第3章 梯形圖程序的設(shè)計方法

第三章梯形圖程序的設(shè)計方法3.1梯形圖編輯的一般原則

PLC的特點之一是編程方便、易學(xué)易懂。它采用梯形圖來描述控制系統(tǒng)，給人以一目了然的清晰感，對原來從事繼電器控制技術(shù)的人員來說，很快就能掌握。PLC的梯形圖設(shè)計類似于繼電器邏輯設(shè)計，但又有著它本身的規(guī)則和技巧，在梯形圖設(shè)計和程序編制中應(yīng)注意以下幾個方面。1.梯形圖每一行都是從左邊的母線開始，線圈接在右邊的母線上，線圈右邊不允許再有接點，如圖3-1所示。（a）錯誤（b）正確圖3-1梯形圖接點的連接

FX系列的輸出類指令包括OUT（線圈輸出）、SET（置位）、RST（復(fù)位）、PLS（上升沿檢測）、PLF（下降沿檢測）、MC（主控）和CJ（條件跳轉(zhuǎn)）等。繼電器電路中的觸點可以放在線圈的左邊，也可以放在線圈的右邊。在梯形圖中，觸點提供輸入信號，線圖和輸出類指令接收邏輯運算的結(jié)果。因為邏輯運算是從左往右進行的，所以輸出類指令應(yīng)放在電路的最右邊。觸點如果放在線圈的右邊，程序?qū)鲥e。2.線圈不能直接接在左邊母線上，如果需要的話，可通過不動作的動斷觸點連接在線圈的右邊，如圖3-2所示。圖3-2梯形圖（a）錯誤（b）正確3.同一梯形圖中，同一編號的線圈一般情況下只能出現(xiàn)一次。因為雙線圖輸出容易引起操作錯誤。4.輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器的觸點可以多次使用，不受限制。

因為梯形圖中的一個觸點對應(yīng)指令表中的一條指令，執(zhí)行觸點對應(yīng)的指令時，只是讀出編程元件對應(yīng)的映像寄存器中的值，再進行邏輯運算，而讀映像寄存器的操作次數(shù)是沒有限制的。所以在梯形圖中，使用同一元件的觸點的次數(shù)是沒有限制的。5.對于并聯(lián)電路，串聯(lián)觸點多的支路應(yīng)排在上面，如圖3-3所示。LDX0ANDX1ORX2OUTY0（a）正確（b）錯誤LDX2LDX0ANDX1ORBOUTY0圖3-3梯形圖6.對于并聯(lián)電路塊串聯(lián)時，并聯(lián)觸點多的電路應(yīng)排在左邊，如圖3-4所示。LDX0ORX1ANDX2OUTY0LDX2LDX0ORX1ANBOUTY0（a）正確（b）錯誤圖3-4梯形圖7.對橋式電路的編程處理

橋式電路如圖3-5所示，圖中觸點5有雙向“電流”通過，這是不可編程的電路，因此必須根據(jù)邏輯功能，對該電路進行等效變換成可編程的電路。（a）（b）（c）圖3-5梯形圖3.2梯形圖的基本電路一、起保停電路圖3-6.1起動、停止、保持電路（a）控制電路（b）梯形圖二、具有電氣聯(lián)鎖的電動機正反轉(zhuǎn)控制圖3-6.2異步電機正反轉(zhuǎn)控制電路（a）梯形圖（b）I/O接線圖三、定時器范圍的擴展圖3-7定時范圍的擴展（a）梯形圖（b）波形圖（c）I/O接線圖四、閃爍電路（振蕩電路）圖3-8閃爍電路五、延時接通/斷開電路

如圖3-10所示中的電路用X0控制Y1，X0的常開觸點接通后，T0開始定時，9s后T0的常開觸點接通，使Y1變?yōu)镺N。X0為ON時其常閉觸點斷開，使T1復(fù)位，X0變?yōu)镺FF后T1開始定時，7s后T1的常閉觸點斷開，使Y1變?yōu)镺FF，T1亦被復(fù)位。圖3-10延時接通/斷開電路（a）（b）六、分頻電路在許多控制場合，需要對控制信號進行分頻。如圖3-10（c）所示為二分頻電路。輸入X1引入信號脈沖，輸出Y0引出的脈沖是前者的二分頻。圖3-10（c）二分頻電路七、報警電路如圖3-10（d）所示為報警電路。輸入點X0為報警輸入條件，即X0=ON要求報警。輸出Y0為報警燈，Y1為報警蜂鳴器。輸入條件X1為報警響應(yīng)，X1接通后Y0報警燈從閃爍變?yōu)槌Ａ?，同時Y1報警蜂鳴器關(guān)閉。輸入條件X2為報警燈的測試信號，X2接通則Y0接通。定時器T0和T1構(gòu)成振蕩電路，實現(xiàn)每0.5s的OFF，0.5s的ON，并重復(fù)。圖3-10（d）報警電路八、智力搶答裝置控制要求：主持人一個開關(guān)控制三個搶答桌。主持人說出題目后，誰先按按鈕，誰的桌子上的燈即亮。這時主持人按按鈕后燈才熄滅，否則一直亮著。三個搶答桌的按鈕是這樣安排的，一個搶答桌上是兒童組，桌上有兩只按鈕，是并聯(lián)形式，無論按哪一只，桌上的燈都亮；大人組的桌子上也有兩只按鈕，是串聯(lián)形式，只有兩只按鈕都按下，桌上的燈才亮；中學(xué)生組桌子上只有一個按鈕，且只有一個人，一按燈即亮。當(dāng)主持人將轉(zhuǎn)換開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，10s之內(nèi)若有人搶答按按鈕，電鈴響。圖3-10（e）輸入/輸出接線圖圖3-10（f）搶答裝置梯形圖九、常閉觸點輸入信號的處理

在梯形圖的設(shè)計中，常閉觸點輸入信號的處理方法有兩種。如圖3-11所示的起保停電路，在PLC的I/O接線中，一般的做法是用常開觸點輸入信號代替常閉觸點輸入信號。圖3-11(a)起保停電路圖3-11（b）非常規(guī)做法圖3-11（c）一般做法3.3梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法1.經(jīng)驗設(shè)計法

設(shè)計者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，這種設(shè)計方法稱為經(jīng)驗設(shè)計法。

該設(shè)計方法要求設(shè)計者必須掌握一些典型電路的梯形圖。同時該方法只適用于一些較簡單的梯形圖的設(shè)計。2.送料小車自動控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計要求：如圖3-12（a）送料小車在限位開關(guān)X4處裝料，10s后裝料結(jié)束，開始右行，碰到X3后停下來卸料，15s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。說明：X0—起動小車右行按鈕；X1—起動小車左行按鈕；

X2—停止按鈕。圖3-12（a）送料小車自動控制系統(tǒng)圖3-12（b）梯形圖圖3-12（c）I/O接線圖3.兩處卸料的小車自動控制的梯形圖設(shè)計要求：如圖3-13（a）小車仍然在限位開關(guān)X4處裝料，并在X3和X5處輪流卸料。小車在一次工作循環(huán)中的兩次右行都要碰到X5，第一次碰到它時停下來卸料，第二次碰到它時繼續(xù)前進。圖3-13（a）送料小車自動控制系統(tǒng)圖3-13（b）梯形圖

M100的起動條件和停止條件分別是小車碰到限位開關(guān)X5和X3。M100的作用是記憶X5第幾次被碰到，它只在小車第二次右行經(jīng)過X5時起作用。4.人行橫道交通燈控制電路設(shè)計3.4根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖的方法

下面以兩處起動與停止電動機的控制電路來體現(xiàn)把繼電接觸電路轉(zhuǎn)換成梯形圖的情況。（a）（b）圖3-14多處起動/停止電動機電路圖3-14（c）I/O接線圖

由上可見，繼電接觸電路圖與梯形圖有很多相似之處，梯形圖基本上可以認(rèn)為是由繼電接觸電路圖直接“翻譯”過來的。不過這樣直接轉(zhuǎn)換過來的梯形圖接出的I/O接線所采用的輸入點數(shù)較多，當(dāng)PLC的輸入點數(shù)較緊張時，梯形圖在轉(zhuǎn)換時可以做適當(dāng)?shù)奶幚怼榇?，根?jù)繼電接觸電路設(shè)計梯形圖時應(yīng)注意以下幾點：（1）盡量減少PLC的I/O點數(shù)

梯形圖盡量簡化，如上述梯形圖可簡化成圖3-15的形式，以減少I/O點數(shù)。圖3-15簡化梯形圖（a）（b）另外，為了減少輸入輸出點數(shù)，對某些輸入器件的觸點如果在繼電器電路圖中只出現(xiàn)一次，并且與PLC輸出端的負(fù)載串聯(lián)（如圖中的FR），不必將它們作為PLC的輸入信號，可以將它們放在PLC外部的輸出回路，仍與相應(yīng)的PLC負(fù)載串聯(lián)。例如上面的例子可改為圖3-16所示的形式。圖3-16簡化I/O接線圖（2）應(yīng)盡量優(yōu)化梯形圖為了減少PLC程序指令的條數(shù)，下圖中的（a）應(yīng)改為（b）。（a）（a）（b）（b）圖3-17梯形圖（3）異步電動機正反轉(zhuǎn)的外部聯(lián)鎖電路

為了防止控制正反轉(zhuǎn)的兩個接觸器同時動作造成三相電源短路，不僅需要在梯形圖中設(shè)置相應(yīng)的聯(lián)鎖電路，還應(yīng)在PLC外部設(shè)置硬件聯(lián)鎖電路。（4）外部負(fù)載的額定電壓

PLC的繼電器輸出模塊和雙向可控硅輸出模塊一般最高只能驅(qū)動額定電壓AC220V的負(fù)載，如果系統(tǒng)原來的交流接觸器的線圈380V，應(yīng)將線圈換成220V。附：速度繼電器原理結(jié)構(gòu)

速度繼電器主要有定子、轉(zhuǎn)子和觸頭三部分組成。定子與籠型異步電動機相似，是一個籠型空心園環(huán)，由硅鋼片沖壓而成，并裝有籠型繞組。轉(zhuǎn)子是一塊永久磁鐵。圖3-18速度繼電器

速度繼電器的軸與電動機的軸相連，轉(zhuǎn)子固定在軸上，定子與軸同心。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時，速度繼電器的轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動，繞組切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，此電流和永久磁鐵的磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使定子向軸的轉(zhuǎn)動方向偏擺，通過定子柄撥動觸頭，使常閉觸頭斷開、常開觸頭閉合。當(dāng)軸上速度低于100r/min時，恢復(fù)原位。速度繼電器主要用于籠型異步電機的反接制動控制，也稱為反接制動繼電器。圖3-19速度繼電器圖形符號圖3-20反接制動控制線路

制動過程：按SB1→KM1斷電→KM2通電→制動開始→

n=0（約100）時，KS復(fù)位→

KM2斷電→電機脫離電源，制動結(jié)束。反接制動控制線路PLC梯形圖和I/O接線圖圖3-21反接制動控制線路（a）I/O接線圖（b）梯形圖3.5梯形圖的順序控制設(shè)計法一、順序控制的概念所謂順序控制，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)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。順序控制設(shè)計法又稱為步進控制設(shè)計法。二、順序控制設(shè)計法的基本思想最本的思想是將系統(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）或狀態(tài)，并且用編程元件（輔助繼電器M和狀態(tài)寄存器S）來代表各步。三、順序功能圖（SFC）的基本組成

順序功能圖又叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或功能表圖，是設(shè)計順序控制程序的一種極為重要的圖形編程語言和工具，它描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形。

順序功能圖主要由步、有向線段、轉(zhuǎn)換條件和動作（命令）組成，如圖3-22所示。圖3-22狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（順序功能圖）圖中的矩形方框表示步（或狀態(tài)），框內(nèi)是狀態(tài)器元件號。狀態(tài)器（步）之間用有向線段連接。有向線段上的垂直短線表示轉(zhuǎn)換，其旁邊的X表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。四、步的概念圖3-23順序功能圖

圖3-23所示的順序功能圖中共有初始步、快進、工進和快退四步，通常一個控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置等待起動的初始步。

狀態(tài)圖的特點是由某一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一狀態(tài)后，前一狀態(tài)自動復(fù)位。

轉(zhuǎn)換條件X和分別表示當(dāng)二進制邏輯信號X為“1”狀態(tài)和“0”狀態(tài)時轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。符號↑X和↓X分別表示當(dāng)X從0→1狀態(tài)和從1→0狀態(tài)時轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。五、順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)1.單