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。

由控制要求可知，这4台通风机的起/停控制是独立的，现在要求把每台通风机的运行状态输入到PLC，根据运行状态之间的逻辑关系，再由PLC给出几种不同运行状态的显示信号。

设4台通风机的运行状态(PLC输出的驱动信号)分别用A、B、C、D来表示("1"表示运行，"0"表示停机)，红灯控制信号为L1，绿灯控制信号为L2 ("1"为常亮，"0"为灭，闪烁时要求输出脉冲信号)。由于各种运行情况所对应的显示状态是惟一的，故可将几种运行情况分开进行程序设计，然后汇总在一起。

1、红灯常亮程序设计4台通风机全部停机时，红灯常亮，所以逻辑关系为Ll=A B C D，设计的梯形图如图5-1所示。

168

169

图5-1 红灯常亮的梯形图

2、绿灯常亮程序设计 绿灯常亮的条件是：3台通风机都在运行 (4个元素

取3个的组合，即C 34=)34(!3!

4 =4，共有4种情况)和4台通风机都在运行共5

种情况。其状态见表5-1。

逻辑关系为

L2 =A BCD +A

B

C D+ AB C D+ABC

D +ABCD

对该逻辑函数进行化简，得

到逻辑关系开为

L2=AB （C+D ）+CD （A+B ）

则对应的梯形图如图5-2所示。

3、红灯闪烁程序设计 任意1台通风机运行时红灯亮，其状态见表5-2。

其逻辑关系为

L1 = A B C D +A B C D + A B C D +A B C D

=A B （C D +C D ）+C D （A B+ A B ）

再考虑到红灯闪烁要求，还需要串联P_0.2s 的常开触点 (0.2s 时钟，即频率为5Hz 的脉冲)，设计的梯形图如图5-3所示。

图5-2 绿灯常亮的梯形图

170

图5-3 红灯闪烁的梯形图 4、绿灯闪烁程序设计 2台通风机运行时绿灯亮 (4个元素取2个的组合，

C 24=)24(!2!

4 =6，共有6种情况)，其状态见表5-3 。

其逻辑关系为 L2 = A B CD +A B C D+ A BC D +A B C D+A B C D +AB C D =(A B+A B )(C D+C D )+A B CD+AB C D

5-4所示。

5、选择PLC 机型和进行IO 点分配 4台通风机的起/停控制信号输入需要占用8个输入点，输出控制需要占用4个输出点。如果使用过载保护，并把4台通风机的故障信号输入到PLC ，还需占用4个输入点，红、绿灯显示控制需要占用2个输出点。这样，至少需要12点输人和6点输出，所以选择IO 为20点的PLC 就可以，在这里我们选择实验室的CP1H —XA40DR —A 机型。控制系统的I/O 分配情况见表5-4。其中，SA1-SA4为4台通风机的起动按钮，SB1-SB4为4台通风机的停机按钮，FR1-FR4为4台通风机的过载保护信号 (正常时为常闭信号，有故障发生时为常开信号)；A 、B 、C 、D 为4台通风机的输出控制信号，Ll 为红灯控制信号，L2为绿灯控制信号。

图5-4 绿灯闪烁的梯形图

由于红灯常亮和红灯闪烁是独立控制的，所以把图5-1和图5-3的程序叠加，采用并联输出方式就能满足控制要求，同时也避免双线圈输出问题。同理，把图5-2和图5-4的程序叠加，采用并联输出方式就能实现绿灯常亮和绿灯闪烁的控制功能。图5-5所示为通风机运行状态显示的梯形图程序。

171

图5-5 通风机运行状态显示的梯形图程序

5.2时序图设计法

当控制对象是开关量且按照固定顺序进行控制的系统，可用时序图设计法来设计程序。下面通过1个例子来介绍这种设计方法。

例2 1个十字路口交通灯的控制装置，其控制要求是:

(1)南北方向：绿灯亮20s，黄灯闪烁5s，红灯先亮10s再闪烁5s，然后循环；闪烁频率为1Hz。

(2)东西方向：红灯先亮20s再闪烁5s，绿灯亮10s，黄灯闪烁5s，然后循环；闪烁频率为1Hz。

(3)系统启/停控制：用1个切换开关完成。当系统启动后按照上述要求循环工作；当系统停止后，全部灯都熄灭。

下面介绍时序图编程的思路：

1、分析PLC的I/O信号同一方向的3个色灯可以并联控制，故2个方向共需6个输出控制点；启/停切换开关信号要输入PLC，需要占用一个输入点。

2、画出时序图为了弄清各灯亮、灭的时间关系，根据控制要求，画出各

方向3色灯的工作时序图，如图5-6所示。

172