可编程控制器-顺序功能图和程序设计
PLC原理与实验-第四章梯形图与顺序功能图设计简介
梯形图输入输出信号的处理
输入信号
梯形图可以处理各种输入信号，如开关、传感器和 计数器等。
输出信号
梯形图可以控制各种输出信号，如继电器、执行器 和显示器等。
梯形图逻辑运算的实现
1
或逻辑
2
使用或逻辑实现多个条件中任意一个满
足时的控制，增辑实现多个条件同时满足时的 控制，提高系统的精确性。
非逻辑
使用非逻辑实现条件不满足时的控制， 处理错误或异常情况。
梯形图计算功能的设计
1 算术运算
梯形图支持加减乘除等基 本算术运算，用于数据处 理和计算。
2 逻辑运算
梯形图支持比较运算和位 移运算，用于逻辑判断和 数据处理。
3 定时器和计数器
梯形图中的定时器和计数 器功能，用于延时和周期 性控制。
梯形图常用命令的应用
控制命令
梯形图中有丰富的控制命令，如 输出控制、跳转控制和调用子程 序。
定时器命令
梯形图中的定时器命令用于实现 定时任务和时间控制。
计数器命令
梯形图中的计数器命令用于实现 计数任务和数量控制。
PLC梯形图编程语法规则
梯级结构
梯形图从上到下依次执行，通过梯级结构实现 逻辑判断和功能控制。
布线规范
合理布置线路，避免交叉和交错连接，提高运 行的可靠性和可维护性。
线路连接规则
使用正线和反线进行线路连接，正线表示通电 逻辑，反线表示断电逻辑。
逻辑运算符
梯形图支持与、或、非等逻辑运算符，用于条 件判断和逻辑运算。
适用于各行各业
PLC在制造业、电力系统、交通运输以及建筑等领域起着重要的作用。
梯形图编程设计理念
1 图形化编程
梯形图使用图形符号和线路连接来表示逻辑和功能关系，易于理解和维护。
《可编程控制器技术》课程标准
《可编程控制器技术》课程标准1.刖百1.1课程性质在高职机电一体化技术专业中，《可编程控制器技术》是一门职业技能专业核心课程。
与中职《可编程控制器原理及应用》有衔接关系，中职课程是本课程的学习基础。
本课程具有很强的理论性和实践性，对后续专业课程的学习至关重要；同时与学生将来从事的专业工作有着密切的联系，是机电一体化技术专业必备的技能和知识。
学生学完本课程能根据未来工作任务要求，独立完成小型或者合作完成复杂的PLC控制系统的设计、安装、调试工作，包括：进行产品控制功能分析、选择控制方案和PLC元器件选型、绘制电气原理图、编写PLC程序；安装电气元器件、完成系统调试、进行系统功能评价等。
在此之前，学生进行了《计算机应用》、《电工电子技术》、《电机与电气控制》等课程，具备了初步电气基础知识和实践技能，为本科学习奠定基础。
同时，本科也为后续课程《柔性制造系统实训》、《机电设备安装与调试》、《工业机器人技术基础》起到支撑作用。
1.2设计思路本课程的以“职业化”能力培养为目标，以项目课程为主体，培养学生的知识技能和自主学习创新能力，围绕工作任务完成的需要来选择和组织课程内容，突出任务与知识、技能的联系，让学生在职业化实践活动的基础上掌握知识，增强课程内容与职业岗位能力要求的相关性，提高学生的独立思考和实践动手与创新能力。
参照《维修电工国家职业标准》等国家职业标准，遵循学生的知识技能成长规律，依照课程培养目标和知识技能点重新整合、序化课程内容，选择合适的控制项目载体。
2.课程目标通过本课程的学习，学生应具备以下素养、知识、技能和能力:2.1素质目标2.2知识目标2.3能力目标3.课程内容与要求3.1教学内容选取依据课程组教师依据专业典型工作任务，结合《可编程控制器(PLC)系统设计师职业标准》、《维修电工国家职业标准》，确定课程培养任务和培养目标，并提取和提炼本课程重要知识点和技能点，遵循学生的知识技能成长规律，重新进行教学内容的选取、整合、序化。
第八章 可编程序控制器的程序设计
第八章可编程序控制器的程序设计第一节梯形图的特点及绘制原则第二节PLC程序设计方法第三节顺序控制设计方法中梯形图的编程方式第一节梯形图的特点及绘制原则一、梯形图的特点（1）梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。
每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。
每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或右母线。
（2）在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器触点（常开或常闭）可无限次引用。
（3）在每一逻辑行中，串联触点多的支路应放在上方。
如果将串联触点多的支路放在下方，则语句增多，程序变长。
图8-1梯形图之一124LD 1AND 2OR 3OUT43(a)合理1243LD 3LD 1AND 2ORB OUT4(b) 不合理（4）在每一个逻辑行中，并联触点多的支路应放在左边。
如果将并联触点多的电路放在右边，则语句增多、程序变长。
LD 1OR 2AND 3OUT 41342(a) 合理3142LD 3LD 1OR 2ANB OUT 4(b) 不合理图8-2梯形图之二（5）梯形图中，不允许一个触点上有双向“电流”通过。
对于这样的梯形图，应根据其逻辑功能作适当的等效变换。
512643（a）523541624（b）图8-3梯形图之三（6）梯形图中，当多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，常将这些逻辑行合并。
147213621582（a ）不合理24781365（b ）合理图8-4 梯形图之四（7）如果电路结构复杂，用ANB、ORB等指令难以处理时，可以重复使用一些触点改成等效电路，再进行编程。
12 345AB2A35B134图8-5 复杂电路的处理方法(8)设计梯形图时，输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开进行设计更为合适，不易出错。
二、典型单元梯形图分析1、起动保持和停止电路Y000X001X000Y000X000 X001 Y000图8-6起保停电路最主要的特点是具有“记忆”功能2、电动机正反转控制电路～KM2 KM1KM1 KM2SB1SB2SB3COM X000Y000X001X002Y001PLC COM(a) PLC 的外部接线图Y001X001 X000 X002 Y000 Y001X000 X001 X002 Y001 Y000Y000（b ）梯形图图8-7电动机正反转控制电路SB1为停止按钮，SB2为正转起动按钮，SB3为反转起动按钮，KM1为正转接触器，KM2为反转接触器。
三菱PLC-----_SFC顺序功能图
可编程控制器
I/O口 X0 X1 X2 X3
华侨大学电气工程与自动化系
41页
启动按钮 停止按钮 低位传感器L 中位传感器M
X4
X10 Y1 Y2 Y3 Y4
高位传感器H
手动/自动选择，ON=自动 流入液体A,电磁阀YV1 流入液体B,电磁阀YV2 流入液体C,电磁阀YV3 搅拌机M
可编程控制器
华侨大学电气工程与自动化系
• 在顺序控制中，我 们把每一个工序叫 做一个状态，当一 道工序完成，做下 一道工序时，可以 表达为，从一个状 态转移到另一个状 态。 • 如有4个广告灯， 每个灯亮1秒，循 环进行，则状态转 移图如右图。
可编程控制器
特点：
华侨大学电气工程与自动化系
12页
• 当转移条件满足时， 则会从上一个状态 转移到下一个状态， 而上一个状态自动 复位。
42页
可编程控制器
华侨大学电气工程与自动化系
43页
可编程控制器
华侨大学电气工程与自动化系
44页
可编程控制器
实例:运输带控制 系统的
华侨大学电气工程与自动化系
45页
5.2使用起保停电路的编程方式
顺序控制梯形图的编程方式有: 使用STL指令的编程方式
a
步3
a
b
步3
a c
步3
b
步4
d
步6
e
步8
f
步4
d
步5
e
步6
f
步4
c
步5
g
步7
h
步9
i
步7
步8
g
步9
步5
d
步10
j
步10
PLC教程-顺序功能图
测试和调试
完成编程后，需要对程序进行测试和调试，以确 保其正常工作并满足要求。
03
顺序功能图的实例分析
实例一：简单的顺序控制流程
总结词 通过一个简单的实例，介绍顺序 功能图的基本概念和绘制方法。
详细描述 通过这个实例，可以学习到如何 将实际设备的动作流程转化为顺 序功能图，并理解顺序功能图在 控制流程中的作用。
系统仿真和调试
通过顺序功能图，可以对控制系统进行仿真 和调试，检查系统是否按照预期的逻辑关系 运行。
顺序功能图的组成
步
表示控制系统中一个相对静止的状态或动作， 是顺序功能图的基本元素。
转换条件
表示从一个步到另一个步的切换条件，是控 制系统中动作切换的关键因素。
动作
表示在某个步中需要执行的具体操作或行为。
详细描述 介绍一个简单的机械臂动作控制 流程，通过顺序功能图展示机械 臂的启动、执行和停止等动作的 逻辑关系。
总结词 顺序功能图在简单控制流程中能 够清晰地表达设备的动作顺序和 逻辑关系。
实例二：复杂的顺序控制流程
总结词
通过一个复杂的实例，展示如何运用顺序功能图处理复杂的控制逻辑。
详细描述
介绍一个自动化生产线控制流程，包括物料检测、分拣、包装等环节， 通过顺序功能图展示各个环节的相互关系和执行顺序。
路径
表示控制系统中动作的执行顺序和逻辑关系， 由一系列的步和转换条件组成。
02
plc编程中的顺序功能图
plc编程的基本概念
PLC（可编程逻辑控制器）
一种专为工业环境设计的数字电子设备，用于控制各种类型的机器 和过程。
编程语言
PLC使用类似于计算机编程语言的编程语言，如Ladder Logic、 Structured Text等，进行逻辑控制编程。
顺序功能图
顺序功能图“顺序功能图语言”是近年来发展起来的一种编程语言。
它采用顺序功能图的描述程序结构，把程序分成若干“步”（Step，S），每个步可执行若干动作。
而“步”间的转换靠其间的“转移”（Tran，T）的条件实现。
至于在“步”中要作什么，在转移中有那些逻辑条件，则可使用其它任何一种语言，如梯形图语言，编程实现。
功能图来源于佩特利（Petri）网，由于它具有图形表达方式，能较简单和清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存有的象死锁、不安全等反常现象进行分析和建模，在模型的基础上能直接编程，所以，得到了广泛的应用。
近几年推出的可编程控制器和小型集散控制系统中也已提供了顺序功能图编程的软件。
可知，“顺序功能图语言”不仅仅是一种语言，而且，也是一种组织控制程序的图形化方式。
图4-6 示的是一段“顺序功能图语言”编写的程序。
图4-6 顺序功能图程序图中S0（起始步）、S1、s2、s3 为步，t1、t2、t3、t4、t5为“转移”。
“转移”的条件是位逻辑值。
为1转换，进入下一步。
为0不转换，停留在所在步，执行所在步的程序。
图中t1条件为梯形图编程，t2为逻辑图编程。
图中S0步转换到S1、S2是分支结构，到底转换到那个步，要依逻辑条件t1（转换到步s1条件）、t4（转换到步s2条件）那个先满足确定。
而S1、S2转换S3是逻辑或，执行S1步及t2为1，则从S1转换到S3，执行S2步及t5为1，则从S2转换到S3。
S3往下转换，则由逻辑条件t3确定。
至于在各个“步”中，PLC要做什麽，还可用不同语言编程。
总之，功能表图编程语言的特点是：（１）以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通；（２）对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省编程时间和调试时间；（３）常用于系统的规模校大、程序关系较复杂的场合；（４）只有在已“击活”的步中指令才被扫描，而在未“击活”的步中的指令的则不予扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。
THPLC可编程控制器系列实验指导书
第一章 可编程控制器的概述可编程序控制器，英文称Programmable Logical Controller ，简称PLC 。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践。
一、可编程控制器的基本结构可编程控制器主要由CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。
1、CPU 模块CPU 模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU ）和存储器组成。
它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。
PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
2、I/O 模块I/O 模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU 模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号。
可编程序控制器(PLC)原理及应用
冗余和容错技术
提高系统可靠性和稳定性，确保 在故障发生时系统能够正常运行。
05
PLC系统设计与选型原则
系统设计流程和方法论
需求分析
明确系统控制需求，包括输入/输出信号类型、数量、通 信协议等。
软件编程
使用PLC编程软件编写控制程序，实现系统逻辑控制功 能。
ABCD
硬件设计
根据需求选择合适的PLC型号、I/O模块、通信模块等硬 件设备，并设计相应的电气连接图。
发展历程
从1960年代末期的初创阶段，到1970 年代中期的成熟阶段，再到1980年代 以后的发展阶段，PLC逐渐从逻辑控 制向数字控制发展，功能不断增强， 应用领域也不断扩展。
PLC基本组成与工作原理
基本组成
PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口、电源等部分组成。
工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，即按照用户程序存储器中存放的先后顺序逐条执 行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。
实例三
使用顺序功能图语言实现一个复杂的自动化生产线控制程 序，包括多个状态之间的转移条件、状态内的动作以及必 要的互锁和联锁功能。
03
PLC在工业自动化领域应用
顺序控制应用
逻辑控制
时间控制
PLC可以实现复杂的逻辑控制功能，如 与、或、非等逻辑运算，用于控制工业 设备的启动、停止、运行等状态。
PLC具有精确的时序控制能力，可以 根据时间设定来控制设备的运行时长、 延迟等。
可编程序控制器(plc)原 理及应用
目录
Contents
• PLC概述与基本原理 • PLC编程语言与指令系统 • PLC在工业自动化领域应用 • PLC通信与网络功能实现 • PLC系统设计与选型原则 • PLC安装调试与故障诊断技巧
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顺序功能图基本概念
控制系统可以分成两个部分：被制系统和 施控系统。
步对应的动作和命令：在施控系统中发 出的信号，称之为命令；对被控系统来 讲，则是动作。为描述方便，把两者都 称之为动作。
6
I0.3=1
5
顺序控制示例
SM0.1 I0.0
1
I0.1
2
I0.4
3
I0.0 I0.2
4
8 I0.2
7 I0.4
6 I0.3
5
1、表示方向的线如果是从 左到右或从上到下箭头可 以省略。
2、加横线表示转换。 3、转换条件表示其值为 ON（1）才能够转换。
顺序控制示例
SM0.1 I0.0
1
Q0.0
M0.7
Q0.3
I0.2
M0.6
Q0.1
I0.4 M0.5
I0.3
M0.4
Q0.0 Q0.4
顺序功能图
顺序功能图：（功能流程图或状态转移图） 是描述顺序控制系统的控制过程、功能和 特性的一种图形。
顺序功能图是一种描述性的图形，而不是程序。 由步（状态）、转换、转换条件、有向线段组
成。
顺序功能图基本概念
顺序控制示例
SB1
向左Q0.3
8
I0.0
向下Q0.0
4 向右Q0.2
1
3
向上Q0.1
SB2 I0.1
2 抓起
抓紧控制Q0.4
抓紧 SB5 I0.4
5
SB3 I0.2
7
6 放下
SB4
I0.3
SM0.1=1
I0.0=1
1
I0.1=1
2
I0.4=1
3
I0.0=1
4
I0.2=1
8
I0.2=1
7
I0.4=1
I0.1
2
Q0.4
I0.4
3
Q0.1 Q0.4
I0.0
4
Q0.2 Q0.4
I0.2
8
Q0.3
I0.2
7
Q0.1
I0.4 6
I0.3
5
Q0.0 Q0.4
顺序控制示例
SM0.1 I0.0
M0.0
Q0.0
I0.1
M0.1
Q0.4
I0.4
M0.2
Q0.1 Q0.4
I0.0
M0.3
Q0.2 Q0.4
I0.2
C） 并行系列 分支时转换必须标在分支线上面。 合并时转换必须标在合并线下面。 同时可以有多个活动步。
顺序功能图中的转换实现基本原则 顺序功能图中，步的活动状态的进展是 由转换实现的。转换实现必须同时满足:
该转换所有的前级步都是活动步。 相应的转换条件得到满足。
转换实现后应完成的动作
的情况。
注意:此4点可以是检验顺序功能图是否绘制正确的标准。
顺序功能图绘制
M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.0
T37
T38
顺序功能图的基本绘制举例
和转换相连的所有后续步都为活动步。 和转换相连的所有前级步都变成非活动步。
绘制顺序功能图注意事项
绘制顺序功能图注意事项：
两个步之间不可直接相连，中间必须用转换分隔开。 两个转换之间不可直接相连，中间必须用转换分隔开。 必须要有初始步，复位所有的输出和其他步。 顺序功能图必须是一个闭环系统，不能出现“到此为止”
每一步可以完成不同的动作。
顺序功能图基本概念
动作的表示：步的动作用方框直接在步的后 面直接标出，和步之间用线连在一起。
两者方法表示的意思一样。 不表示动作的先后顺序，同一个步的动作应该是
同时完成。 不同的动作类型可以加不同的修饰词。
P54 表4－1
表示方法： 实例：
步动作的表示
可编程控制器-顺序 功能图和程序设计
顺序控制
顺序控制:按照生产工艺预先设定的顺序， 在各个输入信号的作用下，根据内部状态 和时间的顺序，在生产的过程中各个执行 机构自动地有秩序地进行操作。
按照顺序进行控制操作，后面的操作依赖于前 面的操作；
顺序控制设计法：根据顺序控制的工艺要 求，把顺序控制分成顺序相联的若干阶段 并绘出顺序功能图，根据顺序功能图设计 梯形图。
顺序功能图基本概念
初始步：如系统的初始状态相对应的步称之为初始 步。 每个顺序功能图都必须有一个初始步。 顺序功能图中初始步用双线方框表示，方框中的数 字表示步的编号
活动步：控制系统当前处在某一阶段时，该步处于 活动状态，称该步为“活动步”，步处于活动状态 时，相应的动作被执行，其状态元件的值为1 （ON）。
顺序功能图基本概念
有向连线：为表示各个步之间的连接关系 和先后关系，步和步之间用带箭头的线连 在一起。同时，有向连线确定步的转换方 向。
当步是从上到下或从左到右时，箭头可以不画。 如果不是从上到下或从左到右，必须画出箭头， 以表明转换的方向。
顺序功能图基本概念
转换：步从一个步转到一下个步的动作， 称之为转换。转换用有线连线和于有向连 线相垂直的线表示。
组合转换条件的表示
上升沿
与的关系
或的关系并且下降沿
顺序功能图的基本结构
A) 单系列 每一步后面只有一个转换， 并且每一步后面只有一个步
B）选择系列 选择系列的开始称为分 支。选择系列结束称为合并。
分支时转换必须标在分支线下面。 合并时转换必须标在合并线上面。 选择系列中同时只有一个活动步。
的编号。
顺序功能图基本概念
步：把顺序控制过程分成若干个顺序相 连的阶段，这些阶段称为步，一般用编 程元件M或顺序控制继电器S来代表各步。
步的编号 可以理解为顺序控制目前所处的状态或阶段； 步是根据输出状态变化来划分的，输出状态 不一样，就分成不同的步，在任何一步之内， 输出状态不变。
初始步编号 顺序功能图中步用方框表示，方框中的数字 表示步的编号。
步：把顺序控制过程分成若干个顺序相连的阶 段，这些阶段称为步，一般用编程元件M或顺 序控制继电器S来代表各步。
可以理解为顺序控制目前所处的状态或阶段； 步的编号 步是根据输出状态变化来划分的，输出状态不一样，
就分成不同的步，在任何一步之内，输出状态不变。 顺序功能图中步用方框表示，方框中的数字表示步
转换条件：使当前步进到下一个步的信号， 称为转换条件。转换条件可以是输入信号， 如按钮的接通和断开等；也可是PLC内部信 号，如时间继电器的信号，计数器的信号 等。转换条件可以是多个信号的与、或、 非的组合，也可以是信号的上升沿或下降 沿。
转换条件直接标示在转换旁边。表示信号为有 效时才可以转换。