第四章-开关量控制系统梯形图设计方法.ppt

第四章 开关量控制系统梯形图设计方法教学目的 1、熟悉常见的可编程序控制器典型环节电路的程序编写 2、掌握基本程序用经验设计法来编程 3、掌握继电器控制电路移植法编程 4、掌握顺序控制设计法与顺序功能图一、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。1、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 2、常用基本环节梯形图程序 起动、保持和停止电路 三相异步电动机正反转控制电路 多继电器线圈控制电路 多地控制电路 延合延分电路 常闭触点输入信号的处理 互锁控制电路 顺序起动控制电路 集中与分散控制电路 自动与手动控制电路 闪烁电路 定时范围扩展电路（1）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（2）电动机正反转控制（3）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。（4）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。（5）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。（6）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。（7）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。（8）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CJ P63，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。（9）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。（10）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。（11）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，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C1计数，计满3个数后，C1的当前值等于设定值，它的常开触点闭合，Y0开始输出。定定时时器和器和计计数器数器组组合定合定时时演示演示（12）常）常闭闭触点触点输输入信号的入信号的处处理理X0X1COMX0X1COM X0 X1 Y1Y1 X0 X1 Y1Y1两个两个计计数器数器组组合合 顺顺序循序循环环接通程序接通程序 顺顺序延序延时时接通程序接通程序（1）具有）具有试试探性和随意性探性和随意性（2）最后的）最后的结结果不是唯一的果不是唯一的（3）设计设计所用的所用的时间时间和和质质量因量因设计设计者的者的经验经验而异而异 经验设计经验设计法在一些典型法在一些典型电电路的基路的基础础上，根据被控上，根据被控对对象象对对控制系控制系统统的具体要求，不断修改和完善梯形的具体要求，不断修改和完善梯形图图，多，多次反复次反复调试调试和修改梯形和修改梯形图图的的设计设计方法。有以下特点：方法。有以下特点：3、梯形、梯形图图的的经验设计经验设计法特点法特点4、设计实设计实例例（根据（根据电动电动机正反机正反转转控制）控制）送送料料小小车车在在限限位位开开关关X3处处装装料料，10S后后结结束束然然后后右右行行，碰碰到到X4后后停停下下来来卸卸料料，15S后后左左行行，碰碰到到X3后后，又又停停下下来来装装料料，这这样样不不停停地地循循环环工作，直到按下停机按工作，直到按下停机按钮钮。Y0 右行右行Y1左行左行X3X4PLC外部连接图PLC的的I/O点分配表点分配表 PLCPLC点名称点名称连连接的外部接的外部设备设备功能功能说说明明X0X0SB1SB1右行启右行启动动X1X1SB2SB2左行启左行启动动X2X2SB3SB3停止停止X3X3SQ1SQ1左限位左限位X4X4SQ2SQ2右限位右限位Y0Y0KM2KM2右行右行Y1Y1KM1KM1左行左行Y2Y2KM3KM3装料装料Y3Y3KM4KM4卸料卸料X0 X1 X2 X4 Y1 Y0X1 X0 X2 X3 Y0 Y1T0Y0T1Y1X3 Y2X4 Y3T0 K100 T1 K150 右行右行左行左行装料装料卸料卸料送送料料小小车车自自动动控控制制系系统统的的梯梯形形图图设设计计二、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。1、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。2、案例 PLCPLC控制的控制的电动电动机正反机正反转转 （1）熟悉）熟悉电动电动机的正反机的正反转转控制控制电电路路控制回路主回路（2）PLC的的 I/O点的确定与分配点的确定与分配 电电机正反机正反转转控制控制PLC的的I/O点分配表点分配表 PLCPLC点名称点名称连连接的外部接的外部设备设备功能功能说说明明X0X0SB1SB1停止命令停止命令X1X1SB2SB2电电机正机正转转命令命令X2X2SB3SB3电电机反机反转转命令命令X3X3FRFR常开常开电动电动机机过载过载保保护护Y0Y0KM1KM1控制控制电电机正机正转转Y1Y1KM2KM2控制控制电电机反机反转转（3 3）PLCPLC控制控制电动电动机正反机正反转转外部接外部接线图线图 s s2 22 20 0V VK KM M1 1K KM M2 2F FR RX0X0Y Y0 0P PL LC CX1X1Y Y1 1X2X2X3X3C CO OM MC CO OM MK KM M1 1K KM M2 2SB1SB2SB3（4）程序编制X 1Y 0X 2Y 1Y1Y1Y0X2X1X0X0X3X3Y0（5）注意事项设计梯形图的基本原则分离交织在一起的电路中间单元的设置复杂电路的等效尽量减少PLC的输入和输出信号软件互锁与硬件互锁梯形图电路的优化设计热继电器触点的处理 1、顺顺序控制序控制 就是按照生就是按照生产产工工艺预艺预先先规规定的定的顺顺序，在各个序，在各个输输入信号的作用下，根据内部状入信号的作用下，根据内部状态态和和时间时间的的顺顺序，在序，在生生产过产过程中各个程中各个执执行机构自行机构自动动地有地有顺顺序地序地进进行操作。行操作。三、顺序控制设计法与顺序功能图系统工艺过程顺序功能图梯形图顺序控制设计法思路2、顺顺序功能序功能图图 是一种通用的技是一种通用的技术语术语言。主要由言。主要由步、有向步、有向连线连线、转换转换、转换转换条件和条件和动动作（命令）作（命令）组组成成。转换转换条件条件步步动动作或命令作或命令将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段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步与步与动动作作 步步将系将系统统的一个工作周期，的一个工作周期，按按输输出量的状出量的状态态变变化化，划分划分为为若干个若干个顺顺序相序相连连的的阶阶段，每个段，每个阶阶段叫做段叫做步。步。“步步”用用编编程元件（如程元件（如辅辅助存助存储储器器M M和状和状态继电态继电器器S S）表示。）表示。与系与系统统的的初始状初始状态态对应对应的步叫的步叫“初始步初始步”，用，用双双线线方框方框表示。表示。当系当系统处统处于某一步所在的于某一步所在的阶阶段段时时，该该步步处处于活于活动动状状态态，称，称该该步步处处于于“活活动动步步”。步步处处于活于活动动状状态时态时，相，相应应的的动动作被作被执执行；行；处处于不于不活活动动状状态时态时，相，相应应的非存的非存储储型型动动作被停止作被停止执执行。行。3、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 345de单单序列序列51196d e fm n p51196选择选择序列序列51196d51196e并行序列并行序列2.12.22.3dc2.42.5bdfga2ag子步子步（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。常用的顺序控制梯形图设计方法有三种：起保停起保停电电路路设计设计法法 以以转换为转换为中心中心设计设计法法 步步进顺进顺控指令控指令设计设计法法5、顺序功能图中转换实现的基本规则（1）转换实现的条件 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（2）转换实现完成的操作 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都变为不活动步；两个步两个步绝对绝对不能直接相不能直接相连连，必，必须须用一个用一个转换转换将它将它们们隔开。隔开。两个两个转换转换也不能直接相也不能直接相连连，必，必须须用一个步将它用一个步将它们们隔开。隔开。功能表中的初始步一般功能表中的初始步一般对应对应于系于系统统等待起等待起动动的初始状的初始状态态，它是必不可少的。它是必不可少的。自控系自控系统应统应能多次重复能多次重复执执行同一工行同一工艺过艺过程，因此功能表程，因此功能表 图图中中应应由有向由有向连线组连线组成的成的闭环闭环.如果用没有断如果用没有断电电保持功能的保持功能的编编程元件代表各步，程元件代表各步，PC开始开始 进进入入RUN工作方式工作方式时时，它，它们们均均处处于断开状于断开状态态,所以必所以必须须用用 M8002的常开触点作的常开触点作为转换为转换条件，将初始步条件，将初始步预预置置为为活活动动步。步。定定时时器在下一次运行之器在下一次运行之间间，首先，首先应应将它复位。将它复位。（3）顺顺序功能序功能图绘图绘制制时时的注意事的注意事项项