PLC原理及應(yīng)用 1 PLC原理與應(yīng)用第9講 講解內(nèi)容 8順序邏輯控制的PLC程序設(shè)計(jì)8 1PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟8 2用基本邏輯操作指令實(shí)現(xiàn)順序邏輯控制學(xué)習(xí)說(shuō)明 本講是學(xué)習(xí)PLC程序設(shè)計(jì)知識(shí) 重點(diǎn)掌握 1PLC程序設(shè)計(jì)的步驟2什么是狀態(tài) 狀態(tài)的表示方法 狀態(tài)編碼 狀態(tài)變量 狀態(tài)與狀態(tài)變量的關(guān)系式3狀態(tài)方程與輸出方程的列寫(xiě)原則 2 8順序邏輯控制的PLC程序設(shè)計(jì)8 1PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟 進(jìn)行PLC控制設(shè)計(jì)時(shí)必須做好以下3方面基礎(chǔ)工作 調(diào)研 1 了解系統(tǒng)的概況 包括系統(tǒng)的控制目標(biāo) 控制方案 控制規(guī)模 整體功能 具體功能 控制精度 I O種類(lèi)和數(shù)量 是否需要通訊 通訊內(nèi)容與方式 是否需要顯示 顯示內(nèi)容與方式 操作方式 等等 應(yīng)盡量對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解 2 熟悉使用的PLC的類(lèi)型 功能 編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng) 能熟練地操作編程器和控制器 3 根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求 設(shè)備 器件條件 工藝過(guò)程 結(jié)合采用的PLC的功能強(qiáng)弱 確定PLC在整個(gè)控制系統(tǒng)中所承擔(dān)的工作任務(wù) 3 PLC設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)步驟 PLC設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)步驟 1 根據(jù)PLC擔(dān)負(fù)的任務(wù) 明確PLC的輸入輸出信號(hào)的種類(lèi)和數(shù)量 編制輸入輸出信號(hào)表 2 制定控制結(jié)構(gòu)框圖 選擇控制方案 3 按選定的方案 制定相應(yīng)的圖表 4 編寫(xiě)PLC梯形圖程序 5 編寫(xiě)PLC語(yǔ)句程序 6 程序調(diào)試和修改 7 編制程序使用說(shuō)明書(shū)和其他文件 4 8 2用基本邏輯操作指令實(shí)現(xiàn)順序邏輯控制 PLC程序設(shè)計(jì)常用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法 邏輯設(shè)計(jì)法 順序控制設(shè)計(jì)法等 1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上 根據(jù)被控制對(duì)象的具體要求 進(jìn)行選擇組合 并多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖 有時(shí)需增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié) 才能達(dá)到控制要求 這種方法沒(méi)有規(guī)律可遵循 設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系 所以稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 2 繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法 用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能 3 順序控制設(shè)計(jì)法 根據(jù)功能流程圖 以步為核心 從起始步開(kāi)始一步一步地設(shè)計(jì)下去 直至完成 此法的關(guān)鍵是畫(huà)出功能流程圖 5 1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 步驟分解梯形圖程序輸入信號(hào)邏輯組合使用輔助元件和輔助觸點(diǎn)使用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器使用功能指令畫(huà)互鎖條件畫(huà)保護(hù)條件 6 例 起動(dòng) 保持和停止電路 這些梯形圖均能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng) 保持和停止的功能 圖a c是利用輸出Y10 P0020 常開(kāi)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自鎖保持圖b d是利用SET RST指令實(shí)現(xiàn)自鎖保持 7 2 繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法 用PLC改造繼電器控制系統(tǒng)時(shí) 將繼電器電路圖轉(zhuǎn)換為具有相同功能的PLC外部硬件接線圖和梯形圖 例如 電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 繼電 接觸器控制回路 主回路 8 1 PLC的I O點(diǎn)的確定與分配 9 2 PLC控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)外部接線圖 10 3 程序編制 起動(dòng)正轉(zhuǎn) 起動(dòng)反轉(zhuǎn) 過(guò)載保護(hù) 急停 急停 過(guò)載保護(hù) 起動(dòng)反轉(zhuǎn) 起動(dòng)正轉(zhuǎn) 電氣互鎖 機(jī)械聯(lián)鎖 11 M1 M2 M3 X1 X2 圖4 28使用起保停電路控制步 使用起保停電路的編程方法 3 順序控制設(shè)計(jì)法 網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂 12 M1 M2 M3 X1 X2 使用以轉(zhuǎn)換為中心控制步 使用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法 13 例 14 15 X0 X1 X2 液壓進(jìn)給裝置運(yùn)動(dòng)示意圖 Y0 NO OFF OFF Y1 X3 液壓油缸 案例功能圖順序控制設(shè)計(jì)法 液壓進(jìn)給裝置運(yùn)動(dòng)控制 16 X0 X1 X2 單序列結(jié)構(gòu)液壓進(jìn)給裝置運(yùn)動(dòng)示意圖 Y0 OFF ON OFF X3 液壓油缸 輸出點(diǎn)y0有效 活塞桿向左運(yùn)行 左行示意 17 X0 X1 X2 單序列結(jié)構(gòu)液壓進(jìn)給裝置運(yùn)動(dòng)示意圖 Y1 ON OFF OFF X3 液壓油缸 輸出點(diǎn)y1有效 活塞桿向右運(yùn)行 右行示意 18 X0 X1 X2 單序列結(jié)構(gòu)液壓進(jìn)給裝置運(yùn)動(dòng)示意圖 Y1 ON OFF OFF X3 液壓油缸 Y0 控制開(kāi)關(guān) 轉(zhuǎn)換條件 限位開(kāi)關(guān) 限位開(kāi)關(guān) 限位開(kāi)關(guān) 按鈕開(kāi)關(guān) 起動(dòng) 輔助繼電器 M0M1M2M3M4 19 X0 X1 X2 單序列結(jié)構(gòu)液壓進(jìn)給裝置運(yùn)動(dòng)示意圖 Y0 ON OFF OFF X3 進(jìn)給裝置順序動(dòng)作要求 Y1 初始狀態(tài) 活塞桿置右端 開(kāi)關(guān)X2為ON 輔助繼電器M0為ON 1 按下啟動(dòng)按鈕X3 開(kāi)關(guān)Y0 M1為ON 左行 2 碰到限位開(kāi)關(guān)X1時(shí) M2 Y1為ON 右行 3 碰到限位開(kāi)關(guān)X2時(shí) M3 Y0為ON 左行 4 碰到限位開(kāi)關(guān)X0時(shí) M4 Y1為ON 右行 5 碰到限位開(kāi)關(guān)X2時(shí) 停止 X1 M2Y1 X2 M3Y0 X0 M4Y1 20 圖4 20 b 單序列結(jié)構(gòu)順序功能圖 單序列結(jié)構(gòu)順序功能圖繪制 M8002 M1 M2 M3 M4 X3 X1 X2 X0 X2 Y0 Y1 Y0 Y1 左行 右行 右行 左行 M0 初始步 起動(dòng) 21 單序列結(jié)構(gòu)梯形圖繪制 圖4 20 a 運(yùn)動(dòng)示意圖 圖4 20 c 單序列結(jié)構(gòu)梯形圖 M0 初始 22 單序列結(jié)構(gòu)梯形圖 23 8 2 1設(shè)計(jì)順序邏輯控制程序的思路 思路1 人們往往按控制要求的思路 把輸出和輸入直接對(duì)應(yīng)起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì) 這樣做往往因?yàn)檩斎霔l件不夠 顧此失彼 而不能順利完成設(shè)計(jì) 即使設(shè)計(jì)出來(lái) 也沒(méi)有一定規(guī)律可循 該思路不可取 思路2 就是通過(guò)中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來(lái) 先建立合適的中間變量 設(shè)計(jì)出中間變量與輸入的關(guān)系 再設(shè)計(jì)出輸出與中間變量的關(guān)系 實(shí)際上就找到了輸出和輸入的關(guān)系 完成了設(shè)計(jì)任務(wù) 用這種方法設(shè)計(jì)PLC程序 設(shè)計(jì)者可以順利地設(shè)計(jì)出結(jié)果正確的PLC程序 順序控制邏輯設(shè)計(jì)法 24 按時(shí)序機(jī)理論對(duì)順序邏輯控制分析 根據(jù)控制要求 準(zhǔn)確地確定內(nèi)部狀態(tài) 建立狀態(tài)表或狀態(tài)圖 按照時(shí)序機(jī)模型得到狀態(tài)方程 得到輸出方程 做出控制電路圖或PLC梯形圖 按時(shí)序機(jī)模型的方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)順序邏輯控制的PLC程序的關(guān)鍵 關(guān)鍵之一 是準(zhǔn)確地確定控制系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài) 關(guān)鍵之二 是怎樣表達(dá)這些內(nèi)部狀態(tài) 25 8 2 2采用時(shí)序機(jī)模型設(shè)計(jì)順序邏輯控制PLC程序的步驟 下面給出使用基本邏輯指令 觸點(diǎn)的串并聯(lián) 設(shè)計(jì)順序邏輯控制PLC程序的步驟1 分析所給系統(tǒng) 確定PLC輸入變量 信號(hào) 和輸出變量 信號(hào) 并分配具體的存儲(chǔ)單元 2 分析所給系統(tǒng) 確定內(nèi)部狀態(tài) 并對(duì)狀態(tài)進(jìn)行編碼 3 畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表 4 寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯式 即狀態(tài)方程 5 寫(xiě)出輸出方程 6 給狀態(tài)變量分配存儲(chǔ)單元 7 按狀態(tài)方程 輸出方程編寫(xiě)PLC梯形圖程序和語(yǔ)句程序 即完成主邏輯控制程序的設(shè)計(jì) 8 按檢測(cè)方面的需要 編寫(xiě)輔助邏輯控制程序 26 8 2 3狀態(tài)和狀態(tài)變量的確定 主要討論狀態(tài)和狀態(tài)變量的確定和狀態(tài)方程 輸出方程的列寫(xiě)1 什么是 狀態(tài) 在一個(gè)時(shí)間段上系統(tǒng)維持不變的行為 就稱(chēng)為 狀態(tài) 也可以稱(chēng)一個(gè)行為維持不變的時(shí)間段為一個(gè) 狀態(tài) 2 狀態(tài)的表示方法 狀態(tài)編碼 我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電路和PLC程序 一般應(yīng)根據(jù)控制要求 首先確定狀態(tài)數(shù)m 然后確定狀態(tài)變量數(shù)n 對(duì)于順序邏輯控制 在這里給出一個(gè)實(shí)用的編碼方案 這個(gè)編碼方案采用菱形結(jié)構(gòu) 27 狀態(tài)與狀態(tài)變量關(guān)系與菱形結(jié)構(gòu)編碼方案 狀態(tài)與狀態(tài)變量關(guān)系 菱形結(jié)構(gòu) 含缺角菱形結(jié)構(gòu) 狀態(tài)數(shù)m和狀態(tài)變量n的關(guān)系是 是大于或等于的最小整數(shù) 菱形結(jié)構(gòu)編碼方案的優(yōu)點(diǎn)是 一個(gè)狀態(tài)變量在一個(gè)控制過(guò)程中只ON一次 OFF一次 使編程簡(jiǎn)化 也滿足即時(shí)輸出指令對(duì)于給定的輸出繼電器在程序中只出現(xiàn)一次的要求 便于按邏輯段編程且規(guī)律性很強(qiáng) 最后一個(gè)狀態(tài) 所有的狀態(tài)變量都取0值 這滿足了一般控制電路停機(jī)斷電的要求 28 例6 2 1 M 6 狀態(tài) 6個(gè)狀態(tài)分別是S1 S2 S3 S6 其編碼是 n 3 狀態(tài)變量 Q1Q2Q3 29 例8 2 2 M 8 8個(gè)狀態(tài)分別是S1 S2 S3 S8 其編碼是 n 4 Q1Q2Q3Q4 30 例8 2 3 M 5 5個(gè)狀態(tài)分別是S1 S2 S3 S5 其編碼是 n 3 Q1Q2Q3 31 8 2 4狀態(tài)方程的列寫(xiě) 舉例說(shuō)明 例8 2 4 設(shè)有8個(gè)狀態(tài) 即m 8 各狀態(tài)依次順序轉(zhuǎn)換 畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 并列寫(xiě)狀態(tài)方程和輸出方程 分析 由m 8 狀態(tài)變量數(shù)n 8 2 4 m 8 至少有8個(gè)主令信號(hào) 擔(dān)負(fù)著狀態(tài)切換的任務(wù) 由于狀態(tài)由狀態(tài)變量構(gòu)成 每個(gè)狀態(tài)切換主令信號(hào)切換的是狀態(tài)變量由切換狀態(tài)變量實(shí)現(xiàn)切換狀態(tài)的目的 列寫(xiě)的狀態(tài)方程是狀態(tài)變量與輸入關(guān)系的方程 32 畫(huà) 菱形結(jié)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 33 一 列寫(xiě)狀態(tài)方程的表達(dá)式 34 35 36 畫(huà) 菱形結(jié)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 37 二 輸出方程的列寫(xiě) 輸出方程 是表達(dá)執(zhí)行器件與狀態(tài)變量之間的邏輯關(guān)系式 輸出方程的規(guī)律性總結(jié)6個(gè) 1 如果執(zhí)行元件的兩個(gè)端點(diǎn) 分別與同一個(gè)狀態(tài)變量的上 下端點(diǎn)同線 那么執(zhí)行器件邏輯函數(shù)表達(dá)式由這個(gè)狀態(tài)變量構(gòu)成 例8 2 4 中Dl Q12 如果執(zhí)行元件的兩個(gè)端點(diǎn) 分別與一個(gè)狀態(tài)變量的上端點(diǎn)和另一個(gè)狀態(tài)變量的下端點(diǎn)同線 且前者的上端點(diǎn)高于后者的上端點(diǎn) 那么執(zhí)行元件的函數(shù)表達(dá)式為這兩個(gè)狀態(tài)變量的邏輯和 或式 例8 2 4 中D2 Q3 Q43 如果執(zhí)行元件的兩個(gè)端點(diǎn) 分別與一個(gè)狀態(tài)變量的上端點(diǎn)和另一個(gè)狀態(tài)變量的下端點(diǎn)同線 且前者的上端點(diǎn)低于后者的上端點(diǎn) 那么執(zhí)行元件邏輯函數(shù)的表達(dá)式為這兩個(gè)狀態(tài)變量的邏輯積 與式 例8 2 4 中D3 Q3 Q4 38 4 如果執(zhí)行元件的兩個(gè)端點(diǎn) 分別與兩個(gè)狀態(tài)變量的上端點(diǎn)同線 那么執(zhí)行元件的函數(shù)表達(dá)式由執(zhí)行元件上端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量和執(zhí)行元件下端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量的反變量的邏輯積 與式 構(gòu)成 5 如果執(zhí)行元件的兩個(gè)端點(diǎn) 分別與兩個(gè)狀態(tài)變量的下端點(diǎn)同線 那么執(zhí)行元件的函數(shù)表達(dá)式由執(zhí)行元件上端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量的反變量和執(zhí)行元件下端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量的邏輯積 與式 構(gòu)成 6 如果執(zhí)行元件在狀態(tài)中不連續(xù)取1 則首先對(duì)各個(gè)連續(xù)取1段按上述規(guī)則得到相應(yīng)的乘積項(xiàng) 再構(gòu)成和項(xiàng)就是執(zhí)行元件邏輯表達(dá)式 例8 2 4 中D4 39 補(bǔ)充例題 例1狀態(tài)是偶數(shù) PLC順序控制簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) 如圖滑臺(tái)由電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制左右運(yùn)動(dòng) 按急停按鈕SB1電動(dòng)機(jī)停止 過(guò)載時(shí)熱繼電器FR動(dòng)作電動(dòng)機(jī)停止 正轉(zhuǎn)接觸器為KM1 反轉(zhuǎn)接觸器為KM2 A B C處各有行程開(kāi)關(guān)SA SB SC 順序控制要求如下 1 按啟動(dòng)按鈕SB0 滑臺(tái)由A點(diǎn)開(kāi)始右行到C點(diǎn) 2 在C點(diǎn)碰行程開(kāi)關(guān)SC后 滑臺(tái)左行到B點(diǎn)停留30秒 3 30秒到滑臺(tái)右行到C點(diǎn) 4 在C點(diǎn)碰行程開(kāi)關(guān)SC后 滑臺(tái)左行到A點(diǎn) 碰行程開(kāi)關(guān)SA后停止 根據(jù)以上要求 做 1 設(shè)計(jì)繪出電機(jī)控制主回路 2 分配I O通道 設(shè)計(jì)繪出PLC輸入輸出接口控制接線 3 繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)方程與輸出方程 4 畫(huà)出梯形圖和語(yǔ)句程序 40 解 1 電機(jī)控制主回路 41 2 I O地址分配和PLC輸入輸出接口接線 正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB0P000行程開(kāi)關(guān)SAP001行程開(kāi)關(guān)SBP002行程開(kāi)關(guān)SCP003急停按鈕SB1P004熱保護(hù)FRP005電機(jī)控制接觸器正轉(zhuǎn)KMlP020電機(jī)控制接觸器正轉(zhuǎn)KM2P021 42 3 繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)方程與輸出方程 狀態(tài)m 6 則狀態(tài)變量n 3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 43 狀態(tài)方程 輸出方程 Q1 M001Q2 M002Q3 M003 定時(shí)器T TONT0000300S3啟動(dòng) ST Q1Q2Q3 地址設(shè)置 輔助邏輯電路設(shè)計(jì) 44 4 畫(huà)出梯形圖和語(yǔ)句程序 略 狀態(tài)方程 Q1 狀態(tài)方程 Q2 狀態(tài)方程 Q3 輸出方程 KM1 輸出方程 KM2 輔助邏輯電路設(shè)計(jì) ST 45 補(bǔ)充例題 例2狀態(tài)是奇數(shù) PLC順序控制簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) 如圖滑臺(tái)由電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制左右運(yùn)動(dòng) 正轉(zhuǎn)接觸器為KM1 反轉(zhuǎn)接觸器為KM2 A B C處各有行程開(kāi)關(guān)SA SB SC 順序控制要求如下滑臺(tái)BAC1 按啟動(dòng)按鈕SB0 滑臺(tái)由B點(diǎn)開(kāi)始左行到A點(diǎn) 2 在A點(diǎn)碰行程開(kāi)關(guān)SA后停留30秒 3 30秒時(shí)間到 滑臺(tái)右行到C點(diǎn) 4 在C點(diǎn)碰行程開(kāi)關(guān)SC后 滑臺(tái)左行到B點(diǎn) 碰行程開(kāi)關(guān)SB后停止 根據(jù)以上要求 做 1 設(shè)計(jì)繪出電機(jī)控制主回路 2 分配I O通道 設(shè)計(jì)繪出PLC輸入輸出接口控制接線 3 繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)方程與輸出方程 4 畫(huà)出梯形圖和語(yǔ)句程序 46 解 1 電機(jī)控制主回路 47 2 I O地址分配和PLC輸入輸出接口接線 正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB0P000行程開(kāi)關(guān)SAP001行程開(kāi)關(guān)SBP002行程開(kāi)關(guān)SCP003急停按鈕SB1P004熱保護(hù)FRP005電機(jī)控制接觸器正轉(zhuǎn)KMlP020電機(jī)控制接觸器正轉(zhuǎn)KM2P021 48 3 繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)方程與輸出方程 狀態(tài)m 5 則狀態(tài)變量n 3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 狀態(tài)方程 輸出方程 49 地址設(shè)置 Q1 M001Q2 M002Q3 M003輔助邏輯電路設(shè)計(jì) 定時(shí)器T TONT0000300S2啟動(dòng)ST 50 4 畫(huà)出梯形圖和語(yǔ)句程序 略 狀態(tài)方程 Q1 狀態(tài)方程 Q2 狀態(tài)方程 Q3 輸出方程 KM1 輸出方程 KM2 輔助邏輯電路設(shè)計(jì) ST 51 練習(xí)一 下表是某順序控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 狀態(tài)是偶數(shù) 寫(xiě)出相應(yīng)的狀態(tài)方程和輸出方程 做出表示狀態(tài)變量Q2的一