可编程序控制器4(梯形图设计)

1、第四章 梯形图设计 PLC PLC原理及应用原理及应用内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-292梯形图程序设计方法梯形图程序设计方法 4.1 梯形图的基本电路梯形图的基本电路 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用 4.3 梯形图经验设计方法梯形图经验设计方法 4.4 根据继电器电路图设计梯形图根据继电器电路图设计梯形图 4.5 开关表法设计梯形图开关表法设计梯形图 4.6 顺序控制设计方法与顺序功能图顺序控制设计方法与顺序功能图内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2934.1 梯形图的基本电路梯形图的基本电路 一一. 启停保持电路启停保持电路 二二.

2、 连锁控制连锁控制 三三. 步进顺序控制步进顺序控制 四四. 集中分散控制集中分散控制 五五. 交流电机启、停、正反转交流电机启、停、正反转内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-294一、启动，保持，停止一、启动，保持，停止关断优先关断优先内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-295二、连锁控制二、连锁控制1、不能同时产生的运动、不能同时产生的运动2、一个运动为另一个运动的发生条件、一个运动为另一个运动的发生条件内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-296X1 运动运动1X5 X2 X4运动运动4 运动运动2 X3运动运动3X5三、步进顺序控制三

3、、步进顺序控制内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-297X00分散分散X01集中集中X1 总停总停 Y1 单机单机1X10 启动启动X11 停止停止 Y2 单机单机2X20 启动启动X21 停止停止四、集中分散控制四、集中分散控制内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-298五、交流电机启、停、正反转五、交流电机启、停、正反转1、减压启动、减压启动380VACKM1LR2R1KM3KM2KM1KM2KM3内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-299五、交流电机启、停、正反转五、交流电机启、停、正反转2.*/启动启动KM1LKM2KM3KM3KM2

4、KM1内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2910五、交流电机启、停、正反转五、交流电机启、停、正反转3、能耗制动、能耗制动380VACKM2KM1KM1MKM2R内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2911五、交流电机启、停、正反转五、交流电机启、停、正反转4、按速度原则能耗制动、按速度原则能耗制动KM1MKM3RKM2KM1 正转正转KM2 反转反转KM3 制动制动正转速度继电器正转速度继电器反转速度继电器反转速度继电器内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29125、反接制动、反接制动MKM2KM1五、交流电机启、停、正反转五、交流电机

5、启、停、正反转反转速度继电器反转速度继电器正转速度继电器正转速度继电器KM1 正转正转KM2 反转反转制动制动内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29134.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用1. 1. 接通延时定时器接通延时定时器2. 断开延时定时器断开延时定时器内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29144.2 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用1. 5s前， 读 =1,写 =12. 时间为5s的周期读 =1,写 =03. 5s后第一周期，读 =0,写 =14. 5s后第二周期，读 =1,写 =13. 3. 脉冲电路脉冲电路内蒙古工业大学

6、机械学院2021-7-292021-7-29154. 4. 定时器与定时器的串接使用定时器与定时器的串接使用4.2 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29165. 5. 定时器与计数器的串接使用（长延时电路）定时器与计数器的串接使用（长延时电路）4.2 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29176. 6. 计数器与计数器的串接使用计数器与计数器的串接使用4.2 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29187

7、. 7. 可调占空比的脉冲发生器可调占空比的脉冲发生器4.2 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用T20Y20Y20T21T214s4s2s2s内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2919M1启动5s后M2启动,M2启动5s,M3启动,M1停M3运行5s后M2停,M3运行10sM1启动，M3停如此循环8. 三台电机顺序启动三台电机顺序启动M1M2M35s5s10s5s4.2 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29204.2 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用内蒙古工业大学机械学院2021-7-2

8、92021-7-29214.2 4.2 定时器与计数器应用定时器与计数器应用内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29224.3梯形图的经验设计方法 在在PLCPLC发展初期，程序设计时在一些典型电路的基础上，根发展初期，程序设计时在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求下，不断修改和完善梯据被控对象对控制系统的具体要求下，不断修改和完善梯形图，反复调试和修改程序，增加辅助元件，最后得到一形图，反复调试和修改程序，增加辅助元件，最后得到一个满意的结果。个满意的结果。内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29231) I/O分配分配输入输入: 右行

9、启动按钮右行启动按钮SB1 X0 左行启动按钮左行启动按钮SB2 X1 停止按钮停止按钮SB3 X2 右端行程开关右端行程开关ST2 X3 左端行程开关左端行程开关ST1 X4输出：输出： 右行接触器右行接触器 Y0 左行接触器左行接触器 Y1 装料电磁阀装料电磁阀 Y2 卸料电磁阀卸料电磁阀 Y3 送料小车在限位开关送料小车在限位开关x4x4处装处装料，料，10s10s后装料结束，开始右后装料结束，开始右行，碰到行，碰到x3x3后停下来卸料，后停下来卸料，15s15s后左行，碰到后左行，碰到x4x4后又停下后又停下来装料，这样不停地循环工来装料，这样不停地循环工作，直到按下停止按钮作，直到按

10、下停止按钮x2x2。4.3梯形图的经验设计方法内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29242)2)经验发设计梯形图经验发设计梯形图4.3梯形图的经验设计方法内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2925输入输入: 右行启动按钮右行启动按钮SB1 X0 左行启动按钮左行启动按钮SB2 X1 停止按钮停止按钮SB3 X2 右端行程开关右端行程开关ST2 X3 左端行程开关左端行程开关ST1 X4 中间行程开关中间行程开关ST3 X5输出：输出： 右行接触器右行接触器 Y0 左行接触器左行接触器 Y1 装料电磁阀装料电磁阀 Y2 卸料电磁阀卸料电磁阀 Y3小车仍然在

11、限位开关小车仍然在限位开关x4x4处装料，处装料，并在并在x5x5和和x3x3处轮流卸料。小车处轮流卸料。小车在在次工作循环中的两次右次工作循环中的两次右行都要碰到行都要碰到x5x5，第一次碰到它，第一次碰到它时停下卸料第二次碰到它时停下卸料第二次碰到它时继续前进，因此应设置一时继续前进，因此应设置一个具有记忆功能的编程元件，个具有记忆功能的编程元件，区分是第一次还是第二次碰区分是第一次还是第二次碰到到x5x5。4.3梯形图的经验设计方法内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29264.3梯形图的经验设计方法内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-29274.4

12、根据继电器电路图设计梯形图根据继电器电路图设计梯形图设计步骤：设计步骤： 了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械动作情况，根据继了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统工作原理电器电路图分析和掌握控制系统工作原理 确定确定PLCPLC的输入输出负载，画出的输入输出负载，画出PLCPLC的外部接线图的外部接线图 建立继电器电路图中中间继电器、时间继电器与建立继电器电路图中中间继电器、时间继电器与PLCPLC元件的元件的对应表对应表 根据上述对应关系设计梯形图根据上述对应关系设计梯形图内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2928注意事项：注意事项

13、： 遵守梯形图语言的语法习惯遵守梯形图语言的语法习惯 尽量减少尽量减少PLCPLC的输入输出信号的输入输出信号 适当地设置中间单元适当地设置中间单元 外部负载与外部负载与PLCPLC的连接的连接4.4 根据继电器电路图设计梯形图根据继电器电路图设计梯形图内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2929A+0=AA+B=B+AA=AA+1=1AB=BAA(A+B)=AA0=0(A+B)+C=A+(B+C)A+AB=AA1=A(AB) C=A(BC)(A+B)(A+B)=AA+A=1A(B+C)=(AB)+(AC)AB+AB=AAA=0A+(BC)=(A+B) (A+C)A+AB=A

14、+BA+A=AA+B=ABA(A+B)=ABAA=AAB=A+B1-4公理，56补定理，78重复定理，910交换定理，1112结合律，1314分配律，1516对偶定理，17二重非定理，1819吸收律， 2021合并律，2223消因律4.5 开关表法梯形图设计方法内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2930 确认系统循环所需的的顺序步骤确认系统循环所需的的顺序步骤 列表说明每一步骤的输入和输出的状态（开关表）列表说明每一步骤的输入和输出的状态（开关表） 辨识并加注输出变化的步骤辨识并加注输出变化的步骤 构造输出布尔方程构造输出布尔方程 将布尔方程转化为梯形图将布尔方程转化为梯形

15、图4.5 开关表法梯形图设计方法内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2931PLCPLC控制一条装配线的传送带，工作循环如下：控制一条装配线的传送带，工作循环如下：1.1. 按下低速启动按钮，系统低速启动按下低速启动按钮，系统低速启动2.2. 电机通电，低速运行电机通电，低速运行3.3. 然后按下高速启动按钮，系统高速启动然后按下高速启动按钮，系统高速启动4.4. 电机通电，高速运行电机通电，高速运行5.5. 然后按下低速启动按钮，系统转入低速运行然后按下低速启动按钮，系统转入低速运行6.6. 任何情况按下停止按钮，系统停止任何情况按下停止按钮，系统停止4.5 开关表法梯形图

16、设计方法内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2932输入输入输出输出状态状态X1X2X0Y1Y2S0.停止状态停止状态000001.低速启动低速启动100102.低速运行低速运行000103.高速启动高速启动010014.高速运行高速运行00001 5.变速变速10010?Y11=X1,Y10=Y2+X0 Y21=Y1X2,Y20=X1+X0Y1=(X1+Y1) (Y2+X0) = (X1+Y1) Y2 X0Y2=(Y1X2+Y2) (X1+X0) = (Y2+Y1 X2) X1 X014.5 开关表法梯形图设计方法内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-293

17、3用经验法设计存在的问题用经验法设计存在的问题: 设计方法很难掌握，设计周期长。 装置交付使用后维修困难。4.6 顺序控制设计方法与顺序功能图顺序控制设计方法与顺序功能图内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2934 顺序控制顺序控制，是按照生产工艺预先规定的，是按照生产工艺预先规定的顺序顺序，在各个在各个输入信号的作用下输入信号的作用下，根据内部状态和时间，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。地进行操作。 顺序控制设计法又称顺序控制设计法又称步进控制设计法步进控制设计法。 4.6 顺序控制设计方法与

18、顺序功能图顺序控制设计方法与顺序功能图内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2935顺序控制设计法最基本的设计思路顺序控制设计法最基本的设计思路 是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step）,并用编程元件(S,M)来代表各步。 步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步内，各输出量的ON/OFF状态不变，但相邻两步输出量总的状态是不同的。(P64图4.17) 使系统进入下一步的的信号称为转换条件。内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2936顺序控制设计法的本质顺序控制设计法的本质 经验设计是试图用输入信号X直接控制输出信号Y。

19、 顺序控制设计法则是用输入量X控制代表各步的编程元件M（S），再用它们控制输出量Y。 步是根据输出量Y的状态划分的，M(S)与Y之间的逻辑关系较简单内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2937顺序功能图概述顺序功能图概述 顺序功能图顺序功能图（Sequential function chart）又叫做状态转又叫做状态转移图或功能表图。移图或功能表图。 顺序功能图主要由顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成（或命令）组成内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2938顺序功能图示例顺序功能图示例引例引例:

20、 : 如图所示如图所示台车自动往返系统工况示意图台车自动往返系统工况示意图MSQ2(X2)SQ1(X1)SQ3(X3)前进前进(Y1)后退后退(Y2)SB(X0)启动启动MM MMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMM M MMM M MM M M M M MMMMMMMMMMMMMMM内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2939 为编程的需要，设置输入、输出端口配置如表所示。为编程的需要，设置输入、输出端口配置如表所示。输入设备输入设备 端口号端口号 输出设备输出设备 端口号端口号 启动启动 SB X00 电机正转电机正转 Y01 中限位中限位 SQ1 X01 电机反转

21、电机反转 Y02 右限位右限位 SQ3 X03 左限位左限位 SQ2 X02 顺序功能图示例顺序功能图示例内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2940 流程图中的每一步，可用一个状态来表示，由此绘出图流程图中的每一步，可用一个状态来表示，由此绘出图所示的台车流程图的顺序功能图。分配状态的元件如下：所示的台车流程图的顺序功能图。分配状态的元件如下：初始状态初始状态 S0 前进前进(工序一工序一) S20后退后退(工序二工序二) S21 延时延时(工序三工序三) S22再前进再前进(工序四工序四) S23 再后退再后退(工序五工序五) S24 注意：虽然注意：虽然S20与与S23

22、、S21与与S24，功能相同，但它们是顺，功能相同，但它们是顺序功能图中的序功能图中的不同工序，也就是不同状态，故编号也不同。不同工序，也就是不同状态，故编号也不同。顺序功能图示例顺序功能图示例内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2941台车流程图的顺序功能图台车流程图的顺序功能图顺序功能图示例顺序功能图示例SBS20SQ1SQ2T0SQ3SQ2M8002X0X1S21X2S22S23X3S24X2Y1Y2Y2Y1T0 K50Y1Y2Y2Y1S0有向连线有向连线转换转换转换条件转换条件步步动作动作初始步初始步内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2942 步步

23、 用矩形方框表示步，方框中用数字或代表该步的编程元件用矩形方框表示步，方框中用数字或代表该步的编程元件的元件号作为步的编号。的元件号作为步的编号。内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2943与步对应的动作或命令与步对应的动作或命令动作顺序动作的存储性内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2944 (1) 驱动负载驱动负载。状态可以。状态可以驱动驱动M、Y、T、S等线圈等线圈。可以直。可以直接驱动和用置位接驱动和用置位SET指令驱动指令驱动，也可以通过触点联锁条件来驱，也可以通过触点联锁条件来驱动。动。 (2) 指定转移的目的地指定转移的目的地。状态转移的目的地

24、由连接状态之。状态转移的目的地由连接状态之间的线段指定，线段所指向的状态即为指定转移的目的地。间的线段指定，线段所指向的状态即为指定转移的目的地。步的功能步的功能 (3) 给出转移条件给出转移条件。状态转移的条件用连接两状态之间的。状态转移的条件用连接两状态之间的线段上的短线来表示。线段上的短线来表示。当转移条件得到满足时，转移的状态当转移条件得到满足时，转移的状态被置位，而转移前的状态被置位，而转移前的状态(转移源转移源)自动复位。自动复位。内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2945有向连线与转换条件有向连线与转换条件 有向连线有向连线 转换：转换：用有向连线上与有向连线

25、垂直的短划线来表示，转用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。换将相邻两步分隔开。 转换条件：转换条件：是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文文字语言、布尔代数表达式可图形符号字语言、布尔代数表达式可图形符号标注在表示转换的短标注在表示转换的短线的旁边。线的旁边。内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2946顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构 单序列单序列 选择序列选择序列 并行序列并行序列内蒙古工业大学机械学院2021-7-292021-7-2947顺序功能图中转换实现的基本规则顺序功能图中转换实现的基本规则 转换实现条件转换实现条件: 1）该转换所有的前一级步都是活动步。）该转换所有的前一级步都是活动步。 2）相应的转换条件得到满足。）相应的转换条件得到满足。 转换实现应完成的操作转换实现应完成的操作: 1）使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续一步都变）使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续一步都变 为活动步。为活动步。 2）使所有由有向连线与相应转换符号相连的前一级步都变）使所有由有向连线与相应转换符号相连的前一级步都变 为不活动步。为不活动步。内