梯形图程序的设计方法.ppt

1、PLC原理及应用 多 媒 体 教 案,第5章 梯形图程序的设计方法,第5章 梯形图程序的设计方法,重点内容 1、梯形图设计基本方法 2、顺序功能图的绘制 授课时数 89课时,（重点，见书P52第4章）,5.1 梯形图的基本电路,一、起动、保持和停止电路 二、三相异步电动机正反转控制电路 三、定时器和计数器的典型应用程序 四、常闭触点输入信号的处理,主要内容:,一、起动、保持和停止电路,二、三相异步电动机正反转控制电路,问题探讨：为什么要互锁电路？互锁电路的设计基本思路是什么？,三、定时器和计数器的典型应用程序,1、定时、计数范围的扩展,PLC中一个定时器或一个计数器的定时、计数范围都是有限的。

2、若想实现长时间定时或大范围计数，可采用两个或两个以上的定时器或计数器级联起来。举例见书P54。,2、闪烁电路（产生周期性方波脉冲）,说明: 1)X00要为”1”态 2)T0、T1以100ms为单位,问题探讨:,1、若要求自动产生周期性脉冲,电路应如何改?,去掉控制X0即可,2、若要产生如图5-5所示脉冲，电路应如何设计？,3、单脉冲电路,相当于数字电路中的单稳态电路（来一个脉冲，产生一个方波）。设计一个从X00的上升沿开始产生一个脉冲宽度等于T0的设定值的单脉冲电路。,关键:因为只有当M0=0时，T0才复位，要使M0=0，X00必需先等于“0”，这样才能保证只产生一个脉冲。,分析图5-7(b)

3、所示电路工作原理。,4、接通/断开延时电路,当X00=1时，Y00延时9秒接通，当X00=0时，Y00延时5秒断开。,四、常闭触点输入信号的处理,前面在介绍梯形图设计方法时实际上有一个前提：就是假设输入的开关量均由外部常开触点提供，这时梯形图中的触点类型与电路图完全对应。,若采用常闭触点，这时梯形图中的触点类型与电路图刚好相反，见图5-9所示。,5.2 梯形图的经验设计方法,前言：,沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图。此法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的。,例5-1：送料小车自动控制系统的梯形图设计,如图5-10所示：送料小车在限位开关X04处装料，

4、10秒后装料结束，开始右行，碰到限位开关X03后停下来卸料，15秒后左行，这样不停地循环工作，直到按下停止按钮X02。按钮X00和X01分别用来启动小车右行和左行。（可根据电动机正反转控制梯形图的基础上设计）,分析：采用启保停电路,1、右行启动条件： 装料结束（T0定时器：10秒）或按下启动右行按钮X00。,一、右行控制,因此，启动条件为：（X0+T0）,2、右行停止条件： 1）按下停止按钮X02； 2）碰到限位开关X03；（右行越限控制） 3）正反转控制互锁条件：采用对方元件的常闭触点。,因此，停止条件为：,3、自保持条件：采用本输出元件的常开触点,1、左行启动条件： 卸料结束（T1定时器：

5、15秒）或按下启动左行按钮X01。,二、左行控制,因此，启动条件为：（X01+T1）,2、左行停止条件： 1）按下停止按钮X02； 2）碰到限位开关X04；（左行越限控制） 3）正反转控制互锁条件：采用对方元件的常闭触点。,因此，停止条件为：,3、自保持条件：采用本输出元件的常开触点,三、定时器,采用T0、T1，它们都是以100ms为单位。T0控制装料（Y3），T1控制卸料（Y4）。,五、安全措施,硬件、软件互锁,请设计梯形图程序，并画出外部接线,四、驱动设备,KM1、KM2：控制右行、左行的接触器 KM3、KM4：控制装料、卸料,问题探讨：,1、在装料和卸料时不能使系统停止工作。应解决？,解

6、决办法： 1）在装料和卸料回路中串入X02触点（SB3应具有自保持功能)。 2）或采用主控指令。,2、若系统突然停电，供电恢复后，要求系统在原来的工作基础上继续工作，应如何改正电路？,解决办法： 应采用有自保持功能的元件（如定时器采用 FX2N系列累计定时器或改用有自保持功能的计数器实现）,5.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法,一、概述,PLC目前主要用来作开关量控制，为便于电气技术人员使用，设计了与继电器电路图极为相似的梯形图语言。 如果用PLC改造继电器控制系统，只需将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC的硬件和梯形图软件来实现继电器控制系统功能。,二、基本方法,1、基本思路：,1

7、）可以将PLC想象成继电器控制系统中的控制箱； 2）用PLC的外部接线图描述这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“接线图”。可以想象：输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部世界联系的“中间继电器”，输入继电器的触点想象成对应的外部输入器件的触点，输出继电器的线圈想象成对应的外部负载的线圈。,2、步骤：,3）确定与继电器电路图中的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时器的元件号。,1）了解和熟悉被控对象的工艺流程，掌握控制系统的工作原理。,2）确定PLC的输入信号和输出负载，以及它们对应的梯形图中的输入继电器和输出继电器的元件号，画出PLC的外部接线图。,4）画出梯形

8、图。,三、注意事项 （见书P60）,梯形图与继电器电路图的区别：梯形图是一种软件，是PLC图形化程序。在继电器电路图中，各继电器可以同时工作（称为并行工作），而PLC是串行工作的。 1、应遵守语法规则 2、合理设置中间单元，以简化电路 3、梯形图的优化设计 4、尽量减少PLC的输入和输出信号 5、为防止造成电源短路事故，应采用异步电动机正反转的外部联锁电路 6、外部负载的额定电压。PLC输出模块一般最高只能驱动额定电压AC220的负载,5.4 梯形图的顺序控制设计方法,一、用经验法设计梯形图存在的问题,1、设计方法很难掌握，设计周期长。 2、装置交付使用后，维修困难。,二、顺序控制设计法（又称

9、步进控制设计法）,1、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，各个执行机构在生产过程中根据外部输入信号、内部状态和时间顺序，自动而有序地进行操作。,2、最基本的思路：,将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相联的阶段（称为步），并用编程元件（M或S）来代表各步。,步：是根据输出量的状态变化来划分的，在一个步内，各输出量的“0/1”状态不变，但相邻两步输出量总的状态是不同的。,最关键的问题是-步的划分,3、转换条件：,使系统由当前步进入下一步的信号。实现活动步的转移。这些信号可能是：1）外部输入信号，2）PLC内部产生的信号，3）若干个信号的与、或、非逻辑组合。,顺序控制设

10、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输出继电器。,三、顺序控制设计法的本质,是用输入量X控制代表各步的编程元件（如M、S等），再用它们控制输出量。因此，M或S与Y之间具有很简单的“与”逻辑关系，输出电路的设计极为简单。此法具有简单、规范、通用的优点。如图5-13所示。,经验设计法实际上是试图用输入信号X直接控制输出信号Y,顺序控制设计法的本质：,5.5 顺序功能图的绘制,一、概述,顺序功能图（SFC）又称状态转移图或功能表图：它不涉及所描述的控制功能的具体技术，是一种通用的技术语言。 组成：主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（

11、或命令）组成。,二、步与动作,1、步的表示：图中用矩形方框表示。方框中用代表该步的编程元件号作为步的编号。它是根据输出量的状态变化来划分的。,2、初始步：与系统初始状态相对应的步。一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。用双线矩形方框表示。每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。,被控系统：在某一步中要完成某些动作。 施控系统：在某一步中则要向被控系统发出某些命令。,说明命令的语句应清楚地表明该命令是存贮型还是非存贮型。存贮型：该步活动时打开，不活动时继续打开；非存贮型：该步活动时打开，不活动时关闭。一般采用非非存贮型动作,动作：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。,3、

12、与步对应的动作或命令（简称动作）：,4、活动步,当系统正处于某一步所在的阶段，称该步为活动步。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存贮型动作被停止执行。,三、有向连线与转换条件,1、有向连线（相当于流程图中的流线）：步的活动状态的进展按有向连线规定的路线和方向进行。从上至下或从左至右可以省略箭头。,2、转换：在有向连线上用与有向连线垂直短划线来表示。实现相邻两步之间的分隔,3、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划线的旁边。,四、顺序功能图的基本结构,1、单序列,每一步的后面仅接有一个转换，每一转换的后面只有一个步,2、选择序列,实现多

13、个分支选择。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。选择序列的结束称为合并，转换符号只能标在水平连线之上。,有单序列 、选择序列、并行序列等三种结构。,3、并行序列,当转换的实现导致n个序列同时激活。并行序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平连线之上。并行序列的结束称为合并，转换符号只能标在水平连线之下。,五、转换实现的基本规则,1、转换实现的条件（2个）,必须同时满足两个条件：1）该转换所对应的所有前级步都是活动步，2）相应转换条件得到满足。,2、转换实现应完成的操作（2个）,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； 使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步

14、都变为不活动步。,六、顺序功能图的特点（见书P69）,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、初始步一般对应于系统等待启动的初始状态，这一步可能没有什么输出处于“1”的状态，但它是必不可少的。,4、自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。 5、只有当某一步所有前级步都是活动的，该步才有可能变成活动步。,七、顺序功能图语言,顺序功能图是一种位于其它编程语言之上的PLC编程语言，有些PLC厂家允许直接用顺序功能图语言编写用户程序（如西门子公司的S7-300/400系列PLC）

15、。对于中小型PLC，一般是将顺序功能图作为一种设计工具。,例5-2: 顺序功能图的设计 （见书P64）,图5-17是某组合机床动力头运动示意图，在初始状态时停在左边，限位开关X3=1，Y0Y2是控制机床动力头运动的3个电磁阀。按下启动按钮X0后（X0=1），动力头向右快进给（快进），此时，Y0=1，Y1=1；碰到限位开关X1后（X1=1），变为工作进给（工进），此时，Y1=1；碰到限位开关X2后（X2=1），快速回退（快退，此时，Y2=1 ），返回到初始状态。,4、根据分析画出控制系统的时序图或状态表，然后画出顺序功能图。,要点:,1、步的划分-根据输出量的状态变化来划分，并用编程元件（M、S）代表各步。注意，一个控制系统必须有一个初始步。,2、转换条件-从当前步进入下一