第4章-PLC编程及应用讲解课件

第4章 数字量控制系统梯形图程序设计方法 4.1 梯形图的经验设计法 4.2 根据继电器电路图设计梯形图的方法 4.3 顺序控制设计法与顺序功能图?掌握常见的几种梯形图；?熟悉继电器电路图设计梯形图的方法；?掌握S7-200 PLC顺序控制指令的类型、格式、使用方法和编程规则；?掌握顺序功能图的结构、类型、格式和编程规则；?学会用顺序功能图设计顺序控制程序，进行程序的调试与模拟运行。学习目标学习目标 4.1 梯形图的经验设计法?4.1.1 有记忆功能的电路有记忆功能的电路?起动信号I0.0使输出Q0.0置位（接通并保持），形成自锁功能；停止信号I0.1使输出Q0.0复位断开。图4-1 有记忆功能的电路 4.1.2 定时器应用电路定时器应用电路 图4-2 延时接通/延时断开电路 长延时程序?S7-200 PLC中定时器最大设定时间为 3276.7s，如果需要更长的延时时间，用 计数器可以实现长延时，如左图电路，由SM0.4提供时钟脉冲信号（1min），计数器C2对脉冲进行计数，计数器的设定值 30000和脉冲周期1min之积就是定时时间，为30000min。?还可以用定时器和计数器配合 完成，如右图电路，当输入信号接通后，定时器T37提供的3000s脉冲信号，计数器C4对其进行计数，计满 12000次，定时时间达到10000小时。1min时钟脉冲信号 延时500h 延时10000h 图4-3 长延时电路 闪烁电路?输出脉冲的周期和占空比可调的振荡电路。t38为接通时间，t37为断开时间，周期为t37+t38?当T37的输入信号接通后开始定时，时间到 其触点 接通T38的输入信号，T38的定时 时间到断开T37的输入信号，使T37复位，从而使T38也复位。复位后其常闭触点接通，T37又开始定时。输出线圈Q0.0周期性“接通”和“断开”，时间分别是T37和T38的设定时间。4.1.3 经验设计法举例?三相异步交流电动机 主要指交流笼型异步电动机和交流绕线式异步电动机，由于三相笼型异步电动机具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、维修方便等优点，获得广泛应用。据统计，在一般工矿企业中，笼型异步电动机的数量占电力拖动设备总台数的85左右。?根据生产机械和工艺条件的具体要求，其控制线路能够实现电力拖动系统的起动、制动、调速、保护和生产过程的自动化。图4-5 小车自动往复运动的继电器控制电路图 4.1.4 常闭触点输入信号的处理常闭触点输入信号的处理?前提条件：输入的数字信号均由外部常开触点提供，但是有些信号只能由常闭触点提供，比如热继电器。?如果某些信号只能由常闭触点输入，可以按照输入全部为常开触点来设计梯形图，这样可以将继电器电路图直接翻译为梯形图，然后将梯形图中外接常闭触点的输入信号位的触点改为相反的触点。常闭输入触点的处理 如果输入为常闭触点，编制的梯形图与继电器原理图相反 I0.1 I0.2 Q0.0 Q0.0()?如果输入为如果输入为 常开触点常开触点，编制的梯形图与，编制的梯形图与继电器继电器原理图原理图一致一致 4.2 根据继电器电路图设计梯形图的方法?将继电器电路图转换为功能相同的将继电器电路图转换为功能相同的 PLC的外部接的外部接线图和梯形图的步骤：?1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理；?2）确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它们像对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出出PLC的外部接线图；?3）确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的位存储器（M）和定时器（T）的地址；?4）根据上述对应关系画出梯形图。图4-9 PLC外部接线图 图4-10 梯形图 4.2.2 注意事项注意事项 1.应遵守梯形图语言中的语法规定 2设置中间单元 3尽量减少PLC的输入信号和输出信号 4设立外部联锁电路 5梯形图的优化设计 6外部负载的额定电压 4.3 顺序控制设计法与顺序功能图 4.3.1 顺序控制设计法顺序控制设计法?顺序控制就是按照实际生产工艺预先规定的顺序，在各顺序控制就是按照实际生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序地进行操作。产过程中各个执行机构自动地有序地进行操作。?使用顺序控制设计法时，首先根据系统的工艺过程，画出出顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图。，然后根据顺序功能图设计出梯形图。?顺序功能图（SFC）描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是设计特性的一种图形，是设计 PLC的顺序控制程序的有力工具。?顺序控制继电器（SCR）指令是基于 SFC的编程方式，使用顺序控制继电器（S0.0S31.7），依据被控对象的顺序功能图进行编程，将逻辑程序划分为LSCR与SCRE之间的若干个SCR段，一个SCR程序段对应顺序功能图中的一个程序步，从而实现顺序控制。顺序功能图顺序功能图 SCR指令指令?顺序控制继电器装载(LSCR n）指令表示一个顺序控制继电器（SCR）程序段的开始。顺序控制继电器为ON时，执行对应的SCR段中的程序，反之则不执行。LSCR指令中指定的顺序控制继电器 S被放入SCR堆栈和逻辑堆栈栈顶，SCR堆栈的值决定该SCR程序段是否执行，当 SCR程序段的S位置位时，允许该程序段工作。?顺序控制继电器转换（SCRT）指令表示SCR程序段之间的转换，SCRT指令有两个功能：一是使当前激活的SCR程序段的S位复位，使该程序段停止工作；二是使下一个将要执行的 SCR程序段S位置位，以便下一个SCR程序段工作。?顺序控制继电器结束（SCRE）指令表示SCR程序段的结束，它使程序退出一个激活的 SCR程序段，SCR程序段必须由SCRE指令结束。SCR指令指令 每一个SCR程序段一般有以下三种功能：?驱动处理：在该段顺序控制继电器有效时，要做什么工作；?指定转移条件和目标：满足什么条件后转移到何处；?转移源自动复位：状态发生转移后，置位下一个状态，同时自动复位原状态。SCR指令指令 使用使用SCR指令的限制指令的限制 使用SCR指令时有以下限制：?在不同的程序中不能使用相同的 S位；?不能在SCR程序段内使用JMP、LBL、FOR、NEXT、END指令，即不允许用跳转的方法跳入或跳出 SCR程序段，可以在SCR程序段外使用JMP、LBL、FOR、NEXT指令。4.3.2 顺序功能图的步与动作 步?步的基本概念 顺序控制的设计思路是把系统的一个工作周期划分为若干个状态，每个状态称为一个步，并用编程元件（位存储器M或顺序控制继电器 S）来代表。每一步的输出状态不变，而相邻两个输出状态不同。步步 初始步：与控制系统的初始状态相对应的步称为初始步，一般是控制系统等待起动命令的相对静止的状态。每个顺序功能图最少应该有一个初始步，用双线框表示。活动步：当控制系统运行到某一个状态时，该状态所处的步处于“激活”状态，称该步为“活动步”。当步处于活动状态时，对应的动作被执行；处于不活动状态时，对应的动作被停止执行。步步 转换条件转换条件 转换方向：顺序功能图中代表各步的方框按照动作的先后顺序从上到下（或从左到右）排列，并用有向线段连接起来，通常把连线上的箭头省略不画。如果没有遵循从上到下（或从左到右）排列方向，应该在连线上用箭头标明动作方向 转换条件转换条件 转换条件：使控制系统由当前步进入下一步的信号为转换条件，在转换方向的连线上用垂直短线表示。转换条件可以是外部输入信号，也可以是 PLC内部产生的信号，还可以是几个信号的与、或、非逻辑组合。转换条件将相邻两步隔离开。动作或命令动作或命令 顺序功能图中每一步代表一个状态，此状态与对应的步相连，并在步的右侧用线框表示，一个状态可能有一个或多个动作，多个动作可以水平排列，也可以垂直排列 单流程 4.3.3 顺序功能图的类型 动作一个接一个的完成，每个状态仅连接一个转移，每个转移仅连接一个状态，从上到下只有一条路径 的流程为单流程，中间没有分支，这是最简单的顺序功能图 单流程举例 选择性流程选择性流程 从两个或两个以上的多个分支流程中选择其中的某一个单支流程，即一个控制流可能转入多个控制流中的一个，不允许多路分支同时执行，进入哪一个分支，取决于哪一个转移条件接通，在同一时刻，只允许一个转移条件满足，注意在选择性分支处，转移条件在分支线的下方，且在同一时间，只能有一个条件满足，具有唯一性；而在汇合处，转移条件在汇合线的上方。分支与汇合处用单水平线表示。分支处 汇合处 选择性流程举例选择性流程举例 分支 汇合 并行性流程并行性流程 当转移条件满足时，同时并行处理两个或两个以上的多个分支流程，当一个控制流分成多个控制流时，所有的控制流必须同时激活。在合并控制流时，所有的分支控制流都必须完成。注意在并行性分支处，转移条件在分支线的上方，而在汇合处，转移条件在汇合线的下方。而分支处与汇合处用双水平线表示。分支处 汇合处 并行性流程举例并行性流程举例 分支 汇合 跳转和循环流程跳转和循环流程 在有些情况下，单流程、选择性流程和并行性流程的混合出现，如跳转和循环流程 举例：电动机顺序控制 3台电动机M1M3，要求间隔1min顺序起动和间隔30s逆序停止 起动按钮SB1和停止按钮SB2,3台电动机M1M3分别用接触器KM1、KM2、KM3控制 I/O接线图 SB1 SB2 KM1 KM2 KM3 FR1 IL Q0.0 Q0.1 Q0.2 S7-200 IM I0.0 I0.1 FR2 FR3 顺序顺序功能图 30s 1min SB1 1min 0 初始状态 1 M1起动并保持 2 M2起动并保持 3 M3起动并保持 4 M3停止 5 M2停止 6 M1停止 SB2 30s 按停止按钮后转换到 SCR（S1.4）段 I0.1 600 S1.2（SCRT）Q0.1 T37 IN TON PT 初始状态，置 S1.1=1 Q0.1（）Q0.2 Q0.3 S1.1 S 1 S1.1 SCR I0.1（）Q0.1 S 1 T37（SCRE）SCR（S1.1）段开始 M1起动 起动1min定时器 1min后转换到 SCR（S1.2）段 SCR（S1.1）段结束 600 S1.3（SCRT）T38 IN TON PT I0.2 S1.2 SCR SM0.0（）Q0.2 S 1 T38（SCRE）SCR（S1.2）段开始 M2起动 起动1min定时器 1min后转换到 SCR（S1.3）段 SCR（S1.2）段结束 SCR SM0.0 （）Q0.3 S 1 SCR（S1.3）段开始 M3起动 S1.3 S1.4（SCRT）（SCRE）SCR（S1.3）段结束 300 S1.5（SCRT）T39 IN TON PT SCR SM0.0 （）Q0.3 R 1 T39（SCRE）SCR（S1.4）段开始 M3停止 起动30s定时器 30s后转换到 SCR（S1.5）段 SCR（S1.4）段结束 SCR SM0.0（）SCR（S1.5）段开始 M2停止 S1.5 S1.4 Q0.1 R 1 300 S1.6（SCRT）T40 IN TON PT SM0.0（）Q0.2 R 1 T40（SCRE）SCR S1.6 起动30s定时器 30s后转换到 SCR（S1.6）段 SCR（S1.5）段结束 SCR（S1.6）段开始 M1停止 Q0.1 S1.1（SCRT）（SCRE）SCR（S1.6）段结束 返回初始状态 电动机顺序起动逆序停止控制的梯形图 4.3.5 顺序功能图中转换实现的基本规则顺序功能图中转换实现的基本规则 转换实现的条件?该转换所有的前级步都是活动步。?相应的转换条件得到满足。转换实现应完成的操作?使所有的后续步变为活动步。?使所有的前级步变为不活动步。绘制顺序功能图时的注意事项绘制顺序功能图时的注意事项?两个步不能直接相连，必须用一个转换条件将它们分隔开。?两个转换条件不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开。?不要漏掉初始步。?在顺序功能图中，步与转换、转换与步之间一般应有由 步和有向线段连接，当方向从上到下时，箭头可以省略 不画；当方向从下向上时，箭头必须画出，以表示转移 方向。?顺序控制指令只对顺序控制继电器S有效，。?顺序控制继电器S在不同的程序中不能重复使用。?顺序控制继电器S也具有一般继电器的功能。举例：单流程顺序功能图 两条传送带A和B用来传送较长的物体，要求尽可能地减少传送带的运行时间。在传送带端部设置了两个光电开关，对应输入信号I0.0和I0.1，有物体通过时I0.0和I0.1接通（ON），传送带A、B的电机分别用 Q0.0和Q0.1控制。SM0.1使初始步M0.0为ON；按下起动按钮 I0.2，传送带A开始运行，被传送物体的前沿使 I0.0变为ON时，系统进入步 M0.2，两条传送带同时运行。被传送物体的后沿离开光电开关 I0.0时，传送带A停止运行，物体的后沿离开光电开关 I0.1时，传送带 B停止运行，系统返回初始步。单流程顺序功能图单流程顺序功能图 Q0.0 Q0.1 I0.0 A B I0.1 SM0.1 I0.2 M0.0 M0.0（）1 S M0.1（）1 S M0.0 1 R（）I0.0 M0.1 M0.2（）1 S M0.1 1 R（）I0.0 M0.2 M0.3（）1 S M0.2 1 R（）M0.2 N I0.1 M1.0 M0.3 M1.0（）M0.0（）1 S M0.3 1 R（）Q0.0 M0.1（）M0.3 Q0.1 M0.2（）I0.2 起动 I0.0 SM0.1 M0.0 M0.1 Q0.0 M0.2 Q0.0 M0.3 Q0.1 I0.1 Q0.1 I0.0 举例：电动机顺序起动和逆序停止举例：电动机顺序起动和逆序停止 3条运输带顺序相连，为了避免运送的物料在 2号和3号运输带上堆积，按下起动按钮I0.0，3号运输带开始运行，5s后2号运输带自动起动，再过 5s后1号运输带自动起动。停机顺序与起动顺序相反，即按下停止按钮I0.1后，1号运输带先停止，5s后2号运输带停止，再过 5s后3号运输带停止。如果在起动的过程中按下停止按钮，马上进入停止程序，后面的运输带不再起动。画出系统的顺序功能图和相应的梯形图。Q0.0 Q0.1 Q0.2 3号运输带 2号运输带 1号运输带 举例：选择性流程和并行性流程顺序功能图举例：选择性流程和并行性流程顺序功能图 人行横道处的交通信号灯控制系统的程序为并行流程顺序功能，车道交通灯和人行道是同时工作的，PLC由STOP进入RUN状态时，SM0.1将初始步M0.0置为ON，按下按钮I0.0，步M0.1和步M0.5同时变为活动步，车道红灯和人行道绿灯亮，禁止车辆通过，交通灯将按顺序功能图所示的顺序变化。为了避免从并行流程的合并处直接转换到并行流程的分支处，在步M0.4和M0.7的后面设置了一个虚设步M1.0，该步没有具体的操作，进入该步后，马上转移到下一步。I0.0 起动 T38 SM0.1 M0.0 M0.1 Q0.0 M0.2 T39 M0.4 Q0.1 M1.4 30s 车道红灯 车道绿灯 T39 M0.3 T40 Q0.1 5s闪烁 车道绿灯 T41 Q0.2 5s 车道黄灯 T40 M0.5 T37 Q0.4 15s 人行道绿灯 M0.7 虚设步 T37 M0.6 T38 Q0.4 5s闪烁 Q0.2 T38 人行道绿灯 人行道红灯 M1.0 T41 M1.4?化学反应装置由四个容器组成，其中3#和4#容器的容积是1#和2#的两倍，并且每个容器都有高低液位传感器。另外2#容器带有加热器和温度传感器，3#容器带有搅拌器。?工作原理为：按启动按钮，1#和2#容器分别用泵P1和P2注入碱和聚合物液体，高位传感器发出信号后泵P1和P2关闭；然后2#容器开始加热，60时温度传感器发出信号，加热器关闭；泵P3和P4分别将1#和2#容器的液体送到3#反应器中，同时启动搅拌器，搅拌时间为60s；一旦3#容器满或1#和2#容器空，则泵P3和P4停止等待；当搅拌时间到，P5将混合液抽到产品池4#容器中，直到4#满或3#空；成品用P6抽走，直到4#空，整个过程结束。再次按动启动按钮，新的循环开始。举例：化学反应程序设计举例：化学反应程序设计 输入信号 输出信号 地址 功能 地址 功能 I0.0 手动启动按钮 Q0.0 泵P1接触器 I0.1 1号容器满 Q0.1 泵P2接触器 I0.2 1号容器空 Q0.2 泵P3接触器 I0.3 2号容器满 Q0.3 泵P4接触器 I0.4 2号容器空 Q0.4 泵P5接触器 I0.5 3号容器满 Q0.5 泵P6接触器 I0.6 3号容器空 Q0.6 加热器接触器 I0.7 4号容器满 Q0.7 搅拌器接触器 I1.0 4号容器空 I1.1 温度传感器 总结?课后习题