第四章-梯形图程序设计方法

第四章梯形图程序设计方法教学内容第1节梯形图经验设计法第2节继电器电路移植法第3节顺序控制设计法第1节梯形图经验设计法教学目的掌握常见的可编程序控制器典型环节电路的程序编写要求学生掌握基本程序用经验设计法来编程梯形图经验设计法经验设计方法也叫试凑法，经验设计方法需要设计者掌握大量的典型电路，在掌握这些典型电路的基础上，充分理解实际的控制问题，将实际控制问题分解成典型控制电路，然后用典型电路或修改的典型电路进行拼凑梯形图。梯形图经验设计法的步骤分解梯形图程序输入信号逻辑组合使用辅助元件和辅助触点使用定时器和计数器使用功能指令画互锁条件画保护条件常用基本环节梯形图程序1.起动、保持和停止电路2.三相异步电动机正反转控制电路3.常闭触点输入信号的处理4.多继电器线圈控制电路5.多地控制电路6.互锁控制电路7.顺序起动控制电路8.集中与分散控制电路9.自动与手动控制电路10.闪烁电路11.延合延分电路12.定时范围扩展电路启动、保持和停止电路实现Y10的启动、保持和停止的四种梯形图如图所示。这些梯形图均能实现启动、保持和停止的功能。X0为启动信号，X1为停止信号。图a、c是利用Y10常开触点实现自锁保持，而图b、d是利用SET、RST指令实现自锁保持。起动、保持和停止电路电动机正反转控制演示常闭触点输入信号的处理如果输入信号只能由常开触点提供，梯形图中的触点类型与继电器电路的触点类型完全一致。如果接入PLC的是输入信号的常闭触点，这时在梯形图中所用的X1的触点的类型与PLC外接SB2的常开触点时刚好相反，与继电器电路图中的习惯也是相反的。建议尽可能采用常开触点作为PLC的输入信号。多继电器线圈控制电路下图是可以自锁的同时控制4个继电器线圈的电路图。其中X0是起动按钮，X1是停止按钮。多地控制电路下图是两个地方控制一个继电器线圈的程序。其中X0和X1是一个地方的起动和停止控制按钮，X2和X3是另一个地方的起动和停止控制按钮。互锁控制电路下图是3个输出线圈的互锁电路。其中X0、X1和X2是起动按钮，X3是停止按钮。由于Y0、Y1、Y2每次只能有一个接通，所以将Y0、Y1、Y2的常闭触点分别串联到其它两个线圈的控制电路中。顺序起动控制电路如图所示。Y0的常开触点串在Y1的控制回路中，Y1的接通是以Y0的接通为条件。这样，只有Y0接通才允许Y1接通。Y0关断后Y1也被关断停止，而且Y0接通条件下，Y1可以自行接通和停止。X0、X2为起动按钮，X1、X3为停止按钮。集中与分散控制电路在多台单机组成的自动线上，有在总操作台上的集中控制和在单机操作台上分散控制的联锁。集中与分散控制的梯形图如图所示。X2为选择开关，以其触点为集中控制与分散控制的联锁触点。当X2为ON时，为单机分散起动控制；当X2为OFF时，为集中总起动控制。在两种情况下，单机和总操作台都可以发出停止命令。自动与手动控制电路在自动与半自动工作设备中，有自动控制与手动控制的联锁，如图所示。输入信号X1是选择开关，选其触点为联锁型号。当X1为ON时，执行主控指令，系统运行自动控制程序，自动控制有效，同时系统执行功能指令CJP63，直接跳过手动控制程序，手动调整控制无效。当X1为OFF时，主控指令不执行，自动控制无效，跳转指令也不执行，手动控制有效。闪烁电路当拨动开关将X0接通，启动脉冲发生器。延时2s后Y0接通，再延时1s后Y0断开。这一过程周期性地重复。Y0输出一系列脉冲信号，其周期为3s，脉宽为1s。延合延分电路如图所示用X0控制Y0，当X0的常开触点接通后，T0开始定时，10s后T0的常开触点接通，使Y0变为ON。X0为ON时其常闭触点断开，使T1复位，X0变为OFF后T1开始定时，5s后T1的常闭触点断开，使Y0变为OFF，T1也被复位。Y0用起动、保持、停止电路来控制。定时范围扩展电路FX2N系列PLC定时器的最长定时时间为3276.7s，如果需要更长的定时时间，可以采用以下方法以获得较长延时时间。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。定时器和计数器组合定时演示第2节继电器电路移植法教学目的掌握继电器控制电路移植法的设计规律掌握继电器控制电路移植法步骤继电器控制电路移植法设计梯形图用PLC改造继电器控制系统时，因为原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已被证明能够完成系统要求的控制功能，而且继电器电路图与梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此可以根据继电器电路图设计梯形图，即将继电器电路图转换为具有相同功能的PLC外部硬件接线图和梯形图。继电器控制电路移植法设计梯形图设计步骤1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。2.确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC外部接线图。3.确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器M和定时器T的元件号。4.根据上述对应关系画出梯形图。案例PLC控制的电动机正反转1、熟悉电动机的正反转控制电路控制回路主回路L1L2L3KM1FUQSM3∽KM2FRSB1SB2SB3KM2KM1KM1KM2KM1KM2FR2、PLC的I/O点的确定与分配电机正反转控制PLC的I/O点分配表PLC点名称连接的外部设备功能说明X0SB1停止命令X1SB2电机正转命令X2SB3电机反转命令X3FR常开电动机过载保护Y0KM1控制电机正转Y1KM2控制电机反转3.PLC控制电动机正反转外部接线图s220VKM1KM2FRX0Y0PLCX1Y1X2X3COMCOMKM1KM2SB1SB2SB34、程序编制X1Y0X2Y1Y1Y1Y0X2X1X0X0X3X3Y0第3节顺序控制设计法与顺序功能图教学目的掌握顺序控制设计法的设计规律掌握功能表图控制的步骤功能表图转换为梯形图步骤顺序控制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顺序地进行操作。系统工艺过程顺序功能图梯形图顺序控制设计法思路顺序功能图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(1)步步——将系统的一个工作周期，按输出量的状态变化，划分为若干个顺序相连的阶段，每个阶段叫做步。“步”—用编程元件（如辅助存储器M和状态继电器S）表示。与系统的初始状态对应的步叫“初始步”，用双线方框表示。当正系统处于某一步说在的阶段时，该步处于活动状态，称该步处于“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，相应的非存储型动作被停止执行。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”，将动作或命令简称为动作。动作动作的表示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。(2)动作活动步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”。步处于活动时，相应的动作被执行。保持型动作该步不活动时继续执行该动作。非保持型动作该步不活动时，动作也停止执行。说明：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。（3）有向连线在画顺序功能图时，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。（4）转换转换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。（5）转换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，使用得最多的是布尔代数表达式（见图4-6）。图4-6转换与转换条件顺序控制设计法的设计基本步骤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1.步的划分步是根据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。2.转换条件的确定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。3.顺序功能图的绘制例:运料小车一、任务提出在自动化生产线上经常使用运料小车，如图所示，货物通过运料小车M从A地运到B地，在B地卸货后小车M再从B地返回A地待命。本任务用PLC来控制运料小车的工作。图运料小车示意图二、原理分析为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要3个输入点，4个输出点，输入输出点分配见表。表输入输出点分配表输入继电器作用输出继电器作用X0启动按钮Y0小车右行X1右限位开关Y1小车左行X2左限位开关Y2装料Y3卸料根据控制要求，画出时序图。图运料小车时序图运料小车的一个工作周期分为装料、右行、卸料和左行4步，再加上等待装料的初始步，一共有5步。各限位开关、按钮和定时器提供的信号是各步之间的转换条件，由此画出顺序功能图。图运料小车单周期工作方式顺序功能图3.顺序功能图的绘制一、顺序功能图主要有以下几种结构:单序列结构选择序列结构并行序列结构子步结构单序列选择序列分支：选择序列的开始，采用水平线；转换符号只能在水平线之下；一般只允许同时选择一个序列；合并：选择序列的结束，采用水平线；转换符号只能在水平线之上；分支：并行序列的开始，采用双水平线；转换符号只能在双线之上；合并：并行序列的结束，采用双水平线；转换符号只能在水平线之下；只允许有一个转换符号。并行序列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。二、顺序功能图中转换实现的基本规则该转换所有的前级步都是活动步；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，转换的实现称为同步实现。1、转换实现的条件转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图的基础。2、转换实现应完成的操作转换实现应完成以下两个操作：（1）使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变成活动步；（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。345de单序列51196defmnp51196选择序列不同序列的转换实现51196d51196e并行序列不同序列的转换实现两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。功能表图中初始步是必不可少的。顺序功能图中不能有“到此为止”的死胡同自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态。三、绘制功能表图应注意的问题4.梯形图的绘制根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。常用的设计方法有三种：起－保－停电路设计法以转换为中心设计法步进顺控指令设计法一、使用起保停电路的编程方法1、基本编程方法设计起保停电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。根据转换实现的基本规则找转换实现的条件。步M2变为活动步的条件是前级步M1为活动步，且转换条件X1＝1，因此应将M1和XI的常开触点串联后作为控制M2的启动电路。步M3变为活动步后，M2应变为不活动步，即切断M2的启