梯形图语言基础.docx

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梯形图语言基础

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5.1.2梯形图的执行

通常，输入指令与左母线连接，输出指令与右母线连接。

梯形图执行时，会从最上层梯级开始，从左到右确定各图形元素的状态，并确定其右侧连接线的状态，逐个向右执行，结果由执行控制元素输出，直到右母线。

然后，进行下一个梯级的执行过程。

图5.3给出了梯形图的执行过程示意图。

当梯级中有分支出现时，仍然以从上到下、

从左到右的顺序分析各图形元素的状态。

对于

垂直连接线，则根据上述有关规则确定其右侧

连接线的状态，从而逐个从左向右、从上向下

执行操作过程。

5.1.2梯形图的执行

梯形图是以从上到下，从左到右的顺序执行的。

梯形图均采用网络结构，以左母线和右母线为界。

梯级是梯形图网络结构的最小单位。

一个梯级包含输入指令和输出指令。

输入指令在梯级中执行比较、测试的操作，并根据结果设置梯级的状态。

例如：

当梯级内连接的图形元素状态的测试结果为1时，输入状态就被设置为1。

输入指令通常执行一些逻辑运算、数据比较等操作。

输出指令检测输入指令结果，并执行有关操作和功能。

如使线圈激励等。

5.1.3梯形图的执行控制

对梯形图执行的控制是采用跳转、返回及中断等图形元素使梯形图按非常规顺序执行。

1跳转和返回

在梯形图网络结构中，用跳转和返回等图形元素表示跳转的目标、跳转的返回及跳转的条件等。

当跳转条件满足时，程序跳转到目标区并执行该区程序时，目标区程序执行完毕后，程序返回到原断点后的一个梯级开始执行。

2中断

中断是指当程序接到外界硬件（如I/O设备）发来的信号时，马上停止原来的工作，转去处理这一事件，在处理完了以后，主机又回到原来的工作继续工作。

5.2.1梯形图的组成元素

1执行方式

PLC梯形图和传统梯形图在工作原理上是完全一致的，而实际上PLC仅是利用微计算机，来仿真传统梯形图的动作，即利用扫描的方

式逐一地查看所有输入装置及输出线圈的状态，再将这些状态根据梯形图的逻辑作演算，得到传统梯形图一样的输出结果。

但因为微计算机只有一个，故PLC只能逐一地查看梯形图程序，并依该程序及输入

输出状态演算输出结果，再将结果送到输出介面，然后又重新读取输入状态演算输出，如此周而复始地循环运行上述动作。

PLC

完成一次循环动作所用的时间称为扫描时间，其时间会随着程序的增大而加长，此扫描时间将造成PLC从输入检知到输出反应得延迟，延

迟时间愈长对控制所造成的误差愈大，甚至无法满足控制要求，此时就必须选用扫描速度更快的PLC。

因此扫描速度是PLC的重要规格，随着微计算机及ASIC（特定用途IC）技术的快速发展，现今PLC的扫描

速度有了极大提高。

图5.4为PLC梯形图程序扫描示意图。

2逆向回流

除扫描时间的差异外，PLC梯形图和传统梯形图还有如下“逆向回流”的差异。

如图5.5所示，若X0，X1，X4，X6为导通，其他为不导通，在传统梯形图的回路上输出Y0会如虚线所示形成回路而为On，但在PLC梯形图中，因演算梯形图程序系由上而下，由左而右地扫描。

在同样输入条件下，梯形图编辑软件（WPLSoft）会检测出梯形图错误。

3结束符号

由前述，PLC梯形图程序循环扫描的方式执行，微计算机必须知道程序的开头和结尾。

程序的开头都是梯形图的第一行，而结尾必须用“结束符号（END）”明确表示，如图5.6所示，否则梯形图编辑软件（WPLSoft）也会检测出梯形图错误。

组合逻辑

图5.7为PLC梯形图中的组合逻辑示意图。

梯级1：

使用常开触点X0，具体元器件可以是开关或按钮，其特性是在平常（未按下）时，为开路（Off）状态，故Y0不导通，而在动作（按下）时，其状态变为导通（On），故Y0导通。

梯级2：

使用常闭触点X1，具体元器件也可以是开关或按钮，其特性是在平常时，为导通，故Y1导通，而在开关动作时，其触点反而变成开路，故Y1不导通。

梯级3：

为一个以上输入装置的组合逻辑输出的应用，其输出Y2只有在X2不动作或X3动作且X4为动作时才会导通。

2顺序逻辑

顺序逻辑为具有回授结构的回路，也就是将回路的输出结果拉回当输入条件，如此在相同输入条件下，会因前次状态或动作顺序的不同，而得到不同的输出结果。

图5.8为PLC梯形图中的顺序逻辑示意图。

在此回路刚接上电源时，虽X6开关为On，但X5开关为Off，故Y3不动作。

在启动开关X5按下后，Y3动作，一旦Y3动作后，即使放开启动开关（X5变成Off），Y3因为自身的触点回授而仍可继续保持动作（此为自锁回路），其状态如下页表5.2。

为了形象地表示梯形图中各元素的动作顺序关系，采用时序图表示，如图5.9所示。

绘制时序图，可以清晰地表达梯形图程序中，各开关、按钮、线圈及其他装置动作的先后顺序及对应关系。

如图5.9（b），绘制时序图应注意的是：

装置动作关联的地方，上下要对齐；时序图中要包括所有正常动作的情况。

5.2.3与梯形图对应的时序图

在图5.10（b）中，虚线1表示：

X0动作，使Y0动作并保持；虚线2表示：

X2动作，使Y0复位（停止）；虚线3表示：

X1动作，使Y1动作并保持；虚线4表示：

X2动作，使Y1复位（停止）；虚线5表示：

X0动作，使Y0动作并保持；虚线6表示：

X1动作，使Y0复位（停止），并使Y1动作并保持；虚线7表示：

X0动作，使Y1复位（停止），并使Y0动作并保持；虚线8表示：

X2动作，使Y0复位（停止），也表示若要Y0和Y1都复位（停止），必须由X2完成。

时序图中为了说明各处动作的同时发生，需要画出虚线。

5.4.1连续编号

程序编辑方式是由左母线开始至右母线结束，WPLSoft软件编辑中省略右母线的绘制，一行编完再换下一行，一行的触点个数最多能有11个，若是还不够，会产生连续线继续连接，进而续接更多的装置，连续编号会自动产生，相同的输入点可重复使用。

如图5.12所示。

5.4.2程序的指令符解析

梯形图程序的运作方式是由左上到右下的扫描。

线圈及应用指令运算框等属于输出处理，在梯形图形中置于最右边。

以图5.13为例，来逐步分析梯形图的流程顺序，右上角的编号为其顺序。

5.4.2程序的指令符解析

表5.5为图5.13梯形图的程序指令表。

虚线框①为从左母线开始的常开触点X0；虚线框②为并联常开触点M0；虚线框③为串联常开触点X1；虚线框④为并联由常开触点X3与M1组成的串联块；虚线框⑤为常开触点Y1与X4组成串联块；虚线框⑥为常开触点T0与M3组成串联块并与虚线框⑤并联；虚线框⑦为虚线框

④与虚线框⑥并联；虚线框⑧为输出线圈Y1与定时器T0。

5.4.3梯形图中的模糊结构

1多个块串联的模糊结构

如图5.14的梯形图形，若使用指令程序表示，有两种方法表示，其动作结果相同。

但两种指令程序，转换成梯形图其图形都一样，为什么会一个较另一个好呢？

问题就在主机的运算动作，图5.14（c）是一个区块一个区块合并，而图5.14（b）则是最后才合并，虽然程序码的最后长度都相同，但是由于在最后才合并（ANB）作合并，一方面ANB指令不能连续使用超过8次，另一方面这样必须要把先前所计算出的结果储存起来。

现在只有两个区块，主机可以允许

执行，但是要是区块超

过主机的限制，就会出

现问题，所以最好的方

式就是一区块一建立完

就进行区块合并的指令

，而且这样做对于程序

规则者的逻辑顺序也比

较不会乱。

2多个块并联的模糊结构

正确的梯形图解析过程应该是由左至右，由上而下解析合并，然而有些指令不按照此原则一样可以达到相同的梯形图。

如图5.15的梯形图，若使用指令程序表示，同样可以有两种方法表示，动作结果也相同。

但这两个程序解析就有明显的差距，不但指令程序码增加，而且主机的运算记忆也要增加，所以最好是

能够按照所定义的顺序

来撰写程序。

5.6PLC梯形图的化简及修正

5.6.1PLC梯形图的化简

1“左沉右轻”

串联区块和并联区块

串联时，将并联区块放在

左面可以节省ANB指令。

如图5.16所示，图5.16（a）

修改为图5.16（c）后，节

省了1个ANB指令。

5.6.1PLC梯形图的化简

2左母线“上沉下轻”

单一装置与区块并联，该区

块放上面可以省ORB指令。

如图5.17所示，图5.17（a）修改为

图5.17（c）后，节省了1个ORB指令。

5.6.1PLC梯形图的化简

3右母线“上轻下沉”

在同一垂直线的多重条件输

出，将没有输入装置与之运算的

输出放在上面可以省略MPS、MPP

指令。

如图5.18所示，图5.18（a）

修改为图5.18（c）后，省略了MPS

、MPP指令。

5.6.1PLC梯形图的化简

4避免“讯号回流”

如图5.19（a）中的梯形图是不合法的，因为有“讯号回流”回路。

如图5.19（a）中上面的区块比下面的区块短，可以把上下的区块调换，见图5.19（c），这样可以达到相同的逻辑结果。

5.6.2复杂“讯号回流”的修正

如图5.20所示，图5.20（a）是我们想要的梯形图，但是根据梯形图的基本原理，这个梯形图是错误的，其中存在不合法的“讯号回流”，修正后如图5.20（b），这样才可完成使用者要的电路动作。

5.7常用基本程序设计范例

5.7.1启动、停止及自锁

1停止优先的自锁回路

有些应用场合需要利用按钮的暂态闭合及暂态断开作为设备的启动及停止，因此若要维持持续动作，则必须设计自锁回路，有下列几种方式：

1停止优先的自锁回路

当启动常开触点X1=On，停止常闭触点X2＝Off时，Y1=On，此时将X2=On，则线圈Y1停止受电，所以称为停止优先，如图5.21所示。

5.7.1启动、停止及自锁

2启动优先的自锁回路

当启动常开触点X1=On，停止常闭触点X2＝Off时，Y1=On，线圈Y1将受电且自锁，此时将X2=On，线圈Y1仍因自锁触点而持续受电，所以称为启动优先，如图5.22所示。

5.7.1启动、停止及自锁

3置位（SET）、复位（RST）指令的自锁回路

图5.23是利用RST与SET指令组合成的自锁电路。

在图5.23（a）中，RST指令设置在SET指令之后，为停止优先。

由于PLC运行程序时，是由上而下，因此会以程序最后，Y1的状态作为Y1的线圈是否受电。

所以当X1及X2同时动作时，Y1将失电，因此为停止优先。

在图5.23（b）中，SET指令设置在RST指令之后，为启动优先。

当X1及X2同时动作时，Y1将受电，因此为启动优先。

4停电保持

辅助继电器M512为停电保持（请参考附录或相关手册），则如图5.24的电路不仅在通电状态下能自锁，而且一旦停电再复电，还能保持停电的自锁状态，因而使原控制保持连续性。

5.7.2常用的控制回路

1条件控制

如图5.25所示，X0、X1分别启动和停止Y0，X2、X3分别启动和停止Y1，而且均有自锁回路，但由于Y0的常开触点串联进了Y1的电路，成为Y1动作的一个AND的条件，所以Y0动作要以Y1动作为条件，Y0动作中Y1才可能动作。

5.7.2常用的控制回路

2互锁控制

图5.26给出了互锁控制，启动触点X1、X2那一个先有效，对应的输出Y1、Y2将先动作，而且其中一个动作了，另一个就不会动作，也就是说Y1、Y2不会同时动作（互锁作用）。

即使X1，X2同时有效，由于梯形图程序是自上而下扫描，Y1、Y2也不可能同时动作，图中Y1优先。

5.7.2常用的控制回路

3顺序控制

图5.27给出了顺序控制，Y1的常闭触点串入到Y0的电路中，作为Y0动作的一个AND条件，则这个电路中，不仅有Y0通过M0作为Y1动作的条件，而且当Y1动作后还能停止Y0的动作，这样就使Y0及Y1

确实运行顺序动作的程序。

5.7.2常用的控制回路

4振荡电路

图5.28中的振荡周期不能控制，只能随PLC程序执行来实现，PLC程序越长，其周期越长。

而图5.29给出了周期为nT+ΔT的振荡电路梯形图与时序图。

图5.29中的梯形图程序使用定时器T0控制线圈Y1的受电时间，Y1受电后，它在下个扫描周期又使定时器T0关闭，进而使Y1的输出成了上图中的振荡波形。

其中n为定时器的十进位设定值，T为该定时器时基（时钟周期）。

5.7.2常用的控制回路

5闪烁电路

在电气控制电路中，经常使用指示灯闪烁或使蜂鸣器报警。

图5.30给出了闪烁电路梯形图与时序图。

其中有2个定时器，以控制Y1线圈的On及Off时间。

其中n1、n2分别为T1及T2的计时设定值，T为该定时器的计时单位。

6触发电路

在电气控制电路中，经常用到按钮型开关，即按下时电路接通，松开后电路断开，为方便使用，PLC程序中可设计成触发电路，如图5.31所示。

X0的上升沿微分指令使线圈M0为生ΔT（一个扫描周期时间）的单脉冲，在这个扫描周期内线圈Y1也受电。

下个扫描周期线圈M0失电，其常闭触点M0及常闭触点Y1都闭合着，进而使线圈Y1继续保持受电状态，直到输入X0又来了一个上升缘，再次使线圈M0受电一个扫描周期，同时导致线圈Y1失电…。

这种电路常用于靠一个输入使两个动作交替运行。

另外由时序图可以看出：

当输

入X0是一个周期为T的方波信号时，线圈Y1输出便是一个周期为2T的方波信号。

5.7.2常用的控制回路

7延迟电路

如图5.32所示，当输入X0=On时，，使定时器T10得电并开始计时，延时100秒（K1000*0.1秒=100秒）后，输出线圈Y1得电，直到输入X0=Off时，T0断电，输出线圈Y1断电，计时单位：

T=0.1秒。

5.7.2常用的控制回路

8通断延迟电路

在电路中使用2个定时器可实现通断延迟，如图5.33所示，当输入X0=On或Off时，输出Y4都会产生延时动作。

5.7.2常用的控制回路

9延长计时电路

16位计时器的计时上限为32767T，若实际电路需要更长的计时时间，则可使用多个计时器组成的延长计时电路，如图5.34所示。

输入X0=On，T11先计时，n1个计时单位T后，再由T12计时，n2个计时单位T后，Y4得电。

所以从X0=On到输出Y4得电的总延迟时间=（n1+n2）*T。

图中的计时单位：

T=0.1s。

5.7.2常用的控制回路

10扩大计数范围

16位的计数器，计数范围为0~32,767，如图5.35的电路，用2个计数器，可使计数数值扩大到n1*n2。

当计数器C5计数到达n1时，将使计数器C6计数一次，同时将自己重定（Reset），以接着对来自X13的脉冲计数。

当计数器C6计数到达n2时，则自X13输入的脉冲正好是n1*n2次。

顺序功能图语言的编程原理

6.1顺序功能图的概念

6.2顺序功能图的基本图标和指令

6.3步进梯形的动作说明

6.4步进梯形图的流程分类

6.5步进梯形图的应用

顺序功能图的概念

对于经常的状态步进动作不须做顺序设计，PLC会自动执行各状态间的互锁及双重输出等处理。

只要针对各状态做简单的顺序设计即可使机械正常动作。

动作易了解，可轻易作试运行调整，检查错误及维护保养的工作。

SFC的编辑原理属于图形编辑模式，整个架构看起来像流程图，它是利用PLC内部的步进继电器装置S，每一个步进继电器装置S的编号就当做一个步进点，也相当于流程图的各个处理步骤，当前步骤处理完毕后，再依据所设定的条件转移到所要求的下一步骤，即下一个步进点S，如此可以一直重复循环达到所要的结果。

图6.1给出了SFC的编程原理图。

程序开始执行后，状态转移条件1满足时，程序进入第1步，完成动作1；状态转移条件2满足时，程序进入第2步，完成动作2和动作3；以此类推，当程序进入第4步，完成动作5后，若状态转移条件5满足，则程序回到初始点，这样就完成了一次完整的流程，可以一直重复达到循环的控制。