第四章数字量控制系统梯形图程序设计

第4章数字量控制系统梯形图

程序设计方法简单基本的程序设计4.1梯形图的经验设计法经验设计法:在典型电路的基础上，根据对控制系统要求，不断地修改和完善梯形图。设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，它可以用于较简单的梯形图(如手动程序)的设计。4.1.1起动保持和停止电路即所谓的“自锁”或“自保持”功能。

实例教学一

在生产实践过程中，实现生产机械的启动、停止是最基本的要求。试用可编程控制器的基本逻辑指令来控制电动机的起停控制，并与继电器-接触器控制系统进行比较。（1）异步电动机控制线路图

（2）可编程控制器的硬件连接

实现电动机的运行所需的器件有：起点按钮SB1，停止按钮SB2，交流接触器KM，热继电器JR及刀开关QS等。电路的连接如图所示。I0.0I0.1I0.2Q0.0（3）梯形图的设计

梯形图便是是以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变而来。两者部分符号对应关系如表所示。

梯形图的设计电动机连续运行的梯形图，其工作过程分析如下：当按SB1被按下时I0.0接通，Q0.0置1，这时电动机连续运行。需要停车时，按下停车按钮SB2,串联于Q0.0线圈回路中的I0.1的常闭触点断开，Q0.0置0，电机失电停车。（4）启-保-停电路

上图称为启-保-停电路。这个名称主要来源于图中的自保持触点Q0.0。并联在I0.0常开触点上的Q0.0常开触点的作用是当钮SB1松开，输入继电器I0.0断开时，线圈Q0.0仍然能保持接通状态。工程中把这个触点叫做“自保持触点“。启-保-停电路是梯形图中最典型的单元，它包含了梯形图程序的全部要素。它们是：

a、事件：每一个梯形图支路都针对一个事件。本例中为Q0.0。

b、事件发生的条件：梯形图支路中除了线圈外还有触点的组合，使线圈置1的条件既是事件发生的条件，本例中为起动按钮I0.0置1。（启）

c、事件得以延续的条件：触点组合中使线圈置1得以持久的条件即并联触点（保）

d、使事件终止的条件：即使线圈置1中断的条件。（停）（5）语句表连续运行控制中所使用到的基本指令有：从母线取用常开触点指令

LD；常开触点的并联指令

O；常闭触点的串联指令AN；输出继电器的线圈驱动指令=。语句表如下：

程序步指令元件

0LDI0.01OQ0.02ANI0.13=Q0.0实例教学二异步电动机正反转控制电路（1）接触器控制电路COMCOM（2）可编程控制器的硬件连接

实现电动机的正、反转所需的器件有：

停止按钮SB1，正转按钮SB2，反转按钮SB3，交流接触器KM1、KM2组成。电路的连接如图所示。I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB3SB2SB1PLCKM1KM2正转SKM2KM1反转必须要（3）梯形图的设计I0.1I0.0Q0.0Q0.0I0.2I0.0Q0.1Q0.0注意：有没有互锁都行Q0.1Q0.04.1.2延时接通/断开电路利用定时器T，可实现延时接通，/断开电路，灵活运用可实现多种自动控制。(1)延时启动目的：在得到启动信号后，不立即启动，延时一段时间后启动。思路：将启动信号给定时器T，让定时器开始计时，用定时器的导通信号启动输出信号。（2）两台电机的顺序启动一个完整的设计过程设计步骤①设计任务：滑油泵电机和主轴电机②动作：一台电机启动后，延时若干秒，另一台电机自动启动，需要停止时，则一起停止。③实现思路：第一台电机使用启-保-停电路控制；以第一台电机的运行信号作为定时器的启动信号；时间到则第二台电机启动④所需硬件：启动、停止按钮SB1、SB2，控制两台电机的接触器KM1、KM2⑤

PLC的I/O点的确定与分配

顺序控制PLC的I/O点分配表

PLC点名称连接的外部设备功能说明I0.0SB1启动命令I0.1SB2停止命令Q0.0KM1控制M1电机运转Q0.1KM2控制M2电机运转T37——顺序启动延时M0.0

——辅助⑥主电路图和PLC接线图COMCOMI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1KM2SKM1M1ABCKM1FUQSM2ABCKM2FUQS润滑电机主电机⑦梯形图（3）电机的故障报警大量的工程实践表明，可编程序控制器外部的输入、输出元件的故障率远远高于可编秩序控制器本身的故障率，而这些元件出现故障后，可编程序控制器一般不能觉察出来，不会自动停机。这时，需要用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。①方法：超时检测

机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在可编程序控制器发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比止常情况下该动作的持续时间长20％左右。②具体办法：把接触器的辅助触点接入PLC③主电路图和PLC接线图COMCOMI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1SM1ABCKM1FUQSKM1④梯形图的设计I0.1I0.0Q0.0Q0.0I0.0T37M0.0Q0.0M0.0INTONPT20T37（S）

1（R）

1M0.0按下按钮Q0.0变1，同时T37开始计时Q0.0=1，则接通KM1，令其触点闭合则I0.2=12秒后，T37闭合，若此时KM1触点还没有闭合，则M0.0置1，停止Q0.0，发出报警信号I0.2⑤延时接通/断开电路的梯形图和波形图按下按钮I0.0为1，T37开始计时，9秒后T37为1，启动Q0.1松开按钮，I0.0的常闭点为1，T38开始计时，7秒后T38为1，停止Q0.14．1．3定时范围的扩展S7-200的定时器的最长定时时间为3276.7s，如果需要更长的定时时间，可利用定时器和计数器组合实现。多个定时器组合电路定时器和计数器组合多个定时器组合电路

如图所示。当X0接通，T0线圈得电并开始延时，延时到T0常开触点闭合，又使T1线圈得电，并开始延时，当定时器T1延时到，其常开触点闭合，再使T2线圈得电，并开始延时，当定时器T2延时到，其常开触点闭合，才使Y0接通。因此，从X0为ON开始到Y0接通共延时9000s。定时器和计数器组合当X1为ON时，T1开始定时，0.6s后T1定时时间到，其常闭触点断开，使它自己复位，复位后T1的当前值变为0，同时它的常闭触点接通，使它自己的线圈重新通电，又开始定时。T1将这样周而复始地工作，直至X1变为OFF。从分析中可看出，1最上面一行电路是一个脉冲信号发生器，脉冲周期等于T1的设定值。产生的脉冲列送给C0计数，计满3个数后，C0的当前值等于设定值，它的常开触点闭合，Y0开始输出。

4.1.4.闪烁电路两种方法：①利用两个定时器交替工作，一个负责点亮定时，一个负责熄灭定时，可获得任意占空比的脉冲信号②利用特殊存储器M8011，其常开触点提供周期为1s、占空比为0.5的脉冲信号，可以用它驱动需要闪烁的指示灯。利用两个定时器点亮定时器使Q0.0=1熄灭定时器使T37=0并复位T374.1.5.小车自动往返运动的梯形图设计关键点：多点控制①多点控制启动，启动开关并联②多点控制停止，停止开关串联继电器控制系统可编程控制器编程的基本原则水平不垂直线圈右边无接点左大右小，上大下小双线圈输出不可用输入信号的最高频率问题水平不垂直

梯形图的接点应画在水平线上，不能画在垂直分支上线圈右边无接点

不能将接点画在线圈右边，只能在接点的右边接线圈(M0.0)(M0.1)(M0.1)(M0.1)(M0.0)I0.0I0.1I0.0I0.0I0.1左大右小，上大下小

有串联电路并联时，应将接点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。有并联电路相串联时，应将接点最多的并联回路放在梯形图的最左边。双线圈输出不可用

如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，一般不应出现双线圈输出。

I0.0I0.0I0.0I0.0I0.1I0.0I0.0I0.0I0.1①遵守梯形图语言中的语法规定。②置中间单元。③尽量减少可编程序控制器的输入信号和输出信号。④外部联锁电路的设立。⑤在串联电路中单个触点应放在右边，在并联电路中单个触点应放在下向。⑥外部负载的额定电压。4.2.3注意事项4.3顺序控制设计法与顺序功能图4.3.1顺序控制设计法

1．经验法的缺点：用经验设计法设计梯形图时，没有一套同定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。梯形图往往很难阅读，系统的维修和改进困难。2．顺序控制的定义：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。

3.顺序控制设计法的基本思想：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(M和S)来代表各步。a.步的划分:根据输出量的状态,在任何一步之内，各输出量的ON／OFF状态不变，但是相邻两步输出量的状态是不同的。b.转换条件:使系统由当前步进入下一步的信号。顺序功能图的组成

是一种通用的技术语言。主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成。转换条件步动作或命令将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段每一步所完成的工作使系统由前级步进入下一步的信号称为转换条件转换有向线段4.3.3步

1）表示方法：用矩形方框，方框中可以用数字，编程元件的地址作为步的编号。

2）初始步：与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始步用双线方框表示。

3）与步对应的动作或命令。

4）活动步：系统正处于某一步所在的阶段时．该步处于活动状态。1234M2反转开始M1运转M2运转M2运转4.3.4有向连线与转换条件

1）有向连线：从上到下或从左至右箭头不标，反之标出。

2）转换：用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，将相邻两步隔开。

3）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。1234M2反转开始M1运转M2运转M2运转I0.0I0.1I0.2I0.3SM0.04.3.5基本结构1）单序列2）选择序列3）并列序列4）顺序功能图举例5)子步345de单序列def51196mnp7选择序列71196d51196e并行序列2.12.22.3dc2.42.5bdfga2ag子步子步目的：简化顺序功能图顺序控制图的设计基本步骤

1.步的划分2.转换条件的确定3.顺序功能图的绘制4.梯形图的绘制实例分析一

如上图所示，系统由三条传送带构成，各传送带分别由电机M1、M2、M3驱动，要求电机的启动顺序是，按下按钮SB1，M3立即启动，15S后M2启动，M2启动30秒后M1启动，要求绘出其顺序控制图。M1M2M3设计步骤①了解机械动作② 确定电气动作③确定可编程序控制器的输入信号和输出负载，对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出可编程序控制器的外部接线图。④画出顺序控制图。⑤画出梯形图。

可编程序控制器的外部接线图先画好主电路图画可编程序控制器的外部接线图画顺序控制图COMCOMI0.0I0.1Q0.0Q0.1SB2SB1PLCKM1KM2SKM3Q0.2顺序功能图设计动作列表：确定步转换条件确定：加转换条件完善1.步的划分（动作列表）

步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。在每一步内PLC各输出量状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。机械动作电机动作PLC输出状态步123皮带3运转皮带2运转皮带1运转机械动作123KM3接通KM2接通KM1接通电气动作123Q0.2onQ0.1,0.2onQ0.0,0.1,0.2onPLC输出点动作2.转换条件的确定（加转换）①划分完各步后，在各步之间加上有向线段，和代表转换的小横线，然后在小横线的旁边注明转换条件②转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器的触点的动作（通/断）等。在各步之间加上有向线段，代表转换的小横线在小横线的旁边注明转换条件123Q0.2onQ0.1,0.2onQ0.0,0.1,0.2on按下按钮SB1延时15秒延时15秒3.顺序功能图的绘制(完善）加上起始步每步的编号使用辅助继电器M*.*动作和延时、转换条件加上循环条件完成M0.1M0.2M0.3Q0.0，0.1，0.2onQ0.2onT37计时Q0.1，0.2on，T38计时I0.0T37T38I0.1M0.0开始SM0.0123Q0.2onQ0.1,0.2onQ0.0,0.1,0.2on按下按钮SB1延时15秒延时15秒1）转换实现的条件

(1)该转换所有的前级步都是活动步。

(2)相应的转换条件