案例分析：PLC的I/O分配与顺序功能图

1.任务要求及I/O 分配

电动机－△降压启动控制要求如下:

按下启动按钮SB1，电机连接启动，延时6 s后自动转为△连接运行。按下停止按钮SB2，电机停止，若电机过载，电机也停止。PLC 的I/O 分配如下:

SB1 启动按钮:I0.0，SB2 停止按钮与热继电器触点串联(常闭型):I0.1，接触器KM1:Q0.1，星形接触器KM2:Q0.2，三角形接触器KM3:Q0.3。

电机－△降压启动控制的主电路及PLC 外部接线图请参考前文模块四中的相关任务。这里要注意的不同点是，PLC 外部端子接线中把停止按钮和热键电器的触点串联，它们均为常闭型触点。

2.绘制顺序功能图

工序图是工作过程按一定步骤有序工作的图形，它是一种通用语言。该案例的工序图如图7－15所示。从工序图可以看出，整个工作过程依据电机工作状态分析成若干个工序，工序之间的转移需要满足特定的条件，比如按钮指令或延时时间。工序图可以转换成顺序控制功能图，如图7－16所示。

图7-15　工序图

图7-16　顺序功能图

根据控制系统的工艺要求画出系统的顺序功能图后，若PLC 没有配备顺序功能图语言，则必须将顺序功能图转换成PLC 执行的梯形图程序。将顺序功能图转换成梯形的方法主要有两种，分别是采用启保停电路的设计方法和采用置位(S)、复位(R)指令的设计方法。

(1)启保停设计法。

启保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，任何一种PLC 的指令系统都有这一类指令，这是一种通用的编程方法，可以用于任意型号的PLC。

(2)置位和复位指令设计法。

在使用S、R 指令设计控制程序时，将各转换的所有前级步对应的常开触点与转换对应的触点或电路串联，该串联电路即启保停电路中的启动电路，用它作为使所有后续步置位(使用S 指令)和使所有前级步复位(使用R 指令)的条件。在任何情况下，各步的控制电路都可以用这一原则来设计，每一个转换又对应一个这样的控制置位和复位的电路块，有多少个转换就有多少个这样的电路块。这种设计方法特别有规律可循，梯形图与转换实现的基本规则之间有对应关系，在设计复杂的顺序功能图的梯形图时，既容易掌握，又不容易出错。

3.程序设计(www.xing528.com)

在博途软件里新建立一个项目，并添加设备PLC 后，单击项目树中的“设备和网络”，双击PLC，弹出PLC 的“属性”窗口，在“常规”下的“系统和时钟存储器”中把“启用系统存储字节”打上“√”，地址采用默认的存储器地址MB1，如图7－17所示。

图7-17　启用系统存储器

根据该案例的I/O 分配与顺序功能图，PLC 变量表如图7－18所示。变量表中的M1.0是首次扫描为高电平，步0、步1、步2 的地址分别为M20.0、M20.1、M20.2。

图7-18　PLC 变量表

针对该案例，设计了以上两种方法的程序。其中，启保停设计法的程序如图7－19所示。程序段1:上电首次扫描后，激活初始步，M20.0 接通并自锁，并复位Q0.1、Q0.2、Q0.3。程序段2:在步0 激活状态下，按下启动按钮I0.0，激活步1，M20.1 的常闭触点断开步0，使步0 变为不活动步，同时定时器T1 开始计时。程序段3:T1 定时器计时时间到后，激活步2，步1 变为不活动步。程序段4:步1 状态激活时，Q0.1、Q0.2 接通，电机星形启动，步2 状态激活时，Q0.1、Q0.3 接通，电机三角形运行。PLC 外部端子I0.1 接的是常闭型停止按钮与热继电器常闭触点串联，若按下停止按钮或电机过载时，I0.1 的常开触点断开，断开步1、步2，I0.1 的常闭触点闭合，接通步0 并复位Q0.1、Q0.2、Q0.3。

用置位复位指令设计法设计的星－三角降压启动顺序控制程序如图7－20所示。用置位复位指令编制的PLC 程序更加简洁清晰，请读者自行分析程序的工作原理。

图7-19　-△降压启动控制程序(一)

图7-20　-△降压启动控制程序(二)

4.仿真与调试

打开仿真软件S7－PLCSIM，下载所有的块。打开SIM 表格_1，生成I0.0、I0.1、Q0.1、Q0.2、Q0.3、MB20 的SIM 表条目。仿真开始后，M20.0 马上变为1 状态，表示首次扫描激活步0，单击程序编辑界面中工具栏上的按钮，启动监视功能。把I0.1 打上“√”，模拟常闭型的热继电器触点和停止按钮的闭合状态，双击I0.0 的方框，模拟按下启动按钮，Q0.1、Q0.2 接通，M20.1 接通，表示步1 为活动状态，这时电机星形启动，仿真SIM 表格如图7－21所示。6 s后，Q0.1、Q0.3 接通，M20.2 接通，表示步2 为活动状态，这时电机三角形运行。任意时刻按下停止按钮或电机过载，I0.1 的方框去掉“√”，输出Q 断开，电机停止。

图7-21　仿真SIM 表格