欧姆龙PLC编程及应用教程（CP1H系列） 课件 第5章-PLC应用程序设计顺控图法

可编程序控制器（PLC）PLC第5章顺序功能图设计法参考学时：4第5章主要内容PLC

PLC应用程序设计概述顺序功能图法顺序功能图法应用举例PLC5.1PLC应用程序设计概述

应用程序设计基本要求

应用程序设计特点

应用程序设计内容应用程序设计步骤PLC1.应用程序设计基本要求紧密结合生产工艺各种控制逻辑、运算都是由生产工艺决定的，必须严格按生产工艺及流程来设计应用程序，不能随心所欲。熟悉控制系统的硬件结构

软件系统是由硬件系统决定的，不同系列的硬件，不可能采用相同的语言形式进行程序设计，即使语言相同，所采用的指令也不尽相同。具备计算机和自动化方面的知识

PLC的核心是计算机技术，控制依据是自动化理论。掌握这些知识，才能更好设计。PLC2.应用程序设计特点充分考虑PLC的特点：扫描周期不能无限制地缩短定时器的时间设定值不能小于扫描周期对输出信号要做统一操作多次对同一参数操作，以最后一次操作结果有效PLC3.应用程序设计内容项目分析——控制对象类型控制方案制定——控制系统、控制策略参数表——I/O地址分配表、内存分配表程序框图——

顺序功能图程序清单——梯形图程序说明书

4.应用程序设计步骤制定实施方案画顺序功能图制定抗干扰措施编制I/O表设计梯形图初步调试程序初调通过？固化程序修改程序否是开始流程正确？是否运行正常？否是方案正确？否是编写说明书结束PLC5.2顺序功能图法（1）若一个控制任务可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作严格地按照先后次序执行才能使生产过程正常实施，这种控制称为顺序控制或步进控制。在工业控制领域中，顺序控制应用广泛，尤其在机械制造行业，几乎都利用顺序控制来实现加工过程的自动循环。顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门设计方法。该设计方法对初学者易于接受，对于有经验的工程师，也会提高编程效率，便于程序的调试、修改与阅读。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的功能图，使这种先进的设计方法成为当前PLC应用程序设计的主要方法。PLC5.2顺序功能图法（2）顺序控制设计法的设计步骤

1.步的划分顺序控制设计法的基本思想是将被控对象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（内部辅助继电器）来代表，如图5.1a所示。步是根据PLC输出状态的变化来划分，在任何一步之内，各输出状态不变，但是相邻步之间输出状态是不同的。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。PLC5.2顺序功能图法（3）图5.1步划分示例

步也可以根据被控对象工作状态的变化来划分，但后者的变化是由PLC输出状态的变化引起的，如图5.1b所示。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是由PLC输出状态的变化而引起的，否则就不能这样划分，例如：如果从快进转为工进与PLC输出无关，那么快进和工进只能算一步。

PLC5.2顺序功能图法（4）

2．转换条件的确定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、限位开关的通/断等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的通/断等；转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。如图5.1b所示的SB、SQ1～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。

PLC5.2顺序功能图法（5）小结：顺序控制的几个基本概念

通常由PLC输出量状态的变化来划分。步的划分：被控对象工作状态的变化1．工步（状态）定义与划分

步的定义：工作循环中，特定的机械动作转换条件：导致状态转换的原因转换条件可是单个信号（外部或内部），也可是若干个信号的逻辑组合。2．状态转换与转换条件状态转换：从一个状态进入一个新的状态PLC5.2顺序功能图法（6）

3．功能图的绘制顺序功能图又称状态转移图，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顺序控制程序的重要工具。功能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人员之间的技术交流。各PLC厂家都开发了相应的功能图，各国也都制定了功能表图的国家标准。我国于1986年颁布了功能图的国家标准（GB6988.6-86）。图5.2所示为功能图的一般形式，它主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成。PLC5.2顺序功能图法（7）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④动作（输出）③转换和转换条件①工步（状态）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（上升沿）“OFF”变成“ON”和从

“ON”变成“OFF”时条件成立。

图5.2顺序功能图结构PLC5.2顺序功能图法（8）步的画法

在功能图中用矩形框表示步，方框内是该步的编号。如图5.2所示各步的编号为ｎ-1、n、n+1。编程时一般用PLC内部元件来代表各步，例如步n可用内部元件的编号W0.01来表示等，这样在根据功能图设计梯形图时较为方便。初始步的画法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启动命令的相对静止状态。初始步用双线方框表示，每一个功能图至少应该有一个初始步。

PLC5.2顺序功能图法（9）动作的画法

一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统。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”，将动作或命令统称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的符号相连。如果某一步有几个动作，可以用如图5.3所示的两种画法来表示，图中并不隐含这些动作之间的任何顺序。图5.3多动作画法PLC5.2顺序功能图法（10）活动步

当系统正处于某一步时，该步处于活动（有效）状态，称该步为“活动步”（有效步）。步处于活动状态时，相应的动作被执行。若属于保持型的动作，则该步不活动时也会继续执行该动作；若为非保持型动作，在该步不活动时动作就停止执行。一般在功能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。有向连线的画法在画功能图时，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。PLC5.2顺序功能图法（11）转换

转换是用有向连线上与其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来实现的，并与控制过程的进展相对应。转换条件的画法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旁。转换条件X可分别表示在逻辑信号X为“1”或“0”状态时转换实现。符号“X↑”和“X↓”分别表示当X从0→1状态和从1→0状态时转换实现。使用最多的转换条件表示法是布尔代数表达式，如（X0+X3）•CPLC5.2顺序功能图法（12）

n:本状态标志n-1:上一状态标志n+1:下一状态标志

b:状态转换条件状态转换模板组合输出模板

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den-1bn+1nnn输出n+2具有相同输出要求的输出状态的组合梯形图的编制PLC5.2顺序功能图法（13）顺序功能图的基本结构与编程方法1.单列结构（用基本指令实现）3d2321b112a332c梯形图

123abcd单列结构单列结构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。PLC5.2顺序功能图法（14）2.选择结构（用基本指令实现）00a1112131b1c1122232选择开始00a112111100b122212100c132313131211100梯形图（选择开始）

选择序列的开始称为分支。转换符号标在水平连线下方。若步00是活动步，且转换条件a1=1（满足），则由步00转向步11；若步00是活动步，且b1=1，则由步00转向步21。在任一时刻只允许执行一个序列。PLC5.2顺序功能图法（15）40a4132435b5c641选择结束134140a44024b535c6403540244013梯形图（选择结束）

选择序列的结束称为合并。若步13是活动步，且转换条件a4=1，则由步13转向步40；若步24是活动步，且b5=1，则由步24转向步40。PLC5.2顺序功能图法（16）3.并行结构（用基本指令实现）并行开始00112131a12223200a12111100a22212100a32313131211100梯形图（并行开始）并行序列的开始称为分支，当转换条件实现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。在水平双线上方只有一个转换符号。当步00是活动步，且转换条件a=1，同时转向步11、步21和步31，三分支同时独立运行，且复位步00。PLC5.2顺序功能图法（17）40132435c41并行结束4013134140402435c40244035梯形图（并行结束）

并行序列的结束称为合并。当三条分支都必须分别运行到最后一个步13、24、35，且转换条件c=1时，则转入到步40，同时将步13、24、35复位。PLC5.2顺序功能图法（18）循环结构（单循环、条件循环、多重循环等）

1.单循环结构

在单循环结构中，转换条件a相当于启动信号，只要条件成立，立即转入步1。此后根据转换条件，依次进入各步。在步3时，若条件d成立，则返回到步1，周而复始，依次循环。a1b2c3d单循环1b32213d21a32c13梯形图PLC5.2顺序功能图法（19）2.条件循环结构

当步3有效时，若转换条件d成立，则如单循环一样，返回到步1，继续循环；当步3有效时，若转换条件f成立，则跳出循环，转到步4。a1b2c3f4d条件循环1b32213d2a13f432c1344梯形图PLC5.2顺序功能图法（20）1.转换实现的条件

在功能图中，步的活动状态的进展是由转换实现完成的。而转换实现必须同时满足以下两个条件：

①该转换所有的前级步都是活动步（有效状态）。

②相应的转换条件得到满足。

如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现就称为同步实现。转换实现的基本规则PLC5.2顺序功能图法（21）2.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变为活动步；

②使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。3.绘制功能图应注意的问题

①两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。

②两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。

③功能图中初始步是必不可少的，它一般对应于系统等待启动的初始状态，这一步可能无动作执行，因此很容易被遗漏。如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。PLC5.2顺序功能图法（22）

④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。如果用无断电保持功能的编程元件代表各步，则PLC开始进入RUN方式时各步均处于“0”状态，因此必须要有初始化信号，将初始步预置为活动步，否则功能图中永远不会出现活动步，系统将无法工作。

某组合机床液压滑台进给运动如下图所示，其工作过程分成原位、快进、工进、快退四步，相应的转换条件（外部）为SB、SQ1、SQ2、SQ3。在不同步所完成的动作分别用YV1、YV2、YV3表示。

在原位YV1~YV3都不动作；在快进步YV1动作；在工进步YV1和YV3动作；在快退步YV2动作。而YV1、YV1、YV3可用输出元件Y0、Y1、Y3表示。SB、SQ1、SQ2、SQ3可用输入元件X0、X1、X2、X3表示。1.明确工作过程与分步PLC5.3顺序功能图法应用举例（1）图5.1步划分示例PLC5.3顺序功能图法应用举例（2）注意：表中“—”表示该状态（步）下不动作；“+”表示在该状态（步）下有动作。液压滑台系统各液压元件动作（状态）表根据液压滑台系统的工作情况，可列出各液压元件动作关系，见下表。2.画出各元件动作情况表PLC5.3顺序功能图法应用举例（3）3.绘制功能图绘制液压滑台系统的功能图如图5.4（a）所示。如果将对应步和转换条件用PLC的继电器无件替代，则可将图（a）转化为图（b）。图5.4液压滑台系统的功能图PLC5.3顺序功能图法应用举例（4）

若选取三菱FX系列PLC

，可直接使用编程元件M300～M303（FX系列）来代表这四步，设输入/输出设备与PLC的I/O点对应关系如下表所示。

按上述的I/O分配，则可直接画出图5.4（b）所示功能图。图中M8002、M300～M303、X0～X3、Y0～Y3均为三菱FX系列的PLC元件，其中M8002为FX系列PLC产生初始化脉冲的特殊辅助继电器。输入/输出设备与PLC的I/O对应关系表

4.I/O分配

PLC5.3顺序功能图法应用举例（5）

编程时用辅助继电器来代表步。某一步为活动步时，对应的辅助继电器为“1”状态，转换实现时，被转换的后续步变为活动步。由于转换条件大都是短信号，即它存在的时间比它激活的后续步为活动步的时间短，因此应使用有记忆（保持）功能的电路来控制代表步的辅助继电器。属于这类的电路有“启保停电路”，具有相同功能的可使用SET、RSET指令的电路。

5．编写程序