PLC梯形图程序设计基础.doc

梯形图仿真继电器控制电路

电动机启、停控制电路 电动机启、停控制梯形图

S7-200所接输入/输出设备图与S7-200梯形图关系的图示
PLC控制的基本电路
1 单输出自锁控制电路
启动信号I0.0和停止信号I0.1持续为ON的时间般都短。该电路最主要的特点是具有“记忆”功能。

多地控制

2 多输出自锁控制电路（置位、复位）
多输出自锁控制即多个负载自锁输出，有多种编程方法，可用置位、复位指令

3 单向顺序启\停控制电路
1. 单向顺序启动控制电路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生产过程中的各个执行机构自动有序动作。只有Q0.0启动后，Q0.1方可启动，Q0.2必须在Q0.1启动完成后才可以启动。

2. 单向顺序停止控制电路就是要求按一定顺序停止已经执行的各机构。只有Q0.2被停止后才可以停止Q0.1，若想停止Q0.0，则必须先停止Q0.1。I0.4为急停按钮。

4 延时启\停控制电路
1.延时启动控制 设计延时启动程序，要利用中间继电器（内部存储器M）的自锁状态使定时器能连续计时。定时时间到，其常开触点动作，使Q0.0动作。

2.延时停止控制 定时时间到，延时停止。I0.0为启动按钮、I0.1为停止按钮。

3.延时启\停控制电路该电路要求有输入信号后，停一段时间输出信号才为ON；而输入信号0FF后，输出信号延时一段时间才OFF。 T37延时3 s作为Q0.0的启动条件，T38延时5 s作为Q0.0的关断条件。

5 超长定时控制电路
S7-200 PLC中的定时器最长定时时间不到1 h，但在一些实际应用中，往往需要几小时甚至几天或更长时间的定时控制，这样仅用一个定时器就不能完成该任务。
下例表示在输入信号I0.0有效后，经过10 h 30 min 后将输出Q0．0置位。 T37每分钟产生一个脉冲，所以是分钟计时器。C21每小时产生一个脉冲，故C21为小时计时器。当10 h计时到时，C22为ON，这时C23再计时30 min,则总的定时时间为10 h 30 min，Q0.0置位成ON。

经验设计法及注意事项
应用程序设计过程中，应正确选择能反映生产过程的变化参数作为控制参量进行控制；应正确处理各执行电器、各编程元件之间的互相制约、互相配合的关系，即互锁关系。应用程序的设计方法有多种，常用的设计方法有经验设计法、顺序功能图法等。
1 经验设计法
经验设计法要求设计者具有较丰富的实践经验，掌握较多的典型应用程序的基本环节。根据被控对象对控制系统的要求，凭经验选择基本环节，并把它们有机地组合起来。其设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳方案。程序初步设计后，还需反复调试、修改和完善，直至满足被控对象的控制要求。
经验设计法的设计不规范，没有一个普遍的规律可循，具有一定的试探性和随意性。
编写梯形图程序时应遵循的规则：
（1）“输入继电器”的状态由外部输入设备的开关信号驱动，程序不能随意改变它。
（2）梯形图中同一编号的“继电器线圈”只能出现一次，通常不能出现，但是它的触点可以无限次地重复使用。

不能双线圈输出 能双线圈输出

编写梯形图程序时应遵循的规则：
（3）几个串联支路相并联，应将触点多的支路安排在上面；几个并联回路的串联，应将并联支路数多的安排在左面。按此规则编制的梯形图可减少用户程序步数，缩短程序扫描时间。

（4） 程序的编写按照从左至右、自上至下的顺序排列。一个梯级开始于左母线，终止于右母线，线圈与右母线直接相连。
①桥式电路必须修改后才能画出梯形图。

②非桥式复杂电路必须修改后才能画出梯形图

2 注意事项
（1）先编制I／O分配表，后设计梯形图。先对输入、输出信号及内部线圈进行编号分配，再确定PLC各输入/输出接线端子的实际接线图。
（2）合理排列梯形图，使输入/输出响应滞后现象不影响实际响应速度。通常可根据工艺流程图按动作先后顺序排列各输出线圈，同时兼顾内部线圈、时间继电器等线圈的排列顺序，使输入／输出延迟响应不影响实际输出对响应速度的要求。
（3）高速计数指令、高速脉冲输出指令应尽量放在整个用户程序的前部。由于高速计数器和高速脉冲串发生器与CPU之间的信息交换是在I／O扫描时进行的，所以在执行其他命令时就可能影响高速计数器、高速脉冲串发生器与CPU之间的信息交换，甚至有可能丢失脉冲。
（4）在PLC输入端子接线图中，对于同一个发信元件，通常只需选其中某一触点(例如常开触点或常闭触点)接入输入端子，即对一个发信元件，它只能占一个输入地址编号。
（5）合理接入输入信号的触点(常开或常闭触点)，提高设备的可靠性、安全性。PLC实际I／O接线图中，某输入信号(如按钮)究竟是接入电器的常开触点还是常闭触点，应从设备的可靠性、安全性角度考虑。当输入端接线故障断线时，设备状态应向着安全的状态发展。因此，停止按钮应以常闭触点接入PLC输入接线端子，而启动按钮应以常开触点接入PLC输入接线端子(为便于理解，本书前面章节各图均按常开触点接入处理)。
（6）从安全考虑，重大安全部分不接入PLC的输入端，而做硬件处理。例如，紧急停车按钮、互锁触点、紧急限位开关、热继电器控制触点等，接至PLC的输出端子上，直接对输出负载(KM1、KM2)进行控制，以保证PLC故障时不损坏设备，不造成重大安全事故。
（7）应保证有效输入信号的电平保持时间。要保证输入信号有效，输入信号的电平保持时间必须大于PLC一个扫描周期。除非对开关量输入信号设置允许脉冲捕捉功能，这样就允许PLC捕捉到持续时间很短的脉冲。
（8） PLC指令的执行条件有信号电平有效和跳变有效的区别，编程时应加以注意。
（9）由电气控制图转换为梯形图时应注意：对旧设备改造时可借鉴原继电器控制电路图转换为梯形图。继电器控制电路图中的电器触点大多为先断后合型，而PLC梯形图中的“软继电器”的常开触点和常闭触点的状态的转换是同时发生的。设计梯形图时可使用延迟电路(如利用内部时间继电器延迟或利用PLC循环扫描工作方式而产生的输入/输出延迟响应)来模拟先断后合型电器的功能。
顺序功能图与设计法
功能图及其组成
功能表图(Function Chart Diagram)是用图形符号和文字叙述相结合的方法，全面描述控制系统，含电气、液压、气动和机械控制系统或系统某些部分的控制过程、功能和特性的一种通用语言。在功能表图中，把一个过程循环分解成若干个清晰的连续阶段，称为“步”(Step)，步与步之间由“转换”分隔。当两步之间的转换条件满足，并实现转换，上一步的活动结束，而下一步的活动开始。一个过程循环分的步越多，对过程的描述就越精确。

功能表图的组成
1.步
在控制系统的一个工作周期中，各依次顺序相连的工作阶段，称为步或工步，用矩形框和文字(或数字)表示。步有两种状态： “活动步、“非活动步” 、“初始步”：一系列活动步决定控制过程的状态。对应控制过程开始阶段的步，每一个功能表图至少有一个初始步，初始步用双线矩形框表示。
2.动作
在功能表图中，命令(Command)或称动作(Action)用矩形框文字和字母符号表示，与对应步的符号相连。一个步被激活，能导致一个或几个动作或命令，亦即对应活动步的动作被执行。若某步为非活动步，对应的动作返回到该步活动之前的状态。对应活动步的所有动作被执行，活动步的动作可以是动作的开始、继续或结束。若有几个动作与同一步相连，这些动作符号可水平布置，也可垂直布置。
3.有向连线
有向连线将各步按进展的先后顺序连接起来，它将步连接到转换，并将转换连接到步。有向连线指定了从初始步开始向活动步进展的方向与路线。有向连线可垂直或水平布置。为了使图面更加清晰，个别情况下也叫用斜线。在功能表图中，进展的走向总是从上至下、从左至右，因此有向连线的箭头可以省略。如果不遵守上述进展规则，必须加注箭头。若垂直有向连线与水平有向连线之间没有内在联系，允许它们交叉，但当有向连线与同一进展相关时，则不允许交叉。在绘制功能表图时，因图较复杂或用几张图表示有向连线必须中断，应注明下一步编号及其所在的页数。
4.转换
　　在功能表图中，生成活动步的进展是按有向连线指定的路线进行的，进展由一个或几个转换的实现来完成。转换的符号是一根短画线，与有向连线相交，转换将相邻的两个步隔开。如果通过有向连线连接到转换符号的所有前级步都是活动步，该转换为“使能转换”，否则该转换为“非使能转换”。只有当转换为使能转换且转换条件满足时，该转换才被实现。某转换实现，所有与有向连线和相应转换符号相连的后续步被激活，而所有与有向连线和相应转换符号相连的前级步均为非活动步。
5. 转换条件　　　　　　　　　　　　　　　
转换条件标注在转换符号近旁，转换条件可以用3种方式表示。
（1）文字语句：b、c触点中任何一个闭合，触点a同时闭合。
（2）布尔表达式：a(b+c)。 （3）图形符号：
所谓转换条件是指与该转换相关的逻辑变量，可以是真(1)，也可以是假(0)。如果逻辑变量为真，转换条件为“l”，转换条件满足；如果逻辑变量为假，转换条件为“0”，转换条件不满足。只有当某使能步转换条件满足时，转换才

功能表图的基本结构
功能表图的基本结构：单序列结构、选择序列结构、合并序列结构

选择序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平线之下，每个分支上必须具有一个或一个以上的转换条件，且具有优先级。
选择序列的结束称为合并，几个选择序列合并到一个公共序列时，转换符号只能标在水平线之上。

并行序列用双水平线表示，转换符号在双水平线之上，为公共转换条件。
并行序列的结束称为合并。转换符号在水平线以下，当双水平线之上的所有前级都处于活动状态时，且转换条件成立，则下一步被激活。同时所有前级步都变为不活动步。
绘制原则及注意事项
1.控制系统功能图的绘制必须满足以下规则。
(1)状态与状态不能相连，必须用转移分开。
(2)转移与转移不能相连，必须用状态分开。
(3)状态与转移、转移与状态之间的连接采用有向线段，自上向下画时，可以省略箭头。当有向线段从下向上画时，必须画上箭头，以表示方向。
(4)一个功能图至少要有一个初始状态。
2.注意事项
（1）顺控指令仅对元件S有效，顺控继电器S也具有一般继电器的功能，所以对它能够使用其他指令。
（2）SCR段程序能否执行取决于该状态器(s)是否被置位，SCRE与下一个LSCR之间的指令逻辑不影响下一个SCR段程序的执行。
（3）不能把同一个S位用于不同程序中，例如：如果在主程序中用了S0．1，则在子程序中就不能再使用它了。
（4)在SCR段中不能使用JMP和LBL指令，就是说不允许跳入、跳出或在内部跳转，但可以在SCR段附近使用跳转和标号指令。
（5）在SCR段中不能使用FOR、NEXT和END指令。
（6）在状态发生转移后，所有的SCR段的元器件一般也要复位。如果希望继续输出，可使用置位/复位指令。
（7）在使用功能图时状态器的编号可以不按顺序编排。
用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法
单序列顺序功能图的编程
这是最简单的功能图，其动作是一个接一个地完成的。每个状态仅连接一个转移，每个转移也仅连接一个状态。如图示为单流程的功能图、梯形图和语句表。

选择序列编程
在生产实际中，对具有多流程的工作，要进行流程选择或者分支选择。即一个控制流可能转入多个可能的控制流中的某一个，但不允许多路分支同时执行。到底进入哪一个分支，取决于控制流前面的转移条件哪一个为真。

并行序列编程
在许多实例中，一个顺序控制状态流必须分成两个或多个不同分支的控制状态流，这就是并行分支。当一个控制状态流分成多个分支时，所有的分支控制状态流必须同时激活。当多个控制流产生的结果相同时，可以把这些控制流合并成一个控制流，即并行分支的连接。在合并控制流时，所有的分支控制流必须都是完成了的。这样，在转移条件满足时才能转移到下一个状态。并行顺序一般用双水平线表示，同时结束若干个顺序也用双水平线表示。

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