2023/2/191第4章數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設計方法2023/2/1924.1梯形圖的經(jīng)驗設計法開關量控制系統(tǒng)（例如繼電器控制系統(tǒng)）又稱為數(shù)字量控制系統(tǒng)。可以用設計繼電器電路圖的方法來設計比較簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)的梯形圖，即在一些典型電路的基礎上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復地調(diào)試和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸點，最后才能得到一個較為滿意的結果。這種方法沒有普遍的規(guī)律可循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結果不是唯一的，設計所用的時間、設計的質(zhì)量與設計者的經(jīng)驗有很大的關系，所以稱為經(jīng)驗設計法，可以用于比較簡單的梯形圖設計。2023/2/193主電路繼電器控制電路——起保停電路和置位復位電路4.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——梯形圖中的基本電路KML1L3L2FU1KMQSSB2FU2KMM3～FRFRSB12023/2/194PLC外部接線圖時序圖4.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——梯形圖中的基本電路2023/2/1954.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——梯形圖中的基本電路置位復位電路I0.0Q0.0I0.1Q0.0SR

起保停電路與置位復位電路是后面要重點介紹的順序控制設計法的基本電路在實際電路中，起動信號和停止信號可能由多個觸點組成的串并聯(lián)電路提供。I0.0I0.1Q0.0Q0.0起保停電路2023/2/196繼電器控制電路主電路4.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——梯形圖中的基本電路——三相異步電動機的正反轉控制電路2023/2/197硬件互鎖4.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——梯形圖中的基本電路PLC外部接線圖功能名觸點(物理)I/O接口正轉按鈕SB2I0.0反轉按鈕SB3I0.1停止按鈕SB1I0.2熱繼電器FRI0.2正轉線圈KM1Q0.0反轉線圈KM2Q0.12023/2/198軟件互鎖4.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——梯形圖中的基本電路按鈕互鎖梯形圖2023/2/199按下右行起動按鈕或左行起動按鈕后，要求小車在兩個限位開關之間不停地循環(huán)往返，按下停止按鈕后，電動機斷電，小車停止運行。可在三相異步電動機正反轉控制的基礎上設計。主電路相同。4.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——舉例——小車自動往返控制程序的設計KM2Q0.1KM1Q0.0I0.3SQ1I0.4SQ22023/2/19104.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——舉例

I0.0I0.1I0.4I0.2Q0.0I0.3I0.1I0.0I0.3I0.2Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0I0.4Q0.1PLC的外部接線圖小車自動往返的梯形圖KM2Q0.1KM1Q0.0I0.3SQ1I0.4SQ22023/2/1911I0.0I0.1I0.4I0.2Q0.0I0.3I0.1I0.0I0.3I0.2Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0I0.4Q0.1此梯形圖存在的問題:在兩端點處不能可靠停車4.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——舉例2023/2/1912PLC的外部接線同上。小車開始時停在左邊，左限位開關的常開觸點閉合。要求按下列順序控制小車：(1)按下右行起動按鈕，小車開始右行。(2)走到右限位開關處，小車停止運行，延時8s后開始左行。(3)回到左限位開關處，小車停止運動。4.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——舉例——較復雜的小車自動運行控制程序的設計2023/2/19134.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——舉例KM2Q0.1KM1Q0.0I0.3SQ1I0.4SQ2I0.0I0.1I0.4I0.2Q0.0I0.3I0.1I0.0I0.3I0.2Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0M2.0Q0.1I0.4DB1TONTimeINQPTETT#8SM2.0此圖與控制要求不相符?2023/2/1914I0.0I0.1I0.4I0.2Q0.0I0.3I0.1I0.0I0.3I0.2Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0M2.0Q0.1I0.4DB1TONTimeINQPTETT#8SM2.04.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——舉例KM2Q0.1KM1Q0.0I0.3SQ1I0.4SQ22023/2/19154.1梯形圖的經(jīng)驗設計法——總結1、確定PLC的輸入/和輸出信號2、畫PLC的外部接線圖啟動/停止一般使用常開按鈕

互鎖使用常閉開關3、梯形圖4、注意互鎖環(huán)節(jié)功能名觸點(物理)I/O接口正轉按鈕SB2I0.0反轉按鈕SB3I0.1停止按鈕SB1I0.2熱繼電器FRI0.2正轉線圈KM1Q0.0反轉線圈KM2Q0.12023/2/19164.2順序控制設計法與順序功能圖所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構自動地有秩序地進行操作。順序功能圖(SequentialFunctionChart，SFC)是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特點的一種圖形，也是設計PLC的順序控制程序的有力工具。順序功能圖是IEC61131-3居首位的編程語言，有的PLC為用戶提供了順序功能圖語言，例如S7-300/400的S7Graph語言，在編程軟件中生成順序功能圖后便完成了編程工作。S7-1200PLC沒有配備順序功能圖語言，但可以用SFC來描述系統(tǒng)的功能，根據(jù)它來設計梯形圖程序。2023/2/19174.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素(1)步用矩形框表示各步，框內(nèi)是步的編號(2)有向連線連接步與步，箭頭的方向表示步的轉換方向(3)轉換與轉換條件標注在步與步之間的短橫線旁(4)動作各步需要完成的動作2023/2/1918順序控制設計法將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段（步，Step）。用編程元件(例如位存儲器M)來代表各步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量的狀態(tài)是不同的。步的這種劃分使代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著簡單的邏輯關系。——步4.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素2023/2/1919小車剛開始停在最左邊，限位開關I0.2為1狀態(tài)。按下起動按鈕，Q0.0變?yōu)?狀態(tài)，小車右行。碰到右限位開關I0.1時，Q0.0變?yōu)?狀態(tài)，Q0.1變?yōu)?狀態(tài)，小車改為左行。返回起始位置時，Q0.1變?yōu)?狀態(tài)，小車停止運行，同時Q0.2變?yōu)?狀態(tài)，使制動電磁鐵線圈通電，接通延時定時器開始工作。定時時間到，制動電磁閥線圈斷電，系統(tǒng)返回初始狀態(tài)。4.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素2023/2/19204.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素2023/2/19214.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素2023/2/1922——步系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應的步稱之為初始步。初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動的相對靜止的狀態(tài)。每個順序功能圖都必須有一個初始步。順序功能圖中初始步用雙線方框表示。控制系統(tǒng)當前處在某一階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”，步處于活動狀態(tài)時，相應的動作被執(zhí)行，其狀態(tài)元件的值為1（ON）。處于不活動狀態(tài)，則停止執(zhí)行。4.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素2023/2/1923——有向連線在SFC中，隨著時間的推移和轉換條件的實現(xiàn)，將會發(fā)生步的活動狀態(tài)的進展，這種進展按有向連線規(guī)定的路線和方向進行。在畫SFC時，將代表各步的方框按它們成為活動步的先后次序順序排列，并用有向連線將它們連接起來。步的活動狀態(tài)習慣的進展是從上到下或從左到右，在這兩個方向有向連線上的箭頭可以省略。如果不是上述的方向，則應在有向連線上用箭頭注明進展方向。4.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素2023/2/1924——轉換與轉換條件轉換用有向連線上和有向連線相垂直的短劃線表示，將相鄰兩步分隔開。使當前步進到下一個步的信號，稱為轉換條件。可以是輸入信號，按鈕信號；也可是PLC內(nèi)部信號，如時間繼電器的信號，計數(shù)器的信號等。轉換條件可以是多個信號的與、或、非的組合，也可以是信號的上升沿或下降沿，分別用和表示。轉換條件直接標示在表示轉換的短線旁邊，較多使用布爾代數(shù)表達式。4.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素2023/2/1925每一步可以完成不同的動作。動作分為存儲型和非存儲型：如Q0.0，Q0.1，Q0.2均為非存儲型，在對應的步為活動步時為1，為不活動步時為0。步與它的非存儲性動作的波形相同。——動作4.2順序控制設計法與順序功能圖——順序功能圖四要素2023/2/19264.2順序控制設計法與順序功能圖——SFC的基本結構——單序列三種基本結構：單序列，選擇序列，并行序列單序列結構的功能表圖沒有分支，每個步后只有一個步，步與步之間只有一個轉換條件。不是指一個信號，它可能是多個信號的‘與’、‘或’等邏輯關系的組合！！2023/2/19274.2順序控制設計法與順序功能圖——SFC的基本結構——選擇序列與并行序列共同點：都有分支和合并不同點：選擇序列中各選擇分支不能同時執(zhí)行。若已選擇了轉向某一分支，則不允許另外幾個分支的首步成為活動步。所以各分支之間要互鎖。并行序列中各分支的首步同時被激活變成活動步。用雙線來表示其分支的開始和合并，以示區(qū)別。轉換條件放在雙線之上(之下)。2023/2/19284.2順序控制設計法與順序功能圖——SFC轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則——轉換實現(xiàn)的條件(1)該轉換所有的前級步都是活動步；(2)相應的轉換條件得到滿足。——轉換實現(xiàn)應完成的操作(1)使該轉換所有的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬剑?2)使該轉換所有的前級步都變?yōu)椴换顒硬健?023/2/1929——繪制順序功能圖的注意事項(1)兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉換將它們隔開。(2)兩個轉換也不能直接相連，必須用一個步將它們隔開。(3)初始步對應于系統(tǒng)等待起動的初始狀態(tài)，初始步必不可少。(4)步和有向連線一般應組成閉環(huán)。完成一次工藝過程的全部操作之后，在單周期工作方式下，應從最后一步返回初始步，系統(tǒng)停留在初始狀態(tài)；在連續(xù)循環(huán)工作方式下，應從最后一步返回下一工作周期開始運行的第一步。4.2順序控制設計法與順序功能圖——SFC轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則2023/2/19304.2順序控制設計法與順序功能圖——SFC轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則——順序控制設計法的本質(zhì)經(jīng)驗設計法順序控制設計法順序控制設計法用輸入量I控制代表各步的編程元件M，再用它們控制輸出Q。步是根據(jù)Q的狀態(tài)劃分的，M與Q之間有很簡單的“或”關系，輸出電路的設計很簡單。任何復雜系統(tǒng)的控制電路，設計方法是通用的。所以順序控制設計法相比經(jīng)驗設計法，具有簡單、規(guī)范、通用的特點。2023/2/1931用SFC編程的基本步驟如下：(1)分析控制要求，將控制過程分成若干個工作步，明確每個工作步的功能，弄清步的轉換是單向進行還是多向進行，確定步的轉換條件(可能是多個信號的“與”、“或”等邏輯組合)。可畫一個工作流程圖，對理順整個控制過程的進程以及分析各步的相互聯(lián)系有很大作用。(2)為每個步設定控制位。控制位最好使用位存儲器M的若干連續(xù)位。若用定時器/計數(shù)器的輸出作為轉換條件，則應為定時器/計數(shù)器指定輸出位。(3)確定所需輸入和輸出點，選擇PLC機型，作出I/O分配。(4)在前兩步的基礎上，畫出功能圖。(5)根據(jù)功能圖畫梯形圖。(可以采用起保停或置位復位電路)(6)添加某些特殊要求的程序。4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——基本問題2023/2/1932控制系統(tǒng)的梯形圖結構：公共程序手動程序自動程序在OB1中僅在首次掃描循環(huán)時為1狀態(tài)的M1.0將初始步對應的編程元件M4.0置1，其余各步的編程元件置0，為轉換的實現(xiàn)做好準備。如果MB4沒有設置保持功能，起動時被自動清零，則可以刪除MOVE指令。MB1為系統(tǒng)存儲器字節(jié)，M1.2的常開觸點一直閉合。M6.0為自動/手動切換按鈕。4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——基本問題2023/2/19334.3基于順序功能圖的梯形圖設計——基本問題——將順序功能圖轉換為梯形圖包括轉換電路和輸出電路。轉換電路：轉換條件滿足后可以實現(xiàn)轉換，即所有的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬剑械那凹壊蕉甲優(yōu)椴换顒硬健Ｌ菪螆D與轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有嚴格的對應關系。輸出電路：用代表步的存儲器位的常開觸點或它們的并聯(lián)電路來驅動輸出位線圈。轉換電路實現(xiàn)：置位復位指令，起保停電路2023/2/1934——置位和復位指令4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——基本問題——起保停電路Ci：各步的轉換條件（I區(qū)的外部輸入信號、PLC內(nèi)部定時器/計數(shù)器輸出等）轉換電路輸出電路2023/2/19351)I0.0啟動，快速移動2)I0.1觸發(fā)后，進入工速3)I0.2觸發(fā)后，退回起點4)I0.3觸發(fā)后，停止I0.3I0.1I0.2例1：組合機床動力頭運動示意圖4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/19364.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例轉換電路輸出電路優(yōu)點程序結構清晰便于調(diào)試和維護2023/2/19374.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例轉換電路輸出電路2023/2/1938例2：小車運行控制4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例轉換電路2023/2/19394.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例輸出電路2023/2/19404.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例例3：轉換電路2023/2/19414.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例轉換電路2023/2/19424.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例輸出電路2023/2/19434.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例例4：2023/2/1944例5：電液控制系統(tǒng)動力頭工作流程圖4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/1945控制要求如下：(1)系統(tǒng)啟動后，兩個動力頭便同時開始按流程圖中的工作步順序運行。從它們都退回原位開始延時10s后，又同時開始進入下一個循環(huán)的運行。(2)若斷開控制開關，各動力頭必須將當前的運行過程結束(即退回原位)后才能自動停止運行。(3)各動力頭的運動狀態(tài)取決于電磁閥線圈的通、斷電，對應關系如表所示。“+”表示該電磁閥的線圈通電，“-”表示不通電。4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例1號動力頭2號動力頭2023/2/1946I/O分配表4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/1947電液控制系統(tǒng)動力頭的控制功能圖

M2.0M2.1M2.2M2.3M2.4M2.5Q0.2、Q0.3Q0.1、Q0.2Q0.2、Q0.3、Q0.4Q0.1、Q0.3M3.1M3.2M3.3M3.4Q0.5、Q0.6Q0.5、Q0.7Q0.6、Q0.7M1.0I1.0I0.0I0.3I0.2I0.1I0.4I0.6I0.5延時10S，定時器輸出位M4.0快進快退快進工進工進Ⅰ工進Ⅱ快退原位等待原位等待4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/1948初始等待4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/19491號快進1號工進Ⅰ1號快退1號等待1號工進Ⅱ4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/19502號快進2號工進2號快退2號等待4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/19511號快進1號工進Ⅰ1號快退1號等待1號工進Ⅱ4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/19522號快進2號工進2號快退2號等待4.3基于順序功能圖的梯形圖設計——編程方法應用舉例2023/2/1953

對梯形圖的工作過程說明如下：(1)在PLC上電后的第一個掃描周期，M1.0為ON，使初始步M2.0為ON，為系統(tǒng)啟動作好準備。(2)在一個循環(huán)過程結束時，兩個動力頭一起在原位停留10s后，步M2.0自動成為活動步，以使系統(tǒng)進入下一個循環(huán)的過程，所以將原位等待定時器的輸出位M4.0與上電復位M1.0并聯(lián)。(3)因為步M2.1和步M