第5章 顺序控制梯形图的设计方法
PLC顺序控制梯形图的四种方式
PLC顺序控制设计法编制梯形图的四种方式季汉棋江苏省盐城市中等专业学校 224005摘要：本文通过一个实例,归纳总结了顺序控制设计法四种编程方式的思路和特点,并对它们进行了比较。
关键词：PLC,梯形图,顺序控制,起保停电路,步进梯形指令,移位寄存器,置位复位指令。
可编程控制器PLC外部接线简单方便,它的控制主要是程序的设计,编制梯形图是最常用的编程方式,使用中一般有经验设计法,逻辑设计法,继电器控制电路移植法和顺序控制设计法,其中顺序控制设计法也叫功能表图设计法,功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。
这是一种先进的设计方法,对于复杂系统,可以节约60%--90%的设计时间.我国1986年颁布了功能表图的国家标准（GB6988.6—86）。
有了功能表图后，可以用四种方式编制梯形图，它们分别是：起保停编程方式、步进梯形指令编程方式、移位寄存器编程方式和置位复位编程方式。
本文以三菱公司F1系列PLC为例，说明实现顺序控制的四种编程方式。
例如：某PLC控制的回转工作台控制钻孔的过程是：当回转工作台不转且钻头回转时,若传感器X400检测到工件到位，钻头向下工进Y430当钻到一定深度钻头套筒压到下接近开关X401时，计时器T450计时，4秒后快退Y431到上接近开关X402,就回到了原位。
功能表图见图1。
一、使用起保停电路的编程方式起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元件做中间环节，各种型号PL C的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。
这种编程方法通用性强，编程容易掌握，一般在原继电器控制系统的PLC改造过程中应用较多。
《S7-1200 PLC应用教程第2版》课件第5章
1．转换实现的条件 1) 该转换所有的前级步都是活动步； 2) 相应的转换条件得到满足。 2. 转换实现应完成的操作 1) 使该转换所有的后续步都变为活动步； 2) 使该转换所有的前级步都变为不活动步。
根据Q0.0～Q0.2的ON/OFF状态的变化，将上述工作过程划分为3步，分别 用M4.1～M4.3来代表这3步，另外还设置了一个等待起动的初始步，用矩形 方框表示步。为了便于将顺序功能图转换为梯形图，用代表各步的编程元件 的地址作为步的代号。
2．初始步与活动步 初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。与系统的初始状态 相对应的步称为初始步，初始步用双线方框来表示。 系统正处于某一步所在的阶段时，称该步为“活动步”，执行相应的非存 储型动作；处于不活动状态时，则停止执行非存储型动作。 3．与步对应的动作或命令 用矩形框中的文字或符号来表示动作，该矩形框与相应的步的方框用水平 短线相连。应清楚地表明动作是存储型的还是非存储型的。 如果某一步有几个动作，可以用图5-10中的两种画法来表示。图5-9中的 Q0.0~Q0.2均为非存储型动作，在步M4.1为活动步时，动作Q0.0为ON，步 M4.1为不活动步时，动作Q0.0为OFF。T1的线圈在步M4.3通电，所以将T1放 在步M4.3的动作框内。
器I0.1为ON，由步M4.1转换到步M4.2和M4.5，两只钻头同时开始向下钻孔。
钻到由下限位开关设定的深度时，钻头上升，升到由上限位开关设定的起
PLC顺序控制梯形图的编程方式经典实用
T0
T0
M202
Y1
T1
T1
Y1 M203
Y2
Tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ T2
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
例3 用传送带传送长物体的控制系统
GK1
GK2
用传送带传送长物体的控制
图如图所示。为了减少传送
带的运行时间，采用分段传
A
B
送方式。A、B为两条传送带， GK1、GK2为两个光电开关，
工作过程如下：按一下起动
1）I/O分配 2）画出功能表图 3）设计梯形图
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
设计起保停电路的关键是：找出它的起动条件和停 止条件
Mi=(Mi-1 Xi+Mi) Mi+1
Mi-1 Xi
Mi Xi+1
Mi+1
Mi-1
Xi
Mi+1
Mi
Mi
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
5-10根据图示信号灯控制系统的时序图设计出梯形图
功能表图
GK1
GK2
M 8002
A
B
输入 GK1 X0 GK2 X1 启动按钮 X2
输出 A线圈 Y0 B线圈 Y1
M 20 X2
M 21 X0
M 22 X0
M 23 X1
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
Y0 A运 行 Y0 Y1 A、 B都 运 行 Y1 B运 行
梯形图
M23
X1
M21
M8002
•PLC顺序控制梯形图的编程方式
3 PLC只执行活动步对应的电路块，不同的 STL触点可以分别驱动同一编程元件的1个 线圈。但是同一元件的线圈不能在可能同时 为活动步的STL区内出现，在有并行序列的 顺序功能图中，应特别注意
第五章 梯形图程序设计方法
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。
第5章 顺序控制梯形图的编程
线的方向相反，称为逆向跳步。显然，跳步属于选择
序列的一种特殊情况。
第6节 功能表图中跳步与循环问题 PLC编程
2．循环
在设计梯形图程序时，经常遇到一些需要多次重
复的操作，如果一次一次地编程，显然是非常繁琐的
。我们常常采用循环的方式来设计功能表图和梯形图
，如图5-34所示，假设要求重复执行10次由步S33和步
则执行该置位指令时，不能自动复位上一状态S。对步进 式控制，下一状态的置位指令须放在STL驱动的电路块，
并且一般放在该电路块的最后。
9）STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令，但可 使用CJP和EJP指令；在转换条件对应的电路中，不能使
用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP指令，可以用转换条
通，转换条件 满足，将由步S34进展到步S35。
在循环程序执行之前或执行完后，应将控
制循环的计数器复位，才能保证下次循环时循环
计数。复位操作应放在循环之外，图5-34中计数 器复位在步S0和步S25显然比较方便。
循环次数的控制和跳步都属于选择系列的特殊
情况。
小车控制系统——使用STL指令的编程方式梯形图
般用顺序控制设计法。
1．跳步 如图5-34所示用状态器来代表各步，当步S31是 活动步，并且X5变为“1”时，将跳过步S32，由步
S31进展到步S33。这种跳步与S31、 S32、 S33等组
成的“主序列”中有向连线的方向相同，称为正向跳
步。当步S34是活动步，并且转换条件时，将从步
S34返回到步S33，这种跳步与“主序列”中有向连
具有掉电保持功能， 掉电保持状态 S500～S899 400 停电恢复后需继续执行的场 合，可用这些状态元件 信号报警状态 S900～S999 100 用作报警元件
第五章 梯形图程序的设计方法
梯形图程序的设计方法
5-1 梯形图设计基本规则与技巧 一、基本规则
注意几点：(1)线圈位置；
(2)串接和并接多的电路处理； (3)双线圈处理； **(4)常闭接点处理。 a.停止按钮；b.热继电器常闭接点
串接和并接多的电路处理
好
不好
双线圈问题
X0
Y0
X0
Y0
X1
Y0
X1
第五章
5-2
梯形图程序的设计方法
T1
Y1
T1的常开触点
9S
7S
四 、常闭触点输入信号的处理 PLC X0 X1 X0
X1
Y1
Y1
COM
PLC
X0
X0 Y1
X1
Y1
X1
COM
五.其它PLC控制基本电路 ---------（硬件及其梯图控制程序设计)
• • • • •
两台电机顺序起动连锁控制线路 自动限位控制线路 自动循环控制线路 减压起动控制线路 反接制动、双速电机变速（P176-182)
5-5 梯形图的顺序控制设计法
二、 顺序控制设计法的基本思想
STEP 步 转换 转换条件 有向线段 动作或命令
将系统的一个 工作周期划分 为若干个顺序 相连的阶段
使系统由前 级步进入下 一步的信号 称为转换条 件
每一步 所完成 的工作
料斗
Y2
Y1
M8002
Y0
步
M0
X1· X3
初始步 动作
X2
X1
快进
举
工进 快退
例
X3
M8002
M200
X1
X0 X1 X2 X3 初始 快进
X2
《机电传动与控制》PLC顺序控制梯形图的编程实验
《机电传动与控制》PLC顺序控制梯形图的编程实验
一、实验目的和要求
1.掌握顺序控制设计法
2.熟悉SFC设计、转换及仿真调试操作
二、实验内容和原理
1.分析控制要求、设计SFC及梯形图程序
2.程序下载及调试
三、主要仪器设备
编程计算机、S7-1200PLC、下载线（网线）
四、操作方法与实验步骤
1.按照实验要求设计程序
2.输入程序并完成调试
基本控制要求：设计启动机械手工件转运控制系统
按下启动按钮，机械手手爪下移-吸盘工作吸附工件-机械手手爪上移-机械手右转-机械手手臂伸出-机械手手爪下移-吸盘释放工件-机械手手爪上移-机械手手臂缩回-机械手左转，完成一个工作周。
如没有按过停止按钮，系统继续进行下一周期的操作。
按下停止按钮，当前工作周期的操作结束后，才停止操作，返回并停留在初始状态。
拓展控制要求：奇数个工件放到机械手正前方；偶数个工件放到侧方。
请按控制要求绘制PLC接线图，设计SFC、PLC程序并完成下载调试。
五、实验数据记录和处理
1.I/O分配表
2.PLC接线图
3.SFC
4.PLC梯形图程序
六、实验结果与分析（程序监控图片，选择各步活动时照片共三张）
七、讨论和心得。
第五章顺序控制梯形图设计法
小钻头钻孔 小钻头钻完 小钻头等待
松开
5.2 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法
5.2.1 顺序控制继电器指令
S7-200提供顺序控制继电器指令专门用来编制顺序控制 程序，顺序控制指令如表5-1所示：
5.2.2 使用SCR指令的单序列编程方法
例：小车运动控制
梯形图：
5.2.3 使用SCR指令的选择序列与并行序列编程方法 例：
例：液体混合装置控制系统
启动按钮—I0.3 停止按钮—I0.4
梯形图：Biblioteka 初始步 进液体A进液体B
2. 并行序列应用编程举例
例：钻床控制系统
启动按钮—I0.0 夹紧压力继电器—I0.1 松开限位开关—I0.7
等待
等待
M0.4与M0.7都变为活动步
梯形图：
初始步 夹紧
大钻头钻孔 大钻头钻完 大钻头等待
单周期、连续、单步 梯形图（输出电路）：
自动返回初始状态顺序功能图
自动返回初始状态梯形图
5.3 具有多种工作方式系统的顺序控制梯形图设计方法
有的设备控制系统有多种工作方式，如手动、自动（包括连续、 单周期、单步、返回初始状态等）。 例：机械手 有五种工作方式
操作面板
PLC外部接线图：
编程： 1.主程序
2.公共程序
3.手动程序
4.自动程序
单周期、连续、单步 顺序功能图：
单周期、连续、单步梯形图（控制逻辑）：
输出的编程：
输出Q0.1与 M0.2同步动作 鼓风机动作
引风机动作 输出Q0.0在 M0.1、M0.2、M0.3步中均为ON
最终画出的梯形图：
5.1.2 选择序列与并行序列的编程方法
以剪板机控制为例说明：
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有两步的闭环的处理
如果在顺序功能图中有仅有两步组成 的小闭环，如图：
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
图5-5 仅有两步 的闭环的处理
用起保停电路设计的梯形图不能正常工作， 如M0.2和I0.2均为1时，M0.3的起动电路接通， 但与M0.3的线圈串联的M0.2的触点却是断开的， 所以M0.3的线圈不能“通电”。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
2）鼓风机和引风机的顺序控制梯形图
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.1.2 选择序列的编程方法
1、选择序列的分支的编程方法
如图5-4中步M0.0之后有一个选择序 列的分支，设M0.0为活动步，当它的后续 步M0.1或M0.2变为活动步时，它都应变为 不活动步，所以应将M0.1和M0.2的常闭触 点与M0.0的线圈串联。
在单周期工作方式下，按下起动按钮I2.6后，从初始 步M0.0开始，机械手按顺序功能图（如图5-22所示）的 规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。
SCRT SCRE
SCRE
SCRT S-bit CSCRE
SCRE
SCR转换 SCR程序段条件结束
SCR程序段结束
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
图5-12 某小车运动的示意图和顺序功能图
1、设小车在初始位置时停在左边，限位开关I0.2 为1状态。
2、在设计梯形图时，用LSCR和SCRE指令表示 SCR段的开始和结束。在SCR段中用SM0.0的常 开触点来驱动在该步中应为1状态的输出点（Q） 线圈，并用转换条件对应的触点或电路来驱动转 换到后续步的SCRT指令。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
3、只有活动步对应的SCRE线圈通电，并且只 有活动步对应的SCR区内的SM0.0的常开触点闭 合，不活动步的SCR区内的SM0.0常开触点处于 断开状态，因此，SCR区内的线圈受到对应的顺 序控制继电器的控制，SCR区内的线圈还可受与 它串联的触点的控制。 4、程序运行情况如下：首次扫描时SM0.1的常 开触点接通一个扫描周期，使顺序控制继电器 S0.0置位，初始步变为活动步，只执行S0.0对应 的SCR段。如果小车在最左边，I0.2为1状态， 此时按下起动按钮I0.0，指令“SCRT S0.1”对应 的
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
图５－４（a) 顺序功能图
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
图5-4（ b) 梯形图
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
2、选择序列的合并的编程方法 步M0.2之前有一个合并，当步 M0.1为活动步，并且转换条件I0.1满 足，或者步M0.0为活动步，并且转换 条件I0.2满足，步M0.2都应变为活动 步，对应的起动电路由上述两条并联 支路组成。如图5-4(b)。（梯形图）
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.2 以转换为中心的顺序控制梯形图设计 方法
梯形图与顺序功能图的对应关系
特点：这种设计方法特别有规律。在设计
复杂的顺序功能图的梯形图时既容易掌握， 又不容易出错。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.2.1 单序列的编程方法
在以转换为中心的编程方法中，用该转换所 有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应 的触点或电路串联，将它作为使所有后续步对应 的存储器位置位（使用置位指令）和使所有前级 步对应的存储器位复位（使用复位指令）的条件。 每一转换对应一个这样的置位和复位的电路块， 有多少个转换就有多少个这样的电路块。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
例如某组合机床的动力头控制系统。如图5-8
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
梯形图
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
注意：使用该编程方法时，不能将输出位的线
圈与置位指令和复位指令并联。
这是因为图中（如5-8）控制置位、复位的 串联电路接通的时间是相当短的，只有一个扫描 周期，转换条件满足后前级步马上被复位，该串 联电路断开，而输出位（Q）的线圈至少应该在 某一步对应的全部时间内被接通。 所以应根据顺序功能图，用代表步的存储器 位的常开触点或它们的并联电路来驱动输出位的 线圈。
与此同时，只需将M0.3或M0.5的常闭触点与 M0.2的线圈串联即可。（停止条件）
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
2、 并行序列的合并的编程方法
步M0.0之前有一个并行序列的合并，该转换 实现的条件是所有的前级步都是活动步和转换条 件I0.6满足。因此，应将M0.4、M0.6和I0.6的常 开触点串联，作为控制M0.0的起保停电路的起动 电路。 （起动条件）
否则系统无法工作，故将仅在第一个扫描 周期接通的SM0.1的常开触点与上述串联 电路并联，起动电路还并联了M0.0的自保 持触点。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
2.输出电路的设计方法
1）某一输出量仅在某一步中为ON，将 它的线圈与对应步的存储器位（M0.2）的 线圈并联。
2）因线圈一般只允许出现一次，某一 输出在几步中都为ON，将代表各有关步的 存储器位的常开触点并联后，驱动该输出 的线圈。（M0.1～MO.3的常开触点并联 驱动Q0.O的线圈）
作为控制M0.1的起动电路。（起动条件）
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
②当M0.1和T37的常开触点均闭合时，步 M0.2变为活动步，这时步M0.1应变为不活 动步，因此可将M0.2为1作为使存储器位 M0.1变为OFF的条件，即将M0.2的常闭触 点与M0.1的线圈串联。（停止条件）
注意：PLC开始运行时应将M0.0置为1，
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
的线圈得电，使S0.1变为1状态，操作系统使 S0.0变为0状态，系统从初始步转换到右行步， 只执行S0.1对应的SCR段。在该段中，SM0.0的 常开触点闭合，Q0.0的线圈得电，小车右行。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
接上图(梯形图)
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第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.1 使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法
5.1.1 单序列的编程方法 设计起保停电路的关键是找出它的起动条 件和停止条件。
例如，控制锅炉的鼓风机和引风机的控制系统设 计。
控制要求如下：按了起动按钮I0.0以后，应先开引 风机，延时12S后再开鼓风机。按了停止按钮I0.1以 后，应先停鼓风机，10S后再停引风机。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.2.2 选择序列的编程方法
图5-9局部
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
对应梯形图
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.2.3 并行序列的编程方法
并行序列的分支与合并
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.3 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计 方法
5.3.1 顺序控制继电器指令
某机械手用来将工件从A点搬运到B点，如图 所示。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
控制面板如图所示：
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
右 图 为 的 外 部 接 线 图
PLC
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
输出Q0.1为1时工件被夹紧，为0时被松开。 工作方式选择开关的5个位置分别对应于5种工作 方式，操作面板左下部的6个按钮是手动按钮。 为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障 时）能可靠地切断PLC的负载电源，设置了交流 接触器KM（见上图）。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
并行序列梯形图如下(局部):
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
课堂作业
P82 第11题. 要求:画出顺序功能图后,分别用前面介绍的三种 方法设计梯形图.
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.4具有多种工作方式的系统的顺序控制梯 形图设计方法
一、系统的硬件结构与工作方式
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第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
本章难点
具有多种工作方式的系统顺序控制梯形图的设计 方法；SCR指令的理解。
本章作业
习题5.5(P81)
5、 6
7、 8、 9 10、11
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
控制系统的梯形图一般采用如图所示的典型 结构，系统有自动和手动两个工作方式。SM0.0 的常开触点一直闭合，每次扫描都会执行公用程 序。自动方式和手动方式都需要执行的操作放在 公用程序中，公用程序还用于自动程序和手动程 序相互切换的处理。
在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮， KM的主触点接通，给外部负载提供交流电源， 出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电 源。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
2、工作方式
系统设有手动、单周期、单步、连续和回原点5种 工作方式。 在手动工作方式下，用I0.5~I1.2对应的6个按钮分别 独立控制机械手的升、降、左行、右行和夹紧、松开。
其根本问题在于步M0.2既是M0.3的前级步， 又是它的后续步。该例中，如图5-5所示，将 M0.2的常闭触点改为I0.3的常闭触点即行解决。
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
5.1.3 并行序列的编程方法 1、并行序列的分支的编程方法
如图5-4（a)，步M0.2之后有一个并行序列的 分支，当步M0.2是活动步并且转换条件I0.3满足时， 步M0.3和步M0.5应同时变为活动步，用M0.2和 I0.3的常开触点组成的串联电路分别作为M0.3和 M0.5的起动电路来实现；（起动条件）
第 5章
顺序控制梯形图的设计方法
第5章 顺序控制梯形图的设计方法
使用起保停电路的顺序控制梯