第08讲-PLC程序设计方法

电气学院自动化杨霞2009年8月可编程控制器原理及应用PLC原理及应用西门子S7-2002可编程控制器原理及应用第8讲•讲解内容：•4顺序逻辑控制的PLC程序设计•PLC程序设计的一般步骤•PLC程序设计常用的方法•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•2PLC程序设计的方法PLC原理及应用西门子S7-20034顺序逻辑控制的PLC程序设计PLC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。PLC原理及应用西门子S7-2004PLC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PLC原理及应用西门子S7-2005•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、顺序控制设计法、逻辑设计法等。•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。PLC程序设计常用的方法PLC原理及应用西门子S7-2006•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。•4.逻辑设计法：通过中间量把输入和输出联系起来。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。PLC原理及应用西门子S7-2007☞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•画保护条件经验设计法是根据被控对象对控制系统的要求，利用经验直接设计出梯形图，再进行必要的化简和校验，在调试过程中进行必要的修改。这种设计方法较灵活，设计出的梯形图一般不是唯一的。程序设计的经验不能一朝一夕获得，但熟悉典型的基本控制程序，是设计一个较复杂的系统的控制程序的基础。PLC原理及应用西门子S7-2008例1：起动、保持和停止电路分析（基础）这些梯形图均能实现启动、保持和停止的功能。图a是利用输出Q0.1常开触点实现自锁保持图b是利用SET、RST指令实现自锁保持。PLC原理及应用西门子S7-2009例2：Q0.1延时接通/断开电路分析方法一延时接通延时断开PLC原理及应用西门子S7-20010例2：Q0.1延时接通/断开电路分析方法二延时接通延时断开PLC原理及应用西门子S7-20011例3：闪烁电路分析亮3S灭2SPLC原理及应用西门子S7-20012顺序控机床的主轴电机和油泵电机的要求：按下起动按钮SB1后，应先开油泵电机，延时5s后再开主轴电机。按下停止按钮SB2后，应先停主轴电机，5s后再停油泵电机。KM1为油泵电机交流接触器，KM2为主轴电机交流接触器。例4：两电机顺序接通/断开电路分析主轴电机油泵电机KM2KM1SB2SB15s5s时序图PLC原理及应用西门子S7-20013波形图Q0.1Q0.0主轴电机油泵电机I0.1I0.05s5s梯形图油泵电机主轴电机PLC原理及应用西门子S7-20014•要求：按下按钮SB1，电机KM1、KMY启动并正转；2秒后，KMY断开，电机KM△接通，并一直运行；按SB2，电机停止运作。•I/O分配：输入信号信号元件及作用I0.0I0.1SB1：正转SB2：停止输出信号控制对象及作用Q0.0Q0.2Q0.3KM1KM△KMY例5：电机Y-△降压起动电路分析*PLC原理及应用西门子S7-20015时序图KM△Q0.2KM1Q0.0SB2I0.1SB1I0.02s梯形图输入信号信号元件及作用I0.0I0.1SB1：正转SB2：停止输出信号控制对象及作用Q0.0Q0.2Q0.3KM1KM△KMYKMYQ0.3PLC原理及应用西门子S7-20016参考梯形图程序输入信号信号元件及作用I0.0I0.1SB1：正转SB2：停止输出信号控制对象及作用Q0.0Q0.2Q0.3KM1KM△KMYPLC原理及应用西门子S7-20017（1）几个定时器组合图采用两定时器扩展延时电路（a）梯形图（b）时序图当I0.0闭合时，T37线圈得电并开始延时，当到达60s时，T37常开触点闭合，又使T38线圈得电并开始计时，再延时50s后，T38的常开触点闭合，才能使Q0.0线圈得电。60s50sI0.0T37Q0.0(T38)例6：定时范围的扩展分析*T37T38I0.0T38Q0.0T37（）INTONPTINTONPT+600+500PLC原理及应用西门子S7-20018（2）定时器与计数器组合图定时器和计数器的组合扩展延时(a)梯形图（b）时序图当I0.0闭合时，定时器T37产生周期为10S的脉冲序列，作为计数器C0的计数输入，当C0计数到达40次，其常开触点闭合使Q0.0接通。I0.0T37(触点）Q0.0I0.110s10s10s2140(10×40)sI0.0C0T37T37Q0.0（）T37INTONPT+100C0CUCTURPV+40I0.1PLC原理及应用西门子S7-20019（3）两个计数组合图两个计数器组合（a）梯形图（b）波形图I0.0给C0提供周期为0.1s的计数输入脉冲。I0.1接通时，C0开始计数，计满50次（5s）时，C0的常开触点闭合，使C1计数1次，同时又使C0自己复位，重新开始计数。C0是产生周期为5s的脉冲序列，送给C1计数。当C1计满100次时，C0动作，Q0.0得电接通。C1C0Q0.0（）C0CUCTURPV+50I0.1I0.0I0.1C1CUCTURPV+100I0.1C050个50个C0I0.0C1Q0.0I0.1100个500s5s×100＝500s5sPLC原理及应用西门子S7-20020SQ1、SQ2为运料小车左右终点的行程开关。运料小车在SQ1处装料，20s后装料结束，开始右行。当碰到SQ2后停下来卸料，15s后左行，碰到SQ1后又停下来装料。这样不停地循环工作，直到按下停止按钮SB3。按钮SB1和SB2分别是小车右行和左行的起动按钮。例7：送料小车自动控制系统的程序设计分析*（b）PLC接线图装料SQ2右行左行卸料SB1SB2SB3SQ1I0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4COMPLC（a）送料小车系统示意图SQ1SQ2左行右行小车图运料小车系统示意图及PLC接线图PLC原理及应用西门子S7-20021图运料小车控制系统的梯形图程序左行Q0.0I0.0I0.1I0.2Q0.1Q0.0装料卸料右行Q0.1I0.1I0.0I0.2Q0.0Q0.1Q0.2I0.3I0.4Q0.3（a）不完整的梯形图卸料右行左行装料Q0.0I0.0I0.1I0.2I0.4Q0.1Q0.0T37Q0.1I0.1I0.0I0.2I0.3Q0.0Q0.1T38（b）完整的梯形图T37INTONPT+200T38INTONPT+150Q0.2I0.3I0.4Q0.3T37INTONPT+200T38INTONPT+150PLC原理及应用西门子S7-20022小车仍然在SQ1处装料，并在SQ3和SQ2处轮流卸料。例8：小车两处卸料的自动控制梯形图的设计分析*（b）PLC接线图（a）送料小车系统示意图图运料小车系统示意图及PLC接线图SQ1SQ2左行右行SQ3装料SQ2右行左行卸料SB1SB2SB3SQ1I0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4COMPLCSQ3I0.5小车PLC原理及应用西门子S7-20023T38M0.0I0.0I0.5I0.1I0.2I0.4Q0.1Q0.0Q0.0T37Q0.1I0.1I0.0I0.2I0.3Q0.0Q0.1右行左行图控制小车两处卸料的梯形图装料卸料I0.3I0.4I0.5M0.0Q0.1I0.3M0.0Q0.1Q0.0I0.5Q0.2T37INTONPT+200Q0.3T38INTONPT+150PLC原理及应用西门子S7-20024•基本方法•1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。•2)确定可编程序控制器的输入信号和输出负载，对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出可编程序控制器的外部接线图。•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存储器位(M)和定时器(T)的地址。•4)根据上述对应关系画出梯形图。☞2.继电器控制电路转换为梯形图法：PLC原理及应用西门子S7-20025例1.电动机的正反转控制电路分析用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。继电-接触器控制回路主回路L1L2L3KM1FUQSM3∽KM2FRSB1SB2SB3KM2KM1KM1KM2KM1KM2FRPLC原理及应用西门子S7-200261）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S7-200连接的外部设备功能说明PLC点地址I0.0SB1停止命令I0.1SB2电机正转命令I0.2SB3电机反转命令I0.3FR电动机过载保护Q0.1KM1控制电机正转Q0.2KM2控制电机反转PLC原理及应用西门子S7-200272）PLC控制电动机正反转外部接线图I0.0I0.1I0.2I0.3Q0.1Q0.2PLC原理及应用西门子S7-200283）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PLC原理及应用西门子S7-20029例2：小车自动往返运动的梯形图设计分析PLC原理及应用西门子S7-20030PLC原理及应用西门子S7-20031左行起动右行起动PLC原理及应用西门子S7-20032•1)遵守梯形图语言中的语法规定。•2)设置中间单元。•3)尽量减少可编程序控制器的输入信号和输出信号。•4)外部联锁电路的设立。•5)在串联电路中单个触点应放在右边，在并联电路中单个触点应放在下向。•6)外部负载的额定电压。注意事项PLC原理及应用西门子S7-20033☞顺序控制设计法与顺序功能图的绘制（一）顺序控制设计法顺序控制设计法：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秩序地进行操作。顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些分阶段称为步（Step），并用编程元件（例如内部辅助继电器M和状态继电器S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的。（二）顺序控制功能图的绘制顺序控制功能图又称流程图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序控制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。PLC原理及应用西门子S7-20034（三）顺序功能图中转换实现的基本规则1、顺序功能图中转换的实现1）该转换的前级步