第4章開關(guān)量及順序控制程序設(shè)計(jì)方法

第4章開關(guān)量順序控制梯形圖

程序設(shè)計(jì)方法4.1開關(guān)量梯形圖程序設(shè)計(jì)方法4.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與步進(jìn)順序控制指令編程4.3非狀態(tài)元件實(shí)現(xiàn)順序控制編程常用的PLC程序設(shè)計(jì)方法有：繼電器電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法；經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法；邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法；順序控制設(shè)計(jì)法。4.1開關(guān)量梯形圖程序設(shè)計(jì)方法4.1.1基于繼電器電路結(jié)構(gòu)的梯形圖程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)步驟及方法

（1）熟悉繼電器電路

（2）確定PLC的輸入信號和輸出控制（負(fù)載）

（3）繼電器電路圖中的非輸入輸出繼電器，如時(shí)間繼電器、中間繼電器和保護(hù)功能的繼電器，可以用PLC內(nèi)部的定時(shí)器及輔助繼電器等元件完成，并確定元件號（地址）。

（4）畫出PLC的外部接線圖。確定PLC各開關(guān)量輸入信號與輸出負(fù)載對應(yīng)的輸入位和輸出位的地址（即I/O分配），畫出PLC的外部接線圖，為梯形圖的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)

（5）根據(jù)上述的對應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖根據(jù)繼電器電路結(jié)構(gòu)，畫出PLC的梯形圖

本節(jié)僅依據(jù)其編程經(jīng)驗(yàn)和方法，整理歸類介紹PLC梯形圖的繼電器電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法及邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。

繼電器自鎖控制電路轉(zhuǎn)換為PLC控制電路及梯形圖程序4.1.2經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

沿用設(shè)計(jì)繼電器電路圖的方法來設(shè)計(jì)梯形圖程序，即在已有的典型梯形圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制的要求，不斷地修改和完善梯形圖。最后才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與編程者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系。

梯形圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的具體步驟如下：1）分析控制要求，并將控制系統(tǒng)分成幾個(gè)獨(dú)立的局部。2）設(shè)計(jì)主令元件和檢測元件，確定輸入輸出設(shè)備，并進(jìn)行I/O分配，畫I/O連線圖。3）設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的控制程序。4）檢查修改和完善程序。在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，要注意先設(shè)計(jì)基本梯形圖程序，當(dāng)基本控制要求都滿足之后，再增加其它條件。檢查調(diào)試時(shí)，要將梯形圖分解成獨(dú)立功能子程序調(diào)試完畢后，再調(diào)試全部功能。1.控制要求

用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)競賽搶答器顯示系統(tǒng)。

1）主持人按下開始按鈕，開始指示燈亮方可搶答，否則違例，桌上指示燈閃爍。

2）要求兒童只需一人按下按鈕就搶答成功，對應(yīng)指示燈亮；成人需兩人同時(shí)按下按鈕搶答才能成功，對應(yīng)指示燈亮。

3）只要有人搶答成功，其他人搶答無效。

4）搶答開始15s后無人搶答時(shí)響鈴，表示搶答時(shí)間已過。

5）當(dāng)一題搶答結(jié)束后，主持人按復(fù)位按鈕，狀態(tài)恢復(fù)，為下次搶答做準(zhǔn)備。2.I/O分配

類別電氣元件PLC軟元件功能輸入(I)按鈕SB0X0開始搶答按鈕SB1X1停止、復(fù)位按鈕SB2X2兒童搶答按鈕SB3X3兒童搶答按鈕SB4X4學(xué)生搶答按鈕SB5X5成人搶答按鈕SB6X6成人搶答輸出(O)燈HL0Y0搶答開始燈燈HL1Y1兒童搶答成功燈燈HL2Y2學(xué)生搶答成功燈燈HL3Y3成人搶答成功燈鈴HAY4搶答時(shí)間已過鈴

競賽搶答系統(tǒng)I/O分配表

3.外部I/O接口電路

圖

競賽搶答系統(tǒng)I/O接口電路4.梯形圖設(shè)計(jì)三菱PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用

根據(jù)原理則梯形圖設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)思路如下：1）主持人按下開始按鈕X0控制接通Y0，而Y1、Y2、Y3需與Y0串聯(lián)，并都用X1動斷觸點(diǎn)復(fù)位，使所有狀態(tài)復(fù)位。2）X2和X3并聯(lián)，X5和X6則串聯(lián)。3）將Y1、Y2和Y3的動斷觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖。4）設(shè)支路與Y0并聯(lián)，并出現(xiàn)周期性通斷，實(shí)現(xiàn)燈的閃爍，設(shè)計(jì)振蕩電路。5）由于出現(xiàn)違例時(shí)，燈要持續(xù)閃爍，因此要設(shè)計(jì)按鈕的記憶電路。6）當(dāng)搶答開始15s后無人搶答，搶答鈴響，因此要在Y0輸出時(shí)同時(shí)用定時(shí)器T0定時(shí)，T0的動合觸點(diǎn)接通鈴Y4。有人搶答情況下Y4又不能接通，因此還要將Y1、Y2、Y3的動斷觸點(diǎn)串入Y4的回路中。競賽搶答系統(tǒng)梯形圖分析：怎樣實(shí)現(xiàn)搶答互鎖？定時(shí)器T0的作用？4.1.3梯形圖邏輯設(shè)計(jì)法邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法基本步驟如下。1）用不同的邏輯變量來表示各輸入、輸出信號，根據(jù)控制要求列出邏輯代數(shù)表達(dá)式。2）對邏輯代數(shù)式進(jìn)行化簡。3）根據(jù)化簡后的邏輯代數(shù)表達(dá)式設(shè)計(jì)梯形圖。某工藝狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖：則對應(yīng)的邏輯關(guān)系表達(dá)式如下：三菱PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用

根據(jù)以上7個(gè)邏輯關(guān)系表達(dá)式，分別對應(yīng)的梯形圖程序：4.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與順序控制指令編程PLC的基本邏輯指令設(shè)計(jì)的程序，并沒有統(tǒng)一固定的編程方法，在某種程度上帶有隨意性和試探性。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（SFC）也稱順序功能圖，是一種先進(jìn)的、便于初學(xué)者接受的PLC順序控制程序設(shè)計(jì)方法。根據(jù)工藝和系統(tǒng)要求（步序圖或狀態(tài)流程圖）可以十分方便地設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，然后將其轉(zhuǎn)換為梯形圖程序。4.2.1PLC順序控制設(shè)計(jì)方法1.狀態(tài)轉(zhuǎn)移梯形圖編程方法將狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)換為梯形圖程序，稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移梯形圖編程（簡稱梯形圖）。2．狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言的編程方法3.非狀態(tài)元件的順序梯形圖設(shè)計(jì)4.2.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖基本知識狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本元素為：步、轉(zhuǎn)移、有向線段和動作說明。步：

將控制系統(tǒng)的工作周期劃分為若干個(gè)順序執(zhí)行的工作階段，也稱流程步或工作步或狀態(tài)。狀態(tài)器：

在PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中，狀態(tài)器S是表示狀態(tài)的重要元件?；跔顟B(tài)器S的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖主要用于順序控制的SFC編程，同時(shí)也可以作為步進(jìn)指令梯形圖編程的主要依據(jù)。狀態(tài)的三要素：1）驅(qū)動負(fù)載：指該狀態(tài)所要執(zhí)行的功能操作。2）轉(zhuǎn)移條件：滿足設(shè)置的條件下狀態(tài)間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。3）轉(zhuǎn)移目標(biāo)：指轉(zhuǎn)移到什么狀態(tài)。。

4.2.3步進(jìn)順序控制指令指令STL用于控制每一步進(jìn)狀態(tài)的開始。指令RET用于整個(gè)步進(jìn)程序的結(jié)束。4.2.4狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與步進(jìn)順序控制指令編程規(guī)則

在編制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（SFC）和步進(jìn)指令程序時(shí)，應(yīng)該遵守如下規(guī)則：1）SFC和步進(jìn)指令程序和其他編程語言一樣是由單流程（順序結(jié)構(gòu)、包括循環(huán)結(jié)構(gòu)）、選擇性分支及并行結(jié)構(gòu)流程組成的。2）順序連續(xù)轉(zhuǎn)移時(shí)，一般用SET指令設(shè)置轉(zhuǎn)移目標(biāo)狀態(tài)；非連續(xù)轉(zhuǎn)移時(shí)，則必須用OUT指令實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移目標(biāo)狀態(tài)。3）轉(zhuǎn)移條件可以是單個(gè)或是多個(gè)，但轉(zhuǎn)移條件不能用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP等指令，因此對于復(fù)合轉(zhuǎn)移條件應(yīng)對狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換，如圖4-13所示。三菱PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用

4）狀態(tài)自復(fù)位時(shí)，要用符號“↓”表示，程序中用RST指令表示，如圖4-14所示。三菱PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用

5）在編程時(shí)應(yīng)先驅(qū)動后轉(zhuǎn)移，即先執(zhí)行該狀態(tài)的活動步，再進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。6）在STL的指令段內(nèi)，并不是所有的基本指令都能使用，

4.2.5單流程編程

依據(jù)例圖4-15中的臺車

狀態(tài)運(yùn)行圖→狀態(tài)態(tài)流程圖→狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖→梯形圖。單流程是指狀態(tài)轉(zhuǎn)移只有一種順序，每一個(gè)狀態(tài)只有一個(gè)轉(zhuǎn)移條件和一個(gè)轉(zhuǎn)移目標(biāo)。臺車運(yùn)行單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖三菱PL圖4-19編程軟件中的單流程梯形圖程序臺車運(yùn)行單流程程序結(jié)構(gòu)和功能如下：1）首先通過M8002置位狀態(tài)位S0。2）使用STL指令的觸點(diǎn)S0（“胖”觸點(diǎn)）為ON，進(jìn)入S0狀態(tài)。3）在轉(zhuǎn)移條件X0為ON時(shí)，置位狀態(tài)位S20，S0狀態(tài)自動復(fù)位。3）STL指令的觸點(diǎn)S20（“胖”觸點(diǎn)）為ON，進(jìn)入S20狀態(tài)。執(zhí)行該狀態(tài)的活動步指令，即Y1為OFF時(shí)，Y0為ON。4）在轉(zhuǎn)移條件X2為ON時(shí)，置位狀態(tài)位S21，S20狀態(tài)自動復(fù)位。5）STL指令的觸點(diǎn)S21（“胖”觸點(diǎn)）為ON，進(jìn)入S21狀態(tài)。執(zhí)行該狀態(tài)的活動步指令，即Y0為OFF時(shí)，Y1為ON。以此類推，直至進(jìn)入狀態(tài)S24，RET指令表示所有步進(jìn)程序結(jié)束，但不影響狀態(tài)S24向其他狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。三菱PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用

4.2.6選擇性分支及與匯合的編程

圖中，具有三個(gè)分支流程，選擇性分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（SFC）的結(jié)構(gòu)和功能如下。1）在S20狀態(tài)下驅(qū)動Y0后選擇分支狀態(tài)。根據(jù)不同的條件（X1，X11，X21），選擇執(zhí)行其中一個(gè)條件滿足的分支流程。2）同一時(shí)刻最多只能有一個(gè)接通狀態(tài)。例如，當(dāng)X11為ON時(shí)，S20向S31轉(zhuǎn)移，S20變?yōu)镺FF，并掃描執(zhí)行這一分支程序，此后即使X1或X21為ON，S21或S41也不會被激活。3）S50為匯合狀態(tài)，在S22、S32、S42任一狀態(tài)下執(zhí)行相關(guān)驅(qū)動后，在滿足轉(zhuǎn)移條件時(shí)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。例如，在S32狀態(tài)下驅(qū)動Y12后，在轉(zhuǎn)移條件X13為ON時(shí)，S32向S50轉(zhuǎn)移。選擇性分支需要進(jìn)行分支處理和匯合處理。4.2.7并行分支與匯合的編程

并行分支是當(dāng)滿足某個(gè)轉(zhuǎn)移條件后使得多個(gè)分支流程順序同時(shí)執(zhí)行。

三菱PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用

1）同時(shí)進(jìn)行并行各分支狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。分支狀態(tài)S20驅(qū)動負(fù)載為Y0，轉(zhuǎn)移條件是X0為ON，轉(zhuǎn)移方向?yàn)闋顟B(tài)S21、S31、S41。2）按分支順序?qū)21、S22、S31、S32、S41、S42狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行輸出處理。3）匯合前各分支的最后一個(gè)狀態(tài)（S22、S32、S42）完成驅(qū)動處理后，同時(shí)滿足轉(zhuǎn)移條件X2為ON時(shí)，完成S22、S31、S41匯合到S50狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。4.3非狀態(tài)元件實(shí)現(xiàn)順序控制編程

使用位存儲器M表示狀態(tài)步，當(dāng)某一狀態(tài)步為活動步時(shí)，相應(yīng)的存儲器位M為“1”狀態(tài)，其余步均為“0”狀態(tài)。其設(shè)計(jì)方法為：

首先根據(jù)順序控制的狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)基于M位的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，然后將其轉(zhuǎn)換為非狀態(tài)元件順序控制梯形圖程序。需要注意，非狀態(tài)元件實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是不能作為程序使用的，只能作為設(shè)計(jì)順序梯形圖程序的依據(jù)。三菱PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用

圖4-35：

使用M0、M1、M2分別表示表示第n-1、n、n+1工作步狀態(tài)；

然后列出邏輯代數(shù)直