第八章功能表圖法設計

PLC程序第一節(jié)功能表圖的繪制功能表圖繪制程序設計舉例第一節(jié)功能表圖的繪制PLC在邏輯控制系統中的程序設計方法主要有經驗設計法、邏輯設計法和繼電器控制電路移植法三種。經驗設計法沿用了傳統繼電器系統電氣原理圖的設計方法，即在一些典型單元電路(梯形圖)的基礎上，根據被控對象對控制系統的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復調試和修改梯形圖，增加很多輔助觸點和中間編程元件，最后才能得到一個較為滿意的結果。這種設計方法具有很大的試探性和隨意性，最后的結果因人而異。設計所用時間、設計質量與設計者的經驗有很大關系，所以稱之為經驗設計法。繼電器控制電路移植法，主要用于繼電器控制電路改造時的編程，按原電路圖的邏輯關系對照翻譯即可。在邏輯設計法中最為常用的是功能表圖設計法(又稱順序控制設計法)。在工業(yè)控制領域中，順序控制的應用很廣，尤其在機械行業(yè)，幾乎無一例外地利用順序控制來實現加工的自動循環(huán)。前章的機械手就是順序控制。可編程序控制器的設計者們繼承了順序控制的思想，為順序控制程序的編制提供了大量通用和專用的編程元件，開發(fā)了專門供編制順序控制程序用的功能表圖，使這種先進的設計方法成為當前PLC程序設計的主要方法。這種設計方法很容易被初學者接受，程序的調試、修改和閱讀也很容易，并且大大縮短了設計周期，提高了設計效率。一、功能表圖設計法的基本步驟及內容1.步的劃分分析被控對象的工作過程及控制要求，將系統的工作功能表圖繪制程序設計舉例過程劃分成若干階段，這些階段稱為“步”。步是根據PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統就從原來的步進入新的步。如圖8-1a所示，某液壓動力滑臺的整個工作過程可劃分為四步，即:0步A、B、C均不輸出；1步A、B輸出；2步B、C輸出；3步C輸出。在每一步內PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變。步也可根據被控對象工作狀態(tài)的變化來劃分，但被控對象的狀態(tài)變化應該是由PLC輸出狀態(tài)變化引起的。如圖8-1b所示，初始狀態(tài)是停在原位不動，當得到起動信號后開始快進，快進到加工位置轉為工進，到達終點加工結束又轉為快退，快退到原位停止，又回到初始狀態(tài)。因此，液壓滑臺的整個工作過程可以劃分為停止(原位)、快進、工進、快退四步。但這些狀態(tài)的功能表圖繪制程序設計舉例改變都必須是由PLC輸出量的變化引起的，否則就不能這樣劃分。例如：若從快進轉為工進與PLC輸出無關，那么快進、工進只能算一步。

總之，步的劃分應以PLC輸出量狀態(tài)的變化來劃分，因為我們是為了設計PLC控制的程序，所以PLC輸出狀態(tài)沒有變化時，就不存在程序的變化。功能表圖繪制程序設計舉例2.轉換條件的確定確定各相鄰步之間的轉換條件是順序控制設計法的重要步驟之一。轉換條件是使系統從當前步進入下一步的條件。常見的轉換條件有按鈕、行程開關、定時器和計數器觸點的動作(通/斷)等。如圖8-1b所示，滑臺由停止(原位)轉為快進，其轉換條件是按下起動按鈕SB1（即SB1的常開觸點接通)；由快進轉為工進的轉換條件是行程開關SQ2動作；由工進轉為快進的轉換條件是終點行程開關SQ3動作；由快退轉為停止(原位)的轉換條件是原位行程開關SQ1動作。轉換條件也可以是若干個信號的邏輯(與、或、非)組合。如：Al·A2、B1＋B2。功能表圖繪制程序設計舉例3.功能表圖的繪制根據以上分析畫出描述系統工作過程的功能表圖。4.梯形圖的編制根據功能表圖，采用某種編程方式設計出梯形圖程序。二、功能表圖的繪制1.功能表圖概述功能表圖又稱流程圖。它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，是一種通用的技術語言。功能表圖也可用于不同專業(yè)的人員進行技術交流。在順序控制設計法中，功能表圖的繪制是最為關鍵的一個環(huán)節(jié)。各個PLC廠家都開發(fā)了相應的功能表圖。我國于1986年也頒布了功能表圖的國家標準(GB6988.6－86)。

功能表圖繪制程序設計舉例2.功能表圖的組成要素圖8-2所示為功能表圖的一般形式。它主要由步、轉換、轉換條件、有向連線和動作等要素組成。(1)步與動作前面已介紹過，用順序控制設計法設計PLC程序時，應根據系統輸出狀態(tài)的變化，將系統的工作過程劃分成若干個狀態(tài)不變的階段，這些階段稱為“步”。步在功能表圖中用矩形框表示。如，框內的數字是該步的功能表圖繪制程序設計舉例編號。如圖8-2所示各步的編號為n-1、n、n+1。編程時一般用PLC內部軟繼電器來代表各步，因此經常直接用相應的內部軟繼電器編號作為步的編號，如M200。當系統正工作于某一步時，該步處于活動狀態(tài)，稱為“活動步”?？刂七^程剛開始階段的活動步與系統初始狀態(tài)相對應，稱為“初始步”。在功能表圖中初始步用雙線框表示，每個功能表圖至少應該有一個初始步。所謂“動作”是指某步活動時，PLC向被控系統發(fā)出的命令，或被控系統應該執(zhí)行的動作。動作用矩形框中的文字或符號表示，該矩形框功能表圖繪制程序設計舉例應與相應步的矩形框相連接。如果某一步有幾個動作，可以用圖8-3中的兩種畫法來表示，但并不隱含這些動作之間的任何順序。當步處于活動狀態(tài)時，相應的動作被執(zhí)行。但應注意表明動作是保持型還是非保持型的。保持型的動作是指該步活動時執(zhí)行該動作，當該步變?yōu)椴换顒雍罄^續(xù)執(zhí)行該動作。非保持型動作是指該步活動時執(zhí)行，當該步變?yōu)椴换顒訒r動作也停止執(zhí)行。一般保持型的動作在功能表圖中應該用文字或助記符標注，而非保持型動作不要標注。(2)有向連線、轉換和轉換條件如圖8-2所示，步與步之間用有向連線連接，并且用轉換將步分隔開。步的活動狀態(tài)進展是按有向連線規(guī)定的路線進功能表圖繪制程序設計舉例行。有向連線上無箭頭標注時，其進展方向是從上到下、從左到右。如果不是上述方向，應在有向連線上用箭頭注明方向。步的活動狀態(tài)進展是由轉換來完成。轉換是用與有向連線垂直的短劃線來表示。步與步之間不允許直接相連，必須有轉換隔開，而轉換與轉換之間也同樣不能直接相連，必須有步隔開。轉換條件是與轉換相關的邏輯命題。轉換條件可以用文字語言、布代數表達式或圖形符號標注在表示轉換的短劃線旁邊。

轉換條件X和X非，分別表示當二進制邏輯信號X為“1”和“0”狀態(tài)時條件成立；轉換條件X↓和X↑分別表示的是，當X從“0”(斷開)到“l(fā)”(接通)和從“1”到“0”狀態(tài)時條件成立。功能表圖繪制程序設計舉例3.功能表圖中轉換的實現步與步之間實現轉換應同時具備兩個條件：一是前級步必須是“活動步”；二是對應的轉換條件成立。當同時具備以上兩個條件時，才能實現步的轉換。即所有由有向連線與相應轉換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒?，而所有由有向連線與相應轉換符號相連的前級步都變?yōu)椴换顒?。例如圖8-2中n步為活動步的情況下轉換條件c成立，則轉換實現，即，n+1步變?yōu)榛顒?，而n步變?yōu)椴换顒印Ｈ绻D換的前級步或后續(xù)步不止一個，則同步實現轉換。4.功能表圖的基本結構根據步與步之間轉換的不同情況，功能表圖有以下幾種不同的基本結構形式。功能表圖繪制程序設計舉例(1)單序列結構功能表圖的單序列結構形式最為簡單，它由一系列按順序排列、相繼激活的步組成。每一步的后面只有一個轉換，每一個轉換后面只有一步，如圖8-2所示。(2)

選擇序列結構選擇序列有開始和結束之分。選擇序列的開始稱為分支，選擇序列的結束稱為合并。選擇序列的分支是指一個前級步后面緊接著有若干個后續(xù)步可供選擇，各分支都有各自的轉換條件。分支中表示轉換的短劃線只能標在水平線之下。

功能表圖繪制程序設計舉例圖8-4a所示為選擇序列的分支。假設步4為活動步，如果轉換條件a成立，則步4向步5轉換；如果轉換條件b成立，則步4向步7轉換；如果轉換條件c成立，則步4向步9轉換。分支中一般同時只允許選擇其中一個序列。選擇序列的合并是指幾個選擇分支合并到一個公共序列上。各分支也都有各自的轉換條件，轉換條件只能標在水平線之上。圖8-4b所示為選擇序列的合并。如果步6為活動步，轉換條件d成立，則由步6向步11轉換；如果步8為活動步，且轉換條件e成立，則步8向步11轉換；如果步10為活動步，且轉換條件f成立，則步10向步11轉換。功能表圖繪制程序設計舉例(3)并列序列結構并列序列也有開始與結束之分。并列序列的開始也稱為分支，并列序列的結束也稱為合并。如圖8-5a所示為并列序列的分支。它是指當轉換實現后將同時使多個后續(xù)步激活。為了強調轉換的同步實現，水平連線用雙線表示。如果步3為活動步，且轉換條件e也成立，則4、6、8三步同時變成活動步，而步3變?yōu)椴换顒印斪⒁?，當?、6、8被同時激活后，每一序列接下來的轉換將是獨立的。圖8-5b所示為并列序列的合并。當直接在雙線上的所有前級步5、7、9都為活動步時，且轉換條件d成立，才能使轉換實現。功能表圖繪制程序設計舉例

(4)子步結構在繪制復雜控制系統功能表圖時，為了使總體設計時容易抓住系統的主要矛盾，能更簡潔地表示系統的整體功能和全貌，通常采用“子步”的結構形式，可避免一開始就陷入某些細節(jié)中。所謂子步的結構是指在功能表圖中，某一步包含著一系列子步和轉換。圖8-6的功能表圖中步5包含了5.1、5.2、5.3、5.4四個子步。這些子步序列通常表示整個系統中的一個完整子功能，類似于計算機編程中的子程序。因此，設計時只要先畫出簡單的描述整個系統的總功能表圖，然后再進一步畫出更詳細的子功能表圖。子步中可以包含更詳細的子步。功能表圖繪制程序設計舉例

(5)跳步、重復和循環(huán)序列除以上單序列、選擇序列、并行序列和子步四種基本結構外，在實際系統中經常使用跳步、重復和循環(huán)序列等特殊序列。這些序列實際上都是選擇序列的特殊形式。功能表圖繪制程序設計舉例圖8-7a所示為跳步序列。當步3為活動步時，如果轉換條件e成立，則跳過步4和步5直接進入步6。圖8-7b所示為重復序列。當步6為活動步時，如果轉換條件d不成立而條件e成立，則重新返回步5，重復執(zhí)行步5和步6。直到轉換條件d成立，重復結束，轉入步7。8-7c所示為循環(huán)序列。即在序列結束后，用重復的辦法直接返回初始步0，形成系統的循環(huán)。在實際控制系統中，功能表圖中往往不是單一地含有上述某一種序列，而經常是上述各種序列結構的組合。功能表圖繪制程序設計舉例5.舉例組合機床液壓動力滑臺的自動工作過程，可劃分為如圖8-8a所示的原位、快進、工進、快退四步，且各步之間轉換條件也已確定。每一步要執(zhí)行的動作如圖8-8b所示的液壓元件動作表，YV1、YV2、YV3為液壓電磁閥。功能表圖繪制程序設計舉例圖8-9所示為液壓動力滑臺自動工作過程的功能表圖。原位為步0(初始步)、快進為步1、工進為步2、快退為步3。圖8-9只是描述了液壓動力滑臺自動循環(huán)的工作過程，而實際的液壓動力滑臺除實現自動循環(huán)工作外，還要實現滑臺的快進、快退點動等調整工作。假設我們用轉換開關SA來選擇自動和點動兩種工作方式，SB2為點動前進按鈕,SB3為點動后退按鈕，液壓動力滑臺系統的功能表圖則如圖8-10所示。為了使液壓動力滑臺只有在原位時才可以開始自動工作，采用了SA與SQ1相與作為功能表圖繪制程序設計舉例進入自動工作的轉換條件。當處于自動工作的步l(原位)時，在按SB1之前如果又重新選擇點動應能返回到點動工作的步5，所以在步1后加SA用以返回點動狀態(tài)5。同理，當處于點動工作的步5，也應功能表圖繪制程序設計舉例能返回自動工作方式，所以在步1之后又加SA用以返回自動狀態(tài)1。點動前進和后退的結束直接采用點動前進和后退按鈕控制。當SA的狀態(tài)沒有發(fā)生變化時，點動結束仍回到點動狀態(tài)5。從圖8-9和8-10所示的兩個功能表圖中發(fā)現，初始步是由循環(huán)最后一步完成后激活。但是，在剛開始工作時初始步又是怎樣被激活呢?通常采用的辦法是在開始時加一個短信號，專門激活初始步。這種初始激活信號只在開始階段出現，且只能出現一次，一旦建立了工作循環(huán)，它不能干擾系統的正常運行。功能表圖繪制程序設計舉例第八章功能表圖法設計

PLC程序第二節(jié)程序設計舉例第二節(jié)程序設計舉例一、根據功能表圖編制梯形圖下面將重點介紹根據繪制的功能表圖來設計PLC梯形圖程序的方法，即編程方式。通過前面已分析過的液壓動力滑臺的例子，分別介紹使用四種不同指令的編程方式，并加以比較。組合機床液壓動力滑臺自動工作循環(huán)時的功能表圖如圖8-9所示。這種功能表圖對任何型號的PLC都是通用的，它并未涉及具體技術問題，只是對系統自動循環(huán)工作過程作了全面的描述。因此，要將它變成具體的梯形圖程序，需要與某種具體型號的PLC有機地聯系起來。功能表圖繪制程序設計舉例液壓動力滑臺的起動按鈕SB1、行程開關SQ1、SQ2、SQ3、電磁閥YV1、YV2、YV3分別與PLC的I／O點的對應關系如表6-l所示。表6-l液壓動力滑臺輸入/輸出設備與PLC的I/O口對應關系輸入設備SB1SQ1SQ2SQ3輸出設備YV1YV2YV3PLCINPUTX400X403X401X402PLCOUTY430Y431Y4321.使用通用邏輯指令的編程方式所謂通用邏輯指令是指PLC最基本的與觸點和線圈有關的指令，如LD、AND、OR、OUT等。各種型號的PLC都有這一類指令，所以這種編程方式適用于各種型號PLC。功能表圖繪制程序設計舉例編程時先用輔助繼電器來代表各步。下面我們用輔助繼電器M200--M203來代表液壓動力滑臺的原位--快退四步。因此，可將圖8-9功能表圖寫成如圖8-11所示的形式(在實際應用中，經常是直接畫出這種形式的功能表圖)。圖中用特殊繼電器M71作為初始起動信號。功能表圖繪制程序設計舉例根據圖8-11的功能表圖，采用通用邏輯指令和典型的起動、保持、停止電路，分別畫出控制M200--M203激活(得電)的電路，然后再用M200--M203來控制輸出的動作，很容易得出如圖8-12所示的梯形圖程序。功能表圖繪制程序設計舉例為了保證前級步為活動步且轉換條件成立時，才能進行步的轉換，總是將代表前級步的輔助繼電器的常開觸點與轉換條件對應的觸點串聯，作為代表后續(xù)步的輔助繼電器線圈得電(激活)的條件。當后續(xù)步被激活(由不活動步變?yōu)榛顒硬?，應將前級步變?yōu)椴换顒硬剑杂么砗罄m(xù)步的輔助繼電器常閉觸點串在前級步的電路中。如：梯形圖中將M203的常開觸點和轉換條件X403的常開觸點串聯作為M200的得電條件，同時M201常閉觸點串入M200線圈的得電回路，保證M201得電時M200斷電。另外，PLC剛開始運行時應將初始步M200激活，否則系統無法工作，所以將PLC的特殊繼電器M71常開觸點與激活M200的條件并聯。為了保證活動狀態(tài)能持續(xù)到下一步活動為止，還加上M200的自鎖觸點。功能表圖繪制程序設計舉例梯形圖的后半部分是輸出電路。由于輸出Y430在M201和M202兩步中都接通，為避免雙線圈輸出，將M201和M202的常開觸點并聯去控制Y430；而Y431、Y432分別只在M203、M202活動時才接通，所以用M203和M202常開觸點分別作為Y431和Y432線圈得電的條件，也可將Y431、Y432的線圈分別與M203、M202的線圈直接并聯。使用通用邏輯指令的編程方式應注意以下問題：（1）不允許出現雙線圈輸出現象。如果某輸出繼電器在幾步中都被接通，只能用相應步的輔助繼電器常開觸點的并聯電路來驅動輸出繼電器的線圈。（2）如果在功能表圖中含有僅由兩步組成的小閉環(huán)(如圖8-13a所示)，則相應的輔助繼電器將無法接通。如在圖8-13a功能表圖寫出的M203線圈電路（如圖功能表圖繪制程序設計舉例所示增設步M210，這一步起過渡作用，延時時間可以取得很短，對系統的運行不會有什么影響。8-13b所示）中，當M202活動且X402接通時，M203本來應該接通,但此時與其串聯的M202的常閉觸點卻是斷開的，所以M203無法接通。要解決這個問題必須在小閉環(huán)中增設一步。如圖8-13c功能表圖繪制程序設計舉例2.使用置位、復位指令的編程方式每種型號的PLC都有置位、復位指令或相同功能的編程元件。PLC的這種功能正滿足順序控制中總是前級步停止（復位），后續(xù)步活動（置位）的特點。同樣用輔助繼電器M200－M203來代表原位至快退四步，根據圖8-11液壓動力滑臺的功能表圖，用R/S指令可編制出如圖8-14所示的梯形圖程序。功能表圖繪制程序設計舉例圖中，當前級步為活動步時且轉換條件成立，則將代表后續(xù)步的輔助繼電器置位變成活動步，而將代表前級步的輔助繼電器復位，變成不活動。所以我們將代表前級步輔助繼電器的常開觸點和對應的轉換條件串聯作為后續(xù)步置位（激活)的條件，同時也作為將前級步復位(變?yōu)椴换顒?的條件。如圖中用M200常開觸點與X400常開觸點串聯作為M201置位和M200復位的條件。每一個轉換都對應這樣一個控制置位(S)和復位(R)的電路塊。有多少個轉換就有多少個這樣的電路塊。這種編程方法特別有規(guī)律，不容易遺漏和出錯，適用于復雜的功能表圖的梯形圖設計。功能表圖繪制程序設計舉例圖8-15所示，對于并行序列的分支，需要置位的輔助繼電器不止一個；而對于并行序列的合并，應該用所有前級步對應的輔助繼電器常開觸點與對應的轉換條件串聯作為后續(xù)步置位和前級步復位的條件，而且被復位的輔助繼電器(前級步)個數與并行序列的分支數相同。功能表圖繪制程序設計舉例3.使用移位寄存器的編程方式單序列功能表圖中的各步總是順序地接通和斷開，并且同時只能有一步是活動步。因此，經常采用移位寄存器的功能來實現這種控制。

圖8-16所示為使用移位寄存器編程的液壓動力滑臺的梯形圖。梯形圖中用移位寄存功能表圖繪制程序設計舉例器的前4位M200－M203代表原位至快退四步。移位寄存器的移位輸入端由若干串聯電路并聯而成，每條串聯電路由某一步(除最后一步外)的輔助繼電器常開觸點和對應的轉換條件組成。PLC剛開始運行時，M201－M203均處于斷開狀態(tài)，移位寄存器數據輸入端的三個常閉觸點均閉合，初始步M200(得電)被激活。按下起動按鈕SB1(X400)，移位輸入電路第一行的M200和X400常開觸點均閉合，使M200的“1”狀態(tài)移到M201，M201被激活。此時數據輸入端的M201常閉觸點斷開，M200斷電；M201的常開觸點使輸出Y430接通,動力滑臺快進。同理，各轉換條件SQ2(X401)、SQ3(X402)、SQ1（X403)接通產生的移位脈沖使“1”狀態(tài)向M202、M203移動，并返回M200。功能表圖繪制程序設計舉例在整個循環(huán)的后三步(M20l、M202、M203)中接在移位寄存器數據輸入端的常閉觸點總有一個是斷開的。因此，當M201－M203的某一步活動時，M200一直斷開，直到X403接通產生第4個移位脈沖，使“l(fā)”狀態(tài)移入M204，M204常開觸點使移位寄存器復位(M200－M217斷開)，則M201－M203的常閉觸點又使M200得電，系統返回初始步。從最后一步返回初始步時，可以不將移位寄存器復位，即可去掉復位輸人的M204常開觸點。因為當M203“1”狀態(tài)移入M204時，數據輸入端的M201－M203常閉觸點均為接通，使M200得電，也能返回初始步。雖然M204“1”狀態(tài)還會往后移，但系統沒有使用M204－M217，因此對系統工作無任何影響。功能表圖繪制程序設計舉例4.使用步進指令的編程方式F1系列的PLC為順序控制控制系統設計了專用的步進指令（也叫步進梯形指令），共兩條。下面通過實例，來說明步進指令的用法和功能。使用步進指令編功能表圖繪制程序設計舉例程時，首先用狀態(tài)繼電器代表功能表各步（步進指令只對狀態(tài)器有效），則功能表圖如圖8-17所示。每一步都具有三種功能：負載的驅動處理、指定轉換條件和指定轉換目標。據此，可繪制出圖8-18所示的功能表圖和梯形圖。功能表圖繪制程序設計舉例在順序控制中的功能表圖往往都包含選擇序列、并列序列等結構形式。（1）選擇序列分支與合并的步進編程圖8-19為選擇序列的功能表圖及步進梯形圖。X402和X405為選擇條件。狀態(tài)器S603或S605置功能表圖繪制程序設計舉例位時，S602將自動復位。如果是S603置位，執(zhí)行S603起始的步進過程；如果是S605置位，執(zhí)行S605起始的步進過程。狀態(tài)寄存器S607由S604或S606及相應轉換條件進行置位。（2）并列序列分支與合并的步進編程如圖8-20a所示為并列序列步進過程的功能表圖。當X401接通,S604和S606同時置位，S603自動復位；當S605和S607都活動且X404接通，S610才被置位，并且S605和S607都將自動復位。用步進指令編制的梯形圖如圖8-20b所示。圖中連續(xù)兩次使用STL指令(步進觸點STLS605與STLS607串聯)，但要注意連續(xù)使用的次數不能超過8次，也就是說采用步進指令編程時，并列序列的支路不能超過8個。另外，在梯形圖中步進觸點STLS605和STLS607都出現兩次，這是并