电气控制与plc实训教程电子教案(第五章)

第5章基本逻辑指令及其应用基本逻辑指令5.1梯形图的基本规则5.2基本电路的编程5.3梯形图程序设计的技巧5.4本章以三菱FX2N系列PLC基本逻辑指令（共27条）为例，5.1基本逻辑指令5.1.1逻辑取及驱动线圈指令LD/LDI/OUT逻辑取及驱动线圈指令如表5-1所示。符号、名称功能电路表示操作元件程序步LD取常开触点逻辑运算起始X，Y，M，T，C，S1LDI取反常闭触点逻辑运算起始X，Y，M，T，C，S1OUT输出线圈驱动Y，M，T，C，SY、M：1，特M：2，T：3，C：3～5表5-1逻辑取及驱动线圈指令表1．用法示例2．使用注意事项3．双线圈输出5.1.2触点串、并联指令AND/ANI/OR/ORI触点串、并联指令如表5-2所示。符号、名称功能电路表示操作元件程序步AND与常开触点串联连接X，Y，M，S，T，C1ANI与非常闭触点串联连接X，Y，M，S，T，C1OR或常开触点并联连接X，Y，M，S，T，C1ORI或非常闭触点并联连接X，Y，M，S，T，C1表5-2触点串、并联指令表1．用法示例图5-3触点串、并联指令用法图2．使用注意事项3．连续输出如图5-4（a）所示，OUTM1指令之后通过X1的触点去驱动Y4，称为连续输出图5-4连续输出电路5.1.3电路块连接指令ORB/ANB符号、名称功能电路表示操作元件程序步ORB电路块或串联电路的并联连接无1ANB电路块与并联电路的串联连接无1表5-3电路块连接指令表1．用法示例电路块连接指令的应用如图5-5和图5-6所示。图5-5串联电路块并联图5-6并联电路块串联5.1.4多重输出电路指令MPS/MPD/MPP多重输出电路指令如表5-4所示。符号、名称功能电路表示操作元件程序步MPS进栈进栈无1MRD读栈读栈无1MPP出栈出栈无1表5-4多重输出指令表1．用法示例多重输出电路指令的应用如图5-7和图5-8所示。图5-7简单1层栈2．使用注意事项图5-8复杂1层栈5.1.5置位与复位指令SET/RST置位与复位指令如表5-5所示。符号、名称功能电路表示操作元件程序步SET置位令元件自保持ONY，M，SY，M：1S，特M：2RST复位令元件自保持OFF或清除数据寄存器的内容Y，M，S，C，D，V，Z，积TY，M：1；S，特M，C，积T：2；D，V，Z，：3表5-5置位与复位指令表1．指令用法示例指令用法示例如图5-9所示。2．使用注意事项图5-9SET、RST的使用5.1.6脉冲输出指令PLS/PLF脉冲输出指令如表5-6所示。1．用法示例2．使用注意事项符号、名称功能电路表示操作元件程序步PLS上升沿脉冲上升沿微分输出Y，M2PLF下降沿脉冲下降沿微分输出Y，M25.1.7脉冲式触点指令LDP/LDF/ANP/ANF/ORP/ORF脉冲式触点指令如表5-7所示。1．用法示例2．使用注意事项符号、名称功能电路表示操作元件程序步LDP取上升沿脉冲上升沿脉冲逻辑运算开始X，Y，M，S，T，C2LDF取下降沿脉冲下降沿脉冲逻辑运算开始X，Y，M，S，T，C2ANP与上升沿脉冲上升沿脉冲串联连接X，Y，M，S，T，C2ANF与下降沿脉冲下降沿脉冲串联连接X，Y，M，S，T，C2ORP或上升沿脉冲上升沿脉冲并联连接X，Y，M，S，T，C2ORF或下降沿脉冲下降沿脉冲并联连接X，Y，M，S，T，C2表5-7脉冲式触点指令表5.1.8主控触点指令MC/MCR主控触点指令如表5-8所示。1．用法示例2．使用注意事项符号、名称功能电路表示及操作元件程序步MC主控主控电路块起点3MCR主控复位主控电路块终点2表5-8主控触点指令表5.1.9逻辑运算结果取反指令INV逻辑运算结果取反指令如表5-9所示。符号、名称功能电路表示操作元件程序步INV取反逻辑运算结果取反无1表5-9逻辑运算结果取反指令表5.1.10空操作和程序结束指令NOP/END空操作和程序结束指令如表5-10所示。1．空操作指令NOP2．程序结束指令ENDPLC按照循环扫描的工作方式，首先进行输入处理，然后进行程序处理，当处理到END指令时，即进行输出处理。符号、名称功能电路表示操作元件程序步NOP空操作无动作无无1END结束输入输出处理，程序回到第0步无1表5-10空操作和程序结束指令表5.2梯形图的基本规则1．线圈右边无触点图5-15线圈右边无触点的梯形图2．触点可串可并无限制3．线圈不能重复使用4．触点水平不垂直5．触点多上并左6．顺序不同结果不同5.3基本电路的编程1．电动机的起保停电路（1）控制要求按下起动按钮SB1，电动机起动运行，按下停止按钮SB2，电动机停止运行。（2）输入/输出（I/O）分配X0：SB1，X1：SB2（常开），Y0：电动机（接触器）。（3）梯形图方案设计图5-20电动机的起保停梯形图（停止优先）若要改为起动优先，则梯形图如图5-21所示。图5-21电动机的起保停梯形图（起动优先）2．单台电动机的两地控制（1）控制要求按下地点1的起动按钮SB1或地点2的起动按钮SB2均可起动电动机；按下地点1的停止按钮SB3或地点2的停止按钮SB4均可停止电动机运行。（2）输入/输出分配X0：SB1，X1：SB2，X2：SB3（常开），X3：SB4（常开），Y0：电动机（接触器）。（3）梯形图方案设计图5-22单台电动机的两地控制梯形图3．两台电动机的顺序联动控制（1）控制要求电动机M1先起动（SB1），电动机M2才能起动（SB2）。（2）输入/输出分配X0：电动机M1起动（SB1），X1：电动机M2起动（SB2），X2：电动机M1停止（SB3），X3：电动机M2停止（SB4）；Y0：电动机M1（接触器1），Y1：电动机M2（接触器2）。（3）梯形图方案设计图5-23两台电动机的顺序联动控制梯形图4．定时器的应用（1）得电延时合（如图5-24所示）说明：X0得电2s后，Y0动作。图5-24得电延时合梯形图及时序图（2）失电延时断（如图5-25所示）图5-25失电延时断梯形图及时序图（3）3台电动机顺序起动①控制要求。电动机M1起动5s后电动机M2起动,电动机M2起动5s后电动机M3起动；按下停止按钮时，电动机无条件全部停止运行。②输入/输出分配。X1：起动按钮，X0:停止按钮，Y1：电动机M1，Y2：电动机M2，Y3：电动机M3。③梯形图方案设计。图5-263台电动机顺序起动梯形图5．计数器C的应用（如图5-27所示）图5-27计数器C的应用梯形图及时序图6．振荡电路振荡电路可以产生特定的通断时序脉冲，它应用在脉冲信号源或闪光报警电路中。（1）定时器组成的振荡电路一（如图5-28所示）图5-28振荡电路一梯形图及输出波形图7．振荡电路的应用8．定时器的延时扩展9．两计数器接力计数10．单触点的起动/停止控制5.4梯形图程序设计的技巧5.4.1转换法转换法就是将继电器电路图转换成与原有功能相同的PLC内部的梯形图。1．基本方法根据继电器电路图来设计PLC的梯形图时，关键是要抓住它们的一一对应关系，即控制功能的对应、逻辑功能的对应以及继电器硬件元件和PLC软件元件的对应。2．转换设计的步骤（1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能在设计和调试系统时心中有数。（2）确定PLC的输入信号和输出信号，画出PLC的外部接线图。（3）确定PLC梯形图中的辅助继电器（M）和定时器（T）的元件号。（4）根据上述对应关系画出PLC的梯形图。（5）根据被控设备的工艺过程和机械的动作情况以及梯形图编程的基本规则，优化梯形图，使梯形图既符合控制要求，又具有合理性、条理性和可靠性。（6）根据梯形图写出其对应的指令表程序。3．转换法的应用例1图5-35是三相异步电动机正反转控制的继电器电路图，试将该继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图。图5-35三相异步电动机正反转控制的继电器电路图解：（1）分析动作原理（2）确定输入/输出信号（3）画出PLC的外部接线图（4）画对应的梯形图（5）画优化梯形图图5-36电动机正反转的外部接线图图5-37电动机正反转的继电器电路图所对应的梯形图图5-38电动机正反转的优化梯形图5.4.2逻辑法1．基本方法用逻辑法设计梯形图，必须在逻辑函数表达式与梯形图之间建立一种一一对应关系，即梯形图中常开触点用原变量（元件）表示，常闭触点用反变量（元件上加一小横线）表示。逻辑函数表达式梯形图逻辑函数表达式梯形图逻辑“与”M0=X1·X2“与”运算式M0＝X1·X2…Xn逻辑“或”M0＝X1+X2“或/与”运算式M0＝（X1+M0）·X2·逻辑“非”M0＝“与/或”运算式M0＝（X1·X2）+（X3·X4）表5-11逻辑函数表达式与梯形图的对应关系2．设计的步骤（1）通过分析控制要求，明确控制任务和控制内容；（2）确定PLC的软元件（输入信号、输出信号、辅助继电器M和定时器T），画出PLC的外部接线图；（3）将控制任务、要求转换为逻辑函数（线圈）和逻辑变量（触点），分析触点与线圈的逻辑关系，列出真值表；（4）写出逻辑函数表达式；（5）根据逻辑函数表达式画出梯形图；（6）优化梯形图。3．逻辑法的应用例3用逻辑法设计三相异步电动机Y/△降压起动控制的梯形图。解：（1）明确控制任务和控制内容（2）确定PLC的软元件，画出PLC的外部接线图（3）列出真值表触点线圈X0X1X2Y0Y1Y2T0Y1Y0Y2T01110000011100011100001011000表5-12电动机Y/△降压起动真值表（4）列出逻辑函数表达式（5）画出梯形图（6）优化梯形图图5-43电动机Y/△降压起动梯形图图5-44电动机Y/△降压起动优化梯形图5.4.3经验法经验法是用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的开关量控制系统的梯形图。1．基本方法经验法是在一些典型电路的基础上，根据控制系统的具体要求，经过多次反复地调试、修改和完善，最后才能得到一个较为满意的结果。用经验法设计时，可以参考一些基本电路的梯形图或以往的一些编程经验。2．设计步骤（1）在准确了解控制要求后，合理地为控制系统中的信号分配I/O接口，并画出I/O分配图。（2）对于一些控制要求比较简单的输出信号，可直接写出它们的控制条件，依起保停电路的编程方法完成相应输出信号的编程；对于控制条件较复杂的输出信号，可借助辅助继电器来编程。（3）对于较复杂的控制，要正确分析控制要求，确定各输出信号的关键控制点。在以空间位置为主的控制中，关键点为引起输出信号状态改变的位置点；在以时间为主的控制中，关键点为引起输出信号状态改变的时间点。（4）确定了关键点后，用起保停电路的编程方法或基本电路的梯形图，画出各输出信号的梯形图。（5）在完成关键点梯形图的基础上，针对系统的控制要求，画出其他输出信号的梯形图。（6）在此基础上，审查以上梯形图，更正错误，补充遗漏的功能，进行最后的优化。3．经验法的应用例5用经验法设计三相异步电动机正反转控制的梯形图。控制要求为：若按正转按钮SB1，正转接触器KM1得电，电动机正转；若按反转按钮SB2，反转接触器KM2得电，电动机反转；若按停止按钮SB或热继电器动作，正转接触器KM1或反转接触器KM2失电，电动机停止；只有电气互锁，没有按钮互锁。解：（1）根据以上控制要求，可画出其I/O分配图，如图5-36所示。图5-49电动机正反转控制梯形图（2）根据以上控制要求可知：正转接触器KM1得电的条件为按下正转按钮SB1，正转接触器KM1失电的条件为按下停止按钮SB或热继电器动作；反转接触器KM2得电的条件为按下反转按钮SB2，反转接触器KM2失电的条件为按下停止按钮SB或热继电器动作。因此，可用两个起保停电路叠加，在此基础上再在线圈前增加对方的常闭触点作电气软互锁，如图5-38所示。另外，可用SET、RST指令进行编程，若按正转按钮X1，正转接触器Y1置位并自保持；若按反转按钮X2，反转接触器Y2置位并自保持；若按停止按钮X0或热继电器X3动作，正转接触器Y1和反转接触器Y2复位并自保持；在