PLC梯形图编程方法.ppt

PLC程序设计,QQCT 吕向东,教学目的,1、 掌握常见的可编程序控制器典型环节电路的程序编写 2、 要求掌握基本程序用经验设计法来编程,PLC程序设计,第一节 梯形图的特点与典型单元的梯形图程序 第二节 梯形图经验设计法 第三节 梯形图顺序控制设计法,第一节 梯形图的特点与典型单元的梯形图程序,梯形图是PLC程序设计使用最多的编程语言，被称为PLC的第一编程语言。 梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。 梯形图又被称为PLC的电路图或程序，梯形图的设计称为编程。,软继电器如果为“1”态，则表示梯形图中对应的软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开；该存储单元如果为“0”态，则表示梯形图中对应的软继电器的线圈“断电”，其常开触点断开，常闭触点接通。,能流的方向只能从左到右，从上到下，不能倒流。如果梯形图中出现了能流倒流的情况，则梯形图编写错误。,利用能流的概念，有助于我们更好的理解和分析梯形图。,梯形图两侧的垂直公共线称为母线（Bus bar）（分为左母线和右母线）。 借用能流的概念，可以想像左右母线之间有一个左正右负的直流电压，母线之间有“能流”从左向右流动。,根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。 梯形图的逻辑解算是从左到右、从上到下的顺序进行的。,1、梯形图中各编程元件按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线圈即对应一个逻辑行（或一层阶梯），每一个逻辑行起于左母线，然后是触点元件的连接，最后终止于线圈或右母线。,注意：左母线和线圈之间一定要有触点，而线圈和右母线之间不能有任何触点。,2、梯形图中的触点可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联不能串联。,3、触点（常开或常闭）的使用次数不受限制，而一般情况下某个编号的线圈只能出现一次。,4、在每一逻辑行中，串联触点多的支路应放在上方。如果串联触点多的支路在下方，则语句增多，程序变长 。,5、在每一逻辑行中，并联触点多的支路一放在左方。如果并联触点多的支路在右方，则语句增多，程序变长。,6、梯形图中，当多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，应将其合并。,当相同条件复杂时，合并后可节约许多存储空间，这对小容量的PLC很有意义。,1.起动、保持和停止电路 2.电动机正反转控制电路 3.多继电器线圈控制电路 4.多地控制电路 5.互锁控制电路,6.顺序起动控制电路 7.集中与分散控制电路 8.自动与手动控制电路 9.闪烁电路 10.延合延分电路 11.定时范围扩展电路,起动、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起动、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,电动机正反转控制演示,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。,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。,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。,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。,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。,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。,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。,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。,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,1)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。,2)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，左图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。,定时器和计数器组合定时演示,第二节 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。,经验设计法是可编程控制器应用系统程序设计方法中最原始的方法，也是每一个初学者都经常使用的方法。这是借用了设计继电接触器控制电路的方法来设计梯形图，根据被控对象的具体要求，反复修改、完善梯形图，直到结果满意。 经验设计法一般用于比较简单的程序设计。,分析控制要求，选择控制原则； 设计主令元件和检测元件，确定输入输出设备； 设计执行元件的控制程序； 检查修改和完善程序。,经验设计法适合于具有一定实践经验、对典型单元比较熟悉的设计人员，进行较简单的控制系统的设计。,经验设计法没有普遍的规律可遵循，具有很强的试探性和随意性，没有规律可循，设计最终结果并不是唯一的，设计所花的时间、设计质量与设计者的经验有很大关系。如果用来设计复杂控制系统，则存在以下问题：,考虑不周，设计麻烦，设计周期长 梯形图的可读性差，系统维护困难,常闭触点输入信号的处理,如果输入信号只能由常开触点提供，梯形图中的触点类型与继电器电路的触点类型完全一致。 如果接入PLC的是输入信号的常闭触点，这时在梯形图中所用X1触点的类型与PLC外接的触点类型刚好相反，与继电器电路图中的习惯也是相反的。建议尽可能采用常开触点作为PLC的输入信号。 注：输入信号如果为高电平（“1”态），则表示梯形图中对应的软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开；输入信号如果为低电平（“0”态），则表示梯形图中对应的软继电器的线圈“断电”，其常开触点断开，常闭触点接通。,从以上分析可以看出，在设计梯形图时，输入继电器的状态最好按输入设备全部为常开而进行设计更为合适，不易出错。如果某些信号只能用常闭输入，则可先按常开设计，然后在梯形图中对输入继电器的触点状态取反。,案例一,在生产实践过程中，某些生产机械常要求既能正常起动，又能实现调整位置的点动工作。 试用可编程控制器的基本逻辑指令来控制电动机的点动及连续运行。,一、异步电动机控制线路图,异步电动机控制线路图,图（ a ）为主电路。工作时，合上刀开关 QS ，三相交流电经过 QS ，熔断器 FU ，接触器 KM 主触点，热继电器 FR 至三相交流电动机。,图（ b ）为最简单的点动控制线路。起动按钮 SB 没有并联接触器 KM 的自锁触点，按下 SB ， KM 线圈通电，松开按钮 SB 时，接触器 KM 线圈又失电，其主触点断开，电动机停止运转。,图（ c ）是带手动开关 SA 的点动控制线路。当需要点动控制时，只要把开关 SA 断开，由按钮 SB 2 来进行点动控制。当需要正常运行时，只要把开关 SA 合上，将 KM 的自锁触点接入，即可实现连续控制。,图（ d ）中增加了一个复合按钮 SB 3 来实现点动控制。需要点动运行时，按下 SB 3 点动按钮，其常闭触点先断开自锁电路，常开触发后闭合接通起动控制电路， KM 接触器线圈得电，主触点闭合，接通三相电源，电动机起动运转。当松开点动按钮 SB 3 时， KM 线圈失电， KM 主触点断开，电动机停止运转。 若需要电动机连续运转，由停止按钮 SB 1 及起动按钮 SB 2 控制，接触器 KM 的辅助触点起自锁作用。,二、可编程控制器的硬件连接,实现电动机的点动及连续运行所需的器件有：起点按钮 SB1 ，停止按钮 SB2 ，交流接触器 KM ，热继电器 JR 及刀开关QS 等。主电路的连接如图所示。,三、梯形图的设计,梯形图是以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变而来。两者部分符号对应关系如表所示。,梯形图的设计,根据输入输出接线圈可设计出异步电动机点动运行的梯形图如图 （ a ）所示。工作过程分析如下：当按下 SB1时，输入继电器X0得电，其常开触点闭合，因为异步电动机未过热，热继电器常开触点不闭合，输入继电器 X2 不接通，其常闭触点保持闭合，则此时输出继电器 Y0 接通，进而接触器 KM 得电，其主触点接通电动机的电源，则电动机起动运行。当松开按钮 SB1 时， X0 失电，其触点断开， Y0 失电，接触点 KM 断电，电动机停止转动，即本梯形图可实现点动控制功能。,梯形图的设计,图（ b ）为电动机连续运行的梯形图，其工作过程分析如下： 当按 SB 1 被按下时 X0 接通， Y0 置 1 ，这时电动机连续运行。需要停车时，按下停车按钮 SB 2 , 串联于 Y0 线圈回路中的 X1 的常闭触点断开， Y0 置 0 ，电机失电停车。,启 - 保 - 停电路,梯形图（ b ）称为启 - 保 - 停电路。这个名称主要来源于图中的自保持触点 Y0 。并联在 X0 常开触点上的 Y0 常开触点的作用是当按钮 SB1 松开，输入继电器 X0 断开时，线圈 Y0 仍然能保持接通状态。工程中把这个触点叫做“自保持触点”。启 - 保 - 停电路是梯形图中最典型的单元，它包含了梯形图程序的全部要素。它们是： a 、每一个梯形图支路都针对一个事件。事件输出线圈（或功能框）表示，本例中为 Y0 。 b 、事件发生的条件， 梯形图支路中除了线圈外还有触点的组合，使线圈置 1 的条件即是事件发生的条件，本例中为起动按钮 X0 置 1 。 c 、事件得以延续的条件 ，触点组合中使线圈置 1 得以持久的条件。本例中为与 X0 并联的 Y0 自保持触点。 d 、使事件终止的条件， 触点组合中使线圈置 1 中断的条件。本例中为 X1 的常闭触点断开。,四、语句表,点动控制即图 （ a ）所使用到的基本指令有： 从母线取用常开触点指令 LD ； 常闭触点的串联指令 ANI ； 输出继电器的线圈驱动指令 OUT 。 每条指令占用一个程序步，语句表如下:,程序步 指令 元件 0 LD X0 1 ANI X2 2 OUT Y0,语句表,连续运行控制即图（ b ）所使用到的基本指令有： 从母线取用常开触点指令 LD ； 常开触点的并联指令 OR ； 常闭触点的串联指令 ANI ； 输出继电器的线圈驱动指令 OUT 。语句表如下：,程序步 指令 元件 0 LD X0 1 OR Y0 2 ANI X1 3 ANI X2 4 OUT Y0,案例二,由电机及拖动基础可知，三相交流异步电动机起动时电流较大，一般是额定电流的（ 5 7 ）倍。故对于功率较大的电动机，应采用降压起动方式， Y/ 降压起动是常用的方法之一。 起动时，定子绕组首先接成星形，待转速上升到接近额定转速时，再将定子绕组的接线换成三角形，电动机便进入全电压正常运行状态。,一、异步电动机Y/降压起动控制电路,异步电动机Y/降压起动控制电路,工作过程分析如下:,二、可编程控制器的硬件连接,本模块所需的硬件及输入 /输出端口分配如图所示。由图可见：本模块除可编程控制器之外，还增添了部分器件，其中，SB1 为停止按钮，SB2为起动按钮，FR为热继电器的常开触点，KM1为主电源接触器，KM2 为形运行接触器，KM3为Y形起动接触器。,三、软件设计,案例三,控制过程： 1. 小车能在A、B两地分别起动，小车起动后自动返回A地，停止等待装料，然后自动向B地运行，到达B地后，卸料，然后再返回A地，如此往复。 2. 小车在运行过程中，可随时用手动开关令其停车。,1、分析控制要求，确定输入、输出设备，绘制I/O接线图： 1）要实现小车的左右往复运动，只要对小车的拖动电动机实现正反转控制即可。这里用两个接触器分别控制小车左行（KM2）右行（KM1）。 2）系统的起动（左SB2、右SB1）、停止（SB3）需要三个按钮，起点和终点处的两个行程开关是用来自动控制小车的往复运动的，也应作为输入设备,2、修改、完善以满足控制要求： 1）小车在两处装料、卸料需要延时，应增加定时器。 2）延时结束，小车要能自动继续左行或右行，应在Y2和Y3线圈前加入定时器的延时触点。 3）小车到达SQ1或SQ2处要能自动停下，应在Y2和Y3线圈前加入相应行程开关的常闭触点。,4）若小车停在SQ1或SQ2处，就算曾经按下停止按钮，小车仍然会自行起动。解决方法：增加辅助继电器记忆起动信号。,设计法的缺点：易漏掉某些环节，设计出的梯形图可读性差，只适用来设计一些简单的程序。,严格按照一定的先后次序运行的系统称为顺序控制系统，也叫步进控制系统。其控制总是按顺序一步一步的进行。 顺序控制系统的三种基本类型：时间顺序、逻辑顺序、条件顺序。 顺序控制设计法：是针对顺序控制的一种专门的设计方法。这种方法简单易学，容易为初学者所接受，程序的调试、修改和阅读也很方便,第三节 梯形图顺序控制设计法,使用顺序控制设计法时，首先要根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。主要有以下四个步骤： 划分步 确定转换条件 绘制顺序功能图（SFC） 将顺序功能图转换为梯形图（LAD）,步的划分方法： 根据PLC输出状态的变化来划分，在任何一步之内，输出状态不变，但是相邻步之间输出状态一定不同。 根据被控对象工作状态的变化来划分。但是被控对象工作状态的变化是由于PLC输出状态的变化引起的，否则就不能这样划分。,将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step）。,第一步：所有灯灭 第二步：红灯亮，其余灯灭，持续时间5s 第三步：红灯灭，绿灯亮，黄灯灭，持续时间10s 第四步：红灯灭，绿灯亮，黄灯亮，持续时间5s,注意： 在任何一步之内，输出量的状态不变，但是相邻两步的状态一定要改变。,转换条件使系统由当前步转入下一步的信号。 转换条件来源于三个方面： 外部输入信号，如按钮开关、限位开关的接通/断开； PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开； 若干信号的与、或、非逻辑组合。,顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，使它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制各输出继电器。,顺序功能图（SFC：Sequential Function Chart）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也叫功能表图或流程图。 SFC是一种通用的编程语言，它由步、转换条件、有向连线等组成。,如果PLC支持SFC编程语言，则可以直接使用SFC作为最终程序，否则就要转换为LAD程序。,步、有向连线、转换、转换条件和动作。, 步：系统的某一个状态 初始步：系统的初始状态 动作：施控系统向被控系统发出的命令, 活动步当系统中正处于某一步时，该步处于活动状态，称为活动步。 步处于活动状态时，相应的动作被执行。 保持型动作：该步不再处于活动状态时，其动作仍然继续被执行。 非保持型动作：该步不活动时，其动作停止执行。 注意：在顺序功能图中，保持型动作应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。, 有向连线：表示步的活动状态的进展方向，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。 活动状态的进展方向习惯上是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头，可以省略。如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。 转换：与有向连线垂直的短划线。 转换将相邻两个步分隔开，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。, 转换条件：是与转换相关的逻辑条件。 转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短划线的旁边。 符号X和X分别表示逻辑信号X为“1”和“0”态时，转换实现。 符号X和X分别表示信号X从01和从10状态时，转换实现。 布尔代数表达式（X0+X3）C0表示该表达式逻辑运算结果为“1”态时，转换实现, 单序列 由一系列相继激活的步组成； 每一步的后面只有一个转换； 每一个转换的后面只有一个步 。, 选择序列 一个活动步之后，紧跟着几个后续步可供选择； 选择序列的开始称为分支，每个分支都有各自的转换条件； 某一时刻只允许选择一个序列； 选择序列的结束称为合并。, 并行序列 转换的实现导致几个分支同时激活； 为了强调转换的同步实现，有向连线的水平部分用双线表示； 在表示同步的水平线上只有一个转换符号； 并行序列的开始称为分支，结束称为合并。, 跳转、重复、循环,该转换的前级步必须是活动步； 相应的转换条件得到满足。,如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现成为同步实现。为了强调同步实现，有向连线的水平部分用双线表示。,同步实现,使所有由有向连线与该转换条件相连的后续步变为活动步； 使所有由有向连线与该转换条件相连的前级步变为不活动步 。,以上规则适用于任意结构中的转换。转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图的基础，它适用于顺序功能图的各种结构。,在单序列中，一个转换仅有一个前级步和一个后续步； 在并行序列的分支处，转换有几个后续步，转换实现时要对后续步中的所有编程元件置位； 在并行序列的合并处，转换有几个前级步，当所有前级步均为活动步时才可能实现转换，转换实现时要对前级步的所有编程元件复位； 在选择序列的分支和合并处，一个转换只有一个前级步和一个后续步，但是一个步可能有多个前级步或后续步。,关于“转换”的注意事项：,两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开； 两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开；,可检验顺序功能图是否正确,初始步必不可少；,顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的起始状态，由于初始步可能没有动作执行，因此很容易遗漏。如果没有初始步，无法表示初始状态，系统也就无法返回到停止状态。 只有当某一步的所有前级步都是活动步时，该步才可能变成活动步。因此必须要有初始化信号将初始步预置为活动步，否则系统中永远无法出现活动步，系统无法工作。,顺序控制系统要实现自动控制，必须多次重复执行同一工艺过程，因此顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。,单周期操作：在完成一个工艺过程的全部操作后，应从最后一步返回初始步，使系统停留在初始状态； 连续循环操作：在完成一个工艺过程的全部操作后，应从最后一步返回下一个工作周期开始允许的第一步。 换句话说，就是顺序功能图中不能有“到此为止”的死胡同。,经验设计法实际上是试图用输入信号I直接控制输出信号Q（如下图a所示）。 顺序控制设计法则是用输入量I代表控制各步的编程元件（如内部辅助继电器M），再用它们控制输出量Q（见上图b）。,某一步转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为非活动步。 换句话说，当某步 为活动步时，其后续步 为非活动步(记 )，且 步成为活动步的条件是其前级步 为活动步且转换条件 满足。,五、顺序功能图转换为梯形图的基本原则,按照起保停电路的设计思想，上述逻辑关系可以用布尔表达式表示为：,d,举例,例 画出下图所示波形对应的顺序功能图。,a) 时序图,b) 顺序功能图,例 指出下图所示顺序功能图中的错误。,分析错误： 最上面的转换没有转换条件； 初始步应为双线方框； 输出Q不能作为转换条件（一般用输入继电器、内部定时/计数器、以及它们的逻辑组合作为转换条件）； 输入I0.5不能作为动作； 转换I0.0与最上面的转换不能直接相连，没有步隔开； 步M0.2跳转到M0.0无转换条件； 步M0.3后门没有转换和步，系统运行到步M0.3时会“死机”。,案例,一、控制要求 人靠近自动门时，感应器X0 为ON，Y0 驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关X1 时，变为低速开门。碰到开门极限 开关X2 时电动机停转，开始延时。若在0.5s 内感应器检测到无人，Y2 起动电动机高速关门。碰到关门减速开关X4 时， 改为低速关门，碰到关门极限开关X5 时电动机停转。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，T1 延时0.5s 后自动转 换为高速开门,顺序功能图的绘制,选择序列起-保-停电路编程,谢谢！,( 28/2/2012 青岛),