第6章 PLC控制系统的设计

绿黄红
北
绿 黄 红
红 黄绿
西
红 黄 绿
东
南
图6.6 交通灯布置图
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第 6章
PLC控制系统的设计
编程思路：
（1）分析PLC的输入和输出信号，以作为选择PLC 机型的依据之一。
（2）弄清各灯之间亮、 灭的时间关系，画出时序图。 （3）由时序图分析各输出信号之间的时间关系。 （4）4个时间区段必须用4个定时器来控制。可列出 定时器功能明细表 （5）进行PLC的I/O分配。
C
C
D D
25501
F2
A
A A
B
B
C
C
D
D
图6.4 Page:绿灯闪烁的梯形图 24
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PLC控制系统的设计
5. 选择PLC机型，作I/O点分配
I/O分配如表6.1所示：
输入 输出
A
B
C
D
F1
F2
00101 00102 00103 00104 01101 01102
由I/O分配即图6.1、6.2、 6.3、 6.4，综合在 一起便得到总梯形图6.5。
PLC控制系统的设计
6.3 时序图设计法
如果PLC各输出信号的状态变化有一 定的时间顺序，可用时序图设计法设计 程序。
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第 6章
PLC控制系统的设计
举例---时序图设计法
在十字路口上设置的红、 黄、 绿交通信号灯，其布 置如图6.6 所示。
所以南北方向的放行（绿灯亮）时间为30s，东西方 向的放行时间（绿灯亮）为20s。
输入 输 出
控制开关 南北绿灯 南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯
I0.0
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
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PLC控制系统的设计
I0.0
T40
300 350 550 600
T37 TON T38 TON T39 TON T40 TON
Q0.0 ( )
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PLC控制系统的设计
各定时器一个循环中的功能
t1 t2
ON
定时器 TIM000 定时30s
t0
t3
ON
t4
开始下一循环 定时 开始下一循环 定时
定时到，输出ON且 开始定时 保持。南北绿灯灭； 南北绿灯、东西 南北黄、东西红灯 红灯亮 闪
TIM001 定时35s
开始定时
继续定时
定时到，输出 ON且保持。南 北黄、东西红灯 灭；
南北绿灯、东西 红灯亮30s定时 南北黄灯、东西 红灯闪5s定时 东西绿灯、南北 红灯亮20s定时 东西黄灯、南北 红灯闪5s定时 南北绿灯
T37
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PLC控制系统的设计
Q0.0
Q0.1 T37 SM0.5 T38
Q0.5 ( ) Q0.1 ( ) Q0.3 ( ) Q0.2 ( )
东西红灯亮 30s，闪5s 南北黄灯闪5s 东西绿灯亮20s 南北红灯亮 20s，闪5s
1 PLC机型选择




(1) 结构合理：整体式 \模块式PLC (2) 功能上要适当 (3) 机型统一 (4) 是否在线编程 (5) 对网络通信的要求 I/O 点数的估算 I/O 模块的选择
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2 I/O分配


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PLC控制系统的设计
（1）开关量输入模块的选择
PLC的输入模块用来检测来自现场(如按钮、行程开关、 温控开关、压力开关等)电平信号,并将其转换为PLC内 部的低电平信号。
将（4）简化为：
F1=A B（CD+CD）+C D（AB+AB）(5)
由（5）画出的梯形图如图6.3所示。其中 25501能产生0.2s即5Hz的脉冲信号。
C C A A D D B B A B 25501
F1
C
D
图6.3 红灯闪烁的梯形
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C 采用
S7-200 编程
M0.0
D C
D
A
三台及三台以上开机时，绿灯常亮； 两台开机时，绿灯以5 Hz的频率闪烁； 一台开机时，红灯以5 Hz的频率闪烁； 全部停机时，红灯常亮。
解： 设四台通风机分别为A、B、C、D，红灯为F1， 绿灯为F2。将几种运行情况分开进行程序设计。
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第 6章
PLC控制系统的设计
1. 红灯常亮的程序设计 设灯常亮为 “1”、 灭为 “0”，通风机开机 为 “1”、 停为 “0” （下同）。其状态表为： A 0 B 0 C 0 D 0 F1 1
7. 制作电器控制柜和控制盘
8. 连机调试程序 9. 编写技术文件
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开始
基本步骤
分析控制方案 确定I/O设备 配置PLC硬件系统 分配I/O点
绘制流程图 设计程序
修改 模拟调试 调试正常？
设计外部电路
现场施工
整体调试 满足要求？ 编写说明书 交付使用
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6.1.2 PLC控制系统的硬件配置
当在东西（或南北）方向的绿灯灭时，该方向的黄灯
由于东西方向的车流量较小，南北方向的车流量较大，
与南北（或东西）方向的红灯一起以1Hz 的频率闪烁 5s，以提醒司机和行人注意。闪烁5s之后，立即开 始另一个方向的放行。
要求只用一个控制开关对系统进行启停控制。
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第 6章
PLC控制系统的设计
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第 6章
PLC控制系统的设计
PLC控制系统设计的 三个重要环节
（1）通过对控制任务的分析，确定控制系统的总
体设计方案。
（2）根据控制要求确定硬件构成方案。
（3）设计出满足控制要求的应用程序。
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第 6章
PLC控制系统的设计
6.1.3 PLC的应用程序
1. 应用程序的内容
T38 Q0.3
Q0.4 T39
T39
SM0.5
T40
Q0.4 ( )
东西黄灯闪5s
Page: 37 图6.8 交通信号灯控制梯形图
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时序图设计法步骤
详细分析控制要求，确定各输入/输出信号个数，合理选择机 型。 明确输入和输出信号之间的时序关系，画出工作时序图。 根据时序图划分时间段，并确定各段的时间长短。 根据时间区段确定定时器的个数，定时器号及其设定值。
1 1
0 1
1 0
0 0
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1 1
第 6章
由状态表可得F2的逻辑函数为： F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (6) 将（6）化简为： F2=（AB+AB）（CD+CD）+ABCD+ABCD (7) 根据 （7）画出其梯形图如图6.4所示。 A B B
PLC控制系统的设计

继电器输出 双向可控硅输出

晶体管输出.
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PLC控制系统的设计
（3）模拟量及特殊功能模块的选择
除了开关量信号以外，工业控制中还要对温度、 压力、液位、流量等过程变量进行检测和控制。 模拟量输入、模拟量输出以及温度控制模块就是 用于将过程变量转换为PLC可以接收的数字信号 以及将PLC内的数字信号转换成模拟信号输出。
由状态表可得F1 逻辑函数： F1= A B C D (1) 根据逻辑函数（1）容易画出其梯形图如图6.1 所示。
A B C D
F1
图6.1 红灯常亮的梯形图
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第 6章
PLC控制系统的设计
2. 绿灯常亮的程序设计
能引起绿灯常亮的情况有5 种，列状态表为： A B C D F2
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
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1
第 6章
PLC控制系统的设计
由状态表可得F2的逻辑函数为： F2= ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (2) 对逻辑函数(2)进行简化，如下： F2=AB (D+C) +CD (A+B) (3) 根据(3)画出的梯形图如图6.2所示。
C
B
D
M0.0 ( )
A
A
B B
T34
T33
IN 10
PT
TON
10ms T34
T33
IN
TON 10ms F1
T33
10
PT
F1
（ ）
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PLC控制系统的设计
4. 绿灯闪烁的程序设计
设绿灯闪烁为“1”，列状态表为： A 0
0 0 1
B 0
1 1 0
C 1
0 1 0
D 1
1 0 1
F2 1
1 1 1
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第 6章
PLC控制系统的设计
逻辑设计法小结
① 用不同的逻辑变量表示各输入、输出信号，
设定其对应各种状态时的逻辑值。
② 根据控制要求，列出状态表。 ③ 由状态表写出相应的逻辑函数，并化简。 ④ 根据化简后的逻辑函数画出梯形图。 ⑤ 上机调试，使程序满足要求。
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第 6章
第6章: PLC控制系统的设计
第 6章
PLC控制系统的设计
主要内容
PLC控制系统设计的基本步骤 常用的几种编程方法
设计实例
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第 6章
PLC控制系统的设计
主要内容
PLC控制系统设计的基本步骤 常用的几种编程方法

常用的梯形图程序 逻辑设计法 时序图设计法 经验设计法 顺序控制设计法 继电器控制电路图转换设计法 具有多种工作方式的系统的编程方法
开关量输入模块按输入点数分，常用的有8点、12点、 16点、32点等；
按工作电压分,常用的有直流5V、12V、24V, 交流 110V、220V等； 按外部接线方式又可分为汇点输入、分隔输入等。
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Hale Waihona Puke Baidu
第 6章
PLC控制系统的设计
（2）开关量输出模块的选择
输出模块的任务是将PLC内部低电平的控 制信号转换为外部所需电平的输出信号,驱 动外部负载. 输出模块有3 种方式:
设计实例
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PLC控制系统的设计
6.1 概述
1 PLC控制系统设计的基本步骤 2 PLC的应用程序
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第 6章
PLC控制系统的设计
6.1.1 PLC控制系统设计的基本步骤
1. 对控制任务作深入的研究， 确定系统总体设计方案
2. 根据控制要求确定输入/输出元件，选择PLC机型 3. 确定PLC的输入/输出点分配 5. 设计应用程序 6. 应用程序的调试
电路中元件的通、断电状态视为以触点通、断状态为逻辑 变量的逻辑函数
对逻辑函数化简 利用PLC的逻辑指令进行设计。
使用场合：当主要对开关量进行控制时，使用逻辑设计法 比较好。
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第 6章
PLC控制系统的设计
逻辑设计法—举例
某系统中有四台通风机，要求在以下几种运行状态下发出不
同的显示信号：
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第 6章
a
PLC控制系统的设计
00103 00104
00101
00102
01102 00103 00104
00103
00102
00101 00102 00103 00104 25501
00101 00102 00103 00104 00101 00102 00103 00104
00101 00102 00103 00104
Page: 25
第 6章
PLC控制系统的设计
00101 00102 00103 00104 01101
00103 00104 00101 00102 25501 00103 00104
00101 00102 00103 00104 00101 00102 a
红灯
图6.5 通风机运行状态显示的梯形图
（6）画出的梯形图如图6.8所示
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第 6章
PLC控制系统的设计
启动 南北绿灯 南北黄灯 东西红灯 东西绿灯 东西黄灯 南北红灯 t0 t1 t2 30s 5s 30s 5s 30s+5s 20s 5s 5s 20s+5s 20s 5s t3 t4 20s
30s+5s
5s
一个循环
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最大限度地满足系统控制功能的要求，还应包括：
（1）初始化程序
（2）检测、故障诊断、显示程序。
（3）保护、连锁程序。
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第 6章
PLC控制系统的设计
2. 应用程序的质量
（1）程序的正确性 （2）程序的可靠性好 （3）参数的易调整性好 （4）程序要简练 （5）程序的可读性好
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ON
定时到，输出 ON且保持。 东西绿灯灭； 南北绿、东西 红灯亮
TIM002 定时55s
开始定时
继续定时
继续定时
开始下一循环 定时
定时到，输出ON 且保持。东西绿 灯灭；南北绿、 东西红灯亮
TIM003 定时60s
开始定时
继续定时
继续定时
继续定时
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第 6章
PLC控制系统的设计
I/O的分配：
C A B
D
A B C D
F2
图6.2 绿灯常亮的梯形图 Page: 19
3. 红灯闪烁的程序设计
设红灯闪烁为 “1”，列状态表为：
A
0 0
B
0 0
C
0 1
D
1 0
F1
1 1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
由状态表可得F1的逻辑函数为： F1=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (4)
第 6章
PLC控制系统的设计
第 6章
PLC控制系统的设计
PLC常用的几种编程方法
逻辑设计法 时序图设计法 经验设计法
顺序控制设计法
继电器控制电路图转换设计法
具有多种工作方式的系统的编程方法
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第 6章
PLC控制系统的设计
6.2 逻辑设计法
逻辑设计法基础是逻辑代数
方法：
在程序设计时，对控制任务进行逻辑分析和综合，将控制