第7章S7-300和S7-400PLC系統(tǒng)配置與編程

1、第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.1梯形圖的編程方法梯形圖的編程方法 7.2順序控制設(shè)計(jì)法基礎(chǔ)順序控制設(shè)計(jì)法基礎(chǔ) 7.3順序控制梯形圖編程技術(shù)順序控制梯形圖編程技術(shù) 思考與習(xí)題思考與習(xí)題 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.1 梯形圖的編程方法梯形圖的編程方法 可編程序控制器使用的梯形圖語言沿用了傳統(tǒng)繼電接觸 器控制系統(tǒng)中的電氣術(shù)語和圖形符號(hào)，并在編程元件數(shù)量、 使用功能上得到了加強(qiáng)，在編制梯形圖程序的過程中，可以 直接借鑒許多經(jīng)典的繼電接觸器控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)原則和設(shè) 計(jì)方法，如6.4.3節(jié)中介紹的常用基本程序設(shè)計(jì)范例，經(jīng)過適 當(dāng)?shù)馗脑於纬蒔LC程序，習(xí)慣上也稱此種方法為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2、法。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 對(duì)于控制功能和生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜的控制對(duì)象，采用經(jīng) 驗(yàn)設(shè)計(jì)法往往很難下手，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，分析、修改和維護(hù)工 作量很大，不利于充分發(fā)揮可編程序控制器的特點(diǎn)，因此 PLC在不斷增強(qiáng)硬件功能的同時(shí)，也從編程方法上提出了更 為先進(jìn)的解決辦法順序控制設(shè)計(jì)法，其中，順序功能指 令就是專門為順序控制設(shè)計(jì)法提出的，如三菱FX2N和西門子 S7-200 PLC都有類似指令。 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和順序控制設(shè)計(jì)法往往需要結(jié)合起來，各自 發(fā)揮程序設(shè)計(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)備的手動(dòng)控制要求通常都比 較簡(jiǎn)單，功能單一，可以考慮使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法完成，而自動(dòng) 控制則相對(duì)比較復(fù)雜，可以使用順序控制設(shè)計(jì)法編

3、程實(shí)現(xiàn)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的編程思路經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的編程思路 采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)梯形圖程序通常是直接建立輸入、 輸出關(guān)系。在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控 制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖，有時(shí)需要 多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖，增加很多輔助觸點(diǎn)和中間 編程元件，最后才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì) 法的特點(diǎn)是試探性和隨意性很強(qiáng)，解決問題的結(jié)果不唯一， 設(shè)計(jì)步驟如下： (1) 根據(jù)被控設(shè)備的工作原理和生產(chǎn)工藝，配置輸入、 輸出的元件編號(hào)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (2) 制定輸入、輸出的控制邏輯關(guān)系，理清輸出負(fù)載的啟 動(dòng)條件、

4、停止條件的邏輯組合，利用啟、保、停電路或R/S指 令編寫梯形圖。 (3) 分析輸出負(fù)載的相互關(guān)系，添加必要的互鎖、聯(lián)鎖電 路。 (4) 檢查梯形圖是否符合編程規(guī)則要求，是否存在多線圈 輸出等問題。 (5) 離線調(diào)試，利用PLC開發(fā)系統(tǒng)提供的編程環(huán)境，根據(jù) 被控設(shè)備的生產(chǎn)工藝運(yùn)行程序，檢查是否滿足要求并做修改。 (6) 在線調(diào)試，控制系統(tǒng)與被控設(shè)備聯(lián)機(jī)調(diào)試，優(yōu)化控制 參數(shù)，如對(duì)定時(shí)時(shí)間、負(fù)載移動(dòng)距離、過程控制參數(shù)等作出 調(diào)整。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.1.2 編程舉例編程舉例 本書在編程實(shí)例中以三菱FX系列和西門子S7-200系列 指令為主，但學(xué)習(xí)過程中不應(yīng)局限于這兩種型號(hào)，重點(diǎn)

5、在于 掌握設(shè)計(jì)方法，而不應(yīng)局限于助記符的些許區(qū)別。 例例7-1 使用一個(gè)開關(guān)控制某一點(diǎn)火裝置，燃燒氣體為氫 氣和氧氣的混合氣體，請(qǐng)編寫梯形圖程序。 分析：根據(jù)工作原理和工藝要求，輸入信號(hào)為一外部開 關(guān)，帶自鎖功能；輸出為氫氣和氧氣，由于氫氧混合氣體儲(chǔ) 存非常危險(xiǎn)，因此采用兩個(gè)電磁閥分別控制氫氣和氧氣氣路。 為避免氫氣回流引起爆炸，燃燒工藝要求點(diǎn)燃時(shí)先開氫氣閥 門后開氧氣閥門，時(shí)間間隔在500 ms左右，熄滅時(shí)先關(guān)氧氣 閥門再關(guān)氫氣閥門。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 輸入/輸出資源分配：輸入X0(點(diǎn)火開關(guān))；輸出Y0(氫氣 閥門)、Y1(氧氣閥門)。 梯形圖程序如圖7-1所示，根據(jù)啟、保

6、、停電路結(jié)構(gòu)， 點(diǎn)火和熄滅分別對(duì)應(yīng)于啟動(dòng)電路和停止電路，但由于只使 用了一個(gè)外部開關(guān)，啟動(dòng)電路和保持電路中都有外部開關(guān) 觸點(diǎn)出現(xiàn)，因此很難直接利用啟、保、停電路完成。該程 序使用了SET、RST指令，啟動(dòng)電路和停止電路分別作為 SET、RST指令的執(zhí)行條件，輸出不需要自保持電路，程序 更為簡(jiǎn)潔，但SET指令必須要使用RST指令復(fù)位，所以通常 成對(duì)出現(xiàn)。此例采用脈沖沿觸發(fā)指令也不失為一個(gè)好辦法， 讀者可以編程作一對(duì)比。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-1 氫氧混合氣體燃燒梯形圖和指令表程序 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖中，我們給出了三菱指令表和西門子指令表，通過對(duì) 比我們可以

7、看出二者非常相近，說明了不同PLC品牌之間編 程的區(qū)別已經(jīng)越來越小(開發(fā)軟件界面及程序格式還是存在許 多差異)，學(xué)習(xí)和使用過程中不必拘泥于品牌或型號(hào)限制，重 點(diǎn)在于掌握編程方法，這對(duì)于后面的順序控制設(shè)計(jì)法尤為重 要，以后的例子中不再分別給出程序，均以三菱FX系列為例 說明。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 例例7-2 某送料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程如下(如圖7-2 所示)：X4處裝料，停10 s后右行，遇X3停止卸料，15 s后左 行至X4處裝料，如此反復(fù)；控制按鈕有：右行啟動(dòng)按鈕X0， 左行啟動(dòng)按鈕X1，停止按鈕X2，請(qǐng)編寫梯形圖程序。 分析：根據(jù)生產(chǎn)工藝，確定系統(tǒng)輸入信號(hào)為三個(gè)按鈕和

8、兩個(gè)行程開關(guān)，分別為X0、X1、X2、X3、X4；輸出為左 行、右行、裝料、卸料四個(gè)動(dòng)作，對(duì)應(yīng)四個(gè)接觸器線圈，分 別為Y0、Y1、Y2、Y3。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-2 兩地小車運(yùn)行示意圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 右行啟動(dòng)電路為右行啟動(dòng)按鈕X0和裝料時(shí)間定時(shí)器T0 的常開觸點(diǎn)并聯(lián)，后者使料車能夠自動(dòng)運(yùn)行；停止電路為 停止按鈕X2和右限位開關(guān)X3的串聯(lián)。左行啟動(dòng)電路為左行 啟動(dòng)按鈕X1和裝料時(shí)間定時(shí)器T1的常開觸點(diǎn)的并聯(lián)，后者 同樣用于料車自動(dòng)運(yùn)行控制；停止電路為停止按鈕X2和右 限位開關(guān)X4的串聯(lián)。當(dāng)小車到達(dá)左、右限位開關(guān)處，啟動(dòng) 裝、卸料操作和定時(shí)器，時(shí)間到反

9、向運(yùn)行，梯形圖如圖7-3 所示。為了避免左行、右行輸出同時(shí)接通，在停止電路中 填加了互鎖和按鍵聯(lián)鎖措施。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-3 兩地小車運(yùn)行控制梯形圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.2 順序控制設(shè)計(jì)法基礎(chǔ)順序控制設(shè)計(jì)法基礎(chǔ) 7.2.1 順序控制設(shè)計(jì)法概念順序控制設(shè)計(jì)法概念 順序控制設(shè)計(jì)法是按照特定設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)PLC程序的。 程序中使用的編程元件一般為狀態(tài)寄存器S或輔助繼電器M。 其實(shí)質(zhì)是在輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間增加中間編程元件， 用以代表生產(chǎn)工藝中的各個(gè)階段。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 順序控制設(shè)計(jì)法的關(guān)鍵在于根據(jù)生產(chǎn)工藝制定動(dòng)作序列， 生成順序功能

10、圖。其基本思路是，將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃 分為若干個(gè)順序相連的階段，稱為步，每步中總的輸出狀態(tài) (即動(dòng)作)保持不變，而相鄰步的輸出狀態(tài)是不同的。步用編程 元件(如輔助繼電器或?qū)ｉT用于步進(jìn)順控指令的狀態(tài)元件S)表 示。相鄰步之間狀態(tài)的切換(動(dòng)作的切換)是由轉(zhuǎn)換條件觸發(fā)的， 轉(zhuǎn)換條件可以是外部輸入信號(hào)，如按鈕、行程開關(guān)、光電開 關(guān)等，也可以是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號(hào)，如定時(shí)器時(shí)間到信號(hào)、 計(jì)數(shù)值到信號(hào)或擴(kuò)展模塊的反饋信號(hào)等，還可以是上述信號(hào) 的與、或、非的邏輯組合。動(dòng)作可以是簡(jiǎn)單的開關(guān)量輸出， 也可以是更為復(fù)雜的程序組合，即子程序(或稱為子步)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 順序功能圖(Seq

11、uence Function Chart)也稱功能表圖，是 描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是順序 控制設(shè)計(jì)法基本思想的圖形化表示。它起源于法國(guó)TE公司 的GRAFCET，并被IEC在1994年公布的可編程序控制器標(biāo) 準(zhǔn)IEC61131中確定為可編程序控制器的首選編程語言。 順序功能圖由步、動(dòng)作(或命令)、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和有 向連線組成。如圖7-4所示為順序功能圖示例。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-4 順序功能圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.2.2 步與動(dòng)作步與動(dòng)作 (1) 步：生產(chǎn)流程劃分為若干個(gè)階段，每個(gè)階段即為步， 如圖7-4中的矩形方框。步的編號(hào)

12、可以用數(shù)字表示，也可以 用可編程序控制器的內(nèi)部編程元件表示，如圖7-4中的M0 M3。 (2) 初始步：與系統(tǒng)初始狀態(tài)對(duì)應(yīng)的步稱為初始步，用 雙線矩形方框表示，如圖7-4中的M0。初始步通常為PLC上 電后或手動(dòng)切換到自動(dòng)狀態(tài)后所處的階段，一般沒有動(dòng)作 或命令，也可以作為程序初始化工作步，執(zhí)行相關(guān)的初始 化操作。每一個(gè)順序功能圖至少有一個(gè)初始步。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (3) 與步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作(或命令)：該步應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)作或命令， 用矩形方框中的文字或符號(hào)表示，并與相應(yīng)步相連。若步有 多個(gè)動(dòng)作，可以采用圖7-4中的M1或M2右邊的畫法，彼此之 間沒有先后順序的關(guān)系。 (4) 活動(dòng)步：

13、順序功能圖中處于運(yùn)行階段的步稱為活動(dòng) 步。當(dāng)步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行；當(dāng)步處于不 活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的非存儲(chǔ)型動(dòng)作被停止執(zhí)行。如圖7-4中， 若M1為活動(dòng)步，則Y0、Y1輸出被接通。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.2.3 轉(zhuǎn)換條件和有向連線轉(zhuǎn)換條件和有向連線 (1) 轉(zhuǎn)換：步之間的切換稱為轉(zhuǎn)換，用短橫線表示。如圖 7-4所示的步與步之間連線上的短橫線就是轉(zhuǎn)換。 (2) 轉(zhuǎn)換條件：指轉(zhuǎn)換若要發(fā)生需要滿足的條件，當(dāng)轉(zhuǎn)換 條件的邏輯值為1時(shí)，轉(zhuǎn)換發(fā)生，如圖7-4中所有短橫線邊上 的標(biāo)注X0、X1、T0、X2。它也可以用文字語言、布爾代數(shù) 表達(dá)式或圖形符號(hào)標(biāo)注在轉(zhuǎn)換條件的旁邊，如圖7

14、-5所示。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-5 轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件的描述形式 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (3) 有向連線：順序功能圖中表明步的進(jìn)展方向。各步 按生產(chǎn)的先后順序排列，相鄰步用有向連線連接，為了簡(jiǎn) 化圖形繪制且在不引起混淆的前提下，規(guī)定從上到下、從 左到右的有向連線上的箭頭可以省略，從下到上、從右到 左的有向連線不能省略箭頭，如圖7-4所示。 (4) 雙平行線：用來表明當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，有兩個(gè)或 兩個(gè)以上步同時(shí)進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)，或由活動(dòng)狀態(tài)同時(shí)變?yōu)椴?活動(dòng)狀態(tài)的情況，如圖7-6所示。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-6 并行序列 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)

15、方法 7.2.4 順序功能圖的結(jié)構(gòu)順序功能圖的結(jié)構(gòu) 1單序列單序列 單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步后僅有一個(gè) 轉(zhuǎn)換，每個(gè)轉(zhuǎn)換后僅有一步。圖7-7(a)是順序功能圖的基本 結(jié)構(gòu)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 2選擇序列選擇序列(條件轉(zhuǎn)換序列條件轉(zhuǎn)換序列) 在有些情況下，一個(gè)控制流(序列)可能轉(zhuǎn)入多個(gè)序列中 的某一個(gè)，由各序列最開始的轉(zhuǎn)換條件決定，首先為真的被 激活，這種情況稱為選擇序列的開始(或分支)，轉(zhuǎn)換符號(hào)標(biāo) 在水平連線之下。在圖7-7(b)中，若步1為活動(dòng)步，則根據(jù)轉(zhuǎn) 換條件a、b判斷步2和步3誰首先被激活，若a先為真，則步2 被激活；若b先為真，則步3被激活。選擇序列分支

16、處一般只 允許選擇一個(gè)序列，通常將條件a、b設(shè)置為互斥狀態(tài)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 多個(gè)選擇序列轉(zhuǎn)入同一個(gè)公共序列的情況稱為選擇序列 的結(jié)束(或合并)，轉(zhuǎn)換符號(hào)標(biāo)在水平連線之上。在圖7-7(b) 中，若步7為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件u為真，則步9被激活；同 理，若步8為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件v為真，則步9同樣被激活， 實(shí)現(xiàn)合并。 選擇序列的分支數(shù)沒有限制，由于每個(gè)周期只能沿著一 個(gè)分支順序執(zhí)行，因此其實(shí)質(zhì)還是單序列結(jié)構(gòu)，只是在分支 與合并處編程處理上有所區(qū)別。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-7 順序功能圖的基本結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 3并行序列并行序列 若當(dāng)某

17、轉(zhuǎn)換條件成立，一個(gè)控制流(序列)需要同時(shí)轉(zhuǎn)入 多個(gè)序列時(shí)，所有的序列必須被同時(shí)激活，且每個(gè)序列活動(dòng) 步的進(jìn)展是獨(dú)立的，這種情況稱為并行序列的開始(分支)， 轉(zhuǎn)換符號(hào)必須標(biāo)在雙平行線之上。在圖7-7(c)中，若步1為活 動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件b為真，則步2、3被同時(shí)激活。 多個(gè)并行序列轉(zhuǎn)入同一個(gè)公共序列的情況稱為并行序列 的結(jié)束(或合并)，轉(zhuǎn)換符號(hào)標(biāo)在雙平行線之下。圖7-7(c)中， 若步7、8都為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件u為真，則步9被激活，兩 個(gè)序列實(shí)現(xiàn)合并。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 并行序列的分支數(shù)理論上不受限制，但在使用步進(jìn)順 控指令編程方法時(shí)，考慮到可編程序控制器的堆棧資源有 限，一般

18、不易太多，每一狀態(tài)下的分支電路總數(shù)與每一分 支點(diǎn)分支數(shù)都可能有限制(參見PLC使用手冊(cè))，使用時(shí)需注 意，而使用其它編程方式?jīng)]有這個(gè)問題。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 4循環(huán)和子步循環(huán)和子步 循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上就是選擇序列的變形，如圖7-8(a)左圖 中，若步4為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件f為真，則步2成為活動(dòng)步， 從而構(gòu)成了步2、3、4的循環(huán)運(yùn)行，在循環(huán)分支中也可以有 步及相應(yīng)的動(dòng)作，如圖7-8(a)中右圖的結(jié)構(gòu)。 子步的概念類似于計(jì)算機(jī)高級(jí)語言編程時(shí)的子程序。如 圖7-8(b)所示，使用子步便于描述系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，在制定 軟件方案時(shí)期非常有意義，利于問題分解，逐一解決。 第7章 可編程序控制器

19、程序設(shè)計(jì)方法 圖7-8 循環(huán)結(jié)構(gòu)與子步結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 在一些特殊模塊或特殊功能的使用中也可以運(yùn)用子步的 概念。特殊模塊有運(yùn)動(dòng)控制模塊、過程控制模塊、通信模塊 等；特殊功能有軟件實(shí)現(xiàn)PID算法、軟件生成PWM調(diào)制波等。 對(duì)特殊模塊的控制操作或特殊功能的程序體作為子步，子步 中可以是順序結(jié)構(gòu)，也可以是非順序結(jié)構(gòu)(即采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 編寫)，子步與主序列的關(guān)系是簡(jiǎn)單的開關(guān)量關(guān)系(即子程序 的輸入/輸出關(guān)系)，如圖7-8(b)中，若轉(zhuǎn)換條件b成立，則調(diào) 用子步，子步返回值e為真時(shí)，說明子步運(yùn)行結(jié)束，主程序繼 續(xù)順序執(zhí)行。經(jīng)過這樣的處理，使得那些較難采用順序功能 圖描述的系統(tǒng)也可

20、以應(yīng)用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.2.5 順序功能圖中轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則順序功能圖中轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則 1轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件 轉(zhuǎn)換是指步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展，它必須滿足兩個(gè)條件： (1) 該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步都是活動(dòng)步。 (2) 相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。 由于轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)條件是需要同時(shí)滿足的，即“與” 的關(guān)系，因此在編程時(shí)需要將代表前級(jí)步的編程元件常開 觸點(diǎn)同代表轉(zhuǎn)換條件的編程元件常開或常閉觸點(diǎn)串聯(lián)(轉(zhuǎn)換 條件的邏輯組合)，作為啟動(dòng)條件之一，具體電路將在下節(jié) 中介紹。 在并行序列中可以存在多個(gè)前級(jí)步或后續(xù)步，此種情 況稱為同步實(shí)現(xiàn)。 第7章 可編

21、程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 2轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成以下操作： (1) 使所有由有向連線及相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的后續(xù)步都 變成活動(dòng)步。 (2) 使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的前級(jí)步都 變?yōu)椴换顒?dòng)步。 根據(jù)順序功能圖的不同結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的前級(jí)步和后續(xù)步 都有不同，執(zhí)行的動(dòng)作也有所不同，應(yīng)予以注意。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.3 順序控制梯形圖編程技術(shù)順序控制梯形圖編程技術(shù) 順序控制梯形圖編程技術(shù)是在順序功能圖的基礎(chǔ)上產(chǎn)生 的，隨著IEC848、IEC61131等標(biāo)準(zhǔn)的制定，許多可編程序控 制器的編程語言都提供了專門的步進(jìn)順控指令支持順序控制 梯形圖設(shè)計(jì)，

22、但在使用格式和符號(hào)上還沒有作到真正統(tǒng)一， 為了不失一般性，本節(jié)除了介紹步進(jìn)順控指令的編程方式以 外，還介紹使用啟、保、停電路的編程方式、以轉(zhuǎn)化為中心 的編程方式和仿步進(jìn)順控指令的編程方式等方法，后三種方 法可以采用最基本的編程元件完成順序控制梯形圖設(shè)計(jì)，具 有通用性，適于該編程技術(shù)的推廣。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.3.1 使用啟、保、停電路的編程方式使用啟、保、停電路的編程方式 啟、保、停電路編程方式使用的編程元件是任意型號(hào) PLC都有的輔助繼電器，設(shè)計(jì)思路主要是圍繞代表步的編程 線圈的啟動(dòng)電路、停止電路展開，是一種通用的編程方法。 任何復(fù)雜的順序功能圖都是由單序列、選擇序列和

23、并行序列 組成的，因此分析這三種結(jié)構(gòu)的編程設(shè)計(jì)方法，在處理復(fù)雜 控制系統(tǒng)時(shí)可以將其分解為基本結(jié)構(gòu)并轉(zhuǎn)換為梯形圖。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 1單序列的編程方式單序列的編程方式 對(duì)于圖7-9左邊的單序列結(jié)構(gòu)的基本單元由三步Mi-1、Mi、 Mi+1組成，下面分析步Mi的啟動(dòng)電路和停止電路。 根據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本條件，步Mi若要被激活(啟動(dòng))，前 級(jí)步Mi-1應(yīng)為活動(dòng)狀態(tài)，且轉(zhuǎn)換條件Xi應(yīng)為真，所以啟動(dòng)電 路應(yīng)為代表步的編程元件Mi-1的常開觸點(diǎn)和代表轉(zhuǎn)換條件的 編程元件Xi的常開觸點(diǎn)的串聯(lián)電路組成；根據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完 成的動(dòng)作，易知當(dāng)Mi+1成為活動(dòng)步后要將前級(jí)步Mi變?yōu)椴换?動(dòng)狀態(tài)(停止

24、)，所以停止電路可以是代表步的編程元件Mi+1 的常閉觸點(diǎn)，Mi+1激活后常閉觸點(diǎn)斷開從而切斷Mi的線圈電 路；保持電路不難理解，為該編程元件的常開觸點(diǎn)。步Mi完 成的被控程序如圖7-9所示的右邊梯形圖。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-9 啟、保、停電路單序列編程結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 對(duì)于圖7-4所描述的順序功能圖，采用啟、保、停電路 的編程方式編寫的梯形圖程序如圖7-10所示。M8002是PLC 上電的初始化脈沖(不同PLC型號(hào)初始化脈沖形式和元件號(hào) 不同)，可以通過它將初始步M0激活，否則系統(tǒng)無法自動(dòng)運(yùn) 行，也可以采用專門的外部開關(guān)將M0激活，在多種工作方

25、式設(shè)計(jì)內(nèi)容中會(huì)遇到此種情況。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-10 啟、保、停電路單序列編程示例 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 順序功能圖中的動(dòng)作通常針對(duì)輸出電路，它的設(shè)計(jì)方法 分為兩種情況：當(dāng)某一輸出量?jī)H在整個(gè)順序功能圖中的某一 步有效時(shí)，可以直接將該輸出繼電器線圈同代表該步的輔助 繼電器線圈并聯(lián)；當(dāng)某一輸出量在整個(gè)順序功能圖中多步內(nèi) 有效時(shí)，應(yīng)將代表各步的輔助繼電器常開觸點(diǎn)并聯(lián)后驅(qū)動(dòng)該 輸出繼電器的線圈，按情況一處理會(huì)造成多線圈輸出問題。 從優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，輸出處理應(yīng)集中在程序的某一 位置，如前端或結(jié)尾位置，有利于閱讀和修改。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 2

26、選擇序列的編程方式選擇序列的編程方式 選擇序列編程的重點(diǎn)是根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則處理好分支與合并。 (1) 選擇序列的分支：如某一步Mi的后面有N條分支組成 的選擇序列，則該步Mi的停止電路為：將N個(gè)后續(xù)步對(duì)應(yīng)的 輔助繼電器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)。 在圖7-11中，步Mi-1的啟動(dòng)電路同單序列結(jié)構(gòu)一樣，停止 電路由代表后續(xù)步Mi、Mi+1、Mi+2的編程元件的常閉觸點(diǎn)的 串聯(lián)電路組成，即任何一個(gè)分支被激活，Mi-1都變?yōu)椴换顒?dòng) 步。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (2) 選擇序列的合并：如某步之前有N個(gè)轉(zhuǎn)換(即分支合 并)，則代表該步的輔助繼電器的啟動(dòng)電路由N條分支并聯(lián)而 成，各支路由前級(jí)步的輔助繼電器的

27、常開觸點(diǎn)與相應(yīng)轉(zhuǎn)換條 件串聯(lián)而成。 在圖7-11中，步Mi+6的停止電路同單序列結(jié)構(gòu)一樣，而 啟動(dòng)電路由所有分支轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本條件的并聯(lián)組成。圖中 有三個(gè)分支，代表前級(jí)步Mi+3、Mi+4、Mi+5的輔助繼電器的 常開觸點(diǎn)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件的常開觸點(diǎn)串聯(lián)后再并聯(lián)組 成，即任何一個(gè)分支都能夠?qū)i+6激活。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-11 啟、保、停電路選擇序列編程結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 3并行序列的編程方式并行序列的編程方式 并行序列編程的重點(diǎn)同樣也是處理好分支與合并。 (1) 并行序列的分支：若當(dāng)前活動(dòng)步為M -i ，且轉(zhuǎn)換條件 為真，則各分支的啟動(dòng)電路由代表

28、活動(dòng)步的輔助繼電器的常 開觸點(diǎn)和代表轉(zhuǎn)換條件的編程元件的常開觸點(diǎn)串聯(lián)而成；由 于并行序列的特點(diǎn)是所有分支同時(shí)被激活，因此當(dāng)前步Mi的 停止電路由分支中任一步的常閉觸點(diǎn)完成。 在圖7-12中，步Mi-1的啟動(dòng)電路同單序列結(jié)構(gòu)一樣，停止 電路由代表后續(xù)步Mi、Mi+1、Mi+2的任意一個(gè)編程元件的常 閉觸點(diǎn)組成，即任意一個(gè)分支的活動(dòng)狀態(tài)都使Mi-1變?yōu)椴换?動(dòng)步。而步Mi、Mi+1、Mi+2的啟動(dòng)電路都由步Mi-1和轉(zhuǎn)換條件 Xi-1的常開觸點(diǎn)串聯(lián)而成，停止電路為后續(xù)步的常閉觸點(diǎn)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (2) 并行序列的合并：各并行序列的結(jié)束步與轉(zhuǎn)換條件 串聯(lián)作為合并步的啟動(dòng)電路，

29、停止電路由后續(xù)步的常閉觸 點(diǎn)完成。 在圖7-12中，步Mi+9的停止電路同單序列結(jié)構(gòu)一樣，為 后續(xù)步的常閉觸點(diǎn)；啟動(dòng)電路由三個(gè)分支的結(jié)束步Mi+6、 Mi+7、Mi+8的常開觸點(diǎn)與轉(zhuǎn)換條件Xi+3的常開觸點(diǎn)串聯(lián)組成。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-12 啟、保、停電路并行序列編程結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 4小閉環(huán)問題及解決方法小閉環(huán)問題及解決方法 在啟、保、停電路的編程方法中，當(dāng)遇到循環(huán)體內(nèi)只有 兩步時(shí)，會(huì)出現(xiàn)某一編程元件的常開觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)串聯(lián)的 不合理情況，如圖7-13(a)所示，這是由于步Mi既是步Mi+1的 前級(jí)步又是其后

30、續(xù)步的原因造成的。解決方法是在循環(huán)體中 增加一個(gè)延時(shí)步即可，如圖7-13(b)所示。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-13 小閉環(huán)問題特點(diǎn)及解決方法 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 例7-3 使用啟、保、停電路的編程方式編寫如圖7-14(a) 所示順序功能圖的梯形圖程序。 分析：該順序功能圖中包括單序列、選擇序列和并行序 列結(jié)構(gòu)，應(yīng)用前面所介紹的三種典型結(jié)構(gòu)的編程方法可以得 到如圖7-14(b)所示的梯形圖。對(duì)于初始步的激活條件可以作 為初始條件并入啟動(dòng)電路中。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-14 啟、保、停電路復(fù)雜功能圖編程示例 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法

31、7.3.2 使用步進(jìn)順控指令的編程方式使用步進(jìn)順控指令的編程方式 步進(jìn)順控指令的編程方式是使用專門的步進(jìn)梯形指令(三 菱FX系列)或順控指令(西門子S7-200系列)將順序功能圖轉(zhuǎn)化 為梯形圖的一種編程方式。二者功能基本相同，本節(jié)以三菱 指令介紹該方法。 1基本步結(jié)構(gòu)基本步結(jié)構(gòu) 步進(jìn)順控指令的助記符、編程元件等說明參見表7-1。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 表 7-1 步進(jìn)順控指令的基本概念 三菱 FX 系列 西門子 S7-200 系列 LSCR：裝載 SCR 指令，順控區(qū)開始 STL：步進(jìn)梯形指令 SCRT：置位下一個(gè)順控繼電器，當(dāng)前順控繼電器復(fù)位 SCRE：當(dāng)前順控區(qū)結(jié)束 指 令

32、助 記 符 RET：復(fù)位 STL 指令 CSCRE：條件退出指令，不執(zhí)行順控區(qū)中后面的指令 S0 S9：初始步 S10 S19：返回原點(diǎn)(零點(diǎn)) S20 S499：通用 S500 S899：斷電保持 編 程 元 件 S900 S999：報(bào)警 S0.0 S31.7 觸 點(diǎn) STL 觸點(diǎn)： 與 STL 指令一起使用的狀 態(tài)元件常開觸點(diǎn) 順控繼電器 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 三菱FX2N系列的步進(jìn)順控指令STL的狀態(tài)繼電器的常開 觸點(diǎn)(稱STL觸點(diǎn))的順控區(qū)包括負(fù)載驅(qū)動(dòng)、指定轉(zhuǎn)換條件和指 定轉(zhuǎn)換目標(biāo)等三個(gè)功能，梯形圖描述形式如圖7-15所示。當(dāng) 步Si處于活動(dòng)步時(shí)，輸出Yi接通，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件

33、Xi為真時(shí)，后續(xù) 步Si+1被SET指令置位并成為活動(dòng)步，同時(shí)原活動(dòng)步Si被系統(tǒng) 程序復(fù)位，對(duì)應(yīng)的STL觸點(diǎn)斷開。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-15 三菱和西門子步進(jìn)順控指令功能描述 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 2步進(jìn)順控指令的特點(diǎn)步進(jìn)順控指令的特點(diǎn) (1) 使用步進(jìn)指令后LD點(diǎn)移到STL觸點(diǎn)右側(cè)，直到出現(xiàn)下 一條STL指令或RET指令。與STL觸點(diǎn)相連的觸點(diǎn)應(yīng)使用 LD/LDI指令，RET指令使LD點(diǎn)返回到左側(cè)母線。STL觸點(diǎn)與 RET指令之間的區(qū)域是STL區(qū)。 (2) STL觸點(diǎn)可直接驅(qū)動(dòng)或通過別的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)Y、M、S、 T等元件的線圈，STL也可使Y、M、S等元件置位

34、或復(fù)位。 (3) CPU只執(zhí)行活動(dòng)步對(duì)應(yīng)的程序，因此掃描周期縮短， 也允許雙線圈輸出，因?yàn)樵谝粋€(gè)掃描周期內(nèi)，同一元件的幾 條輸出指令只可能有一條被執(zhí)行。而相鄰步的輸出有一個(gè)掃 描周期同時(shí)接通，輸出應(yīng)采取必要的軟、硬件保護(hù)措施。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (4) STL觸點(diǎn)只能用于狀態(tài)元件，在沒有并行序列時(shí)，一 個(gè)狀態(tài)元件的STL觸點(diǎn)在梯形圖中只能出現(xiàn)一次。對(duì)狀態(tài)元 件置位的指令如果不在STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)程 序不會(huì)自動(dòng)地將前級(jí)步對(duì)應(yīng)的狀態(tài)元件復(fù)位，可以像普通的 輔助繼電器一樣操作狀態(tài)元件，此時(shí)狀態(tài)元件觸點(diǎn)的畫法與 普通觸點(diǎn)畫法相同。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (

35、5) 在STL觸點(diǎn)后，禁用MC和MCR指令，可以使用條件 跳轉(zhuǎn)指令(CJ)，當(dāng)使用CJ指令跳入某一STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路 塊時(shí)，不管該STL觸點(diǎn)是否接通，均執(zhí)行相應(yīng)的電路。部分 PLC則禁止使用跳轉(zhuǎn)指令跳進(jìn)、跳出順控區(qū)，為避免混淆最 好不要使用跳轉(zhuǎn)指令。 中斷和子程序中不能使用STL指令。 (6) OUT指令與SET指令有同樣的功能，即都能使轉(zhuǎn)移 源自動(dòng)復(fù)位，但OUT指令只用于向分離的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，而不是 向相鄰的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，當(dāng)需要從某一步返回到初始步時(shí)，用 OUT指令。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 3單序列的編程方式單序列的編程方式 單序列順序功能圖如圖7-16所示，步用狀態(tài)元件用S表示，

36、使用基本步結(jié)構(gòu)完成梯形圖如圖7-16右圖所示。編程時(shí)需要 注意初始步的激活問題，示例中采用上電初始化脈沖將初始 步接通；RET指令不能忘記，STL區(qū)必須要用RET指令結(jié)束， 否則系統(tǒng)將由于堆棧問題而導(dǎo)致出錯(cuò)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-16 步進(jìn)順控指令單序列編程結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 4選擇序列的編程方式選擇序列的編程方式 (1) 選擇序列的分支：如某一步的后面有N條選擇序列分 支，則該步的STL觸點(diǎn)開始的電路塊中應(yīng)有N條分別指明各 轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)的電路并聯(lián)。 如圖7-17所示，步Si-1后有三條分支，那么在梯形圖中Si- 1的順控區(qū)中有三個(gè)分別指向Si

37、、Si+1、Si+2分支支路的電路并 聯(lián)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-17 步進(jìn)順控指令選擇序列編程結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (2) 選擇序列的合并：各序列的合并是在正確地確定每 一步的轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)后“自然”完成的。 圖7-17中任何一個(gè)分支滿足轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)條件都可以將Si+6置 為活動(dòng)步，而前級(jí)步的復(fù)位操作(由活動(dòng)步變?yōu)椴换顒?dòng)步)由 系統(tǒng)程序自動(dòng)完成。由于Si+3、Si+4、Si+5觸點(diǎn)分別具有各自獨(dú) 立的順控區(qū)，因此不能像啟、保、停電路中那樣將轉(zhuǎn)換條件 并聯(lián)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 5并行序列的編程方式并行序列的編程方式 (1) 并行序列的分

38、支：若某步為一并行分支的開始，當(dāng) 該步變?yōu)榛顒?dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，用SET指令連續(xù)置位 對(duì)應(yīng)的并行序列各步。 如圖7-18所示的分支處，若當(dāng)前活動(dòng)步為Si-1，且轉(zhuǎn)換條 件為真，則在指明轉(zhuǎn)換目標(biāo)時(shí)同時(shí)對(duì)代表步Si、Si+1、Si+2的 狀態(tài)元件置位即可。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-18 步進(jìn)順控指令并行序列編程結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (2) 并行序列的合并：各序列合并前應(yīng)滿足各序列確保同 步(可設(shè)置等待步)，將各序列轉(zhuǎn)換前的步元件STL觸點(diǎn)與轉(zhuǎn)換 條件常開觸點(diǎn)“與”作為合并的條件，同步時(shí)應(yīng)注意各序列 結(jié)束時(shí)將輸出線圈切斷(可將轉(zhuǎn)換條件的常閉觸點(diǎn)串入輸出線 圈

39、)。 圖7-18合并處電路將步Si+6、Si+7、Si+8的STL觸點(diǎn)和轉(zhuǎn)換 條件Xi+3的常開觸點(diǎn)串聯(lián)后作為合并條件，當(dāng)Si+6、Si+7、Si+8 為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件Xi+3為真時(shí)，步Si+9被激活，前級(jí)步的 復(fù)位由系統(tǒng)程序完成。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 6關(guān)于嵌套數(shù)或分支數(shù)關(guān)于嵌套數(shù)或分支數(shù) 由于步進(jìn)順控指令在使用過程中，系統(tǒng)程序要對(duì)堆棧進(jìn) 行操作，因堆棧深度有限，所以多數(shù)PLC對(duì)與堆棧有關(guān)的操 作指令，如步進(jìn)順控、子程序調(diào)用、中斷、跳轉(zhuǎn)等指令的嵌 套數(shù)或分支數(shù)都有一定要求。 例7-4 使用步進(jìn)順控指令的編程方式編寫如圖7-19所示 順序功能圖的梯形圖程序。 第7章 可編程

40、序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-19 步進(jìn)順控方式復(fù)雜功能圖編程 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 分析：該順序功能圖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，除了有選擇序列、并 行序列之外，轉(zhuǎn)換條件中還出現(xiàn)了計(jì)數(shù)器的常開、常閉觸點(diǎn)。 這是一個(gè)傳送帶上產(chǎn)品通過檢測(cè)系統(tǒng)的例子，計(jì)數(shù)器的作用 是對(duì)循環(huán)次數(shù)即加工產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次加工7個(gè)工件，完成 后回到初始位置等待命令。對(duì)計(jì)數(shù)器的使用要注意它與定時(shí)器 的區(qū)別，普通定時(shí)器其使能電路斷開后，定時(shí)器常開觸點(diǎn)會(huì)復(fù) 位并自動(dòng)裝載定時(shí)常數(shù)準(zhǔn)備重新定時(shí)，而計(jì)數(shù)器的輸入操作不 具有使能作用，當(dāng)計(jì)數(shù)值到其常開觸點(diǎn)接通后不能自動(dòng)復(fù)位， 且計(jì)數(shù)常數(shù)不能自動(dòng)重新裝載，必須通過復(fù)位電路完成，因此 設(shè)計(jì)

41、順序功能圖時(shí)必須加以考慮。一般是在循環(huán)體外增加計(jì)數(shù) 器的復(fù)位操作，如圖7-19中步S31中的動(dòng)作。此外，還應(yīng)該考 慮在PLC上電后對(duì)具有掉電保護(hù)功能的計(jì)數(shù)器執(zhí)行復(fù)位操作， 可以利用上電初始化脈沖或初始化子程序完成。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 因此，在連續(xù)運(yùn)行方式下如遇有循環(huán)次數(shù)的要求，可利 用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，在循環(huán)程序執(zhí)行之前或執(zhí)行之后，應(yīng)將控制 循環(huán)的次數(shù)復(fù)位，復(fù)位操作應(yīng)放在循環(huán)體之外。 梯形圖程序如圖7-20所示。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-20 步進(jìn)順控指令選擇序列編程示例梯形圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.3.3 以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式 以轉(zhuǎn)換為中心的

42、編程方式的基本結(jié)構(gòu)如圖7-21所示，它 是根據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則來設(shè)計(jì)梯形圖程序的。 圖7-21 以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式的基本結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件：該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步為活動(dòng)步且相 應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。 轉(zhuǎn)換應(yīng)完成的動(dòng)作：將后續(xù)步激活為活動(dòng)步并將前級(jí) 步復(fù)位。 設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件由步Mi-1和轉(zhuǎn)換條件Xi的常開觸 點(diǎn)串聯(lián)組成，動(dòng)作則由SET指令激活后續(xù)步，RST指令復(fù)位 前級(jí)步。 由于SET、RST指令執(zhí)行時(shí)間極短，使能電路只能維持 一個(gè)掃描周期，故不能將輸出繼電器的線圈與SET、RST指 令并聯(lián)，應(yīng)另外用代表步的輔助繼電器的常開觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)， 也可以采用使用

43、存儲(chǔ)型指令處理輸出繼電器。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 1單序列的編程方式單序列的編程方式 如圖7-22所示為一單序列例子，小車按照箭頭指示方向 順序運(yùn)行兩次往返操作，然后停止，啟動(dòng)信號(hào)為X0。 首先，根據(jù)運(yùn)行流程將順序功能圖分為四步；其次，按 照以轉(zhuǎn)換為中心編程方式的基本結(jié)構(gòu)完成梯形圖，如圖7-22 中所示的功能圖與梯形圖，注意輸出必須單獨(dú)處理。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-22 三地小車運(yùn)行順序功能圖與梯形圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式由于是圍繞轉(zhuǎn)換進(jìn)行的，因此 功能圖中有多少個(gè)轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)的梯形圖就應(yīng)該有多少個(gè)梯級(jí)， 兩者如果數(shù)量不一致

44、，則說明梯形圖有誤。如上例中一共有 六個(gè)轉(zhuǎn)換(含上電初始化脈沖對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換)，則對(duì)應(yīng)的梯形圖 也應(yīng)該有六個(gè)以SET、RST指令為基本結(jié)構(gòu)組成的梯級(jí)。掌握 這一特點(diǎn)便于梯形圖程序的檢查。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 2選擇序列的編程方式選擇序列的編程方式 (1) 選擇序列的分支：由于選擇序列的實(shí)質(zhì)就是單序列結(jié) 構(gòu)，因此以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式在選擇序列的處理上同單序 列相同，如圖7-23所示。在分支處有多少個(gè)轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)的梯形 圖就有多少個(gè)以基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成的梯級(jí)。 (2) 選擇序列的合并：選擇序列的合并處理和分支處理相 同，也是根據(jù)轉(zhuǎn)換的個(gè)數(shù)確定梯形圖的梯級(jí)數(shù)，每個(gè)梯級(jí)結(jié)構(gòu) 均是以轉(zhuǎn)換為中心的基

45、本結(jié)構(gòu)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-23 以轉(zhuǎn)換為中心選擇序列編程結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 3并行序列的編程方式并行序列的編程方式 并行序列編程時(shí)同樣是一個(gè)轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)一個(gè)梯級(jí)，只是在 分支與合并處稍有不同。 (1) 并行序列的分支：若某步為一并行分支的開始，當(dāng) 該步變?yōu)榛顒?dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，用SET指令并聯(lián)輸出 將對(duì)應(yīng)的并行序列激活，用RST指令復(fù)位前級(jí)步。 如圖7-24所示分支處的轉(zhuǎn)換，若其前級(jí)步Mi-1為活動(dòng)步， 且轉(zhuǎn)換條件為真，則用SET指令并聯(lián)輸出分別激活后續(xù)步Mi、 Mi+1、Mi+2，用RST指令復(fù)位前級(jí)步。一個(gè)轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)一個(gè)梯 級(jí)。 第7章 可編程

46、序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-24 以轉(zhuǎn)換為中心并行序列編程 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (2) 并行序列的合并：各序列轉(zhuǎn)換前的活動(dòng)步常開觸點(diǎn) 與轉(zhuǎn)換條件“與”作為執(zhí)行轉(zhuǎn)換的條件，用SET指令置位后 續(xù)步，并用并聯(lián)的RST指令將前級(jí)步復(fù)位。 如圖7-24所示合并處的轉(zhuǎn)換，其前級(jí)步為Mi+6、Mi+7、 Mi+8，若均為活動(dòng)狀態(tài)，且轉(zhuǎn)換條件Xi+3為真，則用SET指 令置位步Mi+9，用RST指令復(fù)位步Mi+6、Mi+7、Mi+8，梯形 圖見圖7-24右圖。 例例7-5 設(shè)計(jì)如圖7-25所示的液體混合裝置控制梯形圖。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-25 液體混合控制裝置示意圖

47、第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 控制要求如下：初始狀態(tài)，液體A、B閥門關(guān)閉，按下啟 動(dòng)按鈕X3，液體A閥門打開，液體A流入容器，當(dāng)液面到達(dá) 中限位X0時(shí)關(guān)閉閥門A，打開液體B閥門，當(dāng)液面到達(dá)上限 位X1時(shí)關(guān)閉閥門B，攪拌電機(jī)啟動(dòng)開始攪勻，工作30 s后停 止攪拌，閥門C打開放出混合液體，當(dāng)液面下降到下限位X2 后，再過2 s關(guān)閉閥門C，開始下一循環(huán)。停止按鈕X4按下， 系統(tǒng)完成當(dāng)前工作周期后停止。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 分析：該控制裝置工藝流程很清晰，單周期順序功能圖 很容易給出，而在處理循環(huán)操作時(shí)可以使用常見的啟、保、 停電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)輔助繼電器，如M100，利用該電路的記憶

48、特 點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)按鈕和停止按鈕的動(dòng)作信息，即M100=0時(shí)表 示停止，M100=1時(shí)表示啟動(dòng)，該電路在梯形圖中單獨(dú)處理。 以后對(duì)于有類似控制要求的系統(tǒng)都可以采用這個(gè)辦法。 此外，還需要注意液位開關(guān)X2的信號(hào)特性，如果3個(gè)液 位開關(guān)選用型號(hào)相同，那么閥門C放出液體的臨界信號(hào)應(yīng)該 是X2的由1到0的跳變，即下降沿信號(hào)，也可以取低電平為有 效信號(hào)。順序功能圖和梯形圖程序如圖7-26所示。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-26 液體混合控制裝置順序功能圖與梯形圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.3.4 仿步進(jìn)順控指令的編程方式仿步進(jìn)順控指令的編程方式 1仿步進(jìn)順控指令的編程方式與步進(jìn)

49、順控指令編程方仿步進(jìn)順控指令的編程方式與步進(jìn)順控指令編程方 式的主要區(qū)別式的主要區(qū)別 (1) 步進(jìn)順控指令的編程元件是狀態(tài)元件，操作后成為步 進(jìn)順控觸點(diǎn)(STL觸點(diǎn))，仿步進(jìn)順控指令的編程方式采用輔 助繼電器的觸點(diǎn)代替。 (2) 步進(jìn)順控指令可以將LD點(diǎn)移到STL觸點(diǎn)右側(cè)，編程 時(shí)直接使用LD指令即可，仿步進(jìn)順控指令的編程方式對(duì)輔助 繼電器(仿STL觸點(diǎn))右側(cè)的元件使用AND(ANI)指令即可。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 (3) 步進(jìn)順控指令執(zhí)行時(shí)可以跳開非活動(dòng)步，因此允許雙 線圈輸出，仿步進(jìn)順控指令的編程方式則應(yīng)避免雙線圈輸出 情況的發(fā)生，處理方法與啟、保、停電路編程方式和以轉(zhuǎn)換

50、為中心的編程方式相同。 (4) 步進(jìn)順控指令對(duì)前級(jí)步的復(fù)位是通過OUT指令和SET 指令經(jīng)系統(tǒng)程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，仿步進(jìn)順控指令的編程方式只 能通過RST指令復(fù)位前級(jí)步。 根據(jù)上面分析，仿步進(jìn)順控指令的編程方式的基本結(jié)構(gòu) 如圖7-27所示。下面分析針對(duì)單序列、選擇序列、并行序列 的解決方案。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-27 仿步進(jìn)順控指令編程方式的基本結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 2單序列編程方式單序列編程方式 單序列的編程方式就是其基本結(jié)構(gòu)的組合，圖7-28為液 體混合裝置采用仿步進(jìn)順控指令編程方式設(shè)計(jì)的梯形圖程序。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-28 仿

51、步進(jìn)順控指令編程方式編寫的液體混合控制裝置順 序功能圖與梯形圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 3選擇序列的編程方式選擇序列的編程方式 選擇序列的分支與合并編程方法同步進(jìn)順控指令的編程 方式基本類似，只要處理好兩者的四點(diǎn)區(qū)別即可，如圖7-29 所示。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-29 仿步進(jìn)順控指令選擇序列編程示例 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 4并行序列的編程方式并行序列的編程方式 并行序列的分支處理，對(duì)與前級(jí)步的復(fù)位操作只要一個(gè) 分支處理即可，沒有必要重復(fù)操作。合并時(shí)，對(duì)后續(xù)步的置 位操作不需要另起一個(gè)梯級(jí)，可以直接串在仿順控觸點(diǎn)Mi-1 的后面，如圖7-30所示。

52、 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-30 仿步進(jìn)順控指令并行序列編程示例 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 7.3.5 具有多種工作方式的系統(tǒng)的編程方式具有多種工作方式的系統(tǒng)的編程方式 順序控制設(shè)計(jì)法編程方式主要是針對(duì)控制系統(tǒng)有自動(dòng)運(yùn) 行特點(diǎn)的設(shè)備，而大多數(shù)設(shè)備要求提供更多的運(yùn)行方式，以 便適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求，如設(shè)備維護(hù)、調(diào)試、機(jī)構(gòu)檢修等情 況，具有多種工作方式的控制系統(tǒng)才更具有實(shí)用性。 工作方式主要有手動(dòng)和自動(dòng)兩種。 手動(dòng)方式是在設(shè)備故障檢修、正常維護(hù)、產(chǎn)品型號(hào)更換 等場(chǎng)合下對(duì)各部件獨(dú)立調(diào)試時(shí)使用，控制要求一般比較單一， 使用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)即可。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 自

53、動(dòng)方式又分為單步、單周期、連續(xù)、回初始態(tài)、回原 點(diǎn)(HOME)等運(yùn)行方式，也有些設(shè)備要求有半自動(dòng)運(yùn)行模式。 單步、單周期也是以檢修、調(diào)試為主要目的，用于檢查生產(chǎn) 工藝流程是否正確，參數(shù)是否合理，生產(chǎn)產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)是否 符合要求；連續(xù)運(yùn)行方式是設(shè)備處于正常生產(chǎn)時(shí)的工作方式； 回初始態(tài)、回原點(diǎn)運(yùn)行方式通常用于機(jī)構(gòu)校零或?yàn)檫B續(xù)運(yùn)行 做好準(zhǔn)備；半自動(dòng)方式是當(dāng)某些控制器件失靈或故障時(shí)設(shè)備 能夠維持的某種運(yùn)行方式，通常是短時(shí)運(yùn)行，器件更換或故 障排除后能夠迅速恢復(fù)到自動(dòng)運(yùn)行方式下，是設(shè)備的一種補(bǔ) 救措置。自動(dòng)方式的設(shè)計(jì)都適合采用順序控制設(shè)計(jì)法完成梯 形圖設(shè)計(jì)。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 多種工作方

54、式的梯形圖結(jié)構(gòu)如圖7-31所示，使用跳步指 令將程序體分割成若干個(gè)子模塊，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)某一工作 方式，通過操作面板確認(rèn)系統(tǒng)的工作方式。圖7-31(a)的結(jié) 構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，得到的梯形圖程序也較為簡(jiǎn)單，但在自 動(dòng)工作方式下多種模式的判斷具有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)；圖7- 31(b)的結(jié)構(gòu)各模塊之間接口關(guān)系清楚，不同工作方式之間 沒有相互牽連，便于開展設(shè)計(jì)調(diào)試工作，符合模塊化結(jié)構(gòu)， 但程序長(zhǎng)度較前者有所增加，適合用戶程序容量大的可編 程序控制器。需要說明的是，圖7-31(b)的結(jié)構(gòu)在工作方式 的增減上更為靈活，對(duì)某些有特殊工作方式需求的系統(tǒng)， 很難采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在自動(dòng)運(yùn)行方式的順序功能圖中添加， 我們將

55、在以后的例子中給予說明。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-31 多種工作方式控制系統(tǒng)梯形圖結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 在圖7-31(a)中，X0信號(hào)為外部手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān)，公 用程序包括初始化和輸入/輸出操作、報(bào)警操作等。其中， 輸入/輸出操作可以不在公用程序中處理，而直接編寫在手 動(dòng)或自動(dòng)程序中，因?yàn)槭褂昧藯l件跳轉(zhuǎn)指令，在不同的跳步 區(qū)中允許雙線圈輸出，程序在每個(gè)掃描周期中只會(huì)對(duì)同一個(gè) 輸出繼電器執(zhí)行一次輸出操作，但一方面為了提高程序的功 能化、模塊化和可讀性，另一方面也便于今后的調(diào)試、修改 和維護(hù)工作，建議在程序中集中處理輸入/輸出繼電器，具 體做法如圖7-32所

56、示，在步與輸入/輸出的關(guān)系之間多建立一 級(jí)映射，在手動(dòng)、自動(dòng)程序中只修改輔助繼電器的內(nèi)容，最 終的輸入/輸出操作放在公用程序段中。在程序設(shè)計(jì)中養(yǎng)成 一個(gè)良好的編程習(xí)慣，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的許多環(huán)節(jié)都會(huì)帶來極 大的便利。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-32 梯形圖設(shè)計(jì)中的輸入/輸出處理 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 例7-6 某變頻供水控制系統(tǒng)采用一個(gè)變頻器控制三個(gè)水 泵(1拖3)，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖7-33所示，操作面板及主回 路結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-34、圖7-35所示，壓力反饋接至變頻器， 變頻器內(nèi)置PID控制器調(diào)整水泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速，當(dāng)前池水位報(bào)警 信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)停止運(yùn)行。系統(tǒng)控制

57、過程如下。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-33 供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-34 控制面板示意圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-35 供水控制系統(tǒng)主回路示意圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 自動(dòng)運(yùn)行：根據(jù)水壓要求自動(dòng)投入水泵運(yùn)行數(shù)量，當(dāng) 出現(xiàn)用水需求時(shí)，先投入一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，有增泵要求時(shí)， 將變頻泵切換到工頻運(yùn)行，再投入第二臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，最 多三臺(tái)水泵全部投入運(yùn)行；當(dāng)用水量下降時(shí)，將投入的水泵 按先啟先停原則退出，至最后一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，維持水壓； 當(dāng)無用水需求時(shí)，變頻泵也退出運(yùn)行。用水量判斷依據(jù)為變 頻器的運(yùn)行頻率高、低限信號(hào)。

58、高限表明用水量大，需要增 泵；低限表明用水量小，需要退泵。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 半自動(dòng)運(yùn)行：當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，能夠根據(jù)水壓無 源觸點(diǎn)信號(hào)(電接點(diǎn)壓力表)控制變頻器的投入，此時(shí)水泵均工 作在工頻模式下。 手動(dòng)運(yùn)行：利用手動(dòng)按鈕啟動(dòng)或停止相應(yīng)水泵運(yùn)行， 水泵均為工頻模式。 分析：根據(jù)控制要求配置輸入/輸出口，輸入為各類外部 主令信號(hào)和各類檢測(cè)信號(hào)，輸出控制6個(gè)接觸器，如表7-2所 示。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 表 7-2 I/O 資源分配 輸入 輸出 X0 啟動(dòng) Y0 1KM1 X1 停止 Y1 2KM1 X2 變頻器故障 Y2 3KM1 X3 自動(dòng)/手動(dòng)切換 Y3

59、變頻使能 X4 前池水位報(bào)警 Y4 1KM2 X5 高水壓信號(hào) Y5 2KM2 X6 低水壓信號(hào) Y6 3KM2 X7 變頻器上限信號(hào) X10 變頻器下限信號(hào) X11 1 號(hào)泵手動(dòng)啟動(dòng) X12 1 號(hào)泵手動(dòng)停止 X13 2 號(hào)泵手動(dòng)啟動(dòng) X14 2 號(hào)泵手動(dòng)停止 X15 3 號(hào)泵手動(dòng)啟動(dòng) X16 3 號(hào)泵手動(dòng)停止 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 在本系統(tǒng)中，假定電機(jī)功率較小，PLC的輸出可直接驅(qū) 動(dòng)交流接觸器，若功率較大，應(yīng)采用中間繼電器放大之后驅(qū) 動(dòng)交流接觸器，以保護(hù)PLC輸出觸點(diǎn)。資源配置完成后設(shè)計(jì) PLC的外部接線示意圖如圖7-36所示。本例實(shí)際系統(tǒng)不需要采 用這么多的I/O資源，手

60、動(dòng)控制由二次回路實(shí)現(xiàn)性價(jià)比更好， 這里主要是為便于闡述多種工作方式而做的適當(dāng)調(diào)整。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-36 PLC外部接線示意圖 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 制定梯形圖結(jié)構(gòu)：程序應(yīng)包括手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行和半 自動(dòng)運(yùn)行三種方式，梯形圖結(jié)構(gòu)如圖7-37所示。當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng) 控制開關(guān)X3=0時(shí)，為手動(dòng)控制；當(dāng)X3=1且變頻器故障信號(hào) X2=0(無故障)時(shí)，為自動(dòng)控制；當(dāng)X3=1且變頻器故障信號(hào) X2=1(有故障)時(shí)，為半自動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)前池水位低時(shí)，說明管 網(wǎng)無水/停水，系統(tǒng)停止工作。 第7章 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)方法 圖7-37 供水控制系統(tǒng)梯形圖結(jié)構(gòu) 第7章 可編程序