全自动洗衣机系统(30页).doc

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1、-云南大学滇池学院创新设计论文论文题目：PLC全自动洗衣机控制系统院 系：计电系姓 名：刘涛学 号：20082131061专 业：电子信息工程指导教师：谢汝生 2011年 6 月 日摘要本文介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识、西门子S7-200系列PLC的程序设计基础及PLC控制系统等知识。然后以西门子公司的S7-200系列小型PLC为控制装置，设计了一个简单的全自动洗衣机控制系统，并描述了全自动洗衣机控制系统的设计过程和运行结果。关键词：PLC可编程控制器、全自动洗衣机、自动控制-第 26 页-目录1

2、概述11.1 PLC产生背景11.2 PLC的基本概念与基本结构11.3 PLC的特点与应用领域32. PLC的硬件与工作原理52.1 PLC的硬件52.2 PLC的工作原理62.3 S7-200系列PLC83PLC程序设计基础93.1 PLC的编程语言与程序结构93.2 存储器的数据类型与寻址方式103.3 位逻辑指令123.4 定时器与计数器指令134数字量控制系统程序设计方法154.1梯形图的经验设计法154.2 顺序控制设计法与顺序功能图154.3使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法194.4 以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法204.5 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法20

3、5. 全自动洗衣机控制系统225.1划分工步225.2 I/O端口分配及系统分析235.3 顺序功能图235.4梯形图245.5系统调试与运行265.6实验小结26参考文献261 概述1.1 PLC产生背景可编程序控制器(Programmable Logic Controller, PLC)在产生之间，主要用继电器作为产生系统的控制。继电器的三大作用：弱电控制强电、电气隔离、进行简单逻辑运算，因为这些作用较适合当时对自动控制要求还比较的低的工业生产，所以在PLC未产生之前，它得到了大量的运用。传统的继电器控制系统，因为控制系统要求比较简单，所以使用的继电器数量较少，成本低，维修还不太困难，系统

4、反应速度还能满足生产要求，但现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，传统的继电器控制系统成为实现这一目标的巨大障碍。因为庞大的控制系统如果采用继电器的控制，要求的继电器的数量是巨大的，这使得系统的控制速度慢，易出故障，可靠性不高，维修困难，功耗大，灵活性变差。因此需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电气控制系统的工作更加可靠、更容易维修和适应经常变化的工业生产条件，于是PLC便在这种情况下产生了。1.2 PLC的基本概念与基本结构1.2.1 PLC的基本概念可编程序控制器(PLC):可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系

5、统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.2.2 PLC的基本结构PLC主要同CPU模块、输入模块（input）、输出模块（output）、编程器和电源模块组成（如图1-1）。1CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系系统中,CPU模块相当于人的大脑和心脏,它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用

6、来储存程序和数据，它的物理存储器分为：随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）。2I/O模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。I/O模块的作用：输入模块用来接收和采集输入信号。PLC通过输入模块检测被控对象或被控生产过程的各种参数，这些参数数据输入到PLC中用来控制PLC工作。（a）开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号。（b) 模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提

7、供的连续变化的模拟量电流电压信号。输出模块将PLC处理的结果送出PLC去控制外部设备，达到控制工业生产过程的目的。（a）开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。（b）模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行机构。通过上面对I/O模块的功能介绍和图1-1，简单的概括I/O模块的功能：传递信号、电平变换、噪声隔离。3编程器编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改、调试用户程序，监视用户程序执行情况。现在的发展趋势，编程软件取代了手持式编程器，在计算器上编好的PLC程序编译无错后通过通信电缆下载到PLC上来达到编程器的目的，所以现在的PLC大

8、多都没有带编程器。4电源PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC 24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。1.3 PLC的特点与应用领域1.3.1 PLC的特点1. 编程方法简单易学 梯形图是使用最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂。2. 功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器控制系统相比，具有很高的性能价格比。3. 硬件配

9、套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系统化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。4. 可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。而这些继电器是机械开关，使用寿命有限，容易出现故障。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。5. 系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件轼能取代了继电器控制系统中

10、大量的中间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减小。PLC的梯形图程序一般用顺序控制设计法来设计，这种编程方法很有规律，很容易掌握。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。6. 维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。如果发生故障时，只要查出发生故障的模块更换模块就可以迅速地排除故障。7. 体积小，能耗低PLC与大量的继电器相比，体积大大减小，耗能也比继电器少。因为PLC采用程序来取代大量继电器的电路连接，所以配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以节省大量的配线和附

11、件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节小大量的费用。1.3.2 PLC的应用领域1. 开关量逻辑控制PLC最基本最广泛的应用就是开关量逻辑控制。其输入输出均为开关量信号，控制过程替代继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制，可以用于单台设备，也可用于自动生产线，应用领域遍及各行各业。2. 运动控制PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动、圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，广泛应用于各种机械的加工场合。3. 闭环过程控制通过PLC的模拟量A/D、D/A模块，可以完成模拟量和数字量之间的相互转换，实现对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的PID（比例积分微分）闭环过程控

12、制。4. 数据处理现代PLC具有数学运算、数据传输、数据转换、排序、查表等功能，可能实现数据采集、分析和处理，大大增强了PLC自动控制系统的功能。5. 通信联网PLC的通信包括主机与远程I/O之间、多台PLC之间、PLC与其它智能设备（如计算机、变频器、数控装置等）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“分散控制、集中管理”的分布式自动控制系统（DCS系统）。1.3.3 PLC与其它控制设备的比较个人计算机：有较强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持，但主要为办公自动化和家庭设计，对环境要求不高，抗干扰能力不强，不能直接用于工业生产现场。单片机：只是一片集成电路，不能直接

13、将它与外部I/O信号相连。要专门设计和制作配套的I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，要求设计者具有较强的计算机专业知识和电路设计及制作能力。工业控制计算机：专为工业控制而设计，控制功能强大，速度快，可靠性高，数据处理能力强，图形显示功能好,价格高。外部接线多采用多芯扁平电缆和插头插座直接从各种印制电路板卡引出，接线不如PLC方便 2. PLC的硬件与工作原理2.1 PLC的硬件2.1.1 PLC的物理结构 根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。1整体式PLC 整体式又叫单元式或箱体式，即将PLC的模块集中装在一个箱体中。它的特点是：体积小、价格低，小型

14、PCL一般采用这种结构，单一的整体式PLC功能较固定，如果需要扩展功能，可以将扩展模块通过扁平电缆与PLC的CPU模块连接。2模块式PLC模块式即各功能模块没有像整体式那样集中装在一个箱体中，而是可以比较自由的组合。模块式PLC特点：可以灵活的组装用户需要的功能，维修时更换模块、判断故障范围很方便，大、中型PLC一般采用模块式结构。2.1.2 CPU模块中的存储器存储器分为系统存储器和用户程序存储器。PLC的CPU模块中的存储器：随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）。2.1.3 I/O模块在PLC中各I/O点的通/断状态用发光二极管（LE

15、D）显示，PLC与外部接线的连接一般采用接线端子。1输入模块输入电路设有RE滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。输入方式：直流输入模块、交流输入模块。图2-1是S7-200的直流输入模块的内部电路和外部接线图。当外接触点接通时，光耦合器中两个反并联的发光二极管中的一个亮，光敏三极管饱和导通；外接触点断开时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经内部电路传送给CPU模块。交流输入方式适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。2输出模块PLC的输出模块的输出电路：继电器输出电路、场效应

16、晶体管输出电路、双向晶闸管输出电路。继电器输出电路：既可以驱动直流负载也可以驱动交流负载，同时继电器起隔离和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常开触点。与触点并联的RC电路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的电弧。场效应晶体管输出电路：只能驱动直流负载，输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经光耦合器送给场效应晶体管，后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。图中的稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护场效应晶体管。双向晶闸管输出电路：只能驱动交流负载。2.2 PLC的工作原理2.2.1 PLC的操作模式1PLC有两种操作模式，即RUN（运行）模式与STOP（停止）模式。在

17、RUN模式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。在STOP模式，CPU不执行用户程序。2CPU模块上的模式开关在STOP位置时，将停止用户程序的运行；在RUN位置时，将启动用户程序的运行。模式开关在STOP或TERM（Terminal，终端）位置时，电源通电后CPU自动进入STOP模式；在RUN位置时，电源通电后自动进入RUN模式。2.2.2 PLC的工作原理 PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地分阶段处理各种不同的任务（如图2-2），这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。PLC在RUN工作模式下，

18、将采用周期性循环扫描、分时操作的工作方式，不断地读取输入，执行用户程序，处理通信请求，自诊断检查，改写输出。1.读取输入（输入采样）PLC把所有输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器中寄存起来，作为程序执行时的条件。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。2.执行用户程序PLC逐条顺序扫描执行用户程序（如果程序用梯形图表示，则按先上后下，先左后右的顺序扫描执行）。执行程序指令时，所需要的输入状态或其它编程元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而执行结果写入到元件映像寄存器

19、中，这就是说，对于每个编程元件来说，元件映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。3.通信处理可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。4.CPU自诊断测试在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。5.改写输出（输出刷新）输出刷新阶段，当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像寄存器中所有的输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出模块去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。6.中断程序的处理如果程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止执行正常的

20、扫描工作方式，立即执行中断程序。中断功能可以提高PLC对某些事件的响应速度。7.立即I/O处理在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读入输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。8.中断程序的处理：如果在程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止正常的扫描工作方式，立即执行中断程序，中断功能可以提高PLC对某些事件的响应速度。9.立即I/O处理：在程序执行过程中使用立即I/O点。用立即I/O指令读输入点的值时，相应的输入过程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出

21、过程映像寄存器的值被更新。PLC在STOP模式下，在每一个工作周期下，不执行用户程序，其它的与RUN工作模式一样。2.3 S7-200系列PLC2.3.1 S7-200的特点1功能强，有PID参数自整定、配方、数据归档等功能。2先进的程序结构3灵活方便的寻址方法4功能强大、使用方便的编程软件5简化复杂编程任务的向导功能6强大的通信功能7品种丰富的配套人机界面8有竞争力的价格9完善的网上技术支持3PLC程序设计基础3.1 PLC的编程语言与程序结构3.1.1 IEC 61131-3标准的5种编程语言(见图3-1、3-2、3-3)：1顺序功能图(Sequential Function Chart)

22、；2梯形图(Ladder Diagram)；3功能块图(Function Block Diagram)；4指令表(Instruction List)；5结构文本(Structured Text)。 上述的5种编程语言中,我们常用的有三种:顺序功能图、梯形图和指令表，下面介绍这两种语言： 顺序功能图：一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。梯形图：梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块图组成。指令表：S7系列将指令表称为语句表。PL

23、C的指令是一种与微的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成指令表程序或语句表程序。3.1.2 S7-200的程序由主程序、子程序和中断程序组成1主程序：每次扫描都要执行主程序。每个项目都必须且只能有一个主程序。在主程序中可以调用子程序和中断程序。2子程序：可选的，仅在被其它程序调用时执行。可以多次调用，简化程序代码、减少扫描时间、容易移植等特点。3中断程序：用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作，或者不能事先预测何时发生的中断事件。中断程序不是由用户程序调用，而是在中断事件发生时由操作系统调用。中断程序由用户编写。3.2 存储器的数据类型与寻址方式3.2.1 CPU的存储区1输入过

24、程映像寄存器（I）输入继电器输入过程映像寄存器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口。在每个扫描周期的开始，PLC的CPU模块对物理输入端进行采样，通过光电耦合器，将外部信号的状态读入并存入输入映像寄存器中。外部输入电路接通时对应的映像寄存器为ON（1状态），反之为OFF（0状态）。输入端可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串、并联电路。在梯形图中，可以多次使用输入位的常开触点或常闭触点。(如图3-4)一般情况下，输入继电器的状态唯一取决于现场输入信号的状态，不可能受用户程序的控制，因此在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈。2输出过程映像寄存器（Q）输出继电器在扫描周期的末尾，

25、CPU将输出过程映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。如果梯形图中Q0.0的线圈“通电”，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的常开触点闭合，使接在Q0.0输出端的外部负载通电，反之则外部负载断电。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但是在梯形图中，每一个输出位常开触点和常闭触点都可以多次使用。3变量存储区(V)：变量(Variable)存储器用来在程序执行过程中存放中间结果，或者用来保存与工序或任务有关的其它数据。4位存储区（M）位存储器（M0.0M31.7）类似于继电器控制系统中的中间继电器，用来存储中间操作状态或其它控制信息，也可以按字节、字或双字来存取。5定时器

26、存储区（T）定时器相当于继电器控制系统中的时间继电器。S7-200中有三种定时精度的定时器：1ms、10ms和100ms。定时器的当前值寄存器是16位有符号整数，用于存储定时器累计时间基准增量值（132767）。6计数器存储区（C）计数器用来对输入脉冲信号的上升沿进行计数。S7-200中提供了加计数、减计数和加减计数器。计数器当前值为16位有符号整数，用来存放计数脉冲（132767）。当加计数器的当前值大于等于设定值时，计数器位被置为1状态。用计数器地址（如C20）来存取当前值和计数器位，带位操作数的指令存取计数器位，带字操作数的指令存取当前值（即时计数脉冲数）。7高速计数器（HC）用来累计比

27、CPU的扫描速率更快的输入脉冲，计数过程由专门的控制电路来进行，与扫描过程无关。其当前值为32位有符号整数，当前值为只读数据。8累加器（AC）累加器用来向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存放计算的中间结果。9特殊存储器（SM）特殊存储器（SM）用于CPU与用户之间交换信息。例如：SM0.0一直为1状态；SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为1状态。SM0.4和SM0.5分别提供周期为1分钟和1秒的时钟脉冲。SM1.0、SM1.1和SM1.2分别为零标志、溢出标志和负数标志。10局部存储器(L)作为暂时存储器，或给子程序传递参数。11模拟量输入(AI)模拟量输入字(AI)用于存

28、放A/D模块转换得到的数字量，数据格式为一个字长（16位），因此从偶数字节地址开始（例如AIW2），为只读数据。12模拟量输出 (AQ)模拟量输出字(AQ)用于存放将要D/A转换为模拟量输出的数字量数值。数据格式为一个字长（16位），因此从偶数字节地址开始（例如AQW2），为只写数据，用户不能读取模拟量输出值。13顺序控制继电器（S）：顺序控制继电器（SCR）用于顺序控制编程用，与顺序控制继电器指令配合使用，用来表示顺序控制系统的工步步序。3.3 位逻辑指令3.3.1 触点指令1堆栈：S7-200有一个9层堆栈，栈顶用来存储逻辑运算的结果，下面的8层用来存放运算的中间结果。堆栈中的数据按“先进

29、后出”的原则存放。 2标准触点指令 常开触点对应的存储地址位为1状态时，该软继电器线圈得电，该触点闭合。 常开触点的连接指令有：LD：用于梯形图电路的起始常开触点的连接，即将该存储位状态值载入栈顶； A： 用于单个常开触点与其它触点的串联连接，即读出该存储器状态后与栈顶值相与，其结果存入栈顶； O： 用于单个常开触点与其它触点的并联连接，即读出该存储器状态后与栈顶值相或，其结果存入栈顶。 常闭触点对应的存储地址位为0状态时，该软继电器线圈失电，该触点闭合。 常闭触点的连接指令有：LDN：用于梯形图电路的起始常闭触点的连接，即该存储位取反后载入栈顶； AN：用于单个常闭触点与其它触点的串联连接；

30、即读出该存储器状态后取反，再与栈顶值相与，得到的结果存入栈顶；ON：用于单个常闭触点与其它触点的并联连接；即读出该存储器状态后取反，再与栈顶值相或，得到的结果存入栈顶；3装载或（OLD，Or Load）指令并联触点总是并在它前面已经连好的电路的两端。4.装载与(ALD,And Load)指令5.其他堆栈操作指令逻辑入栈(Logic Push, LPS)指令复制栈顶的值并将其压入堆栈的下一层,栈中原来的数据依次向下一层推移,栈底值被推出丢失。逻辑读栈(Logic Read, LRD)指令将堆栈中第2层的数据复制到栈顶，第29层的数据不变，但是原栈顶值消失。3.3.2 输出指令与其他指令1.输出指

31、令输出指令(=)与线圈相对应,驱动线圈的触点电路接通时,线圈流过”能流”,指定位对应的映像寄存器为1,反之则为0。执行输出指令时,将栈顶值复制到对应的映像寄存器。2置位与复位指令S（Set）是置位指令，R（Reset）复位指令。执行置指令或复位指令时，从指定的位地址开始的N个连续的位地址都被置位（变为1）或复位（变为0）。它们最主要的特点是有记忆和保持功能。3.4 定时器与计数器指令3.4.1 定时器指令1接通延时定时器接通延时定时器（TON）的使能输入端（IN）的输入电路接通时开始定时。当前值大于等于预置时间（Present Time,PT）端指定的设定值时，定时器位变为ON，梯形图中该定时

32、器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值勤仍然继续增大。输入电路断开时，定时器自动复位，当前值勤被子清零，定时器位变为OFF。CPU第一次扫描时，定时器位被清零。2断开延时定时器接在断开延时定时器（TOF）IN输入端的输入电路接通时，定时器位变为ON，当前值被清零。输入电路断开后，开始定时，当前值从0开始增大。当前值等于设定值时，输出位变为OFF，当前值保持不变，直到输入电路接通。断开延时定时器用于设备停机后的延时，例如大型电动机的冷却风扇的延时。3保持型接通延时定时器保持型接通延时定时器（TONR）的输入电路接通时，开始定时。当前值大于等于PT端指定的设定值时，定时器位变为ON。

33、达到设定值后，当前值仍然继续计数。保持接通延时定时器因为具有记忆功能，当输入电路断开时，当前值保持不变，所以只能用复位指令（R）来复位TONR，使它的当前值变为0，同时使定时器位OFF。3.4.2计数器指令1加计数器（CTU）当接在R输入端的复位输入电路断开时，接在CU输入央的加计数（Count Up,CU）脉冲输入电路由断开变为接通，计数器的当前值加1，直到计断最大值为32767。当前值大于等于设定值PV时，计数器位被置1。当复位输入R为ON或执行复位指令时，计数器被复位，计数器位变为OFF，当前值被清零。2减计数器（CTD）在减计数（Count Down,CD）脉冲输入信号的上升没，从设定

34、值开始，计数器的当前值减1，减到0时，停止计数，计数器位被置1。装载输入LD为1状态时，计数器位被复位为0，并把设定值装入当前值寄存器。4数字量控制系统程序设计方法4.1梯形图的经验设计法经验设计法:没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性和随意性,最后的结果不是惟一的,设计所有用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系。经验设计法没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间元件来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于需要考虑的因素较多，它们往往又交织在引起，分析起来十分困难，并且容易遗漏

35、一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，很可能会“牵一发而动全身”，对系统的其它部分产生意想不到的影响，因此梯形图的修改十分麻烦，往往花了很长时间还得不到一个满意的结果。用经验设计法设计出的梯形图程序往往很难阅读，给系统的维修和改进带来了很大困难。4.2 顺序控制设计法与顺序功能图4.2.1 顺序控制设计法顺序控制：按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时音的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图。顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计

36、PLC的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成。4.2.2 步与动作1步的基本概念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。步是根据输出量的状态变化来划分的，步划分的原则：（a）在任何一步之内，各输出量的ON/OFF状态不变；（b）相邻两步输出量总的状态是不同的。2初始步与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至步应该有一个初始步，一方面因为该步与它的相邻步相比，输出变量总的状态各不相同，另一方面如果没有该步，系统将无法表示其初始状态，系统

37、也将无法返回停止状态。3与步对应的动作或命令控制系统可以划分为：被控系统和施控系统，例如用PLC控制工厂中的机器，则PLC为施控系统，而机器是被控系统。施控系统发出的是“命令”，被控系统在命令指导下完成对应的“动作”，在PLC中将它们称为命令或动作。如果某一步有几个动作,可以用图4-1所示的两种方法排列,但是在图中各动作的先后顺序,并不隐含这些动作之间的任何顺序。4活动步当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行。4.2.3 有向连线与转换条件1有向连线随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的进展，这种进展按有向连线规

38、定的路线和方向进行。步的活动状态习惯的进展方向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，如果不是上述的方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。2转换转换用有向连线上与有向连垂直的短划线来表示，转换将相邻两步隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。3转换条件使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。转换条件的提供信号：（a） 外部的输入信号（如按钮、指令开关、限位开关的接通或断开等）；（b） PLC内部产生的信号（如定时器、计数器常开触点的接通等）；（c） 若干个信号的与、或、非等的逻辑组合（若干信号“与”、“或”、“非”的逻辑组合）。转换条

39、件是与转换相关的逻辑命题，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线旁边，使用得最多的是布尔代数表达式。如图4-2（A）是用文字语言表示转换条件，而（B）用布尔代数表达式表示，（C）用开关图形符号表示，（D）用电路中常用的门“与”门表示，（E）布尔代数表达式加上方向箭头表示上升沿、下降沿。4.2.4 顺序功能图的基本结构1单序列单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面只有一个步。如图4-3（a）2选择序列选择序列的开始称为分支（如图4-3（b），转换符号只能标在水平连线之下。如果步5是活动步，并且转换条件h=1,则发生由步5-步8的进

40、展；如果步5是活动步，并且转换条件k=1，则发生由步5-步10的进展。选择序列的结束称为合并（如图4-3（b），几个选择序列合并到一个公共序列时，用需要重新组合的序列相同数量的转换符号和水平连线来表示，转换符号只允许标在水平连线之上。如果步9是活动步，并且转换条件j=1,则发生由步9-步12的进展；如果步11是活动步，并且n=1，则发生由步11-步12的进展。3并行序列并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。并行序列的开始称为分支（如图4-3（c），当转换的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列。当步3是活动的，并且转换条件e=1，步4和步6同时变为活动步，同时步3变

41、为不活动步。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。步4和步6被同时激活后，每个序列中活动步的旱灾展将是独立的。在表示同步的水平双线之上，只允许有一个转换符号。并行序列的结束称为合并（如图4-3（c），在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。当直接连在双线上的所有前级步（步5和步7）都处于活动状态，并且转换条件i=1时，才会发生步5和步7到步10的进展，即步5和步7同时变为不活动步，而步10变为活动步。4.2.5 顺序功能图中转换实现的基本规则1转换实现的条件（a）该转换所有的前级步都是活动步；（b）相应的转换条件得到满足。2转换实现应完成的操作（a）使所有由有向连线与相应转换符号

42、相连的后续步都变为活动步；（b）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。注意：在并行序列的合并处，转换有几个前级步，它们均为活动步时才有可能实现转换，在转换实现时应将它们对应的编程元件全部复位。在选择序列的分支与合并处，一个转换实际上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多个后续步。3绘制顺序功能图时的注意事项（a）两个步绝对不能直接相连,必须用一个转换将它们分隔；（b）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开；（c）初始步是必不可少的，一方面因为该步与它的相邻步相比，从总体上说输出变量的状态各不相同；另一方面如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无

43、法返回等待起动的停止状态。（d）单周期操作的控制系统：当启动信号到来时，系统从初始步开始运行，在执行完一次工艺过程的全部操作之后，从最后一步返回到初始步，系统停止在初始状态，等待下一次启动信号的到来。连续循环工作的控制系统：当启动信号到来时，系统从初始步开始运行，在执完一次工艺过程的全部操作之后，系统从最后一步返回到工作周期中开始运行的第一步（即初始等待步），继续执行下一个周期的操作，直到系统的停止信号到来时，系统执行完一个工作周期后，返回并停在初始等待状态（即初始等待步），等待下一个启动信号的到来。4.3使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，任何一种

44、PLC的指令系统都有这一类指令，因此这是一种通用的编程方法，可以用于任意型号的PLC。根据顺序功能图设计梯形图时，可以用存储器位M来代表步。某一步为活动步时，对应的存储器位为1状态，某一转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。设计起保停电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。4.3.1 单序列的编程方法图5-1为起保停电路顺序控制单序列梯形图设计：4.3.2 选择序列与并行序列的编程方法图4-5为选择序列顺序功能图与梯形图，图中步Mi向下转换有两条路径可以选择，根据转换条件，如果Li+1条件满足时，则步Mi转换到步Mi+1；如果Li+2条件满足时，则步Mi转换到步Mi+3，但

45、Mi不会同时向两步转换。合并时，只要步Mi+2为活动步有转换条件Li+1满足，步Mi+2就能转换到步Mi+5；同样只要步Mi+4为活动步有转换条件Li+6满足，步Mi+4就能转换到步Mi+5；图4-6并行序列的顺序功能图与梯形图，与选择序列不同的是，并行序列的分支是同时进行的，步Mi为活动步且转换条件Li+1满足，则步Mi+1和Mi+3都变为活动步。合并时，只有步Mi+2和步Mi+4都为活动步，同时转换条件Li+4满足，才能转换到步Mi+5为活动步。4.4 以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法 以转换为中心的顺序控制梯形图是用置位和复位指令来实现的。如图4-7以转换为中心的顺序控制梯形图。 注意：以转换为中心的顺序控制梯形图用置位和复位指令实现的只是步与步之间的转换，不能将控制输出也放在其中，控制输入必须另设一个网络。4.5 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法4.5.1 顺序控制继电器指令S7-200中的顺序控制继电器(SCR)专门用于编制顺序控制程序。顺序控制程序被划分为LSCR与SCRE指令之间的若干个SCR段，一个SCR段对应于顺序功能图中的一步。（如表4-1）装载顺序控制继电器（Load Sequence Control Relay）指令“LSCR S_bit”用来表示一个SCR段（即顺序功能图中