《電氣控制與PLC技術(shù)》課件第7章

第7章程序設(shè)計7.1根據(jù)電氣控制圖設(shè)計梯形圖7.2常見程序分析7.3順序控制設(shè)計方法7.4使用STL指令編寫順序控制梯形圖7.5使用啟保停電路的編程方法7.6以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法小結(jié)

思考與練習(xí)7.1根據(jù)電氣控制圖設(shè)計梯形圖7.1.1概述用PLC改造繼電器控制系統(tǒng)時，由于原有的繼電器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期使用和考驗，已經(jīng)被證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能，而繼電器電路圖與梯形圖在表示方法和分析方法上有很多相似之處，因此可以根據(jù)繼電器電路圖來設(shè)計梯形圖，即將繼電器電路圖“轉(zhuǎn)換”為具有相同功能的PLC的外部硬件接線圖和梯形圖?？梢?，根據(jù)繼電器電路圖來設(shè)計梯形圖是一條捷徑。使用這種設(shè)計方法時應(yīng)注意梯形圖是PLC的程序，是一種軟件，而繼電器電路是由硬件元件組成的，梯形圖和繼電器電路有很大的本質(zhì)區(qū)別，例如在繼電器電路圖中，各繼電器可以同時動作，而PLC的CPU是串行工作的，即CPU同時只能處理1條指令，根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖時有很多需要注意的地方。這種設(shè)計方法一般不需要改動控制面板，保持了系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長期形成的操作習(xí)慣。7.1.2基本方法在分析PLC控制系統(tǒng)的功能時，可以將它想象成一個繼電器控制系統(tǒng)中的控制箱，其外部接線圖描述了這個控制箱的外部接線，梯形圖是這個控制箱的內(nèi)部“線路圖”，梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器是這個控制箱與外部世界聯(lián)系的“接口繼電器”，這樣就可以用分析繼電器電路圖的方法來分析PLC控制系統(tǒng)。在分析時，可以將梯形圖中輸入繼電器的觸點想象成對應(yīng)的外部輸入器件的觸點或電路，將輸出繼電器的線圈想象成對應(yīng)的外部負載的線圈。外部負載的線圈除了受梯形圖的控制外，還可能受外部觸點的控制。圖7.1是某搖臂鉆床的繼電器控制電路原理圖。鉆床的主軸電機用接觸器KM1控制，搖臂的升降電機用KM2和KM3控制，立柱的松開和夾緊電機用KM4和KM5控制。圖7.2和圖7.3是實現(xiàn)具有相同功能的PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖和梯形圖。將繼電器電路圖轉(zhuǎn)換為功能相同的PLC外部接線圖和梯形圖的步驟如下：

(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，這樣才能做到在設(shè)計和調(diào)試控制系統(tǒng)時心中有數(shù)。圖7.1繼電器電路圖圖7.2PLC外部接線圖圖7.3梯形圖與斷電延時的波形圖

(2)確定PLC的輸入信號和輸出負載，畫出PLC的外部接線圖。繼電器電路圖中的交流接觸器和電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)用PLC的輸出繼電器來控制，它們的線圈接在PLC的輸出端。按鈕、控制開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等用來給PLC提供控制命令和反饋信號，它們的觸點接在PLC的輸入端。繼電器電路圖中的中間繼電器和時間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時器來完成，它們與PLC的輸入繼電器和輸出繼電器無關(guān)。畫出PLC的外部接線圖后，同時也確定了PLC的各輸入信號和輸出負載對應(yīng)的輸入繼電器和輸出繼電器的元件號。例如圖7.2搖臂上升的按鈕SB3接在PLC的X0輸入端子上，該控制信號在梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的元件號為X0。在梯形圖中，可以將X0的觸點想象為SB3的觸點。

(3)與繼電器電路圖的中間繼電器、時間繼電器對應(yīng)的是梯形圖中的輔助繼電器(M)和定時器(T)的元件號。第(2)步和第(3)步建立了繼電器電路圖中的元件和梯形圖中的元件號之間的對應(yīng)關(guān)系。為梯形圖的設(shè)計打下了基礎(chǔ)。

(4)據(jù)上述對應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖。7.1.3設(shè)計注意事項根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖時應(yīng)注意以下問題：

(1)應(yīng)遵守梯形圖語言中的語法規(guī)定。例如在繼電器電路圖中，觸點可以放在線圈的左邊，也可以放在線圈的右邊，但是在梯形圖中，線圈和輸出類指令(如RST、SET和應(yīng)用指令等)必須放在電路的最右邊。

(2)設(shè)置中間單元。在梯形圖中，若多個線圈都受某一觸點串并聯(lián)電路的控制，為了簡化電路，在梯形圖中可設(shè)置用該電路控制的輔助繼電器，如圖7.3中的M0和M1，它們類似于繼電器電路中的中間繼電器。

(3)分離交織在一起的電路。在繼電器電路中，為了減少使用的器件和觸點，節(jié)省硬件成本，各個線圈的控制電路往往互相關(guān)聯(lián)，交織在一起。如果將圖7.1不加改動地直接轉(zhuǎn)換為梯形圖，要使用大量的進棧(MPS)、讀棧(MRD)和出棧(MPP)指令。轉(zhuǎn)換和分析這樣的電路都比較麻煩。解決的方法是可以將各線圈的控制電路分離開來設(shè)計(見圖7.3)，但這樣處理可能會多用一些觸點。因為沒有用堆棧指令，所以與直接轉(zhuǎn)換的方法相比，所用的指令條數(shù)相差不會太大。即使多用一些指令，也不會增加硬件成本，對系統(tǒng)的運行也不會有什么影響。設(shè)計梯形圖時以線圈為單位，分別考慮繼電器電路圖中每個線圈受到哪些觸點和電路的控制，然后畫出相應(yīng)的等效梯形圖電路。

(4)常閉觸點提供的輸入信號的處理。設(shè)計輸入電路時，應(yīng)盡量采用常開觸點，如果只能使用常閉觸點，梯形圖中對應(yīng)觸點的常開/常閉類型應(yīng)與繼電器電路圖中的相反。例如圖7.2PLC的輸入電路中限位開關(guān)SQ1的常閉觸點接在X4端子上,繼電器電路圖中SQ1的常閉觸點在梯形圖中對應(yīng)的是X4的常開觸點。

(5)梯形圖電路的優(yōu)化設(shè)計。為了減少語句表指令的指令條數(shù)，在串聯(lián)電路中，單個觸點應(yīng)放在電路塊的右邊，在并聯(lián)電路中，單個觸點應(yīng)放在電路塊的下面。

(6)時間繼電器瞬動觸點的處理。除了延時動作的觸點外，時間繼電器還有在線圈通電或斷電時馬上動作的瞬動觸點。對于有瞬動觸點的時間繼電器，可以在梯形圖中對應(yīng)的定時器線圈兩端并聯(lián)輔助繼電器，后者的觸點相當(dāng)于時間繼電器的瞬動觸點。

(7)斷電延時的時間繼電器的處理。圖7.1中的KT屬于線圈斷電后開始延時的時間繼電器。FX系列PLC沒有相同功能的定時器，但是可以用線圈通電后延時的定時器來實現(xiàn)斷電延時功能(見圖7.3中最下面的兩行電路和波形圖)。

(8)外部聯(lián)鎖電路的設(shè)立。為了防止控制正反轉(zhuǎn)的兩個接觸器同時動作，造成三相電源短路，應(yīng)在PLC外部設(shè)置硬件聯(lián)鎖電路。圖7.1中的KM2與KM3、KM4與KM5的線圈分別不能同時通電，除了在梯形圖中設(shè)置與它們對應(yīng)的輸出繼電器線圈串聯(lián)的，由常閉觸點組成的軟件互鎖電路外，還應(yīng)在PLC外部設(shè)置硬件互鎖電路。

(9)熱繼電器過載信號的處理。如果熱繼電器屬于自動復(fù)位型，其觸點提供的過載信號必須通過輸入電路提供給PLC(見圖7.1中的FR2)，用梯形圖實現(xiàn)過載保護。如果屬于手動復(fù)位型熱繼電器，其常閉觸點可以在PLC的輸出電路中與控制電機的交流接觸器線圈串聯(lián)。

(10)盡量減少PLC的輸入信號和輸出信號。PLC的價格與I/O點數(shù)有關(guān)，減少輸入、輸出信號的點數(shù)是降低硬件費用的主要措施。一般只需要同一輸入器件的一個常開觸點或常閉觸點給PLC提供輸入信號。在梯形圖中，可以多次使用同一輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點。在繼電器電路圖中，如果幾個輸入元件觸點的串并聯(lián)電路只出現(xiàn)一次或總是作為一個整體多次出現(xiàn)，可以將它們作為PLC的一個輸入信號，只占PLC的一個輸入點。某些器件的觸點如果在繼電器電路圖中只出現(xiàn)一次，并且與PLC輸出端的負載串聯(lián)(如有手動復(fù)位功能的熱繼電器的常閉觸點)，不必將它們作為PLC的輸入信號，可以將它們放在PLC外部的輸出回路，仍與相應(yīng)的外部負載串聯(lián)。繼電器控制系統(tǒng)中某些相對獨立且比較簡單的部分，可以用繼電器電路控制，這樣同時減少了所需的PLC的輸入點和輸出點。例如圖7.1中，控制主軸電機的交流接觸器KM1的電路相當(dāng)簡單，它與別的電路也沒有什么聯(lián)系，像這樣的電路沒有必要用PLC來控制，應(yīng)仍然用繼電器電路來控制。

(11)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一般只能驅(qū)動額定電壓AC220V的負載，如果系統(tǒng)原來的交流接觸器的線圈電壓為380V，應(yīng)將線圈換成電壓為220V的，或在PLC外部設(shè)置中間繼電器。7.2常見程序分析7.2.1自鎖和連鎖程序自鎖和連鎖控制是PLC控制電路的最基本的環(huán)節(jié)，常用于內(nèi)部繼電器、輸出繼電器的控制電路。

1．自鎖程序如圖7.4所示，輸入繼電器X0為ON時，其觸點X0閉合，輸出繼電器Y0接通，它的觸點Y0閉合，這時即使將X0斷開，輸出繼電器Y0仍保持接通狀態(tài)。輸入繼電器X1為ON時，其觸點X1斷開，輸出繼電器Y0為OFF，其觸點釋放。再想啟動輸出繼電器Y0，只能重新使輸入繼電器X0為ON。此程序可以實現(xiàn)圖2.4所示電動機自鎖控制電路的控制功能。但是要指出的是，在PLC控制程序中無法直接區(qū)別出開關(guān)和按鈕。圖7.4自鎖控制梯形圖圖7.5連鎖控制梯形圖

2．連鎖程序不能同時動作的連鎖控制如圖7.5所示。在此控制電路中，無論先接通哪一個輸出繼電器，之后，另外一個輸出繼電器都將不能接通。也就是說兩者之中任何一個啟動之后都把另一個啟動控制回路斷開，從而保證了任何時候兩者都不能同時啟動。7.2.2優(yōu)先程序

1．兩個輸入信號的優(yōu)先電路兩個輸入信號的優(yōu)先電路如圖7.6所示。輸入信號X0和X1先到者取得優(yōu)先權(quán)，后到者無效。圖7.6兩個輸入信號的優(yōu)先電路

2．多個輸入信號的優(yōu)先電路在多個故障檢測系統(tǒng)中，有時可能當(dāng)一個故障產(chǎn)生后，會引起其他多個故障，這時如能準(zhǔn)確地判斷哪一個故障是最先出現(xiàn)的，則對于分析和處理故障是極為有利的。以下是多個輸入信號的優(yōu)先電路，如圖7.7所示。在四個輸入信號A、B、C、D中任何一個輸入信號首先出現(xiàn)，例如B信號先出現(xiàn)，則M501接通，其常閉接點M501全部打開，這時以后到來的其他輸入信號A、C、D都無法使M501、M502、M503接通，從而可以迅速判斷出A、B、C、D中哪一個輸入信號是首發(fā)信號。圖7.7多個輸入信號的優(yōu)先電路7.2.3順序循環(huán)執(zhí)行程序順序控制是工業(yè)控制領(lǐng)域中最常見的一種控制裝置。用PLC實現(xiàn)順序控制，有多種方法能夠?qū)崿F(xiàn)，在實際編程中具體應(yīng)用哪一種方法，要視具體情況而定。

1．連鎖式順序步進控制連鎖式順序步進控制如圖7.8的梯形圖所示。從圖中可以看出，動作的發(fā)生，是按順序步進控制方式進行的。將前一個動作的常開觸點串聯(lián)在后一個動作的啟動線路中，作為后一個動作發(fā)生的必要條件。同時將代表后一個動作的常閉觸點串入前一個動作的關(guān)斷線路中。這樣，只有前一個動作發(fā)生了，才允許后一個動作發(fā)生，而一旦后一個動作發(fā)生了，就立即迫使前一個動作停止。因此，可以實現(xiàn)各動作嚴格地依照預(yù)定順序逐步發(fā)生和轉(zhuǎn)換，保證不會發(fā)生順序的錯亂。圖中使用了特殊輔助繼電器M8002。僅在運行的第一次掃描時閉合，從第二次掃描開始斷開并保持斷開狀態(tài)。圖7.8連鎖式順序步進控制梯形圖

2．定時器式順序控制定時器式順序控制如圖7.9的梯形圖所示。從圖中可以看出，動作的發(fā)生是在定時器的控制下自動按順序一步一步進行的。這種控制方式在工程中經(jīng)常用到。下一個動作發(fā)生時，自動把上一個動作關(guān)斷。這樣，一個動作接著一個動作發(fā)生。在實際工程應(yīng)用中，常用于設(shè)備的順序啟動控制。當(dāng)閉合啟動控制觸點X0后，輸出繼電器Y0接通，延時5s后，Y1接通，再延時5s后，Y2接通，又延時5s后，Y3接通。Y3接通并保持5s后，Y0又接通，以后就周而復(fù)始按順序循環(huán)。X1是停止控制觸點。此程序與圖2.16延時控制電路有一點差別，請讀者自行分析怎樣修改就能達到相同的控制目的。圖7.9定時器式順序控制梯形圖

3．計數(shù)器式順序控制計數(shù)器式順序控制的梯形圖如圖7.10所示。此線路只需操作控制觸點X10就能達到順序步進控制功能。X10為計數(shù)控制觸點，X10與C10的串聯(lián)觸點為計數(shù)復(fù)位觸點。進入程序后，四個動作分別由Y1、Y2、Y3、Y4代表，當(dāng)閉合計數(shù)控制觸點X10后，輸出繼電器Y1接通，依次閉合X10，Y2、Y3、Y4依次接通。由于使用了條件比較指令，所以每當(dāng)一個動作發(fā)生時，都將前一個動作關(guān)斷。當(dāng)計數(shù)器加到4時，C10觸點閉合，此時X10也是閉合的，計數(shù)器復(fù)位。若再閉合X10，則將接通Y1，以后又順序循環(huán)下去。

圖7.10計數(shù)器式順序控制梯形圖

4．移位寄存器式順序控制移位寄存器式順序控制如圖7.11所示。當(dāng)X1?=?1時，M20?=?1。每隔500ms，M0?=?1，使M20中的1向從M21開始的四個輔助繼電器依次移位。

5．用步進指令進行順序控制除了上述的幾種順序控制方法之外，還可以利用步進梯形指令實現(xiàn)順序控制，這種控制方法見步進梯形指令部分。圖7.11移位寄存器式順序控制7.2.4振蕩程序多諧振蕩電路可以按預(yù)定的通/斷間隔產(chǎn)生時序脈沖，可用來作為脈沖信號源，也可用它來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的閃光報警繼電器，作為閃光報警。如圖7.12和圖7.13所示的是多諧振蕩電路的梯形圖和時序圖。由梯形圖程序可知，可以通過設(shè)定兩個定時器的設(shè)定值來確定所產(chǎn)生的脈沖的占空比。圖7.12多諧振蕩電路的梯形圖圖7.13多諧振蕩電路的時序圖7.2.5二分頻程序用PLC可以實現(xiàn)對輸入信號的分頻。二分頻的梯形圖程序如圖7.14所示。將輸入脈沖信號加入X0端，輔助繼電器M0接通一個掃描周期T，輸出Y0接通，使Y0線圈接通并自鎖。第2個輸入脈沖到來時，輔助繼電器M0接通，M0常開接點使線圈Y1接通，接點Y1常閉觸點打開，使線圈Y0斷電。上述過程循環(huán)往復(fù)，使輸出Y0的頻率為輸入端信號X0的頻率的一半。二分頻的電路時序圖如圖7.15所示。圖7.14二分頻的電路圖7.15二分頻的電路時序圖7.3順序控制設(shè)計方法一般地，我們將工業(yè)控制過程簡單地分成兩大類。一類是順序控制過程，另一類是隨機控制過程。順序控制過程一般具備以下特點：

(1)被控過程的動作順序是一定的，不能隨意變動；

(2)每個動作都有約束條件，且這個約束條件能夠被記憶。順序控制就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的操作順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動有序地進行操作。順序控制設(shè)計方法也叫步進控制設(shè)計方法，是一種較先進的設(shè)計方法，不但設(shè)計效率高，便于程序的調(diào)試、修改、閱讀，而且易學(xué)、好懂。順序功能圖作為PLC首選的編程語言，主要由步、動作、有向連線、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移條件五個基本要素組成。順序控制設(shè)計方法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)劃分的，并用編程元件(例如輔助繼電器M和狀態(tài)寄存器S)代表各步。使控制系統(tǒng)由當(dāng)前步進入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)移條件。轉(zhuǎn)移條件可以是外部輸入信號，如按鈕、限位開關(guān)等；也可以是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號，如定時器的觸點的動作等；還可以是若干個信號的與、或、非邏輯組合。順序控制設(shè)計方法是用轉(zhuǎn)移條件控制代表各步的編程元件，使它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用各步的編程元件去控制輸出繼電器。簡單地說，即用輸入量X控制代表各步的編程元件，再由它們控制輸出量Y。如圖7.16所示，步是根據(jù)輸出量Y的狀態(tài)劃分的，M和Y之間具有很簡單的與邏輯關(guān)系，所以輸出電路的設(shè)計極為簡單。由于任何復(fù)雜系統(tǒng)的代表步的編程元件的控制電路，其設(shè)計方法都是相同的，并且很容易掌握，因此順序控制設(shè)計方法具有簡單、規(guī)范、通用的優(yōu)點。圖7.16信號關(guān)系圖順序功能圖是應(yīng)用順序控制設(shè)計方法的思想描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是一種通用的技術(shù)語言，是設(shè)計PLC的順序控制程序的有力工具。

1.步我們把控制系統(tǒng)中一個相對不變的穩(wěn)定狀態(tài)叫做步。在功能圖中，步通常表示某個執(zhí)行元件的狀態(tài)變化。步的符號如圖7.17所示。通常步又分為初始步和工作步。

1)初始步初始步對應(yīng)于控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)，是系統(tǒng)運行的起點。一個控制系統(tǒng)至少要有一個初始步。初始步的符號如圖7.18所示。圖7.17步的符號和例子(a)步的符號；(b)例子圖7.18初始步的符號和例子(a)初始步的符號；(b)例子

2)工作步工作步是指控制系統(tǒng)正常運行的狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)是否在運行，每一個工作步可以分為兩種狀態(tài)：動態(tài)和靜態(tài)，也稱動步和靜步。動步是指當(dāng)前正在運行的步，靜步是指當(dāng)前沒有運行的步。動步一般用小黑點放在步的方框中表示，如圖7.19所示。注意，小黑點不是步符號的內(nèi)容，而是系統(tǒng)動態(tài)過程的說明。

3)與步對應(yīng)的動作步是描述控制系統(tǒng)中的一個穩(wěn)定的狀態(tài)，即表示過程中的一個動作，該動作用步符號右邊的一個矩形框表示，如圖7.20所示。圖7.19動步的表示

圖7.20與步對應(yīng)動作的表示

2.轉(zhuǎn)移控制系統(tǒng)中從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)的過程稱為轉(zhuǎn)移。我們用一個有向線段來表示轉(zhuǎn)移的方向，并用兩步間有向線段中間的一段橫線表示這一轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移的符號如圖7.21所示。

1)轉(zhuǎn)移的使能和觸發(fā)轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)必須依賴于一種條件。當(dāng)此條件成立，稱之為轉(zhuǎn)移使能。該轉(zhuǎn)移條件如果可以使步狀態(tài)轉(zhuǎn)移，則稱之為觸發(fā)。一個轉(zhuǎn)移能夠觸發(fā)必須滿足：該步為動步和轉(zhuǎn)移使能。如圖7.22所示，圖(a)中，轉(zhuǎn)移的輸入步9不是動步，因此無法觸發(fā)；圖(c)中，轉(zhuǎn)移條件不滿足；圖(b)中，轉(zhuǎn)移條件滿足且輸入步均為動步，轉(zhuǎn)移后9、13、22變?yōu)殪o步。由此可見，功能圖不但能表示動作的先后順序，各動作之間的轉(zhuǎn)移條件，還可以動態(tài)模擬控制系統(tǒng)的運行。圖7.21轉(zhuǎn)移符號圖7.22轉(zhuǎn)移的各種情況舉例

2)轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件是指使系統(tǒng)從一步向另一步轉(zhuǎn)移的必要條件，通常采用文字、邏輯方程及符號表示。在功能圖中，經(jīng)常遇到以下三種符號。

(1)表示轉(zhuǎn)移條件中各因素之間與的關(guān)系：“&”。

(2)表示轉(zhuǎn)移條件中各因素之間或的關(guān)系：“≥”。

(3)表示條件永遠成立：“=1”。

3.功能圖的組成規(guī)則畫控制系統(tǒng)的功能圖時，必須遵守以下規(guī)則：

(1)步與步之間必須由轉(zhuǎn)移分開，不能直接相連。

(2)轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間不能相連，必須由步分開。

(3)步與轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移與步之間的連接采用有向線段，從上向下畫時，箭頭可以省略。當(dāng)有向線段從下向上畫時，必須畫向上的箭頭，以表明方向。

(4)一個功能圖至少要有一個初始步。我們用一個例子來說明功能圖的組成規(guī)則。某一臺沖壓機的初始位置是沖頭抬起，處于高位；當(dāng)操作者按動啟動按鈕時，沖頭向下沖擊工件；當(dāng)沖頭到達最低位置時，觸動低位行程開關(guān)；然后，沖頭抬起，回到高位，觸動高位行程開關(guān)，整個過程結(jié)束，停止運行。表示上述沖壓機順序控制功能圖如圖7.23所示。圖中沖壓機的工作順序分為三步：等待、下沖、返回。從第一步到第二步的轉(zhuǎn)移條件是：啟動條件與高位行程開關(guān)信號，相與的結(jié)果為真時轉(zhuǎn)移才發(fā)生。從第二步到第三步的轉(zhuǎn)移條件是：必須出現(xiàn)低位行程開關(guān)信號。從第三步返回到初始步的條件是：必須出現(xiàn)高位行程開關(guān)信號。圖7.23某沖壓機順序控制功能圖

4.功能圖的基本形式功能圖的基本形式有三種：單一順序、選擇順序和并發(fā)順序。了解這些基本形式對于畫好功能圖，設(shè)計PLC程序有很大的幫助。

1)單一順序單一順序是最簡單的功能圖形式。它所表示的動作順序是一個接著一個完成的，每步僅連接一個轉(zhuǎn)移，每個轉(zhuǎn)移也僅連接一個步。如圖7.23所示的沖壓機順序控制功能圖就是一個單一順序形式的功能圖。

2)選擇順序選擇順序是指一步之后有若干個單一順序等待選擇，而一次只能選擇其中的一個單一順序。為了保證一次僅選擇一個順序，即選擇的優(yōu)先權(quán)，必須對各個轉(zhuǎn)移條件加以約束。選擇順序的表示方法是在發(fā)生選擇順序的前一步之后畫一條水平線，水平線下連接各個單一順序的第一個轉(zhuǎn)移。選擇順序結(jié)束時用一條水平線將各個單一順序連接在一起，水平線以下允許再有一個轉(zhuǎn)移直接跟著。選擇順序的例子如圖7.24所示。從圖中可以看出，各個單一順序的轉(zhuǎn)移條件已經(jīng)確定了，一次只能進入一個單一順序，而且有優(yōu)先級。圖7.24選擇順序舉例

3)并發(fā)順序并發(fā)順序是指在某一個轉(zhuǎn)移條件下，同時啟動若干個順序。并發(fā)順序用雙水平線表示，當(dāng)若干個順序結(jié)束時，也應(yīng)用雙水平線表示。并發(fā)順序的例子如圖7.25所示。在選擇順序和并發(fā)順序功能圖中，應(yīng)注意水平線和轉(zhuǎn)移條件位置。選擇順序功能圖中，轉(zhuǎn)移條件的位置在兩個單水平線內(nèi)。并發(fā)順序功能圖中，轉(zhuǎn)移條件的位置在兩個雙水平線外。單一順序、選擇順序和并發(fā)順序是功能圖的基本形式，在很多情況下，這些基本形式是混合出現(xiàn)的。如圖7.26所示是一個混合順序功能圖。圖7.25并發(fā)順序舉例圖7.26混合順序功能圖

5.畫順序控制過程功能圖的一般步驟進行PLC的順序控制系統(tǒng)程序設(shè)計時，能夠正確地畫出其順序控制過程的功能圖是關(guān)鍵。下面給出畫順序控制過程功能圖的一般步驟：

(1)分析系統(tǒng)工作要求和實際工藝流程，確定系統(tǒng)所采用的功能圖結(jié)構(gòu)。

(2)將系統(tǒng)的工藝流程分解為若干步，每一步表示系統(tǒng)的一個穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)確定步與步之間的轉(zhuǎn)移信號及其關(guān)系。該轉(zhuǎn)移信號一般由現(xiàn)場各步的主令元件或傳感器件發(fā)出。

(4)確定初始步的狀態(tài)。一般初始步表示順序控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)。

(5)系統(tǒng)結(jié)束時一般應(yīng)返回到初始狀態(tài)。下面，我們舉一個實例說明功能圖的畫法，描述怎樣把一個實際順序控制過程用功能圖表示出來。

【例7-1】某具有一個旋轉(zhuǎn)圓盤和三個工位的半自動鉆孔工作站的工作過程是：當(dāng)啟動按鈕按下后，系統(tǒng)開始運行，工位1、工位2、工位3同時投入各自的工作順序。對各工位的要求如下。工位1：上料。推料桿將料推出，料到位后退回，回到位后進入等待狀態(tài)。工位2：鉆孔。將工件夾緊后，鉆頭下鉆，下鉆到位后退回，退回到位后放松工件，完成放松后進入等待狀態(tài)。工位3：檢測及卸下工件。深度計下降，如在某一時間隔(如3s)內(nèi)下降到某一位置，深度計返回。返回到位后，推料桿卸工件(合格品)，卸完推料桿退回，退回到位后等待。深度計在3s內(nèi)末下降到位，人工按下卸料開關(guān)，推料桿退回，退到位后等待。當(dāng)三個工位都進入到等待狀態(tài)后，料盤旋轉(zhuǎn)120°，等待加工新一輪工件。分析上述工作過程，三個工位同時工作，明顯屬于并發(fā)順序。其中工位3中，深度計下降后發(fā)生選擇順序，即產(chǎn)品是合格品或廢品的選擇。畫出半自動鉆孔工作站的順序控制功能圖，如圖7.27所示。在圖7.27中，當(dāng)并發(fā)順序中的三個單一順序都進入等待狀態(tài)，則并發(fā)順序結(jié)束，進入一個單一順序，然后回到初始狀態(tài)。注意4、9、14步是等待狀態(tài)，沒有動作需要完成，設(shè)置它們的目的是用于使并發(fā)順序同時結(jié)束。圖7.27半自動鉆孔工作站順序控制功能圖7.4使用STL指令編寫順序控制梯形圖7.4.1STL指令步進梯形指令(StepLadderInstruction)簡稱為STL指令。FX系列PLC還有一條使STL指令復(fù)位的RET指令。利用這兩條指令，可以很方便地編制順序控制梯形圖程序。

STL指令使編程者可以生成流程和工作與順序功能圖非常接近的程序。順序功能圖中的每一步對應(yīng)一小段程序，每一步與其他步是完全隔離開的。使用者根據(jù)他的要求將這些程序段按一定的順序組合在一起，就可以完成控制任務(wù)。這種編程方法可以節(jié)約編程的時間，并能減少編程錯誤。用FX系列PLC的狀態(tài)繼電器編制順序控制程序時，一般應(yīng)與STL指令一起使用。S0～S9用于初始步，S10～S19用于自動返回原點。使用STL指令的狀態(tài)繼電器的常開觸點稱為STL觸點，它是一種“特殊”觸點。從圖7.28可以看出順序功能圖與梯形圖之間的對應(yīng)關(guān)系，STL觸點驅(qū)動的電路塊具有三個功能，即對負載的驅(qū)動處理、指定轉(zhuǎn)換條件和指定轉(zhuǎn)換目標(biāo)。

STL觸點一般是與左側(cè)母線相連的常開觸點，當(dāng)某一步為活動步時，對應(yīng)的STL觸點接通，它右邊的電路被處理，直到下一步被激活。STL程序區(qū)內(nèi)可以使用標(biāo)準(zhǔn)梯形圖的絕大多數(shù)指令和結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)用指令。某一STL觸點閉合后，該步的負載線圈被驅(qū)動。當(dāng)該步后面的轉(zhuǎn)換條件滿足時，轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，即后續(xù)步對應(yīng)的狀態(tài)繼電器被SET或OUT指令置位，后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?，同時與原活動步對應(yīng)的狀態(tài)繼電器被系統(tǒng)程序自動復(fù)位，原活動步對應(yīng)的STL觸點斷開。圖7.28STL指令系統(tǒng)的初始步應(yīng)使用初始狀態(tài)繼電器S0～S9，它們應(yīng)放在順序功能圖的最上面，在由STOP狀態(tài)切換到RUN狀態(tài)時，可用此時只ON一個掃描周期的初始化脈沖M8002來將初始狀態(tài)繼電器置為ON，為以后步的活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備。需要從某一步返回初始步時，應(yīng)對初始狀態(tài)繼電器使用OUT指令。

FX1S僅有128點斷電保持狀態(tài)繼電器(S0～S127)，F(xiàn)X1N有1000點斷電保持狀態(tài)繼電器(S0～S999)。在由STOP→RUN狀態(tài)時，應(yīng)使用M8002的常開觸點和區(qū)間復(fù)位指令(ZRST)來將除初始步以外的其余各步的狀態(tài)繼電器復(fù)位。7.4.2單序列的編程方法圖7.29中旋轉(zhuǎn)工作臺用凸輪和限位開關(guān)來實現(xiàn)運動控制。在初始狀態(tài)時，左限位開關(guān)X3為ON，按下啟動按鈕X0，Y0變?yōu)镺N，電機驅(qū)動工作臺沿順時針正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到右限位開關(guān)X4所在位置時暫停5s(用T0定時)，定時時間到時Y1變?yōu)镺N，工作臺反轉(zhuǎn)，回到限位開關(guān)X3所在的初始位置時停止轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。工作臺一個周期內(nèi)的運動由圖中自上而下的4步組成，它們分別對應(yīng)于S0，S20～S22，步S0是初始步。PLC上電時進入RUN狀態(tài)，初始化脈沖M8002的常開觸點閉合一個掃描周期，梯形圖中第一行的SET指令將初始步S0置為活動步。圖7.29順序功能圖與梯形圖在梯形圖的第二行中，S0的STL，觸點和X0的常開觸點組成的串聯(lián)電路代表轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的兩個條件，S0的STL觸點閉合表示轉(zhuǎn)換X0的前級步S0是活動步，X0的常開觸點閉臺表示轉(zhuǎn)換條件滿足。在初始步時，按下啟動按鈕X0，兩個觸點同時閉臺，轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的兩個條件同時滿足。此時置位指令SETS20被執(zhí)行，后續(xù)步S20變?yōu)榛顒硬剑瑫r系統(tǒng)程序自動地將前級步S0復(fù)位為不活動步。

S20的STL觸點閉合后，該步的負載被驅(qū)動，Y0的線圈通電，工作臺正轉(zhuǎn)。限位開關(guān)X4動作時，轉(zhuǎn)換條件得到滿足，下一步的狀態(tài)繼電器S21被置位，進入暫停步，同時前級步的狀態(tài)繼電器S20被自動復(fù)位，系統(tǒng)將這樣一步一步地工作下去，在最后一步，工作臺反轉(zhuǎn)，返回限位開關(guān)X3所在的位置時，用OUTS0指令使初始步對應(yīng)的S0變?yōu)镺N并保持，系統(tǒng)返回并停止在初始步。在圖7.29所示梯形圖的結(jié)束處，一定要使用RET指令，才能使LD點回到左側(cè)母線上，否則系統(tǒng)將不能正常工作。使用STL指令應(yīng)注意以下問題：

(1)與STL觸點相連的觸點應(yīng)使用LD或LDI指令，即LD點移到STL觸點的右側(cè)，該點成為臨時母線。下一條STL指令的出現(xiàn)意味著當(dāng)前STL程序區(qū)的結(jié)束和新的STL程序區(qū)的開始。RET指令意味著整個STL程序區(qū)的結(jié)束，LD點返回左側(cè)母線。各STL觸點驅(qū)動的電路一般放在一起，最后一個STL電路結(jié)束時一定要使用RET指令，否則將出現(xiàn)“程序錯誤”信息，PLC不能執(zhí)行用戶程序。

(2)?STL觸點可以直接驅(qū)動或通過別的觸點驅(qū)動Y，M，S，T等元件的線圈和應(yīng)用指令。STL觸點右邊不能使用入棧(MPS)指令。

(3)由于CPU只執(zhí)行活動步對應(yīng)的電路塊，使用STL指令時允許雙線圈輸出，即不同的STL觸點可以分別驅(qū)動同一編程元件的一個線圈。但是同一元件的線圈不能在可能同時為活動步的STL區(qū)內(nèi)出現(xiàn)，在有并行序列的順序功能圖中，應(yīng)特別注意這一問題。

(4)在步的活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中，相鄰兩步的狀態(tài)繼電器會同時ON一個掃描周期，可能會引發(fā)瞬時的雙線圈問題。為了避免不能同時接通的兩個輸出(如控制異步電動機正反轉(zhuǎn)的交流接觸器線圈)同時動作，除了在梯形圖中設(shè)置軟件互鎖電路外，還應(yīng)在PLC外部設(shè)置由常閉觸點組成的硬件互鎖電路。定時器在下一次運行之前，首先應(yīng)將它復(fù)位。同一定時器的線圈可以在不同的步使用，但是如果用于相鄰的兩步，在步的活動狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，該定時器的線圈不能斷開，當(dāng)前值不能復(fù)位，將導(dǎo)致定時器的非正常運行。

(5)?OUT指令與SET指令均可用于步的活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，將原來的活動步對應(yīng)的狀態(tài)寄存器復(fù)位，此外還有自保持功能。

SET指令用于將STL狀態(tài)繼電器置位為ON并保持，以激活對應(yīng)的步。如果SET指令在STL區(qū)內(nèi)，一旦當(dāng)前的STL步被激活，原來的活動步對應(yīng)的STL線圈被系統(tǒng)程序自動復(fù)位。SET指令一般用于驅(qū)動狀態(tài)繼電器的元件號比當(dāng)前步的狀態(tài)繼電器元件號大的STL步。在STL區(qū)內(nèi)的OUT指令用于順序功能圖中的閉環(huán)和跳步，如果想跳回已經(jīng)處理過的步，或向前跳過若干步，可對狀態(tài)繼電器使用OUT指令(見圖7.30)。OUT指令還可以用于遠程跳步，即從順序功能圖中的一個序列跳到另外一個序列(見圖7.31)。以上情況雖然可以使用SET指令，但最好使用OUT指令。圖7.30順序功能圖中的跳步圖7.31遠程跳步

(6)?STL指令不能與MC、MCR指令一起使用。在FOR-NEXT結(jié)構(gòu)、子程序和中斷程序中，不能有STL程序塊，STL程序塊不能出現(xiàn)在FEND指令之后。

STL程序塊中可使用最多4級嵌套的FOR-NEXT指令，雖然并不禁止在STL觸點驅(qū)動電路塊中使用CJ指令，但是可能引起附加的和不必要的程序流程混亂。為了保證程序易于維護和快速查錯，建議不要在STL程序中使用跳步指令。

(7)并行序列或選擇序列中分支處支路數(shù)不能超過8條，總的支路數(shù)不允許超過16條。

(8)在轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的電路中，不能使用ANB，ORB，MPS，MRD和MPP指令?？捎棉D(zhuǎn)換條件對應(yīng)的復(fù)雜電路來驅(qū)動輔助繼電器，再用后者的常開觸點來作轉(zhuǎn)換條件。

(9)與條件跳步指令(CJ)類似，CPU不執(zhí)行處于斷開狀態(tài)、由STL觸點驅(qū)動的電路塊中的指令，在沒有并行序列時，同時只有一個STL觸點接通，因此使用STL指令可以顯著地縮短用戶程序的執(zhí)行時間，提高PLC的輸入、輸出響應(yīng)速度。

(10)?M2800～M3071是單操作標(biāo)志，當(dāng)圖7.32中M2800的線圈通電時，只有它后面第一個M2800的邊沿檢測觸點(2號觸點)能工作，而M2800的1號和3號脈沖觸點不會動作。M2800的4號觸點是使用LD指令的普通觸點，M2800的線圈通電時，該觸點閉合。借助單操作標(biāo)志可以用一個轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)多次轉(zhuǎn)換。在圖7.33中，當(dāng)S20為活動步，X0的常開觸點閉合時，M2800的線圈通電，M2800的第一個上升沿檢測觸點閉合一個掃描周期，實現(xiàn)了步S20到步S21的轉(zhuǎn)換。X0的常開觸點下一次由斷開變?yōu)榻油〞r，因為S20是不活動步，沒有執(zhí)行圖中的第一條LDPM2800指令，S21的STL觸點之后的觸點是M2800的線圈之后遇到的它的第一個上升沿檢測觸點，所以該觸點閉合一個掃描周期，系統(tǒng)由步S21轉(zhuǎn)換到步S22。圖7.32單操作標(biāo)志圖7.33單操作標(biāo)志的使用7.4.3選擇序列的編程方法復(fù)雜的控制系統(tǒng)的順序功能圖由單序列、選擇序列和并行序列組成，掌握了選擇序列和并行序列的編程方法，就可以將復(fù)雜的順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖。對選擇序列和并行序列編程的關(guān)鍵在于對它們的分支與合并的處理，轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則是設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)梯形圖的基本準(zhǔn)則。圖7.34是自動門控制系統(tǒng)的順序功能圖和梯形圖。人靠近自動門時，感應(yīng)器X0為ON，Y0驅(qū)動電機高速開門，碰到開門減速開關(guān)X1時，變?yōu)榈退匍_門。碰到開門極限開關(guān)X2時電機停轉(zhuǎn)，開始延時。若在0.5s內(nèi)感應(yīng)器檢測到無人，Y2啟動電機高速關(guān)門。碰到關(guān)門減速開關(guān)X4時，改為低速關(guān)門，碰到關(guān)門極限開關(guān)X5時電機停轉(zhuǎn)。在關(guān)門期間若感應(yīng)器檢測到有人，停止關(guān)門，T1延時0.5s后自動轉(zhuǎn)換為高速開門。圖7.34自動門控制系統(tǒng)順序功能圖和梯形圖

1)選擇序列分支的編程方法圖7.34中的步S23之后有一個選擇序列的分支。當(dāng)步S23是活動步(S23為ON)時，如果轉(zhuǎn)換條件X0為ON(檢測到有人)，將轉(zhuǎn)換到步S25；如果轉(zhuǎn)換條件X4為ON，將進入步S24。如果在某一步的后面有N條選擇序列的分支，則該步的STL觸點開始的電路塊中應(yīng)有N條分別指明各轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)的并聯(lián)電路。例如步S23之后有兩條支路，兩個轉(zhuǎn)換條件分別為X4和X0，可能分別進入步S25和步S24，在S23的STL觸點開始的電路塊中，有兩條分別由X4和X0作為置位條件的并聯(lián)支路。

STL觸點具有與主控指令(MC)相同的特點，即LD點移到了STL觸點的右端，對于選擇序列分支對應(yīng)的電路設(shè)計,是很方便的。用STL指令設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

2)選擇序列合并的編程方法圖7.34中的步S20之前有一個由兩條支路組成的選擇序列的合并，當(dāng)S0為活動步時，轉(zhuǎn)換條件X0得到滿足，或者步S25為活動步，轉(zhuǎn)換條件T1得到滿足，都將使步S20變?yōu)榛顒硬?，同時系統(tǒng)程序?qū)⒉絊0或步S25復(fù)位為不活動步。在梯形圖中，由S0和S25的STL觸點驅(qū)動的電路塊中均有轉(zhuǎn)換目標(biāo)S20，對它們的后續(xù)步S20的置位(將它變?yōu)榛顒硬?是用SET指令實現(xiàn)的，對相應(yīng)前級步的復(fù)位(將它變?yōu)椴换顒硬?是由系統(tǒng)程序自動完成的。其實在設(shè)計梯形圖時，沒有必要特別留意選擇序列的合并如何處理，只要正確地確定每一步的轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)，就能自然地實現(xiàn)選擇序列的合并。7.4.4并行序列的編程方法圖7.35給出了某組合鉆床控制系統(tǒng)的順序功能圖，圖7.36是用STL指令編制的組合鉆床梯形圖。圖7.35中分別由S22～S24和S25～S27組成的兩個單序列是并行工作的，設(shè)計梯形圖時應(yīng)保證這兩個序列同時開始工作和同時結(jié)束，即兩個序列的第一步S22和S25應(yīng)同時變?yōu)榛顒硬剑瑑蓚€序列的最后一步S24和S27應(yīng)同時變?yōu)椴换顒硬?。并行序列分支的處理是很簡單的，在圖7.35中，當(dāng)步S21是活動步，并且轉(zhuǎn)換條件X1為ON時，步S22和步S25同時變?yōu)榛顒硬?，兩個序列開始同時工作。在梯形圖中，用S21的STL觸點和X1的常開觸點組成的串聯(lián)電路來控制SET指令對S22和S25同時置位，系統(tǒng)程序?qū)⑶凹壊絊21變?yōu)椴换顒硬?。圖7.35組合鉆床控制系統(tǒng)的順序功能圖圖7.35中并行序列合并處的轉(zhuǎn)換有兩個前級步S24和S27，根據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則,當(dāng)它們均為活動步并且轉(zhuǎn)換條件滿足時，將實現(xiàn)并行序列的合并。未鉆完3對孔時，C0的常閉觸點閉合，轉(zhuǎn)換條件滿足，將轉(zhuǎn)換到步S28，即該轉(zhuǎn)換的后續(xù)步S28變?yōu)榛顒硬?S28被置位)，系統(tǒng)程序自動地將該轉(zhuǎn)換的前級步S24和S27同時變?yōu)椴换顒硬?。在梯形圖中，用S24，S27的STL觸點(均對應(yīng)STL指令)和C0的常閉觸點組成的串聯(lián)電路使S28置位。在圖7.35中，S27的STL觸點出現(xiàn)了兩次，如果不涉及并行序列的合并，同一狀態(tài)繼電器STL觸點只能在梯形圖中使用一次。串聯(lián)的STL觸點的個數(shù)不能超過8個，換句話說，一個并行序列中的序列數(shù)不能超過8個。鉆完3對孔時，C0的常開觸點閉合，轉(zhuǎn)換條件C0滿足，將轉(zhuǎn)換到步S29。圖7.36組合鉆床的梯形圖7.5使用啟保停電路的編程方法根據(jù)順序功能圖來設(shè)計梯形圖時，可以用輔助繼電器M來代表步。某一步為活動步時，對應(yīng)的輔助繼電器為ON，某一轉(zhuǎn)換實現(xiàn)時，該轉(zhuǎn)換的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬剑凹壊阶優(yōu)椴换顒硬?。很多轉(zhuǎn)換條件都是短信號，即它存在的時間比它激活后續(xù)步為活動步的時間短，因此應(yīng)使用有記憶(或稱保持)功能的電路(如啟保停電路和置位復(fù)位指令組成的電路)來控制代表步的輔助繼電器。啟保停電路僅僅使用與觸點和線圈有關(guān)的指令，任何一種PLC的指令系統(tǒng)都有這一類指令，因此這是一種通用的編程方法，可以用于任意型號的PLC。圖7.37中的步M1，M2和M3是順序功能圖中順序相連的3步，X1是步M2之前的轉(zhuǎn)換條件。設(shè)計啟保停電路的關(guān)鍵是找出它的啟動條件和停止條件。根據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則，轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件是它的前一步為活動步，并且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件，所以步M2變?yōu)榛顒硬降臈l件是它的前級步M1為活動步，且轉(zhuǎn)換條件X1?=?l。在啟保停電路中，則應(yīng)將前級步M1和轉(zhuǎn)換條件X1對應(yīng)的常開觸點串聯(lián)，作為控制M2的啟動電路。當(dāng)M2和X2均為ON時，步M3變?yōu)榛顒硬?，這時步M2應(yīng)變?yōu)椴换顒硬剑虼丝梢园袽3=1作為使輔助繼電器M2變?yōu)镺FF的條件，即將后續(xù)步M3的常閉觸點與M2的線圈串聯(lián)，作為啟保停電路的停止電路。圖7.37中的梯形圖可以用邏輯代數(shù)式表示為圖7.37使用啟保停電路的控制步在這個例子中，可以用X2的常閉觸點代替M3的常閉觸點。但是當(dāng)轉(zhuǎn)換條件由多個信號經(jīng)與、或、非邏輯運算組合而成時，應(yīng)將它的邏輯表達式求反，再將對應(yīng)的觸點串并聯(lián)電路作為啟保停電路的停止電路，相比之下不如使用后續(xù)步的常閉觸點這樣簡單方便。7.5.1單序列的編程方法圖7.38是某小車運動的示意圖、順序功能圖和用啟保停電路設(shè)計的梯形圖。設(shè)小車在初始位置時停在右邊，限位開關(guān)X2為ON。按下啟動按鈕X3后，小車向左運動(簡稱左行)，碰到限位開關(guān)X1時，變?yōu)橛倚?；返回限位開關(guān)X2處變?yōu)樽笮?，碰到限位開關(guān)X0時，變?yōu)橛倚?，返回起始位置后停止運動。圖7.38小車控制系統(tǒng)(a)小車運動示意圖；(b)順序功能圖；(c)梯形圖一個工作周期可以分為一個初始步和4個運動步，分別用M0～M4來代表這5步。啟動按鈕X3、限位開關(guān)X0～X2的常開觸點是各步之間的轉(zhuǎn)換條件。根據(jù)上述的編程方法和順序功能圖，很容易畫出梯形圖。例如圖7.38中步M1的前級步為M0，該步前面的轉(zhuǎn)換條件為X3，所以M1的啟動電路由M0和X3的常開觸點串聯(lián)而成，啟動電路還并聯(lián)了M1的自保持觸點。步M1的后續(xù)步是步M2，所以應(yīng)將M2的常閉觸點與M1的線圈串聯(lián)，作為控制M1啟保停電路的停止電路，M2為ON時，其常閉觸點斷開，使M1的線圈“斷電”。PLC開始運行時應(yīng)將M0置為ON，否則系統(tǒng)無法工作，故將M8002的常開觸點與M1的啟動電路(由M4和X2的常開觸點串聯(lián)而成)并聯(lián)。下面介紹設(shè)計梯形圖的輸出電路部分的方法。由于步是根據(jù)輸出變量的狀態(tài)變化來劃分的，它們之間的關(guān)系極為簡單，可以分為兩種情況來處理。

(1)某一輸出量僅在某一步中為ON，可以將它們的線圈分別與對應(yīng)步的輔助繼電器線圈并聯(lián)。有的人也許會認為，既然如此，不如用這些輸出繼電器來代表該步，這樣做可以節(jié)省一些編程元件。但是輔助繼電器是完全夠用的，多用一些不會增加硬件費用，在設(shè)計和鍵入程序時也多花不了多少時間。全部用輔助繼電器來代表步具有概念清楚、編程規(guī)范、梯形圖易于閱讀和查錯的優(yōu)點。

(2)某一輸出繼電器在幾步中都應(yīng)為ON，應(yīng)將代表各有關(guān)步的輔助繼電器的常開觸點并聯(lián)后，驅(qū)動該輸出繼電器的線圈。例如在圖7.38中，Y0在步M1和M3中都應(yīng)為ON，所以將M1和M3的常開觸點并聯(lián)后，來控制Y0的線圈。讀者可將此例與2.2.4節(jié)中由行程開關(guān)控制的可自動往返的可逆控制電路進行對比，加深對繼電器控制與PLC控制的理解。7.5.2選擇序列的編程方法首先，介紹一個例子。人行橫道處的交通信號燈示意圖與順序功能圖如圖7.39所示。按下按鈕X0，交通燈將按順序功能圖所示的順序變化。圖7.40是用啟保停方法設(shè)計的梯形圖。圖7.39人行橫道交通燈示意圖與順序功能圖

PLC由STOP狀態(tài)進入RUN狀態(tài)時，初始化脈沖M8002將初始步M0置為ON，按下自動按鈕X0，步M1和步M5同時變?yōu)榛顒硬?，車道紅燈和人行道綠燈亮，禁止車輛通過。按下停止按鈕X1，在完成順序功能圖中一個工作周期的最后一個步(車道黃燈亮、人行道紅燈亮)的工作后返回初始狀態(tài)，所有的燈熄滅。為了實現(xiàn)在最后一步返回初始狀態(tài)，在梯形圖中用啟保停電路和啟動、停止按鈕來控制M10，按下啟動按鈕X0，M10變?yōu)镺N并保持，按下停止按鈕X1，M10變?yōu)镺FF。但是系統(tǒng)不會馬上返回初始步，因為M10只是在步M8之后起作用。交通燈的閃動是用周期為1s的時鐘脈沖M8013的觸點實現(xiàn)的。圖7.40人行橫道交通燈控制系統(tǒng)梯形圖車道交通燈和人行道交通燈是同時工作的，可以用并行序列來表示它們的工作情況。在順序功能圖中，為了避免從并行序列的匯合處直接轉(zhuǎn)換到并行序列的分支處，在步M4和M7的后面設(shè)置了一個虛設(shè)步，該步?jīng)]有什么具體的操作，進入該步后，將馬上轉(zhuǎn)移到下一步。下面，介紹選擇序列的編程方法。

1)選擇序列的分支的編程方法如果某一步的后面有一個由N條分支組成的選擇序列，該步可能轉(zhuǎn)換到不同的N步去。應(yīng)將這N個后續(xù)步對應(yīng)的輔助繼電器的常閉觸點與該步的線圈串聯(lián)，作為結(jié)束該步的條件。圖7.39中步M8之后有一個選擇序列的分支，當(dāng)它的后續(xù)步M0、M1和M5變?yōu)榛顒硬綍r，它應(yīng)變?yōu)椴换顒硬健Ｒ驗镸1和M5是同時變?yōu)榛顒硬降?，所以只需將M0和M1或M0和M5的常閉觸點與M8的線圈串聯(lián)。

2)選擇序列的合并的編程方法對于選擇序列的合并，如果某一步之前有N個轉(zhuǎn)換(即有N條分支在該步之前合并后進入該步)，則代表該步的輔助繼電器的啟動電路由N條支路并聯(lián)而成，各支路由某一前級步對應(yīng)的輔助繼電器的常開觸點與相應(yīng)轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的觸點或電路串聯(lián)而成。在圖7.39中，步M1和步M5之前有一個選擇序列的合并，當(dāng)步M0為活動步(M0為ON)并且轉(zhuǎn)換條件X0滿足，或步M8為活動步，并且轉(zhuǎn)換條件M10滿足，步M1和步M5都應(yīng)變?yōu)榛顒硬?，即控制M1和M5的啟保停電路的啟動條件應(yīng)為M0·X0?+?M8·M10。對應(yīng)的啟動電路由兩條并聯(lián)支路組成，每條支路分別由M0、X0和M8、M10的常開觸點串聯(lián)而成(見圖7.40)。7.5.3并行序列的編程方法

1)并行序列的分支的編程方法并行序列中各單序列的第一步應(yīng)同時變?yōu)榛顒硬?。對控制這些步的啟保停電路使用同樣的啟動電路，可以實現(xiàn)這一要求。圖7.39中步M0之后有一個并行序列的分支，當(dāng)步M8為活動步并且轉(zhuǎn)換條件M10滿足，或步M0為活動步并且轉(zhuǎn)換條件X0得到滿足時，都應(yīng)轉(zhuǎn)換到步M1和步M5，M1和M5應(yīng)同時變?yōu)镺N。這是用邏輯關(guān)系式M0·X0?+?M8·M10對應(yīng)的電路同時作為控制M1和M5的啟保停電路的啟動電路實現(xiàn)的。

2)并行序列的合并的編程方法步M8之前有一個并行序列的合并，該轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件是所有的前級步(即步M4和M7)都是活動步和轉(zhuǎn)換條件T5滿足。由此可知，應(yīng)將M4，M7和T5的常開觸點串聯(lián)，作為控制M8的啟保停電路的啟動電路。7.5.4兩步閉環(huán)的處理如果在順序功能圖中有僅由兩步組成的小閉環(huán)(見圖7.41(a))，用啟保停電路設(shè)計的梯形圖不能正常工作。例如在M2和X2均為ON時，M3的啟動電路接通，但是這時與它串聯(lián)的M2的常閉觸點卻是斷開的(見圖7.41(b))，所以M3的線圈不能“通電”。出現(xiàn)上述問題的根本原因在于步M2既是步M3的前級步，又是它的后續(xù)步。在小閉環(huán)中增設(shè)一步就可以解決這一問題(見圖7.41(c))，這一步?jīng)]有什么操作，它后面的轉(zhuǎn)換條件“=1”相當(dāng)于邏輯代數(shù)中的常數(shù)1，即表示轉(zhuǎn)換條件總是滿足的，只要進入步M10，將馬上轉(zhuǎn)換到步M2去。圖7.41(d)是根據(jù)圖7.41(c)畫出的梯形圖。將圖7.41(b)中M2的常閉觸點改為X3的常閉觸點，不用增設(shè)步，也可以解決上述問題。圖7.41僅有兩步的閉環(huán)的處理7.6以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法7.6.1單序列的編程方法圖7.42給出了以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法的順序功能圖與梯形圖的對應(yīng)關(guān)系。實現(xiàn)圖中X1對應(yīng)的轉(zhuǎn)換需要同時滿足兩個條件，即該轉(zhuǎn)換的前級步是活動步(M1?=?1)和轉(zhuǎn)換條件滿足(X1?=?1)。在梯形圖中，可以用M1和X1的常開觸點組成的串聯(lián)電路來表示上述條件。該電路接通時，兩個條件同時滿足，此時應(yīng)完成兩個操作，即將該轉(zhuǎn)換的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?用SETM2指令將M2置位)和將該轉(zhuǎn)換的前級步變?yōu)椴换顒硬?用RSTM1指令將M1復(fù)位)。這種編程方法與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴格的對應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜順序功能圖的梯形圖時，更能顯示出它的優(yōu)越性。圖7.42以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法圖7.43給出了傳送帶控制系統(tǒng)的順序功能圖和梯形圖。其中的兩條運輸帶順序相連，為了避免運送的物料在2號運輸帶上堆積，按下啟動按鈕后，2號運輸帶開始運行，5s后1號運輸帶自動啟動。停機的順序與啟動的順序剛好相反，間隔仍然為5s。在順序功能圖中，如果某一轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步并且相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件滿足，則轉(zhuǎn)換可實現(xiàn)。即所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬?，而所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的前級步都變?yōu)椴换顒硬?。在以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，用該轉(zhuǎn)換所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器的常開觸點與轉(zhuǎn)換對應(yīng)的觸點或電路串聯(lián)，作為使所有后續(xù)步對應(yīng)的輔助繼電器置位(使用SET指令)和使所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位(使用RST指令)的條件。在任何情況下，代表步的輔助繼電器的控制電路都可以用這一原則來設(shè)計，每一個轉(zhuǎn)換對應(yīng)一個這樣的控制置位和復(fù)位的電路塊，有多少個轉(zhuǎn)換就有多少個這樣的電路塊。這種設(shè)計方法特別有規(guī)律，在設(shè)計復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時既容易掌握，又不容易出錯。使用這種編程方法時，不能將輸出繼電器的線圈與SET和RST指令并聯(lián)，這是因為圖7.43中前級步和轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的串聯(lián)電路接通的時間是相當(dāng)短的(只有一個掃描周期)，轉(zhuǎn)換條件滿足后，前級步馬上被復(fù)位，在下一掃描周期控制置位、復(fù)位的串聯(lián)電路被斷開，而輸出繼電器的線圈至少應(yīng)該在某一步對應(yīng)的全部時間內(nèi)被接通。所以應(yīng)根據(jù)順序功能圖，用代表步的輔助繼電器的常開觸點或它們的并聯(lián)電路來驅(qū)動輸出繼電器的線圈。圖7.43傳送帶控制系統(tǒng)的順序功能圖與梯形圖7.6.2選擇序列的編程方法在地下停車場的出入口處，為了節(jié)省空間，同時只允許一輛車進出(見圖7.44)。在進出通道的兩端設(shè)置有紅綠燈，光電開關(guān)X0和X1用于檢測是否有車經(jīng)過，光線被車遮住時X0或X1為ON。有車進入通道時(光電開關(guān)檢測到車的前沿)，兩端的綠燈滅、紅燈亮，以警示兩方后來的車輛不可再進入通道。車開出通道時，光電開關(guān)檢測到車的后沿，兩端的紅燈滅、綠燈亮，別的車輛可以進入通道。如果某一轉(zhuǎn)換與并行序列的分支、合并無關(guān)，它的前級步和后續(xù)步都只有一個，需要復(fù)位、置位的輔助繼電器也只有一個，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。圖7.44停車場出入口信號燈圖7.45所示的順序功能圖中，所有的轉(zhuǎn)換均與并行序列無關(guān)，除M8002以外的轉(zhuǎn)換與選擇序列的分支、合并有關(guān)，它們都只有一個前級步和一個后續(xù)步，對應(yīng)的梯形圖是非?！皹?biāo)準(zhǔn)的”，每一個控制置位、復(fù)位的電路塊都由前級步對應(yīng)的輔助繼電器和轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的X0和X1的常開觸點或下降沿觸點組成的串聯(lián)電路，一條SET指令和一條RST指令組成，圖7.45中的轉(zhuǎn)換條件X0和X1實際上是在上升沿時起作用，X0和X1的普通觸點和上升沿檢測觸點在這種情況下是等效的。圖7.45單行道交通燈控制系統(tǒng)(a)波形圖；(b)順序功能圖；(c)梯形圖7.6.3并行序列的編程方法組合機床是針對特定工件和特定加工要求設(shè)計的自動化加工設(shè)備，通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和專用部件組成。PLC是組合機床電氣控制系統(tǒng)中的主要控制設(shè)備。用于雙面鉆孔的組合機床在工件相對的兩面鉆孔，機床由動力滑臺提供進給運動，刀具自動機固定在動力滑臺上。工件裝入夾具后，按下啟動按鈕X0，工件被夾緊，限位開關(guān)X1變?yōu)镺N，并行序列中兩個子序列的起始步M2和M6變?yōu)榛顒硬?，兩?cè)的左、右動力滑臺同時進行快速進給、工作進給和快速退回的加工循環(huán)，同時刀具電機也啟動工作。兩側(cè)的加工均完成后，系統(tǒng)進入步M10，工件被松開，限位開關(guān)X10變?yōu)镺N，系統(tǒng)返回初始步M0，動力滑臺退回原位，一次加工的工作循環(huán)結(jié)束。雙面鉆孔組合機床工作示意圖和控制系統(tǒng)外部接線圖如圖7.46、圖7.47所示。圖7.46雙面鉆孔組合機床工作示意圖圖7.4