欧姆龙系列PLC入门与应用第四章

第四讲PLC控制系统的设计PLC控制系统设计概述逻辑设计法时序图设计法经验设计法顺序控制设计法第一节PLC控制系统设计概述

一、PLC控制系统设计的基本步骤

1.对控制任务作深入的调查研究●弄清哪些是PLC的输入信号，是模拟量还是开关量信号，用什么方式来获取信号；●哪些是PLC的输出信号，通过什么执行元件去驱动负载；●弄清整个控制过程和将要完成的控制内容；●了解运动部件的驱动方式，是液压、气动还是电动；●了解系统是否有周期运行、单周期运行、手动调整等控制要求等；●了解哪些量需要监控、报警、显示，是否需要故障诊断，需要哪些保护措施等；●了解是否有通信连网要求等。

2.确定系统总体设计方案

在深入了解控制要求的基础上，确定电气控制总体方案。●确定主回路所需的各电器，确定输入、输出元件的种类和数量；

3.确定系统的硬件构成●确定保护、报警、显示元件的种类和数量；●计算所需PLC的输入/输出点数，并参照其他要求选择合适的PLC机型。

4．确定PLC的输入/输出点分配确定各输入/输出元件并作出PLC的I/O分配表。●根据控制要求，拟订几个设计方案，经比较后选择出最佳编程方案。●当控制系统较复杂时，可分成多个相对独立的子任务，分别对各子任务进行编程，最后将各子任务的程序合理地连接起来。

5．设计应用程序

6．应用程序的调试

编写的程序必须先进行模拟调试。经过反复调试和修改，使程序满足控制要求。●在开始制作控制柜及控制盘之前，要画出电气控制主回路电路图。

7．制作电气控制柜和控制盘●全面地考虑各种保护、连锁措施等问题。●采取有效的措施抑制各种干扰信号。●要注意解决防尘、防静电、防雷电等问题。

8．连机调试程序●调试前要制定周密的调试计划，以免由于工作的盲目性而隐藏了故障隐患。●程序调试完毕，必须运行实际一段时间，以确认程序是否真正达到控制要求。

9．编写技术文件

整理程序清单并保存程序，编写元件明细表，整理电气原理图及主回路电路图，整理相关的技术参数，编写控制系统说明书等。第二节逻辑设计法

①根据控制功能，将输入与输出信号之间建立起逻辑函数关系（可先列出逻辑状态表）；

②对上述所得的逻辑函数进行化简或变换；

③对化简后的函数，利用PLC的逻辑指令实现其函数关系（作出I/O分配，画出PLC梯形图）；

逻辑设计法的基本步骤

④添加特殊要求的程序；

⑤上机调试程序，进行修改和完善。逻辑设计法举例

某系统中有3台通风机，欲用一台指示灯显示通风机的各种运行状态。

要求：2台及2台以上风机开机时，指示灯常亮；若只有一个台开机时，指示灯以0.5Hz的频率闪烁；全部停机时，指示灯以2Hz的频率闪烁。用一个开关控制系统的工作。分析控制要求：反映台风机运行状态的信号是PLC的输入信号；要用PLC的输出信号来控制指示灯的亮、灭。I/O分配为如下：输入

输出

风机1风机2风机3

控制开关指示灯0000000001000020000301000用辅助继电器20000~20002表示指示灯的几种状态。设开机为‘1’、停为‘0’；指示灯亮和闪为‘1’，灭为‘0’。

输入

输出00000000010000220000200012000200000101001100101001010010010111011101010010010020001=20000·2000220000=00000·00001·00002+00000·00001·0000200000·00001·00002+00000·00001·0000220002=00000·00001·0000220000：指示灯常亮20001：指示灯0.5Hz闪20002：指示灯2Hz闪

将20000~20002的逻辑表达式化简：化简得：

20000=00000·00001+00000·00002+00001·0000220002=00000·00001·0000220001=20000·2000220000=00000·00001·00002+00000·00001·0000200000·00001·00002+00000·00001·00002设计梯形图程序20002=00000·00001·0000220000=00000·00001+00000·00002+00001·0000220001=20000·20002常亮控制开关2Hz闪0.5Hz闪0000300001000022000020002200010100000000000020000000001000000000100002200002000220001TIM00020002TIM002TIM001TIM000#0010TIM001#0010TIM00020000aTIM003#0003TIM002TIM002#0002TIM003a第三节时序图设计法

如果PLC各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可由时序图入手进行程序设计。(1)根据各输入、输出信号之间的时序关系，画出输入和输出信号的工作时序图。(2)把时序图划分成若干个区段，确定各区段的时间长短。找出区段间的分界点，弄清分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。一般方法为：(3)确定所需的定时器个数，分配定时器号，确定各定时器的设定值。(4)明确各定时器开始定时和定时到两个时刻各输出信号的状态。最好作一个状态转换明细表。(5)作PLC的I/O分配表。(6)根据时序图、状态转换明细表和I/O分配表，画出PLC梯形图。(7)作模拟实验，进一步修改、完善程序。时序图设计法举例

图为十字路口上的红、黄、绿交通信号灯。绿灯亮放行、红灯亮禁行。

控制要求：①放行时间：南北方向为30秒，东西方向为20秒。②禁行预告：欲禁行方向的黄灯和欲放行方向的红灯以5Hz的频率闪烁5秒，5秒后另一个方向放行。③只用一个控制开关对系统进行运行控制。南北西东（1）分析控制要求，确定输入和输出信号。原则：在满足控制要求的前提下，应尽量少占用PLC的I/O点数。

对本例，由控制开关输入的信号是输入信号；指示灯的亮、灭由PLC的输出信号控制。

由于同方向的同色灯在同一时间亮、灭，可将同色灯并联，用一个输出信号控制。这样只占6个输出点。南北西东（2）画出各方向三色灯的工作时序图。5s5s

南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s

启动t0t1t2t3t4

一个循环

一个循环（3）由时序图分析各输出信号之间的时间关系。

红灯和绿灯常亮的时间相同（30s/20s）；黄灯和红灯闪烁的时间相同（5s）。一个循环有4个时间分界点：t1

、

t2、

t3、

t4。在这4个分界点处信号灯的状态将发生变化。5s5s

南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s

启动t0t1t2t3t4

（4）确定信号灯的状态转换点。

用TIM000~TIM0034个定时器控制信号灯的状态转换。（5）确定定时器的个数及编号。5s5s

南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s

启动t0t1t2t3t4

TIM000TIM001TIM002TIM003（6）列出定时器的功能明细表。5s5s

南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s

启动t0t1t2t3t4

TIM000TIM001TIM002TIM003

定时器t0t1t2t3t4TIM000(通电延时OFF控制)开始定时。(为南/北绿灯、东/西红灯亮定时）TIM000O南/北绿灯灭，南/北黄、东西红灯开始闪。ONON开始下一个循环的定时。5s5s

南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s

启动t0t1t2t3t4

TIM000TIM001TIM002TIM003

定时器t0t1t2t3t4TIM000(定时30s)开始定时。(为南/北绿灯、东西红灯亮定时）TIM000O南/北绿灯灭，南/北黄、东西红灯开始闪。ONON开始下一个循环的定时。TIM001(定时35s)开始定时。继续定时。TIM001ON。闪烁的灯灭，东西绿、南北红灯亮。ON开始下一个循环的定时。

定时器t0t1t2t3t4TIM000定时30秒开始定时。南北绿、东西红灯开始亮ON且保持。南北绿灯灭；南北黄、东西红灯开始闪ONON开始下一个循环的定时TIM001定时35秒

开始定时

继续定时ON且保持。南北黄、东西红灯灭；东西绿、南北红灯亮ON开始下一个循环的定时TIM002定时55秒

开始定时

继续定时

继续定时ON且保持。东西绿灯灭；东西黄、南北红灯开始闪开始下一个循环的定时TIM003定时60秒

开始定时

继续定时

继续定时

继续定时ON，随即复位且开始下一个循环的定时。

输入

输出

控制开关

南北绿灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯00000010000100101002010030100401005（8）根据定时器功能明细表和I/O分配，画出PLC的梯形图。（7）作PLC的I/O分配表。

用一个控制开关进行控制。将全部程序放在指令IL/ILC之间，用00000作为指令IL的执行条件，即可实现控制要求。IL(02)00000TIM000#0300TIM003TIM001#0350TIM002#0550TIM003#0600TIM00001000系统启动TIM00025501TIM001ILC(03)END(01)0100001005010010100301004TIM00225501TIM003TIM001TIM00201001010030100201004南北绿亮30秒东西红亮30秒东西绿亮20秒南北红亮20秒南北黄闪5秒东西红闪5秒东西黄闪5秒南北红闪5秒

经验设计法的基础是：具有继电器控制的设计经验，熟练掌握PLC指令的功能。

典型控制电路包括：电动机的启保停控制、正/反转控制、点动控制、Y-△启动控制、几台电动机的连锁控制、异地控制、掉电保持等等。

一、典型控制电路的PLC程序设计

设计经验，是指能熟练掌握典型继电器控制电路的设计思路，并能将这种设计思路移植到PLC程序设计中。第四节经验设计法1.启保停控制程序0000200003KEEP01000010000100000002000030000200003SET01000RESET01000（a）（b）（c）常用的启保停PLC控制程序。2.电动机正反转控制程序正反转控制的程序设计为确保运行可靠,要采取软、硬件两种互锁措施。01001000020000001001010020000101002010020000201001SB30000001001000010100200002COMCOMSB1~220VSB2DC24VKM1KM2PLCKHKM1KM2正转启动反转启动停车按钮正转接触器反转接触器触点互锁触点互锁010010100000003010010100000000010010000200001

3.电动机顺序启/停控制程序两台电动机顺序启/停控制的程序设计启动时，只有电动机M1启动(01000ON)、电动机M2才可能启动(01001ON)；停止时，只有M1先停、M2才可能停。

输入

输出M1启动00000KM101000M1停车00001KM201001M2启动00002M2停车0000301000000020000020000000012000020000

4.电动机既可长动、又可点动的控制程序电动机长/点动控制的程序输入输出点动按钮SB100000KM01000长动按钮SB200001停车按钮SB300002长动:按一下SB2。点动:按住SB1不放,电动机转动,释放SB1电动机停转。停车:按一下SB3。

二、经验法编程举例在两处往返装料/卸料的小车，工作过程如图。ST1ST3ST2右左装料处卸料处卸料处要求：小车单数次运行时，在ST3卸料。偶数次运行时，ST3处不卸，而在ST2处卸料。装料15s、卸料10s。输入输出右行启动SB100000右行KM01000左行启动SB200001左行KM01001停车按钮SB300002装料KM01002行程开关ST100004卸料KM01003行程开关ST200003行程开关ST300005I/O分配表01000000020000001000000010100101001000050000200003000010100120000TIM001000040000001000TIM00001000000030100101003TIM000#0100000050000401002TIM001#01500000520000200000100100003右行左行卸料装料右行启动ST1ST3ST2进退装料卸料卸料

系统程序000040000500003单数次运行01000000020000001000000010100101001000050000200003000010100120000TIM001000040000001000TIM00001000000030100101003TIM000#0100000050000401002TIM001#01500000520000200000100100003右行左行卸料装料右行启左行启ST1ST3ST2进退装料卸料卸料偶数次运行000040000500003第五节顺序控制设计法1.功能表图的组成

一、功能表图以某动力头的控制为例来说明功能表图的组成。动力头的运动有三种状态：快进→工进→快退。各状态的转换条件为：快进结束压限位开关ST1则转为工进；工进结束压限位开关ST2则转为快退；退回原位压ST3自动停止。●矩形框表示各步，框内数字是步的号。初始步用双线框。●功能表图的组成：步、有向连线、转换条件、动作说明。1启动压ST12压ST23

工进车停原位

快退

快进压ST34控制动力头的功能表图如图所示。●正在执行的步叫活动步，当前一步为活动步且转换条件满足时，启动下一步并终止前一步。2.功能表图的类型(1)单序列结构1启动压ST12压ST23

工进车停原位

快退

快进压ST34

单序列单序列——没有分支选择序列并行序列每个步后只有一个步各步间需要转换条件后一步成为活动步时，前一步变为不活动步。(2)选择序列结构●序列的开始称为分支，各分支不能同时执行。分支1分支3●当前一步为活动步、且转换条件满足时，才能转向下一步。●后一步成为活动步时，前一步变为不活动步。●若选择转向某个分支，其他分支的首步不能成为活动步。abcdefj14268ghi537分支2●选择序列的结束称为合并。eac1b23d47658(3)并行序列结构●并行序列的开始用双线表示，转换条件放在双线之上。●当并行序列首步为活动步且条件满足时，各分支首步同时变为活动步。●并行序列的结束称为合并，用双线表示并行序列的合并，转换条件放在双线之下。分支2分支1●当各分支的末步都为活动步、且条件满足时，将同时转换到合并步，且各末步都变为不活动步。分支3B1SiB2Si+1

SiSi-1Si+1SiCiSi+1Si+2Si+1SiCi+1……3.功能表图与梯形图的对应关系

步程序的梯形图结构如图。●Si-1，Si，Si+1是各步的控制位，Ci，Ci＋1是各步的转换条件●当转换条件满足时(激活下一步的条件之二)，则下一步的控制位为ON，而上一步的控制位变为OFF，上一步对应的程序停止执行。●由于转换条件常是短信号，因此每步要加自锁。●当后续步成为活动步时，前一步要变为不活动步。B1SiB2Si+1

SiSi-1Si+1SiCiSi+1Si+2Si+1SiCi+1……

必须将常闭触点Si+1和Si+2与前一步的控制位线圈串联。●当某一步成为活动步时，其控制位为ON，可以利用这个ON信号实现相应的控制。4.根据功能表图画PLC梯形图20000TIM00400001TIM00100000CNT00200002CNT003HR0000HR000120004TIM00020001200022000520003200062000720008B1SiB2Si+1

SiSi-1Si+1SiCiSi+1Si+2Si+1SiCi+1……200002000120001200020000120005200042000520007TIM0012000620008200032000820000TIM0042000620000TIM00400001TIM00100000CNT00200002CNT003HR0000HR000120004TIM000200012000220005200032000620007200082000820000000002000020001HR00012000020004200042000500001200072000