第四章 开关量控制系统梯形图设计方法

4.2.2 步与动作
4.与步对应的动作或命令：可以将一个控制系统划分为 被控系统和施控系统，例如在数控车床系统中，数 控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控 系统，在某一步中要完成某些“动作”（Action）； 对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某 些“命令”（Command）。为了叙述方便，下面将 命令或动作统称为动作，并用矩形框中的文字或符 号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。 如果某一步有几个动作，可以用图4-14中的两种画法 来表示，但是并不隐含这些动作之间的任何顺序。
图4-15 转换与转换条件
4.2.4 顺序功能图的基本结构
1.单序列：由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个 转换，每一个转换的后面只有一个步（见图4-16a）。 2.选择序列：开始称为分支(见图4-16b)，转换符号只能标在水平 连线之下。如果步5是活动步，并且转换条件h=1，将发生由 步5→步8的进展。如果步5是 活动步，并且k=1，将发生由 步5→步 10的进展。如果将选 择条件k改为k· h，当k和h同时 为ON时，将优先选择h对应的 序列，一般只允许同时选择一 个序列，即选择序列中的各序 列是互相排斥的，其中的任何 两个序列都不应同时执行。
在顺序功能图中应清楚地表明动作是存储型的还是 非存储型的。图4-13中的动作都是非存储型的，例 如步M1中的动作Y2在该步为活动步时为ON，为不 活动步时为OFF。 存储型的动作可以用表4-1中的S和R来表示。假设 在连续的若干步Y0都应为ON，在Y0开始为ON的 第一步的动作框内，用“S Y0”表示将Y0置位。该 步变为不活动步后，Y0继续保持ON状态。在Y0为 ON的导后一步的下一步的动作框内，用“R Y0”表 示将Y0复位，复位后Y0变为不活动步。
PLC外部接线图
异步电动机正反 转控制的梯形图
4.1.1 梯形图中的基本电路
6.接通/断开延时电路
X0 X0 Y1 T0 Y1 9S 梯形图 波形图 7S X0 T1 T0 K90 Y1 T1 K70 T0的常开触点 Y1 T1的常开触点
4.1.1 梯形图中的基本电路
7.常闭触点输入信号的处理
PLC
图4-14 多个动作的表示方法
在图4-13中，定时器T0的线圈应在M1为活动步时“通电”， M1为不活动步时断电，T0的线圈相当于步M1的一个动作， 所以将T0放在步M1的动作框内。步M1下面的转换条件T0由 在指定时间到达时闭合的T0的常开触点提供。因此动作框中 的T0对应的是T0的线圈，转换条件T0对应的是T0的常开触点。 除了以上的基本结构之外，使用动作的修饰词可以在一步中 完成不同的动作。修饰词允许在不增加逻辑的情况下控制动 作。例如，可以使用修饰词L来限制配料阀打开的时间。
图4-16 单序列、选择序列与并行序列
选择序列的结束称为合并（见图4-16b），几个选择序列合并 到一个公共序列时，用需要重新组合的序列相同数量的转换 符号和水平连线来表示，转换符号只允许标在水平连线之上。 如果步9是活动步，并且转换条件i=1，将发生由步9→步12的 进展。如果步11是活动步，并且n=1，将发生由步11→步12的 进展。
起保停电路
置位复位电路
2.置位复位电路 功能等同于起保停电路，复位指令可实现记忆功能， X2的常开触点控制复位，而起保停电路中使Y1OFF 的是X2的常闭触点。
4.1.1 梯形图中的基本电路
3.定时范围的扩展
FX系列定时器的最大定 时时间：32767.7s
定时器与计数器配合使用扩展定时范围: T=定时器的设定值×计数器的设定值
基本电路：
三相异步电 机正反转 定时器 输出
右行
T0 Y0 X1 T1 X0 X2 X4 Y0 Y1
左行
Y1
X4 Y2 T0 K100 X3 Y3 T1 K150
装料
卸料
4.1.3 根据继电器电路图设计梯形图
1. 基本方法： （1）了解被控设备的工艺工程和机械的动作情况； （2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出外部接线图； （3）确定中间继电器、时间继电器对应的辅助继电器、定时器。 （4）根据对应关系画出梯形图程序。
4.1.2 梯形图经验设计法
3.设计实例一 控制要求：小车开始停在左限位开关SQ1处，按下右行启动 按钮SB1，小车右行，到达限位开关SQ2停止运动，10S后 定时器定时时间到，小车自动返回起始位置。 电机正反转PLC控制系统基础上设计接线图和梯形图。
PLC外部接线图和梯形图
小车控制梯形图
X0
X0 Y1
X1
Y1
X1
COM
4.1.2 梯形图经验设计法
1. 基本方法： 类似于普通继电器电路图设计，在一些典型电路的 基础上，根据被控对象对控制系 统的具体要求，不 断修改和完善梯形图，有时需要多次反复调试和修 改梯形图。 特点： （1）具有试探性和随意性； （2）最后的结果不是唯一的； （3）设计所用的时间和质量因设计者的经验而异。
4.2 顺序控制设计方法与顺序功能图
4.2.1 顺序控制设计法 1. 用经验设计法设计梯形图存在的问题 ① 设计时没有固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性 和随意性； ② 对多重因素交织的复杂系统，设计困难，容易有遗漏； ③ 修改某一局部电路时，会牵一发而动全身； ④ 梯形图很难阅读，给系统的维修和改进带来了很大的困难。 2.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。 3.顺序控制设计法的优点： ① 很容易被初学者接受， ② 对于有经验的工程师，也会提高设计的效率， ③ 程序的调试、修改和阅读也很方便。
4ห้องสมุดไป่ตู้2.1 顺序控制设计法
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
步转换的 方向
每一步所 完成的工 作
顺序功能图组成：步、有向连线、转换、转换条件 和动作（或命令）等。
4.2.3 有向连线与转换条件
1. 有向连线：在顺序功能图中，随着时间的推移和转换条件的实 现，将会发生步的活动状态的进展，这种进展按有向连线规 定的路线和方向进行。在画顺序功能图时，将代表各步的方 框按它们成为活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将 它们连接起来。步的活动状态习惯的进展方向是从上到下或 从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果 不是上述的方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。在 可以省略箭头的有向连线上，为了更易于理解也可以加箭头。 如果在画图时有向连线必须中断（例如在复杂的图中，或用 几个图来表示一个顺序功能图时），应在有向连线中断之处 标明下一步的标号和所在的页数，例如步M37、12页。 2. 转换：用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将 相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完 成的，并与控制过程的发展相对应。
图4-16 单序列、选择序列与并行序列
3. 并行序列：开始称为分支(图4-16c)，当转换的实现导致几个序 列同时激活时，这些序列称为并行序列。当步3是活动步并且 转换条件e=1时，步4和步6同时变为活动步，同时步3变为不 活动步。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。 步4和步6被同时激活后，每个序列中活动步的进展将是独立 的。在表示同步的水平双线之上，只允许有一个转换符号。 并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情 况。 并行序列的结束称为合并(图4-16c)， 在表示同步的水平双线之下，只 允许有一个转换符号。当直 接连在双线上的所有前级步 (步5和步7)都处于活动状态， 并且转换条件i=1时，才会发生 步5和步7到步10的进展，即步 5和步7同时变为不活动步， 而步10变为活动步。
4.2.2 步与动作
1.步 ① 步的概念：顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个 工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步 （step）。 ② 步的表示方法：在顺序功能图中，用由有向连线连接起来 的各矩形框来表示各步，用一组编程元件（例如辅助继电器 M或状态继电器S）的元件号来表示各步的编号。 ③ 步的划分依据：根据输出量的状态变化来划分。在任何一 步之内，各输出量的ON/OFF状态都不变，但是在相邻的两 步中，至少有一个输出量的状态发生了变化。 ④ 划分步的意义：将系统的一个工作周期划分为若干个顺序 相连的步后，可以通过代表各步的编程元件（M）的“桥梁” 作用，使得PLC的各输入量（X）与各输出量（Y）之间的 逻辑关系变得极为简单，从而使得控制系统的用户程序的编 写变得极为简单。
⑤ “步”的划分举例：
（b）步的划分：根据Y0～Y3的ON/OFF状态的变化，显然一个 工作周期可以分为装料、左行、卸料和右行这4步，另外还应 设置等待起动的初始步，分别用M0～M4来代表这5步。 （c）图4-13左上部分是小车运动的空间示意图，左下部分是有 关编程元件的波形图（时序图），右边是描述该系统的顺序 功能图，图中用矩形框表示步，框中用代表该步的编程元件 的元件号作为步的编号，例如M0等。 2.初始步：与系统的初始状态相对应的步称为初始步。初始状态 一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线 方框表示。每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。 3.活动步：当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状 态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作 被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执 行。
⑤ “步”的划分举例：（a）送料小车工作过程：开始停在右侧限 位开关X1处，按下起动按钮X3，Y2变为ON，打开贮料斗闸门， 开始装料，同时定时器T0定时，8s后关闭贮料斗的闸门，Y2变 为OFF，Y1变为ON，开始左行。碰到限位开关X2后停下来卸 料，Y1变为OFF，Y3变为ON，同时用定时器T1定时；10s后 Y3变为OFF，Y0变为ON，开始右行，碰到限位开关X1后返回 初始状态，Y0变为OFF，小车停止运行。
第四章 开关量控制系统梯形图设计方法 4.1 梯形图的经验设计方法与继电器电路 转换法 4.2 根据继电器电路设计梯形图方法 4.3 顺序控制设计方法与顺序功能图
4.1 梯形图的经验设计方法
4.1.1 梯形图中的基本电路 1.起动、保持和停止电路（起保停） 应用广泛、具有“记忆”、“自锁”、“自保持”功 能。
4.1.2 梯形图经验设计法
3.设计实例一 扩展 控制要求：送料小车在限位开关X4处装料，10S后 结束然后右行，碰到X3后停下来卸料，15S后左行， 碰到X4后，又停下来卸料，这样不停地循环工作， 直到按下停机按钮。
Y1左行 X4
Y0 右行 X3
送料小车控制梯形图
X0
设计实例一
X1 X2 X3 Y1 Y0
某铣床继电器控制电路原理图
PLC外部接线图
PLC梯形图
4.1.3 根据继电器电路图设计梯形图
2.注意事项： （1）设计梯形图的基本原则：电路结构清晰、易于理解； （2）分离交织在一起的电路：分离各线圈的控制电路，避免使用 堆栈指令，使得电路结构清晰； （3）中间单元的设置：多个线圈均受某一触点串并联电路的复杂 电路的控制时，设置辅助继电器控制多个线圈输出。 （4）复杂电路的等效：将控制同一线圈的各条电路并联； （5）尽量减少PLC的输入信号和输出信号：继电器电路图中，几 个输入触点的串并联电路只出现一次，或作为整体多次出现， 可将它们作为PLC的一个输入信号； （6）软硬件互锁； （7）梯形图电路的优化设计； （8）热继电器触点的处理。
4.1.1 梯形图中的基本电路
4.脉冲宽度可调的脉冲发生器(闪烁电路)
X0
T1
T0 K20
X0
T0
T0 T1 K30 T1 Y0
Y0
具有正反馈的震荡电路
2S
3S
2S
3S
2S
闪烁电路波形图
4.1.1 梯形图中的基本电路
5.三相异步电动机正反转控制电路
主电路
控制电路
4.1.1 梯形图中的基本电路
5.三相异步电动机正反转控制电路
3. 转换条件：与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文字语 言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁 边（见图4-15），使用得最多的是布尔代数表达式。 转换条件X0和X0分别表示当输入信号X0为ON和OFF时转换 — 实现。↑X0和↓X0分别表示当X0从0→1状态和从1→0状态时 转换实现。图4-15b中用高电平表示步12为活动步，反之则用 低电平表示。转换条件X0· C0表示X0的常开触点与C0的常闭 — 触点同时闭合，在梯形图中则用两个触点的串联来表示这样 一个“与”转换条件。 为了便于将顺序功能图转换为梯形图，最好用代表各步的编 程元件的元件号作为步的代号，并用编程元件的元件号来标 注转换条件和各步的动作或命令。