第4章 PLC控制系统设计

第第4章章 PLC控制系统设计控制系统设计 4.1 PLC 4.1 PLC控制系统的设计原则控制系统的设计原则 1. 最大限度地满足被控对象的控制要求最大限度地满足被控对象的控制要求 2. 保证保证PLC控制系统安全可靠控制系统安全可靠 3. 力求简单、经济、使用及维修方便力求简单、经济、使用及维修方便 4. 适应发展的需要适应发展的需要 4.2 PLC 4.2 PLC控制系统的设计内容与步骤控制系统的设计内容与步骤 1. 分析被控对象并提出控制要求分析被控对象并提出控制要求 2. 确定输入输出设备确定输入输出设备 3. 选择选择PLC PLC选择包括对选择包括对PLC的机型、容量、的机型、容量、I/O模块、电源等的模块、电源等的选择。选择。 4. 分配分配I/O点并设计点并设计PLC外围硬件线路外围硬件线路 （1）分配）分配I/O点点 画出画出PLC的的I/O端子与输入输出设端子与输入输出设备的连接图或对应关系表。备的连接图或对应关系表。 （2）设计）设计PLC外围硬件线路外围硬件线路 画出系统其它部分的电画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。的控制电路等。 4.2 PLC 4.2 PLC控制系统的设计内容与步骤控制系统的设计内容与步骤 5. 程序设计程序设计 （1）程序设计）程序设计 根据系统的控制要求，采用合适的根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计设计方法来设计PLC程序。程序通常还应包括以下内容：程序。程序通常还应包括以下内容： 初始化程序初始化程序:在在PLC上电后，一般都要做一些初始上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。 检测、故障诊断和显示等程序检测、故障诊断和显示等程序 保护和连锁程序保护和连锁程序:保护和连锁是程序中不可缺少的保护和连锁是程序中不可缺少的部分，它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。部分，它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。 4.2 PLC 4.2 PLC控制系统的设计内容与步骤控制系统的设计内容与步骤 （2）程序模拟调试）程序模拟调试 程序模拟调试的基本思想程序模拟调试的基本思想：以方便的形式模拟产生：以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和硬件模拟法和软件模拟法软件模拟法两种形式。两种形式。 硬件模拟法硬件模拟法:使用一些硬件设备模拟产生现场的信使用一些硬件设备模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入系统的输入端，其时效性较强。端，其时效性较强。 软件模拟法软件模拟法：在：在PLC中另外编写一套模拟程序，中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。 4.2 PLC 4.2 PLC控制系统的设计内容与步骤控制系统的设计内容与步骤 6. 6. 硬件实施硬件实施 硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：计及现场施工。主要内容有： （1 1）设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安）设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。装接线图。 （2 2）设计系统各部分之间的电气互连图。）设计系统各部分之间的电气互连图。 （3 3）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。 7. 7. 联机调试联机调试 8. 8. 整理和编写技术文件整理和编写技术文件4.3 PLC的选择的选择 PLC的选择主要应从的选择主要应从PLC的机型、容量、的机型、容量、I/O模块、模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。合考虑。 4.3.1.PLC机型的选择机型的选择 1. 合理的结构型式合理的结构型式 整体式：整体式：每一个每一个IO点的平均价格比模块式的便宜，点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；控制系统中； 模块式：模块式：功能扩展灵活方便功能扩展灵活方便,在在IO点数、输入点数点数、输入点数与输出点数的比例、与输出点数的比例、IO模块的种类等方面选择余地大，模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。4.3 PLC的选择的选择 2. 安装方式的选择安装方式的选择 集中式：集中式：不需要设置驱动远程不需要设置驱动远程IO硬件，系统反应硬件，系统反应快、成本低；快、成本低； 远程远程IO式：式：适用于大型系统，系统的装置分布范适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程围很广，远程IO可以分散安装在现场装置附近，连线可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程短，但需要增设驱动器和远程IO电源；电源； 多台多台PLC联网的分布式：联网的分布式：适用于多台设备分别独立控适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须，但必须要附加通讯模块。要附加通讯模块。4.3 PLC的选择的选择 3. 相应的功能要求相应的功能要求 低档低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数等功能，对具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足要求。于只需要开关量控制的设备都可满足要求。 中档或高档中档或高档PLC：用于大规模过程控制和集散控制用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。可以实现系统等场合。可以实现PID运算、闭环控制、通信联网等运算、闭环控制、通信联网等功能。功能。 4. 响应速度要求响应速度要求 PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用的响应速度，可选用具有高速具有高速IO处理功能的处理功能的PLC，或选用具有快速响应模，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的块和中断输入模块的PLC等。等。 4.3 PLC的选择的选择 5. 系统可靠性的要求系统可靠性的要求 6. 机型尽量统一机型尽量统一 机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。采购和管理。 机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。力量的培训和技术水平的提高。 机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。制系统。 4.3 PLC的选择的选择 4.3.2. PLC容量的选择容量的选择 PLC的容量包括的容量包括IO点数点数和和用户存储容量用户存储容量两个方面。两个方面。 1. IO点数的选择点数的选择 在满足控制要求的前提下力争使用的在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少，但点最少，但必须留有一定的裕量。必须留有一定的裕量。 通常通常IO点数是根据被控对象的输入、输出信号的实点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上际需要，再加上1015的裕量来确定。的裕量来确定。 2. 存储容量的选择存储容量的选择 在在IO点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加再加2030的裕量。的裕量。 存储容量（字节）开关量存储容量（字节）开关量IO点数点数10 模拟量模拟量IO通道数通道数100。4.3 PLC的选择的选择 4.3.3. IO模块的选择模块的选择 1. 开关量开关量IO模块的选择模块的选择 （1）开关量输入模块的选择）开关量输入模块的选择 开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为将信号转换为PLC内部可接受的低电压信号，并实现内部可接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面： 1）输入信号的类型及电压等级）输入信号的类型及电压等级 开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流直流开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 4.3 PLC的选择的选择 开关量输入模块的输入信号的开关量输入模块的输入信号的电压等级电压等级有：直流有：直流5、12、24、48、60等；交流等；交流110、220等。等。 选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距距离离来考虑。来考虑。 一般一般5、12、24用于传输距离较近场合，如用于传输距离较近场合，如5输入模块最远不得超过输入模块最远不得超过0米。米。 距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。 4.3 PLC的选择的选择 2）输入接线方式）输入接线方式 开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。 汇点式：汇点式：所有输入点共用一个公共端（所有输入点共用一个公共端（COM）；）； 分组式：分组式：将输入点分成若干组，每一组（几个输入将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。点）有一个公共端，各组之间是分隔的。 图4-2开关量输入模块的接线方式（a）汇点式输入 （b）分组式输入4.3 PLC的选择的选择 3）注意同时接通的输入点数量）注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块对于选用高密度的输入模块(如如32点、点、48点等点等)，应考，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过同一公共端输入点虑该模块同时接通的点数一般不要超过同一公共端输入点数的数的60。 4）输入门槛电平）输入门槛电平 为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。4.3 PLC的选择的选择 （2）开关量输出模块的选择）开关量输出模块的选择 开关量输出模块是将开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面： 1）输出方式）输出方式 开关量输出模块有开关量输出模块有继电器输出继电器输出、晶闸管输出晶闸管输出和和晶体晶体管输出管输出三种方式。三种方式。 继电器输出：既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，继电器输出：既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢、寿命和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。 对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。出只能用于直流负载。 4.3 PLC的选择的选择 2）输出接线方式）输出接线方式 分组式输出分组式输出：几个输出点为一组，一组有一个公共：几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；部输出设备； 分隔式输出分隔式输出：每一个输出点就有一个公共端，各输：每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。出点之间相互隔离。 图4-3开关量输出模块的接线方式（a）分组式输出 （b）分隔式输出4.3 PLC的选择的选择 3）驱动能力）驱动能力 开关量输出模块的输出电流开关量输出模块的输出电流(驱动能力驱动能力)必须大于必须大于PLC外外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。 4）注意同时接通的输出点数量）注意同时接通的输出点数量 同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一通过的电流值。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的公共端输出点数的60。 5）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关 开关量输出模块的技术指标与不同的负载类型密切相开关量输出模块的技术指标与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。 4.3 PLC的选择的选择 2. 模拟量模拟量IO模块的选择模块的选择 模拟量模拟量IO模块的主要功能模块的主要功能：数据转换，并与：数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（量输入（AD）模块是将现场由传感器检测而产生的连）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟内部可接受的数字量；模拟量输出量输出(DA)模块是将模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量内部的数字量转换为模拟量信号输出。信号输出。 3. 特殊功能模块的选择特殊功能模块的选择 目前，目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的IO模块，有的还推出了自带模块，有的还推出了自带CPU的智能型的智能型IO模块，模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模控制模块、通信模块等。块、通信模块等。 4.3 PLC的选择的选择 4.3.4.电源模块及其它外设的选择电源模块及其它外设的选择 1. 电源模块的选择电源模块的选择 电源模块选择仅对于模块式结构的电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整而言，对于整体式体式PLC不存在电源的选择。不存在电源的选择。 电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于CPU模块、模块、IO模块和其它特殊模块等消耗电流的总和，同时还应模块和其它特殊模块等消耗电流的总和，同时还应考虑今后考虑今后IO模块的扩展等因素；电源输入电压一般根模块的扩展等因素；电源输入电压一般根据现场的实际需要而定。据现场的实际需要而定。4.3 PLC的选择的选择 2. 编程器的选择编程器的选择 小型控制系统一般选用价格便宜的简易编程器。小型控制系统一般选用价格便宜的简易编程器。 复杂系统选配功能强、编程方便的智能编程器，但复杂系统选配功能强、编程方便的智能编程器，但智能编程器价格较贵。也可以选用智能编程器价格较贵。也可以选用PLC的编程软件，在的编程软件，在个人计算机上实现编程器的功能。个人计算机上实现编程器的功能。 3. 写入器的选择写入器的选择 为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏RAM中的用户程序，可选用中的用户程序，可选用EPROM写入器，通过它将用户程写入器，通过它将用户程序固化在序固化在EPROM中。有些中。有些PLC或其编程器本身就具有或其编程器本身就具有EPROM 写入的功能。写入的功能。 4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 PLC常见的输入设备有按钮、行程开关、接常见的输入设备有按钮、行程开关、接近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输出设备有继电器、接触器、电磁阀、指示灯等。出设备有继电器、接触器、电磁阀、指示灯等。正确地连接输入和输出电路，是保证正确地连接输入和输出电路，是保证PLC安全可安全可靠工作的前提。靠工作的前提。 4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 4.4.1 PLC与常用输入设备的连接与常用输入设备的连接 1. PLC与一般输入设备的连接与一般输入设备的连接 如图所示是如图所示是CPM2AH型型PLC与按钮、行程开关、触点与按钮、行程开关、触点等输入设备的接线示意图。等输入设备的接线示意图。一般要求所有开关、按钮均为一般要求所有开关、按钮均为常开状态常开状态，这样做的目的有二：一是为了避免，这样做的目的有二：一是为了避免PLC的输入的输入电路长期通电从而使能耗增加，缩短电器设备的使用寿命；电路长期通电从而使能耗增加，缩短电器设备的使用寿命；二是它的常闭触点可在程序中通过二是它的常闭触点可在程序中通过“取反取反”体现出来，进体现出来，进而使编制的梯形图程序更符合电器图的形式，阅读程序时而使编制的梯形图程序更符合电器图的形式，阅读程序时清晰明了。清晰明了。4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 2. PLC与拨码开关的连接与拨码开关的连接 如果如果PLC控制系统中的某些数据需要经常修改，可使控制系统中的某些数据需要经常修改，可使用多位拨码开关与用多位拨码开关与PLC连接，在连接，在PLC外部进行数据设定。外部进行数据设定。一位拨码开关能输入一位十进制数的一位拨码开关能输入一位十进制数的09，或一位十六，或一位十六进制数的进制数的0F。 图所示的是将图所示的是将4位拨码开关组装在一起，把各位拨码位拨码开关组装在一起，把各位拨码开关的开关的COM端连在一起，经外接电源接在端连在一起，经外接电源接在PLC输入侧的输入侧的COM端子上。端子上。4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 3. PLC与旋转编码器的连接与旋转编码器的连接 旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。 编码器有编码器有4条引线，其中条引线，其中2条是脉冲输出线，条是脉冲输出线，1条是条是COM端线，端线，1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源，条是电源线。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用也可直接使用PLC的的DC24V电源。电源电源。电源“-”端要与编码端要与编码器的器的COM端连接，端连接，“+ ”与编码器的电源端连接。与编码器的电源端连接。 4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 4PLC与传感器类设备的连接与传感器类设备的连接 传感器的种类很多。当采用接近开关、光电开关等传感器的种类很多。当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在的误动作，此时可在PLC输输入端并联旁路电阻。入端并联旁路电阻。 4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 4.4.2 PLC与常用输出设备的连接与常用输出设备的连接 1PLC与输出设备的一般连接方法与输出设备的一般连接方法 PLC与输出设备连接时，不同组的输出点，其对应输与输出设备连接时，不同组的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组的输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级应该相出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级应该相同。同。 要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连接。接。 CPM2AH型型PLC 40点点I/O型有型有24个输入点，个输入点，16个输出个输出点。点。24个输入点共用一个个输入点共用一个COM端。端。 4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 16个输出点个输出点分为六组，共有六个分为六组，共有六个COM端。其中端。其中01000、01001各自均有独立的各自均有独立的COM端，端，01002、01003共用一个共用一个COM端，端，01004、01005、01006、01007共用共用一个一个COM端，端，01100、01101、01102、01103共用一个共用一个COM端，端，01104、01105、01106、01107共用一个共用一个COM端。端。 图4-9 PLC与输出设备接线示意图（a）交流负载 （b）直流负载（晶体管输出）4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 2PLC与感性输出设备的连接与感性输出设备的连接 PLC的输出端经常连接的是感性输出设备（感性负的输出端经常连接的是感性输出设备（感性负载），为了抑制感性电路断开时产生的电压使载），为了抑制感性电路断开时产生的电压使PLC内部内部输出元件造成损坏。因此当输出元件造成损坏。因此当PLC与感性输出设备连接时，与感性输出设备连接时，如果是直流感性负载，应在其两端并联续流二极管；如如果是直流感性负载，应在其两端并联续流二极管；如果是交流感性负载，应在其两端并联阻容吸收电路。果是交流感性负载，应在其两端并联阻容吸收电路。4.4 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 3PLC与七段与七段LED显示器的连接显示器的连接 PLC可直接用开关量输出与七段可直接用开关量输出与七段LED显示器连接。显示器连接。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 4.5.1 PLC程序的移植设计法及设计实例程序的移植设计法及设计实例 1. 概述概述 移植设计法移植设计法:将电器控制电路图经过适当的将电器控制电路图经过适当的“翻译翻译”，从而设计出具有相同功能的从而设计出具有相同功能的PLC梯形图程序。梯形图程序。 输入继电器的触点对应外部输入设备的触点输入继电器的触点对应外部输入设备的触点; 输出继电器的线圈对应外部输出设备的线圈输出继电器的线圈对应外部输出设备的线圈; 用上述的思想就可以将电器控制电路图转换为功能用上述的思想就可以将电器控制电路图转换为功能相同的相同的PLC梯形图。梯形图。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 2. 移植设计法的编程步骤移植设计法的编程步骤 （1）分析原有系统的工作原理）分析原有系统的工作原理 （2）PLC的的I/O分配分配 确定系统的输入设备和输出设备，进行确定系统的输入设备和输出设备，进行PLC的的I/O分分配，建立输入配，建立输入/输出设备和输入输出设备和输入/输出继电器的对应关系，输出继电器的对应关系，画出画出PLC外围接线图。外围接线图。 （3）建立其它元器件的对应关系）建立其它元器件的对应关系 确定电器控制电路图中的中间继电器、时间继电器确定电器控制电路图中的中间继电器、时间继电器等各器件与等各器件与PLC中的辅助继电器和定时器的对应关系。中的辅助继电器和定时器的对应关系。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 电器控制电路中的执行元件应与电器控制电路中的执行元件应与PLC的输出继电的输出继电器对应；器对应； 电器控制电路中的主令电器应与电器控制电路中的主令电器应与PLC的输入继电的输入继电器对应，如按钮、位置开关、选择开关等。热继电器的器对应，如按钮、位置开关、选择开关等。热继电器的触点可作为触点可作为PLC的输入，也可接在的输入，也可接在PLC外部电路中。外部电路中。 电器控制电路中的中间继电器与电器控制电路中的中间继电器与PLC的辅助继电的辅助继电器对应；器对应； 电器控制电路中的时间继电器与电器控制电路中的时间继电器与PLC的定时器或的定时器或计数器对应。计数器对应。 （4）设计梯形图程序）设计梯形图程序 （5）仔细校对、认真调试）仔细校对、认真调试 对转换后的梯形图一定要对转换后的梯形图一定要仔细校对、认真调试，以保证其控制功能与原图相符。仔细校对、认真调试，以保证其控制功能与原图相符。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 3. 运料小车运料小车PLC控制程序设计举例控制程序设计举例 其工作要求：其工作要求：送料小车在限位开关送料小车在限位开关SQ1处装料，处装料，Ta时间后装料结束，开始右行，碰到时间后装料结束，开始右行，碰到SQ2后停下来卸料，后停下来卸料，Tb时间后左行，碰到时间后左行，碰到SQ1后又停下来装料，这样不停地后又停下来装料，这样不停地循环工作，直到按下停止按钮循环工作，直到按下停止按钮SB3。按钮。按钮SB1和和SB2分别分别用来启动小车右行和左行。用来启动小车右行和左行。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 PLC的的I/O分配分配 系统的输入设备有三个按钮和两个行程开关，输出设系统的输入设备有三个按钮和两个行程开关，输出设备有两个接触器和两个电磁阀，备有两个接触器和两个电磁阀，PLC的的I/O分配及对应关分配及对应关系如图系如图4-12（a）所示，）所示，PLC外部接线图中主电路不变，外部接线图中主电路不变，用于电动机过载保护的热继电器常闭触点放在用于电动机过载保护的热继电器常闭触点放在PLC输出输出电路中。电路中。SQ100001SQ2 00002SB300003（停止）（停止） SB1 00004（启动右行）（启动右行）SB2 00005（启动左行）（启动左行）01001 KMF（右行）（右行）01002 KMR（左行）（左行） 01003 YV1（装料）（装料）01004 YV2（卸料）（卸料） 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 建立其它元器件的对应关系建立其它元器件的对应关系 电器控制电路图中无中间继电器控制电路图中无中间继电器，两个时间继电器与电器，两个时间继电器与PLC中的定时器对应。中的定时器对应。 设计梯形图程序设计梯形图程序 根据根据PLC的的I/O对应关系及其它元器件对应关系及其它元器件的对应关系，将图运料小车电器控制线路移植过来，设的对应关系，将图运料小车电器控制线路移植过来，设计出梯形图。计出梯形图。SQ100001SQ2 00002SB300003（停止）（停止） SB1 00004（启动右行）（启动右行）SB2 00005（启动左行）（启动左行）01001 KMF（右行）（右行）01002 KMR（左行）（左行） 01003 YV1（装料）（装料）01004 YV2（卸料）（卸料） 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例SQ100001SQ2 00002SB300003（停止）（停止） SB1 00004（启动右行）（启动右行）SB2 00005（启动左行）（启动左行）01001 KMF（右行）（右行）01002 KMR（左行）（左行） 01003 YV1（装料）（装料）01004 YV2（卸料）（卸料） 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 4.5.2 PLC程序的经验设计法及设计实例程序的经验设计法及设计实例 1. 概述概述 经验设计法：经验设计法：在已有的一些典型梯形图的基础上，在已有的一些典型梯形图的基础上，根据被控对象对控制的要求，不断地增加中间编程元件根据被控对象对控制的要求，不断地增加中间编程元件和触点，不断地修改和完善梯形图。和触点，不断地修改和完善梯形图。 经验设计法步骤经验设计法步骤：分析控制要求、选择控制原则；：分析控制要求、选择控制原则；确定输入输出设备，进行确定输入输出设备，进行PLC的的I/O分配，画出分配，画出PLC外部外部接线图；设计执行元件的控制程序；检查修改和完善程接线图；设计执行元件的控制程序；检查修改和完善程序。序。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 2. 2. 两处卸料小车两处卸料小车PLCPLC控制程序设计举例控制程序设计举例 两处卸料小车在限位开关两处卸料小车在限位开关SQ1SQ1处装料，但在处装料，但在SQ2SQ2和和SQ3SQ3两处轮流卸料。两处轮流卸料。 工作过程：工作过程：送料小车在限位开关送料小车在限位开关SQ1SQ1处装料，处装料，TaTa时间时间后装料结束，开始右行，碰到后装料结束，开始右行，碰到SQ3SQ3后停下来卸料，后停下来卸料，TbTb时间时间后左行，碰到后左行，碰到SQ1SQ1后又停下来装料，后又停下来装料，TaTa时间后装料结束，时间后装料结束，开始右行，碰到开始右行，碰到SQ2SQ2后停下来卸料，后停下来卸料，TbTb时间后左行，碰到时间后左行，碰到SQ1SQ1后又停下来装料，这样不停地循环工作，直到按下停后又停下来装料，这样不停地循环工作，直到按下停止按钮止按钮SB3SB3。SB1SB1和和SB2SB2分别用来启动小车右行和左行。分别用来启动小车右行和左行。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例I/O分配关系：分配关系：SQ100001SQ2 00002SB300003（停止）（停止） SB1 00004（启动右行）（启动右行）SB2 00005（启动左行）（启动左行）SQ3 0000601001 KMF（右行）（右行）01002 KMR（左行）（左行）01003 YV1（装料）（装料）01004 YV2（卸料）（卸料） 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例3. 经验设计法的特点经验设计法的特点 经验设计法主要是依靠设计人员的经验进行设计，一般适合于经验设计法主要是依靠设计人员的经验进行设计，一般适合于设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序。如果用来设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序。如果用来设计复杂系统梯形图，存在以下问题：设计复杂系统梯形图，存在以下问题： （1）考虑不周、设计麻烦、设计周期长）考虑不周、设计麻烦、设计周期长 用经验设计法设计复杂系统的梯形图程序时，要用大量的中间用经验设计法设计复杂系统的梯形图程序时，要用大量的中间元件来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，元件来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些问题。修改某一局部程序分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些问题。修改某一局部程序时，很可能会对系统其它部分程序产生意想不到的影响。时，很可能会对系统其它部分程序产生意想不到的影响。 （2）梯形图的可读性差、系统维护困难）梯形图的可读性差、系统维护困难 用经验设计法设计的用经验设计法设计的梯形图是按设计者的经验和习惯的思路进行设计。因此，即使是设梯形图是按设计者的经验和习惯的思路进行设计。因此，即使是设计者的同行，要分析这种程序也非常困难，更不用说维修人员了，计者的同行，要分析这种程序也非常困难，更不用说维修人员了，这给这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。系统的维护和改进带来许多困难。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 4.5.3 PLC程序的顺序控制设计法及设计实例程序的顺序控制设计法及设计实例 1. 概述概述 顺序控制系统（步进控制系统）：顺序控制系统（步进控制系统）：如果一个控制系如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行，其控制总是一步一步按顺序进行。行，其控制总是一步一步按顺序进行。 在工业控制领域中，顺序控制系统的应用很广，尤在工业控制领域中，顺序控制系统的应用很广，尤其在机械行业，几乎无例外地利用顺序控制来实现加工其在机械行业，几乎无例外地利用顺序控制来实现加工的自动循环。的自动循环。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 2. 顺序控制设计法的设计步骤顺序控制设计法的设计步骤 （1）步的划分）步的划分 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并且用编程元件来代表各步。并且用编程元件来代表各步。 步根据被控对象工作状态的变化来划分。步根据被控对象工作状态的变化来划分。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例2. 顺序控制设计法的设计步骤顺序控制设计法的设计步骤 （1）步的划分）步的划分 液压滑台进给运动的自动工作循环过程可划分为停止液压滑台进给运动的自动工作循环过程可划分为停止（原位）、快进、工进、快退四步，每步的状态不同。这（原位）、快进、工进、快退四步，每步的状态不同。这四步的状态改变都必须是由四步的状态改变都必须是由PLC输出状态的变化引起输出状态的变化引起的，的，否则就不能这样划分，例如若从快进转为工进与否则就不能这样划分，例如若从快进转为工进与PLC输出输出无关，那么快进和工进只能算一步。无关，那么快进和工进只能算一步。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （2）转换条件的确定）转换条件的确定 使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通位开关的接通/断开等，也可能是断开等，也可能是PLC内部产生的信号，内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通如定时器、计数器触点的接通/断开等，转换条件也可能断开等，转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。是若干个信号的与、或、非逻辑组合。 顺序控制设计法顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元用转换条件控制代表各步的编程元件件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制各输出继电器，实现输出状态的变化。的编程元件去控制各输出继电器，实现输出状态的变化。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （3）状态转移图的绘制）状态转移图的绘制 根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出状态转移图。绘制状态转移图是顺序控制控制要求画出状态转移图。绘制状态转移图是顺序控制设计法中最为关键的一个步骤。设计法中最为关键的一个步骤。 （4）梯形图的编制）梯形图的编制 根据状态转移图，利用适当的编程元件和指令写出根据状态转移图，利用适当的编程元件和指令写出梯形图程序。如果梯形图程序。如果PLC支持状态转移图语言，则可直接支持状态转移图语言，则可直接使用该状态转移图作为最终程序。使用该状态转移图作为最终程序。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 3状态转移图的绘制状态转移图的绘制 状态转移图是描述控制系统的控制过程、功能和特状态转移图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。它主要由性的一种图形。它主要由步、有向连线、转换、转换条步、有向连线、转换、转换条件和动作件和动作（命令）组成。（命令）组成。图4-16 状态转移图的形式（a）一般形式 （b）具体形式 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （1）步与动作）步与动作 1）步）步 在状态转移图中用矩形框表示步，方框内是该在状态转移图中用矩形框表示步，方框内是该步的编号或文字描述。步的编号或文字描述。 编程时一般用编程时一般用PLC内部编程元件来代表各步，因此经内部编程元件来代表各步，因此经常直接用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号或描常直接用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号或描述。述。图4-16 状态转移图的形式（a）一般形式 （b）具体形式 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 2）初始步）初始步 与系统的初始状态相对应的步称为初始与系统的初始状态相对应的步称为初始步。初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状步。初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个状态转移图至少应态。初始步用双线方框表示，每一个状态转移图至少应该有一个初始步。该有一个初始步。图4-16 状态转移图的形式（a）一般形式 （b）具体形式 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 3）动作）动作 在某一步中要完成的某些在某一步中要完成的某些“动作动作”或发出的某或发出的某些些“命令命令”，用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与，用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。相应的步的符号相连。 4）活动步）活动步 当系统正处于某一步时，该步处于活动状态，当系统正处于某一步时，该步处于活动状态，称该步为称该步为“活动步活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执。步处于活动状态时，相应的动作被执行。行。图4-16 状态转移图的形式（a）一般形式 （b）具体形式 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （2）有向连线、转换与转换条件）有向连线、转换与转换条件 1）有向连线）有向连线 在画状态转移图时，将代表各步的方框用有向连线在画状态转移图时，将代表各步的方框用有向连线连接起来。在从上到下或从左至右这两个方向有向连线连接起来。在从上到下或从左至右这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是应用箭头注明进展方向。上的箭头可以省略。如果不是应用箭头注明进展方向。 2）转换）转换 转换是用与有向连线垂直的短划线来表示，转换将转换是用与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。相邻两步分隔开。 3）转换条件）转换条件 转换条件是与转换相关的逻辑条件，转换条件是与转换相关的逻辑条件， 转换条件可以用文字语言、布尔代数表转换条件可以用文字语言、布尔代数表 达式或图形符号标注在表示转换的短线达式或图形符号标注在表示转换的短线 的旁边。的旁边。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （3）状态转移图的基本结构）状态转移图的基本结构 （1）单序列）单序列 单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅接有一个转换，每一个转换的后面只有一个步。仅接有一个转换，每一个转换的后面只有一个步。图4-17 单序列与选择序列（a）单序列 （b）选择序列开始 （c）选择序列结束 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 2）选择序列）选择序列 一个活动步之后，紧接着有几个后续步可一个活动步之后，紧接着有几个后续步可供选择的结构形式。选择序列的开始称为分支，选择序供选择的结构形式。选择序列的开始称为分支，选择序列的结束称为合并。列的结束称为合并。 在某一时刻一般只允许选择一个分支。在某一时刻一般只允许选择一个分支。 选择序列的合并步，使其成为活动步的三个转换条选择序列的合并步，使其成为活动步的三个转换条件是件是“或或”的关系。的关系。图4-17 单序列与选择序列（a）单序列 （b）选择序列开始 （c）选择序列结束 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 3）并行序列）并行序列 当转换的实现导致几个分支同时激活时，这些分支当转换的实现导致几个分支同时激活时，这些分支称为并行序列。并行序列的开始称为分支，并行序列的称为并行序列。并行序列的开始称为分支，并行序列的结束称为合并。结束称为合并。 当步当步4是活动步，并且转换条件是活动步，并且转换条件a=1，则，则3、7、9这三这三步同时变为活动步，同时步步同时变为活动步，同时步4变为不活动步。为了强调转变为不活动步。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示换的同步实现，水平连线用双线表示 图4-18 并行序列（a）并行序列开始 （b）并行序列结束 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （4）子步）子步 某一步可以包含一系列子步和转换，通常这些序列表某一步可以包含一系列子步和转换，通常这些序列表示整个系统的一个完整的子功能。子步的使用使系统的设示整个系统的一个完整的子功能。子步的使用使系统的设计者在总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，用更加简洁计者在总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，用更加简洁的方式表示系统的整体功能和概貌，而不是一开始就陷入的方式表示系统的整体功能和概貌，而不是一开始就陷入某些细节之中。某些细节之中。图4-19 子步 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （4）转换实现的基本规则）转换实现的基本规则 1）转换实现的条件）转换实现的条件 在状态转移图中，步的活动状态的进展是由转换的实在状态转移图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件： 该转换所有的前级步都是活动步；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。相应的转换条件得到满足。 2）转换实现应完成的两个操作）转换实现应完成的两个操作 使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；都变为活动步； 使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。变为不活动步。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （5）绘制状态转移图应注意的问题）绘制状态转移图应注意的问题 1）两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它）两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开；们隔开； 2）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开；隔开； 3）状态转移图中初始步是必不可少的，它一般对应）状态转移图中初始步是必不可少的，它一般对应于系统等待启动的初始状态，这一步可能没有什么动作执于系统等待启动的初始状态，这一步可能没有什么动作执行，因此很容易遗漏这一步。如果没有该步，无法表示初行，因此很容易遗漏这一步。如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态；始状态，系统也无法返回停止状态； 4）自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，）自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在状态转移图中一般应有步和有向连线组成的闭环，因此在状态转移图中一般应有步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步退即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步退回初始步，系统停止在初始状态。回初始步，系统停止在初始状态。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 4状态转移图的编程状态转移图的编程 根据状态转移图，利用步进指令、移位指令、置位根据状态转移图，利用步进指令、移位指令、置位和复位等功能指令，甚至利用基本指令，就可容易的编和复位等功能指令，甚至利用基本指令，就可容易的编制出对应梯形图程序。根据状态转移图编写梯形图时，制出对应梯形图程序。根据状态转移图编写梯形图时，可用辅助继电器来代表各步，某一步为活动步时，对应可用辅助继电器来代表各步，某一步为活动步时，对应的辅助继电器为的辅助继电器为“1”。某一转换条件满足时，转换实现，。某一转换条件满足时，转换实现，即该转换的后续步变为活动步，前一级步变为不活动步。即该转换的后续步变为活动步，前一级步变为不活动步。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （1）单序列结构的编程）单序列结构的编程 图（图（a）所示为单序列结构）所示为单序列结构状态转移图，图（状态转移图，图（b）所示为利用）所示为利用置位、复位指令以转换为中心编置位、复位指令以转换为中心编制的梯形图。图中制的梯形图。图中20.00和和0.01常常开触点的串联控制步开触点的串联控制步0到步到步1的转的转换，该转换条件满足，则步换，该转换条件满足，则步1变为变为活动步，步活动步，步0变为不活动步。变为不活动步。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （2）选择序列结构的编程）选择序列结构的编程 图（图（a）所示为选择序列结构）所示为选择序列结构状态转移图，图（状态转移图，图（b）所示为利用）所示为利用置位、复位指令以转换为中心编制置位、复位指令以转换为中心编制的梯形图。选择序列中转换的前级的梯形图。选择序列中转换的前级步与后续步都只有一个，需要置位、步与后续步都只有一个，需要置位、复位的辅助继电器也只有一个，因复位的辅助继电器也只有一个，因此选择序列的分支和合并的编程与此选择序列的分支和合并的编程与单序列结构相同。单序列结构相同。 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 （3）并行序列结构的编程）并行序列结构的编程 图（图（a）所示为并行序列结构状态转）所示为并行序列结构状态转移图，图（移图，图（b）所示为利用置位、复）所示为利用置位、复位指令位指令 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例 5液压滑台进给运动液压滑台进给运动PLC控制程序设计举例控制程序设计举例 输入输入/输出设备与输出设备与PLC的的I/O点对应关系如图点对应关系如图4-23（a）所示，若用内部辅助继电器所示，若用内部辅助继电器20.0020.03代表这四步，将代表这四步，将转换条件也具体到对应的输入继电器，则状态转移图可转换条件也具体到对应的输入继电器，则状态转移图可具体化为图具体化为图4-23（b）所示。）所示。I/O分配关系：分配关系：SP00000SQ1 00001SQ200002SQ3 00003YA1 01001YA2 01002YA3 01003 4.5 PLC程序设计与设计实例程序设计与设计实例转换实现的基本规则：转换实现的基本规则：前级步为活动步前级步为活动步且该步转换条件为且该步转换条件为“1”。在利用。在利用移位寄移位寄存器存器020实现工步顺序转换时，各转换实现工步顺序转换时，各转换条件应作为移位寄存器的移位脉冲，随条件应作为移位寄存器的移位脉冲，随着逐位移位就实现了工步顺序转换。着逐位移位就实现了工步顺序转换。 4.6 PLC控制系统设计举例控制系统设计举例 4.6.1四路抢答器四路抢答器PLC控制系统设计举例控制系统设计举例 1控制要求控制要求 用用PLC控制一个四路抢答器并编制控制程序，抢答控制一个四路抢答器并编制控制程序，抢答器的