第4章 顺序控制的梯形图程序设计方法

辅助继电器M1用于定时启停控制，定时器பைடு நூலகம்级使用时， 其总的定时时间为各定时器定时时间之和。
只要提供一个时钟脉冲信号作为计数器的计数输入信号，计数器就可以实现定时功能， 时钟脉冲信号的周期与计数器的设定值相乘即是定时时间。 M8012产生周期
为0.1s的时钟脉冲信号。从X15闭合到Y5动作的延时时 间为18 0000.11800s。

产生了脉宽为一个扫描周期、脉冲周期为1s的连续 脉冲。改变T0的设定值，就可改变脉冲周期。

脉冲周期为5s，占空比为3：2（接通时间：断开时间）。
用三个定时器产生一组顺序脉冲

大多数PLC的定时器均为接通延时定时器，即定时器线圈通电后开始延时，待定时时 间到，定时器的常开触点闭合、常闭触点断开。在定时器线圈断电时，定时器的触点立刻 复位。 如图4-9所示为断开延时程序的梯形图和动作时序图 X13接通则Y3接通， X13 断开Y3延时10秒后断开

从顺序图到梯形图

1．软继电器 PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一
名称，如输入继电器、输出继电器、等，但是它 们不是真实的硬件继电器，而是一些存储单元 （软继电器），每一个软继电器与PLC存储器中 映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元 如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器 的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断 开。以后我们称这种状态为该编程元件接通。如 果该存储单元为“0”状态，对应的编程元件的线 圈和触点的状态与上述的相反，称为该编程元件 断开。
图4-1（a）中可能有两个方向的能流流过触点5（经过触 点1、5、4或经过触点3、5、2），这不符合能流只能从 左向右流动的原则，因此应改为如图4-1（b）所示的梯 形图。
图4-1 梯形图
1 2 3 1 5 1 3 4 3 a) b) 5 4 5 2
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（6）串联多的电路尽量放上部
当X4接通后，T4每过20s其常开触点接通一次，为计数器输入一 个脉冲信号，计数器C4计数一次，当C4计数100次时，其常开 触点接通Y3线圈。可见从X4接通到Y3动作，延时时间为定时器 定时值（20s）和计数器设定值（100）的乘积（2 000s）。图 中M8002为初始化脉冲，使C4复位。
计数器计数值范围的扩展，可以通过多个计数器级联组合 的方法来实现。本程序计数值为两个计数器计数值的乘积 。每当C60计数50次时，C61计数1次，当C61计数到40 次时，X1总计通/断50×40＝2 000次
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2．梯形图的编程规则
（1）每个继电器的线圈和它的
触点均用同一编号，每个元件 的触点使用时没有数量限制。
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（2）梯形图每一行都是从左边开始，线
圈接在最右边（线圈右边不允许再有接 触点。
1 2 3 2 4 5 3 4 1 5
(a)
(b)
（3）线圈不能直接接在左边母线
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4.3.2 设计举例
1．送料小车自动控制的梯形图程序设计
2．两处卸料小车自动控制的梯形图程序设计
图4-17送料小车自动控制系统
控制要求：小车在X4处装料，20s 后右行，到X3后停下卸料，25s后 左行，到X4后又停下来装料，循 环工作，直到按下停止按钮X2。 按钮X0和X1分别用来起动小车右 行和左行。 设计思路：以电动机正反转控制梯 形图为基础. 起动信号两组手动X0 、X1及定时器T0、T1， X3、X4 的常闭触点分别为Y0、Y1停止信 号。手动停止X2。另考虑自锁与 互锁。装料与卸料。 程序分析：设小车在起动时是空车 ，按下X1，Y1通电，小车左行， 碰到X4，使Y1断电，小车停止。 同时Y2和T0线圈通电，开始装料 和延时。20s后T0的常开触点闭合 ，使Y0通电，小车右行。X4变为 “0”状态，Y2和T0的线圈断电， 停止装料，T0被复位。对右行和卸 料过程的分析与上述过程基本相同 。如果小车正在运行时按停止按钮 X2，小车将停止运动，系统停止 工作。
X21停止

PLC程序设计方法
不同类型的控制问题所采用的设计方法不尽相同，但无论使用哪一种程 序设计方法，都需要设计经验和逻辑代数方面的知识。实际上使用的 方法有如下几种。
1、逻辑设计法。 2、时序图设计法 3、经验设计方法。 4、继电器控制电路图转换设计法。 5、顺序功能图加梯形图的设计方法
0
初始步
3
一般步
当系统正处于某一步时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”
图4-19步的划分
SB 步1
原位停止
PLC输出Y0 PLC输出Y1 PLC输出Y2 步1步2 步3 步4 a）
步2 快进 步3
SQ1 工进 步4 SQ3 b) 快退 SQ2
在功能流程图中步通常表示某个执行元件的状态变化，如a） 所示，步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控 对象工作状态的变化应该是由PLC输出状态变化引起的。如b） 所示。 某液压滑台的整个工作过程可划分为停止（原位）、 快进、工进、快退四步。
c)
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1．具有自锁、互锁功能的程序 2．定时器应用程序 3．计数器应用程序 4．其他典型应用程序
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利用自身的常开触点使线圈持续保持通电即ON状态的功能称为自锁
停止优先程序，即当X1和X2同时接通时，Y1断开 起动优先程序，即当X1和X2同时接通时，Y1接通
利用两个或多个常闭触点来保证线圈不会同时通电的功能称为互 锁

C0构成一个1 800s（ 30min）的定时器， 其常开触点每隔 30min闭合一个扫描 周期。这是因为C0的 复位输入端并联了一 个C0常开触点 ，使 C0输出一个周期为 30min、脉宽为一个 扫描周期的时钟脉冲 。C0的另一个常开触 点作为C1的计数输入 ，从X15闭合，到Y5 动作，其延时时间为 18 000×0.1×10＝ 18 000s（5 h）。

X0一接通Y1就接通，无论输入X0接通的时间长短怎样 ，输出Y1的脉宽都等于T1的定时时间2s。

（a）梯形图
图4-16 二分频程序
（b）时序图
当X1在t1时刻ON时，M160产生脉宽为一个扫描周期的单脉冲，Y30在此之前未通电 ，因此执行第3行程序时，尽管M160通电，但M162仍不通电 ，执行至第4行，Y30 通电并自锁。此后，多次循环扫描执行这部分程序，但由于M160仅接通一个扫描周 期，M162不可能通电。 Y30一直接通，直到t2时刻，X1再次接通，M160上再次产 生单脉冲。此时在执行第3行时，M162条件满足得电，M162对应的常闭触点断开。 执行第4行程序时，Y30线圈失电（OFF）。之后虽然X1继续存在，由于M160是单 脉冲信号，虽多次扫描执行第4行程序，Y30也不可能得电。在t3时刻，Y30再次接 通 。 t4时刻，Y30再次断电 ，循环往复。这样Y30正好是X1脉冲信号的二分频。
第四章 顺序控制的梯形图程序设计方法
4.1.1 梯形图概述 梯形图是一种使用最多的图形语言， 它在形式上类似于传统的继电器控制 电路。 梯形图是一种形象化的语言，它用接 点（软触点、软继电器）的连接组合 表示条件，用线圈的输出表示结果， 从而绘制出若干逻辑行组成顺控电路 直观易懂。 返回本章首页
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2．母线
梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（Bus
Bar），在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继 电器电路图的分析方法，假设二者之间有左正右 负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向 右流动。右母线可以不画出。
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3．梯形图的逻辑解算
根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与
图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图 的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、 从上到下的顺序进行的。解算的结果，可以马上 被后面的逻辑解算所利用。
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4.1.2 梯形图的编程规则 1．确定各元件的编号，分配I/O地
址
利用梯形图编程，首先必须确定所 使用的编程元件编号。 I/O的分配实际上是把PLC的入、出 点号分配给实际的I/O电路，编程 时按点号建立逻辑或控制关系，接 线时按点号“对号入坐”进行接线。
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4.3.3 经验设计法的特点 1．设计方法不易掌握、设计周期长 2．装置交付使用后维修困难
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4.4.1 概述
顺序控制设计法又称作功能图法，适用于那些 按动作先后顺序进行控制的系统。顺序控制设 计法规律性强，虽然编制的程序较长，但程序 结构清晰，可读性好。功能图SFC(Sequential Function Chart)是法国生产自动化促进协会于 1969年提出的一种顺序控制系统描述语言，其 特点是按照流程图的记述方法表现控制过程的 执行顺序及处理内容。顺序控制设法就是在功 能图的基础上，得到梯形图。
近母线
1 4 2 3 LD 1 LD 2 应改为 AND 3 ORB OUT 4
并联多的电路尽量靠
2 1 3 4 LD 2 AND 3 OR 1 OUT 4
a) 1 2 4 3 LD 1 LD 2 应改为 OR 3 ANB OUT 4 d) 2 1
b) 3 4 LD 2 OR 3 AND 1 OUT 4
实际中，往往是几种方法混合使用（有的把这称为综合程序 设计法）
4.3.1 概述 经验设计方法也叫试凑法，经验设计方法需要设计者掌 握大量的典型电路，在掌握这些典型电路的基础之上， 充分理解实际的控制问题，将实际控制问题分解成典型 控制电路，然后用典型电路或修改的典型电路进行拼凑 梯形图。 在控制问题比较简单时，经验设计法具有设计速度快 的优点。但是，在设计问题变得复杂时，难免会出现设 计漏洞。有些设计漏洞的结果是灾难性的。
左
Y1
Y0
右
X4 a） X0 T0 Y0 X1 T1 Y1 X4 X0 X2 X4 X1 X2 X3
X3
Y1 Y0 右
Y0 Y1 左
Y2
装
X3
T0 K200 Y3 卸 T1 b) K250
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图4-18 两处卸料小车自动控制
控制要求：小车仍然在X4处装料，但在X5和X3 两处轮流卸料。小车在一个工作循环中有两次 右行都要碰到X5，第一次碰到时停下卸料，第 二次碰到它时继续前进，因此应设置一个具有 记忆功能的编程元件，区分是第一次还是第二 次碰到X5。
上。 （4）在一个程序中，同一编号的 线圈如果使用两次，称为双线圈输 出，这样很容易引起误操作，应尽 量避免。
（5）在梯形图中没有真实的电流
流动，为了便于分析PLC的周期扫 描原理和逻辑上的因果关系，假定 在梯形图中有“电流”流动，这个 “电流”只能在梯形图中单方向流 动，即从左向右流动，层次的改变 只能从上向下。
设计思路：在图4-17（b）的基础修改。 X5停止右行的作用受到M100的约束，M100的 作用是记忆X5是第几次被碰到，小车第二次右 行经过X5时M100接通，此时X5的常闭触点不 起停止作用。 用起保停电路来控制M100，起动条件和停止条 件分别是X5和X3，即M100在图4-18（a）中虚 线所示路线内为ON状态，在这段时间内M100 的常开触点将Y0控制电路中X5常闭触点短接， 因此小车第二次经过X5时不会停止右行。 另考虑自锁与互锁。装料与卸料。两处卸料， 将X3和X5并联后驱动Y3和T1。调试时发现小车 从X3开始左行，经过X5时M100也被置位，使 小车下一次右行到达X5时无法停止运行，因此 在M100的起动电路中串入Y1的常闭触点。另外 还发现小车往返经过X5时，虽然不会停止运动 ，但是出现了短暂的卸料动作，为此将Y1和Y0 的常闭触点与Y3的线圈串联，互锁就可解决这 个问题。系统在装料和卸料时按停止按钮不能 使系统停止工作，怎样解决这个问题
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4.4.2 顺序控制设计法的设计步骤
SFC的基本元素是流程步、有向线段、转
移和动作说明。这些内容与步进控制基本 相同。
1．步的划分
步又称流程步也称作工作步，它是控制系统中的一 个稳定状态。流程图用矩形框表示，框内用数字表 示该步的编号，编号可以是实际的控制步号，也可 以是与该步相对应的编程元件（如PLC内部的通用 辅助继电器M或状态器S）。 流程步有两种：初始步（与初始状态相对应的步）和一般步。