工信版(中职)电器PLC控制技术第5章教学课件.ppt
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1、Y CF(中职)电器PL C 控制技术第5 章教学课件 第5 章PLC程序设计方法 5.1 编程方法指导 5.2 功能表图设计法 5.3 程序设计举例5.1 编程方法指导 PLC 是专为工业控制而开发的装置,其主要使用者是工厂广大电气技术人员,为了适应他们的传统习惯和掌握能力,通常PLC 不采用微机的编程语言,而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。梯形图是使用得最多的图形编程语言,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。梯形图常被称为电路或程序,梯形图的设计称为编程。下一页 返回5.
2、1 编程方法指导 5.1.1 梯形图的特点 1.软继电器 PLC 梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称,如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等,但是它们不是真实的物理继电器,而是一些存储单元(软继电器),每一软继电器与PLC 存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态,则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”,其常开触点接通,常闭触点断开,称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。下一页 返回 上一页5.1 编程方法指导 2.能流 如图5-1 所示触点1,2 接通时,有一个假想的“概念电流”或“能流”(Power Flow)从左向右流动,这一方向与执行用户
3、程序时的逻辑运算的顺序是一致的。能流只能从左向右流动。利用能流这一概念,可以帮助我们更好地理解和分析梯形图。3.母线 梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Busbar),在分析梯形图的逻辑关系时,为了借用继电器电路图的分析方法,可以想象左右两侧母线(左母线和右母线)之间有一个左正右负的直流电源电压,母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。下一页 返回 上一页5.1 编程方法指导 4.梯形图的逻辑解算 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。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果,马上可以被后面的逻辑解算所利用
4、。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值,而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。下一页 返回 上一页5.1 编程方法指导 5.1.2 梯形图编程的基本原则 PLC 编程应该遵循以下基本原则:.外部输入、输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用,无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数;.梯形图每一行都是从左母线开始,线圈接在最右边,接点不能放在线圈的右边参看图5-2;.线圈不能直接与左母线相连,如果需要,可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭接点或者特殊内部继电器89010(常ON)的常开接点来连接,参看图5-3;下一页 返回
5、上一页5.1 编程方法指导.同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作,应尽量避免线圈重复使用;.梯形图程序必须符合顺序执行的原则,即从左到右,从上到下地执行,如不符合顺序执行的电路不能直接编程,例如图5-4 所示的桥式电路就不能直接编程;.在梯形图中串联接点、并联接点的使用次数没有限制,可无限次地使用,如图5-5 所示;.两个或两个以上的线圈可以并联输出,如图5-6 所示。下一页 返回 上一页5.1 编程方法指导 5.1.3 动断触点输入的处理 PLC 是继电器控制柜(盘)的理想替代物,在实际应用中,常遇到对老设备的改造,即用PLC 取代继电器控制柜。这时已有
6、了继电器控制电路图,此电路图与PLC 的梯形图相类似,可以进行相应的转换,但在转换过程中必须注意对作为PLC输入信号的动断触点的处理。以三相异步电动机起停的控制电路为例,改造后的PLC 输入输出接线如图5-6(a)所示,从图中可见,这里仍沿用继电器控制的习惯,启动按钮SB1 选用动合形式,停止按钮SB2选用动断形式。此时如果直接将图5-6(b)所示的原继电器控制电路图转换为图5-6(c)所示的PLC 梯形图,运行程序时会发现输出继电器Y31 无法接通,电动机不能启动。返回 上一页5.2 功能表图设计法 PLC 在逻辑控制系统中的程序设计方法主要有经验设计法、逻辑设计法和继电器控制电路移植法三种
7、。经验设计法实际上是沿用了传统继电器系统电气原理图的设计方法,即在一些典型单元电路(梯形图)的基础上,根据被控对象对控制系统的具体要求,不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复调试和修改梯形图,增加很多辅助触点和中间编程元件,最后才能得到一个较为满意的结果。这种设计方.法没有规律可遵循,具有很大的试探性和随意性,最后的结果因人而异。下一页 返回5.2 功能表图设计法 继电器控制电路移植法,主要用于继电器控制电路改造时的编程,按原电路图的逻辑关系对照翻译即可。在逻辑设计法中最为常用的是功能表图设计法(又称顺序控制设计法)。本节将主要介绍功能表图的绘制方法。在工业控制领域中,顺序控制的应用很广,尤
8、其在机械行业,几乎无例外地利用顺序控制来实现加工的自动循环。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法 5.2.1 功能表图的设计 1.步的划分 分析被控对象的工作过程及控制要求,将系统的工作过程划分成若干阶段,这些阶段称为“步”。步是根据PLC 输出量的状态划分的,只要系统的输出量状态发生变化,系统就从原来的步进入新的步。如图5-7(a)所示,某液压动力滑台的整个工作过程可划分为四步,即:0 步A,B,C 均不输出;1步A,B 输出;2 步B,C 输出;3 步C 输出。在每一步内PLC 各输出量状态均保持不变。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法 步也可根据被控对象工作状态的变化来划分
9、,但被控对象的状态变化应该是由PLC 输出状态变化引起的。如图5-7(b)所示,初始状态是停在原位不动,当得到启动信号后开始快进,快进到加工位置转为工进,到达终点加工结束又转为快退,快退到原位停止,又回到初始状态。因此,液压滑台的整个工作过程可以划分为停止(原位)、快进、工进、快退四步。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法 2.转换条件的确定 确定各相邻步之间的转换条件是顺序控制设计法的重要步骤之一。转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器触点的动作(通/断)等。如图5-7(b)所示,滑台由停止(原位)转为快进,其转换条件是按下启动按钮SB
10、1(即SB1 的动合触点接通);由快进转为工进的转换条件是行程开关SQ2 动作;由工进转为快进的转换条件是终点行程开关SQ3 动作;由快退转为停止(原位)的转换条件是原位行程开关SQ1 动作。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法 3.功能表图的绘制 根据以上分析画出描述系统工作过程的功能表图,是顺序控制设计法中最为关键的一个步骤。绘制功能表图的具体方法将在下面介绍。4.梯形图的编制 根据功能表图,采用某种编程方式设计出梯形图程序。有关编程方式将在本章第三节中介绍。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法 5.2.2 功能表图的绘制方法 1.功能表图概述 功能表图又称做状态转移图,它是描
11、述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形,也是设计PLC 的顺序控制程序的有力工具。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术,它是一种通用的技术语言,可以用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法 2.功能表图的组成要素 图5-8 所示为功能表图的一般形式。它主要由步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。(1)步在功能表图中用矩形框表示,图5-8 所示各步的编号为n-1,n,n+1。编程时一般用PLC 内部编程元件来代表各步,因此经常直接用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号,如M300 等,这样在根据功能表图设计梯形图时较为方便。(
12、2)初始步即与系统的初始状态相对应的步。初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示,每一个功能表图至少应该有一个初始步。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法(3)活动步当系统正处于某一步时,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。若为保持型动作则该步不活动时继续执行该动作,若为非保持型动作则指该步不活动时,动作也停止执行。(4)动作一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统,例如在数控车床系统中,数控装置是施控系统,而车床是被控系统。对于被控系统,在某一步中要完成某些“动作”,对于施控系统,在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”
13、,将动作或命令简称为动作。如果某一步有几个动作,可以用如图5-9 所示的两种画法来表示,但是图中并不隐含这些动作之间的任何顺序。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法(5)有向连线、转换和转换条件如图5-9 所示,步与步之间用有向连线连接,并且用转换将步分隔开。步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时,其进展方向是从上到下、从左到右。如果不是上述方向,应在有向连线上用箭头注明方向。步的活动状态进展是由转换来完成的。转换是用与有向连线垂直的短划线来表示。步与步之间不允许直接相连,必须有转换隔开,而转换与转换之间也同样不能直接相连,必须有步隔开。下一页 返回 上一页5
14、.2 功能表图设计法 3.功能表图中转换的实现 步与步之间实现转换应同时具备两个条件:前级步必须是“活动步”;对应的转换条件成立。当同时具备以上两个条件时,才能实现步的转换,即所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动,而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。例如图5-8 中n 步为活动步的情况下转换条件。成立,则转换实现,即:n+1 步变为活动,而n 步变为不活动。如果转换的前级步或后续步不止一个,则同步实现转换。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法 4.功能表图的基本结构 根据步与步之间转换的不同情况,功能表图有以下几种不同的基本结构形式。(1)单序列结构功能
15、表图的单序列结构形式最为简单,它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。每一步的后面只有一个转换,每一个转换后面只有一步,如图5-8 所示。(2)并列序列结构并列序列也有开始与结束之分。并列序列的开始也称为分支,并列序列的结束也称为合并。图5-10(a)所示为并列序列的分支,它是指当转换实现后将同时使多个后续步激活。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法(3)选择序列结构选择序列有开始和结束之分。选择序列的开始称为分支,选择序列的结束称为合并;选择序列的分支是指一个前级步后面紧接着有若干个后续步可供选择,各分支都有各自的转换条件。分支中表示转换的短划线只能标在水平线之下。如图5-11(a)所
16、示为选择序列的分支。假设步4 为活动步,如果转换条件a 成立,则步4 向步5 实现转换;如果转换条件b成立,则步4 向步7 转换。如图5-11(b)所示为选择序列的合并。如果步6 为活动步,转换条件d 成立,则由步6 向步11 转换;如果步8 为活动步,且转换条件e 成立,则步8 向步11 转换;如果步10 为活动步,且转换条件f 成立,则步10 向步11 转换。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法(4)子步结构在绘制复杂控制系统功能表图时,为了使总体设计时容易抓住系统的主要矛盾,能更简洁地表示系统的整体功能和全貌,通常采用“子步”的结构形式,可避免一开始就陷人某些细节中。所谓子步的结构
17、是指在功能表图中,某一步包含着一系列子步和转换。如图5-12 所示的功能表图采用了子步的结构形式。功能表图中步5 包含了5.1,5.2,5.3,5.4 四个子步。这些子步序列通常表示整个系统中的一个完整子功能,类似于计算机编程中的子程序。下一页 返回 上一页5.2 功能表图设计法(5)跳步、重复和循环序列除以上单序列、选择序列、并行序列和子步四种基本结构外,在实际系统中经常使用跳步、重复和循环序列等特殊序列。这些序列实际上都是选择序列的特殊形式。图5-13(a)所示为跳步序列,当步3 为活动步时,如果转换条件e 成立,则跳过步4 和步5 直接进入步6。图5-13(b)所示为重复序列,当步6 为
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