第7章PLC程序設計方法及順序控制設計法中梯形圖的編程方法7.1梯形圖的經驗設計法7.2根據繼電器電路圖設計梯形圖的方法7.3順序設計法與順序功能圖的繪制7.4順序控制設計法中梯形圖的編程方法7.1梯形圖的經驗設計法7.1.1起動、保持、停止控制電路經驗設計法就是沿用了傳統繼電器—接觸器系統電氣原理圖的設計方法，即在一些典型單元電路的基礎上，根據被控對象對控制系統的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。如圖（7-1a）所示。圖7-1

起保停電路a)7.1.2電動機正、反轉控制電路圖7-2電動機正反轉控制電路7.1.3定時器和計數器的應用電路1．用計數器設計長延時電路需要更長的延時時間，可用計數器和特殊位存儲器組成長延時電路，如圖7-3所示。

圖7-3

計數器和SM0.4組成長延時電路2．用定時器設計延時接通/延時斷開電路3．用定時器與計數器組合的長延時電路控制要求如圖7-4所示。

圖7-4

延時接通/延時斷開電路

用定時器與計數器組合的長延時電路如圖7-5所示。圖7-5

定時器與計數器組合的長延時電路

圖7-5中T38產生的脈沖送給C1計數，計滿600個數（即10

h）后，C1的當前值等于設定值，C1的常開觸點閉合，Q0.1有輸出。設T38和C1的設定值分別為KT和KC，對于100

ms的定時器，總的定時時間（s）為

T

=

0.1KTKC7.1.4經驗設計法舉例1．運料小車自動控制系統的梯形圖設計圖7-6運料小車系統示意圖及PLC連接圖

采用經驗設計法設計的小車控制系統梯形圖程序如圖7-7（a）所示。為使小車到達裝料、卸料位置能自動停止左行、右行和在裝料、卸料結束后能自行起動右行、左行，將電路進行了一些調整，最后得出如圖7-7（b）所示的梯形圖。(a)（b）圖7-7運料小車控制系統的梯形圖程序2．小車兩處卸料的自動控制梯形圖的設計在圖7-8中，小車仍然在I0.3處裝料，并在I0.5和I0.4處輪流卸料。圖7-8

控制小車兩處卸料的梯形圖7.2根據繼電器電路圖設計梯形圖的方法根據繼電器電路圖設計梯形圖的方法也稱為改型設計法（或移植法）。7.2.1改型設計的基本方法1．改型設計方法步驟①了解被控設備的機械動作和工藝過程，分析并掌握繼電器電路圖和控制系統的工作原理，只有這樣才能做到在設計和調試控制系統過程中心中有數。②確定PLC的輸入信號和輸出負載，確定對應梯形圖中的輸入和輸出位的地址，從而畫出PLC的I/O外部接線圖。③確定繼電器電路圖中有多少中間繼電器、時間繼電器，從而確定對應梯形圖中的位存儲器和定時器的地址。這樣就建立了繼電器電路圖中的元件和梯形圖中編程元件之間的地址對應關系。④根據上述的對應關系繪制出梯形圖。2．改型設計舉例圖7-9三速異步電動機起動與自動加速的繼電器控制電路圖繼電器電路圖中的交流接觸器和電磁閥等執行機構若用PLC的輸出位來控制，則其線圈應接在PLC的輸出端。

按鈕、控制開關、限位開關等用來給PLC提供輸入信號，其觸點應接在PLC的輸入端，一般使用常開觸點。繼電器電路圖中的中間繼電器和時間繼電器，用PLC內部的位存儲器和定時器來代替。b)梯形圖7.2.2設計應注意事項1．應遵守梯形圖語言中的語法規定

在繼電器電路圖中，觸點可以放在線圈的左邊或右邊，但在梯形圖中，線圈必須放在右邊，在線圈的右邊不允許出現觸點。2．設計中間單元

在梯形圖中，若多個線圈均受某一觸點串并聯電路的控制，為了簡化電路，在梯形圖中可以設置用該電路控制的位存儲器，它類似于繼電器電路中的中間繼電器。

PLC的價格與I/O點數的多少有關，每一個輸入和輸出信號分別要占用一個輸入和一個輸出點，因此減少輸入和輸出信號的點數是降低硬件費用的主要措施。3．盡量減少PLC的輸入和輸出信號4．設置外部聯鎖電路為防止正反轉電路中的2個接觸器同時動作而造成三相電源短路，除了在梯形圖中設置軟繼電器聯鎖以外，還要在PLC外部電路設置硬件聯鎖電路。為減少語句表指令的指令條數，在每一邏輯行中，串聯觸點多的支路應放在上方，并聯觸點多的支路應放在左邊，否則程序變長。5．梯形圖的優化設計6．外部負載的額定電壓

PLC的繼電器輸出模塊和雙向晶閘管輸出模塊只能驅動額定電壓最高AC220

V的負載，若系統原來的交流接觸器線圈電壓為380

V，應將線圈換成220

V的，或設置外部中間繼電器。7.3順序設計法與順序功能圖的繪制7.3.1順序設計法

順序設計法，就是按照生產工藝預先規定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態和時間的順序，在生產過程中各個執行機構自動地有秩序地進行操作。7.3.2順序功能圖的組成順序功能圖主要由步、轉換、轉換條件、有向連線和動作組成，如圖7-11所示。

步是控制過程中的一個特定狀態，用矩形方框表示。方框中可以用數字表示該步的編號，也可以用代表該步的編程元件（如M0.0、M0.1等）的地址作為步的編號。1．步圖7-11

順序功能圖2．初始步初始步表示一個控制系統的初始狀態，沒有具體要完成的動作。每一個順序功能圖至少應該有一個初始步，初始步用雙矩形方框表示。3．轉換與轉換條件轉換用與有向連線垂直的短劃線來表示，轉換將相鄰兩步分隔開。4．有向連線步與步之間用有向連線連接，在有向連線上用一個或多個小短線表示一個或多個轉換。6．活動步5．動作動作用矩形框中的文字或符號表示，該矩形框應與相應步的符號相連。當系統正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態，稱該步為活動步。若某一步有幾個動作時，其表示方法如圖7-12所示，圖7-12動作順序功能圖的設計舉例：圖7-13所示為某組合機床動力頭進給運動示意圖、順序功能圖。圖7-13

組合機床動力頭進給運動示意圖、順序功能圖7.3.3順序功能圖的基本結構6．活動步1．單序列根據步與步之間進展的不同情況，功能圖有以下3種結構。單序列是由一系列相繼激活的步組成，每一步的后面僅有一個轉換，每一個轉換的后面只有一個步，如圖7-14（a）所示。圖7-14單序列、選擇序列與并行序列2．選擇序列3．并行序列當轉換的實現導致幾個分支同時激活時，采用并行序列。并行序列的開始稱為分支，如圖7-14（c）所示。7.3.4順序功能圖中轉換實現的基本原則1．轉換實現的條件轉換的實現必須同時滿足2個條件①該轉換所有的前級步均是活動步。②相應的轉換條件得到滿足。2．轉換實現應完成的操作①使所有由有向連線與相應轉換條件相連的后續步都變為活動步。②使所有由有向連線與相應轉換條件相連的前級步都變為不活動步。3．繪制順序功能圖時的注意事項①2個步絕對不能直接相連，必須用轉換將它們隔開。②轉換與轉換之間也不能直接相連，必須用步將它們隔開。③順序功能圖中的初始步一般對應于系統的初始狀態，這一步沒有輸出，所以初學者繪制功能圖時很容易遺漏這一步。順序設計法則是用輸入信號I控制代表各步的編程元件（M或S），再用M（或S）去控制輸出信號Q，如圖7-15（b）所示。4．順序設計法的本質用經驗設計法是用輸入信號I直接控制輸出信號Q，如圖7-15（a）所示。圖7-15

經驗設計法與順序設計法的區別（a）經驗設計法（b）順序設計法5．復雜的順序功能圖的設計舉例用2只鉆頭同時鉆2個孔。開始之前2個鉆頭在最上面，上限位開關I0.0和I0.2為ON。操作人員按下起動按鈕I1.0，工件被夾緊，夾緊后2只鉆頭同時開始下鉆，鉆到由下限位開關I0.1和I0.3設定的深度時分別上行，上行到由限位開關I0.0和I0.2設定的起始位置時分別停止上行。2個都到位后，工件被松開。松開到位后，加工結束，系統返回到初始狀態。圖7-16（a）是某專用鉆床示意圖，圖7-16

專用鉆床順序控制系統的結構示意圖與順序功能圖梯形圖如圖7-16（b）所示。7.4順序控制設計法中梯形圖的編程方法7.4.1使用起保停電路的順序控制梯形圖的編程方法1．單序列的編程方法鍋爐鼓風機和引風機的控制要求如圖7-17（a）中的波形所示。圖7-17（a）鍋爐鼓風機和引風機的波形圖

根據Q0.0和Q0.1接通/斷開狀態的變化，其工作期間可以分為3步，分別用M0.1、M0.2、M0.3來代表這3步，用M0.0來代表等待起動的初始步。順序功能圖如圖7-17（b）所示。

如果某些輸出量像Q0.0一樣，在連續的若干步均為1狀態，也可以用置位、復位指令來控制它們，如圖7-17（b）所示。圖7-17（b）鍋爐鼓風機和引風機的順序功能圖圖7-17鼓風機和引風機的順序梯形圖

根據功能圖繪制出的梯形圖如圖7-17（c）所示2．選擇序列的編程方法(1)選擇序列分支開始的編程方法圖7-18

選擇序列與并行序列的順序功能圖(2)選擇序列分支合并的編程方法(a)功能圖圖7-18

選擇序列與并行序列的順序梯形圖根據功能圖繪制出的梯形圖如圖7-18（b）所示。b)(3)僅有2步的閉環的處理圖7-19

僅有2步的閉環的處理如果在順序功能圖中存在僅由兩步組成的小閉環，如圖7-19（a）所示，用起保停電路設計的梯形圖時不能正常工作。3．并行序列的編程方法(1)并行序列分支開始的編程方法(2)并行序列分支合并的編程方法圖7-20

選擇序列與并行序列的順序功能圖任何復雜的順序功能圖都是由單序列、選擇序列和并行序列組成的，掌握了單序列的編程方法和選擇序列、并行序列的分支開始、分支合并的編程方法后，就不難迅速地設計出任意復雜的順序功能圖所描述的數字量控制系統的梯形圖。(4)應用設計舉例圖7-20（a）是某剪板機的示意圖圖7-20

剪板機示意圖圖中有選擇序列、并行序列的分支開始與分支合并。用M0.0～M0.7代表各步，步M0.0是初始步，用來復位計數器C0。加計數器C0是用來控制剪料的次數，每次工作循環C0的當前值在步M0.7加1。沒有減完20塊料時，C0的當前值小于設定值20，其C0常閉觸點閉合，即轉換條件滿足，將返回步M0.1，重新開始下一周期的工作。當剪完20塊板料后，C0的當前值等于設定值20，C0常開觸點閉合，即轉換條件滿足，將返回到初始步M0.0，等待下一次起動信號。圖7-20（b）剪板機功能圖根據剪板機的控制要求，設計出對應的功能圖如圖7-20（b）所示。根據順序功能圖設計的梯形圖如圖7-20（c）所示。圖7-20（c）剪板機梯形圖7.4.2

以轉換為中心的順序控制梯形圖的編程方法1.單序列的編程方法在順序功能圖中，如果某一轉換所有的前級步都是活動步并且滿足相應的轉換條件，則轉換實現。仍以圖7-17鼓風機和引風機的順序功能圖為例來介紹以轉換為中心的順序控制梯形圖的編程方法，其梯形圖如圖7-21(a)所示。圖7-21(a)圖7-21

鼓風機和引風機的順序梯形圖2.

選擇序列的編程方法如果某一轉換與并行序列的分支、合并無關，它的前級步和后續步都只有一個，需要復位、置位的存儲器位也只有一個，因此對選擇序列的分支與合并的編程方法實際上與對單序列的編程方法完全相同。仍以圖7-17所示的順序功能圖為例進行分析選擇序列的編程方法。圖7-17順序功能圖圖7-22（對應圖7-18）是以轉換條件為中心的編程方式的梯形圖。圖7-22以轉換條件為中心的編程方式的梯形圖3.

并行序列的編程方法

圖7-23中轉換的上面是并行序列的合并，轉換的下面是并行序列的分支，該轉換實現的條件是所有的前級步（即步M2.0和M2.1）都是活動步和轉換條件滿足，因此應將M2.0、M2.1、I0.2的常開觸點與I0.1的常閉觸點組成的串并聯電路，作為使M2.2、M2.3置位和使M2.0、M2.1復位的條件。圖7-23轉換的同步實現4.

應用設計舉例圖7-20為剪板機的順序功能圖，圖7-20為剪板機的順序功能圖用以轉換條件為中心編程方法繪制的梯形圖程序，如圖7-24所示。圖7-24剪板機控制系統的梯形圖7.4.3

使用SCR指令的順序控制梯形圖的編程方法1.

順序控制繼電器指令

S7-200中的順序控制繼電器專門用于順序控制程序。順序控制程序被順序控制繼電器指令劃分為LSCR與SCRE指令之間的若干個SCR段，一個SCR段對應于順序功能圖中的一步。順序功能圖中步的開始LSCR指令，用來表示SCR段的開始。順序控制繼電器結束SCRE指令，用來表示SCR段的結束。順序控制繼電器轉換SCRT指令，用來表示SCR段之間的轉換。不能在不同的程序中使用相同的S位；不能在SCR段中使用JMP及LBL指令；不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。使用SCR時有如下的限制：2.

單序列的編程方法圖7-25為小車運動示意圖、順序功能圖和梯形圖圖7-25小車運動示意圖、順序功能圖和梯形圖3.

選擇序列與并行序列的編程方法(1)選擇序列的編程方法（1）選擇序列分支開始的編程方法以圖7-26（a）為例介紹其編程方法（2）選擇序列分支合并的編程方法在設計梯形圖時，用LSCR和SCRE指令作為SCR段的開始和結束指令。在SCR段中用SM0.0的常開觸點來驅動在該步中應為1狀態的輸出點的線圈，并用轉換條件對應的觸點或電路來驅動轉到后續步的SCRT指令。圖7-26（a）

(2)并行序列的編程方法（1）并行序列分支開始的編程方法（2）并行序列分支合并的編程方法其梯形圖如圖7-26（b）所示。（b）梯形圖圖7-26選擇序列與并行序列的功能圖和梯形圖4.

應用設計舉例某專用鉆床用來加工圓盤狀零件上均勻分布的6個孔如圖7-27（a）所示。控制要求根據以上控制要求設計出的順序功能圖、梯形圖如圖7-27（b）、（c）所示。(a)(b)圖7-27某專用鉆床結構示意圖、功能圖、梯形圖7.4.4

具有多種工作方式系統的順序控制梯形圖的編程方法1

.系統的硬件結構與工作方式(1)硬件結構

圖7-28（a）為某機械手結構示意圖，用機械手將工件從A點搬運到B點。當工件夾緊時，Q0.1為ON，工件松開時，Q0.1為OFF。

圖7-28（b）為操作面板圖，工作方式選擇開關的5個位置分別對應于5種工作方式，操作面板下部的6個按鈕（I0.5～I1.2）是手動按鈕。

圖7-29所示為PLC的I/O接線圖。系統設有手動、單步、單周期、連續和回原點5種工作方式。(2)工作方式圖7-28

機械手結構示意圖及操作面板手動工作方式單周期工作方式單步工作方式連續工作方式回原點工作方式為了保證在緊急情況下（包括PLC發生故障時）能可靠地切斷PLC的負載電源，設置了交流接觸器KM如圖7-29所示。在PLC開始運行時按下“負載電源”按鈕，使KM線圈通電并自鎖，給外部負載提供交流電源。出現緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源。圖7-29PLC的I/O接線圖

圖7-30是主程序的總體結構，SM0.0的常開觸點一直為ON，公用程序一直為無條件執行狀態。在手動方式，I2.0為ON，執行“手動”子程序。在自動回原點方式，I2.1為ON，執行“回原點”子程序。在其他3種工作方式執行“自動”子程序。(3)主程序的總體結構圖7-30

主程序的總體結構2.

使用起保停電路的編程方法(1)公用程序公用程序如圖7-31所示，它是用于處理各種工作方式都要執行的任務，以及不同的工作方式之間相互切換的處理。

圖7-31

公用程序手動程序如圖7-32所示，為保證系統安全運行，在手動程序中設置了一些必要的聯鎖如下。(2)手動程序圖7-32手動程序①設置了用限位開關I0.1～I0.4的常閉觸點，限制機械手的移動范圍。②上限位開關I0.2的常開觸點與控制左、右行的Q0.4和Q0.3的線圈串聯，保證機械手必須上升到最高位置時才能左右運動，避免機械手在較低位置運行時