電工電子第十三章

第十三章可編程序控制器的

控制技術

13.1PLC的基礎知識13.2PLC的編程方式和編程軟元件13.3PLC的指令系統(tǒng)13.4PLC的程序設計方法13.5應用實例可編程序控制器（PLC）是以微處理器為核心，將計算機技術、通信技術與自動控制技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。它克服了繼電器—接觸器控制電路存在觸點多、組合復雜、通用性和靈活性差等缺點。它不僅具有各種邏輯控制功能，而且還具有各種運算、數據處理、聯(lián)網通信等功能的控制，同時還具有抗干擾性強、環(huán)境適應性好和可靠性高等特點。因而廣泛地應用于工業(yè)生產各領域中。13.1PLC的基礎知識

一、PLC的基本組成及作用

PLC的硬件系統(tǒng)主要由中央微處理器（CPU）、存儲器（ROM、RAM）、輸入/輸出（I/O）接口、編程器、電源等組成。1．中央微處理器（CPU）CPU的主要作用是接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據；用掃描方式接收現(xiàn)場輸入設備的狀態(tài)或數據，并存入輸入狀態(tài)表或數據寄存器中。圖13-1PLC的硬件系統(tǒng)簡化框圖

2．存儲器PLC的存儲器有兩種，一種是可進行讀/寫操作的隨機存儲器RAM；另一種為只讀存儲器ROM。3．輸入/輸出（I/O）接口輸入/輸出接口是PLC與工業(yè)生產現(xiàn)場被控對象之間的連接部件。輸入/輸出接口有數字量（包括開關量）輸入/輸出和模擬量輸入/輸出兩種形式。4．外設I/O接口PLC還有各種外設接口，PLC通過這些接口可與監(jiān)視器、打印機、其它的PLC或計算機相連。5．編程器編程器主要由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關和外存儲器接插口等部件組成。編程器的作用是用來編寫、編輯、調試用戶程序，也可以在線監(jiān)視PLC的工作狀況以及通過通信接口與CPU相連，實現(xiàn)人機對話。6．電源PLC一般使用220V交流電源，PLC內部的直流穩(wěn)壓電源為各單元的元件提供直流電壓，某些PLC可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關）提供24V直流電源，驅動現(xiàn)場執(zhí)行機構的電源一般由用戶提供。二、PLC執(zhí)行用戶程序的過程

執(zhí)行過程分為輸入采樣、程序處理和輸出刷新等三個階段。圖13-2PLC執(zhí)行用戶程序過程三、PLC的等效電路

輸入部分由用戶輸入設備組成，如按鈕、傳感器等，是直接接在繼電器控制線路中，用以產生控制信號。輸出部分由用戶輸出設備組成，如繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件及信號元件，用以控制各種被控對象（如電動機等）及指示輸出的狀態(tài)?？刂撇糠质前幢豢貙ο髮嶋H要求而動作的繼電器控制線路。其“程序”已固定在線路中，不能靈活改變的。繼電器控制系統(tǒng):與繼電器控制系統(tǒng)比較，PLC控制系統(tǒng)也由輸入部分、控制部分、輸出部分這三大部分組成的。但PLC的控制部分采用大規(guī)模集成電路的微處理器及存儲器來代替繼電器控制線路，其控制作用是通過編制好的程序實現(xiàn)的。圖13-3PLC的等效電路圖圖13-4PLC的外接線圖在PLC控制系統(tǒng)中，通常將接在輸入端向PLC輸入信號的器件部分和接在輸出端接受PLC輸出信號的器件部分的接線電路，稱為PLC外部接線。如如圖13-3PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖為如圖13-4所示。四、FX2N系列PLC的基本性能

FX2N系列PLC的基本性能如表13-1所示。見教材P388-38913.2PLC的編程方式和編程軟元件

一、PLC的編程方式

FX2N系列PLC的編程方式主要有：梯形圖編程、指令表編程和順序功能圖編程三種。1．梯形圖（LD-LadderDiagram）編程LDX000ORY000ANIX001ANIX002OUTY000ENDa）b）圖13-5編程方式a）梯形圖編程b）指令表編程

梯形圖由觸點符號、繼電器線圈符號等組成，在這些符號上標注有操作數。梯形圖是以一個繼電器線圈為一階梯，左側以豎母線“高電位”開始，以繼電器線圈作為一階的結尾，右側以“地線”終止，也可不畫。梯形圖編程有如下的特點：1）梯形圖按自上而下、從左至右的順序排列，每一個繼電器線圈為一個邏輯行，稱為一個階梯，整個圖形呈階梯狀。2）梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實質上是存儲器中的每位觸發(fā)器，稱為“軟繼電器”，相應的某位觸發(fā)器位“1”態(tài)，表示該繼電器線圈通電，其常開觸點閉合、常閉觸點斷開。3）梯形圖中，一般情況下（除有跳轉指令和步進指令的程序段外），某個編號的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器觸點則可無限引用，既可是常開觸點又可是常閉觸點。4）梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。但為了方便，常用“有電流”或“得電”等來形象地描述用戶程序運算中滿足輸出線圈的動作條件。5）PLC的內部繼電器不能作輸出控制用，但觸點可供PLC內部使用。6）PLC在運算用戶邏輯時就是按照梯形圖從上到下、從左到右的先后順序逐行進行處理，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，因此不存在幾條并列支路的同時動作，這在設計梯形圖時可以減少許多有約束關系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設計大大簡化。2．指令表（IL—InstructionList）編程又稱語句表或指令表語言等。指令表是由若干條指令語句組成，每條語句表示一個操作功能，語句是指令表程序的最小編程元素，一般情況下，每條指令語句由一個操作碼和操作數兩部分組成。

操作碼是PLC指令系統(tǒng)中的指令代碼、指令助記符，是CPU要完成的某種操作功能，又稱為編程指令，包括邏輯運算、算術運算、定時、計數、移位、傳送等操作。

操作數是給出了操作碼指令的某種操作的對象或執(zhí)行操作所需的數據，通常為編程器件的繼電器號或常數，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部繼電器、定時器、計數器、數據寄存器及定時器、計數器設定值等。3．順序功能圖(SFC—SequentialFunctionChart)編程圖13-6SFC編程圖SFC編程是根據操作的流程進行順序控制設計的輸入方式，如圖13-6所示，步、轉換和動作是SFC中的3種主要元件，步是一種邏輯塊，即對應于特定的控制任務的編程邏輯，動作是控制任務的獨立部分，轉換是從一個任務到另一個任務的原因。SFC提供了一種組織程序的圖形方式，作為圖形語言提供給用戶如圖13-6中幾種基本的程序結構，在順序結構中，CPU首先反復執(zhí)行步1中的動作，直到轉換1變?yōu)椤?”狀態(tài)，將處理第二步，同時步1的動作停止，按此執(zhí)行過程順序進行。二、FX2N系列PLC的編程軟元件

PLC內部有大量由軟元件組成的內部繼電器，這些軟元件要按一定的規(guī)則進行編號，即軟元件的名稱由字母和數字組成，它們分別表示軟元件的類型和元件量如Y10、M499。在FX2N系列PLC中，用X表示輸入繼電器；Y表示輸出繼電器；M表示輔助繼電器；S表示狀態(tài)繼電器；T表示定時器；C表示計數器；D表示數據寄存器等。1．輸入繼電器（X）輸入繼電器是PLC用來接收用戶輸入設備發(fā)出的輸入信號。圖13-7輸入繼電器等效電路圖2．輸出繼電器（Y）輸出繼電器是PLC用來將輸出信號傳送給負載的軟元件，它是由內部程序所驅動的，其觸點有兩類：一類是軟元件構成的內部觸點（軟觸點）；另一類則是由輸出模塊構成的外部觸點（硬觸點），此觸點具有一定的帶負載能力，因而由它的僅有一對常開觸點驅動外部負載工作。圖13-8輸出繼電器等效電路圖

表13-2輸入/輸出繼電器軟元件號分配表3．輔助繼電器（M）輔助繼電器與輸入/輸出繼電器不同，是用程序軟件實現(xiàn)的，它們即不能接收外部的輸入信號，也不能直接驅動外部負載，相當于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。1）通用輔助繼電器（M0~M499）2）斷電保持輔助繼電器（M500~M3071）3）特殊輔助繼電器（M8000~M8255）M8000（運行監(jiān)視）M8002（初始化脈沖）M8005（鋰電池電壓降低）

M8011~M8014（時鐘脈沖）M8020（零標記）M8021（借位標記）M8022（進位標記）4．狀態(tài)繼電器（S）狀態(tài)繼電器是一種用于編制順序控制步進梯形圖的繼電器，它與后面介紹的STL指令一起使用，通用狀態(tài)繼電器（S0~S499）沒有斷電保持功能，但是可用程序將它們設定為有斷電保持功能狀態(tài)，其中S0~S9是供初始化狀態(tài)用的，S10~S19供返回原點用的。S500~S899有斷電保持功能，S900~S999供報警器用的。5．定時器（T）PLC中的定時器相當于繼電器控制系統(tǒng)中的通過延時時間繼電器，它將PLC內的1ms、10ms、100ms等時鐘脈沖進行加法計數，當達到設定值時，定時器的輸出觸點動作。定時器利用時鐘脈沖可定時的時間范圍為0.001~3276.7s。FX2N系列PLC的定時器分為通用定時器和積算定時器。1）通用定時器（T0~T245）a）b）圖13-9通用定時器的應用a）梯形圖b）波形圖T0~T199為100ms定時器，定時范圍為0.1~3276.7s，其中T192~T199為子程序和中斷服務程序專用的定時器；T200~T245為10ms定時器（共46點），定時范圍為0.01~327.67s。2）積算定時器（T246~T255）1ms積算定時器T246~T249的定時范圍為0.001~32.767s，100ms積算定時器T250~T255的定時范圍為0.1~3276.7s。a）b）圖13-10積算定時器的應用a）梯形圖b）波形圖6．計數器（C）常用的計數器有以下兩種：1）內部計數用計數器（C0~C234）2）高速計數器（C235~C255）圖13-11計數器的應用a）梯形圖b）波形圖7．數據寄存器（D）數據寄存器是存儲數值、數據的軟元件，用于在模擬量檢測與控制及位置控制等場合存儲數據和參數；也常被用于定時器、計數器設定值的間接指定和應用指令中。1）通用數據寄存器（D0~D199）2）斷電保持數據寄存器（D200~D7999）3）特殊數據寄存器D8000~D82554）變址寄存器（V0~V7、Z0~Z7）13.3PLC的指令系統(tǒng)FX2N系列PLC的指令分為27條基本邏輯指令、2條步進指令和128種298條應用指令。一、基本邏輯指令1．取指令和輸出指令表13-3取指令和輸出指令使用說明：1）LD指令用于將常開觸點接到母線上；LDI指令用于將常閉觸點接到母線上。此外，LD、LDI與后面的ANB、ORB指令配合，用于電路塊的起點。2）OUT指令是對Y、M、S、T、C的繼電器驅動，它不能使用于輸入繼電器X。3）OUT指令可多次并聯(lián)使用。定時器和計數器的OUT指令之后應設定常數K，常數也占一個步序。圖13-12LD、LDI、OUT指令的應用a）梯形圖b）指令表2．串聯(lián)和并聯(lián)指令表13-4串聯(lián)和并聯(lián)指令使用說明：1）AND、ANI用于LD、LDI后與一個常開或常閉觸點的串聯(lián)，串聯(lián)的數量不限制；OR、ORI用于LD、LDI后與一個常開或常閉觸點的并聯(lián)，并聯(lián)的數量不限制。2）當串聯(lián)的是兩個或兩個以上的并聯(lián)觸點或并聯(lián)的是兩個或兩個以上的串聯(lián)觸點，要用到下面講述的塊與（ANB）或塊或（ORB）指令。圖13-13AND、ANI指令的應用圖13-14OR、ORI指令的應用a）梯形圖b）指令表a）梯形圖b）指令表3．電路塊與和電路塊或指令表13-5電路塊與和電路塊或指令使用說明：1）兩個或兩個以上觸點并聯(lián)的電路稱為并聯(lián)電路塊；兩個或兩個以上觸點串聯(lián)的電路稱為串聯(lián)電路塊。建立電路塊用LD或LDI開始。2）當一個并聯(lián)電路塊和前面的觸點或電路塊串聯(lián)時，需要用塊與ANB指令；當一個串聯(lián)電路塊和前面的觸點或電路塊并聯(lián)時，需要用塊或ORB指令。3）若對每個電路塊分別使用ANB、ORB指令，則串聯(lián)或并聯(lián)的電路塊沒有次數的限制；也可成批使用ANB、ORB指令，但重復使用次數限制在8次以下。圖13-15ORB指令的應用a）梯形圖b）指令表圖13-16ANB指令的應用a）、c）梯形圖b）、d）指令表圖13-17ANB、ORB指令的混合使用a）梯形圖b）指令表4．主控指令和主控復位指令表13-6主控指令和主控復位指令使用說明：1）主控指令中的公共串聯(lián)觸點相當于電氣控制中一組電路的總開關。主控MC指令有效，相當于總開關接通。2）MC指令可用于輸出繼電器Y和輔助繼電器M。3）執(zhí)行MC到MCR的指令，MC指令的輸入觸點斷開時，積算定時器、計數器、復位/位置指令驅動的軟元件保持其當時的狀態(tài)。而非積算定時器和用OUT指令驅動的軟元件變?yōu)镺FF。4）與主控觸點相連的觸點必須用LD或LDI指令，即使用MC指令后，母線移到主控觸點的后面去了，MCR使母線（LD點）回到原來的位置。5）在MC內再采用MC指令就成為主控指令的嵌套，相當于在總開關后接分路開關。嵌套級N的編號按順序增加，即N0→N1→N2→…→N7。采用MCR指令返回時，則從N編號大的嵌套級開始消除，MC與MCR成對出現(xiàn)，但若使用MCRN0，則嵌套級立即回到0。a）b）圖13-18MC、MCR指令的應用a）梯形圖b）指令表圖13-19含有嵌套的MC、MCR指令的應用5．脈沖邊沿檢測和脈沖邊沿輸出指令表13-7脈沖邊沿檢測和脈沖邊沿輸出指令使用說明：1）在脈沖邊沿檢測指令中，P代表上升沿檢測，它表示在指定的軟元件觸點閉合（上升沿）時，被驅動的線圈得電一個掃描周期T；F代表下降沿檢測，它表示指定的軟元件觸點斷開（下降沿）時被驅動的線圈得電一個掃描周期T。2）在脈沖邊沿輸出指令中，PLS表示在指定的驅動觸點閉合（上升沿）時，被驅動的線圈得電一個掃描周期T；PLF表示在驅動觸點斷開（下降沿）時、被驅動的線圈得電一個掃描周期T。PLS和PLF指令只能用于輸出繼電器和輔助繼電器。圖13-20脈沖邊沿檢測和脈沖邊沿輸出指令的應用a）梯形圖b）指令表c）波形圖6．置位和復位指令表13-8置位和復位指令使用說明：1）對于一軟元件，SET、RST可以多次使用，順序先后也可任意，但以最后執(zhí)行的一行有效。2）SET和RST指令的功能與數字電路中R—S觸發(fā)器的功能相似，SET和RST指令之間可以插入別的程序。3）對于數據寄存器D和變址寄存器Z、V，也可使用RST指令將數據寄存器和變址寄存器的內容清零。4）RST指令還可用來對積算定時器T246~T255和計數器的當前值的復位及觸點復位。如果不希望計數器和積算定時器具有斷電功能，可以在用戶程序開始運行時用初始化脈沖M8002將它們復位。5）在任何情況下，RST指令都優(yōu)先執(zhí)行。如計數器處于RST復位狀態(tài)時，就不會接收輸入的計數脈沖。圖13-21置位和復位指令的應用a）梯形圖b）指令表c）波形圖7．進棧、讀棧和出棧指令表13-9進棧、讀棧和出棧指令使用說明：1）在FX2N系列的PLC中有11個存儲器，它們用來存儲運算的中間結果，稱為棧存儲器。使用一次MPS指令，將此時刻的運算結果送入棧存儲器的第一段，再使用一次MPS指令，則將原先存入的數據依次移到棧存儲器的下一段，并將此時刻的運算結果送入棧存儲器的第一段。2）使用MRD指令是讀出最上段所存的最新數據，棧存儲器內的數據不發(fā)生移動。3）使用MPP指令，各數據依次向上移動，并將最上段的數據讀出，同時該數據從棧存儲器中消失。4）MPS指令可反復使用，但最終MPS指令和MPP指令數要一致。圖13-22MPS、MRD、MPP指令的應用和棧存儲器a）梯形圖b）指令表c）棧存儲器8．取反指令符號名稱功能梯形圖可用軟元件INV取反將執(zhí)行該指令之前的運算結果取反無表13-10取反指令使用說明：INV指令是將執(zhí)行該指令之前的運算結果取反，若運算結果為0，則將它變?yōu)?；若運算結果為1，則將它變?yōu)?。LDX000INVOUTY000a）b）c）圖13-23INV指令的應用a）梯形圖b）指令圖c）波形圖9．空操作和程序結束指令表13-11空操作和程序結束指令圖13-24END指令應用使用說明：1）在將全部程序清除時，全部指令成為空操作。2）在PLC反復進行輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理時?若在程序的中加入END指令，那么，以后的其余程序步不再執(zhí)行，而直接進行輸出處理；若在程序中沒有END指令，則要處理到最后的程序步。在調試中，可在各程序段插入END指令，依次檢查各程序段的動作。3）程序開始的首次執(zhí)行，從執(zhí)行END指令開始。二、步進指令STL和返回指令RET步進指令（STL）是利用內部軟元件進行工序步進式控制的指令。返回指令（RET）是狀態(tài)（s）流程結束，用于返回主程序（母線）的指令。按一定規(guī)則編寫的步進梯形圖（STL圖），也可作為順序功能圖（SFC圖）處理，從順序功能圖反過來也可形成步進梯形圖。表13-12步進指令和返回指令a）b）c）圖13-25STL指令與順序功能圖a）狀態(tài)轉移圖b）梯形圖c）指令表使用說明：1）除了并行序列的步進梯形指令方式外，STL觸點是與左側母線相連的常開觸點，當某狀態(tài)步為活動狀態(tài)時，對應的STL觸點接通，該狀態(tài)步的負載被驅動。2）與STL觸點相連的觸點應使用LD或LDI指令，即LD點移到STL觸點的右側，直到出現(xiàn)下一條STL指令或出現(xiàn)RET指令，RET指令使LD點返回左側母線。3）STL觸點可以直接驅動或通過別的觸點驅動Y、M、S、T等元件的線圈，STL觸點也可以使Y、M、S等元件置位或復位。4）STL觸點斷開時，CPU不執(zhí)行它驅動的電路塊，即CPU只執(zhí)行活動狀態(tài)步對應的程序。在沒有并行序列時，任何時候只有一個活動狀態(tài)步，因此大大縮短了掃描周期。5）由于CPU只執(zhí)行活動狀態(tài)步對應的電路塊，使用STL指令時允許雙線圈輸出，即同一元件的幾個線圈可以分別被不同的STL觸點驅動。實際上在一個掃描周期內，同一元件的幾條OUT指令中只有一條被執(zhí)行。6）STL指令只能用于狀態(tài)繼電器，在沒有并行序列時，一個狀態(tài)繼電器的STL觸點在梯形圖中只能出現(xiàn)一次。7）STL觸點驅動的電路塊中不能使用MC和MCR指令，但是可以使用條件跳轉指令。當執(zhí)行CJPi指令跳入某一STL觸點驅動的電路塊時，不管該STL觸點是否為“1”狀態(tài)，均執(zhí)行指定的位置Pi之后的電路。8）像普通的輔助繼電器一樣，可以對狀態(tài)繼電器使用LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、SET、RST、OUT等指令，這時狀態(tài)繼電器觸點的畫法與普通觸點的畫法相同。9）使狀態(tài)繼電器置位的指令如果不在STL觸點驅動的電路塊內，執(zhí)行置位指令時系統(tǒng)程序不會自動地將前級狀態(tài)步對應的狀態(tài)繼電器復位。

三、常用的應用指令圖13-27應用指令的格式應用指令的操作碼有統(tǒng)一的格式，如圖13-27所示。圖中1、2、3為操作碼，4為操作數，操作數有兩種：通過執(zhí)行指令不改變其內容的操作數稱為源操作數?用[S·]表示；通過執(zhí)行指令改變其內容的操作數稱為目標操作數,用[D·]表示。1．條件跳轉指令CJCJ指令的功能指令編號為FNC00，操作數為P0~P127，其中P63是END所在步序，不需要標記。該指令占3個程序步，標號占一個程序步。圖13-28條件跳轉指令的應用a）梯形圖b）指令表圖13-29跳步指令與主控指令規(guī)則：1）當要求由MC外跳轉到MC外時，可隨意跳轉。2）當要求由MC外跳轉至MC內時，此時不管該MC是否為接通，MC均作接通處理。3）當要求由MC內跳轉到MC內時，若主控斷開，則不跳轉。4）當要求由MC內跳轉到MC外時，若主控斷開，則不跳轉；若主控接通，則跳轉，但MCR無效。2．比較指令CMPCMP指令的功能指令編號為FNC10，其功能是將兩個源操作數[S1·]和[S2·]進行比較，所有的源操作數可取任意的數據格式，并將比較的結果存放于目標操作數[D·]中，[D·]可取Y、M和S。其中兩個源操作數可以是以K為標志的常數，也可以是計數器、定時器的當前值，還可以是數據寄存器中存放的數據。圖13-30比較指令的使用圖13-31比較指令的應用3．傳送指令MOVMOV指令的功能指令編號為FNC12。其功能是將源操作數的內容傳送到目標軟元件，作為源操作數的軟元件可以是常數K、X、Y、M、S、T、C和D等，而作為目標軟元件可以是KnY、KnM、KnS、T、C和D等。圖13-32傳送指令的應用a）利用MOV指令間接設定定時器的值b）利用MOV指令讀出計數器的當前值4．二進制加法指令ADD和減法指令SUBADD指令的功能指令編號為FNC20。其功能是將2個源操作數的數據進行代數加法，將相加結果送至目標操作數所指定的軟元件中。各數據的最高位為符號位，0表示正，1表示負。16位加法運算時，運算結果大于32767時，進位繼電器M8022動作；運算結果小于-32768時，借位繼電器8021動作；運算結果等于0時，零標志M8020動作。圖13-33加法/減法指令的應用SUB指令的功能指令編號為FNC21。其功能是將2個源元件中的數據進行代數減，將相減的結果送到目標軟元件中，數據符號和進位、借位、零標志同加法指令。5．位右移指令SFTR和位左移指令SFTL位右移SFTR和位左移SFTL指令的功能指令編號分別為FNC34和FNC35。它們的源操作數可取X、Y、M、S，目標操作數可取Y、M、S。圖13-34SFTR指令的應用位左移也有相同的功能，所不同的是在移位時，最高的n2位首先被移出，低位的數據以n2位為一組向左移動，最后源操作數的數據從低n2位移入。13.4PLC的程序設計方法PLC在邏輯控制系統(tǒng)中的程序設計方法主要有:繼電器控制電路“移植”法、經驗設計法和邏輯順序控制設計法三種。一、繼電器控制電路“移植”法繼電器控制電路“移植”法的PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序的設計，即根據繼電器控制原理圖，將繼電器控制電路“移植”成PLC梯形圖?！耙浦病狈ㄊ歉鶕^電接觸器控制電路的邏輯關系，按照一一對應的方式畫出PLC梯形圖的方法。圖13-35三相異步電動機正反轉控制的主電路和控制電路圖13-36正反轉PLC控制電路梯形圖與外部接線圖a）外部接線圖b）控制電路梯形圖1）FR熱電器的觸點保護信號可以不進PLC輸入端作輸入控制信號，直接接在PLC輸出端的外部接線圖中，實現(xiàn)過載保護；2）圖13-36b中，雖然在梯形圖中已經有了軟繼電器的互鎖觸點（Y000與Y001），但在外部接線輸出電路中，即圖13-36a應還必須使用KM1、KM2的常閉觸點進行互鎖。二、經驗設計法經驗設計法實際上是沿用了傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)電氣原理圖的設計方法，即在一些典型單元電路（梯形圖）的基礎上，根據被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復調試和修改梯形圖，增加很多輔助觸點和中間編程元件，最后才能得到一個較為滿意的結果。此設計方法沒有規(guī)律可遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結果因人而異，不是唯一的。這種設計方法與設計者的經驗有很大關系，稱之為經驗設計法.圖13-37運料小車系統(tǒng)示意圖及PLC外部接線圖a）運料小車系統(tǒng)示意圖b）PLC外部接線圖圖13-38運料小車控制系統(tǒng)的梯形圖a）不完整的梯形圖b）完整的梯形圖三、順序控制設計法所謂順序控制，就是按照生產工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態(tài)和時間的順序，在生產過程中各個執(zhí)行機構自動地有秩序進行操作。順序控制設計法又稱步進控制設計法，它是一種先進的設計方法，很容易被初學者接受。順序控制設計法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步，并且用編程元件（如M、S）來代表各步。步是根據輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一步之內，各輸出量的0/1狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。圖13-39順序功能圖的組成順序功能圖（SFC）是設計順序控制程序的一種極為重要的圖形編程語言和工具，根據順序功能圖可設計出梯形圖。所謂順序功能圖又叫狀態(tài)轉移圖或功能表圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形；它主要由步、有向連線、轉換、轉換條件和動作（或命令）組成。根據步與步間進展的不同情況，順序功能圖有三種基本結構：1．單序列反映按順序排列的步相繼激活的一種基本進展情況，如圖13-39所示。根據第i步的開啟和關斷條件，運用邏輯式表達此狀態(tài)為：2．選擇序列一個活動步之后緊按著有幾個后續(xù)步可供選擇的結構形式稱之選擇序列，選擇序列的各分支都有各自的轉換條件.圖13-40選擇序列a）開始分支圖b）結束合并圖3．并行序列當轉換的實現(xiàn)導致幾個分支同時激活時，采用并行序列。其有向連線的水平部分用雙線表示.圖13-41并行序列a）開始并行圖b）結束合并圖除上述三種以外還有跳步、循環(huán)、重復等序列，但它們都可以變?yōu)樯鲜鋈N基本序列形式.順序控制梯形圖的編程方法是根據系統(tǒng)的順序功能圖設計出來的，通常的梯形圖設計有三種方法：即功能表圖法、STL指令法、SET/RST指令法.1．功能表圖法功能表圖法是采用通用邏輯關系和邏輯指令，并用典型的起動、保持、停止電路來實現(xiàn)梯形圖的設計。它的設計過程為：①列寫出現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表；②根據控制要求繪制功能表圖；③列寫出狀態(tài)步的邏輯表達式；④根據邏輯表達式繪制出梯形圖并設計出對應的外部接線圖；⑤列寫出程序清單。例:某組合機床動力頭進給運動示意圖和輸入/輸出信號時序圖，如圖13-42a所示。設動力頭在初始位置時停在左邊，限位開頭SQ3為“1”狀態(tài)，按下起動按鈕后，動力頭向右快速進給，碰到限位開關SQ1后變?yōu)楣ぷ鬟M給，碰到SQ2后快速退回，返回初始位置后停止運動，再按下按鈕重復上述過程。a）b）圖13-42動力頭進給運動示意圖、時序圖和功能表圖a）運動示意圖和時序圖b）功能表圖①列寫現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表13-13所示。表13-13動力頭進給運動現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表分類輸入信號輸出信號其它信號名稱起初按鈕原位限位開關轉工進限位開關轉快退限位開關快進電磁閥工進電磁閥快退電磁閥初始激活現(xiàn)場信號SBSQ3SQ2SQ1YV1YV2YV3

PLC編號X000X003X002X001Y000Y001Y002M8002②根據工藝要求可給制出功能表圖如圖13-42b所示，③根據功能表圖列寫出邏輯表達式

④由③的邏輯表達式可畫出順序功能的梯形圖，并設計出對應的外部接線圖，如圖13-45所示。a）b）圖13-45動力頭控制系統(tǒng)的順序功能梯形圖和外部接線圖a）順序功能梯形圖b）外部接線圖⑤列寫程序清單（略）對于復雜的控制系統(tǒng)的順序功能表圖編程方式時的梯形圖轉化。可按如圖13-46所示的選擇序列與此對應的梯形圖，圖13-47所示的并行序列與此對應的梯形圖進行設計和轉化。a）b）圖13-46選擇序列功能表圖和梯形圖a）選擇序列功能表圖和部分邏輯表達式b）選擇序列的梯形圖M200=(M202*X002+M8002+M200(M201+M203)M202=(M201*X001+M203*X004+M202)*M200M200=(M203*X003+M8002+M200(M201+M204)M203=(M202*M205*X002+M203)*M200a）b）圖13-47并行序列功能表圖和梯形圖a）并行序列功能表圖和部分邏輯表達式b）并行序列梯形圖2．步進指令法步進指令法編程方式是利用STL和RET兩條指令編制順序控制梯形圖程序，即以步進的STL接點為主體，最后必須用RET指令返回。此種設計方法類似于上述的功能表圖法，不同的是步進指令法采用指令實現(xiàn)順序控制過程，采用狀態(tài)繼電器S與STL配合才具有進功能的方式來編程。步進指令法的設計步驟是：①列寫現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表；②根據控制要求畫出狀態(tài)轉移圖；③將狀態(tài)轉移圖轉化為順序功能梯形圖,并設計出對應的外接線圖；④列寫出梯形圖的程序清單。如上例的動力頭控制系統(tǒng)若采用步進指令法，它的設計過程是：①列寫現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表同上例（略）。②畫狀態(tài)轉移圖如圖13-48所示；③將狀態(tài)轉移圖轉化為順序功能梯形圖如圖13-49a所示，設計出對應的外接線圖同圖

13-45b；④列寫出程序清單如圖13-49b所示。圖13-48動力頭控制狀態(tài)轉移圖圖13-49動力頭的梯形圖和程序清單a)梯形圖b)程序清單對于復雜的控制系統(tǒng)，使用步進梯形指令的編程方法轉化梯形圖?？砂慈鐖D13-50所示的選擇序列與此對應的梯形圖，如圖13-51所示的并行序列與此對應的梯形圖進行設計與轉化。a)b)圖13-50選擇序列狀態(tài)轉移圖和梯形圖a）選擇序列狀態(tài)轉移圖b）選擇序列梯形圖a）b）圖13-51并行序列狀態(tài)轉移圖和梯形圖a）并行序列狀態(tài)轉移圖b）并行序列梯形圖13.5應用實例一、應用PLC對送料小車控制如圖13-52所示小車送料的工作過程的示意圖，其循環(huán)工作過程為：循環(huán)過程開始時，小車處于最左端，此時，裝料電磁閥YC1通電，開始裝料，延時20s；裝料結束，接觸器KM3、KM5得電，向右快行；碰到限位開關SQ2后，KM5失電，小車慢行；碰到SQ4時，KM3失電，小車停，電磁閥YC2得電，卸料開始，延時15s；卸料結束后，接觸器KM4、KM5得電，小車向左快行；碰到限位開關SQ1，KM5失電，小車慢行；碰到SQ3，KM4失電，小車停，裝料開始……如此周而復始。整個過程分為裝料、右快行、右慢行、卸料、左快行、左慢行六個狀態(tài)。整個流程循環(huán)往復，如圖13-53所示的狀態(tài)流程。圖13-52小車送料示意圖圖13-53狀態(tài)流程及轉換條件圖13-54狀態(tài)流程及轉換條件1．操作面板在實際生產過程中，為了滿足生產需要設置了多種不同的工作方式，如圖13-54所示的送料小車的操作面板的工作方式有全自動、半自動、單步、手動的幾種方式。2．輸入/輸出設備與PLC輸入/輸出點對照表對照表如表13-14所示。表13-14現(xiàn)場信號與PLC輸入/輸出點對照輸入輸出設備輸入點設備輸出點左快行限位開關SQ1X001裝料電磁閥YC1Y001右快行限位開關SQ2X002卸料電磁閥YC2Y002左行限位開關SQ3X003右行接觸器KM3Y003右行限位開關SQ4X004左行接觸器KM4Y004起動按鈕SB1X011快行接觸器KM5Y005停止按鈕SB2X012

右行手動按鈕SB3X005左行手動按鈕SB4X006裝料手動按鈕SB5X007卸料手動按鈕SB6X000轉換開關SA手動觸點A1X015單步觸點A2X014半自動觸點A3X0133．PLC的輸入/輸出接線圖圖13-55外部接線圖4．送料小車狀態(tài)轉移圖圖13-56狀態(tài)