6.1.2 PLC控制系统设计的主要内容 1.明确设计任务和技术条件。 2.确定用户输入设备和输出设备。 3.选择可编程控制器的机型。 4.分配I/O通道，绘制I/O接线图。 5.设计控制程序。 6.编制控制系统的技术文件。
6.1.3
程序设计的步骤
用可编程控制器进行控制系统设计的一般步骤有以下步： 1．评估控制任务 2．PLC的选型 3．系统设计
图6-19 全自动洗衣机结构示意图 1—电源开关 2—启动按钮 3—PLC控制器 4—进水口 5—出水口 6—洗衣桶 7—外桶 8—电动机 9—波轮
(2)I/O元件地址分配表 根据控制要求，I/O元件 地址分配表如表6-2所示。
(3)设计顺序功能图 根据洗衣机的控制要求，设计出顺序功能图如图620所示。 图6-20 全自动洗衣机顺序控制功能图
模块六
PLC应用系统设计
6.1 PLC系统设计的主要内容
6.2 PLC程序设计方法 6.3 PLC应用中的若干问题
6.1 PLC系统设计的主要内容
6.1.1 PLC控制系统设计的基本原则
1.最大限度地满足被控对象提出的各项性能指标。 2.确保控制系统的安全可靠。 3.力求控制系统简单。 4.留有适当的裕量。
【例6-2】根据图6-3所示的选择性序列功能流程图，设计出梯形图程序 使用起保停电路模式编程，对应的状态逻辑关系为：
SM0.1 M0.0 I0.0 M0.1 I0.1 M0.3 I0.4
Q0.2 Q0.0
M 0.0 ( SM 0.1 M 0.3 I 0.4 M 0.0) M 0.1 M 0.2
分析：从该功能流程图可知本例中有三个步， 每个步要成为活动步的前提条件是其前级步 为活动步且转换的条件满足。 网络1中， 当 步M0.2为活动步，且转换条件I0.2满足，或转 换条件SM0.1满足,则初始步M0.0将变为活动 步，故步M0.0的起保停电路的起始条件应为 M0.2· I0.2+ SM0.1，对应的起动电路由两条并 联支路组成，第一条支路分别由M0.2、I0.2的 常开触点串联而成。第二条支路是SM0.1常开 触点，和SM0.1常开触点并联的M0.0的常开 触点起自保作用，M0.1的常闭触点起停止作 用。即后级步（如M0.1）被激活时，其对应 的前级步（（如M0.0）关断。其他的网络对 应的状态逻辑关系见上面的式子，分析类似。 其对应的梯形图如图6-2所示。
( )
M0.6
)
(
M0.1
网络8 M0.1 网络2 M0.1 I0.1 M0.3 M0.2 网络9 Q0.0
( ( )
M0.2 Q0.1
)
M0.2 网络10 网络4 M0.2 M0.3 I0.2 M0.6 M0.3
(
Q0.2
)
( )
网络11 M0.4 Q0.3
) )
Q0.4
(
M0.3
(
网络12 M0.5 I0.1 M0.5 M0.4
网络5 M0.1
(
M0.4
)
(
网络13 M0.6 Q0.5
)
(
)
图6-6 使用起保停电路编程的例6-3梯形图
2. 以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法
以转换为中心的顺序控制梯形图设 计方法采用S-R指令。当某步的转换 条件满足时，用S指令使该部变为活 动步，同时用R指令使前级步变为非 活动步。这种编程方法与转换实现的 基本规则之间有严格的对应关系，它 更适合对复杂顺序控制系统的编程。 【例6-4】根据图6-1所示的单序列的 功能流程图，设计出梯形图程序 使用以转换为中心的顺序控制梯形图 设计方法采用S-R指令编程的梯形图 如图6-7所示
3. 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法
【例6-7】根据图6-9所示 的选择性序列的功能流程 图，设计出梯形图程序 使用SCR指令指令编程 的顺序控制梯形图如图610所示:
SM0.1 S0.0 I0.0 S0.1 I0.1 S0.3 I0.4
Q0.2 Q0.0
I0.2
S0.2 Q0.1
I0.3
任务1.2：全自动洗衣机PLC控制系统
全自动洗衣机的控制方式可分为手动控制洗衣、自动控制洗衣和预定时 间洗衣等。这里只介绍全自动洗衣过程。全自动洗衣机结构示意图如图 6-19所示。
(1)全自动洗衣控制要求: ① 洗衣机接通电源后，按下起动按钮，首先进水阀 打开，进水指示灯亮。 ② 当水位达到上限位时，进水指令灯灭，搅轮正转 进行正向洗涤40 s；时间到停2 s后，再进行反向洗 涤40 s，正反向洗涤需重复4次。 ③ 等待洗涤重复4次后，再等待2 s，开始排水，排 水指示灯亮。后甩干桶甩干，指示灯亮。 ④ 当水位到下限位后，排水完成，指示灯灭。又开 始进水，进水指示灯亮。 ⑤ 重复4次①～④的过程。 ⑥ 当第4次排水到下限位后，蜂鸣器响5 s后停止， 整个洗衣过程结束。 ⑦ 操作过程中，按下停止按钮可结束洗衣过程。 ⑧ 手动排水是独立操作的。
(2)I/O元件地址分配表 根据控制要求，I/O元件地址分配表如表6-1所示
(3)设计顺序功能图 根据控制要求，自动门控制系统顺序功能图 如图6-17所示。
(4)设计梯形图程序 根据上面顺序功能图， 使用起保停电路的编程方 法设计的梯形图程序如图 6-18所示。
图6-18 自动 门控制系统 梯形图
M0.0 I0.0 M0.1 I0.1 M0.2 I0.2 Q0.0 Q0.1 Q0.0
M 0.0 ( SM 0.1 M 0.2 I 0.2 M 0.0) M 0.1 M 0.1 ( M 0.0 I 0.0 M 0.1) M 0.2 M 0.2 ( M 0.1 I 0.1 M 0.2) M 0.0 Q0.0 M 0.1 M 0.2 Q0.1 M 0.2
图6-13 两线式传感器输入的处理图
6-14 感性输入/输出的处理
3．PLC系统的接地要求
良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。 PLC一般最好单独接地，与其他设备分别使用各自的接 地装置，如图6-15（a）所示；也可以采用公共接地，如 图6-15（b）所示；但禁止使用图6-15（c）所示的串联接 地方式。另外，PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠 近PLC，同时，接地线的截面应大于2 mm2。
图6-15 PLC接地
任务1.1：PLC在自动门控制中的应用
(1)任务控制要求（图6-16所示为某自动 门工作示意图） ①开门控制，当有人靠近自动门时，感应 器检测到信号，执行高速开门动作；当门 开到一定位置，开门减速开关I0.1动作， 变为低速开门；当碰到开门极限开关I0.2 时，门全部开展。 ②门开展后，定时器T37开始延时，若在 3 s内感应器检测到无人，即转为关门动 作。 ③关门控制，先高速关门，当门关到一定 位置碰到减速开关I0.3时，改为低速关门， 碰到关门极限开关I0.4时停止。在关门期 间若感应器检测到有人（I0.0为ON），停 止关门，T38延时1 s后自动转换为高速开 门。
排水
(4)设计梯形图 程序 根据顺序功能 图按以转换为 中心的编程方 法设计的梯形 图程序如图621所示。
蜂鸣器
图6-21 全自动 洗衣机 顺序控 制梯形 图
任务1.3：多种工作方式机械手的PLC控制
为了满足生产的需要，很多设备要求设置多种工作方式，如手动和自动 （包括连续、单周期、单步和自动返回初始状态）工作方式。 手动控制比较简单，一般采用经验设计法设计，复杂的自动程序一般采 用顺序设计法设计。 图6-22（a）为某机械手结构示意图，用机械手将工件从A点搬运到B点。 当工件夹紧时，Q0.1为ON，工件松开时，Q0.1为OFF。 图6-22（b）为操作面板图，工作方式选择开关的5个位置分别对应于5 种工作方式，操作面板下部的6个按钮（I0.5～I1.2）是手动按钮。图423所示为PLC的I/O端子接线图。 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如图4-23所示。在PLC开始运行时按下 “负载电源”按钮，使KM线圈通电并自锁，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。
图7-7 置位、复位指令编制的梯形图
【例6-5】根据图6-3所 示的选择性序列的功能 流程图，设计出梯形图 程序 使用以转换为中心的 顺序控制梯形图设计方 法采用S-R指令编程的 梯形图如图6-8所示
【例6-6】根据图65所示的并列序列的 功能流程图，设计 出梯形图程序 使用以转换为中 心的顺序控制梯形 图设计方法采用S-R 指令编程的梯形图 如图6-9所示
图6-22 机械手结构示意图及操作面板
图6-23
PLC的I/O端子接线图
(1)工作方式
系统设有手动、单步、单周期、连续和回原点5种工作方式。 在手动工作方式，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、放松。系统处于原点状态（或初始状态）时，机械 手在最上面和最左边，且夹紧装置为松开状态。在进入单步、单周期和连续 工作方式之前，系统应处于原点状态；若不满足这一条件，可选择回原点工 作方式，然后再按下起动按钮I2.6，使系统自动返回原点状态。在原点状态 时，顺序控制功能图中的初始步M0.0为ON，为进入单步、单周期和连续工作 方式作好准备。 机械手原点开始，将工件从A点搬到B点，最后返回到初始状态的过程称 为一个工作周期。在单步工作方式，从初始步开始，每按一次起动按钮，系 统只向下转换一步的操作，完成该步的动作后，自动停止工作并停留在该步， 这种工作方式常用于系统的调试。 在单周期工作方式时，若初始步为活动步，按下起动按钮I2.6后，从初 始步M0.0开始，机械手按下降→夹紧→上升→右行→下降→放松→上升→左 行的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。 连续工作方式。在初始步按下起动按钮，机械手从初始步开始，工作一个周 期后又开始搬运下一个工件，反复连续地工作。当按下停止按钮时，系统并 不马上停止工作，要完成一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。 回原点工作方式，I2.1为ON。按下起动按钮I2.6时，机械手在任意状态 中都可以返回到初始状态。