激光設備控制技術教材——第四章第三節(jié)講解

1、第三節(jié)可編程控制器的程序設計方法一、梯形圖的編程規(guī)則PLC是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術人員，為了適應 他們的傳統習慣和掌握能力，通常PLC不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會(IEC)1994年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語言標準)詳細地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖(sequentialfunction chart)、梯形圖(Ladder diagram)、功能塊圖( Function black diagram)、指令表(Instruction list )、結構文本(struct

2、ured text )。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結 構文本為文字語言，功能表圖是一種結構塊控制流程圖。1梯形圖概述梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統的電路圖很相似， 具有直觀易懂的優(yōu)點， 很容易被工廠電氣人員掌握， 特別適用于開關 量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。梯形圖編程中，用到以下四個基本概念：(1) 軟繼電器PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元(軟繼電器)，每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一

3、個存儲單元相對應。該存儲單元如果為“ 1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“ OFF'狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。(2) 能流 如圖4-52所示觸點1、2接通時，有一個假想的“概念電流”或“能流” (Power Flow)從左向右流動，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。能流只能從左向右流動。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。圖4-52 a中可能有

4、兩個方向的能流流過觸點5 (經過觸點1、5、4或經過觸點3、5、2),這不符合能流只能從左向右流動的原則，因此應改為如圖4-52 b所示的梯形圖。a)b)圖4-52 梯形圖a)錯誤的梯形圖b)正確的梯形圖(3) 母線 梯形圖兩側的垂直公共線稱為母線(Bus bar),。在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線(左母線和右母線) 之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。(4) 梯形圖的邏輯解算根據梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。 梯形圖中邏輯解算是按從左至

5、右、從上到下的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據輸入映像寄存器中的值，而不是根據解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。2梯形圖的編程規(guī)則盡管梯形圖與繼電器電路圖在結構形式、元件符號及邏輯控制功能等方面相類似，但它們又有許多不同之處，梯形圖具有自己的編程規(guī)則。（1）每一邏輯行總是起于左母線，然后是觸點的連接，最后終止于線圈或右母線（右 母線可以不畫出）。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點，而線圈與右母線之間則不能有 任何觸點。（2）梯形圖中的觸點可以任意串聯或并聯，但繼電器線圈只能并聯而不能串聯。（3）觸點的使用次數不受限制。（4）一般情況下，在梯形圖中同一線圈

6、只能出現一次。如果在程序中，同一線圈使用了兩次或多次，稱為“雙線圈輸出”。對于“雙線圈輸出”，有些PLC將其視為語法錯誤，絕 對不允許；有些 PLC則將前面的輸出視為無效，只有最后一次輸出有效；而有些PLC在含有跳轉指令或步進指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。（5） 對于不可編程梯形圖必須難過等效變換，變成可編程梯形圖，例如圖4-52所示。（6） 有幾個串聯電路相并聯時，應將串聯觸點多的回路放在上方，如圖4-53 a所示。在有幾個并聯電路相串聯時，應將并聯觸點多的回路放在左方，如圖4-53 b所示。這樣所編制的程序簡潔明了，語句較少。II)I) ©D OKU ()1 TXI X2 盧LD

7、XIAXDXIORXft01Ta)b）圖4-53 梯形圖之二另外，在設計梯形圖時輸入繼電器的觸點狀態(tài)最好按輸入設備全部為常開進行設計更為 合適，不易出錯。建議用戶盡可能用輸入設備的常開觸點與PLC輸入端連接，如果某些信號只能用常閉輸入，可先按輸入設備為常開來設計，然后將梯形圖中對應的輸入繼電器觸點取反（常開改成常閉、常閉改成常開）。二、典型單元的梯形圖程序PLC應用程序往往是一些典型的控制環(huán)節(jié)和基本單元電路的組合，熟練掌握這些典型環(huán)節(jié)和基本單元電路，可以使程序的設計變得簡單。本節(jié)主要介紹一些常見的典型單元梯形圖 程序。1具有自鎖、互鎖功能的程序（1）具有自鎖功能的程序利用自身的常開觸點使線圈持

8、續(xù)保持通電即“ON”狀態(tài)的功能稱為自鎖。如圖 4-54所示的起動、保持和停止程序（簡稱起保停程序）就是典型的具 有自鎖功能的梯形圖，X1為起動信號和X2為停止信號。XIIIxsrL¥l_lIxiIITLX2HLY1 I圖4-54起保停程序與時序圖a）停止優(yōu)先b）起動優(yōu)先圖4-54 a為停止優(yōu)先程序，即當 X1和X2同時接通，則 Y1斷開。圖4-54 b為起動優(yōu)先 程序，即當X1和X2同時接通，則 Y1接通。起保停程序也可以用置位（ SET和復位（RST 指令來實現。在實際應用中，起動信號和停止信號可能由多個觸點組成的串、并聯電路提供。（2）具有互鎖功能的程序利用兩個或多個常閉觸點來保

9、證線圈不會同時通電的功能成為“互鎖”。三相異步電動機的正反轉控制電路即為典型的互鎖電路，如圖4-55所示。其中KMI和KM2分別是接觸器聯鎖正反轉控制線觸器。圖4-55 三相異步電動機的正反轉控制電路如圖4-56所示為采用PLC控制三相異步電動機正反轉的外部I/O接線圖和梯形圖。實現正反轉控制功能的梯形圖是由兩個起保停的梯形圖再加上兩者之間的互鎖觸點構成。應該注意的是雖然在梯形圖中已經有了軟繼電器的互鎖觸點（X1與XO、Y1與Y0），但在I/O接線圖的輸出電路中還必須使用KM1、KM2的常閉觸點進行硬件互鎖。因為PLC軟繼電器互鎖只相差一個掃描周期，而外部硬件接觸器觸點的斷開時間往往大于一個掃

10、描周期， 來不及響應，且觸點的斷開時間一般較閉合時間長。例如Y0雖然斷開，可能KM1的觸點還未斷開，在沒有外部硬件互鎖的情況下，KM2的觸點可能接通，引起主電路短路，因此必須采用軟硬件雙重互鎖。采用了雙重互鎖，同時也避免因接觸器KM1或KM2的主觸點熔焊引起電動機主電路短路。4正轉反轉停圖4-56用PLC控制電動機正反轉的I/O接線圖和梯形圖2定時器應用程序（1）產生脈沖的程序1）周期可調的脈沖信號發(fā)生器。如圖4-57所示采用定時器 TO產生一個周期可調節(jié)的連續(xù)脈沖。當X0常開觸點閉合后，第一次掃描到TO常閉觸點時，它是閉合的，于是TO線圈得電，經過1s的延時，TO常閉觸點斷開。TO常閉觸點斷

11、開后的下一個掃描周期中，當掃 描到TO常閉觸點時，因它已斷開，使TO線圈失電，TO常閉觸點又隨之恢復閉合。這樣，在下一個掃描周期掃描到TO常閉觸點時，又使 TO線圈得電，重復以上動作，TO的常開觸點連續(xù)閉合、斷開，就產生了脈寬為一個掃描周期、脈沖周期為1s的連續(xù)脈沖。改變 TO的設定值，就可改變脈沖周期。XO TOTOa)圖 4-57a）2）占空比可調的脈沖信號發(fā)生器。脈沖周期為5秒，占空比為3: 2 （接通時間：斷開時間） 斷開時間為2s，由定時器TO設定，用周期可調的脈沖信號發(fā)生器梯形圖b）時序圖如圖4-58所示為采用兩個定時器產生連續(xù)脈沖信號，。接通時間3s,由定時器T1設定,YO作為連

12、續(xù)脈沖輸出端。XO T1-15TOCDK30b)67圖4-58占空比可調的脈沖信號發(fā)生器a）梯形圖b）時序圖3）順序脈沖發(fā)生器。如圖4-59 a所示為用三個定時器產生一組順序脈沖的梯形圖程序， 順序脈沖波形如圖 4-59 b所示。當X4接通，T40開始延時，同時Y31通電，定時10s時間到， T40常閉觸點斷開，Y31斷電。T40常開觸點閉合，T41開始延時，同時 Y32通電，當T41 定時15s時間到，Y32斷電。T41常開觸點閉合，T42開始延時.同時 Y33通電，T42定時 20s時間到，Y33斷電。如果X4仍接通，重新開始產生順序脈沖，直至X4斷開。當X4斷開時，所有的定時器全部斷電，

13、定時器觸點復位，輸出Y31、Y32及Y33全部斷電。X4 T42TtPF_®K1Q0 因 TO:IDSICSY31 |iIiiii 15Sii15SY32:i 亞Y33T®T40HI®K1WW T41T T41一、HI®T41T42Tka)圖4-59順序脈沖發(fā)生器a）梯形圖b）時序圖（2）斷電延時動作的程序大多數PLC的定時器均為接通延時定時器，即定時器線圈通電后開始延時，待定時時間到，定時器的常開觸點閉合、常閉觸點斷開。在定時器線圈斷電時，定時器的觸點立刻復位。如圖4-60所示為斷開延時程序的梯形圖和動作時序圖。當X13接通時，M0線圈接通并自鎖，Y3

14、線圈通電，這時T13由于X13常閉觸點斷開而沒有接通定時；當 X13斷開時，X13 的常閉觸點恢復閉合，T13線圈得電，開始定時。經過10s延時后，T13常閉觸點斷開，使M0復位，Y3線圈斷電，從而實現從輸入信號 開的延時功能。X13斷開，經10s延時后，輸出信號 Y3才斷HH0(5K100H1®X13T13X13丨1T13 CST11 Y3a)b)圖4-60 斷電延時動作的程序a）梯形圖b）時序圖（3）多個定時器組合的延時程序一般PLC的一個定時器的延時時間都較短，如FX系列PLC中一個0.1s定時器的定時范圍為 0.13276.7s,如果需要延時時間更長的定時器，可 采用多個定時

15、器串級使用來實現長時間延時。定時器串級使用時，其總的定時時間為各定時器定時時間之和。如圖4-61所示為定時時間為1h的梯形圖及時序圖，輔助繼電器M1用于定時啟?？刂?， 采用兩個0.1s定時器T14和T15串級使用。當T14開始定時后，經1800s延時，T14的常開 觸點閉合，使T15再開始定時，又經1800s的延時，T15的常開觸點閉合，Y4線圈接通。從 X14接通，到 Y4輸出，其延時時間為 1800s+1800s=3600s=1h。8胡b）圖4-61用定時器串級的長延時程序a）梯形圖b）時序圖3計數器應用程序（1）應用計數器的延時程序只要提供一個時鐘脈沖信號作為計數器的計數輸入信號,計數器

16、就可以實現定時功能，時鐘脈沖信號的周期與計數器的設定值相乘就是定時時間。時鐘脈沖信號，可以由PLC內部特殊繼電器產生（如 FX系列PLC的M8011、M8012、M8013和M8014等），也可以由連續(xù)脈沖發(fā)生程序產生，還可以由PLC外部時鐘電路產生。X15HH06卄M2 JE012TcoHFxuaa)RST00coK13000Y5圖 4-62X15JwlLRnRTLk計 13000 個M2cob)應用一個計數器的延時程序a）梯形圖b）時序圖如圖4-62所示為采用計數器實現延時的程序，由M8012產生周期為0.1s時鐘脈沖信號。當啟動信號X15閉合時，M2得電并自鎖，M8012時鐘脈沖加到C0

17、的計數輸入端。當 C0累 計到18000個脈沖時，計數器 C0動作，C0常開觸點閉合，Y5線圈接通，Y5的觸點動作。 從X15閉合到Y5動作的延時時間為18000 X 0.1 = 1800s。延時誤差和精度主要由時鐘脈沖信號的周期決定，要提高定時精度，就必須用周期更短的時鐘脈沖作為計數信號。延時程序最大延時時間受計數器的最大計數值和時鐘脈沖的周期限制，如圖5-11 所示計數器C0的最大計數值為 32767,所以最大延時時間為： 32767X 0.1 = 3276.7s。要增大延 時時間，可以增大時鐘脈沖的周期， 但這又使定時精度下降。為獲得更長時間的延時，同時又能保證定時精度，可采用兩級或多級

18、計數器串級計數。如圖4-63所示為采用兩級計數器串級計數延時的一個例子。圖中由CO構成一個1800s（30min ）的定時器，其常開觸點每隔30min閉合一個掃描周期。這是因為C0的復位輸入端并聯了一個C0常開觸點，當C0累計到18000個脈沖時，計數器 C0動作，C0常開觸點閉合，C0復位，C0計數器動作一個掃描 周期后又開始計數，使 C0輸出一個周期為30min、脈寬為一個掃描周期的時鐘脈沖。C0的另一個常開觸點作為 C1的計數輸入，當 C0常開觸點接通一次，C1輸入一個計數脈沖，當 C1計數脈沖累計到10個時，計數器 C1動作，C1常開觸點閉合，使 Y5線圈接通，Y5觸點 動作。從X15

19、閉合，至U Y5動作，其延時時間為 18000 X 0.1 X 10= 18000s （5h）。計數器C0 和C1串級后，最大的延時時間可達：32767 X 0.1 X 32767s= 29824.34 h = 1242.68天（2）定時器與計數器組合的延時程序利用定時器與計數器級聯組合可以擴大延時時間，如圖4-64所示。圖中T4形成一個20s的自復位定時器，當 X4接通后，T4線圈接通并 開始延時，20s后T4常閉觸點斷開，T4定時器的線圈斷開并復位，待下一次掃描時，T4常閉觸點才閉合，T4定時器線圈又重新接通并開始延時。所以當X4接通后，T4每過20s其常開觸點接通一次，為計數器輸入一個脈

20、沖信號，計數器C4計數一次，當C4計數100次時，其常開觸點接通 Y3線圈?？梢姀腦4接通到Y3動作，延時時間為定時器定時值（20s）和計 數器設定值（100）的乘積（2000s）。圖中M8002為初始化脈沖，使 C4復位。X15X16®10#圖4-63應用兩個計數器的延時程序X161 RST I C0co（3）計數器級聯程序計數器計數值范圍的擴展，法來實現。圖4-65為兩個計數器級聯組合擴展的程序。X1通/斷50次時，C60的常開觸點接通，C61計數1C60復位，重新從零開始對 X1的通/斷進行計數，每當可以通過多個計數器級聯組合的方X1每通/斷一次，C60計數1次，當 次，與此同

21、時 C60另一對常開觸點使C60計數50次時，C61計數1次，Y31接通。可當C61計數到40次時，X1總計通/斷50 X 40= 2000次，C61常開觸點閉合， 見本程序計數值為兩個計數器計數值的乘積。4其它典型應用程序（1）單脈沖程序 單脈沖程序如圖4-66所示，從給定信號（X0）的上升沿開始產生一 個脈寬一定的脈沖信號（丫1）。當X0接通時，M2線圈得電并自鎖，M2常開觸點閉合，使 T1開始定時、Y1線圈得電。定時時間 2s到，T1常閉觸點斷開，使 Y1線圈斷電。無論輸入 X0接通的時間長短怎樣，輸出 Y1的脈寬都等于T1的定時時間2s。11XO J|_|:2S11 h生_|k生4；2

22、S:2S丸IfLM2 nM2-1HT1K20a）圖4-66 單脈沖程序a）梯形圖b）時序圖（2）分頻程序在許多控制場合，需要對信號進行分頻。下面以如圖4-67所示的二分頻程序為例來說明 PLC是如何來實現分頻的。XI ML61XIHUGO TOHIM1J60M162Y30dlI IIII_JIIII III IIIIIlliti t2 t3 t4a)b）圖4-67二分頻程序a）梯形圖b）時序圖圖中，Y30產生的脈沖信號是 X1脈沖信號的二分頻。圖 4-67 b中用了三個輔助繼電器 M160、M161和M162。當輸入X1在t1時刻接通（ON）, M160產生脈寬為一個掃描周期的 單脈沖，Y30

23、線圈在此之前并未得電，其對應的常開觸點處于斷開狀態(tài)，因此執(zhí)行至第3行程序時，盡管 M160得電，但M162仍不得電，M162的常閉觸點處于閉合狀態(tài)。執(zhí)行至第 4行，Y30得電（ON）并自鎖。此后，多次循環(huán)掃描執(zhí)行這部分程序，但由于 M160僅接通 一個掃描周期，M162不可能得電。由于 Y30已接通，對應的常開觸點閉合，為M162的得電做好了準備。等到t2時刻，輸入X1再次接通（ON），M160上再次產生單脈沖。此時在執(zhí)行第3行時，M162條件滿足得電，M162對應的常閉觸點斷開。執(zhí)行第4行程序時，Y30線圈失電（OFF）。 之后雖然X1繼續(xù)存在，由于 M160是單脈沖信號，雖多次掃描執(zhí)行第4

24、行程序，Y30也不可能得電。在t3時刻，X1第三次ON，M160上又產生單脈沖，輸出Y30再次接通（ON）。t4時刻，Y30再次失電（OFF），循環(huán)往復。這樣 Y30正好是X1脈沖信號的二分頻。由于每 當出現X1 （控制信號）時就將 Y30的狀態(tài)翻轉（ON/OFF/ON/OFF），這種邏輯關系也可用作 觸發(fā)器。除了以上介紹的幾種基本程序外，還有很多這樣的程序不再一一列舉，它們都是組成較復雜的PLC應用程序的基本環(huán)節(jié)。三、程序的經驗設計法1概述在PLC發(fā)展的初期，沿用了設計繼電器電路圖的方法來設計梯形圖程序，即在已有的些典型梯形圖的基礎上， 根據被控對象對控制的要求， 不斷地修改和完善梯形圖。

25、有時需要多 次反復地調試和修改梯形圖， 不斷地增加中間編程元件和觸點， 最后才能得到一個較為滿意 的結果。 這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循， 設計所用的時間、 設計的質量與編程者的經驗 有很大的關系， 所以有人把這種設計方法稱為經驗設計法。 它可以用于邏輯關系較簡單的梯 形圖程序設計。用經驗設計法設計 PLC程序時大致可以按下面幾步來進行：分析控制要求、選擇控制原則；設計主令元件和檢測元件， 確定輸入輸出設備；設計執(zhí)行元件的控制程序；檢查修改和 完善程序。下面通過例子來介紹經驗設計法。2.設計舉例送料小車自動控制的梯形圖程序設計。（1）被控對象對控制的要求如圖4-68 a所示送料小車在限位開關

26、 X4處裝料，20s后裝料結束，開始右行，碰到 X3 后停下來卸料， 25s 后左行，碰到 X4 后又停下來裝料，這樣 不停地循環(huán)工作，直到按下停止按鈕X2。按鈕X0和X1分別用來起動小車右行和左行。（ 2）程序設計思路以眾所周知的電動機正反轉控制的梯形圖為基礎，設計出的小車控制梯形圖如圖 4-68 b所示。為使小車自動停止，將X3和X4的常閉觸點分別與 Y0和Y1的線圈串聯。為使小車自動起動，將控制裝、卸料延時的定時器T0和T1的常開觸點，分別與手動起動右行和左行的X0、X1的常開觸點并聯，并用兩個限位開關對應的X4和X3的常開觸點分別接通裝料、卸料電磁閥和相應的定時器。（ 3）程序分析 設

27、小車在起動時是空車，按下左行起動按鈕 X1， Y1 得電， 小車開始左 行，碰到左限位開關時，X4的常閉觸點斷開，使 Y1失電，小車停止左行。X4的常開觸點接 通，使Y2和T0的線圈得電，開始裝料和延時。20s后T0的常開觸點閉合，使 Y0得電，小車右行。小車離開左限位開關后，X4變?yōu)椤?0”狀態(tài)，Y2和T0的線圈失電，停止裝料， T0被復位。對右行和卸料過程的分析與上面的基本相同。如果小車正在運行時按停止按鈕X2，小車將停止運動，系統停止工作。左 Y1 |小車| YO 右o oA1X4X3 占a)b)圖4-68 送料小車自動控制a）小車運行示意圖b）梯形圖3經驗設計法的特點經驗設計法對于一些

28、比較簡單程序設計是比較奏效的，可以收到快速、簡單的效果。但是，由于這種方法主要是依靠設計人員的經驗進行設計，所以對設計人員的要求也就比較高，特別是要求設計者有一定的實踐經驗，對工業(yè)控制系統和工業(yè)上常用的各種典型環(huán)節(jié)比較熟悉。經驗設計法沒有規(guī)律可遵循，具有很大的試探性和隨意性，往往需經多次反復修改和完善才能符合設計要求，所以設計的結果往往不很規(guī)范，因人而異。經驗設計法一般適合于設計一些簡單的梯形圖程序或復雜系統的某一局部程序（如手動程序等）。如果用來設計復雜系統梯形圖，存在以下問題：（1）考慮不周、設計麻煩、設計周期長用經驗設計法設計復雜系統的梯形圖程序時，要用大量的中間元件來完成記憶、聯鎖、互

29、鎖等功能，由于需要考慮的因素很多，它們往往又交織在一起，分析起來非常困難， 并且很容易遺漏一些問題。修改某一局部程序時，很可能會對系統其它部分程序產生意想不到的影響，往往花了很長時間，還得不到一個滿意的結果。（2）梯形圖的可讀性差、系統維護困難用經驗設計法設計的梯形圖是按設計者的經驗和習慣的思路進行設計。因此，即使是設計者的同行，要分析這種程序也非常困難，更不用說維修人員了，這給 PLC系統的維護和改進帶來許多困難。四、PLC程序的順序控制設計法1概述如果一個控制系統可以分解成幾個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產過程的正常運行，這樣的控制系統稱為順序控制系統

30、，也稱為步進控制系統。其控制總是一步一步按順序進行。在工業(yè)控制領域中，順序控制系統的應用很廣， 尤其在機械行業(yè)，幾乎無例外地利用順序控制來實現加工的自動循環(huán)。所謂順序控制設計法就是針對順序控制系統的一種專門的設計方法。這種設計方法很容易被初學者接受，對于有經驗的工程師，也會提高設計的效率，程序的調試、修改和閱讀也很方便。PLC的設計者們?yōu)轫樞蚩刂葡到y的程序編制提供了大量通用和專用的編程元件，開 發(fā)了專門供編制順序控制程序用的功能表圖，使這種先進的設計方法成為當前PLC程序設計的主要方法。2順序控制設計法的設計步驟采用順序控制設計法進行程序設計的基本步驟及內容如下：（1 ）步的劃分 順序控制設計

31、法最基本的思想是將系統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，并且用編程元件（輔助繼電器M或狀態(tài)器S）來代表各步。如圖4-69 a所示，步是根據PLC輸出狀態(tài)的變化來劃分的，在任何一步之內，各輸出狀態(tài)不變，但是相鄰步之間輸出狀態(tài)是不同的。步的這種劃分方法使代表各步的編程元件與PLC各輸出狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關系。步也可根據被控對象工作狀態(tài)的變化來劃分，但被控對象工作狀態(tài)的變化應該是由PLC輸出狀態(tài)變化引起的。 如圖4-69 b所示，某液壓滑臺的整個工作過程可劃分為停止（原位）、快進、工進、快退四步。但這四步的狀態(tài)改變都必須是由PLC輸出狀態(tài)的變化引起的，否則就不能這樣劃

32、分，例如從快進轉為工進與PLC輸出無關，那么快進和工進只能算一步。PM 輸出 YO| II IFIT輸出 Y1j(II IB hSQ1步aJ圖 4-69步的劃分Pic 輸岀 V2IIa）劃分萬法一b）劃分萬法二（2） 轉換條件的確定使系統由當前步轉入下一步的信號稱為轉換條件。轉換條件可能是外部輸入信號，如按鈕、指令開關、限位開關的接通/斷開等，也可能是 PLC內部產生的信號，如定時器、計數器觸點的接通/斷開等，轉換條件也可能是若干個信號的與、或、非邏輯組合。如圖 4-69 b所示的SB SQ1、SQ2、SQ3均為轉換條件。順序控制設計法用轉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

33、變 化，然后用代表各步的編程元件去控制各輸出繼電器。（3） 功能表圖的繪制根據以上分析和被控對象工作內容、步驟、順序和控制要求畫出功能表圖。繪制功能表圖是順序控制設計法中最為關鍵的一個步驟。繪制功能表圖的具體方法將后面詳細介紹。（4）梯形圖的編制根據功能表圖，按某種編程方式寫出梯形圖程序。有關編程方式將在本章節(jié)第五節(jié)中介紹。如果PLC支持功能表圖語言，則可直接使用該功能表圖作為最終 程序。3功能表圖的繪制功能表圖又稱做狀態(tài)轉移圖，它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形， 也是設計PLC的順序控制程序的有力工具。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技 術，它是一種通用的技術語言，可以

34、用于進一步設計和不同專業(yè)的人員之間進行技術交流。各個PLC廠家都開發(fā)了相應的功能表圖，各國家也都制定了功能表圖的國家標準。我國于1986年頒布了功能表圖的國家標準（GB6988.6-86）。（1）步與動作1） 步。在功能表圖中用矩形框表示步，方框內是該步的編號。如圖5-20所示各步的編 號為n -1、n、n+1。編程時一般用 PLC內部編程元件來代表各步，因此經常直接用代表該步的編程元件的元件號作為步的編號，如M300等，這樣在根據功能表圖設計梯形圖時較為方便。2）初始步。與系統的初始狀態(tài)相對應的步稱為初始步。初始狀態(tài)一般是系統等待起動 命令的相對靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個功能表

35、圖至少應該有一個初始步。3）動作。一個控制系統可以劃分為被控系統和施控系統，例如在數控車床系統中，數控裝置是施控系統，而車床是被控系統。對于被控系統，在某一步中要完成某些“動作”，對于施控系統，在某一步中則要向被控系統發(fā)出某些“命令”，將動作或命令簡稱為動作，并用矩形框中的文字或符號表示，該矩形框應與相應的步的符號相連。4） 活動步。當系統正處于某一步時，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，相應的動作被執(zhí)行。 若為保持型動作則該步不活動時繼續(xù)執(zhí)行該動作，若為非保持型動作則指該步不活動時，動作也停止執(zhí)行。一般在功能表圖中保持型的動作應該用文 字或助記符標注，而非保持型動作不要

36、標注。（2）有向連線、轉換與轉換條件1）有向連線。在功能表圖中，隨著時間的推移和轉換條件的實現，將會發(fā)生步的活動狀態(tài)的順序進展，這種進展按有向連線規(guī)定的路線和方向進行。在畫功能表圖時，將代表各步的方框按它們成為活動步的先后次序順序排列，并用有向連線將它們連接起來?；顒訝顟B(tài)的進展方向習慣上是從上到下或從左至右， 在這兩個方向有向連線上的箭頭可以省略。 如果 不是上述的方向，應在有向連線上用箭頭注明進展方向。2）轉換。轉換是用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示，轉換將相鄰兩步分隔 開。步的活動狀態(tài)的進展是由轉換的實現來完成的，并與控制過程的發(fā)展相對應。3）轉換條件。轉換條件是與轉換相關的邏輯條

37、件，轉換條件可以用文字語言、布爾代數表達式或圖形符號標注在表示轉換的短線的旁邊。轉換條件X和X分別表示在邏輯信號 X17#如轉換條件（X0 X3C0o為“ 1”狀態(tài)和“ 0”狀態(tài)時轉換實現。符號 X和X 分別表示當X從0 > 1狀態(tài)和從10狀態(tài)時轉換實現。使用最多的轉換條件表示方法是布爾代數表達式,（3）功能表圖的基本結構1）單序列。單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步的后面僅接有一個轉換，每一個轉換的后面只有一個步，如圖4-70 a所示。2）選擇序列。選擇序列的開始稱為分支，如圖 4-70 b所示，轉換符號只能標在水平連線之下。如果步2是活動的，并且轉換條件e=1，則發(fā)生由步5、步6

38、的進展；如果步5是活動的，并且f=1，則發(fā)生由步5、步9的進展。在某一時刻一般只允許選擇一個序列。選擇序列的結束稱為合并，如圖4-70 c所示。如果步5是活動步，并且轉換條件 m=1,則發(fā)生由步5、步12的進展；如果步8是活動步，并且n=1,則發(fā)生由步8 '步12的進展。3）并行序列。并行序列的開始稱為分支，如圖4-71 a所示，當轉換條件的實現導致幾個序列同時激活時， 這些序列稱為并行序列。 當步4是活動步，并且轉換條件a=1、3、7、 9這三步同時變?yōu)榛顒硬?，同時步4變?yōu)椴换顒硬?。為了強調轉換的同步實現，水平連線用雙線表示。步3、7、9被同時激活后，每個序列中活動步的進展將是獨立的

39、。在表示同步的 水平雙線之上，只允許有一個轉換符號。a)h)c)圖4-70 單序列與選擇序列a）單序列b）選擇序列開始c）選擇序列結束a）b）圖4-71 并行序列a）并行序列開始b）并行序列結束并行序列的結束稱為合并，如圖4-71 b所示，在表示同步的水平雙線之下，只允許有一個轉換符號。當直接連在雙線上的所有前級步都處于活動狀態(tài)，并且轉換條件b=1時，才會發(fā)生步3、6、9到步10的進展，即步3、6、9同時變?yōu)椴换顒硬?，而?10變?yōu)榛顒硬健?并行序列表示系統的幾個同時工作的獨立部分的工作情況。4）子步。如見圖4-72所示，某一步可以包含一系列子步和轉換，通常這些序列表示整 個系統的一個完整的子

40、功能。子步的使用使系統的設計者在總體設計時容易抓住系統的主要 矛盾，用更加簡潔的方式表示系統的整體功能和概貌，而不是一開始就陷入某些細節(jié)之中。 設計者可以從最簡單的對整個系統的全面描述開始，然后畫出更詳細的功能表圖，子步中還可以包含更詳細的子步，這使設計方法的邏輯性很強，可以減少設計中的錯誤，縮短總體設 計和查錯所（4）轉換實現的基本規(guī)則1）轉換實現的條件。在功能表圖中，步的活動狀態(tài)的進展是由轉換的實現來完成的。轉換實現必須同時滿足兩個條件：該轉換所有的前級步都是活動步；相應的轉換條件得到滿足。2）轉換實現應完成的操作。轉換的實現應完成兩個操作：使所有由有向連線與相應 轉換符號相連的后續(xù)步都變

41、為活動步；使所有由有向連線與相應轉換符號相連的前級步都 變?yōu)椴换顒硬叫枰臅r間。圖4-72 子步（5）繪制功能表圖應注意的問題1）兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉換將它們隔開。2）兩個轉換也不能直接相連，必須用一個步將它們隔開。3）功能表圖中初始步是必不可少的，它一般對應于系統等待起動的初始狀態(tài)，這一步可能沒有什么動作執(zhí)行，因此很容易遺漏這一步。如果沒有該步，無法表示初始狀態(tài)， 系統也無法返回停止狀態(tài)。4）只有當某一步所有的前級步都是活動步時，該步才有可能變成活動步。如果用無斷電保持功能的編程元件代表各步，則 PLC開始進入RUN方式時各步均處于“ 0”狀態(tài)，因此 必須要有初始化信號，將初

42、始步預置為活動步，否則功能表圖中永遠不會出現活動步， 系統 將無法工作。4功能表圖中幾個特殊編程問題（1）跳步與循環(huán) 復雜的控制系統不僅1/0點數多，功能表圖也相當復雜， 除包括前 面介紹的功能表圖的基本結構外，還包括跳步與循環(huán)控制，而且系統往往還要求設置多種工作方式，如手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步等）工作方式。手動程序比較簡單，一般 用經驗法設計，自動程序的設計一般用順序控制設計法。1）跳步。如圖4-73所示用狀態(tài)器來代表各步，當步S31是活動步，并且 X5變?yōu)椤?1 ”時，將跳過步S32,由步S31進展到步S33。這種跳步與S31 > S32 ' S33等組成的“主序列

43、”中有向連線的方向相同，稱為正向跳步。當步S34是活動步，并且轉換條件 X4 CO1時,將從步S34返回到步S33,這種跳步與“主序列”中有向連線的方向相反，稱為逆向跳步。顯然，跳步屬于選擇序列的一種特殊情況。圖4-73含有跳步和循環(huán)的功能表圖2）循環(huán)。在設計梯形圖程序時，經常遇到一些需要多次重復的操作，如果一次一次地 編程，顯然是非常繁瑣的。我們常常采用循環(huán)的方式來設計功能表圖和梯形圖，如圖5-34所示，假設要求重復執(zhí)行10次由步S33和步S34組成的工藝過程，用CO控制循環(huán)次數，它 的設定值等于循環(huán)次數 10。每執(zhí)行一次循環(huán)，在步 S34中使C0的當前值減1，這一操作是 將S34的常開觸點

44、接在 C0的計數脈沖輸入端來實現的，當步S34變?yōu)榛顒硬綍r，S34的常開觸點由斷開變?yōu)榻油?，?C0的當前值減1。每次執(zhí)行循環(huán)的最后一步，都根據 C0的當前 值是否為零來判別是否應結束循環(huán)，圖中用步S34之后選擇序列的分支來實現的。假設X4為“1”如果循環(huán)未結束，C0的常閉觸點閉合，轉換條件X4C°滿足并返回步 S33;當C0的當前值減為0，其常開觸點接通，轉換條件X4 *C0滿足，將由步S34進展到步S35。在循環(huán)程序執(zhí)行之前或執(zhí)行完后，應將控制循環(huán)的計數器復位，才能保證下次循環(huán)時循環(huán)計數。復位操作應放在循環(huán)之外，圖5-34中計數器復位在步 S0和步S25顯然比較方便。（2）選擇序

45、列和并行序列的編程循環(huán)和跳步都屬于選擇序列的特殊情況。對選擇序列和并行序列編程的關鍵在于對它們的分支和合并的處理，轉換實現的基本規(guī)則是設計復雜系統梯形圖的基本準則。與單序列不同的是， 在選擇序列和并行序列的分支、合并處，某一步或某一轉換可能有幾個前級步或幾個后續(xù)步，在編程時應注意這個問題。1）選擇序列的編程。如圖4-74所示，步S0之后有一個選擇序列的分支，當步S0是活動步，且轉換條件 X0為“ 1”時，將執(zhí)行左邊的序列，如果轉換條件X3為“ 1”狀態(tài)，將執(zhí)行右邊的序列。步 S32之前有一個由兩條支路組成的選擇序列的合并，當S31為活動步，轉換條件X1得到滿足，或者S33為活動步，轉換條件X4

46、得到滿足，都將使步S32變?yōu)榛顒?0步，同時系統程序使原來的活動步變?yōu)椴换顒硬健?X3S3 3Y3-X421#圖4-74選擇序列的功能表圖一如圖4-75所示為對圖4-74采用STL指令編寫的梯形圖，對于選擇序列的分支，步SO之后的轉換條件為 X0和X3,可能分別進展到步 S31和S33,所以在SO的STL觸點開始的電 路塊中，有分別由 X0和X3作為置位條件的兩條支路。對于選擇序列的合并，由S31和S33的STL觸點驅動的電路塊中的轉換目標均為S32。N18002soxo-SETSOwSETS31SETS31S33S32X2SETSETS33SETS32#RET圖4-75 選擇序列的梯形圖一只

47、要正確地確定每一步在設計梯形圖時，其實沒有必要特別留意選擇序列的如何處理, 的轉換條件和轉換目標即可。2）并行序列的編程。使用STL指令的編程。如圖4-76所示為包含并行序列的功能表圖， 由S31、S32和S34、S35組成的兩個序列是并行工作的，設計梯形圖時應保證這兩個序列同 時開始和同時結束，即兩個序列的第一步 S31和S34應同時變?yōu)榛顒硬剑?兩個序列的最后一 步S32和S35應同時變?yōu)椴换顒硬?。并行序列的分支的處理是很簡單的，當步SO是活動步,并且轉換條件X0= 1,步S31和S34同時變?yōu)榛顒硬?，兩個序列開始同時工作。當兩個前級 步S32和S35均為活動步且轉換條件滿足，將實現并行序

48、列的合并，即轉換的后續(xù)步 S33變?yōu)榛顒硬?，轉換的前級步 S32和S35同時變?yōu)椴换顒硬?。圖4-76并行序列的功能表圖如圖4-77所示是對圖4-76功能表圖采用STL指令編寫的梯形圖。對于并行序列的分支， 當S0的STL觸點和X0的常開觸點均接通時，S31和S34被同時置位，系統程序將前級步S0變?yōu)椴换顒硬?；對于并行序列的合并，用S32、S35的STL觸點和X2的常開觸點組成的串聯電路使S33置位。在圖5-41中，S32和S35的STL觸點出現了兩次，如果不涉及并行序列的 合并，同一狀態(tài)器的 STL觸點只能在梯形圖中使用一次，當梯形圖中再次使用該狀態(tài)器時， 只能使用該狀態(tài)器的一般的常開觸點和L

49、D指令。另外，FX系列PLC規(guī)定串聯的STL觸點的個數不能超過8個，換句話說，一個并行序列中的序列數不能超過8個。五、PLC程序的移植設計法1概述PLC控制取代繼電器控制已是大勢所趨，如果用PLC改造繼電器控制系統，根據原有的繼電器電路圖來設計梯形圖顯然是一條捷徑。這是由于原有的繼電器控制系統經過長期的使用和考驗，已經被證明能完成系統要求的控制功能，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圖經過適當的“翻譯”，從而設計出具有相同功能的PLC梯形圖程序，所以將這種設計方法稱為“移植設計法”或“翻譯法”。在分析PLC控制系統的功能時，可以將PLC想象成一個繼電器控制系統中的控制

50、箱。PLC外部接線圖描述的是這個控制箱的外部接線，PLC的梯形圖程序是這個控制箱內部的“線路圖”，PLC輸入繼電器和輸出繼電器是這個控制箱與外部聯系的“中間繼電器”，這樣就可以用分析繼電器電路圖的方法來分析PLC控制系統。2223SETSETS32S31S32SMX4<®S36SETS35S32 S35 X2S33S33THX3T SETSORET圖4-77 并行序列的梯形圖我們可以將輸入繼電器的觸點想象成對應的外部輸入設備的觸點，將輸出繼電器的線圈想象成對應的外部輸出設備的線圈。外部輸出設備的線圈除了受PLC的控制外，可能還會受外部觸點的控制。用上述的思想就可以將繼電器電路圖

51、轉換為功能相同的PLC外部接線圖和梯形圖。2移植設計法的編程步驟（1） 分析原有系統的工作原理了解被控設備的工藝過程和機械的動作情況，根據繼 電器電路圖分析和掌握控制系統的工作原理。（2） PLC的I/O分配 確定系統的輸入設備和輸出設備，進行PLC的I/O分配，畫出PLC 外部接線圖。（3） 建立其它元器件的對應關系確定繼電器電路圖中的中間繼電器、時間繼電器等 各器件與PLC中的輔助繼電器和定時器的對應關系。以上（2）和（3）兩步建立了繼電器電路圖中所有的元器件與PLC內部編程元件的對應關系，對于移植設計法而言，這非常重要。在這過程中應該處理好以幾個問題：繼電器電 路中的執(zhí)行元件應與 PLC

52、的輸出繼電器對應，如交直流接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈等； 繼電器電路中的主令電器應與PLC的輸入繼電器對應，如按鈕、位置開關、選擇開關等。熱繼電器的觸點可作為 PLC的輸入，也可接在PLC外部電路中，主要是看PLC的輸入點是否 富裕。注意處理好 PLC內、外觸點的常開和常閉的關系；繼電器電路中的中間繼電器與 PLC的輔助繼電器對應；繼電器電路中的時間繼電器與PLC的定時器或計數器對應，但要注意：時間繼電器有通電延時型和斷電延時型兩種，而定時器只有“通電延時型” 一種。(4) 設計梯形圖程序根據上述的對應關系，將繼電器電路圖“翻譯”成對應的“準 梯形圖”，再根據梯形圖的編程規(guī)則將“準梯形圖”

53、轉換成結構合理的梯形圖。對于復雜的 控制電路可劃整為零，先進行局部的轉換，最后再綜合起來。(5) 仔細校對、認真調試對轉換后的梯形圖一定要仔細校對、認真調試，以保證其 控制功能與原圖相符。六、PLC程序及調試說明1復雜程序的設計方法實際的PLC應用系統往往比較復雜，復雜系統不僅需要的 PLC輸入/輸出點數多， 而且為了滿足生產的需要，很多工業(yè)設備都需要設置多種不同的工作方式，常見的有手動和自動(連續(xù)、單周期、單步)等工作方式。在設計這類具有多種工作方式的系統的程序時，經常采用以下的程序設計思路與步驟：(1) 確定程序的總體結構將系統的程序按工作方式和功能分成若干部份，如：公共程序、手動程序、自

54、動程序等部份。 手動程序和自動程序是不同時執(zhí)行的，所以用跳轉指令將它們分開，用工作方式的選擇信號作為跳轉的條件。如圖4-78所示為一個典型的具有多種工作方式的系統的程序的總體結構。選擇手動工作方式時X10為“1”狀態(tài)，將跳過自動程序，執(zhí)行公用程序和手動程序；選擇自動工作方式時X10為“0”狀態(tài)，將跳過手動程序，執(zhí)行公用程序和自動程序。確定了系統程序的結構形式，然后分別對每一部份程序進行設計。公用程序XL0HICJP0自動程序X1OCJP1手動程序FEND圖4-78復雜程序結構的一般形式(2) 分別設計局部程序公共程序和手動程序相對較為簡單，一般采用經驗設計法進行設計；自動程序相對比較復雜，對于順序控制系統一般采用順序控制設計法，先畫出其自動工作過程的功能表圖，再選擇某種編程方式來設計梯形圖程序。(3) 程序的綜合與調試進一步理順各部分程序之間的相互關系，并進行程序的調試 2.PLC程序內容和質量(1