2 = Q0.0【例43】用計數(shù)器擴(kuò)展定時器的定時范圍3000S=50min定時LD I0.2AN T37TON T37,30000LD T37LDN I0.2CTU C4,12000LD C4 = Q0.0【例44】用定時器設(shè)計閃爍電路LD I0.0AN T38TON T37,20LD T37TON T38,30 = Q0.04.2 根據(jù)繼電器電路設(shè)計梯形圖的方法繼電器控制系統(tǒng)改為PLC自動控制概述 PLC中的梯形圖語言與繼電器控制電路圖

4、極為相似，可以根據(jù)繼電器電路圖來設(shè)計梯形圖程序，從而用PLC改造繼電器控制系統(tǒng)。 由于原有的繼電器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期的使用和考驗，已經(jīng)證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能，而繼電器電路圖又與梯形圖有很多相似之處，因此可以將繼電器電路“翻譯”成梯形圖，即用PLC的外部硬件接線圖和梯形圖程序來實(shí)現(xiàn)繼電器系統(tǒng)的功能。且這種設(shè)計方法一般不需要改動控制面板，保持了系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長期形成的操作習(xí)慣。4.2.1 系統(tǒng)改造的基本方法將PLC看成是繼電器控制系統(tǒng)中的控制柜，原繼電器控制系統(tǒng)中控制柜的輸入、輸出信號即看成是PLC的I/O信號，柜內(nèi)的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等物理元器件即看成是PL

5、C內(nèi)部的編程元件。在此基礎(chǔ)上即可對繼電器控制電路進(jìn)行梯形圖程序的改造。將繼電器電路轉(zhuǎn)換成功能相同的PLC外部接線圖和梯形圖的步驟為：1）了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和機(jī)械動作情況，根據(jù)繼電器電路圖分析和掌握控制系統(tǒng)的工作原理，做到在設(shè)計和調(diào)試控制系統(tǒng)時心中有數(shù)。2）確定PLC的輸入信號和輸出負(fù)載，以及與它對應(yīng)的梯形圖中的I/O地址，畫出PLC的外部接線圖。3）確定與繼電器電路圖的中間繼電器、時間繼電器對應(yīng)的梯形圖中的位存儲器（M）和定時器(T)地址，建立繼電器電路中的物理元件與梯形圖中編程元件的地址間的對應(yīng)關(guān)系。4）根據(jù)上述對應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖，同時對圖中不符合梯形圖語法規(guī)則的程序結(jié)構(gòu)作局部修改

6、和調(diào)試。4.2.2 系統(tǒng)改造中的注意事項梯形圖和繼電器電路圖表面相似，實(shí)際上有本質(zhì)區(qū)別。繼電器電路是硬件電路，而梯形圖是軟件程序。改造中應(yīng)注意如下問題：1.應(yīng)遵守梯形圖語言中的語法規(guī)定。2.設(shè)置中間單元：若多個線圈都受某組串并聯(lián)觸點(diǎn)的控制，為了簡化電路，在梯形圖中可以設(shè)置用該電路控制的位存儲器（類似繼電器電路的中間繼電器）。3.盡量減少PLC的輸入信號和輸出信號，減少PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，降低費(fèi)用。4.設(shè)立外部聯(lián)鎖電路，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。5.對梯形圖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在串聯(lián)電路中將單個觸點(diǎn)放在右邊，在并聯(lián)電路中將單個觸點(diǎn)放在下邊，以避免電路的塊連接操作，從而減少程序指令條數(shù)。6.關(guān)注外部負(fù)載

7、的額定工作電壓要求，選用PLC輸出模塊的輸出類型需與之匹配。4.3 順序控制設(shè)計法與順序功能圖4.3.1 順序控制設(shè)計法 用經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計梯形圖程序存在的問題： 經(jīng)驗設(shè)計法沒有一套固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，對于不同的控制系統(tǒng)，沒有一種通用的容易掌握的設(shè)計方法。 在設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時，用大量的中間元件來完成記憶、聯(lián)鎖和互鎖等功能，由于需要考慮的因素較多，它們往往又交織在引起，分析起來十分困難，并且容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問題。修改某一局部電路時，很可能會“牽一發(fā)而動全身”，對系統(tǒng)的其它部分產(chǎn)生意想不到的影響，因此梯形圖的修改十分麻煩，往往花了很長時間還得不到一個滿意的

8、結(jié)果。 用經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計出的梯形圖程序往往很難閱讀，給系統(tǒng)的維修和改進(jìn)帶來了很大困難。 順序控制：就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有秩序地進(jìn)行操作。 順序控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：有很強(qiáng)的時序性，即先做什么，后做什么，前面的工作沒做完，則不能做后面的工作，其中有很多聯(lián)鎖、互鎖等邏輯關(guān)系。若采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計法來設(shè)計用戶程序，一般是比較困難的。 順序控制設(shè)計法設(shè)計過程：首先根據(jù)被控系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計出梯形圖程序。有的PLC為用戶提供了順序功能圖語言，在編程軟件中生成順序功能圖便完成了編程工作

9、，編程軟件會自動生成對應(yīng)的梯形圖程序。 順序控制設(shè)計法的優(yōu)點(diǎn)：這是一種先進(jìn)的設(shè)計方法，設(shè)計過程規(guī)律性強(qiáng)，容易接受和掌握，可以極大地提高設(shè)計效率，是順序控制的生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)計PLC梯形圖程序的主要方法，它用輸入量X控制代表各步的編程元件（如輔助繼電器M）,再用它們控制輸出量Y，設(shè)計出的程序可讀性強(qiáng)，程序的調(diào)試、修改和維護(hù)方便，要重點(diǎn)學(xué)習(xí)和掌握。 順序控制設(shè)計法的基礎(chǔ)是系統(tǒng)的順序功能圖的繪制。 順序功能圖(Seguential Function Chart)是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計PLC順序控制程序的有力工具。 順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用

10、的技術(shù)語言，可以供進(jìn)一步設(shè)計和不同專業(yè)人員之間進(jìn)行技術(shù)交流之用。4.3.2 順序功能圖中的步與動作1.步的基本概念及工步劃分的基本方法 可以將被控系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步，并用編程元件（如位存儲器M和順序控制繼電器S）來代表各步。 根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分步：在任何一步之內(nèi)，各輸出量的接通/斷開狀態(tài)不變，但相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)不相同。 然后確定步與步之間的轉(zhuǎn)換條件，若上一步為活動步，且由上一步到當(dāng)前步的轉(zhuǎn)換條件成立，則發(fā)生步的活動狀態(tài)的進(jìn)展，當(dāng)前步變?yōu)榛顒硬?，上一步變?yōu)殪o步。各步相應(yīng)的輸出即命令或動作，當(dāng)步處于活動狀態(tài)時，相應(yīng)的動作被執(zhí)行；處于不活動步時

11、，相應(yīng)的動作被停止。 順序控制設(shè)計法用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制PLC的各輸出位。 2.初始步 每個順序功能圖至少要有一個初始步，對應(yīng)于等待起動命令時的相對靜止?fàn)顟B(tài)，用雙線方框表示。這一步可能沒有什么輸出處于接通狀態(tài)，但這一步是必不可少的。一方面因為該步與它的相鄰步相比，輸出變量總的狀態(tài)各不相同，另一方面如果沒有該步，系統(tǒng)將無法表示其初始狀態(tài)，系統(tǒng)也將無法返回停止?fàn)顟B(tài)。 3與步對應(yīng)的動作和命令Ø 施控系統(tǒng)：控制設(shè)備(如PLC、工控計算機(jī)等)，發(fā)出控制命令；Ø 被控系統(tǒng)：生產(chǎn)設(shè)備(如機(jī)床、輸送帶、鍋爐等)接收控

12、制命令， 完成相應(yīng)動作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程。在順序功能圖中，稱呼命令或動作均可。 同一步中的命令或動作排列位置之間沒有任何先后順序。還可通過使用動作修飾詞來完成各步中的命令或動作（見表41）。4.活動步 當(dāng)系統(tǒng)正處在某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。步處于活動狀態(tài)時，相應(yīng)的動作被執(zhí)行；處于不活動狀態(tài)時，相應(yīng)的非存儲型動作被停止執(zhí)行。4.3.3 順序功能圖中的有向連線與轉(zhuǎn)換條件 1.有向連線 在順序功能圖中，隨著時間的推移和轉(zhuǎn)換條件的實(shí)現(xiàn)，將會發(fā)生步的活動狀態(tài)的進(jìn)展，這種進(jìn)展按有向連線規(guī)定的路線和方向進(jìn)行。在順序功能圖中，將代表各步的方框按它們成為活動步的順序排列，并用有向連線

13、將它們連接起來。步的活動狀態(tài)習(xí)慣的進(jìn)展方向是從上到下或從左到右，在這兩個方向有向連線的箭頭可以省略。如果不是上述方向，應(yīng)在有向連線上用箭頭標(biāo)出進(jìn)展方向。若圖中有向連線必須中斷，應(yīng)在中斷處標(biāo)出后續(xù)步序和所在頁數(shù)。 2.轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示，轉(zhuǎn)換將相鄰兩步隔開。步的活動狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來完成的，并與控制過程的發(fā)展相對應(yīng)。 3.轉(zhuǎn)換條件 使系統(tǒng)由當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件。 轉(zhuǎn)換條件可以是外部輸入信號，如按鈕、開關(guān)等的接通/斷開等； 也可以是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號，如定時器、計數(shù)器觸點(diǎn)的接通/斷開等； 還可以是若干個信號的與、或、非等的邏輯組合。 順序功能

14、圖中轉(zhuǎn)換條件的表示方法：可以用文字語言、圖形符號和布爾代數(shù)來表示在代表轉(zhuǎn)換的短劃線旁，多使用布爾代數(shù)表達(dá)式。 初始化脈沖（SM0.1）的使用： 在順序功能圖中，只有當(dāng)某一步的前級步是活動步時，該步才有可能變成活動步。如果用沒有斷電保持功能的編程元件代表各步，PLC接入RUN工作方式時，工步均處于OFF狀態(tài)，系統(tǒng)將無法啟動并工作。所以順序功能圖中必須使用初始化脈沖SM0.1的常開觸點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換條件，將初始步預(yù)置為活動步，系統(tǒng)才能正常啟動并進(jìn)入相應(yīng)工作狀態(tài)。 4.3.4 順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)1.單系列 由一系列相繼激活的步組成，每一步之后僅有一個轉(zhuǎn)換，每一個轉(zhuǎn)換之后也僅有一個步。 2.選擇系列

15、16; 分支：開始稱為分支，其結(jié)構(gòu)是某一步之 后在不同轉(zhuǎn)換條件的控制之下，當(dāng)某個轉(zhuǎn)換條件滿足時，可以由該步有選擇地進(jìn)入到后續(xù)的某一步所對應(yīng)的分支系列中。該步轉(zhuǎn)換符號只能標(biāo)注于水平線之下。Ø 合并：結(jié)束稱為合并。幾個選擇系列合并到一個公共系列時，用需要重新組合的系列相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換符號和水平連線來表示。轉(zhuǎn)換符號只允許標(biāo)注于水平連線之上。 3.并行系列 用來表示系統(tǒng)的幾個同時工作的獨(dú)立部分的工作情況。 當(dāng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致幾個系列同時激活時，這些系列稱為并行系列。Ø 分支：并行系列開始（同時開始多個活動步）Ø 合并：并行系列結(jié)束（同時結(jié)束多個活動步）在表示同步的水平雙線之下

16、，只允許有一個轉(zhuǎn)換符號。4.復(fù)雜順序功能圖 順序功能圖中同時具有單系列、選擇系列和并行系列等結(jié)構(gòu)的順序功能圖稱為復(fù)雜順序功能圖。例：三工位鉆床圓形工作臺控制系統(tǒng)順序功能圖 模型描述：Ø 在初始狀態(tài)，按下啟動按鈕后，三個工位同時工作。Ø 一個工位將待加工工件送到圓形工作臺上，然后送料液壓缸退回Ø 另一個工位將工件夾緊并鉆孔，鉆完后鉆頭向上返回初始位置并放開工件Ø 在第三個工位用深度計測量加工的孔是否合格：ü 如果合格，測量頭上升，并自動卸下加工好的工件， 然后卸料缸返回；ü 如果不合格，測量頭返回后由工人取走次品， 并用按鈕發(fā)出人工卸料

17、完成的重新啟動信號。Ø 三個工位的操作都完成后，工作臺順時針旋轉(zhuǎn)120o，最后系統(tǒng)返回初始步。 例：板料剪切機(jī)自動控制系統(tǒng)順序功能圖 模型描述： 開始（初始狀態(tài)）時壓鉗和剪刀在上限位置，限位開關(guān)I0.0和I0.1為ON。按下啟動按鈕I1.0，工作過程如下： 首先板料右行（Q0.0為ON）至限位開關(guān)I0.3動作，然后壓鉗下行（Q0.1為ON并保持），壓緊板料后，壓力繼電器I0.4為ON，壓鉗保持壓緊，剪刀開始下行（Q0.2為ON）。 剪斷板料后，I0.2變?yōu)镺N，壓鉗和剪刀同時上行（Q0.3和Q0.4為ON，Q0.1和Q0.2為OFF），它們分別碰到限位開關(guān)I0.0和I0.1后，分別停

18、止運(yùn)行。 都停止后，又開始下一周期的工作，剪完10塊料后停止工作并停在初始狀態(tài)。4.3.5 順序功能圖中轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則1.轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件Ø 該轉(zhuǎn)換的所有前級步都是活動步，Ø 相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。 如果轉(zhuǎn)換的前級步或后續(xù)步不止一個，轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)稱為同步實(shí)現(xiàn)。為了強(qiáng)調(diào)同步實(shí)現(xiàn)，有向連線的水平部分用雙實(shí)線表示。 2.轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作Ø 使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬?#216; 使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的前級步都變?yōu)椴换顒硬?轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則是根據(jù)順序功能圖設(shè)計梯形圖程序的基礎(chǔ)，它適用于順序功能圖中的各種基本結(jié)構(gòu)的梯形圖編程

19、。在梯形圖中，用編程元件（例如M和S）代表步，當(dāng)某步為活動步時，該步對應(yīng)的編程元件為ON。當(dāng)該步之后的轉(zhuǎn)換條件滿足時，轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的觸點(diǎn)或電路接通，因此可以將該觸點(diǎn)或電路與代表所有前級步的編程元件的常開觸點(diǎn)串聯(lián)，作為與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的兩個條件同時滿足的電路。 上述規(guī)則可以適用于任意結(jié)構(gòu)順序功能圖的轉(zhuǎn)換。 單系列中，一個轉(zhuǎn)換僅有一個前級步和一個后續(xù)步。Ø 并行系列中，分支處的轉(zhuǎn)換有幾個后續(xù)步，在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時應(yīng)同時將它們對應(yīng)的編程元件置位；在并行系列的合并處，轉(zhuǎn)換有幾個前級步，它們均為活動步時才有可能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時應(yīng)將它們對應(yīng)的編程元件全部復(fù)位。Ø 選擇系列的分支與合并處，一個

20、轉(zhuǎn)換實(shí)際上只對應(yīng)有一個前級步和一個后續(xù)步，但是一個步可能有多個前級步或多個后續(xù)步。 3.繪制順序功能圖時的注意事項Ø 順序功能圖中，兩個步不能直接相連，須用一個轉(zhuǎn)換將它們隔開Ø 兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個步將它們隔開。Ø 初始步必不可少，且必須初始化激活系統(tǒng)才可能啟動。Ø 單周期操作的控制系統(tǒng)：當(dāng)啟動信號到來時，系統(tǒng)從初始步開始運(yùn)行，在執(zhí)行完一次工藝過程的全部操作之后，從最后一步返回到初始步，系統(tǒng)停止在初始狀態(tài)，等待下一次啟動信號的到來。Ø 連續(xù)循環(huán)工作的控制系統(tǒng)：當(dāng)啟動信號到來時，系統(tǒng)從初始步開始運(yùn)行，在執(zhí)完一次工藝過程的全部操作之后，系統(tǒng)從最后一步返回到工