第四章數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計

第4章數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖

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

實例教學(xué)一

在生產(chǎn)實踐過程中，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、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控制電動機的起?？刂疲⑴c繼電器-接觸器控制系統(tǒng)進行比較。（1）異步電動機控制線路圖

（2）可編程控制器的硬件連接

實現(xiàn)電動機的運行所需的器件有：起點按鈕SB1，停止按鈕SB2，交流接觸器KM，熱繼電器JR及刀開關(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

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

梯形圖的設(shè)計電動機連續(xù)運行的梯形圖，其工作過程分析如下：當按SB1被按下時I0.0接通，Q0.0置1，這時電動機連續(xù)運行。需要停車時，按下停車按鈕SB2,串聯(lián)于Q0.0線圈回路中的I0.1的常閉觸點斷開，Q0.0置0，電機失電停車。（4）啟-保-停電路

上圖稱為啟-保-停電路。這個名稱主要來源于圖中的自保持觸點Q0.0。并聯(lián)在I0.0常開觸點上的Q0.0常開觸點的作用是當鈕SB1松開，輸入繼電器I0.0斷開時，線圈Q0.0仍然能保持接通狀態(tài)。工程中把這個觸點叫做“自保持觸點“。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：每一個梯形圖支路都針對一個事件。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，本例中為起動按鈕I0.0置1。（啟）

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

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

LD；常開觸點的并聯(lián)指令

O；常閉觸點的串聯(lián)指令A(yù)N；輸出繼電器的線圈驅(qū)動指令=。語句表如下：

程序步指令元件

0LDI0.01OQ0.02ANI0.13=Q0.0實例教學(xué)二異步電動機正反轉(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

實現(xiàn)電動機的正、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I0.1I0.0Q0.0Q0.0I0.2I0.0Q0.1Q0.0注意：有沒有互鎖都行Q0.1Q0.04.1.2延時接通/斷開電路利用定時器T，可實現(xiàn)延時接通，/斷開電路，靈活運用可實現(xiàn)多種自動控制。(1)延時啟動目的：在得到啟動信號后，不立即啟動，延時一段時間后啟動。思路：將啟動信號給定時器T，讓定時器開始計時，用定時器的導(dǎo)通信號啟動輸出信號。（2）兩臺電機的順序啟動一個完整的設(shè)計過程設(shè)計步驟①設(shè)計任務(wù)：滑油泵電機和主軸電機②動作：一臺電機啟動后，延時若干秒，另一臺電機自動啟動，需要停止時，則一起停止。③實現(xiàn)思路：第一臺電機使用啟-保-停電路控制；以第一臺電機的運行信號作為定時器的啟動信號；時間到則第二臺電機啟動④所需硬件：啟動、停止按鈕SB1、SB2，控制兩臺電機的接觸器KM1、KM2⑤

PLC的I/O點的確定與分配

順序控制PLC的I/O點分配表

PLC點名稱連接的外部設(shè)備功能說明I0.0SB1啟動命令I(lǐng)0.1SB2停止命令Q0.0KM1控制M1電機運轉(zhuǎn)Q0.1KM2控制M2電機運轉(zhuǎn)T37——順序啟動延時M0.0

——輔助⑥主電路圖和PLC接線圖COMCOMI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1KM2SKM1M1ABCKM1FUQSM2ABCKM2FUQS潤滑電機主電機⑦梯形圖（3）電機的故障報警大量的工程實踐表明，可編程序控制器外部的輸入、輸出元件的故障率遠遠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察出來，不會自動停機。這時，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：超時檢測

機械設(shè)備在各工步的動作所需的時間一般是不變的，即使變化也不會太大，因此可以以這些時間為參考，在可編程序控制器發(fā)出輸出信號，相應(yīng)的外部執(zhí)行機構(gòu)開始動作時啟動一個定時器定時，定時器的設(shè)定值比止常情況下該動作的持續(xù)時間長20％左右。②具體辦法：把接觸器的輔助觸點接入PLC③主電路圖和PLC接線圖COMCOMI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1SM1ABCKM1FUQSKM1④梯形圖的設(shè)計I0.1I0.0Q0.0Q0.0I0.0T37M0.0Q0.0M0.0INTONPT20T37（S）

1（R）

1M0.0按下按鈕Q0.0變1，同時T37開始計時Q0.0=1，則接通KM1，令其觸點閉合則I0.2=12秒后，T37閉合，若此時KM1觸點還沒有閉合，則M0.0置1，停止Q0.0，發(fā)出報警信號I0.2⑤延時接通/斷開電路的梯形圖和波形圖按下按鈕I0.0為1，T37開始計時，9秒后T37為1，啟動Q0.1松開按鈕，I0.0的常閉點為1，T38開始計時，7秒后T38為1，停止Q0.14．1．3定時范圍的擴展S7-200的定時器的最長定時時間為3276.7s，如果需要更長的定時時間，可利用定時器和計數(shù)器組合實現(xiàn)。多個定時器組合電路定時器和計數(shù)器組合多個定時器組合電路

如圖所示。當X0接通，T0線圈得電并開始延時，延時到T0常開觸點閉合，又使T1線圈得電，并開始延時，當定時器T1延時到，其常開觸點閉合，再使T2線圈得電，并開始延時，當定時器T2延時到，其常開觸點閉合，才使Y0接通。因此，從X0為ON開始到Y(jié)0接通共延時9000s。定時器和計數(shù)器組合當X1為ON時，T1開始定時，0.6s后T1定時時間到，其常閉觸點斷開，使它自己復(fù)位，復(fù)位后T1的當前值變?yōu)?，同時它的常閉觸點接通，使它自己的線圈重新通電，又開始定時。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脈沖信號發(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計數(shù)，計滿3個數(shù)后，C0的當前值等于設(shè)定值，它的常開觸點閉合，Y0開始輸出。

4.1.4.閃爍電路兩種方法：①利用兩個定時器交替工作，一個負責(zé)點亮定時，一個負責(zé)熄滅定時，可獲得任意占空比的脈沖信號②利用特殊存儲器M8011，其常開觸點提供周期為1s、占空比為0.5的脈沖信號，可以用它驅(qū)動需要閃爍的指示燈。利用兩個定時器點亮定時器使Q0.0=1熄滅定時器使T37=0并復(fù)位T374.1.5.小車自動往返運動的梯形圖設(shè)計關(guān)鍵點：多點控制①多點控制啟動，啟動開關(guān)并聯(lián)②多點控制停止，停止開關(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接點左大右小，上大下小雙線圈輸出不可用輸入信號的最高頻率問題水平不垂直

梯形圖的接點應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直分支上線圈右邊無接點

不能將接點畫在線圈右邊，只能在接點的右邊接線圈(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，應(yīng)將接點最多的那個串聯(lián)回路放在梯形圖最上面。有并聯(lián)電路相串聯(lián)時，應(yīng)將接點最多的并聯(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，則稱為雙線圈輸出。這時前面的輸出無效，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遵守梯形圖語言中的語法規(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和輸出信號。④外部聯(lián)鎖電路的設(shè)立。⑤在串聯(lián)電路中單個觸點應(yīng)放在右邊，在并聯(lián)電路中單個觸點應(yīng)放在下向。⑥外部負載的額定電壓。4.2.3注意事項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

1．經(jīng)驗法的缺點：用經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計梯形圖時，沒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。梯形圖往往很難閱讀，系統(tǒng)的維修和改進困難。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)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。

3.順序控制設(shè)計法的基本思想：將系統(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(step)，并用編程元件(M和S)來代表各步。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)由當前步進入下一步的信號。順序功能圖的組成

是一種通用的技術(shù)語言。主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動作（命令）組成。轉(zhuǎn)換條件步動作或命令將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段每一步所完成的工作使系統(tǒng)由前級步進入下一步的信號稱為轉(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。

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

3）與步對應(yīng)的動作或命令。

4）活動步：系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時．該步處于活動狀態(tài)。1234M2反轉(zhuǎn)開始M1運轉(zhuǎn)M2運轉(zhuǎn)M2運轉(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，反之標出。

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

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言、布爾代數(shù)表達式或圖形符號標注在表示轉(zhuǎn)換的短線的旁邊。1234M2反轉(zhuǎn)開始M1運轉(zhuǎn)M2運轉(zhuǎn)M2運轉(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：簡化順序功能圖順序控制圖的設(shè)計基本步驟

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M1、M2、M3驅(qū)動，要求電機的啟動順序是，按下按鈕SB1，M3立即啟動，15S后M2啟動，M2啟動30秒后M1啟動，要求繪出其順序控制圖。M1M2M3設(shè)計步驟①了解機械動作② 確定電氣動作③確定可編程序控制器的輸入信號和輸出負載，對應(yīng)的梯形圖中的輸入位和輸出位的地址，畫出可編程序控制器的外部接線圖。④畫出順序控制圖。⑤畫出梯形圖。

可編程序控制器的外部接線圖先畫好主電路圖畫可編程序控制器的外部接線圖畫順序控制圖COMCOMI0.0I0.1Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1KM2SKM3Q0.2順序功能圖設(shè)計動作列表：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)就從原來的步進入新的步。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。機械動作電機動作PLC輸出狀態(tài)步123皮帶3運轉(zhuǎn)皮帶2運轉(zhuǎn)皮帶1運轉(zhuǎn)機械動作123KM3接通KM2接通KM1接通電氣動作123Q0.2onQ0.1,0.2onQ0.0,0.1,0.2onPLC輸出點動作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)從當前步進入下一步的條件。常見的轉(zhuǎn)換條件有按鈕、行程開關(guān)、定時器和計數(shù)器的觸點的動作（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15秒延時15秒3.順序功能圖的繪制(完善）加上起始步每步的編號使用輔助繼電器M*.*動作和延時、轉(zhuǎn)換條件加上循環(huán)條件完成M0.1M0.2M0.3Q0.0，0.1，0.2onQ0.2onT37計時Q0.1，0.2on，T38計時I0.0T37T38I0.1M0.0開始SM0.0123Q0.2onQ0.1,0.2onQ0.0,0.1,0.2on按下按鈕SB1延時15秒延時15秒1）轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件

(1)該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步。

(2)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件