1、1,第七章 可编程序控制器程序设计方法, 经验设计法： 在一些典型电路的基础上,根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图，有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加很多辅助触点和中间编程元件，最后才能得到一个较为满意的结果。特点：试探性和随意性很强，结果不唯一。 顺序控制设计法： 根据顺序控制特点完成程序设计，适合于控制功能和生产工艺较为复杂的对象。特点：编程效率高，设计思路清晰，易于掌握，调试、修改、维护方便，设计周期短。 实际设计中应综合二者优点，合理运用。,梯形图的编程方法,2,3,经验设计法：通常是直接建立输入、输出关系。设计步骤：1）根据被控设备的工作原理和生产工艺，配
2、置输入、输出的元件编号。2）制定输入、输出的控制逻辑关系，理清输出负载的起动条件、停止条件的逻辑组合，利用起保停电路或R/S指令编写梯形图。3）分析输出负载的相互关系，添加必要的互锁、联锁电路。4）检查梯形图是否符合编程规则要求，是否存在多线圈输出等问题。5）离线调试，利用PLC开发系统提供的编程环境，根据被控设备的生产工艺运行程序，检查是否满足要求并做修改。6）在线调试，控制系统与被控设备联机调试，优化控制参数，如对定时时间、负载移动距离、过程控制参数等作出调整。,4,例7-1 使用一个开关控制某一点火装置，燃烧气体为氢气和氧气的混合气体，请编写梯形图程序。,设计分析：根据工作原理和工艺要求
3、，输入信号为一外部开关，带自锁功能；输出为氢气和氧气，由于氢氧混合气体储存非常危险，所以采用两个电磁阀分别控制氢气和氧气气路，为避免氢气回流引起爆炸，燃烧工艺要求点燃时先开氢气阀门后开氧气阀门，时间间隔在500ms左右，熄灭时先关氧气阀门后关氢气阀门。 资源分配：输入：I0.0 输出：Q0.0、Q0.1,5,例7-2：送料小车自动控制系统：I0.4处装料，停10s后右行，遇I0.3停止卸料，15秒后左行至I0.4处装料，如此反复。,资源分配：I0.0：右行起动 Q0.0：右行I0.1：左行起动 Q0.1：左行I0.2：停止 Q0.2：装料 Q0.3：卸料,6,例7-3：设计两次卸料小车自动控制
4、系统：I0.4处装料，停10s后右行，在I0.5、I0.3处轮流卸料，15秒后左行至I0.4处装料，如此反复.,调试过程中会遇到的问题：、左行到达I0.5处不能将M10.0置位导致下次右行到达X5处不能停止。、往返经过I0.5处注意不能出现卸料动作。,7,经验设计法设计PLC的外部接线图和梯形图时应注意：、应遵守梯形图语言中的语法规定、设置必要的中间环节、尽量减少可编程控制器的输入信号和输出信号、软件联锁和硬件联锁都很重要、梯形图优化、注意外部负载的额定电压经验设计法的实质是试图用输入信号X直接控制输出信号Y，如果无法直接控制，或为了实现记忆、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助
5、触点，不具有通用性。经验设计法存在的问题：缺少通用的易掌握的设计方法，试探性和随意性强，对于复杂的控制系统，分析困难，修改繁琐，使用过程中维修困难。,8,顺序控制：按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作用下，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。设计思想：、将系统的工作周期划分为若干个顺序相连的步，并用编程元件（辅助继电器和状态继电器）代表各步。、在任何一步内，各输出量的通断状态不变。、相邻两步输出量总的通断状态不同。、用转换条件控制代表各步的编程元件，按一定顺序通或断，进而控制各输出继电器。转换条件：使系统由当前步进入下一步的信号。,顺序控制设计法,步
6、进顺控设计法,9,设计方法：顺序功能图（状态转移图、功能表图）顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。特点：是可编程控制器位居首位的编程语言是通用的技术语言由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成,顺序控制设计法的实质就是利用代表了各种输入信号（包括输入继电器）的转换条件去控制代表各步的编程元件，再由代表各步的编程元件去控制输出继电器。经验设计法中需要考虑的互锁、联锁、自保持（自锁）等功能在顺序控制设计法中都是自然而然就实现了，在软件设计方面提高了可靠性。,10,初始步：与初始状态相对应的步，如M0.0，一般是等待起动的相对静止状态，用双线方框表示，一个系统至少应该有
7、一个初始步。动作（命令）：系统在某一步被控对象应完成的“动作”（对于施控系统也可称为“命令”），并用与相应步相连的矩形框中的文字或符号表示；动作可有多个，但没顺序之分，画法可由右图所示；要表明是存储型还是非存储型。,活动步：系统所处的当前步，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行，存储型动作则视前面的执行情况，已被置位指令置位的动作不会改变状态。,1、步：一个工作周期中若干个顺序相连的阶段，用编程元件M、S或数字表示，如右图中的M0.0M0.3。,11,2、有向连线：活动步随时间推移和转换条件的出现进展的路线和方向。、各步按先后次序用有向连线连接、从上到下、从左至右的
8、有向连线箭头可省略转换：实现活动步的进展，与控制过程的发展相对应，用与有向连线垂直的短划线表示。转换条件：与转换相关的逻辑组合，可以用文字语言、布尔代数表达式、图形符号组成。,双平行线：用来表明顺序功能图中有两个或两个以上步当转换条件满足时同时进入活动状态或由活动状态同时变为不活动状态的情况。,12,3、顺序功能图的基本结构、单序列：由一系列相继激活的步组成，每一步后仅有一个转换，每个转换后仅有一步。、选择序列选择序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平连线之下，只允许同时选择一个序列。选择序列的结束称为合并，转换符号只允许标在水平连线之上。、并行序列并行序列的开始称为分支，水平连线用双线表示
9、，转换符号只能标在水平连线之上，只能有一个转换符号，转换条件的实现导致几个序列同时激活。并行序列的结束称为合并，水平连线用双线表示，转换符号只允许标在水平连线之下。、子步（类似于子程序）：便于全局的描述。,13,4、顺序功能图中转换实现的基本原则、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由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步。使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。对于单序列、选择序列、并行序列，转换的前级步、后续步有所不同，应予以注意。,14,5、注意事项：、两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。
10、、两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。 、顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，应利用一个适当的信号将初始步置为活动步，习惯上采用初始化脉冲和手动到自动的切换信号作为转换条件。 初始步必不可少，通常该步只做初始化工作，没有输出，故可作为系统停止状态。 、自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，便于实现多种工作方式（单步、单循环、周期循环）。 、在单序列中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。,15,举例：某剪板机示意如右图所示，开始时压钳和剪刀在上限位置，限位开关I0.0和I0.1为ON，按下
11、起动按钮I1.0，工艺流程如下：首先板料右行（Q0.0为ON）至限位开关I0.3动作；压钳下行（Q0.1为ON并保持）压紧板料后，压力继电器I0.4为ON，压钳保持压紧；剪刀开始下行（Q0.2为ON），剪断板料后，I0.2变为ON；压钳和剪刀同时上行（Q0.3和Q0.4为ON，Q0.1和Q0.2为OFF），它们分别碰到限位开关I0.0和I0.1后，分别停止工作并开始下一周期工作，剪完10块料后停止工作加工工作（停在初始状态）。,16,主要介绍以下几种编程方法： 使用起保停电路的编程方式 使用顺控继电器指令的编程方式 以转换为中心的编程方式 仿顺控继电器指令的编程方式常见系统梯形图的典型结构：
12、要注意手动、自动切换时对初始步的处理 公用程序可前后都有,顺序控制梯形图的编程技术,根据系统的顺序功能图设计梯形图的方法，称为顺序控制梯形图的编程方式。,17,特点：起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，任何一种可编程序控制器的指令系统都有这一类指令，因此这是一种通用的编程方式，可以用于任意型号的可编程序控制器。1、单序列的编程方式,一、使用起保停电路的编程方式,18,2、选择序列的编程方式、选择序列的分支：如某一步 的后面有N条分支组成的选择序列，则该步 的结束条件为：将N个后续步对应的辅助继电器的常闭触点串联。,19,、选择序列的合并：如某步之前有N个转换（即分支合并），则代表该步的辅
13、助继电器的起动电路由N条分支并联而成，各支路由前级步的辅助继电器的常开触点与相应转换条件串联而成。,20,3、并行序列的编程方式、并行序列的分支：如当前活动步 ，且转换条件 满足，则各分支的起动电路由组成，当前步变为不活动步（即停止），由分支中任一步的常闭触点完成。,21,、并行序列的合并：各并行分支的结束步与转换条件串联作为合并步的起动电路，停止电路由后续步的常闭触点完成。,22,4、小闭环问题（仅有两步的闭环的处理）通过增加一步解决，不完成任何实际动作，只起延时作用。,23,5、双线圈输出问题处理方法：、某一输出（Q）仅在一步中接通，可将其线圈与该步辅助继电器线圈并联。、若输出在多步中接通
14、，可将各步辅助继电器并联后驱动该输出线圈。,24,例：,25,1、基本概念、指令介绍： LSCR：将S_bit的值装载到堆栈和顺控继电器（SCR）中。 格式： LSCR S_bit SCRT：SCR传输指令将程序控制权从一个激活的SCR段传递到另一个SCR段。 格式： SCRT S_bit SCRE： SCR 结束指令则标志着SCR段的结束。 格式： SCRE CSCRE：SCR条件结束指令，可以使程序退出一个激活的程序段而不执行CSCRE与SCRE之间的指令。CSCRE指令不影响任何S位，也不影响S堆栈。、编程元件：S,二、使用顺控继电器指令的编程方式,26,、顺控继电器指令特点：、SCR堆
15、栈的结果值决定是否执行SCR程序段。SCR堆栈的值会被复制到逻辑堆栈中，因此可以直接将输出线圈连接到左侧的能流线上而不经过中间触点。顺控区：LSCR指令标志着SCR段的开始，SCRE指令则标志着SCR段的结束。、不能把同一个S位用于不同程序中。例如：如果在主程序中用了S0.1，在子程序中就不能再使用它。、当顺控继电器断开时，CPU不执行它驱动的电路块（即CPU只执行活动步对应的程序），在没有并行序列时，任何时候只有一个活动步，因此大大缩短了扫描周期，也允许双线圈输出（在一个扫描周期内，同一元件的几条输出指令只有一条被执行）。,27,、在SCR段之间不能使用JMP和LBL指令，就是说不允许跳入、
16、跳出。可以在SCR段附近使用跳转和标号指令或者在段内跳转。、在SCR段中不能使用END指令。、在LSCR指令与SCRE指令之间的所有逻辑操作的执行取决于S堆栈的值。而在SCRE指令和下一条LSCR指令之间的逻辑操作则不依赖于S堆栈的值。、执行SCRT指令可以使当前激活的程序段的S位复位，同时使下一个将要执行的程序段的S位置位。在SCRT指令指行时，复位当前激活的程序段的S位并不会影响S堆栈。SCR段会一直保持能流直到退出。,28,2、单序列的编程方式,29,3、选择序列的编程方式、选择序列的分支：如某一步的后面有N条选择序列分支，则该步的顺控触点开始的电路块中应有N条分别指明各转换条件和转换目
17、标的并联电路。,30,、选择序列的合并：分支的合并是在正确地确定每一步的转换条件和转换目标后“自然”完成的。,31,4、并行序列的编程方式、并行序列的分支：若某步为一并行分支的开始，当该步变为活动步，且转换条件满足，用SET指令置位对应的并行序列步,32,、并行序列的合并：合并前应满足各序列确保同步（可设置等待步），将各序列的转换条件“与”作为实现合并的转换条件，但应注意各序列结束时应将输出线圈切断（可将转换条件的常闭触点串入输出线圈）,33,5、对所有的初始状态（S0S9），每一状态下的分支电路数总和不能大于16个，并且在每一分支点分支数不能大于8个（对其它编程方式不限）系统规定 根源与CP
18、U堆栈资源有关,34,举例：,35,梯形图：,36,转换实现的条件： 、该转换所有的前级步为活动步 、相应的转换条件得到满足： 利用R、S指令有： SET指令将后续步激活为活动步，RST指令 将前级步复位注意：由于S、R指令执行时间极短，故不能将输出继电器的线圈与R、S指令并联，应另外用代表步的辅助继电器的常开触点驱动。,三、以转换为中心的编程方式,37,1、选择序列的编程方式、分支,38,、合并,39,2、并行序列的编程方式、分支,40,、合并,41,例：液体混合装置如图所示，上限位、下限位和中限位液位传感器被液体淹没时为ON，阀A、B、C为电磁阀，线圈通电时打开，断电时关闭。初始时容器为空
19、，阀门关闭，传感器为OFF。按下起动按钮后，打开阀A，液体A流入容器，中限位开关变为ON时，关闭阀A，打开阀B，液体B流入容器，当液面到达上限位开关时，关闭阀B，电机M开始运行搅拌液体，6s后停止搅拌，打开阀C，放出混合液，当液面降至下限位开关之后再过2s，容器放空，关闭阀C，打开阀A，开始下一周期操作。按下停止按钮，在当前工作周期的操作结束后，停止在初始状态。,42,方法提出：针对没有STL指令的PLC。设计方法：用辅助继电器代替状态继电器，用辅助继电器触点替代STL触点。特点：、与替代STL触点的常开触点相连的触点要使用AND/ANI指令、对代表前级步的复位由用户程序用RST指令实现、不允
20、许双线圈输出，若某继电器在N步中均接通，应将代表这几步的辅助继电器的常开触点并联后去控制该线圈,四、仿STL指令的编程方式,43,1、单序列的编程方式,44,2、选择序列的编程方式、选择序列的分支,45,、选择序列的合并,46,3、并行序列的编程方式、并行序列的分支,47,注：以上电路输出均不能出现双线圈输出，如有此情况应单独处理。,、并行序列的合并,48,1、编程方式的通用性、起保停电路通用型最强，适合于任意型号的PLC，它仅由触点和线圈组成。、STL类专为顺序控制梯形图设计，仅限有STL类指令的PLC，应用面较窄。、对于有置位、复位功能（且分开）的PLC，可采用以转换为中心和仿STL指令的
21、编程方式，应用范围广。 对于置位、复位功能在一起的PLC，可采用锁存继电器编程方式（OMRON）,五、各种编程方式的比较,49,2、不同编程方式设计的程序长度比较、一般用STL指令设计的程序最短、用其它各种编程方式设计的程序长度相差不大、对某些编程方式（如起保停）程序长度与输出继电器是否仅在功能表图中某一步接通有关。注：PLC的用户程序存储器一般是足够用的，程序稍长所增加的工作量也很小，没有必要在缩短用户程序上花太多的精力。,50,3、电路结构与其它方面的比较、使用起保停电路，以代表步的编程元件为中心，用一个电路来实现对这些编程元件的复位和置位。、以转换为中心的编程方式：直接、充分地体现了转换
22、的基本原则，无论是单序列、并行序列、选择序列，代表步的辅助继电器的置位、复位功能的设计方法都相同。该方法思路清楚，易理解和掌握，适用于复杂系统的设计。,51,、STL指令和仿STL指令的编程方式：以STL触点或辅助继电器的常开触点为中心（与左侧母线相连）、当它们闭合时，驱动在该步接通的输出继电器；、为实现下一步转换作好准备（转换条件、转换目标）；、用指令或由系统程序将前级步对应的编程元件复位。应注意二者的区别,52,、STL指令的优点、转换实现时，对前级步的状态寄存器和由它驱动的辅助继电器的复位由系统程序完成。、STL触点具有与主控指令相同的特点：LD移至STL触点右端，对选择序列分支实现极为
23、方便（如图示）。、与条件跳步指令（CJ）类似，CPU不执行处于断开状态的STL触点驱动的电路块中的指令（在没有并行序列时，仅有一个STL触点接通）。、允许双线圈现象，不采用STL指令的编程方式应特别注意。,53,常见工作方式： 手动 通常由经验设计法即可实现，功能单一 单步 单周期（单循环） 连续 回初始态 回原点（HOME） 半自动方式（故障运行方式）：当某些控制器件失灵或故障时设备能够维持的某种运行方式，通常是短时运行，器件更换或故障排除后能够迅速恢复到自动运行方式下，是设备的一种补救措置,六、具有多种工作方式的系统的编程方式,手动 自动的切换应使系统进入自动运行的初始状态连续运行方式下系
24、统通常都处在循环工作状态，如遇有循环次数的要求，则利用计数器实现，在循环程序执行之前或执行之后，应将控制循环的次数复位，复位操作应放在循环之外。,54,多种工作方式的梯形图结构：,55,两地小车工作过程和控制面板示意图,例：设计具有多种工作方式的两地送料小车的控制梯形图，要求小车具有手动、单步、单周期、连续运行四种工作方式。操作面板如图，自动运行过程：小车停在装料工位上，按下起动按钮，小车装料，15s右行至卸料处卸料，20s后左行至装料处装料，如此反复，按下停止按钮后完成当前周期工作，回到装料处停止。,56,I/O资源配置,分析：、 I/O资源分配如表所示，梯形图结构采用右图方式,57,“自动
25、”切换为“手动”方式时：当前活动步及“连续“工作状态需要清零，也可将所有自动状态下的功能步集中作复位处理（使用ZRST指令），尤其在使用步进顺控指令进行编程时，应该对所有顺控触点复位，否则进入自动运行程序时可能会出现两个以上的活动步。 “手动”切换为“自动”方式时：小车应停在X2处，否则初始步M0=0，系统自动状态不会工作，可以手动控制小车返回，若希望自动回到起点，可增加回初始状态的工作步实现，也可在M0处增加一个左行动作，转换条件改为X4M200。, 公用程序设计：包括完成“自动”和“手动”方式之间的切换处理及各类标志步元件初始化,公用程序梯形图,58, 手动程序设计：由于电机具有正反转工作状态，为了保证系统的安全运行，需要设置必要的联锁、互锁。,手动程序梯形图,59,、自动程序1、以起保停电路的编程方式为例，采用顺序控制结合经验设计法的思路,60,2、多种工作方式系统的自动程序的编写为了提高可读性，也可采用模块化的编写方式将上例改成：,61,多种工作方式的结构化编程方法：,62,作业：P186：7-2、7-3、7-5、7-6、7-7、7-13,
