第四章：开关量控制系统梯形图设计(精)
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第4章 开关量控制系 统梯形图设计方法
4.1 梯形图的经验设计法: 在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被 控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次 反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助 触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这 种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设 计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称 为经验设计法。经验设计法用于较简单的梯形 图设计。应用经验设计法必须熟记一些典型的 控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路等。
4.1.1 起动-保持-停止电路
图4.1 起保停电路
2、三相异步电动机正反转控制电路
KM1、KM2： 控制正转运行 与反转运行的 交流接触器
控制回路 停止按钮 正转启动按钮
FR：手动复位 的热继电器
主回路
图4.2 异步电动机正反转电路
要点：
两个起保停电路分别控 制电动机的正转和反转 互锁系统：Y0与Y1的常 闭触点分别与对方的线 圈串连，保证它们不会 同时接通。 按钮互锁：将XO、X1 的常闭触点分别与线圈 Y1、Y0串连，保证Y1、 Y0不会同时接通。 硬件互锁电路：PLC输 出电路中KM1、KM2的 辅助常闭触点组成。
确定辅助继电器和定时器的元件号
中间继电器ZZJ → 辅助继电 器M200 中间继电器ZFJ → 辅助继电 器M201 时间继电器SJ
→ 定时器T0
根据需要增设 的中间单元
注意事项:
(1) 应遵守梯形图语言的语法规定 梯形图中的线圈应放在最右边
注意事项:
(1) 应遵守梯形图语言的语法规定
图4.14 局部等效电路图
注意事项：
(2) 尽量减少PLC的输入信号和输出信号 又如1ZPK和1JPK的常开触点的串联电路，还有一个它们 的常闭触点的并联电路，因1ZPK 1JPK 1ZPK+1JPK ,即1ZPK 与1JPK的常开触点的串联电路对应的“与”逻辑表达式 取反后，即为它们的常闭触点的并联电路对应的逻辑表 达式。因此可将1ZPK与1JPK的常开触点的串联电路作为 一个输入信号。
4.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法
步骤： （1）熟悉现有的继电器控制线路。
（2）对照PLC的I/O端子接线图，将继电器电路图上的被 控器件（如接触器线圈、指示灯、电磁阀等）换成接线 图上对应的输出点的编号，将电路图上的输入装置（如 传感器、按钮开关、行程开关等）触点都换成对应的输 入点的编号。
在梯形图中最好将继电器电路图中连在一起的线圈 对应的控制电路分开。
注意事项：
(2) 尽量减少PLC的输入信号和输出信号 因PLC的价格与I/O点数有关，因此要减少I/O点数以降 低硬件费用。 如果继电器电路图中几个输入元件触点的串并联电路只 出现一次，或者作为整体多次出现，可将它们作为PLC的 一个输入信号，只占一个输入点。例图4.11中的2JPK的 常开触点和2ZPK的常闭触点的并联电路
定时器的最大设定值为 32767，不足1小时，为 了扩展定时器的延时时 间，可以采用几种方法
延时时间=T0+T1=3600s
2.定时器和计数器配合使用
X2
T0 T0 X2 RST T0 C0 C0 Y0 延时时间=60s60=3600s K60 C0对T0的60s脉冲计数 K600 X2
60s T0常开触点
再考虑需修改的地方：要 增加时间控制和限位开关控 制。
用经验法设计梯形图存在的问题：
1) 设计方法很难掌握，设计周期长。 没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大 的试探性和随意性； 在设计复杂的梯形图时，由于要考虑的因素很多， 往往交织在一起，分析起来非常困难。
2) 装置交付使用后维修困难。
图4.3 异步电动机正反转电路 的PLC外部接线图与梯形图
4.1.3 钻床刀架运动控制系统的设计
刀架开始时在限位开关X4处，按下起动按钮 X0，刀架左行，开始钻削加工，到达限位 开关X3所在位置时停止进给，钻头继续转 动，进行无进给切削，6s后定时器T0的定 时时间到，刀架自动返回起始位ห้องสมุดไป่ตู้。
4.1.4 常闭触点输入信号的处理
用经验设计法设计出的梯形图往往非常复杂，分 析起来非常困难，给PLC控制系统的维修和改进 带来了很大困难。
4.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法
因为老的继电器控制系统已被证明能完成系统要求的控 制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处， 因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，用PLC的 硬件和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。 这种设计方法的优点： 改造前后的系统没有太大区别，操作工人易适应。 一般不需改动控制面板和它上面的器件，可减少硬件 改造的费用和改造的工作量。
图4-7 常闭触点输入电路
4.2、时序控制系统梯形图设计方法
4.2.1定时器的应用电路
问题的提出
FX系列PLC提供的定时器只有通电延时类 型，如何实现断电延时的功能？ 定时器设定值最大为32767，最长延时时 间不足1小时，如何实现长延时？
定时范围的扩展
1.定时器的串联
X0 T0 T0 T1 T1 Y0 K6000 K30000
（ 3 ）将继电器电路图中的中间继电器、定时器，用 PLC 的辅助继电器、定时器来代替。 （4）画出全部梯形图，并予以简化和修改。
例： 某卧式镗床继电器电路 熟悉现有的继电器控制线路 该镗床电机能实现高、低 速运转；正、反转运行； 可通过开关按钮及限位开 关实现对它的相应操作。
确定输入信号和输出负载，并画出PLC的外部接线图
C0
1 Hour
Y0
闪烁（振荡）电路
X0 T1 T0 T0 K20
T1
K30
Y0 X0
2S 3S
Y0
通电延时/断电延时
X0 T0 Y1 X0 T1 K70 T1 Y1 Y1 T1 K90 X0 Y1 T0
通电延时 接通
断电延时 断开
T0
9S
7S
单稳态电路
4.2.3 使用多个定时器接力定时的时序控 制电路
图4-13 波形图
图4-14 梯形图
例： 送料小车自动控制系统的梯形图设计
要解决的问题： 送料小车在限位开关 X4处装料，10S后装料 结束，开始右行，碰到 X3后停下来卸料，15S 后左行，碰到X4后又 停下来装料，如此循环 往复。
设计过程： 根据问题描述我们想到了 电动机正反转控制系统。
4.1 梯形图的经验设计法: 在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被 控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次 反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助 触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这 种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设 计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称 为经验设计法。经验设计法用于较简单的梯形 图设计。应用经验设计法必须熟记一些典型的 控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路等。
4.1.1 起动-保持-停止电路
图4.1 起保停电路
2、三相异步电动机正反转控制电路
KM1、KM2： 控制正转运行 与反转运行的 交流接触器
控制回路 停止按钮 正转启动按钮
FR：手动复位 的热继电器
主回路
图4.2 异步电动机正反转电路
要点：
两个起保停电路分别控 制电动机的正转和反转 互锁系统：Y0与Y1的常 闭触点分别与对方的线 圈串连，保证它们不会 同时接通。 按钮互锁：将XO、X1 的常闭触点分别与线圈 Y1、Y0串连，保证Y1、 Y0不会同时接通。 硬件互锁电路：PLC输 出电路中KM1、KM2的 辅助常闭触点组成。
确定辅助继电器和定时器的元件号
中间继电器ZZJ → 辅助继电 器M200 中间继电器ZFJ → 辅助继电 器M201 时间继电器SJ
→ 定时器T0
根据需要增设 的中间单元
注意事项:
(1) 应遵守梯形图语言的语法规定 梯形图中的线圈应放在最右边
注意事项:
(1) 应遵守梯形图语言的语法规定
图4.14 局部等效电路图
注意事项：
(2) 尽量减少PLC的输入信号和输出信号 又如1ZPK和1JPK的常开触点的串联电路，还有一个它们 的常闭触点的并联电路，因1ZPK 1JPK 1ZPK+1JPK ,即1ZPK 与1JPK的常开触点的串联电路对应的“与”逻辑表达式 取反后，即为它们的常闭触点的并联电路对应的逻辑表 达式。因此可将1ZPK与1JPK的常开触点的串联电路作为 一个输入信号。
4.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法
步骤： （1）熟悉现有的继电器控制线路。
（2）对照PLC的I/O端子接线图，将继电器电路图上的被 控器件（如接触器线圈、指示灯、电磁阀等）换成接线 图上对应的输出点的编号，将电路图上的输入装置（如 传感器、按钮开关、行程开关等）触点都换成对应的输 入点的编号。
在梯形图中最好将继电器电路图中连在一起的线圈 对应的控制电路分开。
注意事项：
(2) 尽量减少PLC的输入信号和输出信号 因PLC的价格与I/O点数有关，因此要减少I/O点数以降 低硬件费用。 如果继电器电路图中几个输入元件触点的串并联电路只 出现一次，或者作为整体多次出现，可将它们作为PLC的 一个输入信号，只占一个输入点。例图4.11中的2JPK的 常开触点和2ZPK的常闭触点的并联电路
定时器的最大设定值为 32767，不足1小时，为 了扩展定时器的延时时 间，可以采用几种方法
延时时间=T0+T1=3600s
2.定时器和计数器配合使用
X2
T0 T0 X2 RST T0 C0 C0 Y0 延时时间=60s60=3600s K60 C0对T0的60s脉冲计数 K600 X2
60s T0常开触点
再考虑需修改的地方：要 增加时间控制和限位开关控 制。
用经验法设计梯形图存在的问题：
1) 设计方法很难掌握，设计周期长。 没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大 的试探性和随意性； 在设计复杂的梯形图时，由于要考虑的因素很多， 往往交织在一起，分析起来非常困难。
2) 装置交付使用后维修困难。
图4.3 异步电动机正反转电路 的PLC外部接线图与梯形图
4.1.3 钻床刀架运动控制系统的设计
刀架开始时在限位开关X4处，按下起动按钮 X0，刀架左行，开始钻削加工，到达限位 开关X3所在位置时停止进给，钻头继续转 动，进行无进给切削，6s后定时器T0的定 时时间到，刀架自动返回起始位ห้องสมุดไป่ตู้。
4.1.4 常闭触点输入信号的处理
用经验设计法设计出的梯形图往往非常复杂，分 析起来非常困难，给PLC控制系统的维修和改进 带来了很大困难。
4.3 根据继电器电路图设计梯形图的方法
因为老的继电器控制系统已被证明能完成系统要求的控 制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处， 因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，用PLC的 硬件和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。 这种设计方法的优点： 改造前后的系统没有太大区别，操作工人易适应。 一般不需改动控制面板和它上面的器件，可减少硬件 改造的费用和改造的工作量。
图4-7 常闭触点输入电路
4.2、时序控制系统梯形图设计方法
4.2.1定时器的应用电路
问题的提出
FX系列PLC提供的定时器只有通电延时类 型，如何实现断电延时的功能？ 定时器设定值最大为32767，最长延时时 间不足1小时，如何实现长延时？
定时范围的扩展
1.定时器的串联
X0 T0 T0 T1 T1 Y0 K6000 K30000
（ 3 ）将继电器电路图中的中间继电器、定时器，用 PLC 的辅助继电器、定时器来代替。 （4）画出全部梯形图，并予以简化和修改。
例： 某卧式镗床继电器电路 熟悉现有的继电器控制线路 该镗床电机能实现高、低 速运转；正、反转运行； 可通过开关按钮及限位开 关实现对它的相应操作。
确定输入信号和输出负载，并画出PLC的外部接线图
C0
1 Hour
Y0
闪烁（振荡）电路
X0 T1 T0 T0 K20
T1
K30
Y0 X0
2S 3S
Y0
通电延时/断电延时
X0 T0 Y1 X0 T1 K70 T1 Y1 Y1 T1 K90 X0 Y1 T0
通电延时 接通
断电延时 断开
T0
9S
7S
单稳态电路
4.2.3 使用多个定时器接力定时的时序控 制电路
图4-13 波形图
图4-14 梯形图
例： 送料小车自动控制系统的梯形图设计
要解决的问题： 送料小车在限位开关 X4处装料，10S后装料 结束，开始右行，碰到 X3后停下来卸料，15S 后左行，碰到X4后又 停下来装料，如此循环 往复。
设计过程： 根据问题描述我们想到了 电动机正反转控制系统。