OMRON-SYSMAC CJ系列可编程控制器讲稿

第四章PLC控制程序设计方法

4.1程序设计的基本要求4.2程序设计方法4.3PLC控制程序设计实例4.1程序设计的基本要求

在对PLC的基本工作原理和指令系统有一定的了解之后，就可进一步学习PLC控制系统的设计方法了。编制一个较好的PLC控制程序一般有以下标志。

1)正确性一个程序必须经过实际检验，以证明其运行的正确性，这是对PLC程序最基本的要求。而正确、规范地使用各种指令，正确、合理地使用各类内部器件，则是程序正确的重要因素。一些程序出错大多与这两个方面有关。

2)可靠性

PLC程序不仅要正确，而且要可靠。可靠性反映了PLC在不同工作状态下的稳定性，这也是对程序设计的基本要求。有的用户程序在正常的工作条件下，或合乎逻辑要求的操作情况下能正常工作，但当出现非正常工作情况(如临时停电，又很快再通电)，或进行非法操作(操作人员不按规程操作)后，程序也要能正常工作。

3)合理性

PLC程序的合理性主要表现在两个方面：一是应尽可能使用户程序简短：二是应尽可能缩短扫描周期，提高输入／输出响应速度。简短的程序可节省用户存储区，在大多数情况下可缩短扫描周期，提高程序的可读性。因此，优化程序结构，用流程控制指令简化程序等是在程序编制中应注意的内容。例如合理、正确地使用各类指令，用功能强的一条指令取代由功能单一的多条指令组成的相同功能的程序，注意指令前后次序的安排等。总之，在确保程序正确性、可靠性的同时，应尽可能使程序趋于合理是编程者追求的目标。

4)可读性程序的可读性好的标志是：层次清晰，结构合理，指令使用得当，并按模块化、功能化和标准化设计；在输入／输出点及内部器件的分配和使用上要有规律性：还应在一些功能段及一些特殊指令后作一些注释，以方便记忆和理解。一个可读性好的程序不仅便于设计者加深对程序的理解，便于修改和调试，而且还便于使用者读懂程序，便于调整功能和日常维护。5)可塑性

程序的可塑性标志：是指当控制方案稍作改动时，只需对已设计好的程序略作修改即可。程序容易修改或控制方案容易改变是PLC的一大特点。因此，PLC可广泛地应用于各种控制场合，特别适合在灵活多变的控制系统中应用。程序的可塑性应体现在程序是否具有弹性和留有余地上。程序应尽可能循序渐进，采用步进控制的方法。一个动作到另一个动作的转换靠转换控制步实现。更改时只需更改步的内容；而不必改变整个逻辑。参数的设定应尽可能用间接的方法，例如对于实现时间控制的定时器，其时间常数不直接设定，而是用指定某内存单元的内容采设定。这个内存单元的内容靠程序初始化时赋值，或由编程器临时设定。这样，要作更改时只需改变有关内存单元的内容就可以了。通常来讲，一个结构布局合理，线条层次清晰，指令应用正确，器件分配得当的PLC控制程序，应该具有：正确性、可靠性、合理性、可读性及可塑性。4.1程序设计的基本要求

4．2逻辑设计法

逻辑设计方法的基本含义是以逻辑组合的方法和形式设计电气控制系统。这种设计方法既有严密可循的规律性和明确可行的设计步骤，又具有简便、直观和十分规范的特点。布尔助记符程序设计语言常采用这类设计方法。PC的早期应用就是替代继电器控制系统，因此用"0"、"1"两种取值的逻辑代数作为研究PLC应用程序的工具就是顺理成章的事了。从某种意义上说，PC是"与"、"或"、"非"三种逻辑线路的组合体，而梯形图程序的基本形式也是"与"、"或"、"非"的逻辑组合。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表示出来后，实现该逻辑函数功能的线路也随之确定，并进一步由梯形图直接写出对应的指令语句程序。4．2．1逻辑设计法设计步骤

逻辑设计法一般可分为下面几步：

①

首先明确控制任务和控制要求，通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图，取得电气执行元件功能表。

②

详细地绘制电控系统状态转换表(通常由输出信号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表和中间记忆装置状态表四部分组成)，状态转换表可全面、完整地展示电控系统各部分、各时刻的状态和状态之间的联系及转换，它是进行电控系统的分析和设计的有效工具。

③进行逻辑设计，列出中间记忆元件的逻辑函数表达式和执行元件的逻辑函数表达式，这两个函数表达式，既是生产机械或生产过程内部逻辑关系和变化规律的表达形式，又是构成电控系统实现目标的具体程序。如果设计者需要使用梯形图程序作为一种过渡，或者选用的PC编程器也具有图形输入的功能，则也可以首先由逻辑函数式转换为梯形图程序；

④

完善和补充程序，包括手动调整工作方式的设计、手动工作方式的选择、自动工作循环、保护措施等。设计实例1．三相异步电动机可逆控制线路图4—1(a)所示是三相异步电动机可逆控制线路。该线路在继电—接触器控制线路中已做过介绍。根据电路的控制要求，可画出如图4—1中所示的线路工作时序图，由时序图可看出线路中各器件动作的相互次序和因果关系。对线路的控制系统来说，输入信号共有4个，分别为SBI、SB2＼SB3和FR，而输出信号则是KM1，和KM2。考虑到系统中的自锁和互锁，得KMl、KM2的逻辑函数为KM1=(SB2+KMl)·SB1·FR·KM2KM2=(SB3+KM2)·SB1·FR．KM1图4-1三相异步电机可逆运行控制线路图4—1设计实例2．通风机工作状态显示PLC控制

某系统中有4台通风机，要求在以下几种运行状态下发出不同的显示信号：3台及3台以上开机时，绿灯常亮；两台开机时，绿灯以5Hz的频率闪烁；一台开机时，红灯以5Hz的频率闪烁；全部停机时，红灯常亮。为了讨论问题方便，设4台通风机运行状态分别为A、B、C、D。红灯为F1，绿灯为F2。由于各种运行情况所对应的显示状态是惟一的，故可将几种运行情况分开进行程序设计。1）红灯常亮的程序设计当4台通风机都不开机时红灯常亮。其状态表为：1）红灯常亮的程序设计

（设灯常亮为1、灭为0，通风机开机为1、停为0，以下同。）由状态表可得F1的逻辑函数：2）绿灯常亮的程序设计

由状态表可得F2的逻辑函数为

将式（8－2）化简得3）红灯闪烁的程序设计

当红灯闪烁时，其F1的状态表及逻辑函数如下：4）绿灯闪烁的程序设计

当绿灯闪烁时，其状态表为绿灯闪烁梯形图5）I／O点分配表

本例有A、B、C、D共4个输入信号，Fl、F2两个输出，选择CPM2A机型，作出I/O分配表如表4－2所示。表4－2I／O分配表图4-7中25501能产生0．2s即5Hz的脉冲信号。设计实例3。感应式交通信号灯自动控制

当PLC各输出信号按照一定的时间顺序发生变化时，可采用时序图设计程序。通过绘制各输出信号和输入信号之间的关系和顺序，理顺各状态转换的时刻和转换条件，清理出输出和输入的逻辑关系，从而完成控制系统梯形图的编制。以下是十字路口感应式交通信号灯自动控制系统的设计示例。假设有一个车流量大的主干线与一个车流量小的支线相交叉的十字路口，为了较有效地提高该路口的车辆通行能力，避免因支线绿灯放行期间造成主干线车辆积压过多，计划采用感应式控制方式，以缓解上述矛盾。主干线及支线的来往车辆通过埋设在停车线附近的四个方向的车辆检测器A1、A2、B1、B2检测，如图4－8所示。1）控制要求1）启动该系统后（开机），主干线方向为绿灯亮，支线方向为红灯亮。若支线无车辆通过，则该状态一直保持。一旦支线有车到达路口，则检测器B1或B2检测到车辆到达6s后，使主干线绿灯灭，黄灯亮，延迟4s后变为红灯亮。同时，支线由红灯亮变为绿灯亮。（2）当支线绿灯亮后，若主干线无车辆通过路口，则支线绿灯延时25s后自动变为黄灯亮，延时4s后转为红灯亮。同时，主干线由红灯变为绿灯。（3）在支线绿灯延时期间，如主干线已积压三辆车，则当检测器A1或A2检测到第三辆车到达时，停止支线绿灯延时，立刻变为黄灯亮，维持4s后又变为红灯亮。此时，主干线由红灯亮变为绿灯亮。重复上述循环。列PLC。I／O分配表如表8冖3所示。2）系统设计分析

（1）确定I／O点数。根据控制要求可知，输入信号有5个，即启动信号和4个方向的车辆检测信号。输出信号有6个，即主干线（东西方向〕红、黄、绿灯及支线（南北方向）红、黄、绿灯。从定时角度来看，南北方向（支线）绿灯需要一个最大定时值为25s的定时器，南北、东西两个方向的黄灯各需一个4s的定时器，一个检测到南北方向来车后延时6s的定时器，一个记录东西方向积压车辆数的计数器。由子最大定时值皆未超过定时器的预置值范围，故总共需4个定时器、2个计数器。可见，该被控系统I/O点数不多，选用一般小型机即可满足要求。这里选用CPM1A系列PLC。（2）灯色状态及定时时序图。按照控制要求，可绘出该时序图如图8－9所示。因为当支线车辆检测器B1或B2检测到来车后延时6s，所以使主干线由绿灯转变为黄灯亮。该6s的延时应由B1或B2输入的信号启动定时器TIM000来实现，但在TIM000定时期间，检测信号消失后，TIM000会复位。为了防止复位，图8—9中采用了锁存指令（KEEP2000）形成锁存继电器。支线绿灯最长延续25s，在此期间若主干线积压车辆不够3辆，则当延迟时间到后，才由绿灯转为黄灯亮。假若积压车辆已够3辆，则不管绿灯延迟25s是否到，在第三辆车到时，立即强迫将绿灯转变为黄灯亮。处理这一问题的关键，是当支线绿灯亮时应为启动车辆计数器作好准备。一旦主干线方向的传感器A1或A2发出有车信号，就能立即启动车辆计数器开始计数。因此，主干线来车计数器的启动条件应为支线绿灯亮和主干线车辆传感器A1或A2的输出信号。只要车辆计数器计到第3辆来车，就有信号输出，不管绿灯是否延时够25s，就迫使其关闭而转为黄灯亮。图8－9中虚线所示即为这种情况。整个系统的灯色转换条件及定时时序如图8。9中箭头所示。由图8－9可得出各定时器控制条件及灯色转换控制条件。由图8－9可看出，支路红灯的启动条件是开机信号的存在以及计时器TM001信号的非信号，也就是说，在开机信号存在的条件下，计时器TIM001的信号为0时，支路红灯信号为1，一旦TIMoo1信号出现，支路红灯信号则变为0。其他输出信号的产生与消失和支路红灯信号相似，由图8－9中信号之间的关系可分析出对应的逻辑函数表达式。（3）定时器、计数器控制条件及灯色转换控制条件。具体描述如下：●定时器、计数器控制条件：将B1．B2检测器产生的检测信号通过上升沿微分指令DIFU产生锁存信号，放在锁存器20000中，作为支线有车到标志。。TIM003非为支线黄灯定时时间未到。KEEP20000为支线检测有车标志（要通过）。定时器、计数器控制条件TIM000:支线有车到标志20000开始计时直到TIM003支线黄灯及时开始解除TIM000计时器。TIM001为主干道黄灯计时器。它与TIM000同步。TIM002为支线黄灯开始计时器，他从TIM001计时输出开始计时，直到TIM003计时结束。TIM003从TIM002计时结束开始，或者主干道检测，或者支线检测。。故逻辑关系如下：支线绿灯逻辑关系

灯色转换条件4.3程序设计的功能表图方法（状态流程图法）第一节：概

述功能表图(FunctionChart)亦称顺序功能表图(SequenceFunctionChart)，简称SFC。经验法仅适用于简单的单一顺序问题的程序设计，且设计无一定的规律可循，对稍复杂的程序设计起来显得较为困难，而对具有并发顺序选择顺序的问题就更显得无能为力，故有必要寻求一种能解决更广泛顺序类型问题的程序设计方法。

功能表图是一种能很好解决上述问题的程序设计方法，它是描述控制系统的控制过程、功能、特性的一种图形，它最初很象一种工艺性的流程图，它并不涉及所描述的控制功能之具体技术，是一种通用的技术语言。这种设计方法很容易被初学者接受，对有一定经验的技术人员而言也会提高设计效率，有资料称这种设计方法可减少2/3的设计时间，且用此法设计出的程序调试、修改、阅读也很容易。4.3.1功能表图概念4.3.2功能表图法在PLC程序设计中的用法（2种）：

（1）直接根据功能表图的原理编写PLC源程序，即将功能表图作为一种编程语言直接使用，目前已有此类产品，多数应用在大、中型PLC上，其编程主要通过CRT终端，直接使用功能表图输入控制要求。（2）用功能表图说明PLC所要完成的控制功能，然后再据此找出逻辑关系并画出梯形图。这种应用法较多，本节主要讨论这种方法。

4.3.3：功能表图的基本概念

（1）、步：步是一个稳定的状态，表示过程中的一个动作。在功能表图中，步通常表示某个或某些执行元件的状态。起始步：起始步对应于控制系统的初始状态，是系统运行的起点。一个控制系统至少要有1个起始步，n为序号图4-11步的符号n10如NN为序号图4-12起始步（2）动步/静步静步：静步是指控制系统当前没有运行的步。动步：动步是指控制系统当前正在运行的步。动步用1个小黑点放在步的方框图中表示，见图4-13。动步、静步是系统分析时用的术语，平时进行程设计时并不用。图4-13动步符号N·步：步是一个稳定的状态，表示过程中的一个动作。在该步的右边用1个矩形框表示，见图4-14，当一个步对应多个动作时，可用图4-15表示。

图4-14与一步对应1个动作的表示方法N动作N动作A动作BN动作A动作B图4-15一步对应多个动作的表示方法4.3.4、有向线和转移

有向线：在控制系统中动步是变化的，会向前转移的，转移的方向是按有向线规定的路线进行，习惯上是从上到下、由左至右；如不是上述方向，应在有向线上用箭头标明转移方向。转移条件：动步的转移是有条件的，转移条件在有向线上划一短横线表示，见图4-16，横线旁边注明转移条件。若同一级步都是动步，且该步后的转移条件满足，则实现转移，即后一静步变为动步，原来的动步变为静步。4.3.5、功能表图的构成规则

画控制系统功能表图必须遵循以下规则：步与步不能直接相连，必须用转移分开。转移与转移不能相连，必须用步分开。转移用有向向线段表示。两个状态步（框）之间必须用转移线段相连接步与步之间的连接采用有向线，从上→下或由左→右画时，可以省略箭头。当有向线从下→上或由右→左时，必须画箭头，以明示方向。每个程序至少有1个起始步。

转换条件a和a，分别表示转换信号“ON”或“OFF”时条件成立；转换条件a↑和a↓分别表示转换信号从“OFF”变成“ON”和从“ON”变成“OFF”时条件成立。

4.3.6、功能表图的组成①工步（状态）

n-1nn+1abc第n-1步执行的动作第n步执行的动作第n+1步执行的动作n+2第n+2步执行的动作de②步进方向（有向线段）④动作（输出）、③转换和转换条件组成。转换条件可以单个信号，也可是若干个信号的逻辑组合。4.3.7、功能表图的基本结构及编程方法（一）单列结构

123abcd说明：单列结构由一系列按顺序排列、前后相继激活的步组成，每步的后面紧接一个转移，每个转移后面只有一个步。。1．单列结构使用基本指令的设计方法

本状态转入条件本状态标志上一状态标志下一状态标志本状态标志具有该输出的各状态标志输出┇状态转换模板组合输出模板

3d2321b112a332c组合输出梯形图

123abcd2．单列结构使用步进指令的设计方法

STEP1bSNXT2STEP2cSNXT3aSNXT1STEP3d第1步输出第2步输出第3步输出本步输出本步转出条件本步标志或其它条件本步标志置位下一步使用步进指令的设计模板梯形图

123abcd3．单列结构使用置位、复位指令的设计方法

本状态标志SET下一状态RSET本状态状态转出条件标志aSET13d组合输出2cSET3RSET21bSET2RSET1使用置位、复位指令的设计模板梯形图

123abcd（二）选择序列：选择序列：选择序列的开始称为分支，见图(b)，转移符号只能标在水平连线之下。如果步5是活动的，并且转移条件e＝1，则发生由步5→步6的进展。选择序列的结束称为合并，见图(c)。几个选择序列合并到一个公共序列时，转移符号和需要重新组合的序列数量相同，转移符号只允许标在水平连线之上。如果步7是活动步，并且转移条件m＝1，则发生由步7→步13的进展。如果步8是活动步，并且n=1,则发生由步8→步13的进展。

59611(b)efg781213(c)mnp（二）选择序列编程1（用基本指令实现）00a1112131b1c112223240a4132435b5c64100a112111100b122212100c132313131211100134140a44024b535c6403540244013选择开始选择结束梯形图（选择开始）梯形图（选择结束）（二）选择序列编程2（用步进指令实现）梯形图（选择开始）梯形图（选择结束）选择开始STEP00a1SNXT11第00步输出b1SNXT21c1SNXT31STEP13a4SNXT40第13步输出STEP24b5SNXT40第24步输出STEP35c6SNXT40第35步输出00a1112131b1c112223240a4132435b5c641选择结束（二）选择序列编程3（用置位、复位指令实现）梯形图（选择开始）梯形图（选择结束）选择开始11213100a100b100c1SET21SET31SET1113a424b535c640RSET13RSET24RSET35SET4000a1112131b1c112223240a4132435b5c641选择结束RSET30三、并发序列：并发序列的开始称为分支，见下图。当转移的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并发序列。当步3是活动的，并且转移条件d＝1时，步4、步6、步8这三步变为活动步。同时步3变为静步。为了强调转移的同步实现。水平连线用双线表示。步4、步6、步8被同时激活后，每个序列中活动步的进展是独立的。在表示同步的水平双线之上。只允许有一个转移符号。3468d(a)并发序列的结束称为合并，见图(b)。在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转移符号。当直接连在双线上的所有前级步都处于活动状态，并且转移条件e=1时，才会发生步2、步5、步7到步9的进展，即步2、步5、步7同时变为静步，而步9变为活动步。3468d(a)2579(b)e（三）并发序列编程1（用基本指令实现）并发开始00112131a12223240132435c414013134140402435c4024403500a12111100a22212100a32313131211100并发结束梯形图（并发开始）梯形图（并发结束）（三）并发序列编程2（用步进指令实现）梯形图（并联开始）梯形图（并联结束）并联开始STEP00aSNXT11第00步输出SNXT21SNXT31STEP13第13步输出STEP24第24步输出STEP35第35步输出13SNXT4024cRSET13RSET2400112131a12223240132435c41并联结束（三）并发序列编程3（用置位、复位指令实现）并联开始13SET40c2435RSET13RSET24RSET35梯形图（并联开始）梯形图（并联结束）00a112131RSET00SET11SET21SET3100112131a12223240132435c41并联结束四、条件循环编程格式

a1b2c3f4dcSTEP1bSNXT2STEP2SNXT3aSNXT1STEP3d第1步输出第2步输出第3步输出SNXT1fSNXT41b32213d21a3f432c13441bRSET12c3da3fSET1SET2RSET2SET3RSET3SET1RSET3SET4条件循环基本指令复位、置位指令步进指令

4.3.8状态流程图编程的步骤：状态流程图编程分为以下几步：

①把整个系统的工作过程划分为若干个清晰的阶段，每个阶段(称为步)完成一定任务的操作；

②确定各步之间的转换条件，它是系统由前一步转入下一步的基础，经常以PC输入点或其他元件定义状态转换条件，当转换条件的实际内容不止一个时，每个具体内容定义一个PC元件编号，并以逻辑组合的形式表现为有效转换条件；

③根据前两步画出系统的状态流程图。

④写出程序清单，完成PC控制系统应用程序的设计。4.3.9FCS控制的程序设计实例1

一、局部设计——送料小车的工作1．循环过程：

小车处于最左端，装料电磁阀YC1得电，延时20秒；装料结束，接触器KM3、KM5得电，向右快行；碰到限位开关SQ2，KM5失电，小车慢行；碰到SQ4，KM3失电小车停，电磁阀YC2得电卸料开始，延时15秒；卸料结束后，接触器KM4、KM5得电

，小车向左快行；碰到限位开关SQ1，KM5失电，小车慢行；碰到SQ3，KM4失电，小车停，装料开始……如此周而复始。SQ4SQ2SQ1SQ3装料YC1KT1KM4KM3KT2卸料YC2左行右行整个过程分为装料、右快行、右慢行、卸料、左快行、左慢行六个状态2．确定相邻状态的转换条件

3．对输入、输出设备按PLC的输入/输出点进行分配输

入输

出设

备输入点设

备输出点左快行限位开关SQ100001装料电磁阀YC101001右快行限位开关SQ200002卸料电磁阀YC201002左行限位开关SQ300003右行接触器KM301003右行限位开关SQ400004左行接触器KM401004起动按钮SB100011快行接触器KM501005SQ4SQ3KT2SQ1KT1装料左慢行右快行右慢行左快行卸料SQ24．画出状态表或顺序功能图

状

态名

称状态标志输

出状态转出条

件0100101002010030100401005T001T002装

料20000++T001+右快行20001++00002+右慢行20002+00004+卸

料20003++T002+左快行20004++00001+左慢行20005+00003+状态表T001+装料2000001001T00100002+右快行20001010030100500004+右慢行2000201003T002+卸料2000301002T00200001+左快行20004010040100500003+左慢行200050100400003+•00011+顺序功能图5．编写梯形图（使用基本指令编写的梯形图)

200042000101005T001#200200000100120005200040100400003200022000101003T00220003#15001002组合输出20000装料右快行右慢行卸料左快行左慢行200002000520004200050000120005200042000420003T0022000420003200022000300004200032000220001200020000220002200012000020001T0012000120000000112000500003状态转换20000000110000820005200000000320001全自动、半自动的选择5．编写梯形图（使用步进指令编写的梯形图)第六步左慢行STEP20000T001SNXT20001STEP20001T001#200010012000001005200010100300002SNXT20002STEP20002SNXT200000001100003200020100300004SNXT20003STEP20003第一步装料步进开始第二步右快行第三步右慢行T002#1502000301002T002SNXT20004STEP2000401005200040100400001SNXT20005STEP20005STEP00003SNXT200060000800003SNXT20000000080000301004第四步卸料第五步左快行全自动半自动步进结束（3）使用移位指令SFT设计的梯形图在单循环，即没有并行的分支，代表状态的辅助继电器依次顺序接通、断开，并且任何时候只有一个状态有效时，用移位寄存器很容易实现这个功能。其梯形图如图6-29所示。运用移位寄存器设计梯形图的关键在于移位脉冲的获取，一般可由“移位脉冲模板”得移位脉冲模板

起动条件

起动条件 初始状态 输出移位脉冲的中间继电器 该状态标志的转出条件

状态标志 该状态标志的转出条件 状态标志 5．编写梯形图（使用移位指令编写的梯形图)201002010100102SFT2002000000820005T0012000000002200010000420002T002200030000120004000032000520000200012000220003200042000520100000110000320101000032000220001010030100120000T001#200T002#1500100220003200052000401004200042000101005从图中看出，第一阶梯形图为状态转移的触发条件，第二阶梯形图为向移位寄存器最低端移入的状态，第三阶梯形图为移位指令，选定移位寄存器20000~20005共六个。虚线以下部分和图6-26相同。当电源接通时，移位寄存器20000～20005这六个辅助继电器均处于失电状态，常闭触点20000～20005闭合，使线圈20100得电，整个移位寄存器处于初始等待状态。当小车在装料位置，行程开关SQ3受压，触点00003闭合时，按下起动按钮SB1，触点00011闭合，线圈20101得电，触点20101闭合，执行移位指令，将20100的状态移入移位寄存器的最低端，使线圈20000得电，进入装料状态（20000）。此时常开触点20000闭合，01001有输出，同时，定时器T001开始计时。当定时时间到，触点T001闭合，第一阶梯形图中的触发条件成立，从装料状态（20000）移位到右快行（20001）状态……以此类推，一直到左慢行状态（20005）。在第二阶梯形图中设置了常闭触点00008，当该触点闭合为全自动状态，该触点断开时为半自动状态。为了防止按钮SB1按下时有抖动，导致多次触发，可在该梯形图前设置防抖动程序以保证触发的可靠性。4.4程序设计步骤1。程序设计前的准备工作2。程序框图设计3。编写程序4。程序测试5。编写程序说明书。编程小结：

从上面的例子看出，用基本指令、移位指令及步进指令都可以编制顺序控制程序。用基本指令编写的梯形图较长，但灵活性好，可用来编制较复杂的梯形图；用移位指令编写的梯形图，关键是要处理好移位脉冲的产生；用步进指令编写的梯形图最为直观，它和图8-23的顺序功能图有很好对应关系，可直接从顺序功能图得到梯形图。当然，也可以用置位、复位指令编写，二、综合设计

上面讲述了单循环控制程序的实用设计方法。在实际生产过程中，为了满足生产需要，很多设备都设置了多种不同的工作方式，常见的有：全自动、半自动、单步、手动等几种方式，其中前三种可归属于自动方式。现仍以前面介绍的小车送料为例加以说明。操作面板如图8-31所示。工作方式选择开关的四个位置分别对应四种工作方式。而右行、左行、装料、卸料是四个手动按钮，用于手动方式。此时，输入各点和选择开关、按钮、限位开关的分配见表8-3，输出各点不变。

二、综合设计例

工作方式：全自动、半自动、单步、手动等。

右行SB300005装料SB500007起动SB100011停止SB200102卸料SB600000左行SB400006自动A0手动A100010单步A200009半自动A300008操作面板输入点分配输

入

设

备输入点起动按钮

SB100011停止按钮

SB200102右行按钮

SB300005左行按钮

SB400006装料按钮

SB500007卸料按钮

SB600000转换开关SA

手

动

触点A100010单

步

触点A200009半自动

触点A300008左快行限位开关

SQ100001右快行限位开关

SQ200002左行限位开关

SQ300003右行限位开关

SQ400004CPM1A00000000010000200003000040000500006000070001100102000080000900010COM0100101002010030100401005COMSB3SB6SQ1SQ2SQ3SQ4SB4SB5SB2SB1SAA3A2A1FUNLKA1KA2KA3KA4KA5A0输入/输出接线图当转换开关SA处于“A0”位置时，在梯形图中，常闭触点00008、00009均处于闭合状态，线圈20012得电。此时该梯形图处于全自动状态，

当转换开关SA处于“A3”位置时，常闭触点00008断开，使梯形图处于半自动状态。当转换开关SA处于“A2”位置时，常闭触点00009断开，线圈20012失电，虚线框内的触点20012均断开。于是会产生这样一种情况：当小车在装料位置（常开触点00003闭合），按一下起动按钮，常开触点00011闭合，线圈20012得电，触点20012闭合，第二阶梯图接通，线圈20000得电，并自锁，使循环处于装料状态。但由于起动按钮在闭合后随即断开，使线圈20012失电，那么当装料计时时间到，触点T001闭合，由于20012处于断开状态，20000不会自动转换到状态20001。其余各状态的转换也同样，这种情况称为单步执行。另两个虚线框中的常闭触点是为了执行完某一步后自动断开输出而设置的。动作说明在图8-32中左边的输入端，当转换开关SA打到A0处，PLC无输入，使系统处于全自动状态。图中右边为输出端，考虑到PLC输出驱动负载的能力较小，用中间继电器过渡。中间继电器KA1、KA2分别驱动电磁阀YC1、YC2，KA3~KA5分别驱动接触器KM3~KM5。根据生产要求，接通PLC的电源后，系统进入初始状态，用选择开关选择所需的工作方式。在执行全自动、半自动、单步方式前，应选择手动方式，使卸完料的小车返回装料处（即原位置），这时，左行限位开关SQ3闭合。假设选择的是半自动工作方式，按下起动按钮SB1，小车应完成装料→右快行→右慢行→卸料→左快行→左慢行这一系列动作，然后停在装料处。如选择自动方式，小车应反复连续地执行上述动作。若在单步工作方式，则从装料开始，每按一次起动按钮，小车就进行到下一个状态，完成该状态的操作后，自动停止工作；若手动工作方式，则小车的动作全部受面板上手动按钮的控制。自动部分和手动部分的结合我们采用模块化的设计方法。其方法如下：（1）建立模块将图8-33中的自动循环部分第一阶至第七阶梯形图作为一个模块，称为自动程序段；将图8-34手动部分梯形图中的输出线圈分别用括号中的辅助继电器线圈代替，组成手动程序段；将图6-33后面的组合输出中驱动触点的组合上，再并联手动程序中相应的辅助继电器触点，组成组合输出程序段。如有其它需要也可以建立相应的程序段，并用辅助继电器作为输出。（2）模块组合梯形图的结构框图如图8-35所示，采用联锁指令，利用转换开关的位置，控制哪一条联锁指令有效，从而确定是工作在自动程序段，还是工作在手动程序段。在组合输出程序段中，输出线圈的驱动触点上应并联手动程序段中相应的辅助继电器触点。当和停止按钮有关的常闭触点00102断开时，自动程序段不工作。

结构框图自动程序段2000320003000042000420012200022000420004T00220005200122000320000200012001220005000080001120000000032000220002000022000320012200012000120001T001200022001220000200052000500001200002001220004200120000900011IL0001020200ENDILC00011001022020020200手动程序段组合输出段IL2020000010自动程序段ILC当转换开关SA处于“A0”位置时，在梯形图中，常闭触点00008、00009均处于闭合状态，线圈20012得电。此时该梯形图处于全自动状态，其功能和前述一致。当转换开关SA处于“A3”位置时，常闭触点00008断开，使梯形图处于半自动状态。当转换开关SA处于“A2”位置时，常闭触点00009断开，线圈20012失电，虚线框内的触点20012均断开。于是会产生这样一种情况：当小车在装料位置（常开触点00003闭合），按一下起动按钮，常开触点00011闭合，线圈20012得电，触点20012闭合，第二阶梯图接通，线圈20000得电，并自锁，使循环处于装料状态。但由于起动按钮在闭合后随即断开，使线圈20012失电，那么当装料计时时间到，触点T001闭合，由于20012处于断开状态，20000不会自动转换到状态20001。其余各状态的转换也同样，这种情况称为单步执行。另两个虚线框中的常闭触点是为了执行完某一步后自动断开输出而设置的。000070000320009(01001)00005000040100420007(01003)00006000030100320008(01004)000000000420010(01002)手动程序段000020100320001000042000220007000010100420004000032000520008T001#200T001010012000020009#150T002T0022000301002200100100500002200012000400001组合输出段当SA在“A1”位置时，系统处于手动状态，手动程序的梯形图如图8-34所示，四个按钮分别对各负载实行点动操作。为了保证系统的安全运行，设置了一些必要的互锁、联锁，

至此，一个完整实用的梯形图已基本编制完毕，但是，还可再修改，使功能更完善。如当小车不在装料位置，能否直接让系统进入自动方式运行。这里可考虑设计一个初始化程序，在每次全自动运行前，先让小车完成向右快行、右慢行、卸料，然后返回装料处等一系列初始化动作，使操作人员更方便。这样的程序结构如图8-36所示。编制程序后，即可通过编程器键入用户程序，进行模拟运行，并进入调试阶段。N

N

N

Y

Y

停止？ 手动？ 返回 初始化 循环程序 手动程序 初始化程序 Y

开始 三、程序设计注意事项（1）采用模块化编程方法

各模块的功能在逻辑上尽可能单一化、明确化，做到模块和功能一一对应。模块之间的联系及互相影响尽可能减少，对必要的联系应加以明确的说明。（2）程序的编写要有可读性

程序风格应尽量明确、清晰，在必要处适当添加注释。规范的程序便于同行中的交流，也便于日后维护。（3）注意梯形图的特殊性

正确处理在单元程序中讲到的一些问题。如：双重输出的问题、不能编程序的电路转换问题等。

（4）正确处理选择、并联和循环结构第四节信号处理及程序设计

在控制系统中的工作过程中，由于受外界环境和其他干扰，使得PLC所采集到的信号出现不真实性，从而造成系统工作紊乱和错误。为了消除干扰，准确获得真实信号，需要对采样输入的有关信号进行处理。一、输入信号的处理输入信号一般分为开关量信号和模拟量信号。不同类型的信号有不同处理方法

1．开关信号的采集与程序设计（1）利用输入时间常数对输入信号滤波为了消除干扰，准确地获得真实信号，需要对采样输入的信号进行滤波处理。在可编程序控制器中，开关信号的采样主要由系统完成，为此，CPM1A的输入电路设有滤波器，调整其输入时间常数，可减少振动和外部杂波干扰造成的不可靠性。输入滤波器时间常数应根据需要进行设置，设置范围为lms/2ms／4ms/8ms/l6ms/32ms/64ms/l28ms（缺省设置为8ms），通过外围设备（如编程器）在PLC系统设置区域的DM6620～DM6625中的设置可修改CPM1A的输入时间常数。在图a中，若有一个接近于开关信号的尖峰脉冲进入输入端00001，其有效动作状态为“l”，即程序中在某一扫描周期00001由“0”变为“1”，由于中间继电器20000为“0”，所以在第一阶梯形图中20001仍为“0”，接着在第三阶梯形图中00001把20000置位；下一扫描周期如果00001的“1”状态仍然存在，20000就被置“l”，如果00001的“1”消失，尽管20000为“1”，20001也不会被置“1”。这样就对窜入00001的正向干扰起到了滤波作用，对窜入00001的负向干扰也同样可以滤除。其滤波时序如图b所示，其中，T为扫描周期，20001为滤波结果信号，20000为中间暂存信号。（2）利用软件对输入信号滤波对于没有输入滤波功能的PLC，可以采用图6-37所示的梯形图，利用周期扫描时间进行滤波处理。00001

20000 00001

00001 20000

SET20001 RSET20001 20000

00001

20000 T20001

这种方法可以消除小于可编程序控制器一个扫描周期的脉冲干扰信号，只要系统响应要求允许，同样可以采用两个周期或更多周期的延迟时间，消除更宽的脉冲干扰，（3）防止抖动单元程序

防止输入信号抖动的方法输入开关信号的抖动有可能造成内部控制程序的误动作，防止输入开关信号抖动可采用外部RC电路进行滤波，也可在控制程序中编制一个防止抖动单元程序，以滤除抖动造成的影响。其单元程序如图8-38所示。其延时时间可视开关抖动的情况而定。

图8-38防抖动单元程序

a)梯形图b)波形图

00000

T001

20000

20000 20000

T001#延时时间 20000

00000

延时时间

3．边沿信号的采集和程序设计边沿信号的采集可应用DIFU、DIFD指令。其具体应用可以下的例子说明。一PLC控制系统欲统计进出某会场的人数，在该会场的各出入口分别设置两个光电检测器，两光电检测器间的距离小于人的宽度，如图8-40所示。A

B

会场 1#出入口 光源

光源

光敏传感器 光敏传感器 C

D

以1#出入口为例，将光电检测器A、B检测到的两路信号送入PLC的输入端00000和00001，当有人进出时就会遮住光信号，设光信号被遮挡时，PLC输入为“1”，否则为“0”。根据该信号设计一段程序，统计出该会场内现有人员数量。在这个问题中，关键是判断人走动的方向，即人是走进还是走出，还是在中途停顿后又返回。经分析，有如图8-41所示8种情况。光电检测信号分析a)正常走入b)正常走出c)走入时遮挡A返回d)走出时遮挡B返回e)走入时遮挡A→AB返回f)走出时遮挡B→BA返回g)走入时遮挡A→AB→B返回h)走出时遮挡B→BA→A返回

从上图看出，准确判断A、B信号的变化，就能确定人出入的方向。当A、B变化的顺序为A↑→B↑→A↓→B↓时，为走入状态，计数器加1；当A、B变化的顺序为B↑→A↑→B↓→A↓时，为走出状态，计数器减1；而其他的变化顺序，计数器都不能计数。相应的梯形图如图6-42所示。取信号B的上升沿 SET20011

20001

00000

DIFU20001 00000

DIFD20002 00001

DIFU20003 00001DIFD2000420012

RSET20011

20002

SET20012 2000320011

RSET20012 20004

20011

INCDM0000 20003

DECDM0000

20004

20012

INCDM0001 20001

DECDM0001 20002

20012

SUBDM0000DM0001DM0002 取信号A的上升沿 取信号A的下降沿 设置走入入计数标志

取信号B的下降沿 设置走出计数标志 走入计数A走出计数B统计会场人数 边沿信号的采集和程序设计实例十字路口交通信号灯控制1．1控制要求：（1）系统工作开关两个，起动开关ON则信号灯系统开始工作；当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭系统停止工作。人行横道按钮两个，分别设立在人行道口两端。（2）控制对象有六个：东西方向红灯两个,南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个。（3）控制规律①南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则应同时关闭信号系统并立即报警。②南北红灯亮并维持25S。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮。与此同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。③东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S，然后闪烁3S再熄灭。同时南北黄灯亮，维持2S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。④重复以上规律，周而复始。时序图如图2-1所示。

4.3.10FCS控制的程序设计实例2

图4-4十字路口交通信号灯控制时序图

SFC法设计例1十字路口交通信号灯PLC控制系统设计1．1控制要求：（1）系统工作开关两个，起动开关ON则信号灯系统开始工作；当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭系统停止工作。人行横道按钮两个，分别设立在人行道口两端。（2）控制对象有六个：东西方向红灯两个,南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个。（3）控制规律①南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则应同时关闭信号系统并立即报警。②南北红灯亮并维持25S。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮。与此同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。③东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S，然后闪烁3S再熄灭。同时南北黄灯亮，维持2S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。④重复以上规律，周而复始。时序图如图2-1所示。

1．1．1I/O分配及PLC机型选择

1220．00东西方向红灯；1220．01南北方向绿灯1220．02南北方向黄灯；1220．03南北方向红灯1220．04东西方向绿灯；1220．05东西方向黄灯1210．00系统起动开关（触摸屏输入）1210．01系统停止按钮（触摸屏输入）1200．01周期转换标志；1200．02周期转换启动信号PLC机型选择---------CJ1在此要作说明的是，由于选用的PLC的生产厂家不同，PLC存储区的存储形式也是不一样的。在OMRON公司的CJ1系列的PLC中，DM区的存储形式是16位16进制数。触摸屏的监视控制功能、交通灯运行过程的监视与控制是通过PLC实现的。这就要求触摸屏上各个监控点的地址与PLC程序中各个点的地址相一致，即为一一对应的。触摸屏程序与PLC的联系需要在触摸屏上的相应模程序流程图

图1-3交通信号红绿灯控制梯形图2）各内部继电器的功能及其在程序中的作用1210．00CJPLC的内部辅助继电器，在程序中与触摸屏内存共用，作为触摸输入系统启动控制信号。1210．01CJPLC的内部辅助继电器，在程序中与触摸屏内存共用，作为触摸输入系统停止控制信号。1200．01CJPLC的内部辅助继电器，南北或东西方向控制信号转换标志；1200．02CJPLC的内部辅助继电器，南北或东西方向转换控制启动信号；1200．03CJPLC的内部辅助继电器，绿灯闪烁标志；1200．04CJPLC的内部辅助继电器，黄灯启动控制信号；1220．01CJPLC与触摸屏共用的内部辅助继电器，由触摸屏输出的南北绿灯控制信号；1220．02CJPLC与触摸屏共用的内部辅助继电器，由触摸屏输出的南北黄灯控制信号；1220．03CJPLC与触摸屏共用的内部辅助继电器，由触摸屏输出的南北红灯控制信号；1220．04CJPLC与触摸屏共用的内部辅助继电器，由触摸屏输出的东西绿灯控制信号；1220．05CJPLC与触摸屏共用的内部辅助继电器，由触摸屏输出的东西黄灯控制信号；1220．00CJPLC与触摸屏共用的内部辅助继电器，由触摸屏输出的东西红灯控制信号；4.4继电器控制电路图转换方法(经验设计法）一.常规控制1．执行元件分分配输出继电器、中间继电器用内部辅助继电器、按钮注意常开、常闭。0100101000010000100100001010000000300000000020100100003000000000200001010000000001001COMCOMPLC00003FUKM1KM2SB2SB3SB1FRKM2KM1DC24V例：电动机正反转控制3～MFR1KM2L1L2L3SB1QSKM1SB2KM1SB3KM2KM2KM1KM1KM2FR1FU考虑FR触点的接法1）常闭触点；2）触点外接。2热继电器既可占用PLC的输入点，也可不占用PLC输入点、时间继电器既可用定时也可用计数来实现。DC24VFU0000200001010000000001001COMCOMPLC00003KM1KM2SB1SB2FR1FR201000T000#1000000010000000200001010000100100003T00001001000020000001001SB1L1L2L3QSSB2KM1KTKM2KM2KM1FUKM2KM13～M1FR13～M2FR2FR1FR2KTKM2考虑FR触点的接法1）常闭触点；2）触点外接。二、按变化参量控制

1．行程控制0100100000010000000300002000040100001000000010100100003000020000501001FUKM1KM2SB3SB2FRSB1SQ1SQ2KM1KM20000200001010000000001001COMCOMPLC000040000300005DC24V3～MFR1KM1L1L2L3QSKM2SB2KM1KM2KM1FU1FR1FU2SB1SQ1SB3KM1KM2KM2SQ2例：自动限位控制2．不同控制方式运动间的联锁控制20000000022000100005000040100001000200000000220001000070000601001010012000000001200010000200003集中/分散控制选择总起动总停止1#机起动2#机停止2#机起动1#机停止1#机2#机例：集中控制与分散控制3．时间控制SB1SB2FRFUKM1KM2KM30000200001010000000001001COMCOM01002PLCDC24V010020100000000010000000200001T000#2001000T000010020100101002T0000100101000例：Y-Δ减压起动KM1KM3KM2FR1KM1L1L2L3QSFU1FU2SB1KM23～MKM3SB2FR1KM3KM2KM3KTKTKTKM1考虑定时器的调整2．时间控制SB1SB2FRFUKM1KM2KM30000200001010000000001001COMCOM01002PLCDC24V010020100000000010000000200001T000#2001000T000010020100101002T0000100101000例：Y-Δ减压起动KM1KM3KM2FR1KM1L1L2L3QSFU1FU2SB1KM23～MKM3SB2FR1KM3KM2KM3KTKTKTKM1考虑定时器的调整4.4.2.

经验设计法例1：

运料小车自动运行控制

有运料小车如图4.26所示，动作要求如下：(1)小车可在A、B两地分别起动。A地起动后，小车先返回A点，停车1min等待装料；然后自动驶向B点，到达B点后停车1min等待卸料；然后返回A点，如此往复。小车若从B地起动，先返回B点，停车1min等待卸料；然后自动驶向A点，停车lmin等待装料；如此往复。(2）小车运行到达任意位置，均可用手动停车、开关令其停车。再次起动后，小车重复(1)中内容。(3)小车前进、后退过程中，分别由指示灯指示其行进方向。根据动作要求设计继电控制电路图，如图7.27所示。下面将此电路转换成梯形图。．I／O分配表：输入SBP：00003输出K120000

SBl：00004K2：20001SB2:00005H1:20002

STl：00006H2：20003ST2:00007

共需9个工／O点，其中,5个输入，4个输出。其他均可用内部继电器代替，如时间继电器可用内部定时器代替，使电路简化。然后画梯形图，如图7.28所示。图中T1和T2是PLC内部定时器，分别用作装料和卸料延时。它们有自己的常开、常闭触点，其延时时间可由程序设定，延时时间到，则其常开触点闭合,常闭触点断开。4.4.3PLC经验设计法设计例2、十字路口交通信号灯PLC控制某十字路口，东西方向车流量较小，南北方向车流量较大。东西方向上绿灯亮30秒，南北方向上绿灯亮40秒，绿灯向红灯转换中间黄灯亮5秒且闪烁，红灯在最后5秒闪烁。解：①执行机构与动作过程。图7.74为十字路口红绿灯示意图。虽然十字路口有12只红绿灯，但同一个方向上的同色灯(如灯1与灯7)同时动作，应作为一个输出，所以共有6个输出。由于一个方向上亮绿灯或黄灯时，另一个方向上肯定亮红灯，所以亮红灯可不作为一个单独的时间状态。十字路口红绿灯工作为循环方式，循环周期为80秒，由4部分组成：40秒一5秒一30秒一5秒。②输入输出信号与内存分配:该任务中无输入信号,只有6个输出信号.输入输出及内存分配如下(对应于CPM1A型机):

输出信号：灯1、701000

灯2、801001

灯3、901002

灯4、1001003

灯5、1101004

灯6、1201005内部信号：TIM000～TIM003构成80秒循环。程序设计。该任务中的时间循环类似于（例7-5)，可用TIM003的常闭触点作为定时器的工作条件构成循环。TIM000的定时时间为40秒，TIM00