第5章 数字量控制系统梯形图程序设计方法 5.1 梯形图的经验设计法 5.2 根据继电器电路图设计梯形图的方法 5.3顺序控制设计法与顺序功能图 5.4 使用置位复位指令的顺序控制梯形图设计法 5.5 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计法 5.6 具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图设计法

5.1 梯形图的经验设计法 经验设计法也叫试凑法，是在一些典型电路的基础上，根据控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图的一种方法。 1. 有记忆功能的电路 自锁 置位复位指令 （起保停电路）

SM0.5提供一个周期为1s占空比为0.5的脉冲信号，可驱动需要闪烁的指示灯。 2. 占空比可调的振荡电路 右图 用定时器设计输出脉冲的周期和占空比可调的振荡电路（即闪烁电路）。 SM0.5提供一个周期为1s占空比为0.5的脉冲信号，可驱动需要闪烁的指示灯。

3.两条运输带的控制程序 按下起动按钮I0.5，1号运输带开始运行，8s后2号运输带自动起动。按了停止按钮I0.6后，先停2号运输带，8s后停1号运输带。

4/5. 使用时钟脉冲的长延时电路 1. 用内部时钟源+计数器设计长延时电路。 2. 用自制时钟源+计数器实现长延时电路。 4/5. 使用时钟脉冲的长延时电路 单个定时器最长定时32767*100ms=3276.7s=54.6min 1. 用内部时钟源+计数器设计长延时电路。 2. 用自制时钟源+计数器实现长延时电路。 自复位电路 50min定时脉冲发生器 周期为1min 开始计数 30000min=500h 每隔50min来一个脉冲 图5-5/5-6 长延时电路 12000*50min=10000h

6. 自动往返的小车的控制程序 停止按钮SB1 右行起动按钮SB2 左行起动按钮SB3 左限位开关SQ1 右限位开关SQ2 右行线圈KM1 6. 自动往返的小车的控制程序 按下起动按钮SB2或SB3，要求小车在左、右限位开关之间不停地循环往返，直到按下停车按钮SB1。 停止按钮SB1 右行起动按钮SB2 左行起动按钮SB3 左限位开关SQ1 右限位开关SQ2 右行线圈KM1 左行线圈KM2 图4-5 小车自动往复运动 首先，分析控制功能，确定输入输出。 右行条件： 起动条件：SB2有效或SQ1有效 停止条件：SB1有效或SB3有效或SQ2有效

其次，分配IO地址，及中间继电器、定时器、计数器等地址。 左行条件： 起动条件：SB3有效或SQ2有效 停止条件：SB1有效或SB1有效或SQ1有效 其次，分配IO地址，及中间继电器、定时器、计数器等地址。 输入端 停止按钮SB1 右行起动按钮SB2 左行起动按钮SB3 左限位开关SQ1 右限位开关SQ2 输出端 右行线圈KM1：Q0.0； 左行线圈KM2：Q0.1。 ：I0.2 ：I0.0 ：I0.1 ：I0.3 ：I0.4

输入端 停止按钮SB1 右行起动按钮SB2 左行起动按钮SB3 左限位开关SQ1 右限位开关SQ2 输出端 右行线圈KM1：Q0.0； ：I0.2 ：I0.0 ：I0.1 ：I0.3 ：I0.4 第三，根据分析画出简单梯形图。 第四，添加互锁、保护环节 按钮联锁 互锁 热保护

硬件互锁

5.2 根据继电器电路图设计梯形图的方法 步骤： 二者的对应关系： 分析继电器控制电路工作原理。 根据对应关系进行PLC的I/O分配、内部存储区分配及定时计数器的分配；画出PLC的外部接线图。 翻译继电器控制电路，得出梯形图程序。 校对，调试。 二者的对应关系： 继电器控制电路中的主令电器，如按钮、位置开关、选择开关等，与PLC的输入触点对应； 继电器控制电路中的执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯等，与PLC的输出线圈对应； 继电器控制电路中的中间继电器、时间继电器等，与PLC的M区存储位、定时器等对应。

图5-7 小车自动往复运动的继电器控制电路图

热继电器的触点可以作为PLC的输入，也可接在PLC输出电路中。 图5-8 返 图5-9 梯形图

5.2.2 注意事项 1. 应遵守梯形图语言中的语法规定 2．设置中间单元，简化梯形图 3．尽量减少PLC的输入信号和输出信号 5.2.2 注意事项 1. 应遵守梯形图语言中的语法规定 2．设置中间单元，简化梯形图 当多个线圈都受某一串并联电路控制时，设置用该电 路控制的位存储器（中间继电器），可简化电路。 3．尽量减少PLC的输入信号和输出信号 可降低硬件成本。 4．设立外部硬件联锁电路 增加硬件互锁，提高系统可靠性。 5．梯形图的优化设计（左大右小，上大下小） 在串联电路中单个触点应放在右边；在并联电路中单个触点 应放在下边。这样，可减少指令条数，加快程序的运行。

一般PLC的外接输入均为常开触点，此时，继电器控制电路图与梯形图一致，可直接翻译； 6．外部负载的额定电压 PLC的输出模块只能驱动额定电压最高AC 220V的负载，若系统原来交流接触器的线圈电压为380V，应将线圈换为220V的，或增设外部中间继电器。 常闭输入触点的处理 一般PLC的外接输入均为常开触点，此时，继电器控制电路图与梯形图一致，可直接翻译； 当PLC某一外接输入为常闭触点时，可将其当成常开触点翻译出梯形图，再将梯形图中对应触点取反即可。 例

5.3 顺序控制设计法与顺序功能图 顺序控制设计法与顺序功能图 顺序控制 按照生产工艺预先规定的顺序，在各输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。 在中小型PLC程序设计时，可以先根据系统工作过程设计顺序功能图，再根据顺序功能图画出梯形图。

对于大型和部分中型PLC，可以直接用输入顺序功能图进行编程。 顺序功能图 有向连线 动作 转换 转换条件

5.3.1 ~5.3.2 顺序功能图各元素 步 步表示一个工作周期中的各阶段。用编程元件M/S来表示。 步根据输出量的状态变化来划分，相邻两步输出量总的状态不同。但任一步内，各输出状态保持不变。 图形元素为矩形方框。 初始步：对应系统等待起动命令时相对静止的初始状态。用双线方框表示。每个顺序功能图都应有初始步 活动步：系统正处于该步所对应的阶段。 有向连线 标示步间的转换方向。默认的是从上到下，从左到右。 转换/转换条件 控制着步间的转换。 图形元素为与有向连线垂直的短线。

动作/命令 与步相对应，表示该步应完成的动作。 动作用矩形方框表示，和相应步的符号水平相连。 动作之间无先后顺序。 动作分存储型和非存储型。

锅炉的鼓风机和引风机的控制示例 下一步 = 活动步 & 转换条件 用SM0.1将初始步置为活动步。 图5-13 波形图（控制要求） 图5-14 顺序功能图 下一步 = 活动步 & 转换条件

图5-16 顺序功能图（置位复位指令） 图 5-14

5.3.3 顺序功能图的基本结构 强调“同时” 图4-16 单序列 选择序列 并行序列 下一步 = 活动步 & 转换条件

@ @ 剪板机示例 等待步 起动按钮：I1.0 板料右行线圈：Q0.0 压钳下行线圈：Q0.1 压力继电器：I0.4 压钳上行线圈：Q0.3 停止条件：剪10块料 @ @ ④↑ ④↑ ②↓ ③↓ ① 剪板机示例 等待步

活动步对应的编程元件为1；不活动步对应的编程元件为0. 4.3.5 顺序功能图中转换实现的基本规则 1．转换实现必须满足的两个条件 (1) 该转换所有的前级步都是活动步。 (2) 相应的转换条件得到满足。 2．转换实现应完成的操作 (1) 使所有的后续步变为活动步。 (2) 使所有的前级步变为不活动步。 活动步对应的编程元件为1；不活动步对应的编程元件为0. 图4-19 转换的同步实现

3．绘制顺序功能图时的注意事项 (1) 两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们分隔开。 (2) 两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开。 (3) 初始步必不可少，不要遗漏。 (4) 在顺序功能图中一般都是由步和有向连线组成的闭环。

4．顺序控制设计法的本质 经验设计法实际上是试图用输入信号I直接控制输出信号Q。若无法实现直接控制，则根据经验添加辅助元件或辅助触点。无简单通用的设计方法。 顺序控制设计法则是用输入量I控制代表各步的编程元件，再用编程元件控制输出Q。该设计法具有简单、规范、通用的特点。 图5-21 信号关系图

P152习题8 指出图5-51中的错误。(提示：7处错误) 1.最上面的转换旁边没有转换条件； 2.初始步应为双线框； 3.不用输出位（Q）作转换条件； 4.输入I0.5不能作为动作； 5.转换I0.0与最上面的转换之间没有步，最上面的水平有向连线应放在最上面的转换之下。 6.步M0.2和M0.0之间无转换； 7.步M0.3的后面没有转换和步，系统运行到步M0.3时会“死机”。

作业 P151 3 5 7 10

补充 使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法 补充 使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法 启保停电路对应的逻辑表达式

顺序控制功能图中存储位M对应的逻辑表达式 例. 画出鼓风机和引风机的顺序控制梯形图。 根据转换实现的基本规则可知，M0.1变为活动步的起动条件为 根据转换实现完成的操作可知，M0.1变为活动步的停止条件为M0.2。 又因起动条件的持续时间比活动步短得多，故需加自保持电路。

顺序控制功能图中动作对应的逻辑表达式 由顺序功能图可知，输出/定时器与步之间具有非常简单的逻辑关系。

存储位表达式 输出动作表达式

存储位表达式 输出动作表达式 Q0.0必须由M0.1、M0.2和M0.3的或单独表示，不能分别于M0.1、M0.2和M0.3线圈并联，为什么？

启保停设计方法的步骤 画出系统顺序功能图 写出存储器位的逻辑表达式 写出动作的逻辑表达式 画出梯形图 用起保停电路实现。 前级步*转换条件为启动条件，多启动条件相并联； 后级步为停止条件，多停止条件相串联。 写出动作的逻辑表达式 某动作仅对应一步，该动作和对应步的存储线圈并联； 某动作对应多步，该动作要用这几个步对应存储位的“或”来驱动。 画出梯形图

选择序列的编程方法 M0.0的停止条件？ M0.2的起动条件？ 选择序列的编程方法

并行序列的编程方法 M0.0的起动条件？ M0.2的停止条件？

5.4 使用置位复位指令的顺序控制梯形图设计方法 5.4 使用置位复位指令的顺序控制梯形图设计方法 5.4.1 单序列的编程方法 1．步控制电路的设计 每个转换对应一个置位复位电路。 置位复位的触发条件为：前级步*转换条件； 置位：所有后级步置位； 复位：所有前级步复位。 这种编程方法也称为以转换为中心的编程方法。

鼓风机引风机控制系统

图5-27 选择序列与并行序列的顺序功能图与梯形图 5.4.2 选择序列与并行序列的编程方法 图5-27 选择序列与并行序列的顺序功能图与梯形图

5.4.3 应用举例 限位传感器被淹没时为ON，阀A、B、C为电磁阀，通电打开断电关闭。 初始状态：容器空，阀门关闭，传感器为OFF. 5.4.3 应用举例 限位传感器被淹没时为ON，阀A、B、C为电磁阀，通电打开断电关闭。 初始状态：容器空，阀门关闭，传感器为OFF. 按下起动按钮I0.3，阀A开，液体A流至淹没中限位，关A开B，液体B流至淹没上限位，关B开电机M，搅拌50s后停止，开C放出至下限位后再经6s，容器放空，关C开A，开始下一周期。 不考虑停止按钮。 ①s ①s ②s ②e ①e ④e ④s ③s 50s e ⑤s 6s e 图5-28 液体混合装置图

①s ①e ②s ②e ③s 50s e ④s ④e ⑤s 6s e 图5-28 液体混合控制系统的顺序功能图

如何实现随按随停？ 考虑停止 按钮 按下停止按钮I0.4，当前工作周期的操作结束后，才停止操作，返回并停留在初始状态。 ①s ②s ②e 图5-28 液体混合控制系统的顺序功能图

用起保停电路将脉冲信号（瞬动按钮）变为电平信号（M1.0标志位）。 实现梯形图 用起保停电路将脉冲信号（瞬动按钮）变为电平信号（M1.0标志位）。

SCR: Sequence Control Relay; L: Load; T: Transition; E: end; S7-200中的SCR（顺序控制继电器，存储区标识符为S）专门用于编制顺序控制程序 顺序控制程序被划分为若干个SCR段，每个SCR段对应顺序功能图中的一步和其后级转换。 注意：SCR和SCRE是直接和左母线相连的，SCRT由转换条件驱动，步对应的动作由SM0.0驱动。 步的开始 步的转换 步的结束 描述 注意：SCR和SCRE是直接和左母线相连的，SCRT由转换条件驱动，步对应的动作由SM0.0驱动。 通常将复位置位指令和SCR指令结合使用! SCR: Sequence Control Relay; L: Load; T: Transition; E: end;

起动按钮I0.0 @ ③左行 ①右行 ②等待3s 图5-30 小车控制的顺序功能图与梯形图

图5-31 选择序列与并行序列的顺序功能图和梯形图 并行序列的合并通常用以转换为中心的方法实现。 图5-31 选择序列与并行序列的顺序功能图和梯形图

选择序列应用举例 图5-33/34 硫化机控制的顺序功能图与梯形图 选择序列应用举例 图5-33/34 硫化机控制的顺序功能图与梯形图

2. 并行序列应用举例 松开工件Q0.5,检测I0.7 夹紧工件Q0.0,检测I0.1 起动按钮I0.0 专用钻床系统 开始运行之前两个钻头在最上面，I0.3和I0.5为ON，放好工件后，按下起动按钮I0.0；工件被夹紧后两钻头同时开始工作，钻到I0.2和I0.4设定的深度时分别上行，回到I0.3和I0.5设定的位置时分别停止。两个都到位后，工件被松开，松开到位后，加工结束，系统返回初始状态。 @ @ ③ ③ ② ② ④ ①

图5-35

5.6 具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图设计方法 (自学) 5.6.1 系统的硬件结构与工作方式 图5-36 机械手示意图 图5-37 操作面板

作业题 P153 13 14 23