作者：王阿根
出版社：电子工业出版社
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PLC控制程序精编108例(修订版)试读：
前言
随着可编程控制器在各行各业的广泛应用，各种有关可编程控制器的书籍大量涌现，但是不少人在看了很多书之后，在真正进行编程的时候往往还是束手无策，不知从何下手，其原因是什么呢？那就是缺少一定数量的练习。如果只靠自己苦思冥想，则结果往往收效甚微，而学习和借鉴别人的编程方法不乏是一条学习的捷径。本人编写这本书的目的就是在读者已经掌握可编程控制器基础知识的前提条件下，为读者提供一个快速掌握PLC编程方法的学习捷径。
笔者于2009年12月出版了《PLC控制程序精编108例》一书，深受读者欢迎，多次重印。在过去的5年中，收到了一些读者的反馈意见，同时笔者也多次仔细重新审阅原书，发现了不少差错之处，在此修订版中一一更正，同时也增加了一种编程软件的介绍，应出版社邀请推出了原书的修订版。
本书主要是结合《电气可编程控制原理与应用》一书的内容进行编写的。由于这本书的编写思路与众不同，所以在学习书中的编程实例时，如有不清楚的地方可参阅《电气可编程控制原理与应用》。书中实例一般不给出指令表，个别实例给出指令表是因为考虑到有些读者在没有《电气可编程控制原理与应用》一书的情况下也便于理解实例。
为了突出编程的重点，编程实例中在尽量保证实例完整的前提下，省略部分枝节电路，例如，简单的电动机主电路，PLC的电源接线，控制电路的保护以及信号部分等。在未加说明的情况下，输入接点默认为常开接点。请读者在实际应用中加以注意。
编程方法和编程技巧是本书的核心内容，用实例来展示编程方法和编程技巧是本书的特点。一般可编程控制器可分为三大类指令：基本指令、步进指令和功能指令。考虑到一般书中基本指令介绍得比较多，功能指令介绍得比较少，所以在本书中加大了功能指令编程实例的介绍，以提高读者用功能指令编程的方法和技巧。
为了便于读者自学，本书尽量做到难易结合，每个实例都给出编程实例的说明，以提高读者的理解能力。由于任何一个编程实例的编程方法都不是唯一的，为了对比基本指令、步进指令和功能指令的编程特点，在有些例子中给出了几种不同的编程方法，以帮助读者比较不同指令的编程特点。
本书主要由王阿根编写，参与编写、修订工作的还有王晰、宋玲玲、胡顺华、吴冬春、陆广平、李杜、秦生升、姚志树、吴帆、李爱琴。书中的实例均为笔者多年潜心研究的结果，大多数实例都经过实际应用或在仿真软件中经过验证，但是难免还有疏漏之处，如有发现，敬请读者发邮件到wangagen@126.com与笔者联系，笔者表示由衷的感谢。王阿根2014年11月
绪论
可编程控制器（PLC）使用范围十分广泛，往往涉及许多相关的电气知识和其他专业控制领域的相关知识，要想较好地掌握可编程控制器的使用和设计，至少要具备一定的相关基础知识，如电工学（含电工基础、电机学、电气控制），电子学（含数字电路、模拟电路），计算机基础等。本书适合已基本掌握可编程控制器的读者，也可供正在学习可编程控制器过程中的读者学习。
可编程控制器在电气控制系统中，主要根据控制梯形图进行开关量的逻辑运算，根据运算结果进行开关量的输出控制。如果和特殊模块连接，也可以进行模拟量的输入/输出控制。可编程控制器的设计主要分为控制梯形图设计、可编程控制器的输入/输出接线设计以及主电路的设计等，其中控制梯形图的设计是整个设计的核心部分。由于控制梯形图的设计基本上和常规电器的控制电路一样，所以掌握常规电器控制电路的控制原理和设计方法是可编程控制器设计的基础。0.1 PLC控制设计的基本原则
PLC电气控制系统是控制电气设备的核心部件，因此PLC的控制性能是整个控制系统能否正常、安全、可靠、高效运行的关键所在。在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求。（2）力求控制系统简单、经济、实用，维修方便。（3）保证控制系统的安全、可靠性。（4）操作简单、方便，并考虑有防止误操作的安全措施。（5）满足PLC的各项技术指标和环境要求。0.2 PLC控制设计的基本步骤1．对控制系统的控制要进行详细了解
在进行PLC控制设计之前，首先要详细了解其工艺过程和控制要求，应采取什么控制方式，需要哪些输入信号，选用什么输入元件，哪些信号需输出到PLC外部，通过什么元件执行驱动负载；弄清整个工艺过程各个环节的相互联系；了解机械运动部件的驱动方式，是液压、气动还是电动，运动部件与各电气执行元件之间的联系；了解系统的控制方式是全自动还是半自动的，控制过程是连续运行还是单周期运行，是否有手动调整要求等。另外，还要注意哪些量需要监控、报警、显示，是否需要故障诊断，需要哪些保护措施等。2．控制系统初步方案设计
控制系统的设计往住是一个渐进式、不断完善的过程。在这一过程中，先大致确定一个初步控制方案，首先解决主要控制部分，对于不太重要的监控、报警、显示、故障诊断以及保护措施等可暂不考虑。3．根据控制要求确定输入/输出元件，绘制输入/输出接线图和主电路图
根据PLC输入/输出量选择合适的输入和输出控制元件，计算所需的输入/输出点数，并参照其他要求选择合适的PLC机型。根据PLC机型特点和输入/输出控制元件绘制PLC输入/输出接线图，确定输入/输出控制元件与PLC的输入/输出端的对应关系。输入/输出元件的布置应尽量考虑接线、布线的方便，同一类的电气元件应尽量排在一起，这样有利于梯形图的编程。一般主电路比较简单，可一并绘制。4．根据控制要求和输入/输出接线图绘制梯形图
这一步是整个设计过程的关键，梯形图的设计需要掌握PLC的各种指令的应用技能和编程技巧，同时还要了解PLC的基本工作原理和硬件结构。梯形图的正确设计是确保控制系统安全可靠运行的关键。5．完善上述设计内容
完善和简化绘制的梯形图，检查是否有遗漏，若有必要还可再反过来修改和完善输入/输出接线图和主电路图及初步方案设计，加入监控、报警、显示、故障诊断和保护措施等，最后进行统一完善。6．模拟仿真调试
在电气控制设备安装和接线前最好先在PLC上进行模拟调试，或在模拟仿真软件上进行仿真调试。三菱公司全系列可编程控制器的通用编程软件GX Developer Version 8.34L（SW8D5C-GPPW-C）附带有仿真软件（GX Simulator Version6），可对所编的梯形图进行仿真，确保控制梯形图没有问题后再进行连机调试。但仿真软件对某些部分功能指令是不支持的，例如，附录C中三菱FX2N型PLC功能指令中的功能号前带有“*”的指令，这部分控制程序只能在PLC上进行模拟调试或现场调试。7．设备安装调试
将梯形图输入到PLC中，根据设计的电路进行电气控制元件的安装和接线，在电气控制设备上进行试运行。0.3 输入/输出接线图的设计
在设计PLC梯形图之前，应先设计输入/输出接线图，这一点有很多人不太关注，有些人认为梯形图和输入/输出接线图关系不大，可以分开设计，这是不对的。
下面通过一些简单的实例说明PLC输入/输出接线图的设计。
例1 将图0-1所示的两个地点控制一台电动机的控制电路改为PLC控制。图0-1 两个地点控制一台电动机的控制电路
解：图0-1电路中有两个启动按钮，两个停止按钮和一个热继电器常闭接点，共有5个输入量。1个输出量为接触器线圈。将输入接点全部以常开接点的形式接在PLC的输入端上，将输出元件接在PLC的输出端上。将控制电路图0-1改为PLC控制的梯形图和PLC接线(1)图，如图0-2所示。图0-2 两个地点控制一台电动机的PLC控制图11．输入接线图的设计
上述例1是将一般控制电路转换成PLC控制，但是大多数情况下，PLC的控制设计是根据控制要求来设计的。
输入电路中最常用的输入元件有按钮、限位开关、无触点接近开关、普通开关、选择开关、各种继电器接点等。另外，常用的输入元件还有数字开关（也叫拨码开关、拨盘），旋转编码器和各种传感器等。
在输入接线图的设计时应考虑输入接点的合理使用，下面介绍节省输入点的几种方法。
1）梯形图中串并联接点外接法
在图0-2中用了5个输入继电器，将梯形图中的X0、X1并联接点移至PLC输入端，将X2、X3、X4串联接点移至PLC输入端，如图0-3（a）所示，就减少了输入点数。对应的梯形图如图0-3（b）所示。
为了便于读者理解，本书实例中的输入接点一般采用常开接点。值得注意的是，对于停止按钮和起保护作用的输入接点应采用常闭接点。这是因为，如果采用常开接点，一旦接点损坏不能闭合，或断线电路不通，人们一般不易察觉，设备将不能及时停止，可能造成设备损坏或危及人身安全。
根据下列公式可将图0-3（a）所示常开接点变成常闭接点：
图0-3（a）所示输入接点由常开接点改为常闭接点的同时，梯形图中对应的接点也要相应取反（即常开接点改为常闭接点，常闭接点改为常开接点），如图0-3（c）、（d）所示。图0-3 两个地点控制一台电动机的PLC控制图2
2）局部电路外移法
详情请看“实例102绕线型电动机转子串电阻时间原则启动控制”。该实例是将原电路中的部分电路直接移至PLC的输入端，使多个输入接点共占用了一个输入继电器。
该实例还阐述了一个重要问题，就是并非所有的常规控制电路都可以直接转换成PLC控制梯形图，特别是电路中的互锁和联锁，往往要通过PLC外部硬接线才能实现。
3）编码输入法
编码输入是将多个输入继电器的组合作为输入信号，n个输入继电器有2n种组合，可以用n位二进制数表示，这种输入方法可以最大限度地利用输入点，一般需要梯形图译码。如图0-4所示，输入继电器X0、X1有4种组合（即2位二进制数00、01、10、11），用M0～M3表示，相当于4个输入信号。例如，开关在2位置，X1、X0＝10，梯形图中M2线圈得电。图0-4 编码输入1
图0-5所示为使用按钮的编码输入，其原理和图0-4中的原理基本一样。图0-5 编码输入2
4）矩阵输入法
图0-6所示为3行2列输入矩阵，这种接线一般常用于有多种输入操作方式的场合。例如，图中的选择开关SA打在左边，则执行手动操作方式，用按钮进行输入操作；开关打在右边，则执行自动操作方式，由系统接点进行自动控制。
如“实例82 矩阵输入”，由8点输入和8点晶体管输出，获得64点输入。图0-6 3行2列输入矩阵
5）编程输入法
图0-7所示为用编程的方式组成的输入电路。输入按钮SB相当于一个10挡位的选择开关，初始位置为M20线圈得电，M20＝1，接点闭合。图0-7 按钮式10挡位选择开关
工作原理如下：
按下按钮SB，X1接通一次，SFTL指令执行一次左移，将M20的值“1”左移到M21中，使M21＝1，M21的常闭接点断开，M20线圈失电，M20＝0。
再按动按钮SB，SFTL指令又执行一次左移，将M21的值“1”左移到M22中，使M22＝1，M22的常闭接点断开，M20线圈仍失电。
每按动一次按钮SB，SFTL指令执行一次左移。每次只有1个继电器M＝1，使M20～M29这10个继电器的接点依次轮流闭合，相当于一个10挡位的选择开关。
用编程的方法可以实现多种多样的输入方式和控制方式，关键在于灵活地应用各种基本逻辑指令和功能指令。
本书中“实例1用一个按钮控制三组灯”、“实例2用一个开关控制三个照明灯”、“实例57选择开关”和“实例58选择开关控制3台电动机顺序启动，逆序停止”等就是采用了编程输入法。
6）一个按钮多用法
例如，“例2星形–三角形降压启动PLC控制图”、“实例23电动机软启动停止控制”和“实例51用一个按钮定时预警启动停止控制”等，其控制按钮SB既是启动按钮又是停止按钮。2．输出接线图的设计
PLC输出电路中常用的输出元件有各种继电器、接触器、电磁阀、信号灯、报警器、发光二极管等。
PLC输出电路采用直流电源时，对于感性负载，应反向并联二极管，否则接点的寿命会显著下降，二极管的反向耐压应大于负载电压的5～10倍，正向电流大于负载电流。
PLC输出电路采用交流电源时，对于感性负载，应并联阻容吸收器（由一个0.1μF电容器和一个100～120Ω电阻串联而成），以保护接点的寿命。
PLC输出电路无内置熔断器，当负载短路等故障发生时将损坏输出元件。为了防止输出元件损坏，在输出电源中串接一个5～10A的熔断器，如图0-8所示。图0-8 PLC输出电路保护的措施
为了突出重点，本书中继电器、接触器未加反向并联二极管和阻容吸收器。
在输出接线图的设计时应考虑输出继电器的合理使用，下面介绍节省PLC输出点的几种方法。
1）利用控制电路的逻辑关系节省输出点
如图0-9所示，根据图0-9（a）梯形图1的逻辑关系，对应的PLC接线图如图0-9（b）所示，需要三个输出继电器。利用控制电路的逻辑关系将其改为如图0-9（c）、（d）所示，则只需要两个输出继电器。图0-9 利用控制电路的逻辑关系节省输出点
2）利用控制电路的输出特点节省输出点
例2 三相异步电动机星形–三角形降压启动PLC控制。
解：星形–三角形降压启动PLC控制电路一般需用2点输入（一个启动按钮，一个停止按钮），3点输出（接触器KM1～KM3）。利用控制电路的输出特点，考虑到星形启动接触器KM2只是在启动时用一下，可以和KM1共用一个输出点Y1。SB既做启动按钮又做停止按钮。这样，在图0-10所示的星形–三角形降压启动PLC控制电路中只用了1点输入，2点输出。图0-10 星形–三角形降压启动PLC控制
3）矩阵输出
例如，实例28为5行8列LED矩阵依次发光控制，使用了13点输出，用40个发光二极管，可用于显示40种工作状态。
图0-11所示为工业袋式除尘器的部分PLC控制电路。该除尘器有4个除尘室，当除尘器开始工作时，1～4室依次轮流卸灰，每室卸灰时间为20s，卸灰完毕后启动反吹风机，3s后，1～4室再依次轮流清灰，每室清灰时间为15s，结束后，再反复执行上述过程。图0-11 袋式除尘器PLC接线图
每个除尘室分别有两个输出量，一个为卸灰，一个为清灰，4个除尘室需用8个输出量，需要占用8个输出继电器。但是从分析除尘的工作过程可以知道，这8个输出量并不是同时工作的，而是分为卸灰和清灰两个时间段。这样可以考虑用4个输出继电器Y1～Y4先依次控制1～4室的卸灰，卸灰结束后由反吹风输出继电器Y0将卸灰继电器K1～K4断开，并接通清灰继电器K5～K8，由输出继电器Y1～Y4再依次控制1～4室的清灰，这样就可以节省近一半的输出继电器。
这个电路实际上是一个4行2列的输出矩阵，采用直流电源和直流继电器，图0-11中的二极管用于防止产生寄生回路。
4）外部译码输出
用七段码译码指令SEGD，可以直接驱动一个七段数码管，十分方便。电路也比较简单，但需要7个输出端。若采用在输出端外部译码，则可减少输出端的数量。外部译码的方法很多，如用七段码分时显示指令SEGL可以用12点输出控制8个七段数码管等。
图0-12所示为用集成电路4511组成的1位BCD译码驱动电路，只用了4点输出。如果显示值小于8可用3点输出，显示值小于4可用2点输出。图0-12 BCD码驱动七段数码管电路图0.4 PLC基本设计编程方法
控制电路根据逻辑关系可以分为组合电路和时序电路，在一个复杂的控制电路中也可能既有组合电路也有时序电路。1．组合电路的设计
控制结果只和输入有关的电路称为组合电路，由于组合电路的控制结果只和输入变量的状态有关，所以可以用布尔代数（也称为开关代数或逻辑代数）通过计算而得出。
组合电路的梯形图设计步骤一般如下：（1）根据控制条件列出真值表。（2）由真值表写出逻辑表达式并进行化简。（3）根据逻辑表达式画出控制电路。
例3 在楼梯走廊里，在楼上楼下各安装一个开关来控制一盏照明灯，试设计PLC控制接线图和梯形图。
解：首先根据控制要求画出PLC接线图如图0-13（a）所示。根据题意分析可知两个开关只有4种状态，当只有其中一个开关动作时灯亮，当两个开关都动作或都不动作时灯不亮，据此列出真值表如表0-1所示。表0-1 例3真值表S2 S1E0 000 111 011 10
由真值表写出逻辑表达式，根据逻辑表达式画出梯形图如图0-13（b）所示。图0-13 两个开关控制一盏灯电路
本书中，实例3、4、5、6、8等都采用组合电路。实例1和实例52虽然是一个时序电路，但是在局部电路中PLC的输出和计数值有一定的对应关系，所以也可以用真值表写出逻辑表达式。2．时序电路的设计
在控制电路中，绝大部分电路都是时序电路，由继电器组成的控制电路中，时序电路实际上就是自锁电路，这种电路应用得十分广泛，一般没有固定的设计方式。
时序电路也称记忆电路，其中包含有记忆元件。时序电路的控制结果不仅和输入变量的状态有关，也和记忆元件的状态有关。由于中间逻辑元件和输出执行元件中有记忆元件，所以，时序电路的控制结果和输入变量、中间逻辑变量及输出逻辑变量三者都是有关系的，由于时序电路的逻辑关系比较复杂，这类电路目前主要用经验法来设计。
在PLC梯形图中含有SET、OUT、MC等逻辑线圈的梯形图都可以组成时序电路。
在时序电路中还有一种电路叫做顺序控制电路，这种电路的特点是控制电路根据控制条件按一定顺序进行工作，设计方法较多，一般基本指令、步进指令和功能指令都可以使用。但是比较复杂的控制电路一般用步进顺控指令编程比较直观方便，如实例24、实例33、实例35、实例38等。
顺序控制电路也可以分为行程顺序控制、时间顺序控制和计数顺序控制等多种形式。
例如，“实例16小车五位自动循环往返运行”，“实例33搅拌器自动定时搅拌”，“实例35钻孔动力头控制”，“实例38两个滑台顺序控制”为行程顺序控制。
例如，实例30和实例31为广告灯的控制，“实例64用一个按钮控制5条传送机的顺序启动，逆序停止”等都是一种时间顺序控制，如果用步进顺控指令编程则比较繁琐，而用功能指令则比较简单。
例如，“实例39机床滑台往复、主轴双向控制”；“实例54凸轮控制器”；“实例55用凸轮控制器控制4台电动机顺启逆停”；“实例57选择开关”；“实例58选择开关控制3台电动机顺序启动，逆序停止等为计数顺序控制”。
(1) 在本书实例中一般不给出电动机主电路图。分类一照明灯、信号灯控制实例1 用一个按钮控制三组灯
用一个按钮控制三组（或三个）灯，以达到控制灯的亮度。由PLC组成一个控制器，每按一次按钮增加一组灯亮，三组灯全亮后，每按一次按钮，灭一组灯（为了使每组灯亮的时间尽量相等，要求先亮的灯先灭），如果按下按钮的时间超过2s，则灯全灭。控制方案设计1．输入/输出元件及控制功能
如表1-1所示，介绍了实例1中用到的输入/输出元件及控制功能。表1-1 输入/输出元件及控制功能2．电路设计
根据控制要求，可用加一指令INC组成一个计数器，计数值用K1M0表示，用计数结果控制三个灯的组合状态。计数器计数值与三组灯的逻辑关系如表1-2所示。表1-2 三组灯显示输出真值表
根据表1-2画出Y0、Y1、Y2的卡诺图。图1-1 Y0的卡诺图
Y0的卡诺图如图1-1所示。
根据Y0的卡诺图写出Y0逻辑表达式如下：
同理，画出Y1、Y2的卡诺图，写出Y1、Y2逻辑表达式如下：
当计数值K1M0＝0110时，即当M1＝1，M2＝1时，将计数器复位。由上述关系画出PLC接线图和控制梯形图，如图1-2所示。图1-2 一个按钮控制三个灯实例2 用一个开关控制三个照明灯
用一个开关控制三个照明灯，要求开关闭合时灯亮，开关断时灯灭，如果在3s之内每闭合一次开关，亮的灯数由1个→2个→3个→2个→1个→0个循环；如果开关断开的时间超过3s，再扳合开关时，重复上述过程。控制方案设计1．输入/输出元件及控制功能
如表2-1所示，介绍了实例2中用到的输入/输出元件及控制功能。表2-1 输入/输出元件及控制功能2．电路设计
用一个开关控制三个照明灯的接线图和梯形图，如图2-1所示。图2-1 一个开关控制三个灯3．控制原理
图2-1（b）中的梯形图构成了一个移位寄存器，在初始状态下，开关X0断开，移位寄存器中Y0、Y1、Y2均为0，而。移位寄存器移位过程如表2-2所示。表2-2 移位寄存器移位过程说明
第一次开关X0闭合时，执行移位，将M0的数据1传送给Y0，Y0＝1，Y1＝Y2＝0。
第二次开关X0闭合时，执行移位，将M0的数据1传送给Y0，Y0＝1，Y1＝1，Y2＝0。
第三次开关X0闭合时，执行移位，将M0的数据1传送给Y0，Y0＝Y1＝Y2＝1，M0＝0。
第四次开关X0闭合时，执行移位，将M0的数据0传送给Y0，Y0＝0，Y1＝Y2＝1，M0＝0。
第五次开关X0闭合时，执行移位，将M0的数据0传送给Y0，Y0＝Y1＝0，Y2＝1，M0＝0。
第六次开关X0闭合时，执行移位，将M0的数据0传送给Y0，Y0＝Y1＝Y2＝0，M0＝1。
在开关X0断开时，不执行移位，移位寄存器中的数据不变，若X0每次断开的时间超过3s，则T0延时3s动作，T0接点闭合，使移位寄存器中的数据复位。当开关X0再次闭合时，又从上述初始状态开始，重复循环过程。实例3 用三个开关控制一个灯
用三个开关控制一个照明灯，任何一个开关都可以控制照明灯的亮与灭。控制方案设计1．输入/输出元件及控制功能
如表3-1所示，介绍了实例3中用到的输入/输出元件及控制功能。表3-1 输入/输出元件及控制功能2．电路设计
经分析可知，只有一个开关闭合时灯亮，再有另一个开关闭合时灯灭，推而广之，即有奇数个开关闭合时灯亮，偶数个开关闭合时灯灭。根据控制要求列出真值表，如表3-2所示。表3-2 三个开关控制一个灯真值表X2X1X0Y000000011010101101001101011001111
根据真值表和图3-1中的PLC接线图列出逻辑表达式：
根据逻辑表达式画出梯形图，如图3-1（b）所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]