PLC教学梯形图程序设计

PLC教学梯形图程序设计第1页/共76页第2页/共76页第三章梯形图程序设计第一节直接设计法

有一些简单的梯形图可以借鉴继电器控制的电路图来设计，即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，进行修改和完善，得到符合控制要求的梯形图，称为直接设计法（或称经验设计方法）第3页/共76页一、根据电气控制线路设计控制程序设计控制程序的步骤：(1)根据电气控制线路，定义PLC的输入点和输出点

(I／0点分配)。(2)直接将电气控制线路转译为梯形图草图。(3)根据梯形图编程原则修改草图。输出线圈右边的触点左移；垂直母线的触点移入其下各分支或使用主控指令；与线圈并联的触点变换转移到线圈前。(4)优化、完善梯形图。第4页/共76页

例1：电动机正反转控制

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解（1）输入点和输出点分配见表第6页/共76页（2）PLC的输入输出接线图第7页/共76页(3)直接将电气控制线路转译为梯形图草图第8页/共76页（4）根据梯形图编程原则修改、完善后的梯形图第9页/共76页例2：自耦变压器降压启动控制如图所示示

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解（1）输入点和输出点分配见表（2）PLC的输入输出接线图第11页/共76页(3)直接将电气控制线路转译为梯形图草图第12页/共76页（4）根据梯形图编程原则修改、完善后的梯形图第13页/共76页二、根据控制要求直接设计控制程序

设计控制程序的步骤

(1)按所给的控制要求，将机械的运动分解成各自独立的简单运动，分别设计这些简单运动的基本控制程序。

(2)根据制约关系，选择自锁、联锁触点，设计自锁、联锁程序。

(3)根据运动状态选择控制原则，设计主令元件、检测元件和继电器等。

(4)设置必要的保护，修改、完善程序

第14页/共76页控制要求：

(1)自动循环工作。

(2)点动控制(供调试用)。

(3)单循环运行。例：用PLC控制工作台的自动往返运行，工作台前进、后退由电动机通过丝杆拖动，如图所示。第15页/共76页解：1、首先分析控制要求。（1）工作台的前进与后退通过电动机的正反转来控制，所以完成这一动作可以采用电动机正反转控制的基本程序。（2）工作台的工作方式有点动和自动连续运行两种方式，可以采用程序实现两种工作方式的转换，也可以采用选择开关SA1来转换。设选择开关SA1闭合时，工作台采用点动方式；SA1断开时，工作台采用自动连续运行方式。第16页/共76页（3）工作台有单循环和多次循环两种工作状态，可以采用选择开关SA2来转换，设SA2闭合时，工作台为单循环工作状态；SA2断开时，工作台为多次循环工作状态。循环次数由计数器控制。2、I／O点分配第17页/共76页3、PLC的输入输出接线图第18页/共76页4、程序设计(1)设计基本控制程序

第19页/共76页（2)设计自动往返控制程序

第20页/共76页(3)设计点动控制程

第21页/共76页(4)设计单循环控制程序

第22页/共76页(5)设计保护环节

第23页/共76页第二节逻辑设计法一、逻辑设计法逻辑设计法就是应用逻辑代数以逻辑组合的方法和形式设计电气控制系统，逻辑设计法的理论基础是逻辑函数，而继电接触控制的本质是逻辑线路。对于任何一个电气控制线路，线路的接通或断开都是通过继电器的触点来实现的，故电气控制线路的各种功能必定取决于这些触点的断开、闭合两种状态。因此，从本质上来说，电气控制线路是一种逻辑线路，可用逻辑函数来表示。第24页/共76页

PLC的梯形图程序的基本形式也是逻辑运算与、或、非的逻辑组合，逻辑函数表达式与梯形图有对应关系，可以相互转化。

（1）电路中常开触点用原变量表示，常闭触点用反变量表示。（2）触点串联可用逻辑与表示，触点并联可用逻辑或表示。（3）其他更复杂的电路，可用组合逻辑表示。

设计规则：第25页/共76页逻辑“与”

M0=X1·X2逻辑“或”

M0＝X1+X2逻辑“非”

M0＝

X1“或/与”运算式M0＝（X1+M0）·X2·X3“与/或”运算式M0＝（X1·X2）+（X3·X4）第26页/共76页例：梯形图对应的逻辑函数表达式为：

第27页/共76页例：梯形图对应的逻辑函数表达式为：

第28页/共76页二、用逻辑设计法设计PLC程序的步骤

1．通过分析控制课题，明确控制任务和要求。2．将控制任务、要求转换为逻辑控制课题。

3．列真值表分析输入与输出的关系或直接写出逻辑函数。4．根据逻辑函数画出梯形图第29页/共76页三、设计举例1、某一电动机只有在三个按钮中的任何一个或任何两个动作时，才运转，否则其它任何情况都不运转。解：PLC的输出Y来控制电动机，输入用A、B、C来表示三个按钮。第30页/共76页逻辑函数为：简化后：根据逻辑代数表达式，画梯形图第31页/共76页2、三层电梯控制

电梯工作控制要求如下：

(1)当电梯停于一层或二层时，如果按3AX按钮呼叫，则电梯上升到三层，由行程开关3LS停止。

(2)当电梯停于三层或二层时，如果按1AS按钮呼叫，则电梯下降到一层，由行程开关lLS停止。

(3)当电梯停于一层时，如果按2AS按钮呼叫，则电梯上升到二层，由行程开关2LS停止。

(4)当电梯停于三层时，如果按2AX按钮呼叫，则电梯下降到二层，由行程开关2LS停止。

(5)当电梯停于一层时，如果按2AS、3AX按钮呼叫，则电梯先上升到二层，由行程开关2LS暂停，3s，继续上升到三层，由3LS停止。

(6)当电梯停于三层时，如果按2AX、3AXⅨ按钮呼叫，则电梯先下降到二层，由行程开关2LS暂停3s，继续下降到一层，由lLS停止。

(7)电梯上升途中，任何反方向的下降按钮呼叫无效；电梯下降途中任何反方向的上升按钮呼叫无效。

第32页/共76页解：三层电梯控制的输入和输出均为开关量，可直接逐条进行逻辑设计。

1、输入点和输出点分配

输入输出一层上行呼叫1ASX0上行输出KM1Y1二层上行呼叫2ASX1下行输出KM2Y2二层下行呼叫2AXX2三层呼叫3AXX3一层行程开关1LSX11二层行程开关2LSX12三层行程开关3LSX13第33页/共76页1)此条中的输出为上升，其进入条件为3AX呼叫，2、根据条件列逻辑式且电梯停于一层或二层，用1LS、2LS表示停的位置因此，进入条件可以表示为：

(1LS+2LS)·3AX=(Xll+X12)·X3退出条件为3LS动作，因此逻辑输出方程为：

第34页/共76页2)此条中输出为下降，其进入条件为：

(2LS+3LS)·1AS=(X12+X13)·X0

退出条件为1LS动作，逻辑输出方程为

3)此条中输出为上升，其进入条件为：

1LS·2AS=X11·X1

退出条件为2LS动作，逻辑输出方程为：第35页/共76页4)此条中输出为下降，其进入条件为：

3LS·2AX=X13·X2

退出条件为2LS动作，逻辑输出方程为：

5)此条中输出为上升，为了控制电梯到二层后暂停3s，要使用定时器TO，其进人条件为：

1LS·2AS·3AX+TO=X11·X1·X3+TO退出条件为2LS或3LS动作，逻辑输出方程为：第36页/共76页6)此条中输出为下降，为了控制电梯到二层后暂停3s，要使用定时器T1，其进入条件为：

3LS·2AX·1AS+T1=X13·X2·X0+T1退出条件为2LS或1LS动作，逻辑输出方程为：7)为了实现电梯上升途中任何反方向的下降按钮呼叫都无效，需要在下降输出方程中串联Y1的“非”，即实现联锁，当Y1动作时，不允许Y2动作。为了实现电梯下降途中任何反方向的上升按钮呼叫无效，可以通过在上升输出方程中串Y2的“非”来实现。第37页/共76页3、用辅助继电器M41、M43、M45、M47分别表示第1、3、

5条控制要求的输出函数和T0的控制用辅助继电器M42、M44、M46、M48分别表示第2、4、6条控制要求的输出函数和T1的控制上升逻辑输出方程整理如下：第38页/共76页下降逻辑输出方程整理如下：4、根据逻辑输出方程可画出三层电梯控制梯形图第39页/共76页第40页/共76页第三节状态表设计法一、状态表

可编程控制器所控制的过程是由若干个稳定的状态组成的，每个状态的建立，都是由于受到了某个主令信号的作用。

状态表是表示被控对象工作过程的一种矩形表格，表格由序号、主令信号、动作、执行元件、输入信号、辅助继电器、约束等栏组成。序号栏——状态序号主令信号栏——该状态的切换用主令信号动作栏——状态对应的动作名称执行元件栏——对应该状态的各输出元件的状态(1或0)输入信号栏——各个现场输入元件常开触点的状态(1或0）辅助继电器栏——将要设计的辅助继电器状态约束栏——对主令信号进行约束，以确保状态按所需的顺序进行第41页/共76页例如，某一冷加工自动线有一钻孔动力头，加工控制过程如下：

(1)动力头在原位，按下启动按钮，接通电磁阀Y1，主轴电动机启动，动力头快进。

(2)动力头快进，碰到限位开关SQ1后，接通电磁阀Y1和Y2，动力头由快进转为工进。

(3)动力头碰到限位开关SQ2后，Y1和Y2断开，并开始延时10s。

(4)延时时间到，接通电磁阀Y3，动力头快退。

(5)动力头退回原位，SQ0动作，主轴电动机停止，动力头停止，完成一次循环。第42页/共76页二、状态的区分

1、特征数

状态表用1、0记录了每个输入信号触点的状态，它们从左到右排成一行，组成一个二进制数，称为特征数

某一状态的特征数的个数n可用n=2m来计算，中m为该状态中“

”的个数。例如第三个状态，出现了两次“

”，即m=2，所以特征数的个数是4。第43页/共76页

各个状态的特征数记在特征数栏中，具有以下含义：(1)特征数中的每个数码表示一个输入信号元件常开触点的状态。如第四个状态的特征数表明A、C处于断开状态，B处于闭合状态。假如B是一个行程开关，而且有联动的常开、常闭两个触点。状态表中仅仅列出它的常开触点的状态，而另一个常闭触点的状态恰好与常开触点的状态相反，虽然表中没有表明其状态，但可以认为是已知的。

(2)每个特征数表明它所代表的触点状态只有一种取值，因此将这些触点(常开或常闭)任意组合之后，接在梯形图中，驱动输出线圈，线路不是接通就是断开。即由这些逻辑变量构成的逻辑函数的取值是确定的，取“l”或者取“0”

第44页/共76页2、可区分状态与不可区分状态

具有相同特征数的两个或多个状态不能用同样的逻辑函数输出不同的函数值，用这些输入元件的触点控制输出执行元件的状态，必然有相同的结果。这样就不能达到不同状态不何控制结果的要求，除非这两个或多个状态有相同的控常要求。因此，把需要不同输出函数而又有相同特征数的状态称为不可区分状态，而相互之间有不同特征数的状态称为可区分状态。第1和第3状态都有相同特征数100，这两个是不可区分状态；第2和第4状态都有相同的特征数010，这两个也是不可区分状态；第1、2、3状态中有相同的特征数000，这三个状态也是不可区分状态；第4和第1、第3状态特征数不同，它们是可以区分的。在这个表中有三个不可区分组。第45页/共76页3．通过辅助继电器区分状态

通过添加辅助继电器，将其状态取值适当地尾辍在原特征数的后面，就能够成一种新的完全区分各个状态的“特征数”。

特征数所对应的触点变量就相当于真值表中由双值变量所组成的最小项，用最小项表达式能够求得输出函数的逻辑式，那么，由特征数就能求得输出元件的逻辑函数

设置了两个辅助继电器M1和M2，M1和M2构成的尾缀数码是10、11、01、00，把它们尾缀在特征数之后，得到的新特征数如表中最后一栏所示。辅助继电器的加入，使所有状态得到区分，并且可以利用特征数构成每个状态的输出逻辑函数。第46页/共76页

(1)继电器能记忆使它启动或关闭的短信号，继电器线圈状态切换时它的触点也作相应的状态切换。因此，一个继电器只要有了使其启动，关闭的主令信号，它的触点状态取值就可以用来充当尾缀数码，并用来区分状态。

(2)理论上，n个继电器应有2n种独立状态，假如用它们的触点状态组成最小项，就可以区分2n个状态。

(3)可编程控制器选好后，辅助继电器就可以任意使用。第47页/共76页

三、应用状态表设计控制程序

通过状态表使可编程控制器的程序设计问题转化为如何在状态表中设置辅助继电器和如何写这些继电器和输出元件的逻辑表达式的问题。有了逻辑表达式，就可以直接用助记符指令表语言或梯形图语言写出程序。1、辅助继电器的逻辑函数其中M或Mn为辅助继电器的当前状态，Mj或Mn+1为下一个状态值，QA为启动信号或进入信号，TA为关闭信号或退出信号第48页/共76页2、辅助继电器的设置

阶梯型结构表所示为五状态顺序控制过程，为了区分状态，每个状态启动一个辅助继电器，最后一个状态将所有辅助继电器关闭。

可以看出，辅助继电器的设置象楼梯的阶梯，因此将这种结构称为阶梯型结构。N个状态需要使用N-1个辅助继电器，而N—l个辅助继电器可以区分2N-1个状态，还有2N-1一N个状态没有使用。第49页/共76页(2)约束条件M1、M2、M3分别为M2、M3、M4启动的约束条件，M4为M1的退出条件。(3)逻辑函数执行元件的逻辑函数：辅助继电器函数：第50页/共76页3．根据逻辑函数设计程序第51页/