常用梯形图程序设计方法在PLC实验中的应用.pdf

电气技术与自动化 张还 常用梯形图程序设计方法在 P L C实验中的应用 常用梯形 图程序设计方法在 P L C实验 中的应用 张还 青 岛农业大学 机 电工程学院 ， 山东 青 岛 2 6 6 1 0 9 摘要 以常用的经验设计法和顺序控制设计法为重点， 介绍了这两种梯形图程序设计方法的 特点 、 规 律和设计 方法及步 骤。通过综合性实验十字路 口交通灯控制 的程 序设计 ， 对 两种梯形 图程序设计方法做 了进一步 的比较与总结 。 关键词 P L C实验 ； 梯形 图； 程序设计方法 中圈分类号 T H1 2； T M 5 7 1 ． 6 1 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 1 0 3 - 0 1 7 2 - 0 3 Di s c u s s i o n o n t he LAD De s i g n M e t ho d i n PLC Ex p e r i me n t ZHANG Hu a n Co ll e g e o f Me c h a n i c a l a n d E le c t r o n ic E n g i n e e r in g o f Q AU， Qi n g d a o 2 6 6 1 0 9， C h i n a Abs t r a c t Th is a r t ic l e in t r o du c e s t wo kin d s o f c ommon ly u s e d L AD d e s i g n me t h o d s t h e ex p e r ien c e d es ign me t h o d a nd t he s e qu e n c e c on t r o l de s ign me t ho d，il l u s t r a t e s t h e c omp r e h e ns iv e PL C e x pe r i men t o f t r a ffic l i g h t s c on t r o 1 ． f u rth e r ma k e s a c omp a d on b etwee n t h e t wo me t h o ds a n d s u ms u p in d et a i l ． Ke y wo r d s P L C e x p e r i me n t ； L A D；p r o g r a m d e s ig n me t h o d 0 引言 可编程序控制器 P L C 是一种以微处理器为核心的 特殊的工业控制计算机， 被誉为现代工业生产 自动化的三 大支柱之一。它具有控制功能强、 可靠性高、 使用灵活方 便、 易于扩展、 兼容性好等一系列优点。目前已经广泛 的 应用于工业、 农业、 交通、 国防和13常生活中， 因此学习和 掌握 P L C应用技术已成为工程技术人员和工科专业学生 的基本要求和紧迫任务。 我院的 P L C实验课程面向“ 农业电气化与自动化” 和 “ 电气工程及其 自动化” 两个电气专业， 采用理论课程外 单独设课的方式， 包括 1 3个实验项目 其中有4个综合性 实验项目 ， 共计 2 6学时。由于有的实验项 目难度较大、 综合性较强， 学生在完成实验的程序设计时必须掌握一定 的程序设计方法和编程技巧方能比较顺利地完成。笔者 多年从事 P L C理论和实验课程的教学工作 ， 发现了在教 学 中学生遇 到的一些 常见 困难和普遍性 问题 ， 现尝试就几 种梯形 图程序设计方法在 P L C实验 中的应用做一探 讨和 总结 ， 希 望能够对 P L C的初 学 者和 电气信 息类 及有 关专 业的学生在进行 P L C程序设计开发时起到一定的启示和 帮助作用 。 1 P L C梯形 图程序设计方法简介 P L C梯形 图程序设计方法主要有逻辑设计法 、 时序图 设计法 、 由继 电器控制 电路 图转 换梯形 图法 、 经验设 计法 和顺序控制设计法等。其中经验设计法和顺序控制设计 法是 P L C初学者尤其需要重点掌握的两种梯形图程序设 计法 。 1 ． 1经 验 设 计 法 该设计法沿用了设计继电器控制电路的方法来设计 P L C梯形图程序， 即在已有的一些典型的梯形图基本电路 或环节 如启保停电路、 三相异步电动机正反转控制 电 路 的基础上， 根据控制的要求不断地修改和完善梯形 图。这种方法没有可以遵循的普遍性规律， 设计时所用的 时间 、 设计 的品质与编程者的经验有着很大的关系 。使用 这种方法时有时需要多次反复调试和修改梯形图， 不断地 增加中间编程元件和触点 ， 最后才能得到一个比较满意的 结果 。因此 ， 这种方 法可以用于逻辑关 系较简单 的梯形 图 程序设计， 而且可以和逻辑设计法、 时序图设计法一起结 合使用。 1 ． 2 顺序控制设计 法 在电气控制领域 P L C的顺序控制设计法以其思路清 晰， 步骤、 方法相对固定， 对初学者来讲是比较容易掌握 的 ， 对编程经验丰 富的技术人员来说使用该编程方法也可 以大大地提高编程的效率和程序的可读性 、 可移植性和可 维护性。顺序控制梯形图的编程方式主要包括启保停的 编程方式、 以转换为中心的编程方式和 S T L指令 步进梯 形指令， 属三菱 P L C顺序控制用专 门指令 的编程方式 等。这几种顺 序控 制编程方 式 的基 本步 骤是 1 分 析系 统的生产工艺流程 、 工作过程， 确定各个步、 转换条件和各 步对应的动作； 2 根据生产工艺流程、 工作过程画出系统 的顺序功能图 S F C， 或称为状态转移图、 功能表图等 ； 3 作者简介 张还 1 9 7 4 ～ ， 男 ， 湖北汉川人 ， 讲 师， 工学博士研究生， 主要从事电气控制与 P L C的教学与科研 。 1 7 2 h t t p ／ ／ Z Z HD ． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E - ma i l Z Z HD c h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． C I I 机械 制造 与 自动化 电气技术与自动化 张还 常用梯形图程序设计方法在 P L C实验中的应用 再根据绘制出的顺序功能图， 选取一种合适的顺序控制编 程方式将顺序功能图转换为顺序控制梯形图 现在很多 P L C机型也直接支持顺 序功能图这种编程语言 。 下面就以十字路口交通信号灯控制这个实验的程序 设计 为例 ， 对上述两种梯形 图程序设计 方法 的编程规律 和 各 自特点做一 比较 和总结 。 2 P L C实验编程 实例 2 ． 1 实验控 制要 求和 I ／ 0地址分配 十字路 口交通信号灯的控制要求如下 所有的信号灯 受一个启动按钮 的控制 。当启动按钮按下 时， 信号灯控制 系统开始工作并周 而复 始地循 环动作 。首先 是南北 红灯 点亮 3 0 s ， 同时东西绿灯也点亮 并持续 2 5 s ， 2 5 s 到 时 ， 东 西绿灯以 1 s 的周 期闪烁 亮 0 ． 5 s ， 灭 0 ． 5 s ， 东西绿 灯闪 烁 3 S 后熄灭， 此时东西黄灯点亮并持续 2 s ， 2 s 后 ， 东西 黄灯熄灭 ； 然后 ， 东西红灯点亮 3 0 S ， 同时南 北绿灯亮 并持 续 2 5 S ， 2 5 s 到时 ， 南北绿 灯 以 1 S的周 期 闪烁 亮 0 ． 5 S ， 灭 0 ． 5 S ， 南北绿灯闪烁 3 S 后熄灭 ， 此 时南 北黄灯点亮并 持续 2 S ， 2 s 后南北黄灯熄灭。当停止按钮按下时， 所有 信号灯都要熄灭 。交通 灯控 制 系统 每 6 0 s 循 环一 次 ， 一 个周期内的各方向信号的具体动作过程 表 1 。 表 1交通信号灯控 制一个周期 内的信号动作 过程 交通信号灯控制系统的 I ／ 0地址分配如下 2个输入 点 启动按钮 一X 0， 停 止按钮 一X 1 ； 6个输 出点 东西 方 向 绿灯 一Y 0 ， 东西方 向黄 灯 一Y1 ， 东西 方 向红灯 一Y 2 ， 南 北 方向绿灯 一Y 4 ， 南北方向黄灯 一 Y 5 ， 南北方向红灯 一Y 6 。 2 ． 2实验程序设计 2 ． 2 ． 1 使用经验设计 法 如果使用经验 设计 法结合 时序 图设计 法对 这个 实验 进行 编程时 ， 需要用到几个 常用 的梯形 图基本 电路。这里 程序需要用到启保停电路、 振荡电路和定时器的接力电路 等。通过分析控制要求可知， 系统整个工作周期为6 0 S ， 前 3 0 S 是南北方 向红灯亮 东西方 向绿 灯亮 ， 后 3 0 S 是东 西方 向红灯亮南北方向绿 灯亮 ， 经仔 细地思考后 可以发现 这实 际上就是一个振荡电路 闪烁 电路 ； 为 了实现在前 3 0 s 和 后 3 0 S 依次定时2 5 s ， 3 S 和2 s ， 又需要用到定时器接力电 路。根据控制要求画出系统的信号时序图后 从略 ， 能够 很容易地确定一个工作周期中各个 时间区段使用的定 时器 及其定时时问。最后 ， 可将有关定时器的常开、 常闭触 点作 为控制相应输出继 电器 的启动条件和停止条件。使用经验 设计法设计的交通灯控制 的梯形图 图 1 。 图 1中 ， 为 了实现绿 灯 的闪烁效 果 ， 还在 控制 绿灯 闪 Ma c h i n e B u i l d i n g日 Au t o m a t io n ， ” 2 0 1 1， 4 0 3 1 7 2～1 7 4 50 5 3 6 O 6 3 M ． P o ⋯ 1 、o M 1【 x】TO T 2 l l - _r _ r 】 l l ， c l I ⋯ l l ， ． I 1 1 M 1 0 0 T O l - ● I T0 l I ， Y0 06 T2 T2 lT 3 M8 ．0 1 3 、 ， 1 ，_ T 4 ， Y0o2 T5 f j T 6 ， 图 1 使用经验设计 法的十字路 口交通信号灯梯形 图 烁 的输 出电路 中串入了 P L C内部的秒脉冲信号一M8 0 1 3 。 2 ． 2 ． 2使用顺序控制设计法 a 按照单序列进行编程 使用 S T L指令的编程方式 如果 把东西和南北方 向 的信 号灯 的动作看 成是 一个 顺序动作的过程 ， 其 中每一个时序同时有两个输出点输 出， 一个输出驱动东西方向的信号灯 ， 另一个输出驱动南 北方向的信号灯 ， 这样就可以按照单序列进行编程 了， 其 顺序功能如 图 2所示 。 K2O K25O K3O K20 圈 2按照单序列的十字路 口交通信号灯顺序功能 图 1 7 3 O 4 ∞ 甜 电气技术与自动化 张还 常用梯形图程序设计方法在 P L C实验中的应用 P L C通 电后 ， 将预置 S o为 当前 的初始步 ， 此 时系统各 方向的信号灯都不亮， 处于相对静止的待命状态。按下启 动按钮后输入 X 0接通 ， 而 M0的常闭触点也是接通 的 ， 系 统从初始步 S o进入到 工步 2 0， 此 时 Y 6 ， Y 0为 O N， 即南 北 方向红灯点亮 ， 东西方 向绿灯点亮 ， 同时定时器 1 1 0 开始 定 时， 2 5 s 后 ， 2 1 被置位 ， 2 0被复位 ， 系统转移 到 2 1工 步 ⋯⋯当系统转移到 2 5时 ， 程序又从第一个工步 2 0 开始新一轮 的循环 。按照单 序列使用 S T L指令编程 方式 设计的顺序控制梯形图限于篇幅这里就不再给出了。 b 按照并行序列进行编程 如果把东西方向和南北方向信号灯的动作过程看成 是两个独立的顺序动作的过程， 则可以按照并行序列进行 编程， 其顺序功能如图3所示。 由图3可以看出， 系统有两条状态转移的支路 ， 其结 构为并行序列的分支与合并 。按照并行 序列使用 S T L指 令设计的顺序控制梯形图这里从 略。 3 结语 经验设计 法和顺 序控制设 计法是 在进行 P L C梯形 图 设计时两种常用的、 重要的梯形图设计法。应根据系统控 制要求的难易， 输入输出信号数量的多少及相互之间的逻 辑联锁关系， 系统工艺流程及信号动作过程， 合理地加以 选择 。 一 般来说 ， 如果系统的控制要求 比较简单， 输入输出 信号数量 比较少且信号之间的逻辑关系的联锁 比较简单 时， 应该优先考虑使用经验设计法、 时序图设计法、 逻辑设 计法 ； 如果系统的控制要求 比较复杂， 输入输出信号数量 比较多， 各个信号之间的逻辑关系的联锁也比较复杂， 并 且系统的工艺流程、 动作过程具有明显的步进特性时， 那 么就应该使用顺序控制设计法 了。 参考文献 [ 1 ]廖常初． 可编程序控制器应用技术[ M] ． 5版． 重庆 重庆大学 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ]钟肇新 ， 范建 东． 可编 程序控 制器原 理及应 用 [ M] ． 3版． 广 州 华南理工大学大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ]李俊秀 ， 赵 黎明． 可 编程控 制器 应用技 术 实训指 导 [ M] ． 北 京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 4 ]张还 ． 三菱 F X 系列 P L C设计 与开 发原 理 、 应 用与实 训 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 9 ． 图 3 按照并行序列的十字路 口交通 信号灯顺序功 能图 ． ． ． ． ． 收稿 日期 2 0 1 01 11 7 上接第 1 3 4页l 表 1 履带机器人总体结构尺寸与性能指标分析 4 结论 提出了一种履带式救援机器人行走系统的实现方案， 从总体设计方案、 传动方案设计和越障过程分析等方面进 行了详细的分析， 该结构保证了机器人的机动性和越障性 等各项性能 ， 从 而使 得 机器人 得 以在复 杂环 境 中活动 自 1 7 4 如 ， 真正 实现救援 功能 。 参考文献 [ 1 ]陈淑艳． 移 动机器 人履 带行走 装置 的构 型与机 动性 能研究 [ D] ． 扬州 扬州大学 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ]刘金国 ， 王越超 ， 李斌 ． 灾难救 援机器人 研究现 状、 关键 性能 及展望[ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 0 6， 4 2 1 2 1 1 2 ． [ 3 ]隆文革， 王艾伦． 便携式四轮履机器人的设计与仿真[ J ] ． 机 床与液压 ， 2 0 0 8 ， 3 6 1 6 6 -6 7 ， 8 9 ． [ 4 ]陈志华， 钱瑞 明． 基于 A D A MS的救援机器人越障过程分析及 仿真[ J ] ． 机械制造与 自动化， 2 0 1 0， 3 9 1 1 5 7 1 5 8， 1 6 4 ． [ 5 ]S ． A l i A ． M o o s a v i a n， He s a m S e m s a r i l a r ， A r a s h K a l a n t a r i ． D e s i g n a n d Ma n u f a c t u ri n g o f a M o b i l e R e s c u e R o b o t [ C ] ． P r o c e e d in g s o f t h e 2 0 0 6 I EE E／RS J I n t e rna t i o n a l Co n f e r e n c e o n I n t e l l i g e n t Ro - b o t s a n d S y s t e m 3 9 8 2 ． 3 9 8 7 ． 收稿 日期 2 0 1 01 1 1 1 h tt p ／ ／ Z Z HD ． c h i n a j o u rna 1 ． n e t ． c n E ma i l Z Z HD c h a i n a j o u ma 1 ． n e t ． e l l 机械 制造与 自动化