第6章PLC控制系統的設計2/6/20231主要內容PLC控制系統設計的基本步驟常用的幾種編程方法設計實例主要內容PLC控制系統設計的基本步驟常用的幾種編程方法常用的梯形圖程序邏輯設計法時序圖設計法經驗設計法順序控制設計法繼電器控制電路圖轉換設計法具有多種工作方式的系統的編程方法設計實例6.1.1PLC控制系統設計的基本步驟1.對控制任務作深入的研究，確定系統總體設計方案2.根據控制要求確定輸入/輸出元件，選擇PLC機型3.確定PLC的輸入/輸出點分配5.設計應用程序6.應用程序的調試7.制作電器控制柜和控制盤8.連機調試程序9.編寫技術文件基本步驟開始分析控制方案分配I/O點配置PLC硬件系統繪制流程圖設計外部電路現場施工設計程序整體調試滿足要求？編寫說明書交付使用模擬調試調試正常？修改確定I/O設備6.1.2PLC控制系統的硬件配置

1PLC機型選擇(1)結構合理：整體式\模塊式PLC(2)功能上要適當(3)機型統一(4)是否在線編程(5)對網絡通信的要求2I/O分配I/O點數的估算I/O模塊的選擇（2）開關量輸出模塊的選擇輸出模塊的任務是將PLC內部低電平的控制信號轉換為外部所需電平的輸出信號,驅動外部負載.輸出模塊有3種方式:繼電器輸出雙向可控硅輸出晶體管輸出.（3）模擬量及特殊功能模塊的選擇除了開關量信號以外，工業控制中還要對溫度、壓力、液位、流量等過程變量進行檢測和控制。模擬量輸入、模擬量輸出以及溫度控制模塊就是用于將過程變量轉換為PLC可以接收的數字信號以及將PLC內的數字信號轉換成模擬信號輸出。PLC控制系統設計的

三個重要環節（1）通過對控制任務的分析，確定控制系統的總體設計方案。（2）根據控制要求確定硬件構成方案。（3）設計出滿足控制要求的應用程序。2.應用程序的質量

（1）程序的正確性（2）程序的可靠性好（3）參數的易調整性好（4）程序要簡練（5）程序的可讀性好PLC常用的幾種編程方法邏輯設計法時序圖設計法經驗設計法順序控制設計法繼電器控制電路圖轉換設計法具有多種工作方式的系統的編程方法6.2邏輯設計法邏輯設計法基礎是邏輯代數方法：在程序設計時，對控制任務進行邏輯分析和綜合，將控制電路中元件的通、斷電狀態視為以觸點通、斷狀態為邏輯變量的邏輯函數對邏輯函數化簡利用PLC的邏輯指令進行設計。使用場合：當主要對開關量進行控制時，使用邏輯設計法比較好。1.紅燈常亮的程序設計設燈常亮為“1”、滅為“0”，通風機開機為“1”、停為“0”（下同）。其狀態表為：由狀態表可得F1邏輯函數：F1=ABCD(1)根據邏輯函數（1）容易畫出其梯形圖如圖6.1所示。ABCDF100001F1圖6.1紅燈常亮的梯形圖ABCD2.綠燈常亮的程序設計能引起綠燈常亮的情況有5種，列狀態表為：ABCDF20111110111110111110111111由狀態表可得F2的邏輯函數為：F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD(2)對邏輯函數(2)進行簡化，如下：F2=AB(D+C)+CD(A+B)(3)根據(3)畫出的梯形圖如圖6.2所示。F2圖6.2綠燈常亮的梯形圖CABACDDB將（4）簡化為：F1=AB（CD+CD）+CD（AB+AB）(5)由（5）畫出的梯形圖如圖6.3所示。其中25501能產生0.2s即5Hz的脈沖信號。F1CCCDDDAAABBB25501圖6.3紅燈閃爍的梯形F1M0.0T33T34T33F1（）10INTONPT10msT3310INTONPT10msT34CCCDDDAAABBBM0.0()采用S7-200編程4.綠燈閃爍的程序設計設綠燈閃爍為“1”，列狀態表為：ABCDF20011101011011011001110101110015.選擇PLC機型，作I/O點分配I/O分配如表6.1所示：由I/O分配即圖6.1、6.2、6.3、6.4，綜合在一起便得到總梯形圖6.5。輸入輸出ABCDF1F20010100102001030010401101011020110100103001040010100102001030010300104

00104001010010100102001022550100101001020010300104紅燈圖6.5通風機運行狀態顯示的梯形圖a0010300104001010010200101001020010300104255010010100102001030010400101001020010300104011020010300101001020010400103001030010200104a6.3時序圖設計法

如果PLC各輸出信號的狀態變化有一定的時間順序，可用時序圖設計法設計程序。舉例---時序圖設計法在十字路口上設置的紅、黃、綠交通信號燈，其布置如圖6.6所示。由于東西方向的車流量較小，南北方向的車流量較大，所以南北方向的放行（綠燈亮）時間為30s，東西方向的放行時間（綠燈亮）為20s。當在東西（或南北）方向的綠燈滅時，該方向的黃燈與南北（或東西）方向的紅燈一起以1Hz的頻率閃爍5s，以提醒司機和行人注意。閃爍5s之后，立即開始另一個方向的放行。要求只用一個控制開關對系統進行啟?？刂?。綠黃紅紅黃綠紅黃綠綠黃紅南西北東圖6.6交通燈布置圖編程思路：（1）分析PLC的輸入和輸出信號，以作為選擇PLC機型的依據之一。（2）弄清各燈之間亮、滅的時間關系，畫出時序圖。（3）由時序圖分析各輸出信號之間的時間關系。（4）4個時間區段必須用4個定時器來控制?？闪谐龆〞r器功能明細表（5）進行PLC的I/O分配。（6）畫出的梯形圖如圖6.8所示啟動南北綠燈南北黃燈東西紅燈東西綠燈東西黃燈南北紅燈30s30s5s5s5s20s20s5s一個循環t0t1t2t3t430s+5s5s20s+5s5s30s+5s20s各定時器一個循環中的功能定時器t0t1t2t3t4TIM000定時30s開始定時南北綠燈、東西紅燈亮定時到，輸出ON且保持。南北綠燈滅；南北黃、東西紅燈閃ONON開始下一循環定時TIM001定時35s開始定時繼續定時定時到，輸出ON且保持。南北黃、東西紅燈滅；ON開始下一循環定時TIM002定時55s開始定時繼續定時繼續定時定時到，輸出ON且保持。東西綠燈滅；南北綠、東西紅燈亮開始下一循環定時TIM003定時60s開始定時繼續定時繼續定時繼續定時定時到，輸出ON且保持。東西綠燈滅；南北綠、東西紅燈亮Q0.5Q0.4Q0.3Q0.2Q0.1Q0.0南北綠燈輸出輸入I/O的分配：南北黃燈南北紅燈東西黃燈東西紅燈東西綠燈控制開關I0.0南北綠燈、東西紅燈亮30s定時南北黃燈、東西紅燈閃5s定時東西綠燈、南北紅燈亮20s定時東西黃燈、南北紅燈閃5s定時南北綠燈I0.0T40T37T37TON300T38TON350T39TON550T40TON600Q0.0()東西紅燈亮30s，閃5s南北黃燈閃5s東西綠燈亮20s南北紅燈亮20s，閃5s東西黃燈閃5s圖6.8交通信號燈控制梯形圖Q0.0Q0.1T37SM0.5T38T38T39Q0.3Q0.4T39SM0.5T40Q0.1()Q0.2()Q0.3()Q0.4()Q0.5()時序圖設計法步驟詳細分析控制要求，確定各輸入/輸出信號個數，合理選擇機型。明確輸入和輸出信號之間的時序關系，畫出工作時序圖。根據時序圖劃分時間段，并確定各段的時間長短。根據時間區段確定定時器的個數，定時器號及其設定值。對PLC進行I/O分配。根據定時器的功能明細表、時序圖和I/O分配畫出梯形圖。模擬運行程序，對不合理之處進行修改。6.4經驗設計法如果能透徹地理解PLC各種指令的功能，可以憑經驗比較準確地選擇使用PLC的各種指令設計出相應地程序。這種方法沒有固定的模式分析控制要求、選擇控制原則；設計主令和檢測元件，確定輸入輸出設備；設計執行元件的控制程序；檢查修改和完善程序?；静襟E使用置位、復位指令起保停電路的功能也可以用S和R指令來實現1典型電路環節一、起保停電路二、定時器應用電路例1：用定時器設計延時接通延時斷開電路，要求輸入I0.0和輸出Q0.1的波形如圖所示。參考答案例2：用計數器擴展定時器的定時范圍。如進行10000h的定時控制（如圖波形圖所示）。參考答案例3：用定時器設計輸出脈沖的周期和占空比可調的振蕩電路（即閃爍電路）。3s3s2sQ0.02經驗設計法舉例例1：為什么硬件應互鎖？例2送料小車自動控制的梯形圖程序設計

X4處裝料，25s后裝料結束，開始右行，碰到X3后停下卸料，20s后左行，碰到X4后又停下裝料，這樣不停地循環工作。按鈕X0和X1分別用來起動小車右行和左行。X2停車?？刂埔笏土闲≤囎詣涌刂频奶菪螆D程序設計設計思路:以眾所周知的電動機正反轉控制的梯形圖為基礎，設計出的小車控制梯形圖。為使小車自動停止，將X3和X4的常閉觸點分別與Y0和Y1的線圈串聯。為使小車自動起動，將控制裝、卸料延時的定時器T0和T1的常開觸點，分別與手動起動右行和左行的X0、X1的常開觸點并聯;用兩個限位開關對應的X4和X3的常開觸點分別接通裝料、卸料電磁閥和相應的定時器。送料小車自動控制的梯形圖程序設計右行啟動左行啟動方案1方案2：使用正跳變觸點指令EU6.5繼電器控制電路圖轉換設計法1.對各種繼電器、電磁閥等的處理交直流接觸器、電磁閥、電磁鐵的線圈→輸出繼電器中間繼電器→內部輔助繼電器2.對常開、常閉按鈕的處理

對停車按鈕而言SB2SB200001000013.對熱繼電器觸點的處理分配PLC的輸入點或接入PLC外部的控制電路4.對時間繼電器的處理KTKAKMKTKMKMI0.0I0.1I0.1T3850INTONPT100msT38Q0.1（）5.處理電路的連接順序一般對控制電路作一些調整KM1SB1KM1SB2KM1KM2KTSQKAKM2KTKM1KTKM2KASB2SB1KM1KM1SQKM2KT輸入輸出SB100000KM101000SB200001KM201001SQ00002I/O分配表TIM000SV0100000002TIM00001001200000100000000010000000101001由I/O分配表畫出的PLC梯形圖輸入器件：指連接到PLC輸入接線端子用于產生輸入信號的器件。分類主令器件檢測器件有源觸點輸入器件無源觸點輸入器件輸入信號模擬信號數字信號開關信號PLCI/O端口選擇壓力傳感器、溫度傳感器數字開關按鈕、轉換開關、形成開關、觸點輸出器件：指連接到PLC輸出接線端子用于執行程序運行結果的器件。分類：驅動負載顯示負載輸出端口：繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出接觸器、繼電器、電磁閥PLCI/O端口選擇指示燈、數字顯示裝置、電鈴、蜂鳴器交直流負載直流負載交流負載I/O點數的確定

I/O點數是衡量可編程控制器規模大小的依據。

確定依據：將與PLC相連的全部輸入、輸出器件根據所需的電壓、電流的大小和種類分別統計，考慮將來發展的需要再相應增加10％～15％的余量PLCI/O端口選擇我國優先選擇220V的交流電源電壓，特殊情況可選擇24V直流電源供電。輸入信號電源，一般利用PLC內部提供的直流24V電源。對于帶有有源器件的接近開關可外接220V交流電源，提高穩定避免干擾。選用直流I/O模塊時，需要外設直流電源。電源電壓的選擇課堂練習三臺電動機M1、M2、M3，按下面的要求運行：1.啟動時，M1、M2同時啟動，此后5分鐘M3才能啟動；2.停車時，M3必須先停，M3停后2分鐘M1、M2同時停。按上述要求，選擇PLC機型，作I/O分配、I/O接線圖，設計出一個滿足要求的梯形圖。啟動按鈕I0.0電動機M1運轉KM1Q0.0停車按鈕I0.1電動機M2運轉KM2Q0.1電動機M3運轉KM3Q0.2S7-200

I/O點數的分配輸入輸出采用10點的主機可滿足要求啟動按鈕00000電動機M1運轉KM101000停車按鈕00001電動機M2運轉KM201001電動機M3運轉KM301002I/O點數的分配輸入輸出采用10點的主機可滿足要求使用S7-200接線圖啟動按鈕停車按鈕I0.0Q0.0I0.1Q0.1Q0.2COMCOMACKM1KM2KM3PLC使用OMRON的CPM1A接線圖啟動按鈕停車按鈕0000001000000010100101002COMCOMACKM1KM2KM3PLC梯形圖I0.03000Q0.0T37T38M0.0I0.1I0.1M0.0T38()Q0.0()Q0.1INTONPTT37()Q0.2()M0.01200INTONPTT380100000000TIM000#30000100101000TIM00001002TIM00120000000010000120000TIM00120000TIM001#1200END（01）梯形圖課堂練習設計用PLC控制一臺電動機Y接降壓啟動，3秒后轉換成△運行的程序（包括主回路、I/O接線圖和梯形圖）。1.主電路輸入輸出SB1I0.0KM1Q0.0SB2I0.1KM2Q0.1KM2Q0.22.I/O分配表

3.梯形圖I0.0I0.1

Q0.0TONQ0.0

T37T37Q0.0()Q0.2()Q0.1()30T374.I/O接線圖

I0.0

I0.11MQ0.0Q0.1Q0.21L6.6順序控制設計法適合按動作的先后順序進行控制的系統。特點：程序長，但結構清晰、規律性強、可讀性好。6.6.1功能表圖功能表圖——用來表示各工作步的功能、步與步的轉換順序及轉換條件。1、組成

步、有向連線、轉換條件和動作內容說明等。例如：圖6.14動力頭控制功能表圖

某動力頭運動狀態有：快進→工進→快退各狀態的轉換條件：壓下行程開關1快進2工進3快退4停車復位啟動壓ST1壓ST2壓ST3功能表圖組成——舉例動作內容工作步初始步活動步轉換條件2.功能表的類型單序列結構：功能表圖沒有分支，每步一步，步與步之間只有一個轉換條件。選擇序列結構：開始為分支，各分支不能同時執行。并行序列結構：開始為分支，各分支同時執行。（2）選擇序列結構13524abcdefg分支條件注意：各分支應聯鎖合并

（3）

并行序列結構1a3c2b4d6578圖6.16并行序列e分支步234同時激活合并鼓風機和引風機的控制。一使用起保停電路的順序控制梯形圖設計方法基本方法：使用起保停電路關鍵:找出每一步的起動條件和停止條件單序列的編程方法根據順序功能圖設計梯形圖時，可以用存儲器M來代表步。某一步為活動步時，對應的存儲器位為1，某一轉換實現時，該轉換的后續步變為活動步，前級步變為不活動步。很多轉換條件都是短信號，即它存在的時間比它激活的后續步為活動步的時間短，因此應使用有記憶功能的電路和指令來控制代表步的存儲位。大家想一想，前面我們所學的哪些指令或者程序段具有記憶的功能？鼓風機和引風機的控制時序圖可分多少步？鼓風機和引風機的順序功能圖每一步的啟動條件和轉換條件？啟動條件：其前級步為活動步，并且轉換條件滿足。停止條件：后續步轉換為活動步。鼓風機和引風機的順序控制梯形圖鼓風機和引風機的順序控制梯形圖輸出電路部分此方法中，用某轉換所有前級步對應的存儲器位的常開觸點與轉換對應的觸點或電路串聯，（該串聯電路即起保停電路），用它作為使所有后續步對應的存儲器位置位（使用置位指令）和使所有前級步對應的存儲器位復位（使用復位指令）的條件。在任何情況下，代表步的存儲器位的控制電路都可以用這一原則來設計，每一個轉換對應一個這樣的控制置位和復位的電路塊，有多少個轉換就有多少個這樣的電路塊。這種方法有規律，容易掌握，不容易出錯，適用于設計復雜的順序功能圖的梯形圖程序。二以轉換為中心的順序控制梯形圖設計方法下面以某組合機床的動力頭控制系統為例說明。舉例：單序列的編程方法S7-200PLC提供了三條順序控制指令:其中S是順序控制繼電器，用S的位狀態表示步的活動狀態（前面兩種方法中用M的位狀態表示步的活動狀態）;一個SCR段對應于順序功能圖中的一步;S位的狀態決定對應的SCR段程序是否執行.三使用SCR指令的順序控制梯形圖設計方法1順序控制繼電器指令P128梯形圖語句表指令功能LSCRs_bitSCR程序段開始(步開始)SCRTs_bitSCR轉換(步轉換)SCRESCR程序段結束(步結束)CSCRESCR程序段條件結束(步條件結束)SCRS_bit(SCRT)S_bit(SCRE)1、不能在不同的程序中使用相同的S位；2、不能在SCR段之間使用JMP及LBL指令，即不允許用跳轉的方法跳入或跳出SCR段；3、不能在SCR段中使用FOR，NEXT和END指令。注意，使用SCR時有如下限制2單序列的編程方法1、哪個S位置位，對應的哪個步的SCR段程序才會執行；2、每一步的SCR段程序由步開始指令開始，步結束指令結束，兩者之間有動作輸出及步轉換的內容；3、SM0.0的作用：無條件觸點，始終接通；舉例請按照下圖中所給出的波形圖，進行程序設計（順序控制圖和梯形圖）。4sI0.0I0.1Q0.0Q0.1舉例：圖示是運料小車運行的示意圖，小車可以在A、B之間運動，在A、B點各有一個行程開關SQ1、SQ2。

·小車從A點向B點前進，到達B點，停車10s后，從B點后退到A點，在A點停車20s后再向B點前進，如此往復不止。

·要求可以人為控制小車的前進啟動和后退啟動，并且任何時候都可以停止小車運行。AB分析：該題共有4步：小車前進、定時10s、小車后退和定時20s。各步的轉換條件：小車到達B點時的行程開關閉合、B點定時10s時間到、小車到達A點時的行程開關閉合和A點定時20s時間到。各步的動作分別是：小車從A點到B點的前進動作、啟動10s定時器動作、小車從B點到A點的后退動作、啟動20s定時器動作。要求能夠前進啟動和后退啟動，需要選擇分支結構。停止按鈕的動作來停止正在運行的步。0前進啟動12B點行程開關閉合小車向前啟動定時器，延時10s10S定時時間到34A點行程開關閉合小車后退啟動定時器，延時20s20S定時時間到后退啟動停止停止停止停止3.根據功能表圖畫梯形圖的方法

每個步可設置一個控制位，激活下—步的條件之一：當某步的控制位為ON時，該步成為活動步，同時與該步對應的程序開始執行；激活下一步的條件之二：當轉換條件滿足時，下一步的控制位為ON，上一步的控制位變為OFF，且上—步對應的程序停止執行。步與步的聯鎖：只要在順序上相鄰的控制位之間進行聯鎖，就可以實現這種步進控制。20000I0.12000420001T37200052000220008200032000620007I0.0C2HR0000C3T38I0.2TIM004HR0001圖2.功能表圖舉例根據功能表圖畫梯形圖的方法2000020008HR0001200010000020000(a)2000120000000012000220001(b)（1）步20000（2）步2000120007(c)2000420000000012000520004(d)2000520004TIM001200062000520007（3）步20004（4）步20005輸入輸出功能地址功能地址前進啟動SB1I0.0小車前進KM1Q0.0后退啟動SB2I0.1小車后退KM2Q0.1停止SB0I0.2A點行程開關SQ1I0.3B點行程開關SQ2I0.4I/O分配表I/O分配表Q0.0()6.8PLC編程實例某自動定時攪拌系統的動作過程如下：（1）初始狀態是出料閥門A關閉，然后進料閥門B打開，開始進料，液面開始上升。（2）當液面傳感器L1的觸點接通后，攪拌機開始攪拌。（3）攪拌5min后，停止攪拌，打開出料閥門A。當液面下降到傳感器L2的觸電斷開時，關閉出料閥門A，又重新打開進料閥門B，開始進料，重復上述過程。出料閥門A傳感器L2傳感器L1進料閥門BM攪拌電機圖定時攪拌系統啟動按鈕00400進料閥門B01000第0步00200緊急停止按鈕00401出料閥門A01001第1步00201連續工作開關00403攪拌電動機01002第2步00202液面傳感器L100405第3步00203液面傳感器L200406I/O點數的分配輸入輸出步0123打開進料閥門B啟動傳感器L1觸點接通5min定時到啟動攪拌電機啟動5min定時L2觸點斷開“與”不連續工作L2觸點斷開“與”連續工作打開出料閥門A20002200002000120003004000100001002TIM00000405TIM000ON00406off、00403on00406off、00403off0100120000200030040600403200012531520003200002000320001004030040620002004012000000400200012000220003TIM00020000200012000300401010002000101002200020100120003200022000100405200030040120002TIM000#3000aa6.2常用的梯形圖程序一、啟?？刂齐娐?.單繼電器線圈控制01000000000100000001(a)01000000000100000001(b)2.多繼電器線圈控制010000000001000000010100101002010033.多地控制0000200000010000000101000000034.互鎖控制0100000000010000000301002010010100100001010010000301002010000100200002010020000301001010005.互控程序000000100001000010020000301001000010100101001010000000301002000020100201002010010000301000(a)000000100001000010020000301001000010100101001010000000301002000020100201002010010000301000(b)0000100002000020000000000000016.順序啟動程序010000000001000000030100100001010010000301000010020000201002000030100101000二、脈沖電路周期脈沖電路2550125500010002550201001010021min脈沖2540001000下降沿觸發的單脈沖00000200000100