PLC梯形圖程序設(shè)計基礎(chǔ)及經(jīng)驗設(shè)計

梯形圖（LAD， LadderLogic Programming Language）是PLC使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。

梯形圖語言沿襲了繼電器控制電路的形式，梯形圖是在常用的繼電器與接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡化了符號演變而來的，具有形象、直觀、實用等特點，電氣技術(shù)人員容易接受，是運用上最多的一種PLC的編程語言。

在PLC程序圖中，左、右母線類似于繼電器與接觸器控制電源線，輸出線圈類似于負(fù)載，輸入觸點類似于按鈕。梯形圖由若干階級構(gòu)成，自上而下排列，每個階級起于左母線，經(jīng)過觸點與線圈，止于右母線。

plc控制的基本電路

1 單輸出自鎖控制電路

啟動信號I0.0和停止信號I0.1持續(xù)為ON的時間般都短。該電路最主要的特點是具有“記憶”功能。

2 多輸出自鎖控制電路（置位、復(fù)位）

多輸出自鎖控制即多個負(fù)載自鎖輸出，有多種編程方法，可用置位、復(fù)位指令

單向順序啟?？刂齐娐?/p>

單向順序啟動控制電路是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，生產(chǎn)過程中的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動有序動作。只有Q0.0啟動后，Q0.1方可啟動，Q0.2必須在Q0.1啟動完成后才可以啟動。

2. 單向順序停止控制電路就是要求按一定順序停止已經(jīng)執(zhí)行的各機(jī)構(gòu)。只有Q0.2被停止后才可以停止Q0.1，若想停止Q0.0，則必須先停止Q0.1。I0.4為急停按鈕

4 延時啟?？刂齐娐?/p>

延時啟動控制 設(shè)計延時啟動程序，要利用中間繼電器（內(nèi)部存儲器M）的自鎖狀態(tài)使定時器能連續(xù)計時。定時時間到，其常開觸點動作，使Q0.0動作。

2.延時停止控制 定時時間到，延時停止。I0.0為啟動按鈕、I0.1為停止按鈕。

3.延時啟?？刂齐娐吩撾娐芬笥休斎胄盘柡?，停一段時間輸出信號才為ON；而輸入信號0FF后，輸出信號延時一段時間才OFF。T37延時3 s作為Q0.0的啟動條件，T38延時5 s作為Q0.0的關(guān)斷條件。

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經(jīng)驗設(shè)計法及注意事項

應(yīng)用程序設(shè)計過程中，應(yīng)正確選擇能反映生產(chǎn)過程的變化參數(shù)作為控制參量進(jìn)行控制；應(yīng)正確處理各執(zhí)行電器、各編程元件之間的互相制約、互相配合的關(guān)系，即互鎖關(guān)系。應(yīng)用程序的設(shè)計方法有多種，常用的設(shè)計方法有經(jīng)驗設(shè)計法、順序功能圖法等。

1 經(jīng)驗設(shè)計法

經(jīng)驗設(shè)計法要求設(shè)計者具有較豐富的實踐經(jīng)驗，掌握較多的典型應(yīng)用程序的基本環(huán)節(jié)。根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的要求，憑經(jīng)驗選擇基本環(huán)節(jié)，并把它們有機(jī)地組合起來。其設(shè)計過程是逐步完善的，一般不易獲得最佳方案。程序初步設(shè)計后，還需反復(fù)調(diào)試、修改和完善，直至滿足被控對象的控制要求。

經(jīng)驗設(shè)計法的設(shè)計不規(guī)范，沒有一個普遍的規(guī)律可循，具有一定的試探性和隨意性。

編寫梯形圖程序時應(yīng)遵循的規(guī)則：

（1）“輸入繼電器”的狀態(tài)由外部輸入設(shè)備的開關(guān)信號驅(qū)動，程序不能隨意改變它。

（2）梯形圖中同一編號的“繼電器線圈”只能出現(xiàn)一次，通常不能出現(xiàn)，但是它的觸點可以無限次地重復(fù)使用。

編寫梯形圖程序時應(yīng)遵循的規(guī)則：

（3）幾個串聯(lián)支路相并聯(lián)，應(yīng)將觸點多的支路安排在上面；幾個并聯(lián)回路的串聯(lián)，應(yīng)將并聯(lián)支路數(shù)多的安排在左面。按此規(guī)則編制的梯形圖可減少用戶程序步數(shù)，縮短程序掃描時間。

（4） 程序的編寫按照從左至右、自上至下的順序排列。一個梯級開始于左母線，終止于右母線，線圈與右母線直接相連。

①橋式電路必須修改后才能畫出梯形圖。

②非橋式復(fù)雜電路必須修改后才能畫出梯形圖

2 注意事項

（1）先編制I／O分配表，后設(shè)計梯形圖。先對輸入、輸出信號及內(nèi)部線圈進(jìn)行編號分配，再確定PLC各輸入/輸出接線端子的實際接線圖。

（2）合理排列梯形圖，使輸入/輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象不影響實際響應(yīng)速度。通?？筛鶕?jù)工藝流程圖按動作先后順序排列各輸出線圈，同時兼顧內(nèi)部線圈、時間繼電器等線圈的排列順序，使輸入／輸出延遲響應(yīng)不影響實際輸出對響應(yīng)速度的要求。

（3）高速計數(shù)指令、高速脈沖輸出指令應(yīng)盡量放在整個用戶程序的前部。由于高速計數(shù)器和高速脈沖串發(fā)生器與CPU之間的信息交換是在I／O掃描時進(jìn)行的，所以在執(zhí)行其他命令時就可能影響高速計數(shù)器、高速脈沖串發(fā)生器與CPU之間的信息交換，甚至有可能丟失脈沖。

（4）在PLC輸入端子接線圖中，對于同一個發(fā)信元件，通常只需選其中某一觸點（例如常開觸點或常閉觸點）接入輸入端子，即對一個發(fā)信元件，它只能占一個輸入地址編號。

（ 5）合理接入輸入信號的觸點（常開或常閉觸點），提高設(shè)備的可靠性、安全性。PLC實際I／O接線圖中，某輸入信號（如按鈕）究竟是接入電器的常開觸點還是常閉觸點，應(yīng)從設(shè)備的可靠性、安全性角度考慮。當(dāng)輸入端接線故障斷線時，設(shè)備狀態(tài)應(yīng)向著安全的狀態(tài)發(fā)展。因此， 停止按鈕應(yīng)以常閉觸點接入PLC輸入接線端子，而啟動按鈕應(yīng)以常開觸點接入PLC輸入接線端子（為便于理解，本書前面章節(jié)各圖均按常開觸點接入處理）。

（6）從安全考慮，重大安全部分不接入PLC的輸入端，而做硬件處理。例如，緊急停車按鈕、互鎖觸點、緊急限位開關(guān)、熱繼電器控制觸點等，接至PLC的輸出端子上，直接對輸出負(fù)載（KM1、KM2）進(jìn)行控制，以保證PLC故障時不損壞設(shè)備，不造成重大安全事故。

（7）應(yīng)保證有效輸入信號的電平保持時間。要保證輸入信號有效，輸入信號的電平保持時間必須大于PLC一個掃描周期。除非對開關(guān)量輸入信號設(shè)置允許脈沖捕捉功能，這樣就允許PLC捕捉到持續(xù)時間很短的脈沖。

（8）PLC指令的執(zhí)行條件有信號電平有效和跳變有效的區(qū)別，編程時應(yīng)加以注意。

（9）由電氣控制圖轉(zhuǎn)換為梯形圖時應(yīng)注意：對舊設(shè)備改造時可借鑒原繼電器控制電路圖轉(zhuǎn)換為梯形圖。 繼電器控制電路圖中的電器觸點大多為先斷后合型，而PLC梯形圖中的“軟繼電器”的常開觸點和常閉觸點的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是同時發(fā)生的。設(shè)計梯形圖時可使用延遲電路（如利用內(nèi)部時間繼電器延遲或利用PLC循環(huán)掃描工作方式而產(chǎn)生的輸入/輸出延遲響應(yīng)）來模擬先斷后合型電器的功能。

順序功能圖與設(shè)計法

功能圖及其組成

功能表圖（Function Chart Diagram）是用圖形符號和文字?jǐn)⑹鱿嘟Y(jié)合的方法，全面描述控制系統(tǒng)，含電氣、液壓、氣動和機(jī)械控制系統(tǒng)或系統(tǒng)某些部分的控制過程、功能和特性的一種通用語言。在功能表圖中，把一個過程循環(huán)分解成若干個清晰的連續(xù)階段，稱為“步”（Step），步與步之間由“轉(zhuǎn)換”分隔。當(dāng)兩步之間的轉(zhuǎn)換條件滿足，并實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，上一步的活動結(jié)束，而下一步的活動開始。一個過程循環(huán)分的步越多，對過程的描述就越精確。

1.步

在控制系統(tǒng)的一個工作周期中，各依次順序相連的工作階段，稱為步或工步，用矩形框和文字（或數(shù)字）表示。步有兩種狀態(tài)：“活動步、“非活動步” 、“初始步”：一系列活動步?jīng)Q定控制過程的狀態(tài)。對應(yīng)控制過程開始階段的步，每一個功能表圖至少有一個初始步，初始步用雙線矩形框表示。

2.動作

在功能表圖中，命令（Command）或稱動作（AcTIon）用矩形框文字和字母符號表示，與對應(yīng)步的符號相連。一個步被激活，能導(dǎo)致一個或幾個動作或命令，亦即對應(yīng)活動步的動作被執(zhí)行。若某步為非活動步，對應(yīng)的動作返回到該步活動之前的狀態(tài)。對應(yīng)活動步的所有動作被執(zhí)行，活動步的動作可以是動作的開始、繼續(xù)或結(jié)束。若有幾個動作與同一步相連，這些動作符號可水平布置，也可垂直布置。

3.有向連線

有向連線將各步按進(jìn)展的先后順序連接起來，它將步連接到轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換連接到步。有向連線指定了從初始步開始向活動步進(jìn)展的方向與路線。有向連線可垂直或水平布置。為了使圖面更加清晰，個別情況下也叫用斜線。在功能表圖中，進(jìn)展的走向總是從上至下、從左至右，因此有向連線的箭頭可以省略。如果不遵守上述進(jìn)展規(guī)則，必須加注箭頭。若垂直有向連線與水平有向連線之間沒有內(nèi)在聯(lián)系，允許它們交叉，但當(dāng)有向連線與同一進(jìn)展相關(guān)時，則不允許交叉。在繪制功能表圖時，因圖較復(fù)雜或用幾張圖表示有向連線必須中斷，應(yīng)注明下一步編號及其所在的頁數(shù)。

4.轉(zhuǎn)換

在功能表圖中，生成活動步的進(jìn)展是按有向連線指定的路線進(jìn)行的，進(jìn)展由一個或幾個轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)來完成。轉(zhuǎn)換的符號是一根短畫線，與有向連線相交，轉(zhuǎn)換將相鄰的兩個步隔開。如果通過有向連線連接到轉(zhuǎn)換符號的所有前級步都是活動步，該轉(zhuǎn)換為“使能轉(zhuǎn)換”，否則該轉(zhuǎn)換為“非使能轉(zhuǎn)換”。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換為使能轉(zhuǎn)換且轉(zhuǎn)換條件滿足時，該轉(zhuǎn)換才被實現(xiàn)。某轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，所有與有向連線和相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步被激活，而所有與有向連線和相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的前級步均為非活動步。

5. 轉(zhuǎn)換條件

轉(zhuǎn)換條件標(biāo)注在轉(zhuǎn)換符號近旁，轉(zhuǎn)換條件可以用3種方式表示。

（1）文字語句：b、c觸點中任何一個閉合，觸點a同時閉合。

（2）布爾表達(dá)式：a（b+c）。（3）圖形符號：

所謂轉(zhuǎn)換條件是指與該轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯變量，可以是真（1），也可以是假（0）。如果邏輯變量為真，轉(zhuǎn)換條件為“l(fā)”，轉(zhuǎn)換條件滿足；如果邏輯變量為假，轉(zhuǎn)換條件為“0”，轉(zhuǎn)換條件不滿足。只有當(dāng)某使能步轉(zhuǎn)換條件滿足時，轉(zhuǎn)換才

功能表圖的基本結(jié)構(gòu)

功能表圖的基本結(jié)構(gòu)：單序列結(jié)構(gòu)、選擇序列結(jié)構(gòu)、合并序列結(jié)構(gòu)

選擇序列的開始稱為 分支，轉(zhuǎn)換符號只能標(biāo)在水平線之下，每個分支上必須具有一個或一個以上的轉(zhuǎn)換條件，且具有優(yōu)先級。

選擇序列的結(jié)束稱為 合并，幾個選擇序列合并到一個公共序列時，轉(zhuǎn)換符號只能標(biāo)在水平線之上。

并行序列用雙水平線表示，轉(zhuǎn)換符號在雙水平線之上，為公共轉(zhuǎn)換條件。

并行序列的結(jié)束稱為合并。轉(zhuǎn)換符號在水平線以下，當(dāng)雙水平線之上的所有前級都處于活動狀態(tài)時，且轉(zhuǎn)換條件成立，則下一步被激活。同時所有前級步都變?yōu)椴换顒硬健?/p>

繪制原則及注意事項

1.控制系統(tǒng)功能圖的繪制必須滿足以下規(guī)則。

（1）狀態(tài)與狀態(tài)不能相連，必須用轉(zhuǎn)移分開。

（2）轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移不能相連，必須用狀態(tài)分開。

（3）狀態(tài)與轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移與狀態(tài)之間的連接采用有向線段，自上向下畫時，可以省略箭頭。當(dāng)有向線段從下向上畫時，必須畫上箭頭，以表示方向。

（4）一個功能圖至少要有一個初始狀態(tài)。

2.注意事項

（1）順控指令僅對元件S有效，順控繼電器S也具有一般繼電器的功能，所以對它能夠使用其他指令。

（2）SCR段程序能否執(zhí)行取決于該狀態(tài)器（s）是否被置位，SCRE與下一個LSCR之間的指令邏輯不影響下一個SCR段程序的執(zhí)行。

（3）不能把同一個S位用于不同程序中，例如：如果在主程序中用了S0．1，則在子程序中就不能再使用它了。

（4）在SCR段中不能使用JMP和LBL指令，就是說不允許跳入、跳出或在內(nèi)部跳轉(zhuǎn)，但可以在SCR段附近使用跳轉(zhuǎn)和標(biāo)號指令。

（5）在SCR段中不能使用FOR、NEXT和END指令。

（6）在狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移后，所有的SCR段的元器件一般也要復(fù)位。如果希望繼續(xù)輸出，可使用置位/復(fù)位指令。

（7）在使用功能圖時，狀態(tài)器的編號可以不按順序編排。

用SCR指令的順序控制梯形圖設(shè)計方法

單序列順序功能圖的編程

這是最簡單的功能圖，其動作是一個接一個地完成的。每個狀態(tài)僅連接一個轉(zhuǎn)移，每個轉(zhuǎn)移也僅連接一個狀態(tài)。如圖示為單流程的功能圖、梯形圖和語句表。

選擇序列編程

在生產(chǎn)實際中，對具有多流程的工作，要進(jìn)行流程選擇或者分支選擇。即一個控制流可能轉(zhuǎn)入多個可能的控制流中的某一個，但不允許多路分支同時執(zhí)行。到底進(jìn)入哪一個分支，取決于控制流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個為真。

并行序列編程

在許多實例中，一個順序控制狀態(tài)流必須分成兩個或多個不同分支的控制狀態(tài)流，這就是并行分支。當(dāng)一個控制狀態(tài)流分成多個分支時，所有的分支控制狀態(tài)流必須同時激活。當(dāng)多個控制流產(chǎn)生的結(jié)果相同時，可以把這些控制流合并成一個控制流，即并行分支的連接。在合并控制流時，所有的分支控制流必須都是完成了的。這樣，在轉(zhuǎn)移條件滿足時才能轉(zhuǎn)移到下一個狀態(tài)。并行順序一般用雙水平線表示，同時結(jié)束若干個順序也用雙水平線表示。