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1、第五章 可编程序控制器应用 系统的程序编制,第一节 PLC应用系统的设计 第二节 经验设计法 第三节 逻辑设计法 第四节 波形图设计法,第一节 PLC应用系统的设计,一、梯形图的编程规则 二、PLC应用系统设计内容和步骤,一、梯形图的编程规则,梯形图的每个梯级都是从左母线开始，以继电器线圈或功能指令结束 在继电器线圈与右母线之间不能再接任何继电器的触点,所有输入继电器、输出继电器、内部工作继电器、定时器、计数器等触点的使用次数是无限的，且常开、常闭形式都可使用 在设计梯形图时，应使结构明晰，使之有明确的串、并联关系，不必用复杂的连接去节省触点的使用次数,输出继电器可以用做内部工作继电器，其触点
2、使用次数也是无限的 但输入继电器线圈的状态不能由程序写入，只能由输入端外接电器决定,继电器线圈不能与左母线直接相连,可通过系统提供的始终接通标志P_On来连接,什么是双线圈现象？ 绘制梯形图时为什么要防止双线圈现象？,两个或两个以上的继电器线圈不能串联使用,线圈可以并联使用,按照： “上重下轻、左重右轻” 的原则重新排列梯形图,绘制梯形图时怎样才能简化程序？,注意梯级的先后顺序 PLC的程序是按从上到下、从左到右的顺序执行的，所以在设计梯形图程序时，最好应考虑梯级的先后顺序，以缩短I/O响应时间,二、PLC应用系统设计内容和步骤,设计内容 拟定控制系统设计的技术条件 选择电气传动形式和电动机、
3、电磁阀等执行机构 操作面板的设计 选定PLC的型号 分配PLC的IO点（端子） 用相应的编程语言进行程序设计 设计操作台、电气柜及非标准电器部件 编写设计说明书和使用说明书,系统设计步骤,可编程序控制器应用系统设计的主要步骤, 深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求,被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程 控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等 对较复杂的控制系统，可用功能图表或状态流程图的形式全面表达出来，以利于编程和调试, 确定系统的输入、输出设备，并选择PLC类型,根据系统的I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合
4、适的PLC类型，包括机型、存储容量、I/O模块和电源模块的选择,根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备,按钮、开关、行程开关、传感器等,继电器、接触器、指示灯、电磁阀等,输入设备,输出设备,PLC机型选择,对于开关量控制的应用系统，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等，当对控制速度要求不高时，可选用微型PLC 对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，应选用带有模拟量输入输出模块且运算功能较强的小型PLC 对于控制比较复杂的中大型控制系统，如闭环控制、PID调节、通信联网等，可选用中、大型PLC 当系统的各个控制对象分布在不同的位置时，应根据各部分
5、的具体要求来选择PLC，以组成分布式控制系统,开关量输入模块的选择,选择开关量输入模块要根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电压的高低。一般24V以下属低电平，其传输距离不宜太远。距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠 对高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度，一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60,直流12V、24V，交流110V、220V等,共点输入、分隔输入等,工作电压,接线方式,8点、16点、32点、64点等,输入点数,开关量输出模块的选择,继电器输出价格便宜，使用电压范围广。但继电器有触点，对寿命有影响，且响应速度较慢，适用于
6、动作不频繁的交直流负载 晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的负载。感性负载在断开瞬间会产生较高反压，必须采取抑制措施 端子的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出端子不能直接驱动时，应增加中间驱动环节 输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流,选择开关量输出模块时主要考虑哪些方面的问题？,虽然PLC的I/O模块允许交叉配置，但为了容易识别和减少干扰，通常应怎样布置I/O模块？, 分配IO点,根据被控对象所连接的I/O模块，对PLC的输入输出继电器进行分配，列出I/O分配表 应合理安排内部工作继电器，详细列出各内部工作
7、继电器在程序中的用途，避免重复使用 分配定时器计数器。要注意不同类型定时器的编号不能相同，计数器也不能同号 数据存储器也应根据程序设计的需要合理安排，列出各DM通道在程序中的用途，以避免重复使用, 画出系统的控制流程图 或工作波形图,对较复杂的控制系统，在设计梯形图程序之前，应根据生产工艺要求先画出控制流程图或波形图，以清楚地表明每步动作的顺序和转换条件，方便PLC程序设计 对于简单的控制系统，可省去这一步, 设计应用系统的梯形图程序,根据控制要求，应用经验设计法、逻辑设计法或波形图设计法逐步编制梯形图程序 在编写程序过程中，充分利用一些典型程序段，可提高编程效率 编写程序过程中，要及时对编出
8、的程序进行注释，包括程序的功能，逻辑关系说明、设计思想、信号的来源和去向，以便阅读和调试, 将程序输入PLC,当使用简易编程器将程序输人PLC时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入 当使用PLC的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过RS232C电缆将程序下载到PLC中, 系统调试,第一阶段为模拟调试，以排除程序中的错误。在模拟调试时，外接适当数量的输入开关作为模拟输入信号，通过输出模块上的发光二极管来观察PLC的输出是否满足要求，发现问题立即修改和调整程序，直到满足控制要求 第二阶段为现场运行调试。如果控制系统由几个部分组成，则先作局部调试，然后进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可
9、先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功,如何进行程序的调试？, 编制技术文件,系统技术文件,第二节 经验设计法,经验设计法是指在典型控制环节程序段的基础上，根据被控对象的具体要求，凭经验进行组合、修改，以满足控制要求 这种设计方法没有普遍的规律可遵循，具有一定的试探性，其设计结果不是惟一的 经验设计法对于简单控制系统的设计是非常有效的，并且它是设计复杂控制系统的基础，要很好掌握 设计者平常要注意收集与积累工业控制系统和生产上常用的各种典型环节程序段，不断丰富自己的经验,【例1】设计某液体混合装置的PLC控制程序,按启动按钮，电磁阀YV1通电开通 当液位高
10、度到达I时，YV1断电关闭，而电磁阀YV2通电开通 当液位高度到达H时，YV2断电关闭，起动电动机M进行搅拌 1min后电动机M停止，YV3通电开通，放出混合液去下道工序 当液位下降到L时，再延时2s后使YV3断电，并自动开始下一循环 按下停机按钮后，不要立即停，而是待一个工作循环完成时才停止, 分析工艺过程，明确控制要求, 统计输入/输出点数并选择PLC型号,共有5个输入点 按钮2个 液位检测开关3 个 共有4个输出点 电磁阀3个 电动机接触器1个 可选用CJ系列PLC 16点开关量输入模块，分配地址CIO0000 16点开关量输出模块，分配地址CIO0001, 分配PLC输入输出点,PLC
11、 外部 接线, 画控制流程图,画控制流程图就是将整个系统的控制分解为若干步，并确定每步的转换条件，以方便梯形图设计, PLC梯形图程序设计,本例动作要求简单，可采用经验设计法 根据被控对象的控制功能，首先选择典型控制环节程序段 本例中电磁阀控制应选择自锁环节 由于所选择的程序段通常并不能完全满足实际控制的要求，所以还应对这些程序段进行组合、修改，以满足控制要求,初步设计的梯形图,初步设计的梯形图程序还存在哪些问题？,如何才能做到自动循环？ 改成自动循环后，在PLC上电但还没有按下启动按钮时，搅拌机会自行开始工作？ 放液体过程中，当 H液位I 时，电磁阀YV2会接通，如何解决？ 按了停止按钮后，
12、如何能够在工作了一个循环后停止？,存在问题,修改后的梯形图程序, 将程序输入PLC并调试,如果用简易编程器输入，则应先将梯形图转换成指令助记符程序 如果在计算机上用CX-Programmer软件编程，在CX-Programmer中设置好通信格式后，即可将计算机中的梯形图程序直接下载到PLC 程序输入到PLC后先进行模拟调试，在各指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，应借助编程工具联机查找原因，并排除之 模拟调试完成后，就可以进行整个系统的现场运行调试,【例】运料小车自动往返运动控制,运料小车在左端（由行程开关SQ1限位）装料，右端（由行程开关SQ2限位）卸料，控制要求：
13、运料小车起动后先向左行，到左端停下装料 20s后装料结束，开始右行，到右端停下卸料 10s后卸料完毕，又开始左行 如此自动往复循环，直到按下停止按钮, 分析工艺过程，明确控制要求, 统计输入/输出点数并选择PLC型号,共有4个输入点 按钮2个 行程开关2 个 共有2个输出点 左行接触器 右行接触器 可选用CJ系列PLC 16点开关量输入模块，分配地址CIO0000 16点开关量输出模块，分配地址CIO0001, 分配PLC输入输出点,PLC 外部 接线, 画控制流程图,按照动作的先后顺序，各步的工作内容以及转步条件，画出控制流程图, PLC梯形图程序设计,本例动作要求简单，可采用经验设计法 对
14、电动机的正转和反转控制应选择两个自锁环节组合起来 要根据延时与互锁的要求进行修改 由此可得初步设计的梯形图程序,初步设计的梯形图,问题：小车在两端位置时无法停止工作？,修改后的梯形图程序, 将程序输入PLC并调试,在计算机上打开CX-Programmer软件编程，设置好通信格式后，将计算机中的梯形图程序下载到PLC 程序输入到PLC后即可进行模拟调试，在各指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，并借助编程工具联机调试,第三节 逻辑设计法,工业控制中常用的继电器、接触器的触点只有两种逻辑状态，吸合或断开，因此，可用逻辑代数设计电器控制线路 PLC的早期应用就是替代继电器控制系统，因此用逻辑设计
15、方法同样也适用于PLC应用程序的设计 当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后，实现这个逻辑函数的梯形图也就确定了,基本逻辑函数和运算式与梯形图、指令助记符的对应关系,【例2】设计某通风机指示系统的PLC控制程序,某地下通风系统有3台通风机，要求在以下几种运行状态下应显示不同的信号 当两台及两台以上通风机运转时，绿灯亮 只有一台在运转时，黄灯闪烁 三台通风机都不运转时，红灯亮且报警 由控制要求可知，这是一个对地下通风系统进行监视的问题。显然，必须先将3台通风机的运行状态信号输入PLC，通过PLC控制各种运行状态的显示, 分析工艺过程，明确控制要求, 统计输入/输出点数并选择PLC型号,共
16、有3个输入点 3台通风机的运转检测信号 共有3个输出点 红色指示灯兼报警 绿色指示灯 黄色指示灯 可选用CJ系列PLC 16点开关量输入模块，分配地址CIO0000 16点开关量输出模块，分配地址CIO0001, 分配PLC输入输出点,PLC 外部 接线, 列状态表，并写出逻辑表达式,为了明确起见，将系统的工作状态以列表的形式表示出来 由于屏幕限制，下面将几种运行情况分开列表 为讨论问题方便 3台通风机分别用A、B、C表示， 绿、黄、红灯分别用F1、F2、F3表示,绿灯亮的状态表和逻辑表达式,黄灯闪烁的状态表和逻辑表达式,红灯亮且报警的状态表和逻辑表达式,根据逻辑表达式画出梯形图程序, 将程序
17、输入PLC并调试,在计算机上打开CX-Programmer软件编程，设置好通信格式后，将计算机中的梯形图程序下载到PLC 程序输入到PLC后即可进行模拟调试。以不同的组合模拟输入三台通风机运转信号，观察各种状态下输出指示灯的亮暗情况，应符合要求,第四节 波形图设计法,波形图设计法是根据控制要求先画出对应信号的工作波形图，然后找出各信号状态转换的时刻和条件，再对应时间用逻辑关系去组合，从而画出梯形图 波形图设计法对于按时间先后顺序动作的时序控制系统的设计尤为方便,【例3】设计某彩灯电路的PLC控制程序,某彩灯电路有A、B、C、D四组彩灯，工作过程为： B、C、D暗，A组亮2s； A、C、D暗，B
18、组亮2s； A、B、D暗，C组亮2s； A、B、C暗，D组亮2s； B、D两组暗，A、C两组同时亮1s； A、C两组暗，B、D两组同时亮1s。 然后按反复循环。要求用一个开关控制，开关闭合彩灯电路工作，开关断开彩灯电路停止工作, 分析工艺过程，明确控制要求, 统计输入/输出点数并选择PLC型号,有1个输入点 工作开关 共有4个输出点 A组彩灯 B组彩灯 C组彩灯 D组彩灯 可选用CJ系列PLC 16点开关量输入模块，分配地址CIO0000 16点开关量输出模块，分配地址CIO0001, 分配PLC输入输出点,PLC 外部 接线, 画波形图,按照时间的先后顺序关系，画出各信号在一个循环中的波形图
19、，分析波形图中有几个时间段需要控制，就使用几个定时器，并画出定时器的波形图 本例中4组彩灯工作一个循环由6个时间段构成，可用6个定时器TIM0001TIM0006加以控制 当工作开关SA接通后，TIM0001首先开始定时 TIM0001定时到接通TIM0002 TIM0002定时到接通TIM0003 TIM0006定时到断开TIM0001，从而开始新循环,彩灯电路工作波形图, 列出逻辑表达式并设计梯形图程序,根据波形图的对应关系，并结合输入/输出点分配，可列出各组彩灯的逻辑表达式,根据上面的逻辑表达式就可对应画出彩灯电路的梯形图程序,彩灯电路梯形图程序, 将程序输入PLC并调试,在计算机上打开CX-Programmer软件编程，设置好通信格式后，将计算机中的梯形图程序下载到PLC 程序输入到PLC后即可进行模拟调试。当工作开关接通后，观察A、B、C、D四组彩灯的亮暗状态，应符合要求,课堂练习,画出下列助记符程序对应的梯形图,课堂练习,写出下列梯形图的指令助记符程序,课堂练习,课堂练习,按下启动按钮，输出1.00外接指示灯亮 延时2小时后接通输出1.01 按下停止按钮，输出全部断开,设计满足下列要求的梯形图程序,