十年工控人：如何学PLC，弄懂控制程序及项目编程实例无压力

一、系统配线及控制原理：

彩钢瓦是一种建筑材料，出厂成型料长度是固定的（如15米），有些需要的却是长度不一的材料，如用人工裁切，每根长度都需测量，费时费力。用PLC、文本屏、变频器控制实施自动裁切，操作工只要将此三种裁切长度值和裁切数量值从文本屏画面输入，设备就会自动切出这三种长度规格的彩钢瓦来。

原设备是采用西门子变频器和触摸屏进行控制的，但因PLC和触摸屏严重损坏，不宜修复。应用户要求，现在用LS型PLC和YD20型文本屏，对其进行改造式修复。

原设备的控制线路的主电路，见图5-45彩钢瓦自动裁切设备主电路，可分为三部分：

油泵控制线路，为常规启、停电路，不受PLC控制，上班后由操作人员进行启/停控制，为气压阀提供压力源；

变频器控制线路，具有手动进、退和自动中的两段速运行控制，由手动和PLC自动控制，完成对彩钢瓦材料的输送；

刀具上行、下行的气压阀控制线路，对彩钢瓦进行裁切和控制刀具复位，由PLC自动控制。PLC的控制过程：裁切长度和数量由文本屏输入到PLC的程序中。由旋转编码器采集彩钢瓦的长度信号，经程序计算，控制变频器的启、停和气压阀的裁切动作。

彩钢瓦自动裁切设备主电路

整机控制电源由空气断路器QF1控制，再由380V/220V隔离变压器供给控制电路，以提高抗干扰性能和操作安全性，也避免了采用火、零二线220V供电时，零线接触不良时的供电不稳。设置SA0急停开关，在系统运行异常时，可快速停掉控制电源，无论手动或自动运行都被中止。

油泵的运行提供裁切刀具的工作压力，油泵的起/停由SB1、SB2按钮手动控制；刀具的上行（抬起归位）、下行（裁切）由PLC的输出接点驱动KA1、KA2两只继电器，再由继电器驱动KP1、KP2两只压力电磁阀；变频器的起/停、运转方向、运行速度均可以有手动/自动两种工作方式。手动裁切时用SB3、SB4按钮实现反转和运行控制，用SB5按钮控制手动下刀裁切。自动裁切时按设置好的两段速——高速和低速进行彩钢瓦输送、裁切前低速运行的控制，用继电器KA1、KA2控制刀具的下切和返回。

对变频器的参数设置。将P2端子设置为A段速运行控制端子，其运行频率为7Hz；将P3端子设置为B段速运行端子，将运行频率设置为35Hz；停车方式：自由停车；加、减速时间的设置，据现场运行要求设定。

彩钢瓦自动裁切设备PLC控制接线图

PLC控制接线图，因原机型为西门子型PLC，输出端子在上部，输入端子在下部，为对应原线路配置和操作工人读图习惯，也将PLC输出端子线路画于上部，将输入端子画于下部了，读图时需予注意。

图中SA1为手动自/动运行方式选择开关，闭合时为自动运行方式，SB4为自动运行暂停开关；P06、P07端子输入刀具下、下限位信号；P0、P1输入高速计数脉冲信号。YD20文本屏的工作电源，取自PLC的24V、24G电源供给端子。

与可调定长裁切装置不同，程序电路的重点，是对多种剪切数量和多种前剪切长度进行处理，按设置要求完成对设置根数和长度的裁切任务。本装置最多能完成8组长度和根数各不相同的裁切任务。当然，如果需要，可完成更多组数的裁切设置。

控制系统的裁切动作，是按屏面设置数据来进行的，因而制作文开屏画面，就成为编写程序的一个重要内容，而且程序电路要与画面内容有机地结合在一起。还是按照先编写程序电路，再依据程序电路的元件地址制作文本屏画面的步骤来进行。

二、PLC程序程序电路与对应画面：

以程序电路左侧的步号为序进行程序电路的讲解。0-9步电路，为一个计数电路、计数清零控制电路。C0为剪切张数计数器，输入信号为剪切动作信号，下刀剪切一次，即输入一次计数信号，计数设定值是来自寄存器D3530（屏）内的剪切张数设定值，此值由第二段程序电路所传送，可为1至8组设定值中的任意一组剪切张数设定值。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第一段

C0当前计数值的清零：1）当计数值等于当前设定值时，对应位元件C0常开触点闭合，计数器复位电路接通，将当前计数值自行清零；2）当自动运行信号接通，M50产生一个扫描周期内的接通信号，“D M50”指令的作用，是将输入信号转变为（上升沿）脉冲输出，将C1计数器内的当前值清零。

在此段电路中，可看出脉冲信号的作用：当手动/自动开关打到自动位置时，P3触点处于常态的接通状态中，若直接用P3触点为C1复位，则因其在常态接通状态——C1复位电路一直在强制复位状态——下，会导致C1不能完成正常计数任务。在这里自动起动后的清零动作，只能是一个瞬态的脉冲信号！将常态信号转化为脉冲信号，大多是为了适应电路对瞬态信号需求的，并非要对其作无谓的转换。

9-15步电路。是完成组计数的功能，当各组的剪切任务都完成后，计数器C1的常闭触点开断，使自动运行停止，C1起到了自动停止的控制作用，见28-32步电路。

15-28步电路。为当前组数监控数据处理电路，将组计数C1中的数据传送至D3592。因监控显示为1-8，最低显示数为1，显示“0组”毫无意义。故采用ADD加法指令，将D3592（监控画面寄存器）之中数值预先加1，使之从数字1开始，显示1-8组数。

下图5-48，34-154步，是传送指令和条件比较指令的应用。对应长度数据为32位数据，传送指令为DMOV，在画面设置中，长度设定值采用的寄存器被定义为32位数据寄存器，以便与高速脉冲计数形成的32位数据相统一，而剪切数量则采用MOV，16位数据传送指令。在对传送指令应用时，要注意其数据形式。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第二段

实际工作中，每一组的长度值和剪切数量（根数）都不一样，在进行长度值和剪切数量的设置时，是以组序为区别，进行设置的，每一组都有两个量需要处理：1）该组剪切数量（根数）；2）该组剪切长度。如第一组要求将彩钢瓦剪切长度为5米，剪切数量8根。第二组……。第三组……。那么程序电路是如何进行区别，按设置要求进行自动裁切的呢？

对每组剪切长度和剪切数量的区别，是通过条件比较指令来进行的。第一段程序电路中，剪切组计数器C1的计数输入信号，为剪切张数计数器C0的触点动作信号。当剪切张数与设定值相等时——某一组张数剪切完毕后，C0触点动作，向C1输入一个计数信号。利用计数器C1的当前数值和给定数字值比较，对现在剪切组别进行逻辑判断。

并将设置好的剪切数量传送至计数器C0中，做为其计数设定值；同时也将该组设定值传送到D3510，经第四段程序电路的算术处理，做为对应剪切长度的总脉冲数，与旋转编码器输入脉冲数进行比较，二者相等时，下刀剪切。

34-49步电路，为第一组的组别判断和第一组剪切长度传送电路、第一组剪切张数传送电路。其工作过程是这样的：系统启动时，计数器C1中计数值为0，34-49步数据传送电路的输入回路接通（以下传送电路均无输入回路接通条件而不工作），数据传送电路将第一组剪切长度数据D3560（来自屏设定画面）传送至D3510寄存器。

此时第四段程序电路中的170-220步电路，所计算得出的总脉冲数（对应剪切长度）即为34-49电路所传送的第一组剪切长度值；同时，34-49电路也将剪切数量的数据传送到D3530中，作为第一段程序电路中剪切数量计数器C0的设定值；当实际下刀次数（剪切数量）与第一组设定数量相等时，C0自清零，同时向C1（组计数）输入一个计数信号，使C1的当前计数值为1。

C1的当前计数值为1，从而使49-64步电路被激活，第二组剪切长度与剪切张数传送电路的输入回路接通，将第二组剪切长度数据传送至总脉冲数计算电路，同时也将第二组剪切张数的数据传送至C0，作为CO的计数设定值。也可以认为，D3510、D3530的内部数据同时被刷新为第二组的设定数据。以下各组剪切数据的工作传送方式依此类推，直至剪切完毕，系统自动停机。

每组剪切长度及剪切张数的设置画面如下：

采用文本屏型号为TD20，LS型PLC与电脑的通讯电缆和与文本屏的通讯电缆相同，不必另行更换电缆。第一步，是选择PLC类型，其通讯协议可以用默认配置，不须另设。然后进入画面编辑。按主画面、其它画面的次序逐一进行编辑，定义元件（寄存器），设置画面转换功能键等。其画面编辑方法同上述的YD204VL4文本屏，不予赘述了。

TD20文本屏剪切长度、数量设置画面一

第一组剪切长度：32位数据寄存器D3560，剪切张数：16位数据寄存器D3562；

第二组剪切长度：32位数据寄存器D3564，剪切张数：16位数据寄存器D3566；

第三组剪切长度：32位数据寄存器D3568，剪切张数：16位数据寄存器D3570；

第四组剪切长度：32位数据寄存器D3572，剪切张数：16位数据寄存器D3574。

注意：当指定D3560为32位寄存器时，D3561同时被占用（D3560储存低16位数据，D3561储存高16位数据），D3564（D3565）等数据寄存器，也都被指定为32位数据寄存器。

将SEC定义为隐形键，实现向画面1的转换；将下行箭头键定义为画面跳转功能键，按此键时转换到设置2画面。 因为一个画面只能处理和显示四行文字，须用两个画面才能完成对八组剪切数据的设置。

TD20文本屏剪切长度、数量设置画面二

第五组剪切长度：32位数据寄存器D3576，剪切张数：16位数据寄存器D3578；

第六组剪切长度：32位数据寄存器D3580，剪切张数：16位数据寄存器D3582；

第七组剪切长度：32位数据寄存器D3584，剪切张数：16位数据寄存器D3586；

第八组剪切长度：32位数据寄存器D3588，剪切张数：16位数据寄存器D3590。

将SEC定义为隐形键，实现向画面1的转换；将下行箭头键定义为画面跳转功能键，按此键时，转换到设置1画面。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第三段

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第四段

170-220步（见图5-52），为长度脉冲数、减速距离脉冲数及长度监控值（将脉冲数转换为毫米值显示）的算术电路，与本章第三节的可调定长裁切装置的算术电路相同，请读者自行分析电路原理。另外，系统的起动/停止，和变频器高、低速的控制，及与控制相关的逻辑判断电路，也编写在该段程序中。

220-243步程序电路（见图5-53），为高速计数和计数清零电路。247-263步电路，为变频器低速和下刀信号处理电路，与第一节程序电路内容相近，不予赘述。247-277步程序电路，为自动/手动下刀裁切控制电路，下刀信号与上/下限位信号相配合，对下刀电磁阀进行控制。

此处，用SET置位指令“强制”了M10的接通（RST M10指令并没有成对出现），这是因为下刀裁切，只是一个瞬时过程，而抬起刀具，则为一个常态保持动作。在不明了实际的动作要求时，遇到这种不够规则的指令应用现象，就会感到不解。现场调试和程序修改，有点“头疼医头脚疼医脚”的意思，某种情势下，往往不是出于全面的周密的逻辑思考，而是考虑到先把问题解决了再说，因而某些指令用法的不规则和程序电路中偶尔出现的“凌乱”现象，就是在所难免的了。这是我们“读程序”时应该注意的方面了。同时在编程工作中，也要尽量养成一个“按规则编写程序电路”的好习惯。

文本屏的设置画面如下：

TD20文本屏的“机械设定”画面

该画面描述：机械设定画面，用于（主轴）轮周长、编码脉冲、减速长度三个量的设置。

轮周长设置：16位数据寄存器D3512；编码脉冲数/周设置：16位数据寄存器D3514；减速长度设置：16位数据寄存器D3500。

关于此次的PLC与文本屏、编码器、变频器程序案例就分享到这啦！

以上，欢迎动动手分享及收藏！

PLC编程实例｜4个基本控制电路设计方法，教你吃透控制原理！

实例1单输出自锁控制电路

启动信号 I0.0 和停止信号 I0.1 持续为 ON 的时间般都短。该电路最主要的特点是具有“记忆”功能。

实例2多输出自锁控制电路（置位、复位）

多输出自锁控制即多个负载自锁输出，有多种编程方法，可用置位、复位指令

实例3单向顺序启停控制电路

1. 单向顺序启动控制电路是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，生产过程中的各个执行机构自动有序动作。只有 Q0.0 启动后，Q0.1 方可启动，Q0.2 必须在 Q0.1 启动完成后才可以启动。

2. 单向顺序停止控制电路就是要求按一定顺序停止已经执行的各机构。只有 Q0.2被停止后才可以停止 Q0.1，若想停止 Q0.0，则必须先停止 Q0.1。I0.4 为急停按钮。

实例4延时启停控制电路

1. 延时启动控制 设计延时启动程序，要利用中间继电器（内部存储器 M）的自锁状态使定时器能连续计时。定时时间到，其常开触点动作，使 Q0.0 动作。

2. 延时停止控制 定时时间到，延时停止。I0.0 为启动按钮、I0.1 为停止按钮。

3. 延时启停控制电路该电路要求有输入信号后，停一段时间输出信号才为 ON；而输入信号 0FF 后，输出信号延时一段时间才 OFF。T37 延时 3 s 作为 Q0.0 的启动条件，T38 延时 5 s 作为 Q0.0 的关断条件。

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经验设计法及注意事项

应用程序设计过程中，应正确选择能反映生产过程的变化参数作为控制参量进行控制；应正确处理各执行电器、各编程元件之间的互相制约、互相配合的关系，即互锁关系。应用程序的设计方法有多种，常用的设计方法有经验设计法、顺序功能图法等。

1 经验设计法

经验设计法要求设计者具有较丰富的实践经验，掌握较多的典型应用程序的基本环节。根据被控对象对控制系统的要求，凭经验选择基本环节，并把它们有机地组合起来。其设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳方案。程序初步设计后，还需反复调试、修改和完善，直至满足被控对象的控制要求。

经验设计法的设计不规范，没有一个普遍的规律可循，具有一定的试探性和随意性。

编写梯形图程序时应遵循的规则：

（1）“输入继电器”的状态由外部输入设备的开关信号驱动，程序不能随意改变它。

（2）梯形图中同一编号的“继电器线圈”只能出现一次，通常不能出现，但是它的触点可以无限次地重复使用。

编写梯形图程序时应遵循的规则：

（3）几个串联支路相并联，应将触点多的支路安排在上面；几个并联回路的串联，应将并联支路数多的安排在左面。按此规则编制的梯形图可减少用户程序步数，缩短程序扫描时间。

（4） 程序的编写按照从左至右、自上至下的顺序排列。一个梯级开始于左母线，终止于右母线，线圈与右母线直接相连。

①桥式电路必须修改后才能画出梯形图。

②非桥式复杂电路必须修改后才能画出梯形图

2 注意事项

（1）先编制 I／O 分配表，后设计梯形图。先对输入、输出信号及内部线圈进行编号分配，再确定 PLC 各输入 / 输出接线端子的实际接线图。

（2）合理排列梯形图，使输入 / 输出响应滞后现象不影响实际响应速度。通常可根据工艺流程图按动作先后顺序排列各输出线圈，同时兼顾内部线圈、时间继电器等线圈的排列顺序，使输入／输出延迟响应不影响实际输出对响应速度的要求。

（3）高速计数指令、高速脉冲输出指令应尽量放在整个用户程序的前部。由于高速计数器和高速脉冲串发生器与 CPU 之间的信息交换是在 I／O 扫描时进行的，所以在执行其他命令时就可能影响高速计数器、高速脉冲串发生器与 CPU 之间的信息交换，甚至有可能丢失脉冲。

（4）在 PLC 输入端子接线图中，对于同一个发信元件，通常只需选其中某一触点(例如常开触点或常闭触点)接入输入端子，即对一个发信元件，它只能占一个输入地址编号。

（ 5）合理接入输入信号的触点(常开或常闭触点)，提高设备的可靠性、安全性。PLC 实际 I／O 接线图中，某输入信号(如按钮)究竟是接入电器的常开触点还是常闭触点，应从设备的可靠性、安全性角度考虑。当输入端接线故障断线时，设备状态应向着安全的状态发展。因此， 停止按钮应以常闭触点接入 PLC 输入接线端子，而启动按钮应以常开触点接入 PLC 输入接线端子(为便于理解，本书前面章节各图均按常开触点接入处理)。

（6）从安全考虑，重大安全部分不接入 PLC 的输入端，而做硬件处理。例如，紧急停车按钮、互锁触点、紧急限位开关、热继电器控制触点等，接至 PLC 的输出端子上，直接对输出负载(KM1、KM2)进行控制，以保证 PLC 故障时不损坏设备，不造成重大安全事故。

（7）应保证有效输入信号的电平保持时间。要保证输入信号有效，输入信号的电平保持时间必须大于 PLC 一个扫描周期。除非对开关量输入信号设置允许脉冲捕捉功能，这样就允许 PLC 捕捉到持续时间很短的脉冲。

（8）PLC 指令的执行条件有信号电平有效和跳变有效的区别，编程时应加以注意。

（9）由电气控制图转换为梯形图时应注意：对旧设备改造时可借鉴原继电器控制电路图转换为梯形图。继电器控制电路图中的电器触点大多为先断后合型，而 PLC 梯形图中的“软继电器”的常开触点和常闭触点的状态的转换是同时发生的。设计梯形图时可使用延迟电路(如利用内部时间继电器延迟或利用 PLC 循环扫描工作方式而产生的输入 / 输出延迟响应)来模拟先断后合型电器的功能。

顺序功能图与设计法

功能图及其组成

功能表图(Function Chart Diagram)是用图形符号和文字叙述相结合的方法，全面描述控制系统，含电气、液压、气动和机械控制系统或系统某些部分的控制过程、功能和特性的一种通用语言。在功能表图中，把一个过程循环分解成若干个清晰的连续阶段，称为“步”(Step)，步与步之间由“转换”分隔。当两步之间的转换条件满足，并实现转换，上一步的活动结束，而下一步的活动开始。一个过程循环分的步越多，对过程的描述就越精确。

1. 步

在控制系统的一个工作周期中，各依次顺序相连的工作阶段，称为步或工步，用矩形框和文字(或数字)表示。步有两种状态：“活动步、“非活动步” 、“初始步”：一系列活动步决定控制过程的状态。对应控制过程开始阶段的步，每一个功能表图至少有一个初始步，初始步用双线矩形框表示。

2. 动作

在功能表图中，命令(Command)或称动作(Action)用矩形框文字和字母符号表示，与对应步的符号相连。一个步被激活，能导致一个或几个动作或命令，亦即对应活动步的动作被执行。若某步为非活动步，对应的动作返回到该步活动之前的状态。对应活动步的所有动作被执行，活动步的动作可以是动作的开始、继续或结束。若有几个动作与同一步相连，这些动作符号可水平布置，也可垂直布置。

3. 有向连线

有向连线将各步按进展的先后顺序连接起来，它将步连接到转换，并将转换连接到步。有向连线指定了从初始步开始向活动步进展的方向与路线。有向连线可垂直或水平布置。为了使图面更加清晰，个别情况下也叫用斜线。在功能表图中，进展的走向总是从上至下、从左至右，因此有向连线的箭头可以省略。如果不遵守上述进展规则，必须加注箭头。若垂直有向连线与水平有向连线之间没有内在联系，允许它们交叉，但当有向连线与同一进展相关时，则不允许交叉。在绘制功能表图时，因图较复杂或用几张图表示有向连线必须中断，应注明下一步编号及其所在的页数。

4. 转换

在功能表图中，生成活动步的进展是按有向连线指定的路线进行的，进展由一个或几个转换的实现来完成。转换的符号是一根短画线，与有向连线相交，转换将相邻的两个步隔开。如果通过有向连线连接到转换符号的所有前级步都是活动步，该转换为“使能转换”，否则该转换为“非使能转换”。只有当转换为使能转换且转换条件满足时，该转换才被实现。某转换实现，所有与有向连线和相应转换符号相连的后续步被激活，而所有与有向连线和相应转换符号相连的前级步均为非活动步。

5. 转换条件

转换条件标注在转换符号近旁，转换条件可以用 3 种方式表示。

（1）文字语句：b、c 触点中任何一个闭合，触点 a 同时闭合。

（2）布尔表达式：a(b+c)。（3）图形符号：

所谓转换条件是指与该转换相关的逻辑变量，可以是真(1)，也可以是假(0)。如果逻辑变量为真，转换条件为“l”，转换条件满足；如果逻辑变量为假，转换条件为“0”，转换条件不满足。只有当某使能步转换条件满足时，转换才

选择序列的开始称为 分支，转换符号只能标在水平线之下，每个分支上必须具有一个或一个以上的转换条件，且具有优先级。

选择序列的结束称为 合并，几个选择序列合并到一个公共序列时，转换符号只能标在水平线之上。

并行序列用双水平线表示，转换符号在双水平线之上，为公共转换条件。

并行序列的结束称为合并。转换符号在水平线以下，当双水平线之上的所有前级都处于活动状态时，且转换条件成立，则下一步被激活。同时所有前级步都变为不活动步。

绘制原则及注意事项

1. 控制系统功能图的绘制必须满足以下规则。

(1)状态与状态不能相连，必须用转移分开。

(2)转移与转移不能相连，必须用状态分开。

(3)状态与转移、转移与状态之间的连接采用有向线段，自上向下画时，可以省略箭头。当有向线段从下向上画时，必须画上箭头，以表示方向。

(4)一个功能图至少要有一个初始状态。

2. 注意事项

（1）顺控指令仅对元件 S 有效，顺控继电器 S 也具有一般继电器的功能，所以对它能够使用其他指令。

（2）SCR 段程序能否执行取决于该状态器(s)是否被置位，SCRE 与下一个 LSCR 之间的指令逻辑不影响下一个 SCR 段程序的执行。

（3）不能把同一个 S 位用于不同程序中，例如：如果在主程序中用了 S0．1，则在子程序中就不能再使用它了。

（4)在 SCR 段中不能使用 JMP 和 LBL 指令，就是说不允许跳入、跳出或在内部跳转，但可以在 SCR 段附近使用跳转和标号指令。

（5）在 SCR 段中不能使用 FOR、NEXT 和 END 指令。

（6）在状态发生转移后，所有的 SCR 段的元器件一般也要复位。如果希望继续输出，可使用置位 / 复位指令。

（7）在使用功能图时，状态器的编号可以不按顺序编排。

用 SCR 指令的顺序控制梯形图设计方法

用 SCR 指令的顺序控制梯形图设计方法

单序列顺序功能图的编程

这是最简单的功能图，其动作是一个接一个地完成的。每个状态仅连接一个转移，每个转移也仅连接一个状态。如图示为单流程的功能图、梯形图和语句表。

选择序列编程

在生产实际中，对具有多流程的工作，要进行流程选择或者分支选择。即一个控制流可能转入多个可能的控制流中的某一个，但不允许多路分支同时执行。到底进入哪一个分支，取决于控制流前面的转移条件哪一个为真。

并行序列编程

在许多实例中，一个顺序控制状态流必须分成两个或多个不同分支的控制状态流，这就是并行分支。当一个控制状态流分成多个分支时，所有的分支控制状态流必须同时激活。当多个控制流产生的结果相同时，可以把这些控制流合并成一个控制流，即并行分支的连接。在合并控制流时，所有的分支控制流必须都是完成了的。这样，在转移条件满足时才能转移到下一个状态。并行顺序一般用双水平线表示，同时结束若干个顺序也用双水平线表示。

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