第四章數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)

第4章數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖

程序設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單基本的程序設(shè)計(jì)4.1梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法:在典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)要求，不斷地修改和完善梯形圖。設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，它可以用于較簡(jiǎn)單的梯形圖(如手動(dòng)程序)的設(shè)計(jì)。4.1.1起動(dòng)保持和停止電路即所謂的“自鎖”或“自保持”功能。

實(shí)例教學(xué)一

在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動(dòng)、停止是最基本的要求。試用可編程控制器的基本邏輯指令來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的起?？刂疲⑴c繼電器-接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行比較。（1）異步電動(dòng)機(jī)控制線路圖

（2）可編程控制器的硬件連接

實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行所需的器件有：起點(diǎn)按鈕SB1，停止按鈕SB2，交流接觸器KM，熱繼電器JR及刀開(kāi)關(guān)QS等。電路的連接如圖所示。I0.0I0.1I0.2Q0.0（3）梯形圖的設(shè)計(jì)

梯形圖便是是以圖形符號(hào)及圖形符號(hào)在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語(yǔ)言，是從繼電器電路圖演變而來(lái)。兩者部分符號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。

梯形圖的設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行的梯形圖，其工作過(guò)程分析如下：當(dāng)按SB1被按下時(shí)I0.0接通，Q0.0置1，這時(shí)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行。需要停車(chē)時(shí)，按下停車(chē)按鈕SB2,串聯(lián)于Q0.0線圈回路中的I0.1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.0置0，電機(jī)失電停車(chē)。（4）啟-保-停電路

上圖稱(chēng)為啟-保-停電路。這個(gè)名稱(chēng)主要來(lái)源于圖中的自保持觸點(diǎn)Q0.0。并聯(lián)在I0.0常開(kāi)觸點(diǎn)上的Q0.0常開(kāi)觸點(diǎn)的作用是當(dāng)鈕SB1松開(kāi)，輸入繼電器I0.0斷開(kāi)時(shí)，線圈Q0.0仍然能保持接通狀態(tài)。工程中把這個(gè)觸點(diǎn)叫做“自保持觸點(diǎn)“。啟-保-停電路是梯形圖中最典型的單元，它包含了梯形圖程序的全部要素。它們是：

a、事件：每一個(gè)梯形圖支路都針對(duì)一個(gè)事件。本例中為Q0.0。

b、事件發(fā)生的條件：梯形圖支路中除了線圈外還有觸點(diǎn)的組合，使線圈置1的條件既是事件發(fā)生的條件，本例中為起動(dòng)按鈕I0.0置1。（啟）

c、事件得以延續(xù)的條件：觸點(diǎn)組合中使線圈置1得以持久的條件即并聯(lián)觸點(diǎn)（保）

d、使事件終止的條件：即使線圈置1中斷的條件。（停）（5）語(yǔ)句表連續(xù)運(yùn)行控制中所使用到的基本指令有：從母線取用常開(kāi)觸點(diǎn)指令

LD；常開(kāi)觸點(diǎn)的并聯(lián)指令

O；常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)指令A(yù)N；輸出繼電器的線圈驅(qū)動(dòng)指令=。語(yǔ)句表如下：

程序步指令元件

0LDI0.01OQ0.02ANI0.13=Q0.0實(shí)例教學(xué)二異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路（1）接觸器控制電路COMCOM（2）可編程控制器的硬件連接

實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)所需的器件有：

停止按鈕SB1，正轉(zhuǎn)按鈕SB2，反轉(zhuǎn)按鈕SB3，交流接觸器KM1、KM2組成。電路的連接如圖所示。I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB3SB2SB1PLCKM1KM2正轉(zhuǎn)SKM2KM1反轉(zhuǎn)必須要（3）梯形圖的設(shè)計(jì)I0.1I0.0Q0.0Q0.0I0.2I0.0Q0.1Q0.0注意：有沒(méi)有互鎖都行Q0.1Q0.04.1.2延時(shí)接通/斷開(kāi)電路利用定時(shí)器T，可實(shí)現(xiàn)延時(shí)接通，/斷開(kāi)電路，靈活運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)控制。(1)延時(shí)啟動(dòng)目的：在得到啟動(dòng)信號(hào)后，不立即啟動(dòng)，延時(shí)一段時(shí)間后啟動(dòng)。思路：將啟動(dòng)信號(hào)給定時(shí)器T，讓定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，用定時(shí)器的導(dǎo)通信號(hào)啟動(dòng)輸出信號(hào)。（2）兩臺(tái)電機(jī)的順序啟動(dòng)一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)步驟①設(shè)計(jì)任務(wù)：滑油泵電機(jī)和主軸電機(jī)②動(dòng)作：一臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)后，延時(shí)若干秒，另一臺(tái)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，需要停止時(shí)，則一起停止。③實(shí)現(xiàn)思路：第一臺(tái)電機(jī)使用啟-保-停電路控制；以第一臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)作為定時(shí)器的啟動(dòng)信號(hào)；時(shí)間到則第二臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)④所需硬件：?jiǎn)?dòng)、停止按鈕SB1、SB2，控制兩臺(tái)電機(jī)的接觸器KM1、KM2⑤

PLC的I/O點(diǎn)的確定與分配

順序控制PLC的I/O點(diǎn)分配表

PLC點(diǎn)名稱(chēng)連接的外部設(shè)備功能說(shuō)明I0.0SB1啟動(dòng)命令I(lǐng)0.1SB2停止命令Q0.0KM1控制M1電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)Q0.1KM2控制M2電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)T37——順序啟動(dòng)延時(shí)M0.0

——輔助⑥主電路圖和PLC接線圖COMCOMI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1KM2SKM1M1ABCKM1FUQSM2ABCKM2FUQS潤(rùn)滑電機(jī)主電機(jī)⑦梯形圖（3）電機(jī)的故障報(bào)警大量的工程實(shí)踐表明，可編程序控制器外部的輸入、輸出元件的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可編秩序控制器本身的故障率，而這些元件出現(xiàn)故障后，可編程序控制器一般不能覺(jué)察出來(lái)，不會(huì)自動(dòng)停機(jī)。這時(shí)，需要用梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理。①方法：超時(shí)檢測(cè)

機(jī)械設(shè)備在各工步的動(dòng)作所需的時(shí)間一般是不變的，即使變化也不會(huì)太大，因此可以以這些時(shí)間為參考，在可編程序控制器發(fā)出輸出信號(hào)，相應(yīng)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)始動(dòng)作時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)器的設(shè)定值比止常情況下該動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)20％左右。②具體辦法：把接觸器的輔助觸點(diǎn)接入PLC③主電路圖和PLC接線圖COMCOMI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1SM1ABCKM1FUQSKM1④梯形圖的設(shè)計(jì)I0.1I0.0Q0.0Q0.0I0.0T37M0.0Q0.0M0.0INTONPT20T37（S）

1（R）

1M0.0按下按鈕Q0.0變1，同時(shí)T37開(kāi)始計(jì)時(shí)Q0.0=1，則接通KM1，令其觸點(diǎn)閉合則I0.2=12秒后，T37閉合，若此時(shí)KM1觸點(diǎn)還沒(méi)有閉合，則M0.0置1，停止Q0.0，發(fā)出報(bào)警信號(hào)I0.2⑤延時(shí)接通/斷開(kāi)電路的梯形圖和波形圖按下按鈕I0.0為1，T37開(kāi)始計(jì)時(shí)，9秒后T37為1，啟動(dòng)Q0.1松開(kāi)按鈕，I0.0的常閉點(diǎn)為1，T38開(kāi)始計(jì)時(shí)，7秒后T38為1，停止Q0.14．1．3定時(shí)范圍的擴(kuò)展S7-200的定時(shí)器的最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間為3276.7s，如果需要更長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間，可利用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器組合實(shí)現(xiàn)。多個(gè)定時(shí)器組合電路定時(shí)器和計(jì)數(shù)器組合多個(gè)定時(shí)器組合電路

如圖所示。當(dāng)X0接通，T0線圈得電并開(kāi)始延時(shí)，延時(shí)到T0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，又使T1線圈得電，并開(kāi)始延時(shí)，當(dāng)定時(shí)器T1延時(shí)到，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，再使T2線圈得電，并開(kāi)始延時(shí)，當(dāng)定時(shí)器T2延時(shí)到，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，才使Y0接通。因此，從X0為ON開(kāi)始到Y(jié)0接通共延時(shí)9000s。定時(shí)器和計(jì)數(shù)器組合當(dāng)X1為ON時(shí)，T1開(kāi)始定時(shí)，0.6s后T1定時(shí)時(shí)間到，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使它自己復(fù)位，復(fù)位后T1的當(dāng)前值變?yōu)?，同時(shí)它的常閉觸點(diǎn)接通，使它自己的線圈重新通電，又開(kāi)始定時(shí)。T1將這樣周而復(fù)始地工作，直至X1變?yōu)镺FF。從分析中可看出，1最上面一行電路是一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生器，脈沖周期等于T1的設(shè)定值。產(chǎn)生的脈沖列送給C0計(jì)數(shù)，計(jì)滿3個(gè)數(shù)后，C0的當(dāng)前值等于設(shè)定值，它的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y0開(kāi)始輸出。

4.1.4.閃爍電路兩種方法：①利用兩個(gè)定時(shí)器交替工作，一個(gè)負(fù)責(zé)點(diǎn)亮定時(shí)，一個(gè)負(fù)責(zé)熄滅定時(shí)，可獲得任意占空比的脈沖信號(hào)②利用特殊存儲(chǔ)器M8011，其常開(kāi)觸點(diǎn)提供周期為1s、占空比為0.5的脈沖信號(hào)，可以用它驅(qū)動(dòng)需要閃爍的指示燈。利用兩個(gè)定時(shí)器點(diǎn)亮定時(shí)器使Q0.0=1熄滅定時(shí)器使T37=0并復(fù)位T374.1.5.小車(chē)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)的梯形圖設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：多點(diǎn)控制①多點(diǎn)控制啟動(dòng)，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)并聯(lián)②多點(diǎn)控制停止，停止開(kāi)關(guān)串聯(lián)繼電器控制系統(tǒng)可編程控制器編程的基本原則水平不垂直線圈右邊無(wú)接點(diǎn)左大右小，上大下小雙線圈輸出不可用輸入信號(hào)的最高頻率問(wèn)題水平不垂直

梯形圖的接點(diǎn)應(yīng)畫(huà)在水平線上，不能畫(huà)在垂直分支上線圈右邊無(wú)接點(diǎn)

不能將接點(diǎn)畫(huà)在線圈右邊，只能在接點(diǎn)的右邊接線圈(M0.0)(M0.1)(M0.1)(M0.1)(M0.0)I0.0I0.1I0.0I0.0I0.1左大右小，上大下小

有串聯(lián)電路并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將接點(diǎn)最多的那個(gè)串聯(lián)回路放在梯形圖最上面。有并聯(lián)電路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將接點(diǎn)最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左邊。雙線圈輸出不可用

如果在同一程序中同一元件的線圈使用兩次或多次，則稱(chēng)為雙線圈輸出。這時(shí)前面的輸出無(wú)效，只有最后一次才有效，一般不應(yīng)出現(xiàn)雙線圈輸出。

I0.0I0.0I0.0I0.0I0.1I0.0I0.0I0.0I0.1①遵守梯形圖語(yǔ)言中的語(yǔ)法規(guī)定。②置中間單元。③盡量減少可編程序控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。④外部聯(lián)鎖電路的設(shè)立。⑤在串聯(lián)電路中單個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)放在右邊，在并聯(lián)電路中單個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)放在下向。⑥外部負(fù)載的額定電壓。4.2.3注意事項(xiàng)4.3順序控制設(shè)計(jì)法與順序功能圖4.3.1順序控制設(shè)計(jì)法

1．經(jīng)驗(yàn)法的缺點(diǎn)：用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，沒(méi)有一套同定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，沒(méi)有一種通用的容易掌握的設(shè)計(jì)方法。梯形圖往往很難閱讀，系統(tǒng)的維修和改進(jìn)困難。2．順序控制的定義：就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有秩序地進(jìn)行操作。

3.順序控制設(shè)計(jì)法的基本思想：將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱(chēng)為步(step)，并用編程元件(M和S)來(lái)代表各步。a.步的劃分:根據(jù)輸出量的狀態(tài),在任何一步之內(nèi)，各輸出量的ON／OFF狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量的狀態(tài)是不同的。b.轉(zhuǎn)換條件:使系統(tǒng)由當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號(hào)。順序功能圖的組成

是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言。主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作（命令）組成。轉(zhuǎn)換條件步動(dòng)作或命令將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段每一步所完成的工作使系統(tǒng)由前級(jí)步進(jìn)入下一步的信號(hào)稱(chēng)為轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換有向線段4.3.3步

1）表示方法：用矩形方框，方框中可以用數(shù)字，編程元件的地址作為步的編號(hào)。

2）初始步：與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱(chēng)為初始步，初始步用雙線方框表示。

3）與步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作或命令。

4）活動(dòng)步：系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時(shí)．該步處于活動(dòng)狀態(tài)。1234M2反轉(zhuǎn)開(kāi)始M1運(yùn)轉(zhuǎn)M2運(yùn)轉(zhuǎn)M2運(yùn)轉(zhuǎn)4.3.4有向連線與轉(zhuǎn)換條件

1）有向連線：從上到下或從左至右箭頭不標(biāo)，反之標(biāo)出。

2）轉(zhuǎn)換：用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來(lái)表示，將相鄰兩步隔開(kāi)。

3）轉(zhuǎn)換條件：轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題，轉(zhuǎn)換條件可以用文字語(yǔ)言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號(hào)標(biāo)注在表示轉(zhuǎn)換的短線的旁邊。1234M2反轉(zhuǎn)開(kāi)始M1運(yùn)轉(zhuǎn)M2運(yùn)轉(zhuǎn)M2運(yùn)轉(zhuǎn)I0.0I0.1I0.2I0.3SM0.04.3.5基本結(jié)構(gòu)1）單序列2）選擇序列3）并列序列4）順序功能圖舉例5)子步345de單序列def51196mnp7選擇序列71196d51196e并行序列2.12.22.3dc2.42.5bdfga2ag子步子步目的：簡(jiǎn)化順序功能圖順序控制圖的設(shè)計(jì)基本步驟

1.步的劃分2.轉(zhuǎn)換條件的確定3.順序功能圖的繪制4.梯形圖的繪制實(shí)例分析一

如上圖所示，系統(tǒng)由三條傳送帶構(gòu)成，各傳送帶分別由電機(jī)M1、M2、M3驅(qū)動(dòng)，要求電機(jī)的啟動(dòng)順序是，按下按鈕SB1，M3立即啟動(dòng)，15S后M2啟動(dòng)，M2啟動(dòng)30秒后M1啟動(dòng)，要求繪出其順序控制圖。M1M2M3設(shè)計(jì)步驟①了解機(jī)械動(dòng)作② 確定電氣動(dòng)作③確定可編程序控制器的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輸入位和輸出位的地址，畫(huà)出可編程序控制器的外部接線圖。④畫(huà)出順序控制圖。⑤畫(huà)出梯形圖。

可編程序控制器的外部接線圖先畫(huà)好主電路圖畫(huà)可編程序控制器的外部接線圖畫(huà)順序控制圖COMCOMI0.0I0.1Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1KM2SKM3Q0.2順序功能圖設(shè)計(jì)動(dòng)作列表：確定步轉(zhuǎn)換條件確定：加轉(zhuǎn)換條件完善1.步的劃分（動(dòng)作列表）

步是根據(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來(lái)的步進(jìn)入新的步。在每一步內(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。機(jī)械動(dòng)作電機(jī)動(dòng)作PLC輸出狀態(tài)步123皮帶3運(yùn)轉(zhuǎn)皮帶2運(yùn)轉(zhuǎn)皮帶1運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)作123KM3接通KM2接通KM1接通電氣動(dòng)作123Q0.2onQ0.1,0.2onQ0.0,0.1,0.2onPLC輸出點(diǎn)動(dòng)作2.轉(zhuǎn)換條件的確定（加轉(zhuǎn)換）①劃分完各步后，在各步之間加上有向線段，和代表轉(zhuǎn)換的小橫線，然后在小橫線的旁邊注明轉(zhuǎn)換條件②轉(zhuǎn)換條件是使系統(tǒng)從當(dāng)前步進(jìn)入下一步的條件。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換條件有按鈕、行程開(kāi)關(guān)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的觸點(diǎn)的動(dòng)作（通/斷）等。在各步之間加上有向線段，代表轉(zhuǎn)換的小橫線在小橫線的旁邊注明轉(zhuǎn)換條件123Q0.2onQ0.1,0.2onQ0.0,0.1,0.2on按下按鈕SB1延時(shí)15秒延時(shí)15秒3.順序功能圖的繪制(完善）加上起始步每步的編號(hào)使用輔助繼電器M*.*動(dòng)作和延時(shí)、轉(zhuǎn)換條件加上循環(huán)條件完成M0.1M0.2M0.3Q0.0，0.1，0.2onQ0.2onT37計(jì)時(shí)Q0.1，0.2on，T38計(jì)時(shí)I0.0T37T38I0.1M0.0開(kāi)始SM0.0123Q0.2onQ0.1,0.2onQ0.0,0.1,0.2on按下按鈕SB1延時(shí)15秒延時(shí)15秒1）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件

(1)該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步都是活動(dòng)步。

(2)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件