第 7章 应用设计
第 7章 应用设计
7.1 系统设计
7.2 程序设计
7.3 设计实例
第 7章 应用设计
本章主要内容:
– 应用设计的基本知识
– 系统设计, 包括系统设计的步骤和几种常用
的设计方法
– 程序设计, 比较详细地介绍在程序设计时功
能流程图的使用
– 应用实例
本章要求对应用系统设计的方法和步骤掌握会用,
重点是掌握程序设计方法中的功能流程图法 。
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第 7章 应用设计
7.1 系统设计
7.1.1 系统设计的原则
7.1.2 系统设计的步骤
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第 7章 应用设计
7.1.1 系统设计的原则
在可编程序控制器控制系统的设计中, 应该最大
限度地满足生产机械或生产流程对电气控制的要
求, 在满足控制要求的前提下, 力求 PLC控制系
统简单, 经济, 安全, 可靠, 操作和维修方便,
而且应使系统能尽量降低使用者长期运行的成本 。
设计一个 PLC控制系统有多种途径:可以在原有
的继电接触控制系统基础上加以改造,形成可编
程序控制器的控制系统。
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第 7章 应用设计
7.1.2 系统设计的步骤
1,熟悉被控对象
2,制定控制方案
3,详细描述控制对象
4,详细描述操作员站
5,配置可编程序控制器
6,程序设计
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7.2 程序设计
7.2.1 功能流程图概述
7.2.2 由功能流程图到程序
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第 7章 应用设计
程序设计的内容包括:编写程序、编译程序、模
拟运行及调试程序等。
程序设计的方法是指用什么方法和编程语言来编
写用户程序 。
程序设计有多种方法:如果控制系统是改造原有
成熟的继电接触控制系统,则可由电气控制电路
图很容易地转化为梯形图,生成控制程序。
本节主要介绍功能流程图法。
第 7章 应用设计
7.2.1 功能流程图概述
功能流程图, 简称功能图, 又叫状态流程图或状
态转移图 。 它是专用于工业顺序控制程序设计的
一种功能说明性语言, 能完整地描述控制系统的
工作过程, 功能和特性, 是分析, 设计电气控制
系统控制程序的重要工具 。
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1,组成
( 1)步
步是控制系统中的一个相对不变的性质, 它对应于一个稳定的状态 。
在功能流程图中步通常表示某个执行元件的状态变化 。 步用矩形框
表示, 框中的数字是该步的编号, 编号可以是该步对应的工步序号,
也可以是与该步相对应的编程元件 ( 如 PLC内部的通用辅助继电器,
步标志继电器等 ) 。 步的图形符号如图 7.1( a) 所示 。
初始步
初始步对应于控制系统的初始状态, 是系统运行的起点 。 一个控制
系统至少有一个初始步, 初始步用双线框表示, 如图 7.1( b) 所示 。
第 7章 应用设计
图 7.1 步和初始步
5 0
( a ) ( b )
第 7章 应用设计
( 2) 有向线段和转移
有向线段和转移及转移条件如图 7.2所示 。

7.
2


第 7章 应用设计
( 3) 动作说明
一个步表示控制过程中的稳定状态, 它可以对应一个或
多个动作 。 可以在步右边加一个矩形框, 在框中用简明
的文字说明该步对应的动作, 如下图 7.3所示 。
图中 ( a) 表示一个步对应一个动作;图 ( b) 和 ( c) 表
示一个步对应多个动作, 两种方法任选一种 。
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2,使用规则
( 1) 步与步不能直接相连, 必须用转移分开;
( 2) 转移与转移不能直接相连, 必须用步分开;
( 3) 步与转移, 转移与步之间的连线采用有向
线段, 画功能图的顺序一般是从上向下或从左到
右, 正常顺序时可以省略箭头, 否则必须加箭头 。
( 4) 一个功能图至少应有一个初始步 。
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3,结构形式
( 1)顺序结构
( 2)分支结构
?选择性分支
?并发性分支
( 3)循环结构
( 4)复合结构
第 7章 应用设计
( 1)顺序结构

7.
4




2
1
0
电机 M 2 起动
电机 M 1 起动
等待
T 1 延时时间到
按下停止按钮
按下起动按钮
第 7章 应用设计
( 2)分支结构
图 7.5 选择性分支
3736
3
32
3
3
5
4
38
31
A
FC
J
H
EB
IGD
第 7章 应用设计
并发性分支
图 7.6 并发性分支
第 7章 应用设计
( 3)循环结构
循环结构用于一个
顺序过程的多次或
往复执行。功能图
画法如图 7.7所示,
这种结构可看作是
选择性分支结构的
一种特殊情况。

7.
7





第 7章 应用设计
( 4)复合结构
图 7.8 功能流程图举例
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3M 0 1, 0
3M 0 0, 6
3M 0 0, 7
3M 0 1, 1
3M 0 0, 0
I 0, 4
I 1, 0
I 0, 6
I 0, 0
3M 0 0, 4
3
3
M 0 0, 3
M 0 0, 2
3M 0 0, 5
3M 0 0, 1
I 0, 1
I 0, 3
I 0, 2
Q 0, 3
Q 0, 0等待
Q 0, 1
Q 0, 4Q 0, 2
Q 0, 0
Q 0, 2
Q 0, 5
等待
Q 1, 0
I 0, 5
I 1, 1
I 1, 2
第 7章 应用设计
7.2.2 由功能流程图到程序
1,逻辑函数法
2,功能流程图实例
3,步标志继电器法
第 7章 应用设计
1,逻辑函数法
( 1)通用辅助继电器的逻辑函数式
( 2)执行元件的逻辑函数式
( 3)由逻辑函数式画梯形图
第 7章 应用设计
( 1) 通用辅助继电器的
逻辑函数式
函数规则:
除第一步外,每一步用一
个通用辅助继电器(以下
简称继电器)表示本步是
否被执行,即步状态。如
图 7.9所示。
图 7.9 步与继电器
第 7章 应用设计
( 2) 执行元件的逻辑函数式
图 7.8中的 Yj,Yk,Yp分别表示这 3个步所对应的动作或
输出, 可以是执行元件或其他继电器, 也可以是指令盒 。
一般情况下, 一个步对应一个动作, 当功能流程图中有
多个步对应同一个动作时, 其输出可用这几个步对应的
继电器, 或, 来表示 。
( 3) 由逻辑函数式画梯形图
可由每个逻辑函数式中的与或逻辑关系, 用串联或并联
触点对应线圈的形式画出所有梯级的梯形图 。
第 7章 应用设计
( 1)写通用辅助继电器的逻辑函数式
( 2)写执行元件的逻辑函数式
( 3)由逻辑函数式画梯形图
2,功能流程图实例
第 7章 应用设计
用起动优先规则 。
( 1)写通用辅助继电器的逻辑函数式
第 7章 应用设计
( 2)写执行元件的逻辑函数式
图 7.9中除步 M00.2和步 M00.6对应同一个执行元件输出
触点外, 其他每一步对应一个不同的执行元件输出触点 。
多步对应一动作
f (Q0.2)=M00.2+M00.6
一步对应一动作
f (Q0.0)=M00.0 f (Q0.3)=M00.3
f (Q0.5)=M00.7 f (Q1.0)=M01.1
其他输入点的逻辑函数式写法也都用相同方式 。
第 7章 应用设计
( 3)由逻辑函数式画梯形图
根据上述逻辑函数式可画出对应的梯形图,
如右图 7.10所示。为节省篇幅,本程序中的
所有标题栏 Network都省略,且只列出了部
分输出。
第 7章 应用设计
图 7.10 转化为梯形图 (1)
第 7章 应用设计
图 7.10 转化为梯形图 (2)
第 7章 应用设计
3,步标志继电器法

7.
11








1

第 7章 应用设计

7.
11








2

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第 7章 应用设计
7.3 设计实例
1,系统描述
2,制定控制方案
3,系统配置及输入输出对照表
4,设计主电路及 PLC外部接线图
5,设计功能流程图
6,建立步与继电器对照表
7,写逻辑函数式
8,画梯形图
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第 7章 应用设计
1,系统描述
1,系统描述
设计一个 3工位旋转工作台, 其工作示意如图 7.12所示 。 三个工位分
别完成上料, 钻孔和卸件 。
( 1) 动作特性
工位 1:上料器推进, 料到位后退回等待 。
工位 2:将料夹紧后, 钻头向下进给钻孔, 下钻到位后退回, 退回到
位后, 工件松开, 放松完成后等待 。
工位 3:卸料器向前将加工完成的工件推出, 推出到位后退回, 退回
到位后等待 。
( 2) 控制要求
通过选择开关可实现自动运行, 半自动运行和手动操作 。
第 7章 应用设计
图 7.12 工作台示意图
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工位1
装工件
钻孔
工位2
退回
工位3
退回
卸工件



上料器
第 7章 应用设计
2,制定控制方案
1) 用选择开关来决定控制系统的全自动, 半自动运行和手动调整方
式 。
2) 手动调整采用按钮点动的控制方式 。
3) 系统处于半自动工作方式时, 每执行完成一个工作循环, 用一个
起动按钮来控制进入下一次循环 。
4) 系统处于全自动运行方式时, 可实现自动往复地循环执行 。
5)系统运动不很复杂,采用 4台电机 。
6) 对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主令部件和控制部件,
采用不进入 PLC的方法以节省 I/O点数 。
7) 由于点数不多, 所以用中小型 PLC可以实现 。 可用 CPU 224与扩
展模块, 或用一台 CPU 226。
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第 7章 应用设计
3,系统配置及输入输出对照表
表 7.1 输入信号对照表
第 7章 应用设计
表 7.2 输出信号对照表
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第 7章 应用设计
4,设计主电路及 PLC外部接线图

7.
13
PL
C



线

P L C
1
2
3
S B 1 1
S B 2
S B 4
S B 8
S B 9
S B 1 0
S B 7
S B 5
S B 6
S Q 1
S B 3
S Q 2
S Q 3
S Q 4
S Q 5
S Q 6
S Q 7
S P 1
S P 2
Y V 4
Y V 5
Y V 6
Y V 7
Y V 8
Y V 2
Y V 3
Y V 1
K M 4
S A 4
第 7章 应用设计
图 7.13为 PLC外部接线的示意图, 实际接线时, 还应考
虑到以下几个方面:
1) 应有电源输入线, 通常为 220V,50Hz交流电源, 允
许电源电压有一定的浮动范围 。 并且必须有保护装置,
如熔断器等 。
2) 输入和输出端子每 8个为一组共用一个 COM端 。
3) 输出端的线圈和电磁阀必须加保护电路, 如并接阻容
吸收回路或续流二极管 。
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第 7章 应用设计

7.
14





2
1
9
8
311
3
3
4 3
3
7
6
314
310
35
312
313
总 起动信号
自动半自动
且系统原位
手动位置
半自动 运行 信号
送料到位
退回到位
夹紧完成
下钻到位
上升到位
放松完成
推出到位
退回到位
转毕且 SA 处
于 半自动
始终有效
转毕且 SA 处
于自动
旋转
等待
等待
放松
上升等待
退回
送料
钻孔
夹紧
退回
卸件
自动
手动调

5,







第 7章 应用设计
图 7.15 手动部分
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318
319
320
S B 4
S B 4
S B 5
S B 5
S B 6
S B 6
夹紧 放松 下钻
321
316
317
S B 7
S B 7
S B 2
S B 2
S B 3
S B 3
上升上料 退回
322
S B 8
S B 8
卸料
323
S B 9
S B 9
退回
回到初始步
15 点动
324
S B 1 0
S B 1 0
旋转
第 7章 应用设计
6,建立步与继电器对照表
表 7.3 通用继电器对照表
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第 7章 应用设计
7,写逻辑函数式
由本功能流程图写逻辑函数式时, 采用关断优先规则 。
( 1) 继电器函数式
?初始步 1
?手动调整步 15
?手动操作步
?自动和半自动调整步 2
?工位 1:
?工位 2:
?工位 3
( 2)执行元件函数式 返回本节
第 7章 应用设计
8,画梯形图
将所有函数式写出后,很容易就可以用编程软件
做出梯形图。梯形图完成后便可以将可编程序控
制器与计算机连接,把程序及组态数据下装到
PLC进行调试,程序无误后即可结合施工设计将
系统用于实际。
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