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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
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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）
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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。
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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。
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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
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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
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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
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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
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硬件互锁
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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。
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图5-7 小车自动往复运动的继电器控制电路图
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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
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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
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。
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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
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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。
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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
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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。
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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。
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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 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
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图 顺序功能图（置位复位指令） 图 5-14
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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
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@ @ 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
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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.
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 转换的同步实现
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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。
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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
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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”。
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作业 P151 3 5 7 10
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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
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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。
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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。
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存储位表达式 输出动作表达式
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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？
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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
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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
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并行序列的编程方法 M0.0的起动条件？ M0.2的停止条件？
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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 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。
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鼓风机引风机控制系统
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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
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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.
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
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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
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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
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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）。
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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;
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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
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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
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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
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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
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图5-35
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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)
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
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作业题 P153 13 14 23
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