用“经验设计法”编写PLC 梯形图程序宁波技师学院电气系王柏华
一、经验设计法简介 梯形图程序设计是可编程控制器应用中最关键的问题,PLC 梯形图程序设计常用方法有: 经验设计法、顺序控制设计法和逻辑代数设计法等。 PLC 梯形图程序用“经验设计法”编写, 是沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图, 即在某些典型电路的基础上, 根据被控对象对控制系统的具体要求, 不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地进行调试和修改梯形图, 不断地增加中间编程元件和辅助触点, 最后才能得到一个较为满意的结果。因此, 所谓的经验设计法是指利用已经的经验( 一些典型的控制程序、控制方法等), 对其进行重新组合或改造, 再经过多次反复修改, 最终得出符合要求的控制程序。 这种设计方法没有普遍的规律可以遵循, 具有很大的试探性和随意性, 最后的结果也不是唯一的, 设计所用的时间、设计质量与设计者的经验有很大的关系, 因此有人就称这种设计方法为经验设计法, 它是其他设计方法的基础, 用于较简单的梯形图程序设计。 用经验设计法编程, 可归纳为以下四个步骤: (1) 控制模块划分( 工艺分析) 。在准确了解控制要求后, 合理地对控制系统中的事件进行划分, 得出控制要求有几个模块组成、每个模块要实现什么功能、因果关系如何、模块与模块之间怎样联络等内容。划分时, 一般可将一个功能作为一个模块来处理, 也就是说, 一个模块完成一个功能。 (2) 功能及端口定义。对控制系统中的主令元件和执行元件进行功能定义、代号定义与I/O 口的定义( 分配), 画出I/O 接线图。对于一些要用到的内部元件, 也要进行定义, 以方便后期的程序设计。在进行定义时, 可用资源分配表的形式来进行合理安排元器件。 (3) 功能模块梯形图程序设计。根据已划分的功能模块, 进行梯形图程序的设计, 一个模块, 对应一个程序。这一阶段的工作关键是找到一些能实现模块功能的典型的控制程序, 对这些控制程序进行比较, 选择最佳的控制程序( 方案选优), 并进行一定的修改补充, 使其能实现所需功能。这一阶段可由几个人一起分工编写程序。 (4) 程序组合, 得出最终梯形图程序。对各个功能模块的程序进行组合, 得出总的梯形图程序。组合以后的程序, 它只是一个关键程序, 而不是一个最终程序( 完善的程序), 在这个关键程序的基础上, 需要进一步的对程序进行补充、修改。经过多次反复的完善, 最后要得出一个功能完整的程序。 因此, 在程序组合时, 一方面要注意各个功能模块组合的先后顺序; 二是要注意各个功能模块之间
PLC程序的经验设计法 1、PLC程序的经验设计法 在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图程序，即在已有的典型梯形图的基础上，根据被控对象对控制的要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。 这种方法没有普遍的规律可以遵循，设计所用的时间、设计的质量与编程者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法称为经验设计法。 它可以用于逻辑关系较简单的梯形图程序设计。 用经验设计法设计PLC程序时大致可以按下面几步来进行：分析控制要求、选择控制原则；设计主令元件和检测元件，确定输入输出设备；设计执行元件的控制程序；检查修改和完善程序。 2、经验设计法的特点 经验设计法对于一些比较简单程序设计是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也就比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验，对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。经验设计法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，往往
需经多次反复修改和完善才能符合设计要求，所以设计的结果往往不很规范，因人而异。经验设计法一般适合于设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序（如手动程序等）。如果用来设计复杂系统梯形图，存在以下问题： 1)．考虑不周、设计麻烦、设计周期长 用经验设计法设计复杂系统的梯形图程序时，要用大量的中间元件来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些问题。修改某一局部程序时，很可能会对系统其它部分程序产生意想不到的影响，往往花了很长时间，还得不到一个满意的结果。 2)．梯形图的可读性差、系统维护困难 用经验设计法设计的梯形图是按设计者的经验和习惯的思路进行设计。因此，即使是设计者的同行，要分析这种程序也非常困难，更不用说维修人员了，这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。
第五章梯形图程序设计方法 由于PLC所有控制功能都是以程序的形式来实现的，因此程序设计对PLC 的应用是很重要的。PLC的应用主要包括开关量控制和模拟量控制2类。本章仅介绍开关量控制程序的设计方法。 不同类型的控制问题所采用的设计方法不尽相同，主要的梯形图程序设计方法有： (1)逻辑设计法：对控制任务进行逻辑分析和综合，将控制电路中元器件的通断状态看作以触点通断状态为逻辑变量的逻辑函数，并进行化简，利用PLC 的逻辑指令即可得到控制程序的设计方法。这种方法主要用于组合逻辑问题的程序设计。 (2)时序图设计法：当PLC各输出信号按照固定的时间间隔发生先后变化时，可以根据输出信号的时间先后关系来设计程序的一种方法。 (3)经验设计法：要求设计者透彻理解PLC各种指令的功能，凭着对各种典型控制环节和基本单元电路的设计经验，选择各种指令并进行修改和完善相应程序的方法。 (4)顺序控制设计法：当控制要求满足一定的先后顺序时，可以将系统的l 个工作周期划分为若干个顺序相连的步，每个步对应一种操作状态，并分析清楚相邻步的转换条件，进而绘制功能图，再按一定的规则转化为梯形图程序的设计方法。这种方法主要用于解决顺序控制问题，包括单一顺序、选择顺序和并发顺序控制问题。 (5)继电器控制电路图转换设计法：在继电器控制电路图的基础上，经过选择相应指令和合理转换后，就能设计出符合要求的控制程序的方法。 在介绍以上程序设计方法的基础上，还将以实例来介绍具有多种工作方式的系统的控制程序设计思路。 5.1 逻辑设计法 当控制对象是开关量且按照它们之间的逻辑关系来实现控制时，可用逻辑设计法来设计控制程序。逻辑设计法就是根据输入量、输出量及其他变量之间的逻辑关系来设计程序的一种方法。下面以1个简单的控制为例介绍这种编程方法。 例1 某系统中有4台通风机，设计1个监视系统，监视通风机的运转。要求如下：4台通风机中有3台及以上开机时，绿灯常亮；只有2台开机时，绿灯以5Hz的频率闪烁；只有1台开机时，红灯以5Hz的频率闪烁；4台全部停机时，红灯常亮。 由控制要求可知，这4台通风机的起/停控制是独立的，现在要求把每台通风机的运行状态输入到PLC，根据运行状态之间的逻辑关系，再由PLC给出几种不同运行状态的显示信号。 设4台通风机的运行状态(PLC输出的驱动信号)分别用A、B、C、D来表示("1"表示运行，"0"表示停机)，红灯控制信号为L1，绿灯控制信号为L2 ("1"为常亮，"0"为灭，闪烁时要求输出脉冲信号)。由于各种运行情况所对应的显示状态是惟一的，故可将几种运行情况分开进行程序设计，然后汇总在一起。 1、红灯常亮程序设计4台通风机全部停机时，红灯常亮，所以逻辑关系为Ll=A B C D，设计的梯形图如图5-1所示。 168
PLC课程设计报告 五层电梯的梯形图设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 自动化学院
一、电梯基本功能 在进行上位机程序以及下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定电梯本身所具有的功能和电梯在乘客进行某种操作后应具有的状态。 1．电梯内部部件功能简介 在电梯内部，应该有五个楼层（1-5层）按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器、上升和下行显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应该有能让乘客按下的代表其要去目的地的楼层按钮，称为内呼叫按钮。 电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定的延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。 电梯内部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。 2．电梯的外部部件功能简介 电梯的外部共分五层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯，以及楼层显示器。 呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。 五层楼电梯中，一层只有上呼叫按钮，五层只有下呼叫按钮，其余三层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器应相同。3．电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析 1）电梯的初始状态：设电梯位于一层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态： a.各层呼叫灯均不亮； b.电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”； c.电梯内部及外部各层电梯门均关。 2）电梯在运行过程中： a.按下某层呼叫按钮（1-5层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫； b.电梯上行或下行直至该层； c.各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变；
梯形图仿真继电器控制电路 电动机启、停控制电路电动机启、停控制梯形图 S7-200所接输入/输出设备图与S7-200梯形图关系的图示 PLC控制的基本电路 1 单输出自锁控制电路 启动信号I0.0和停止信号I0.1持续为ON的时间般都短。该电路最主要的特点是具有“记忆”功能。 多地控制
2 多输出自锁控制电路（置位、复位） 多输出自锁控制即多个负载自锁输出，有多种编程方法，可用置位、复位指令 3 单向顺序启\停控制电路 1. 单向顺序启动控制电路是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，生产过程中的各个执行机构自动有序动作。只有Q0.0启动后，Q0.1方可启动，Q0.2必须在Q0.1启动完成后才可以启动。 2. 单向顺序停止控制电路就是要求按一定顺序停止已经执行的各机构。只有Q0.2被停止后才可以停止Q0.1，若想停止Q0.0，则必须先停止Q0.1。I0.4为急停按钮。
4 延时启\停控制电路 1.延时启动控制设计延时启动程序，要利用中间继电器（内部存储器M）的自锁状态使定时器能连续计时。定时时间到，其常开触点动作，使Q0.0动作。 2.延时停止控制定时时间到，延时停止。I0.0为启动按钮、I0.1为停止按钮。 3.延时启\停控制电路该电路要求有输入信号后，停一段时间输出信号才为ON；而输入信号0FF后，输出信号延时一段时间才OFF。T37延时3 s作为Q0.0的启动条件，T38延时5 s作为Q0.0的关断条件。 5 超长定时控制电路 S7-200 PLC中的定时器最长定时时间不到1 h，但在一些实际应用中，往往需要几小时甚至几天或更长时间的定时控制，这样仅用一个定时器就不能完成该任务。 下例表示在输入信号I0.0有效后，经过10 h 30 min 后将输出Q0．0置位。T37每分钟产生一个脉冲，所以是分钟计时器。C21每小时产生一个脉冲，故C21为小时计时器。当10 h计时到时，C22为ON，这时C23再计时30 min,则总的定时时间为10 h 30 min，Q0.0置位成ON。
6.2 梯形图经验设计法 ◇基本应用程序 1 ．电动机自锁控制电路 （ 1 ）两个按钮实现电动机起停控制 在自动控制中，起动、保持和停止是常用的控制 下图（ a ）、（ b ）所示为停止按钮分别接常开触点和常闭触点时， PLC 的 I/O 接线图和梯形图。其中 X0 为起动按钮， X1 为停止按钮， Y0 为输出触点。 图（ a ）中， PLC 输入端的停止按钮 X1 接常开触点，输入继电器 X1 的线圈不“通电”，其在梯形图中 X1 采用常闭触点，其状态为 ON ；热继电器的常闭触点接 X2 ，这时X2 的输入继电器线圈“通电”，其在梯形图中的常开触点为 ON 。此时按下起动按钮 X0 ，则 Y0 “通电”，电动机旋转，这和继电－接触控制原理图是相同的。 图（ b ）中， PLC 输入端的停止按钮 X1 接常闭触点，输入继电器 X1 得电，其在梯形图中的 X1 采用常开触点，其状态为 ON ，这与原理图是相反的，此时按下起动按钮 X0 ，电动机旋转。由此可见，用 PLC 取代继电－接触控制时，若输入为常闭触点，则编制的梯形图与继电原理图采用的触点相反；若输入为常开触点，则编制的梯形图与继电原理图中采用的触点相同。通常为了与继电原理图的习惯一致，在 PLC 的输入端尽可能地采用常开触点。 （ a ）停止按钮接常开触点 （ b ）停止按钮接常闭触点 图用 PLC 实现电动机的起停控制 上图中，起动信号 X0 持续为 ON 的时间一般都很短，这种信号称为短信号。为了让电动机的输出 Y0 一直“通电”，需要在 X0 的两端并联 Y0 的常开触点，称为自锁点，这种电路称为自锁电路，其特点是具有“记忆”功能。当按停止按钮 X1 时，Y0 “失电”，电动机停转。