典型單元的梯形圖程序分析.ppt

1、第5章 可編程序控制器的程序設(shè)計(jì)方法5.1 梯形圖的編程規(guī)則,國際電工委員會(huì)（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說明了句法、語義和下述5種編程語言： 功能表圖（sequential function chart） 梯形圖（Ladder diagram） 功能塊圖（Function black diagram） 指令表（Instruction list） 結(jié)構(gòu)文本（structured text）。 梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。,5.1 梯形圖的編程規(guī)則5.1.1 梯形圖概述,梯形圖是使用得最多

2、的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。 梯形圖編程中，用到以下四個(gè)基本概念： 軟繼電器 軟繼電器 PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲(chǔ)單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“

3、1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。,5.1 梯形圖的編程規(guī)則5.1.1 梯形圖概述,能流 如圖5-1所示觸點(diǎn)1、2接通時(shí)，有一個(gè)假想的“概念電流”或“能流”(Power Flow)從左向右流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。能流只能從左向右流動(dòng)。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。圖5-1a中可能有兩個(gè)方向的能流流過觸點(diǎn)5（經(jīng)過觸點(diǎn)1、5、4或經(jīng)過觸點(diǎn)3、5、2），這不符合能流只能從左向右流動(dòng)的原則，因此應(yīng)改為如圖5-1

4、b所示的梯形圖。,5.1 梯形圖的編程規(guī)則5.1.1 梯形圖概述,母線 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線(Bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動(dòng)。右母線可以不畫出。 梯形圖的邏輯解算 根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的。,

5、5.1 梯形圖的編程規(guī)則5.1.2 梯形圖的編程規(guī)則,1）每一邏輯行總是起于左母線，然后是觸點(diǎn)的連接，最后終止于線圈或右母線（右母線可以不畫出）。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點(diǎn)，而線圈與右母線之間則不能有任何觸點(diǎn) 2）梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串聯(lián)或并聯(lián)，但繼電器線圈只能并聯(lián)而不能串聯(lián)。 3）觸點(diǎn)的使用次數(shù)不受限制。 4）一般情況下，在梯形圖中同一線圈只能出現(xiàn)一次。如果在程序中，同一線圈使用了兩次或多次，稱為“雙線圈輸出”。對(duì)于“雙線圈輸出”，有些PLC將其視為語法錯(cuò)誤，絕對(duì)不允許；有些PLC則將前面的輸出視為無效，只有最后一次輸出有效；而有些PLC，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許雙線

6、圈輸出。,5.1 梯形圖的編程規(guī)則5.1.2 梯形圖的編程規(guī)則,5）對(duì)于不可編程梯形圖必須難過等效變換，變成可編程梯形圖，例如圖5-1所示。,5.1.2 梯形圖的編程規(guī)則,6）有幾個(gè)串聯(lián)電路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將串聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在上方，如圖5-2a所示。在有幾個(gè)并聯(lián)電路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將并聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在左方，如圖5-2b所示。這樣所編制的程序簡潔明了，語句較少。 另外，在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)輸入繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)最好按輸入設(shè)備全部為常開進(jìn)行設(shè)計(jì)更為合適，不易出錯(cuò)。建議用戶盡可能用輸入設(shè)備的常開觸點(diǎn)與PLC輸入端連接，如果某些信號(hào)只能用常閉輸入，可先按輸入設(shè)備為常開來設(shè)計(jì)，然后將梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器觸點(diǎn)取反

7、（常開改成常閉、常閉改成常開）。,5.2 典型單元的梯形圖程序分析,PLC應(yīng)用程序往往是一些典型的控制環(huán)節(jié)和基本單元電路的組合，熟練掌握這些典型環(huán)節(jié)和基本單元電路，可以使程序的設(shè)計(jì)變得簡單。本節(jié)主要介紹一些常見的典型單元梯形圖程序。 具有自鎖功能的程序 利用自身的常開觸點(diǎn)使線圈持續(xù)保持通電即“ON”狀態(tài)的功能稱為自鎖。如圖5-3所示的起動(dòng)、保持和停止程序（簡稱起保停程序）就是典型的具有自鎖功能的梯形圖， X1為起動(dòng)信號(hào)和X2為停止信號(hào)。,5.2 典型單元的梯形圖程序分析5.2.1 具有自鎖、互鎖功能的程序,具有互鎖功能的程序 利用兩個(gè)或多個(gè)常閉觸點(diǎn)來保證線圈不會(huì)同時(shí)通電的功能成為“互鎖”。三相

8、異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路即為典型的互鎖電路，如圖5-4所示。其中KMl和KM2分別是控制正轉(zhuǎn)運(yùn)行和反轉(zhuǎn)運(yùn)行的交流接觸器。,5.2 典型單元的梯形圖程序分析5.2.1 具有自鎖、互鎖功能的程序,具有互鎖功能的程序 如圖5-5所示為采用PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的外部I/O接線圖和梯形圖。實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制功能的梯形圖是由兩個(gè)起保停的梯形圖再加上兩者之間的互鎖觸點(diǎn)構(gòu)成。,5.2 典型單元的梯形圖程序分析5.2.1 具有自鎖、互鎖功能的程序,具有互鎖功能的程序 應(yīng)該注意的是雖然在梯形圖中已經(jīng)有了軟繼電器的互鎖觸點(diǎn)（X1與X0、Y1與Y0），但在I/O接線圖的輸出電路中還必須使用KM1、KM2的常閉

9、觸點(diǎn)進(jìn)行硬件互鎖。因?yàn)镻LC軟繼電器互鎖只相差一個(gè)掃描周期，而外部硬件接觸器觸點(diǎn)的斷開時(shí)間往往大于一個(gè)掃描周期，來不及響應(yīng)，且觸點(diǎn)的斷開時(shí)間一般較閉合時(shí)間長。例如Y0雖然斷開，可能KM1的觸點(diǎn)還未斷開，在沒有外部硬件互鎖的情況下，KM2的觸點(diǎn)可能接通，引起主電路短路，因此必須采用軟硬件雙重互鎖。采用了雙重互鎖，同時(shí)也避免因接觸器KM1或KM2的主觸點(diǎn)熔焊引起電動(dòng)機(jī)主電路短路。,保持電路,當(dāng)X000接通一下，輔助繼電器M500接通并保持，Y000有輸出。 停電后再通電，Y000仍有輸出，只有X001接通，其常閉觸點(diǎn)斷開，才能使M500自保持清除，使Y000無輸出。,5.2.2 定時(shí)器應(yīng)用程序-周

10、期可調(diào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器 如圖5-6所示采用定時(shí)器T0產(chǎn)生一個(gè)周期可調(diào)節(jié)的連續(xù)脈沖。,5.2.2 定時(shí)器應(yīng)用程序,占空比可調(diào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器 如圖5-7所示為采用兩個(gè)定時(shí)器產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號(hào)，脈沖周期為5秒，占空比為3：2（接通時(shí)間：斷開時(shí)間）。,1. 閃爍電路 用兩個(gè)定時(shí)器，可以組成一閃爍電路，或稱多諧振蕩器，如圖3-5所示。,振蕩電路 當(dāng)輸入X000接通時(shí)，輸出Y000閃爍，接通與斷開交替運(yùn)行，接通時(shí)間為1s由定時(shí)器T0設(shè)定，斷開時(shí)間為2s由定時(shí)器T1設(shè)定。,報(bào)警電路,當(dāng)X001接通后，Y000報(bào)警燈由閃爍變?yōu)槌Ａ?，同時(shí)Y001報(bào)警蜂鳴器關(guān)閉。 X002接通則Y000接通。定時(shí)器T0和T1構(gòu)成

11、振蕩電路，每0.5s斷開，0.5s接通反復(fù)。,順序脈沖發(fā)生器 如圖5-8a所示為用三個(gè)定時(shí)器產(chǎn)生一組順序脈沖的梯形圖程序，順序脈沖波形如圖5-8b所示。,斷電延時(shí)動(dòng)作的程序 如圖5-9所示為斷開延時(shí)程序的梯形圖和動(dòng)作時(shí)序圖。,2. 延時(shí)斷開電路 用一扳把開關(guān)X0及定時(shí)器T0，可以組成延時(shí)斷開電路，如圖所示。,延時(shí)斷開電路,輸入X000ON時(shí)，Y000=ON，并且輸出Y000的觸點(diǎn)自鎖保持接通，輸入X000OFF后，啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器T0，定時(shí)5s后，定時(shí)器觸點(diǎn)閉合，輸出Y000斷開。,多個(gè)定時(shí)器組合的延時(shí)程序 如圖5-10所示為定時(shí)時(shí)間為1h的梯形圖及時(shí)序圖，從X14接通，到Y(jié)4輸出，其延時(shí)時(shí)間為

12、1800s+1800s=3600s=1h。,5.2.3 計(jì)數(shù)器應(yīng)用程序,應(yīng)用計(jì)數(shù)器的延時(shí)程序 如圖5-11所示為采用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)延時(shí)的程序，由M8012產(chǎn)生周期為0.1s時(shí)鐘脈沖信號(hào)。,5.2.3 計(jì)數(shù)器應(yīng)用程序,定時(shí)器與計(jì)數(shù)器組合的延時(shí)程序 利用定時(shí)器與計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)組合可以擴(kuò)大延時(shí)時(shí)間，如圖5-13所示。,. 長時(shí)間延時(shí)電路 可以用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器構(gòu)成長時(shí)間延時(shí)電路，如圖3-8所示。圖中按下X0后，延時(shí)4個(gè)小時(shí)，Y0得電。圖中按下X0后，延時(shí)4個(gè)小時(shí)，Y0得電。,計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)程序 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值范圍的擴(kuò)展，可以通過多個(gè)計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)組合的方法來實(shí)現(xiàn)。圖5-14為兩個(gè)計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)組合擴(kuò)展的程序,5.2.4 其

13、它典型應(yīng)用程序,單脈沖程序 單脈沖程序如圖5-15所示，從給定信號(hào)（X0）的上升沿開始產(chǎn)生一個(gè)脈寬一定的脈沖信號(hào)（Y1）。,分頻程序 在許多控制場合，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行分頻。下面以如圖5-16所示的二分頻程序?yàn)槔齺碚f明PLC是如何來實(shí)現(xiàn)分頻的。,3. 二分頻電路 圖3-7為由定時(shí)器和計(jì)數(shù)器構(gòu)成的二分頻電路。,圖中, 初始脈沖M8002使C0復(fù)位清零。接通 X0，則T0、T1 構(gòu)成脈寬為 1s 的脈沖發(fā)生器。C0的設(shè)定值K=2，則Y0接通 2 次，Y1 才接通1次，構(gòu)成二分頻電路。如果將 C0 K2 改為 C0 K4，則構(gòu)成四分頻電路。,圖3-7,分頻電路 下圖所示為一個(gè)二分頻電路。待分頻的脈沖信號(hào)

14、加在輸入X000上，在第一個(gè)脈沖信號(hào)到來時(shí)，M100產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的單脈沖，使M100常開觸點(diǎn)閉合一個(gè)掃描周期。 第一個(gè)脈沖到來一個(gè)掃描周期后，M100斷開，Y000接通，第二個(gè)支路使Y0保持接通。,當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖到來時(shí)，M100 再產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的單脈 沖，使得Y000的狀態(tài)由接通變?yōu)閿嚅_； 通過分析可知，X000每送入兩個(gè)脈沖，Y000產(chǎn)生一個(gè)脈沖，完成對(duì)輸入X000 信號(hào)的二分頻。,5. 三相異步電動(dòng)機(jī)Y降壓起動(dòng)電路,圖3-9為三相異步電動(dòng)機(jī)Y降壓起動(dòng)電路。Y起動(dòng)時(shí)，KM1、KM3得電；延時(shí)后，KM1、KM2得電，為正常運(yùn)行。電路邏輯如下：,KM1,圖3-9,電路邏輯,電路邏輯的簡化,按上式，得梯形圖如3-10所示。,圖3-10(b) 梯形圖,將繼電接觸控制電路改換成PLC控制方式時(shí)，注意: 編制P