的编程及应用

通过前面介绍，可以看到，PLC的各种功能主要是通过软件实现的。随着可编程控制技术的不断发展，尤其是高级指令的使用，PLC与继电器－接触器控制逻辑的工作原理有了很大区别。在使用PLC梯形图编程的时候，要充分注意梯形图的编程基本原则和方法。

6.4.1 梯形图的编程基本原则和注意事项

1.编程的基本原则

(1)梯形图的每条逻辑线始于左母线，线圈接在最右边，线圈右边不允许有任何触点，如图6-35所示。

图6-35 规则(1)说明

(a)不正确电路;(b)正确电路

(2)各种继电器、定时器、计数器的触点可以反复使用，使用次数不限。

(3)线圈不能直接与左母线相连，如果需要，可在前面加一个未用过的内部继电器的常闭触点或使用特殊内部继电器R9010的常开触点来连接，如图6-36所示。

图6-36 规则(3)说明

(a)不正确电路;(b)正确电路

(4)同一编号的线圈在同一程序中不允许输出两次，否则进行软件编程时，将以逻辑错误对待。

(5)梯形图程序按照从左到右、从上到下的顺序执行。若不符合此顺序，则应进行等效变换。如图6-37所示的桥式电路就不能直接编程，可改画成图6-38所示梯形图。

图6-37 桥式电路

图6-38 改画后的桥式电路梯形图

(6)梯形图中串、并联一个触点的次数没有限制。

(7)两个或两个以上线圈可并联输出。

2.编程的注意事项

PLC编程应在满足功能的同时力求准确简洁，既操作方便又便于阅读。在进行梯形图变换时应遵循“上沉下轻”、“左沉右轻”的原则，即把串联触点较多的电路放在梯形图上方(如图6-39所示)，把并联触点较多的电路放在梯形图最左边(如图6-40所示)。经验证明，这样可以缩短程序总步数，减少程序所占内存空间。

图6-41 电路安排1

(a)电路安排不当;(b)电路安排得当

图6-40 电路安排2

(a)电路安排不当;(b)电路安排得当

另外，编程时应尽量使梯形图逻辑关系清楚，便于阅读检查，必要时，可增加相关触点。

6.4.2 常闭触点输入信号的处理

在PLC实际编程时，要注意常闭触点输入信号的处理。

图6-41(a)是控制电动机运行的继电器－接触器电路图。SB1和SB2分别是启动按钮和停止按钮，在I/O接线时，如果接入PLC的是SB1的常开触点和SB2的常闭触点(见图6-41(b))，按下SB2，其常闭触点断开，X1变为“0”状态，它的常开触点断开，显然在梯形图中应将X1的常开触点与Y0的线圈串联(见图6-41(c))。但是这时在梯形图中所用的X1的触点类型与PLC外接SB2的常开触点时刚好相反。由此可见，应尽可能用常开触点给PLC提供输入信号。

图6-41 常闭触点输入

(a)继电器－接触器电路图;(b)PLC接线图;(c)梯形图程序

如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入全部为常开触点来设计，然后将梯形图中相应的输入继电器的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点，也能保证程序功能的正确性。

6.4.3 PLC的基本应用程序

在PLC程序设计中，常用一些基本程序，这些典型、简单的基本程序可作为基本模块，在编制大型复杂程序时可随意调用，从而缩短编程时间。下面介绍一些典型基本应用程序。

1.启动复位控制

这是梯形图中最常用的基本环节。控制要求:X0闭合，Y0得电并保持;X1闭合，Y0失电。可以通过以下3种方法实现。

图6-42 方法一

方法一:基本输入、输出指令实现启动复位控制，如图6-42所示。

方法二:置位、复位指令实现启动复位控制，如图6-43所示。

图6-43 方法二

方法三:保持指令实现启动复位控制，如图6-44所示。

图6-44 方法三

2.时间控制

时间控制在PLC控制系统中应用非常多，大部分用于延时、定时和脉冲控制。

1)延时控制

编程时可通过定时器或计数器指令实现延时控制。在图6-45所示电路中，时间继电器TMX1起到延时30×0.1=3s的作用。即当X1闭合3s后，Y1线圈得电。此外，可以利用多个时间继电器的组合来实现更长时间的延时，图6-46为利用两个时间继电器组合以实现30s的延时，即Y0在X0闭合30s后得电。

图6-45 延时电路

图6-46 两个定时器组合实现长延时

2)脉冲电路

利用定时器可方便地产生脉冲序列，可通过改变定时器时间常数灵活调节方波脉冲的周期和占空比。图6-47为两个定时器产生方波的程序，周期为2s，占空比为1∶2。

3.顺序控制

在生产机械的控制领域中，顺序控制应用广泛。利用PLC不同指令均可实现顺序控制，且简洁清晰，易于阅读。下面介绍几种常用的顺序控制程序。

图6-47 脉冲发生器

1)用步进指令实现顺序控制

步进指令因表达程序流程清晰，逻辑简单，应作为顺序控制的首选指令。图6-48为用步进指令编写的顺序控制程序。功能为:当X1得电，Y0输出;当X2得电，Y1输出，同时Y0断开;当X3得电，Y2输出，同时Y1断开;当X4得电，复位步进2，即Y2断开。

2)用定时器实现顺序控制

图6-49是用定时器编写的梯形图程序。程序功能为:当X0总启动开关闭合后，Y0先接通;经过5s后Y1接通，同时将Y0断开;再经过5s后Y2接通，同时将Y1断开;又经过5s则Y3接通，同时将Y2断开;再经过5s又将Y0接通，同时将Y3断开;如此往复循环，实现了顺序启动/停止的控制。

图6-48 用步进指令实现顺序控制的程序

图6-49 用定时器实现顺序控制的程序

3)用计数器实现顺序控制

图6-50是用计数器编写的梯形图程序，此程序利用减1计数器进行计数，由控制触点X0闭合的次数来控制各输出接通的顺序。程序功能为:当X0第一次闭合时Y0接通;第二次闭合时Y1接通;第三次闭合时Y2接通;第四次闭合时Y3接通，同时将计数器复位，又开始下一轮计数;如此往复，实现了顺序控制。

(4)用移位指令实现顺序控制

图6-51是用左移移位指令编写的梯形图程序，程序中，X0为移位脉冲控制触点，X0每闭合一次WR0左移一位。R50和R51是内部继电器，R50用作移位数据输入，R51用作复位，初始WR0各位全是0。程序功能为:当X0第一次闭合时移入一个1，于是R0接通，Y0被接通，同时“R0/”被断开，所以R50也被断开，此时移位输入变为“0”。此后X0每闭合一次，则第一次移入的“1”左移一位，使WR0的一位接通，从而接通一个输出端，如此实现了将各输出顺序接通;当X0第四次闭合时，将R51接通，于是Y3接通，同时使WR0复位，于是又开始新一轮循环。

图6-50 用计数器实现顺序控制的程序

图6-51 用移位指令实现顺序控制的程序

6.4.4 PLC控制系统设计

1.PLC控制系统设计基本原则

在对PLC的基本配置和指令系统有了一定的了解之后，就可以用PLC构成一个实际的控制系统，这种系统的设计就是PLC的应用设计。在设计PLC应用系统时，应遵循以下基本原则。

(1)充分发挥PLC的功能，最大限度地满足用户提出的各项性能指标。

(2)确保控制系统安全可靠、稳定运行。

(3)力求控制系统简单、经济、易操作、维护方便。

(4)适应发展的需求，硬件软件具有可扩展性。

2.PLC控制系统设计的主要内容

(1)深入了解、分析被控对象，如受控的机械、电气设备、生产过程等以及控制的基本方式、完成的动作、必要的保护等，明确设计任务和技术条件。

(2)确定用户输入设备和输出设备。

(3)选择PLC机型，包括容量的选择、I/O模块选择等，在满足功能前提下注意经济性。

(4)分配I/O。

(5)设计梯形图控制程序。要正确、可靠地设计梯形图程序，这是PLC控制系统设计中最关键、最核心的部分。

(6)编制控制系统相关技术文件，如说明书、电气原理图、电器布线图、原件明细表、PLC梯形图等。

3.PLC控制系统设计的一般步骤

PLC控制系统设计的一般步骤如图6-52所示。

图6-52 PLC控制系统设计一般步骤

6.4.5 PLC编程实例

1.运料小车控制

运料小车如图6-53所示，动作要求如下。

图6-53 运料小车示意图

(1)小车可在A、B两地分别启动。A地启动后，小车后退先返回A地，停车1min等待装料;然后自动驶向B地;到达B地后停车1min等待卸料;然后返回A地，如此往复。若从B地启动，小车前进先驶向B地，停车1min等待卸料;然后自动驶向A地，停车1 min等待装料;如此往复。

(2)小车运动到达任意位置，均可用手动停车开关令其停车。再次启动后，小车重复(1)中内容。

(3)小车前进、后退过程中，分别由指示灯指示其行进方向。

下面将此电路改为梯形图。

1)I/O分配

I/O分配见表6-20。

表6-20 I/O分配表

共需9个I/O点:5个输入、4个输出。其他均可用内部继电器代替，如延时继电器可用内部定时器代替。这样可使电路简化。

2)梯形图

按照继电器－接触器控制电路图的要求，用PLC规定的符号能方便地画出梯形图，如图6-54所示。这里T1和T2分别用作装料、卸料延时。另外，该程序也可用步进语句编写。

2.物流检测

图6-55是一个物流检测示意图。图中有3个光电传感器BL1、BL2、BL3。BL1检测有无次品到来，有次品到则“ON”;BL2为检测物品到来的传感器，它检测凸轮的凸起，凸轮每转一圈则发一个移位脉冲，代表有一个物品到来;BL3检测有无次品落下。SB是手动复位按钮，图中未画。当次品移至4号位时，要求控制电磁阀YV打开使次品落到次品箱内。若无次品则物品移至传送带右端，自动掉入正品箱内，实现了正品和次品的分开。

根据此任务可设计该检测系统如下。

图6-54 运料小车控制梯形图

1)I/O分配

I/O分配见表6-21。

表6-21 I/O分配表

2)梯形图

梯形图如图6-56所示。

图6-55 物流检测示意图

图6-56 物流检测梯形图

说明:当无次品来时，X0总是“OFF”，于是当移位发生时WR0中R0位输入“0”。每来一个次品，X1则“ON”一次，即发一次移位脉冲，于是WR0中左移一位。但因输入全是“0”，故移位后各位也全是“0”，于是R4总是“OFF”，此时Y0不得电，电磁阀闭合，正品全部落入正品箱里面。WR0与R4的关系如图6-57所示。

图6-57 WR0与R4关系

当有次品来时，X0为“ON”，此时WR0中R0位输入“1”。此后每来一个物品则X1为“ON”一次，发一个移位脉冲，使WR0中的“1”左移一位。到第4个移位脉冲来时恰好这个“1”移至R4位上，于是R4为“ON”，将Y0接通，电磁阀打开，次品落下(此时次品也恰好移到传送带的4号位上)。BL3检测到次品落下后，X2为“ON”，使Y0为“OFF”，电磁阀重新关闭。

3.四组抢答器

图6-58 八段码显示

一个四组抢答器，任意一组抢先按下按键后，显示器能及时显示该组的编号并使蜂鸣器发出响声，同时锁住抢答器，使其他组按键无效。抢答器有复位开关，复位后可重新抢答。

显示器上通过八段码来显示抢答组的组号，如图6-58所示。

根据此任务可设计该检测系统如下。

1)I/O分配

I/O分配见表6-22。

表6-22 I/O分配表

2)梯形图

梯形图如图6-59所示。

假设1组抢先按下抢答键，X0得电，内部继电器R1得电并保持。此时R1常闭触点断开，若2、3、4组再按下各自抢答键(X1、X2、X3得电)，R2、R3、R4也无法得电，保证了首先按动抢答键之后其他组按键无效。R1常开触点闭合，使得Y0、Y2、Y3得电，八段码显示屏上b、c两段得电，显示为数字1，同时蜂鸣器发出声响。当回答问题结束，按动复位按钮X5，R1失电，Y0、Y2、Y3失电，八段码显示屏无任何显示。

图6-59 四组抢答器梯形图

当2、3、4组抢先按下抢答键时，程序分析与上类似。

4.液体自动混合

有一个3种液体自动混合装置，如图6-60所示。初始状态下，容器是空的，Y1、Y2、Y3、Y4电磁阀和搅拌机均为OFF，液面传感器L1、L2、L3均为OFF。按下启动按钮，开始下列操作。

(1)控制液体A的电磁阀Y1闭合(Y1=ON)，开始注入液体A，至液面高度为L3(L3=ON)时，停止注入液体A(Y1=OFF)，同时开启控制液体B的电磁阀Y2(Y2=ON)注入液体B，当液面高度为L2(L2=ON)时，停止注入液体B(Y2=OFF)，同时开启控制液体C的电磁阀Y3(Y3=ON)注入液体C，当液面高度为L1(L1=ON)时，停止注入液体C(Y3=OFF)。

(2)停止液体C注入时，开启搅拌电动机M(M=ON)，搅拌混合时间为10s。

(3)停止搅拌后加热器H开始加热(H=ON)。当混合液温度达到某一指定值时，温度传感器T动作(T=ON)，加热器H停止加热(H=OFF)。

图6-60 3种液体自动混合装置简图

(4)开始放出混合液体(Y4=ON)，至液体高度降为L3后，再经5s停止放出(Y4=OFF)。

根据此任务可设计该检测系统如下。

1)I/O分配

I/O分配见表6-23。

表6-23 I/O分配表

2)梯形图

梯形图如图6-61所示。

5.机械手控制

在自动生产流水线中，有一机械手，负责将物品由传送带A传送至传送带B上。其工作示意图如图6-62所示。

工作过程描述:初始状态下机械手位置如图6-62所示。按动启动按钮X0，机械手手臂上升，至上限位后左旋，至左限位后下降，至下限位后停止，此时传送带A运行。当光电传感器X7检测到物品时，传送带A停止，机械手实现“抓”动作，至抓限位后上升，至上限位后右旋，至右限位后下降，至下限位后机械手实现“放”动作，2s后机械手再次上升，以此循环。当按动停止按钮X1，机械手停止工作。

图6-61 3种液体自动混合梯形图

根据此任务可设计该检测系统如下。

1)I/O分配

I/O分配见表6-24。

表6-24 I/O分配表

图6-62 机械手工作示意图

2)梯形图

(1)用移位指令编写的机械手控制程序如图6-63所示，虽然这是一个典型的步进顺序控制系统，但程序中使用移位指令实现这一控制，思路巧妙，结构清晰，很值得借鉴。

(2)用步进指令编写的机械手控制程序如图6-64所示，程序中使用了步进指令实现控制。虽然程序稍长，但可保证其动作顺序有条不紊，一环紧扣一环，表现出步进指令的突出优点，即使有误操作也不会造成混乱。