第4章PLC 梯形图设计

第4章梯形图程序的设计方法梯形图语言是一种图形语言，它是以继电器控制系统的电气原理图为基础演变而来的。梯形图是由表示PLC内部编程元件的图形符号所组成的阶梯状图形。梯形图沿用了传统的继电器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号还加进许多功能强、使用灵活的指令，使得编程更加容易。梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器控制系统的人来说，容易接受。世界上各个PLC的生产厂家都把梯形图语言作为第一用户编程语言。梯形图中的图形符号常开触点：常闭触点：线圈：REVISION始于左母线，终于右母线不宜使用双线圈输出触点可以串联、并联，线圈只能并联线圈右边无触点输出线圈不能不经过任何接点直接接在两个逻辑电源线之间。触点、线圈都应有编号，以相互区别程序结束以“END”为标记梯形图的书写规则梯形图基本画法能流！程序优化！双线圈输出！输出线圈右侧不允许出现触点！§4-1梯形图的基本电路启动、保持和停止电路（起－保－停电路）三相异步电动机正反转控制电路定时器、计数器应用程序常闭触点输入信号的处理启动、保持和停止电路（起－保－停电路）MKMKMSB1KMSB2～380～380X1Y0Y0X2X1X2Y0特点：

短信号的‘记忆’和‘自保持’功能启动信号、停止信号可以是由多个触点组成的串、并联电路起－保－停电路对应梯形图、波形图三相异步电动机正反转控制电路（起－保－停电路）FU1KM1KM2KRFU2KM1KM2SB2KM1KM2SB3KM2SB3KM1KRFU2MABCSB2SB1SB2:正转SB3:反转SB1:停止三相异步电动机正反转控制电路梯形图、外部接线图COM1Y0COMKM2X0SB2KM1X1SB3X2SB1Y2KM2KM1FRAC220VX0Y0Y0X2Y1X1X1Y1Y1X2Y0X0正转反转SB2:正转SB3:反转SB1:停止安全保护：输出线圈互锁、按钮互锁定时范围的扩展1HourX2Y0X2T0T0T0C0X2RSTC0Y0C0K600K60程序仿真运行时序图闪烁电路X0T0T1T0Y0T1K20K302SX0Y03S程序仿真运行时序图程序仿真运行时序图延时接通/断开电路X0T0K90Y1T1X0K70T0Y1T1Y19SX07SY1T0T1程序仿真运行时序图程序仿真运行时序图常闭触点输入信号的处理SB2SB1KMKMX0Y0Y0X1方法建议尽可能用常开触点开关。对只能用常闭触点输入开关，可先按常开触点设计，最后将其相应的触点改为相反的触点。X1X0SB1SB2COMY0KMAC220V梯形图的基本程序段自锁程序段互锁程序段定时程序段振荡程序段顺序控制程序段1、自锁程序2、互锁程序1（启—保—停程序）（线圈常闭触点构成）2、互锁程序2（启动按钮常闭触点构成）4、定时程序3、振荡程序（定时器通电延时程序）（断电延时程序）（计数器构成通电延时程序）5、顺序控制程序16、顺序控制程序2思考题:用PLC控制方式设计。一、有两台电机M1和M2，M1未起动前不允许M2起动，在M1停车时，M2也必须停车，请画出梯形图和PLC接线图。二、设计四级皮带运输机控制原理图内容：由一台四级皮带运输机，分别由M1,M2,M3,M4四台电动机拖动，启动时要求按10S的时间间隔，并按M1→M2→M3→M4的顺序启动；停止按30S的时间间隔，并按M4→M3→M2→M1的顺序停止。要求：设计主电路、控制电路，梯形图和PLC接线图。电器应具备必要的电气联锁与保护。控制要求：两台电机M1和M2，M1未起动前不允许M2起动，在M1停车时，M2也必须停车。主电路与控制电路图SB2—M1起动；SB4—M2起动；SB3—M2停止；SB1—M1、M2停止

。SB2—M1起动；SB4—M2起动；SB3—M2停止；SB1—M1、M2停止

。KM1—Y0、M1；KM2—Y1、M2。Y0应该作为起动条件还是停止条件PLC接线图COM1Y0COMKM2X0SB1KM1X1SB2X2SB3Y2KM1FR2AC220VX3SB4FR1Y0作为启动和停止信号的仿真图Y0作为停止条件的仿真图Y0作为停止条件的仿真图NewX0作为总的停止条件只需停止Y0即可！SB2——M1的起动按钮；SB4——M2的起动按钮；SB3——M2的停止按钮；SB1——M1、M2的停止按钮

。定时器实现程序仿真运行时序图设计要求:设计四级皮带运输机控制系统。一台四级皮带运输机分别由M1，M2，M3，M4四台电动机拖动，启动时要求按10S的时间间隔，并按M1→M2→M3→M4的顺序启动；停止按30S的时间间隔，并按M4→M3→M2→M1的顺序停止。按起动按钮→KM1通电→M1工作→T0定时10sT0动作—→KM2通电→M2工作→T1定时10sT1动作

—→KM3通电→M3工作→T2定时10s→KM4通电→M4工作→KM4断电→M4停转30s→后M3停转30s

→M2停转30s→M1停转→启动按钮闭合，为下次循环作准备按停止按钮—四级皮带运输机控制系统动作次序T2动作

—控制程序梯形图X0起动按钮Y0—M1Y1—M1Y2—M3Y3—M4X1停止按钮M0辅助继电器M4停止后T3定时3s，M3停止M3停止后T4定时3s，M2停止M2停止后T5定时3s，M1停止M0？程序仿真运行时序图（单周期）控制程序梯形图X0起动按钮Y0—M1Y1—M1Y2—M3Y3—M4X1停止按钮M0辅助继电器M4停止后T3定时3s，M3停止M3停止后T4定时3s，M2停止M2停止后T5定时3s，M1停止改进程序仿真运行时序图（多周期）§4-2梯形图的经验设计法PLC程序的经验设计法在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图程序，即在已有的一些典型梯形图的基础上，根据被控对象对控制的要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，设计所用的时间、设计的质量与编程者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法称为经验设计法。它可以用于逻辑关系较简单的梯形图程序设计。PLC程序的经验设计法步骤：1.分析控制要求、选择控制原则；2.设计主令元件和检测元件，确定输入输出设备；3.设计执行元件的控制程序；4.检查修改和完善程序。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，不断地修改和完善梯形图。PLC程序的经验设计法PLC程序的经验设计法的特点：适用于一些比较简单的程序设计；设计时间、质量与设计者的经验有很大的关系；没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性；结果不唯一，设计的结果往往不很规范；考虑不周、设计麻烦、设计周期长；梯形图的可读性差、系统维护困难。梯形图的经验设计法应用一小车自动往返控制的梯形图设计X3X4Y1Y0X3X4Y0X3X4Y1用行程开关控制工作台的前进与后退示意图和控制线路X3X3X4Y0X1X4Y1Y2X2X0Y0Y0右行停止条件启动条件保持X0:正转启动按钮X1:反转启动按钮X2:停止按钮X4X3X4Y1X0X3Y0Y2X2X1Y1Y1左行停止条件启动条件保持X0:正转启动按钮X1:反转启动按钮X2:停止按钮X3X4Y0X0:正转启动按钮

X1:反转启动按钮X2:停止按钮X2Y2Y2T0Y0Y1T0K60制动延时6SX0Y0X3X1X3X4Y1Y0Y0X2X4Y1Y2X1Y1X4X0Y1X2X3Y0Y2X2Y2Y2T0Y0Y1T0K60右行左行制动延时6S送料小车自动控制的梯形图程序

如图所示：送料小车在限位开关X4处装料，20s后装料结束并开始右行，碰到限位开关X3后停下卸料，25s后左行，碰到X4后又停下来装料。循环工作直到按下停止按钮X2。按钮X0和X1分别用来起动小车右行和左行。梯形图的经验设计法应用例二（1）控制要求小车自动起动，控制装、卸料延时的定时器T0和T1的常开触点分别与手动起动右行和左行的X0、X1的常开触点并联；两个限位开关对应的X4和X3的常开触点分别接通装料、卸料电磁阀和相应的定时器；小车自动停止，限位开关X3和X4的常闭触点分别与Y0和Y1的线圈串联。（2）程序设计思路（3）程序分析设小车在起动时是空车按下X1左行碰到X4小车停止，开始装料和延时，Y2和T0的线圈得电20s后T0动作Y0得电，小车右行X4变为“0”状态，Y2和T0线圈失电，停止装料，T0被复位两处卸料小车自动控制

两处卸料小车自动控制系统如图所示，小车仍然在限位开关X4处装料，但在X5和X3两处轮流卸料。小车在一个工作循环中有两次右行都要碰到限位开关X5，第一次碰到时停下卸料，第二次碰到时继续前进，因此应设置一个具有记忆功能的编程元件，区分是第一次还是第二次碰到X5。送料小车自动控制的梯形图程序两处卸料小车自动控制一处卸料小车自动控制程序分析（X5）第一次碰到X5时小车停止右行，X5的常闭触点与Y0的线圈串联；并联中间元件M100的作用是记忆X5第几次被右行碰到；利用PLC已有的输入信号，采用“起保停”电路来控制M100，从第一次右行经过X5到第二次右行到达X3（期间小车第二次经过X5）时M100的常开触点为ON，将Y0控制电路中X5的触点短接，因此不会停止右行。为何在M100的起动电路中串入Y1的常闭触点？为何将Y1和Y0的常闭触点与Y3的线圈串联？系统在装料和卸料时按停止按钮不能使系统停止工作，应怎样解决这个问题。两处卸料小车自动控制系统问题思考时序控制电路的的设计方法3s4s3sX0M0Y0Y1X0M0M0T2M0T0K30T0T1K40T1T2K30M0T1Y0T0M0Y1T1小结梯形图的基本电路

“起动-保持-停止”电路定时器、计数器应用梯形图的经验设计法§4-4顺序控制设计方法与顺序功能图PLC程序的顺序控制设计法概述如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行，这样的控制系统称为顺序控制系统，也称为步进控制系统。其控制总是一步一步按顺序进行。在工业控制领域中，顺序控制系统的应用很广，尤其在机械行业，几乎无例外地利用顺序控制来实现加工的自动循环。定义：

顺序控制法就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。所谓顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。特点：

简单易学设计效率高调试、修改和阅读方便PLC程序的顺序控制设计法为何要引入顺序控制法？顺序控制设计法PLC程序的顺序控制设计法PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。步：顺序控制设计法最基本的思想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，并且用编程元件（辅助继电器M或状态器S）来代表各步。系统所处的阶段（状态），根据输出量的状态变化划分。任何一步内，各个输出量状态保持不变，同时相邻的两步输出量总的状态是不同的。步的这种划分方法使代表各步的编程元件与PLC各输出状态之间有着极为简单的逻辑关系。概念：PLC程序的顺序控制设计法步1步2步3步4步1X0Y0Y1Y2PLC程序的顺序控制设计法步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象工作状态的变化应该是由PLC输出状态变化引起的。某液压滑台的整个工作过程可划分为停止（原位）、快进、工进、快退四步。但这四步的状态改变都必须是由PLC输出状态的变化引起的，否则就不能这样划分，例如从快进转为工进与PLC输出无关，那么快进和工进只能算一步。转移条件：使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等，转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。如图所示的SB、SQ1、SQ2、SQ3均为转换条件。

顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制各输出继电器。转移：系统状态变化。概念：PLC程序的顺序控制设计法功能表图的绘制根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出功能表图。绘制功能表图是顺序控制设计法中最为关键的一个步骤。绘制功能表图的具体方法将后面详细介绍。PLC程序的顺序控制设计法梯形图的编制根据功能表图，按某种编程方式写出梯形图程序。有关编程方式将在第五章中介绍。如果PLC支持功能表图语言，则可直接使用该功能表图作为最终程序。顺序控制本质梯形图XY经验设计法：

Y=F(X)顺序控制设计法：

M=G(X)，

Y=H(M)控制电路XM输出电路Y顺序功能图(SequentialFunctionChart):又称状态转移图或功能表图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。1987年IEC(国际电工委员会)：IEC8481994年IEC(国际电工委员会)：IEC1131顺序功能图顺序功能图编程：

步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）顺序功能图顺序功能图的组成在功能表图中用矩形框表示步，方框内是该步的编号。如图所示各步的编号为ｎ-1、n、n+1。编程时一般用PLC内部编程元件来代表各步，因此经常直接用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号，如M300等，这样在根据功能表图设计梯形图时较为方便。步步初始步与步对应的动作或命令活动步子步

初始步

与系统的初始状态相对应的步称为初始步。初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个功能表图至少应该有一个初始步。初始状态用双线框表示，通常用特殊辅助继电器M8002的常开触点提供初始信号。

一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统，例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”，对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”，将动作或命令简称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。如果某一步有几个动作，可以用如图所示的两种画法来表示，但是图中并不隐含这些动作之间的任何顺序。与步对应的动作或命令步5动作A动作B步5动作A动作B当系统正处于某一步时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行。若为保持型动作则该步不活动时继续执行该动作，若为非保持型动作则指该步不活动时，动作也停止执行。一般在功能表图中保持型的动作应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。活动步子步

某一步可以包含一系列子步和转换，通常这些序列表示整个系统的一个完整的子功能。子步的使用使系统的设计者在总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，用更加简洁的方式表示系统的整体功能和概貌，而不是一开始就陷入某些细节之中。设计者可以从最简单的对整个系统的全面描述开始，然后画出更详细的功能表图，子步中还可以包含更详细的子步，这使设计方法的逻辑性很强，可以减少设计中的错误，缩短总体设计和查错所需要的时间。

功能表图的基本结构子步

有向连线和转换条件有向连线（状态转移路线和方向）从上到下，从左到右有向连线上的箭头可省略。转换（分割两个相邻步）转换条件步5动作A动作B步6动作C动作Da●b步5动作A动作B步6动作C动作Da＋b有向连线

在功能表图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的顺序进展，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画功能表图时，将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。活动状态的进展方向习惯上是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。步5动作A动作B步6动作C动作Da＋b有向连线和转换条件转换（分割两个相邻步）步5动作A动作B步6动作C动作Da●b步5动作A动作B步6动作C动作Da＋b转换是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。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。转换条件步5动作A动作B步6动作C动作Da●b转换条件是与转换相关的逻辑条件，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。转换条件X和X分别表示在逻辑信号X为“1”状态和“0”状态时转换实现。符号X和X分别表示当X从01状态和从10状态时转换实现。使用最多的转换条件表示方法是布尔代数表达式。顺序功能图的基本结构单序列选择序列并行序列单序列

单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅接有一个转换，每一个转换的后面只有一个步。步3b步4步5cda选择序列

选择序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平连线之下。如果步5是活动的，并且转换条件e=1，则发生由步5步6的进展；如果步8是活动的，并且f=1，则发生由步8步9的进展。在某一时刻一般只允许选择一个序列。步5e步6步10hj步4d步7g步8f步9i步3bac功能表图的基本结构选择序列

选择序列的结束称为合并，如果步5是活动步，并且转换条件m=1，则发生由步5步12的进展；如果步8是活动步，并且n=1，则发生由步8步12的进展。并行序列步5e步8步10h步4d步7步6f步9g步3a并行序列的开始称为分支，当转换条件的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。每个序列中活动步的进展将是独立的。在表示同步的水平双线之上，只允许有一个转换符号。并行序列的结束称为合并，在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。当直接连在双线上的所有前级步都处于活动状态，并且转换条件满足，才会发生步7、8、9到步10的进展，即步4、5、6同时变为不活动步，而步10变为活动步。并行序列表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。

步5e步8步10h步4d步7步6f步9g步3a合并并行序列实例：压钳板料剪刀X1X2X3X0M0M1M2M3M8002X10启动X3右行到位X4压力上升X2已剪完Y0Y1Y1右行压钳下行剪刀下行Y2M4M5X0压钳已上升Y3M6M7X1剪刀已上升Y4M8C0加1C0已剪完10块C0RSTC0X2X1Y0X0Y1M1M2M3M0M1M2M3M8002X3X1X2X0Y0Y1Y0M0M1M2M3Y0Y1X3X1X2X0启动顺序功能图举例：某组合机床液压滑台进给运动示意图如图所示，其工作过程分成原位、快进、工进、快退四步，相应的转换条件为SB、SQ1、SQ2、SQ3。液压滑台系统各液压元件动作情况如表所示。根据上述功能表图的绘制方法，液压滑台系统的功能表图如图所示。如果PLC已经确定，可直接用编程元件M300～M303（FX系列）来代表这四步，设输入/输出设备与PLC的I/O点对应关系如表所示，则可直接画出如图2b所示的功能表图接线图，图中M8002为FX系列PLC的产生初始化脉冲的特殊辅助继电器。组合机床液压滑台进给运动功能表图绘制组合机床液压滑台进给运动功能表图绘制组合机床液压滑台进给运动功能表图绘制组合机床液压滑台进给运动功能表图绘制组合机床液压滑台进给运动功能表图绘制顺序功能图转换实现的基本规则转换实现的条件：在功能表图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件（1）该转换所有的前级步都是活动步（2）相应的转换条件得到满足步10步3步4c步11同步实现如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现称为同步实现。

顺序功能图转换实现的基本规则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步都应变为‘活动’；（2）使得所有有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。步10步3步4c步11单序列并行序列（分支和合并）选择序列（分支和合并）顺序控制设计法的设计步骤步的划分转换条件的确定功能表图的绘制梯形图的编制步的划分步是根据PLC输出状态的变化来划分的；步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象工作状态的变化应该是由PLC输出状态变化引起的。使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化并去控制各输出继电器。转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等。也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等。也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。转换条件的确定转换条件SB、SQ1、SQ2、SQ3功能表图(状态转移图)的绘制两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开；两个转换绝对也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开；初始步对应系统的等待启动的初始状态,必不可少，PLC开始进入RUN方式时各步均处于“0”状态，初始步预置为活动步；自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程（封闭）；单序列中，只有当某一步的前级步是活动时，该步才可能编成活动步；并行序列中只有当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变成活动步。根据功能表图，按某种编程方式写出梯形图程序。有关编程方式将在第五章中介绍。如果PLC支持功能表图语言，则可直接使用该功能表图作为最终程序。梯形图的编制小结经验设计法顺序控制法顺序功能图P70～71本章习题4.1/4.5/4.6本章结束！厕所自动冲洗控制控制要求：洗手间小便池在有人使用时光电开光使X0为ON，冲水控制系统在使用者使用3S后令Y0为ON，冲水2S，使用者离开后冲水3S，请设计出梯形图程序。洗手间冲水系统2洗手间小便池在有人使用时光电开光使X0为ON，冲水控制系统在使用者使用3S后令Y0为ON，冲水2S，使用者离开后冲水3S，请设计出梯形图程序。物料传送控制物料传送控制按下启动按钮后，先开电机C，5S后电机B打开，5S后电机A打开，当A启动10S后，料阀D打开，系统正常工作。按下停止按钮后，料阀D关闭，1分钟后电机A停止，1分钟后电机B停止，