第4章-PLC編程及應(yīng)用

PLC原理及應(yīng)用第4章數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計方法 4.1梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法

4.2根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖的方法

4.3順序控制設(shè)計法與順序功能圖掌握常見的幾種梯形圖；熟悉繼電器電路圖設(shè)計梯形圖的方法；掌握S7-200PLC順序控制指令的類型、格式、使用方法和編程規(guī)則；掌握順序功能圖的結(jié)構(gòu)、類型、格式和編程規(guī)則；學(xué)會用順序功能圖設(shè)計順序控制程序，進(jìn)行程序的調(diào)試與模擬運行。

學(xué)習(xí)目標(biāo)4.1梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法4.1.1有記憶功能的電路起動信號I0.0使輸出Q0.0置位（接通并保持），形成自鎖功能；停止信號I0.1使輸出Q0.0復(fù)位斷開。圖4-1有記憶功能的電路4.1.2定時器應(yīng)用電路圖4-2延時接通/延時斷開電路

長延時程序

S7-200PLC中定時器最大設(shè)定時間為3276.7s，如果需要更長的延時時間，用計數(shù)器可以實現(xiàn)長延時，如左圖電路，由SM0.4提供時鐘脈沖信號（1min），計數(shù)器C2對脈沖進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)器的設(shè)定值30000和脈沖周期1min之積就是定時時間，為30000min。還可以用定時器和計數(shù)器配合完成，如右圖電路，當(dāng)輸入信號接通后，定時器T37提供的3000s脈沖信號，計數(shù)器C4對其進(jìn)行計數(shù)，計滿12000次，定時時間達(dá)到10000小時。1min時鐘脈沖信號延時500h延時10000h圖4-3 長延時電路

閃爍電路

輸出脈沖的周期和占空比可調(diào)的振蕩電路。t38為接通時間，t37為斷開時間，周期為t37

+t38當(dāng)T37的輸入信號接通后開始定時，時間到其觸點接通T38的輸入信號，T38的定時時間到斷開T37的輸入信號，使T37復(fù)位，從而使T38也復(fù)位。復(fù)位后其常閉觸點接通，T37又開始定時。輸出線圈Q0.0周期性“接通”和“斷開”，時間分別是T37和T38的設(shè)定時間。4.1.3經(jīng)驗設(shè)計法舉例三相異步交流電動機主要指交流籠型異步電動機和交流繞線式異步電動機，由于三相籠型異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、堅固耐用、維修方便等優(yōu)點，獲得廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，在一般工礦企業(yè)中，籠型異步電動機的數(shù)量占電力拖動設(shè)備總臺數(shù)的85％左右。根據(jù)生產(chǎn)機械和工藝條件的具體要求，其控制線路能夠?qū)崿F(xiàn)電力拖動系統(tǒng)的起動、制動、調(diào)速、保護(hù)和生產(chǎn)過程的自動化。圖4-5小車自動往復(fù)運動的繼電器控制電路圖4.1.4常閉觸點輸入信號的處理前提條件：輸入的數(shù)字信號均由外部常開觸點提供，但是有些信號只能由常閉觸點提供，比如熱繼電器。如果某些信號只能由常閉觸點輸入，可以按照輸入全部為常開觸點來設(shè)計梯形圖，這樣可以將繼電器電路圖直接翻譯為梯形圖，然后將梯形圖中外接常閉觸點的輸入信號位的觸點改為相反的觸點。

常閉輸入觸點的處理

如果輸入為常閉觸點，編制的梯形圖與繼電器原理圖相反I0.1I0.2Q0.0Q0.0()如果輸入為常開觸點，編制的梯形圖與繼電器原理圖一致4.2根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖的方法將繼電器電路圖轉(zhuǎn)換為功能相同的PLC的外部接線圖和梯形圖的步驟：1）了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和機械的動作情況，根據(jù)繼電器電路圖分析和掌握控制系統(tǒng)的工作原理；2）確定PLC的輸入信號和輸出負(fù)載，以及與它們像對應(yīng)的梯形圖中的輸入位和輸出位的地址，畫出PLC的外部接線圖；3）確定與繼電器電路圖的中間繼電器、時間繼電器對應(yīng)的梯形圖中的位存儲器（M）和定時器（T）的地址；4）根據(jù)上述對應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖。圖4-9PLC外部接線圖

圖4-10梯形圖

4.2.2注意事項1.應(yīng)遵守梯形圖語言中的語法規(guī)定2．設(shè)置中間單元3．盡量減少PLC的輸入信號和輸出信號4．設(shè)立外部聯(lián)鎖電路5．梯形圖的優(yōu)化設(shè)計6．外部負(fù)載的額定電壓4.3順序控制設(shè)計法與順序功能圖§4.3.1順序控制設(shè)計法順序控制就是按照實際生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有序地進(jìn)行操作。使用順序控制設(shè)計法時，首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計出梯形圖。順序功能圖（SFC）描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是設(shè)計PLC的順序控制程序的有力工具。順序控制繼電器（SCR）指令是基于SFC的編程方式，使用順序控制繼電器（S0.0~S31.7），依據(jù)被控對象的順序功能圖進(jìn)行編程，將邏輯程序劃分為LSCR與SCRE之間的若干個SCR段，一個SCR程序段對應(yīng)順序功能圖中的一個程序步，從而實現(xiàn)順序控制。順序功能圖

SCR指令

順序控制繼電器裝載(LSCRn）指令表示一個順序控制繼電器（SCR）程序段的開始。順序控制繼電器為ON時，執(zhí)行對應(yīng)的SCR段中的程序，反之則不執(zhí)行。LSCR指令中指定的順序控制繼電器S被放入SCR堆棧和邏輯堆棧棧頂，SCR堆棧的值決定該SCR程序段是否執(zhí)行，當(dāng)SCR程序段的S位置位時，允許該程序段工作。順序控制繼電器轉(zhuǎn)換（SCRT）指令表示SCR程序段之間的轉(zhuǎn)換，SCRT指令有兩個功能：一是使當(dāng)前激活的SCR程序段的S位復(fù)位，使該程序段停止工作；二是使下一個將要執(zhí)行的SCR程序段S位置位，以便下一個SCR程序段工作。順序控制繼電器結(jié)束（SCRE）指令表示SCR程序段的結(jié)束，它使程序退出一個激活的SCR程序段，SCR程序段必須由SCRE指令結(jié)束。

SCR指令

每一個SCR程序段一般有以下三種功能：驅(qū)動處理：在該段順序控制繼電器有效時，要做什么工作；指定轉(zhuǎn)移條件和目標(biāo)：滿足什么條件后轉(zhuǎn)移到何處；轉(zhuǎn)移源自動復(fù)位：狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移后，置位下一個狀態(tài)，同時自動復(fù)位原狀態(tài)。SCR指令

使用SCR指令的限制使用SCR指令時有以下限制：在不同的程序中不能使用相同的S位；不能在SCR程序段內(nèi)使用JMP、LBL、FOR、NEXT、END指令，即不允許用跳轉(zhuǎn)的方法跳入或跳出SCR程序段，可以在SCR程序段外使用JMP、LBL、FOR、NEXT指令。4.3.2順序功能圖的步與動作步

步的基本概念順序控制的設(shè)計思路是把系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個狀態(tài)，每個狀態(tài)稱為一個步，并用編程元件（位存儲器M或順序控制繼電器S）來代表。每一步的輸出狀態(tài)不變，而相鄰兩個輸出狀態(tài)不同。步

初始步：與控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步，一般是控制系統(tǒng)等待起動命令的相對靜止的狀態(tài)。每個順序功能圖最少應(yīng)該有一個初始步，用雙線框表示?；顒硬剑寒?dāng)控制系統(tǒng)運行到某一個狀態(tài)時，該狀態(tài)所處的步處于“激活”狀態(tài)，稱該步為“活動步”。當(dāng)步處于活動狀態(tài)時，對應(yīng)的動作被執(zhí)行；處于不活動狀態(tài)時，對應(yīng)的動作被停止執(zhí)行。步

轉(zhuǎn)換條件

轉(zhuǎn)換方向：順序功能圖中代表各步的方框按照動作的先后順序從上到下（或從左到右）排列，并用有向線段連接起來，通常把連線上的箭頭省略不畫。如果沒有遵循從上到下（或從左到右）排列方向，應(yīng)該在連線上用箭頭標(biāo)明動作方向轉(zhuǎn)換條件

轉(zhuǎn)換條件：使控制系統(tǒng)由當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號為轉(zhuǎn)換條件，在轉(zhuǎn)換方向的連線上用垂直短線表示。轉(zhuǎn)換條件可以是外部輸入信號，也可以是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號，還可以是幾個信號的與、或、非邏輯組合。轉(zhuǎn)換條件將相鄰兩步隔離開。動作或命令

順序功能圖中每一步代表一個狀態(tài)，此狀態(tài)與對應(yīng)的步相連，并在步的右側(cè)用線框表示，一個狀態(tài)可能有一個或多個動作，多個動作可以水平排列，也可以垂直排列單流程

4.3.3順序功能圖的類型動作一個接一個的完成，每個狀態(tài)僅連接一個轉(zhuǎn)移，每個轉(zhuǎn)移僅連接一個狀態(tài)，從上到下只有一條路徑的流程為單流程，中間沒有分支，這是最簡單的順序功能圖單流程舉例

選擇性流程從兩個或兩個以上的多個分支流程中選擇其中的某一個單支流程，即一個控制流可能轉(zhuǎn)入多個控制流中的一個，不允許多路分支同時執(zhí)行，進(jìn)入哪一個分支，取決于哪一個轉(zhuǎn)移條件接通，在同一時刻，只允許一個轉(zhuǎn)移條件滿足，注意在選擇性分支處，轉(zhuǎn)移條件在分支線的下方，且在同一時間，只能有一個條件滿足，具有唯一性；而在匯合處，轉(zhuǎn)移條件在匯合線的上方。分支與匯合處用單水平線表示。分支處匯合處選擇性流程舉例分支匯合并行性流程當(dāng)轉(zhuǎn)移條件滿足時，同時并行處理兩個或兩個以上的多個分支流程，當(dāng)一個控制流分成多個控制流時，所有的控制流必須同時激活。在合并控制流時，所有的分支控制流都必須完成。注意在并行性分支處，轉(zhuǎn)移條件在分支線的上方，而在匯合處，轉(zhuǎn)移條件在匯合線的下方。而分支處與匯合處用雙水平線表示。分支處匯合處并行性流程舉例分支匯合跳轉(zhuǎn)和循環(huán)流程在有些情況下，單流程、選擇性流程和并行性流程的混合出現(xiàn)，如跳轉(zhuǎn)和循環(huán)流程舉例：電動機順序控制

3臺電動機M1～M3，要求間隔1min順序起動和間隔30s逆序停止起動按鈕SB1和停止按鈕SB2,3臺電動機M1～M3分別用接觸器KM1、KM2、KM3控制

I/O接線圖SB1SB2KM1～KM2KM3FR1IL Q0.0 Q0.1 Q0.2 S7-200

IM I0.0 I0.1 FR2FR3順序功能圖30s1minSB11min0初始狀態(tài)1M1起動并保持2M2起動并保持3M3起動并保持4M3停止5M2停止6M1停止SB230s按停止按鈕后轉(zhuǎn)換到SCR（S1.4）段I0.1600S1.2（SCRT）Q0.1T37INTONPT初始狀態(tài)，置S1.1=1Q0.1（）Q0.2Q0.3S1.1S1S1.1SCRI0.1（）Q0.1S1T37（SCRE）SCR（S1.1）段開始M1起動起動1min定時器1min后轉(zhuǎn)換到SCR（S1.2）段SCR（S1.1）段結(jié)束600S1.3（SCRT）T38INTONPTI0.2S1.2SCRSM0.0（）Q0.2S1T38（SCRE）SCR（S1.2）段開始M2起動起動1min定時器1min后轉(zhuǎn)換到SCR（S1.3）段SCR（S1.2）段結(jié)束SCRSM0.0（）Q0.3S1SCR（S1.3）段開始M3起動S1.3S1.4（SCRT）（SCRE）SCR（S1.3）段結(jié)束300S1.5（SCRT）T39INTONPTSCRSM0.0（）Q0.3R1T39（SCRE）SCR（S1.4）段開始M3停止起動30s定時器30s后轉(zhuǎn)換到SCR（S1.5）段SCR（S1.4）段結(jié)束SCRSM0.0（）SCR（S1.5）段開始M2停止S1.5S1.4Q0.1R1300S1.6（SCRT）T40INTON

PTSM0.0（）Q0.2R1T40（SCRE）SCRS1.6起動30s定時器30s后轉(zhuǎn)換到SCR（S1.6）段SCR（S1.5）段結(jié)束SCR（S1.6）段開始M1停止Q0.1S1.1（SCRT）（SCRE）SCR（S1.6）段結(jié)束返回初始狀態(tài)電動機順序起動逆序停止控制的梯形圖§4.3.5順序功能圖中轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件

該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。

轉(zhuǎn)換實現(xiàn)應(yīng)完成的操作

使所有的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?。使所有的前級步變?yōu)椴换顒硬?。繪制順序功能圖時的注意事項

兩個步不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換條件將它們分隔開。兩個轉(zhuǎn)換條件不能直接相連，必須用一個步將它們分隔開。不要漏掉初始步。在順序功能圖中，步與轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換與步之間一般應(yīng)有由步和有向線段連接，當(dāng)方向從上到下時，箭頭可以省略

不畫；當(dāng)方向從下向上時，箭頭必須畫出，以表示轉(zhuǎn)移方向。順序控制指令只對順序控制繼電器S有效，。順序控制繼電器S在不同的程序中不能重復(fù)使用。順序控制繼電器S也具有一般繼電器的功能。舉例：單流程順序功能圖

兩條傳送帶A和B用來傳送較長的物體，要求盡可能地減少傳送帶的運行時間。在傳送帶端部設(shè)置了兩個光電開關(guān)，對應(yīng)輸入信號I0.0和I0.1，有物體通過時I0.0和I0.1接通（ON），傳送帶A、B的電機分別用Q0.0和Q0.1控制。SM0.1使初始步M0.0為ON；按下起動按鈕I0.2，傳送帶A開始運行，被傳送物體的前沿使I0.0變?yōu)镺N時，系統(tǒng)進(jìn)入步M0.2，兩條傳送帶同時運行。被傳送物體的后沿離開光電開關(guān)I0.0時，傳送帶A停止運行，物體的后沿離開光電開關(guān)I0.1時，傳送帶B停止運行，系統(tǒng)返回初始步。單流程順序功能圖Q0.0Q0.1I0.0ABI0.1SM0.1I0.2M0.0M0.0（）1SM0.1（）1SM0.01R（）I0.0M0.1M0.2（）1SM0.11R（）I0.0M0.2M0.3（）1SM0.21R（）M0.2NI0.1M1.0M0.3M1.0（）M0.0（）1SM0.31R（）Q0.0M0.1（）M0.3Q0.1M0.2（）I0.2起動I0.0SM0.1M0.0M0.1Q0.0M0.2Q0.0M0.3Q0.1I0.1Q0.1I0.0舉例：電動機順序起動和逆序停止

3條運輸帶順序相連，為了避免運送的物料在2號和3號運輸帶上堆積，按下起動按鈕I0.0，3號運輸帶開始運行，5s后2號運輸帶自動起動，再過5s后1號運輸帶自動起動。停機順序與起動順序相反，即按下停止按鈕I0.1后，1號運輸帶先停止，5s后2號運輸帶停止，再過5s后3號運輸帶停止。如果在起動的過程中按下停止按鈕，馬上進(jìn)入停止程序，后面的運輸帶不再起動。畫出系統(tǒng)的順序功能圖和相應(yīng)的梯形圖。Q0.0Q0.1Q0.23號運輸帶2號運輸帶1號運輸帶舉例：選擇性流程和并行性流程順序功能圖人行橫道處的交通信號燈控制系統(tǒng)的程序為并行流程順序功能，車道交通燈和人行道是同時工作的，PLC由STOP進(jìn)入RUN狀態(tài)時，SM0.1將初始步M0.0置為ON，按下按鈕I0.0，步M0.1和步M0.5同時變?yōu)榛顒硬?，車道紅燈和人行道綠燈亮，禁止車輛通過，交通燈將按順序功能圖所示的順序變化。為了避免從并行流程的合并處直接轉(zhuǎn)換到并行流程的分支處，在步M0.4和M0.7的后面設(shè)置了一個虛設(shè)步M1.0，該步?jīng)]有具體的操作，進(jìn)入該步后，馬上轉(zhuǎn)移到下一步。I0.0起動T38SM0.1M0.0M0.1Q0.0M0.2T39M0.4Q0.1M1.430s車道紅燈車道綠燈T39M0.3T40Q0.15s閃爍車道綠燈T4