第5章 顺序控制梯形图的设计方法
PLC顺序控制梯形图的四种方式
PLC顺序控制设计法编制梯形图的四种方式季汉棋江苏省盐城市中等专业学校 224005摘要：本文通过一个实例,归纳总结了顺序控制设计法四种编程方式的思路和特点,并对它们进行了比较。
关键词：PLC,梯形图,顺序控制,起保停电路,步进梯形指令,移位寄存器,置位复位指令。
可编程控制器PLC外部接线简单方便,它的控制主要是程序的设计,编制梯形图是最常用的编程方式,使用中一般有经验设计法,逻辑设计法,继电器控制电路移植法和顺序控制设计法,其中顺序控制设计法也叫功能表图设计法,功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。
这是一种先进的设计方法,对于复杂系统,可以节约60%--90%的设计时间.我国1986年颁布了功能表图的国家标准（GB6988.6—86）。
有了功能表图后，可以用四种方式编制梯形图，它们分别是：起保停编程方式、步进梯形指令编程方式、移位寄存器编程方式和置位复位编程方式。
本文以三菱公司F1系列PLC为例，说明实现顺序控制的四种编程方式。
例如：某PLC控制的回转工作台控制钻孔的过程是：当回转工作台不转且钻头回转时,若传感器X400检测到工件到位，钻头向下工进Y430当钻到一定深度钻头套筒压到下接近开关X401时，计时器T450计时，4秒后快退Y431到上接近开关X402,就回到了原位。
功能表图见图1。
一、使用起保停电路的编程方式起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元件做中间环节，各种型号PL C的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。
这种编程方法通用性强，编程容易掌握，一般在原继电器控制系统的PLC改造过程中应用较多。
《S7-1200 PLC应用教程第2版》课件第5章
1．转换实现的条件 1) 该转换所有的前级步都是活动步； 2) 相应的转换条件得到满足。 2. 转换实现应完成的操作 1) 使该转换所有的后续步都变为活动步； 2) 使该转换所有的前级步都变为不活动步。
根据Q0.0～Q0.2的ON/OFF状态的变化，将上述工作过程划分为3步，分别 用M4.1～M4.3来代表这3步，另外还设置了一个等待起动的初始步，用矩形 方框表示步。为了便于将顺序功能图转换为梯形图，用代表各步的编程元件 的地址作为步的代号。
2．初始步与活动步 初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。与系统的初始状态 相对应的步称为初始步，初始步用双线方框来表示。 系统正处于某一步所在的阶段时，称该步为“活动步”，执行相应的非存 储型动作；处于不活动状态时，则停止执行非存储型动作。 3．与步对应的动作或命令 用矩形框中的文字或符号来表示动作，该矩形框与相应的步的方框用水平 短线相连。应清楚地表明动作是存储型的还是非存储型的。 如果某一步有几个动作，可以用图5-10中的两种画法来表示。图5-9中的 Q0.0~Q0.2均为非存储型动作，在步M4.1为活动步时，动作Q0.0为ON，步 M4.1为不活动步时，动作Q0.0为OFF。T1的线圈在步M4.3通电，所以将T1放 在步M4.3的动作框内。
器I0.1为ON，由步M4.1转换到步M4.2和M4.5，两只钻头同时开始向下钻孔。
钻到由下限位开关设定的深度时，钻头上升，升到由上限位开关设定的起
PLC顺序控制梯形图的编程方式经典实用
T0
T0
M202
Y1
T1
T1
Y1 M203
Y2
Tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ T2
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
例3 用传送带传送长物体的控制系统
GK1
GK2
用传送带传送长物体的控制
图如图所示。为了减少传送
带的运行时间，采用分段传
A
B
送方式。A、B为两条传送带， GK1、GK2为两个光电开关，
工作过程如下：按一下起动
1）I/O分配 2）画出功能表图 3）设计梯形图
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
设计起保停电路的关键是：找出它的起动条件和停 止条件
Mi=(Mi-1 Xi+Mi) Mi+1
Mi-1 Xi
Mi Xi+1
Mi+1
Mi-1
Xi
Mi+1
Mi
Mi
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
5-10根据图示信号灯控制系统的时序图设计出梯形图
功能表图
GK1
GK2
M 8002
A
B
输入 GK1 X0 GK2 X1 启动按钮 X2
输出 A线圈 Y0 B线圈 Y1
M 20 X2
M 21 X0
M 22 X0
M 23 X1
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
Y0 A运 行 Y0 Y1 A、 B都 运 行 Y1 B运 行
梯形图
M23
X1
M21
M8002
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
3 PLC只执行活动步对应的电路块，不同的 STL触点可以分别驱动同一编程元件的1个 线圈。但是同一元件的线圈不能在可能同时 为活动步的STL区内出现，在有并行序列的 顺序功能图中，应特别注意
PLC顺序控制中编制梯形图的四种方式
PLC顺序控制中编制梯形图的四种方式可（编程）控制器（PLC）外部接线简单方便，它的控制主要是程序的设计，编制梯形图是最常用的编程方式，使用中一般有经验设计法，逻辑设计法，继电器（控制电路）移植法和顺序控制设计法，其中顺序控制设计法也叫功能表图设计法，功能表图是一种用来描述（控制系统）的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。
这是一种先进的设计方法，对于复杂系统，可以节约60%~90%的设计时间.我国1986年颁布了功能表图的国家标准(GB6988.6-86)。
有了功能表图后，可以用四种方式编制梯形图，它们分别是:起保停编程方式、步进梯形指令编程方式、移位（寄存器）编程方式和置位复位编程方式。
本文以三菱公司F1系列PLC为例，说明实现顺序控制的四种编程方式。
例如:某PLC控制的回转工作台控制钻孔的过程是:当回转工作台不转且钻头回转时，若（传感器）X400（检测）到工件到位，钻头向下工进Y430当钻到一定深度钻头套筒压到下接近开关X401时，计时器T450计时，4s后快退Y431到上接近开关X402，就回到了原位。
功能表图见图1:图1功能表图2使用起保停电路的编程方式起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元件做中间环节，各种型号PLC的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。
这种编程方法通用性强，编程容易掌握，一般在原继电器控制系统的PLC改造过程中应用较多。
如图2为使用起保停电路编程方式编制的与图1顺序功能图所对应的梯形图，图2中只有常开触点、常闭触点及输出线圈组成。
图2起保停电路实现顺序控制3使用步进梯形指令的编程方式步进梯形指令是专门为顺序控制设计提供的指令，它的步只能用状态寄存器S来表示，状态寄存器有断电保持功能，在编制顺序控制程序时应与步进指令一起使用，而且状态寄存器必须用置位指令SET置位，这样才具有控制功能，状态寄存器S才能提供STL触点，否则状态寄存器S与一般的中间继电器M相同。
第五章 梯形图程序设计方法
第五章梯形图程序设计方法由于PLC所有控制功能都是以程序的形式来实现的，因此程序设计对PLC 的应用是很重要的。
PLC的应用主要包括开关量控制和模拟量控制2类。
本章仅介绍开关量控制程序的设计方法。
不同类型的控制问题所采用的设计方法不尽相同，主要的梯形图程序设计方法有：(1)逻辑设计法：对控制任务进行逻辑分析和综合，将控制电路中元器件的通断状态看作以触点通断状态为逻辑变量的逻辑函数，并进行化简，利用PLC 的逻辑指令即可得到控制程序的设计方法。
这种方法主要用于组合逻辑问题的程序设计。
(2)时序图设计法：当PLC各输出信号按照固定的时间间隔发生先后变化时，可以根据输出信号的时间先后关系来设计程序的一种方法。
(3)经验设计法：要求设计者透彻理解PLC各种指令的功能，凭着对各种典型控制环节和基本单元电路的设计经验，选择各种指令并进行修改和完善相应程序的方法。
(4)顺序控制设计法：当控制要求满足一定的先后顺序时，可以将系统的l 个工作周期划分为若干个顺序相连的步，每个步对应一种操作状态，并分析清楚相邻步的转换条件，进而绘制功能图，再按一定的规则转化为梯形图程序的设计方法。
这种方法主要用于解决顺序控制问题，包括单一顺序、选择顺序和并发顺序控制问题。
(5)继电器控制电路图转换设计法：在继电器控制电路图的基础上，经过选择相应指令和合理转换后，就能设计出符合要求的控制程序的方法。
在介绍以上程序设计方法的基础上，还将以实例来介绍具有多种工作方式的系统的控制程序设计思路。
5.1 逻辑设计法当控制对象是开关量且按照它们之间的逻辑关系来实现控制时，可用逻辑设计法来设计控制程序。
逻辑设计法就是根据输入量、输出量及其他变量之间的逻辑关系来设计程序的一种方法。
下面以1个简单的控制为例介绍这种编程方法。
例1 某系统中有4台通风机，设计1个监视系统，监视通风机的运转。
要求如下：4台通风机中有3台及以上开机时，绿灯常亮；只有2台开机时，绿灯以5Hz的频率闪烁；只有1台开机时，红灯以5Hz的频率闪烁；4台全部停机时，红灯常亮。
第5章 顺序控制梯形图的编程
线的方向相反，称为逆向跳步。显然，跳步属于选择
序列的一种特殊情况。
第6节 功能表图中跳步与循环问题 PLC编程
2．循环
在设计梯形图程序时，经常遇到一些需要多次重
复的操作，如果一次一次地编程，显然是非常繁琐的
。我们常常采用循环的方式来设计功能表图和梯形图
，如图5-34所示，假设要求重复执行10次由步S33和步
则执行该置位指令时，不能自动复位上一状态S。对步进 式控制，下一状态的置位指令须放在STL驱动的电路块，
并且一般放在该电路块的最后。
9）STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令，但可 使用CJP和EJP指令；在转换条件对应的电路中，不能使
用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP指令，可以用转换条
通，转换条件 满足，将由步S34进展到步S35。
在循环程序执行之前或执行完后，应将控
制循环的计数器复位，才能保证下次循环时循环
计数。复位操作应放在循环之外，图5-34中计数 器复位在步S0和步S25显然比较方便。
循环次数的控制和跳步都属于选择系列的特殊
情况。
小车控制系统——使用STL指令的编程方式梯形图
般用顺序控制设计法。
1．跳步 如图5-34所示用状态器来代表各步，当步S31是 活动步，并且X5变为“1”时，将跳过步S32，由步
S31进展到步S33。这种跳步与S31、 S32、 S33等组
成的“主序列”中有向连线的方向相同，称为正向跳
步。当步S34是活动步，并且转换条件时，将从步
S34返回到步S33，这种跳步与“主序列”中有向连
具有掉电保持功能， 掉电保持状态 S500～S899 400 停电恢复后需继续执行的场 合，可用这些状态元件 信号报警状态 S900～S999 100 用作报警元件
第五章 梯形图程序的设计方法
梯形图程序的设计方法
5-1 梯形图设计基本规则与技巧 一、基本规则
注意几点：(1)线圈位置；
(2)串接和并接多的电路处理； (3)双线圈处理； **(4)常闭接点处理。 a.停止按钮；b.热继电器常闭接点
串接和并接多的电路处理
好
不好
双线圈问题
X0
Y0
X0
Y0
X1
Y0
X1
第五章
5-2
梯形图程序的设计方法
T1
Y1
T1的常开触点
9S
7S
四 、常闭触点输入信号的处理 PLC X0 X1 X0
X1
Y1
Y1
COM
PLC
X0
X0 Y1
X1
Y1
X1
COM
五.其它PLC控制基本电路 ---------（硬件及其梯图控制程序设计)
• • • • •
两台电机顺序起动连锁控制线路 自动限位控制线路 自动循环控制线路 减压起动控制线路 反接制动、双速电机变速（P176-182)
5-5 梯形图的顺序控制设计法
二、 顺序控制设计法的基本思想
STEP 步 转换 转换条件 有向线段 动作或命令
将系统的一个 工作周期划分 为若干个顺序 相连的阶段
使系统由前 级步进入下 一步的信号 称为转换条 件
每一步 所完成 的工作
料斗
Y2
Y1
M8002
Y0
步
M0
X1· X3
初始步 动作
X2
X1
快进
举
工进 快退
例
X3
M8002
M200
X1
X0 X1 X2 X3 初始 快进
X2
PLC顺序控制设计法编制梯形图的几种方式
意性 ， 尤其在设计复 杂系统的梯形 图时， 分析起来十分 困难 ， 很容 易遗 漏一些应该考 虑 的问题 。而顺序控 制法是按 照生产工 艺预 先规定 的顺序进行 Ｐ Ｃ程序 设计 ， 章可循 ， 常容 易掌握。文章 以西 门子公 司的 ｓ ．０ Ｌ 有 非 ７２ ０系列 Ｐ Ｃ Ｌ
为 例 ， 明实 现 顺 序 控 制 设 计 法 的 四种 梯 形 图编 程 方 式 。 说
２ １ 年 ２月 ０１ 第 １卷第 １ １ 期
廊坊 师范学院学报 （ 自然科学版 ）
Ｊｕ ｎ ｌ ｆ ａ ｇａ ｇＴ ａｈ ｒ ｏ ｅ ｅ Ｎ ｔｒ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｏ ｎ ｆｎ ｅｃ ｅｓ Ｕ ｇ （ ａｕ ｎ ｃ ｎ ｅＥ ｉ ｏ ） Ｌ Ｃ ｌ ｅ ｉ
ｇ ａ ｍｉ ｒｍ ｎｇ ｍｅｔ ｄ． ｈｏ
【 ｅ ｏｄ】 ｓｑ ｅｃ ｏ ｔ ｌ ｅｈ ｄ ｓ ｕ ｎｉ ｎ ｔ ｎｃ ａｔｌ ｄｒ ａｒｍ Ｋ ｙｗ ｒｓ ｅｕ ｎｅ ｎｒ ｔｏ ；ｅ ｅ ｔ ｆ ｃ ｏ ｈｒ； ｄ ｅ ｇａ ｃ ｏｍ ｑ ｌ ａ ｕ ｉ ａ ｉ ｄ
［ 中图分类号 ］Ｔ ｌ Ｈｌ ２
［ 文献标识码 ］Ａ
［ 文章编 号］１７ ６４—３ ２ （０ １０ —０ ３ —０ ２９ ２ １ ） １ ０ ３ ３
１ 引 言
可 编程 控制 器 Ｐ Ｃ外 部接 线 简单 方 便 ， 的控 Ｌ 它 制 主要是 程 序 的设 计 ， 梯形 图是最 常用 的编程语 言 ， 编程 方法 一 般有 经验 设计 法 、 逻辑 设计 法 、 电器 控 继 制 电路移 植 法和顺 序 控制 设计 法 。其 中顺 序控 制 设
代替各 步 。它 采用 一种 被称 为 “ 顺序 功 能 图” 的图形 化语 言来 进 行 Ｐ Ｃ程 序 的组 织 和 设 计 。顺 序 功 能 Ｌ 图是描 述控 制 系统 的 控 制 过 程 、 能 和 特 性 的 一 种 功
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M0.0
M0.0 I0.0
//自锁
M0.1 //该步的停止条件 //步间转换条件
M0.1 //自锁 M0.2 //步停止条件 M0.1
TON T37, 120 //起动定时器
LD O
T37 M0.2
//步间转换条件 //自锁
AN
= LD O AN = TON
M0.3
M0.2 I0.1
//步停止条件
了解使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法
设计方法
起保停电路的设计方法
以转换为中心的设计方法 用SCR指令的设计方法
控制系统的典型结构 说明： 为了便于将顺序功能图转换为梯形图，采用代表各步 的编程元件的地址（比如M0.0）作为步的代号，并用 编程元件的地址来标注转换条件和各步的动作和命令。 当某步对应的编程元件置1，代表该步处于活动步， 为转换的实现做好准备，否则处于不活动状态
//步间转换条件
M0.3 //自锁 M0.0 //步停止条件 M0.3 T38, 100 //起动定时器
LD R LD S LD S LD R
M0.0 Q0.0, 2 //STEP 0 M0.1 Q0.0, 1 //STEP 1 M0.2 Q0.1, 1 //STEP 2 M0.3 Q0.1,1 //STEP 3
阶段称为步（STEP），并用编程元件代表各步。
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。
学习目标 熟练掌握利用起保停电路设计顺序控制梯形图 的方法（重点） 熟练掌握以转换为中心的顺序功能梯形图设计 方法（重点）
顺序控制---按照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，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序 地进行操作。
系统工艺过程
绘制顺序功能图
设计梯形图
顺序功能图---描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形 由步、有向连线、转换、转换条件、动作（命令）组成 基本思想---将一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些
单序列编程方法
图5-8 动力头控制系统的顺序功能图与梯形图
选择序列和并行序列的编程方法
选择序列的编程方法
选择序列中的每一个转换的前级步和后级步都只有 一个，需要复位和置位的存储器位也只有一个，因 此选择序列的编程方法和单序列的编程方法完全相 同。
并行序列的编程方法
并行序列的分支：利用前级步和转换条件对应的触 点组成的串联电路同时对并行序列中的所有后级步 进行置位，同时复位所有前级步。 并行序列的合并：利用合并序列中所有前级步和转 换条件对应的常开触点组成的串联电路同时复位并 行序列中的前级步，并对后续步进行置位。
仅有两步的闭环的处理
图5-5 仅有两步的闭环的处理
5-6 液体混合控制系统的顺序功能图
图5-6 液体混合系统的顺序功能图和梯形图
小结
顺序控制梯形图设计法分为基于起保停、以 转换为中心和利用SCR指令三种。 基于起保停电路的设计方法的根本在于利用 存储器位的逻辑表达式。 关键是理解规则背后的含义，熟记两个问题： 1）转换什么时候发生；2）转换发生后对应 的动作
由逻辑函数式画出梯形图
红绿灯控制顺序功能图
写出存储器位的逻辑表达式
选择序列和并行序列的编程方法
选择序列分支
选择序列合并
并行序列分支
并行序列合并 图5-4 选择序列与并行序列
选择序列和并行序列的编程方法
选择序列的编程方法
选择序列分支：如果某一步的后面有一个由N条分支组成的选
择序列，该步可能转换为不同的N步去；将N个后续步的存储 器位的常闭与该步的线圈串联，作为该步的停止条件。 选择序列合并：如果某一步之前有N个转换，代表该步的启动 条件由N条之路并联而成，各条支路由某一级前级步对应的存 储器位的常开触点与相应的转换条件对应的触点或电路并联 而成。
第5章 顺序控制梯形图的设计方法
5.1 使用起保停电路的顺序控制梯形图 设计方法 5.2 以转换为中心的顺序控制梯形图设 计方法 5.3 使用SCR指令的顺序控制梯形图设 计方法
提问
顺序控制设计法？ 顺序功能图由哪几个组成部分？ 顺序功能图的类型？ 顺序功能图中转换实现的基本规则？
5.2 以转换为中心的顺序控制梯形图 设计方法
编程方法
以某转换条件的所有前级步对应的存储器位的常 开触点和该转换条件对应的触点（或电路）的串 联作为控制电路； 利用该控制电路完成对该转换条件的后续步对应 的存储器位置位（启动电路）和所有前级步对应 的存储器位复位（停止电路）。 每一个转换对应一个控制置位和复位的电路块。
STEP0 STEP1 STEP2 STEP3
画出下面顺序功能图对应的梯形图
单序列的处理 初始步的处理 多步控制输出的处理
3. 编程
图5-2、图5-3 鼓风机与引风机的顺序功能图和梯形图
3. 编程
LD O SM0.1 //第一次扫描接通 T38 //转换条件
O
AN = LD O AN =
图5-9 选择序列与并行序列
图5-10 转换的同步实现
5.3 使用SCR指令的顺序控制梯形图 设计方法
顺序控制程序的特点
顺序控制程序被顺序控制继电器指令划分为若干
个SCR段，每一个对应于功能图中的一步。 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在SCR段中，用SM0.0驱动该部中应为1状态的输 出线圈。
只有活动步对应的SCR区的SM0.0的常开触点闭合；不
并行序列的编程方法
并行序列分支：由于并行序列是同时变为活动步的，因此只
需将并行序列中某条分支的常闭触点与前级步线圈串联。 并行序列合并：所有的前级步都是活动步且转换条件得到满 足。启动电路由并行序列中对应的存储器位的常开触点和相 应的转换条件对应的触点或电路并联而成。
图5-4 选择序列与并行序列
起保停设计方法的步骤
绘出顺序功能图 写出存储器位的逻辑表达式
单序列的处理 初始步的处理
多步控制输出的处理
执行元件的逻辑函数式
一个步对应一个动作，输出和对应步的存储器位的线圈
并联 当功能流程图中有多个步对应同一个动作时，其输出可 用这几个步对应的位存储器的“或”来表示
不能在SCR段中，使用循环和结束指令。
小结
顺序控制梯形图设计法分为基于起保停、以转换为 中心和利用SCR指令三种。 基于起保停电路的设计方法的根本在于利用存储器 位的逻辑表达式。 以转换为中心的设计方法利用复位指令和职位指令 完成步之间的转换。 SCR指令则是专门用于顺序控制的指令。 关键是理解规则背后的含义，熟记两个问题： 1）转换什么时候发生；2）转换发生后对应的动作
步与动作 2. 绘制顺序动作波形图
STEP1---按下按钮I0.0，首先起动 引风机，此时鼓风机不工作； STEP2---12秒后，再启动鼓风机， 此时引风机保持工作状态； STEP3---按下按钮I0.1，首先停止 鼓风机，此时引风机继续工作； STEP0---10秒后，再停止引风机， 两台设备均停止。
5.1 使用起保停电路的顺序控制梯形 图设计方法
起保停电路对应的逻辑表达式
步与动作
例：控制锅炉的鼓风机和引风机系统，要求---按下起 动按钮I0.0后先开引风机，延时12s后再开鼓风机；按 下停止按钮I0.1后，先停鼓风机，10s后再停引见机。
1. 创建I/O分配表 输 入 I0.0 I0.1 起动按钮 停止按钮 Q0.0 Q0.1 输 出 引风机 鼓风机
活动步的SCR区的SM0.0的常开触点断开，即SCR区内的 输出线圈受到对应的顺序控制继电器的控制。 SCR区内的输出线圈还受到与它串联的触点的控制
利用转换条件驱动转换到后续步的SCRT指令
使用SCR指令的限制：
不能在不同的程序中使用相同的S位； 不能用跳转的方法跳入或跳出SCR段；