PLC梯形图的顺序控制设计法

陆秀令 ,

张松华 ,

张忠贤

(湖南大学衡阳分校 , 湖南衡阳 421101)

摘要 ：本文介绍了可编程控制器( PL C)梯形图的顺序控制设计法 , 梯形图的顺序功能图的结构及逻辑表达式 ,并举例说明设计的方法及应用 。 关键词 : PL C ; 梯形图 ; 顺序功能图

中图分类号 : TM771 文献标识码 : B 文章编号 : 1001 - 3881 (2004) 4 -150 - 2

The Sequential Control Design of PLC Ladder Diagram

L U Xiu2ling , ZHAN G Song2hua , ZHAN G Zhong2xian ( Hunan U niversity Hengyang Branch , Hengyang 421101 , China)

Abstract :The sequential control design of PL C ladder - diagram , as well as t he structre of t he sequential function chart of lad2

der - diagram and it’s logical formula were introduced , and some examples to explain design met hod and application were also given. Keywords : PL C ; Ladder diagram ; SFC

0 引言

梯形图是 PL C 的一种主要编程语言 ,设计好梯形图程序是用好 PL C 的关键 。在梯形图的设计时 ，许多人采用经验法 ,这种方法没有普遍的规律可循 ,具有很大的试探性和随意性 。设计使用的时间 、设计的质量与设计者的经验有很大关系 。对于简单的系统尚可 ，对于复杂的控制系统 , 需要大量的中间单元来完成记忆 、互锁 、联锁等功能 。由于要考虑的因素很多 ，它们往往又交织在一起 ,分析起来非常困难 ,并且容易遗漏掉一些应加以考虑的问题 。修改某一局部电路时 ,很可能会 “牵一发而动全身”,对于系统的其它部分产生意想不到的影响 。另外 , 用经验法设计出的梯形图往往非常复杂 , 即使是设计者同行也难读懂 ,更不用说维修人员了 , 这给 PL C 控制系统维护和改进带来了很大的困难 。本文介绍的顺序控制设计法 ,有一定的方法和步骤可遵循 , 有效的解决了上述问题 , 大大提高了编程效率 。

1 顺序功能图的结构及其逻辑表达式

1.1 顺序功能图

顺序功能图( Sequential Function Chart)又称为状态转移图或功能图 , 它是描述控制系统的控制过程 、功能和特性的一种图形 ,也是设计可编程程序控制器的顺序控制程序的有力工具 。顺序功能图具有直观 、简单 、逻辑性强的特点 ,可使工作效率大为提高 ，而且程序调试极为方便 。 1.2 SFC 的结构

SFC 主要由步 、有向连线 、转换 、转换条件和动作 (或命令) 组成 。根据步与步间进展的不同情况 ,顺序功能图有三种基本结构形式 :

(1) 单序列 : 各步按顺序相继激活的情况进展 ,如图 1 (a) 所示 。

(2) 选择序列 : 在一个活动步之后紧接着有几个后继步可供选择的结构形式 ,如图 1 ( b) , 其各个分支都有各自的转换条件 ,但不能同时转换 ,只能沿其中一个分支转换 。

(3) 并行序列 :在一个活动步之后有几个后继步同时激活的结构形式 , 如图 1 (c) 所示 ,( 其水平有向连线用双线)其中R1・X2是 R2和 R3共同开启的条件 , R1只有在 R2和 R4都开通时才会关断 。任何复杂的系统都可以由以上三种基本结构组成系统的功能图 。

图 1 SFC 结构示意图

1.3逻辑表达式

在 SFC 中 ,方框表示在生产过程中的一个工步 ,步与步之间用有向连线相连 ,有向连线中间的短线称为转换 , 旁边标注的为转换条件 。顺序控制的逻辑特点是各工步按顺序执行 , 上一工步结束 , 转换信号出现时立即开通下一工步 ,并关断上一工步 。因此由布尔代数就不难写出任一工步的逻辑表达式 。如图 1(a) 中第R1步的逻辑表达式为 : R1= ( R0・X1+R1)・R2,式中 R0・X1为开启第R1步两个条件 ,R1为自锁信号 ,R2为关断 R1点的信号 。由此可写出图 1 ( b) 中第R2 步 、第 R4 点的逻辑表达式 :

R2= ( R1・X2+ R2) ・R4

R4 = ( R2・X4 + R3・X5 + R4)・R5 ,

图 1 ( c) 中第 R1步的逻辑表达式 :

R1 = ( R0・X1 + R1)・( R2+ R3)

,

R6步的逻辑表达式 :

R6= ( R4・R5・X5+ R6) ・R7

图 2 专用铣床控制系统功能图

2 编程与应用

用顺序功能图编程时首先根据工艺和控制要求编出系统的功能流程图，图2为某专用铣床控制系统的顺序功能图,用于铣削圆锥状零件上均匀分布的8个槽 。它包含了选择序列的分支与合并 、跳点 、循环等基本环节 。 2.1 系统工作原理

PL C刚 开 始 工 作 时 , M8002 将 C100 复 位 ,M100 接通 , Y01 接通 ,夹紧装置松开 。待工人装好工件后 ,按下启动按钮 ,使 M101 接通 , M100 断开 、Y00 接通 ，工件被夹紧 。夹紧油缸里的压力上升到设定值时 , 压力继电器 X05 接通 ，按下加工启动按钮X01 , Y02 、Y06 接 通 , 工 件 快 进 。碰 到 限 位 开 关X03 后 , 变为工进 。铣完第一槽后 ,限位开关 X04 使系统转换到 M104 ,工进停止 ,分度油缸使工件旋转45o , 碰到限位开关 X06 后 ,分度油缸返回 。返回到位时 , 限位开关 X07 接通 , 系统进入步 M106 , 工作台工退 ,同时 C100 加 1 。接着开始铣第二槽 , 铣完第二槽后 , 工件又旋转 45°,以后将不断重复执行工进 —旋转 —工退 —旋转的过程 。铣完 8 槽后 , C100的常开触点接通 , 系统进入步 M201 ( 快退) 。工作台退回起点后 ,限位开关 X02 接通 ,系统返回初始步 M100 , 工件被松开 。

2.2工步逻辑表达式及梯形图的设计

2.2.1 根据顺序功能图列写各工步状态的逻辑表达式 , 本文只写出其中主要的几点 。

M100 = ( M8002 + M201・X02 + M100) ・M101 M101 = ( M100・X00 + M101) ・M102

M102 = ( M101・X01・X05 + M102) ・M103

M103 = ( M102・X03 + M200・X07 + M103) ・M104 21212 根据各工步状态的逻辑表达式 , 就可以

很方便的设计出控制系统的梯形图程序如图 3 所示 。

图 3 专用铣床控制系统梯形图

3 结束语

由以上分析可知 , 根据顺序功能图及逻辑表达式设计的梯形图程序其方法规范 、逻辑严密 、简单易行 。为了保证同时只有一步是活动的 , 各步对应的辅助继电器的常开触点及该点之后的转换条件对应的触点串联而成 , 作为下一步激活的条件 。如果某一步在整个过程中都要保持 , 则用 SET 和 RST 指令来实现 。如本例中工件的夹紧 , 在整个铣床加工过程中都必须夹紧工件 ,则用 SET Y00 , 全部加工完毕后 , 再用 RST Y00 , 松开工件 。这种情况在

编程中必须注意 。

参考文献

【1】廖常初 1 编程序控制器应用技术 1 重庆 : 重庆大学出

版社 , 19961

【2】陈朝杞 功能表图设计 PL C 梯形图的方法及应用 1 机

床电器 , 1997 (4) 1 【3】方承远 工厂电气控制技术 1 北京 : 机械工业出版社 ,

20001