9顺序逻辑控制的PLC程序设计1

1PLC原理与应用第9讲•讲解内容：•8顺序逻辑控制的PLC程序设计•8.1PLC程序设计的一般步骤•8.2用基本逻辑操作指令实现顺序逻辑控制•学习说明：•本讲是学习PLC程序设计知识。重点掌握：•1PLC程序设计的步骤•2什么是状态、状态的表示方法（状态编码）、状态变量、状态与状态变量的关系式•3状态方程与输出方程的列写原则28顺序逻辑控制的PLC程序设计8.1PLC程序设计的一般步骤•进行PLC控制设计时必须做好以下3方面基础工作（调研）：•1.了解系统的概况：包括系统的控制目标、控制方案、控制规模、整体功能、具体功能、控制精度、I/O种类和数量、是否需要通讯、通讯内容与方式、是否需要显示、显示内容与方式、操作方式，等等，应尽量对系统有一个全面的了解。•2.熟悉使用的PLC的类型、功能、编程语言和指令系统，能熟练地操作编程器和控制器。•3.根据控制系统的控制要求、设备、器件条件、工艺过程，结合采用的PLC的功能强弱，确定PLC在整个控制系统中所承担的工作任务。3PLC设计主要有以下几个步骤•PLC设计主要有以下几个步骤：•1．根据PLC担负的任务，明确PLC的输入输出信号的种类和数量，编制输入输出信号表。•2．制定控制结构框图,选择控制方案。•3．按选定的方案,制定相应的图表。•4．编写PLC梯形图程序。•5．编写PLC语句程序。•6．程序调试和修改。•7．编制程序使用说明书和其他文件48.2用基本逻辑操作指令实现顺序逻辑控制•PLC程序设计常用的方法•主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、逻辑设计法、顺序控制设计法等。•1.经验设计法：经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称为经验设计法。•2.继电器控制电路转换为梯形图法：用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。•3.顺序控制设计法：根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。此法的关键是画出功能流程图。5☞1.经验设计法：•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6例：起动、保持和停止电路这些梯形图均能实现启动、保持和停止的功能。图a、c是利用输出Y10（P0020）常开触点实现自锁保持图b、d是利用SET、RST指令实现自锁保持。7☞2.继电器控制电路转换为梯形图法：用PLC改造继电器控制系统时，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。例如：电动机的正反转控制电路继电-接触器控制回路主回路L1L2L3KM1FUQSM3∽KM2FRSB1SB2SB3KM2KM1KM1KM2KM1KM2FR81）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P000SB1停止命令P001SB2电机正转命令P002SB3电机反转命令P003FR电动机过载保护P020KM1控制电机正转P030KM2控制电机反转92）PLC控制电动机正反转外部接线图103）程序编制起动正转起动反转过载保护急停急停过载保护起动反转起动正转电气互锁机械联锁11M1M2M3X1X2M1X1M2M3M2图4.28使用起保停电路控制步①使用起保停电路的编程方法☞3.顺序控制设计法*☻网络学堂12M1M2M3X1X2使用以转换为中心控制步②使用以转换为中心的编程方法13例:1415X0X1X2液压进给装置运动示意图Y0NOOFFOFFY1X3液压油缸案例功能图顺序控制设计法液压进给装置运动控制16X0X1X2单序列结构液压进给装置运动示意图Y0OFFONOFFX3液压油缸输出点y0有效，活塞杆向左运行左行示意17X0X1X2单序列结构液压进给装置运动示意图Y1ONOFFOFFX3液压油缸输出点y1有效，活塞杆向右运行右行示意18X0X1X2单序列结构液压进给装置运动示意图Y1ONOFFOFFX3液压油缸Y0控制开关（转换条件）限位开关限位开关限位开关按钮开关（起动）辅助继电器M0M1M2M3M419X0X1X2单序列结构液压进给装置运动示意图Y0ONOFFOFFX3进给装置顺序动作要求Y1初始状态：活塞杆置右端，开关X2为ON,辅助继电器M0为ON。1.按下启动按钮X3,开关Y0、M1为ON，左行。2.碰到限位开关X1时，M2、Y1为ON，右行。3.碰到限位开关X2时，M3、Y0为ON，左行。4.碰到限位开关X0时，M4、Y1为ON，右行。5.碰到限位开关X2时，停止。X1M2Y1X2M3Y0X3M1Y0X0M4Y1X2停20图4.20(b)单序列结构顺序功能图单序列结构顺序功能图绘制M8002M1M2M3M4X3X1X2X0X2Y0Y1Y0Y1左行右行右行左行M0初始步起动21单序列结构梯形图绘制图4.20(b)单序列结构顺序功能图M8002M1M2M3M4X3X1X2X0X2Y0Y1Y0Y1左行右行右行左行M0初始步起动图4.20(a)运动示意图图4.20(c)单序列结构梯形图M0M4X2M0M1初始M0X3M1M2M1X1M2M3M2X2M3M4M3X0M4M0M1M3M2M4M8002M1左行M3左行Y0左行M2右行Y1右行M4右行22单序列结构梯形图238.2.1设计顺序逻辑控制程序的思路•思路1：人们往往按控制要求的思路，把输出和输入直接对应起来进行设计。这样做往往因为输入条件不够，顾此失彼，而不能顺利完成设计；即使设计出来，也没有一定规律可循。该思路不可取!•思路2：就是通过中间量把输入和输出联系起来。先建立合适的中间变量，设计出中间变量与输入的关系，再设计出输出与中间变量的关系，实际上就找到了输出和输入的关系，完成了设计任务。用这种方法设计PLC程序，设计者可以顺利地设计出结果正确的PLC程序。☞顺序控制逻辑设计法24•按时序机理论对顺序逻辑控制分析：•根据控制要求→准确地确定内部状态→建立状态表或状态图→按照时序机模型得到状态方程→得到输出方程→做出控制电路图或PLC梯形图。•按时序机模型的方法设计实现顺序逻辑控制的PLC程序的关键：•关键之一:是准确地确定控制系统的内部状态;•关键之二:是怎样表达这些内部状态。258.2.2采用时序机模型设计顺序逻辑控制PLC程序的步骤•下面给出使用基本逻辑指令（触点的串并联）设计顺序逻辑控制PLC程序的步骤•1．分析所给系统，确定PLC输入变量(信号)和输出变量(信号)，并分配具体的存储单元。•2．分析所给系统，确定内部状态，并对状态进行编码。•3．画状态转换图，列状态转换真值表。•4．写出状态转换逻辑式，即状态方程。•5．写出输出方程。•6．给状态变量分配存储单元。•7．按状态方程、输出方程编写PLC梯形图程序和语句程序，即完成主逻辑控制程序的设计。•8．按检测方面的需要，编写辅助逻辑控制程序。268.2.3状态和状态变量的确定•主要讨论状态和状态变量的确定和状态方程、输出方程的列写•1．什么是“状态”•在一个时间段上系统维持不变的行为，就称为“状态”，也可以称一个行为维持不变的时间段为一个“状态”。•2．状态的表示方法（状态编码）•我们设计开关电路和PLC程序，一般应根据控制要求，首先确定状态数m，然后确定状态变量数n。•对于顺序逻辑控制，在这里给出一个实用的编码方案。这个编码方案采用菱形结构。27状态与状态变量关系与菱形结构编码方案•状态与状态变量关系：菱形结构(含缺角菱形结构)状态数m和状态变量n的关系是：••是大于或等于的最小整数。mn2mm22m2m2菱形结构编码方案的优点是：⑴一个状态变量在一个控制过程中只ON一次，OFF一次，使编程简化，也满足即时输出指令对于给定的输出继电器在程序中只出现一次的要求。⑵便于按逻辑段编程且规律性很强。⑶最后一个状态，所有的状态变量都取0值，这满足了一般控制电路停机断电的要求。28【例6-2-1】M=6（状态），6个状态分别是S1，S2，S3，…，S6。其编码是：n=3（状态变量）S1100S2110S3111S4011S5001S6000Q1Q2Q329•【例8-2-2】M=8，8个状态分别是S1，S2，S3，…，S8。其编码是：n=4S11000S21100S31110S41111S50111S60011S70001S80000Q1Q2Q3Q430•【例8-2-3】M=5，5个状态分别是S1，S2，S3，…，S5。其编码是：n=3S1100S2110S3111S4011S5000Q1Q2Q3318.2.4状态方程的列写（举例说明）*•【例8-2-4】设有8个状态，即m=8，各状态依次顺序转换，画出状态转换表，并列写状态方程和输出方程。•分析：•由m=8→状态变量数n=8/2=4。m=8，至少有8个主令信号，担负着状态切换的任务。•由于状态由状态变量构成，每个状态切换主令信号切换的是状态变量•由切换状态变量实现切换状态的目的。列写的状态方程是状态变量与输入关系的方程。32画：菱形结构状态转换表表8-2-1菱形结构状态转换表状态切换主令信号状态内容执行部件状态变量D1D2D3D4Q1Q2Q3Q4S1X1S2X2S3X3S4X4S5X5S6X6S7X7S8X833一、列写状态方程的表达式：343536画：菱形结构状态转换表表8-2-1菱形结构状态转换表状态切换主令信号状态内容执行部件状态变量D1D2D3D4Q1Q2Q3Q4S1X1S2X2S3X3S4X4S5X5S6X6S7X7S8X837二、输出方程的列写•输出方程：是表达执行器件与状态变量之间的逻辑关系式。•输出方程的规律性总结6个：•1．如果执行元件的两个端点，分别与同一个状态变量的上、下端点同线，那么执行器件逻辑函数表达式由这个状态变量构成。•【例8-2-4】中Dl=Q1•2．如果执行元件的两个端点，分别与一个状态变量的上端点和另一个状态变量的下端点同线，且前者的上端点高于后者的上端点，那么执行元件的函数表达式为这两个状态变量的逻辑和(或式)。•【例8-2-4】中D2=Q3+Q4•3．如果执行元件的两个端点，分别与一个状态变量的上端点和另一个状态变量的下端点同线，且前者的上端点低于后者的上端点，那么执行元件逻辑函数的表达式为这两个状态变量的逻辑积（与式）。•【例8-2-4】中D3=Q3·Q438•4．如果执行元件的两个端点，分别与两个状态变量的上端点同线，那么执行元件的函数表达式由执行元件上端点对应的状态变量和执行元件下端点对应的状态变量的反变量的逻辑积(与式)构成。•5．如果执行元件的两个端点，分别与两个状态变量的下端点同线，那么执行元件的函数表达式由执行元件上端点对应的状态变量的反变量和执行元件下端点对应的状态变量的逻辑积(与式)构成。•6．如果执行元件在状态中不连续取1，则首先对各个连续取1段按上述规则得到相应的乘积项，再构成和项就是执行元件逻辑表达式。•【例8-2-4】中D4=1223QQQQ39PLC顺序控制简单设计：如图滑台由电动机正反转控制左右运动；按急停按钮SB1电动机停止；过载时热继电器FR动作电动机停止；正转接触器为KM1，反转接触器为KM2，A、B、C处各有行程开关SA、SB、SC。顺序控制要求如下：1.按启动按钮SB0，滑台由A点开始右行到C点；2.在C点碰行程开关SC后，滑台左行到B点停留30秒；3.30秒到滑台右行到C点；4.在C点碰行程开关SC后，滑台左行到A点；碰行程开关SA后停止。根据以上要求，做：(1)设计绘出电机控制主回路；(2)分配I/O通道，设计绘出PLC输入输出接口控制接线；(3)绘制状态转换表和状态方程与输出方程。(4)画出梯形图和语句程序。滑台BAC补充例题：例1状态是偶数40解：1.电机控制主回路412．I/O地址分配和P