第7章 应用设计 7.1 系统设计 7.2　程序设计 7.3　设计实例

本章主要内容： 应用设计的基本知识 系统设计，包括系统设计的步骤和几种常用的设计方法 程序设计，比较详细地介绍在程序设计时功能流程图的使用 应用实例 本章要求对应用系统设计的方法和步骤掌握会用，重点是掌握程序设计方法中的功能流程图法。 返回本章首页

7.1 系统设计 7.1.1 系统设计的原则 7.1.2　系统设计的步骤 返回本章首页

7.1.1 系统设计的原则 在可编程序控制器控制系统的设计中，应该最大限度地满足生产机械或生产流程对电气控制的要求，在满足控制要求的前提下，力求PLC控制系统简单、经济、安全、可靠、操作和维修方便，而且应使系统能尽量降低使用者长期运行的成本。 设计一个PLC控制系统有多种途径：可以在原有的继电接触控制系统基础上加以改造，形成可编程序控制器的控制系统。 返回本节

7.1.2 系统设计的步骤 1. 熟悉被控对象 2. 制定控制方案 3. 详细描述控制对象 4. 详细描述操作员站 5. 配置可编程序控制器 7.1.2　系统设计的步骤 1. 熟悉被控对象 2. 制定控制方案 3. 详细描述控制对象 4. 详细描述操作员站 5. 配置可编程序控制器 6. 程序设计 返回本节

7.2　程序设计 7.2.1　功能流程图概述 7.2.2　由功能流程图到程序 返回本章首页

程序设计的内容包括：编写程序、编译程序、模拟运行及调试程序等。 程序设计的方法是指用什么方法和编程语言来编写用户程序。 程序设计有多种方法：如果控制系统是改造原有成熟的继电接触控制系统，则可由电气控制电路图很容易地转化为梯形图，生成控制程序。 本节主要介绍功能流程图法。

7.2.1　功能流程图概述 功能流程图，简称功能图，又叫状态流程图或状态转移图。它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言，能完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性，是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具。

1. 组成 （1）步 步是控制系统中的一个相对不变的性质，它对应于一个稳定的状态。在功能流程图中步通常表示某个执行元件的状态变化。步用矩形框表示，框中的数字是该步的编号，编号可以是该步对应的工步序号，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、步标志继电器等）。步的图形符号如图7.1（a）所示。 初始步 初始步对应于控制系统的初始状态，是系统运行的起点。一个控制系统至少有一个初始步，初始步用双线框表示，如图7.1（b）所示。

图7.1　步和初始步

（2）有向线段和转移 有向线段和转移及转移条件如图7.2所示。 图7.2　转移

（3）动作说明 一个步表示控制过程中的稳定状态，它可以对应一个或多个动作。可以在步右边加一个矩形框，在框中用简明的文字说明该步对应的动作，如下图7.3所示。 图中（a）表示一个步对应一个动作；图（b）和（c）表示一个步对应多个动作，两种方法任选一种。

2. 使用规则 （1）步与步不能直接相连，必须用转移分开； （2）转移与转移不能直接相连，必须用步分开； （3）步与转移、转移与步之间的连线采用有向线段，画功能图的顺序一般是从上向下或从左到右，正常顺序时可以省略箭头，否则必须加箭头。 （4）一个功能图至少应有一个初始步。

3. 结构形式 （1）顺序结构 （2）分支结构 选择性分支 并发性分支 （3）循环结构 （4）复合结构

（1）顺序结构 图7.4　顺序结构

（2）分支结构 图7.5　选择性分支

并发性分支 图7.6　并发性分支

（3）循环结构 循环结构用于一个顺序过程的多次或往复执行。功能图画法如图7.7所示，这种结构可看作是选择性分支结构的一种特殊情况。 图7.7　并发性分支

（4）复合结构 图7.8　功能流程图举例 返回本节

7.2.2　由功能流程图到程序 1. 逻辑函数法 2. 功能流程图实例 3. 步标志继电器法

1. 逻辑函数法 （1）通用辅助继电器的逻辑函数式 （2）执行元件的逻辑函数式 （3）由逻辑函数式画梯形图

除第一步外，每一步用一个通用辅助继电器（以下简称继电器）表示本步是否被执行，即步状态。如图7.9所示。 （1）通用辅助继电器的逻辑函数式 函数规则： 除第一步外，每一步用一个通用辅助继电器（以下简称继电器）表示本步是否被执行，即步状态。如图7.9所示。 图7.9　步与继电器

（2）执行元件的逻辑函数式 图7.8中的Yj、Yk、Yp分别表示这3个步所对应的动作或输出，可以是执行元件或其他继电器，也可以是指令盒。一般情况下，一个步对应一个动作，当功能流程图中有多个步对应同一个动作时，其输出可用这几个步对应的继电器“或”来表示。 （3）由逻辑函数式画梯形图 可由每个逻辑函数式中的与或逻辑关系，用串联或并联触点对应线圈的形式画出所有梯级的梯形图。

2. 功能流程图实例 （1）写通用辅助继电器的逻辑函数式 （2）写执行元件的逻辑函数式 （3）由逻辑函数式画梯形图

（1）写通用辅助继电器的逻辑函数式 用起动优先规则。

（2）写执行元件的逻辑函数式 图7.9中除步M00.2和步M00.6对应同一个执行元件输出触点外，其他每一步对应一个不同的执行元件输出触点。 多步对应一动作 f (Q0.2)=M00.2+M00.6 一步对应一动作 f (Q0.0)=M00.0 f (Q0.3)=M00.3 f (Q0.5)=M00.7 f (Q1.0)=M01.1 其他输入点的逻辑函数式写法也都用相同方式。

（3）由逻辑函数式画梯形图 根据上述逻辑函数式可画出对应的梯形图，如右图7.10所示。为节省篇幅，本程序中的所有标题栏Network都省略，且只列出了部分输出。

图7.10　转化为梯形图(1)

图7.10　转化为梯形图(2)

3. 步标志继电器法 图7.11　顺序继电器指令（1）

图7.11　顺序继电器指令（2） 返回本节

7.3 设计实例 1. 系统描述 2. 制定控制方案 3. 系统配置及输入输出对照表 4. 设计主电路及PLC外部接线图 7.3　设计实例 1. 系统描述 2. 制定控制方案 3. 系统配置及输入输出对照表 4. 设计主电路及PLC外部接线图 5. 设计功能流程图 6. 建立步与继电器对照表 7. 写逻辑函数式 8. 画梯形图 返回本章首页

1. 系统描述 1. 系统描述 设计一个3工位旋转工作台，其工作示意如图7.12所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸件。 （1）动作特性 工位1：上料器推进，料到位后退回等待。 工位2：将料夹紧后，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后，工件松开，放松完成后等待。 工位3：卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。 （2）控制要求 通过选择开关可实现自动运行、半自动运行和手动操作。

图7.12　工作台示意图 返回本节

2. 制定控制方案 1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 2）手动调整采用按钮点动的控制方式。 3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个起动按钮来控制进入下一次循环。 4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。 5）系统运动不很复杂，采用4台电机 。 6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主令部件和控制部件，采用不进入PLC的方法以节省I/O点数。 7）由于点数不多，所以用中小型PLC可以实现。可用CPU 224与扩展模块，或用一台CPU 226。 返回本节

3. 系统配置及输入输出对照表 表7.1　输入信号对照表

表7.2 输出信号对照表 返回本节

4. 设计主电路及PLC外部接线图 图7.13　PLC外部接线图

图7.13为PLC外部接线的示意图，实际接线时，还应考虑到以下几个方面： 1）应有电源输入线，通常为220V，50Hz交流电源，允许电源电压有一定的浮动范围。并且必须有保护装置，如熔断器等。 2）输入和输出端子每8个为一组共用一个COM端。 3）输出端的线圈和电磁阀必须加保护电路，如并接阻容吸收回路或续流二极管。 返回本节

5. 设计功能流程图 图7.14　功能流程图

图7.15　手动部分 返回本节

6. 建立步与继电器对照表 表7.3　通用继电器对照表 返回本节

7. 写逻辑函数式 由本功能流程图写逻辑函数式时，采用关断优先规则。 （1）继电器函数式 初始步1 手动调整步15 手动操作步 自动和半自动调整步2 工位1： 工位2： 工位3 （2）执行元件函数式 返回本节

8. 画梯形图 将所有函数式写出后，很容易就可以用编程软件做出梯形图。梯形图完成后便可以将可编程序控制器与计算机连接，把程序及组态数据下装到PLC进行调试，程序无误后即可结合施工设计将系统用于实际。 返回本节

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