第2章 识读基本控制程序梯形图
2.1 自锁、互锁和联锁控制程序梯形图
2.1.1 自锁控制（启动、保止、停止电路，简称启—保—停电路）
自锁控制程序是PLC电路中最基本的控制环节，常用于内部位存储器、输出继电器的控制电路。
电动机的启动与停止是最常见的控制，通常需要设置启动按钮、停止按钮及接触器（暂不考虑过载保护热继电器）等进行控制。
【例2-1-1】 停止优先控制程序
为确保安全，通常电动机的启、停控制总是选用图2-1-1所示的停止优先控制程序。对于该程序，若同时按下启动按钮和停止按钮，则停止优先。
图2-1-1 停止优先控制的梯形图（a）和时序图（b）
无论启动按钮SB1（I0．0）是否闭合，只要按下停止按钮SB2（I0．1），输出Q0．0（KM）必失电，因此称这种电路为失电优先的自锁电路。这种控制方式常用于需要紧急停车的场合。
这一梯形图最主要的控制特点是具有“记忆”功能，按下启动按钮，I0．0的动合触点接通，如果这时未按停止按钮，I0．1的动断触点接通，Q0．0的线圈“通电”，它的动合触点同时接通。放开启动按钮，I0．0的动合触点断开，“能流”经Q0．0的动合触点和I0．1的动断触点流过Q0．0的线圈，Q0．0仍为ON，这就是所谓的“自锁”或“自保持”功能。按下停止按钮，I0．1的动断触点断开，使Q0．0的线圈“断电”，使其动合触点断开，以后即使放开停止按钮，I0．1的动断触点恢复接通状态，Q0．0的线圈仍然“断电”。为了以后叙述方便，将这一梯形图叫做启—保—停电路。它是梯形图中最基本的单元电路，包含了一个梯形图支路的所有要素。
（1）使支路的输出线圈启动（置1）的条件，此处为I0．0；
（2）使支路的线圈保持的条件，此处为Q0．0；
（3）使支路的线圈停止（置0）的条件，此处为I0．1。
【例2-1-2】 启动优先控制程序
对于有些控制场合（如消防水泵的启动），需要选用图2-1-2所示的启动优先的控制程序。对于该程序，若同时按下启动按钮和停止按钮，则启动优先。
图2-1-2 启动优先控制的梯形图（a）和时序图（b）
不论停止按钮SB2（I0．1）按下与否，只要按启动按钮SB1（I0．0），便可使输出KM（Q0．0）得电，从而启动负载。对于有些应用场合，如报警设备、安全防护及求援设备等，需要有准确可取的启动控制，即无论停止按钮是否处于闭合状态，只要按下启动按钮，便可启动设备。
【例2-1-3】 多地点控制
对于同一个控制对象（如一台电动机）在不同地点、用同样控制方式实现的控制称为多地控制。其方法可用并联多个启动按钮和串联多个停止按钮来实现，如图2-1-3所示。图中的SB1（I0．0）和SB2（I0．2）组成一对启、停控制按钮，安装在某处A；SB3（I0．1）和SB4（I0．3）组成另一对控制按钮，安装在另一处B。这样就可以在不同地点对同一负载KM（Q0．0）进行控制了。
图2-1-3 多地控制程序
【例2-1-4】 克服启动按钮出现不能弹起故障的电动机控制电路
当启动按钮按下后，电动机开始运行，但是如果启动按钮出现故障不能弹起，按下停止按钮电动机能够停止运行，一旦松开停止按钮，电动机又马上开始运行了。这种情况在实际生产时是不允许的，采用图2-1-4所示的梯形图即可解决。
图2-1-4 改进的梯形图控制程序
按下启动按钮SB1→I0．0得电→动合触点I0．0闭合，正跳变触点检测到I0．0的上升沿接通，使线圈Q0．0得电，电动机自锁运行；按下停止按钮SB1→I0．1得电→动断触点I0．1断开，使线圈Q0．0断电，电动机停止转动。即使按钮SB2（I0．0）没能马上断开，由于检测不到I0．0的上升沿，正跳变触点不能接通，因此松开停止按钮SB1（I0．1）后，电动机不能运行，只有在启动按钮SB1（I0．0）断开并再次按下后，电动机才能再次运行。
触点符号中的P表示正跳变（检测到信号有0～1转换），其输出信号的脉冲宽度为一个扫描周期的脉冲；触点符号中的N表示负跳变（检测到信号由1～0转换），其输出信号的脉冲宽度为一个扫描周期的脉冲，见表2-1-1。
表2-1-1 正、负跳变指令
【例2-1-5】 单按钮控制电动机启、停（1）
在继电器—接触器控制系统中，控制电动机的启、停往往需要两个按钮，在这里利用PLC逐行扫描的特点使用一个按钮控制电动机的启、停，第1次按动按钮，电动机启动；第2次按动按钮，电动机停转。
梯形图如图2-1-5所示，辅助继电器M0．0[1]控制电动机启动、M0．2[2]控制电动机停止，而◎M1．0[2]作为按钮按动次数记忆文件，按单次时闭合、按双次时断开。
图2-1-5 单按钮控制电机启、停控制的梯形图（a）和时序图（b）
按一下按钮I0．0，输入的是启动信号，再按一下按钮I0．0，输入的则是停止信号，以此形成单数次时为启动，双数次时为停止。这里关键点是，在第1个扫描周期内，M0．1[1]得电后，#M0．1[1]并未断开，因此保持M0．0[1]得电，致使◎M0．0[2]、[3]闭合。
当第1次按下按钮时，在当前扫描周期内，I0．0[1]使辅助继电器M0．0[1]、M0．1[1]为ON状态，使Q1．0[3]为ON；到第二个扫描周期，辅助继电器M0．1的# M0．1[1]为OFF，使M0．0[1]为OFF，辅助继电器M0．2[2]仍为OFF，# M0．2[3]仍为ON，Q1．0[3]的自锁触点◎Q1．0[3] 已起作用，Q1．0[3]仍为ON，从此不管经过多少扫描周期，这种状态也不会改变。第1次松开按钮后至第2次按下按钮前，在输入采样阶段读入I0．0的状态为OFF，辅助继电器M0．0、M0．1、M0．2均为OFF状态，Q1．0也继续保持ON状态。
当第二次按下按钮时，在当前扫描周期时，辅助继电器M0．0[1]、M0．1[1]、M0．2[2]（◎Q1．0[2]已闭合）均为ON状态，M0．2的# M0．2[3]为OFF，使Q1．0[3]由ON变为OFF；到下一个扫描周期（假定未松开按钮），M0．1的# M0．1[1]使M0．0[1]为OFF，使M0．2[2]为OFF，此时虽然# M0．2[3]为ON，但由于◎M0．0[3]为OFF，使Q1．0[3]不具备吸合条件仍然为OFF。第2次松开按钮后至第3次按下按钮前，M0．0、M0．1、M0．2及Q1．0均为OFF状态，控制程序恢复为原始状态。所以，当第3次按下按钮时，又开始了启动操作，由此进行启、停电动机。
【例2-1-6】 单按钮控制电动机启、停（2）
如图2-1-6所示，当按一下按钮时，I0．0由OFF变ON，这时上升沿（正跳变）触发指令使M0．0[1]只有一个扫描周期状态是ON，在本周期内接下来的扫描行可确定M0．1[2]的状态，虽然M0．0[1]是ON，但Q1．0[3]是OFF，因此M0．1[2]也是OFF。最后确定Q1．0[3]的状态，由于M0．0[1]是ON，而M01[2]是OFF，#M0．1[3]是ON，这样使得Q1．0[3]“得电吸合”成为ON状态并自锁，接在这一点上的控制电动机的接触器线圈便得电吸合，电动机就可转动起来。
图2-1-6 单按钮控制电动机启、停控制的梯形图和时序图
在接下来的第二个扫描周期，即使按钮还没有松开，I0．0还处于ON状态，由于P指令的作用，M0．0[1]变成了OFF，也就是说，从第二个周期开始M0．0[1]总是OFF了，使M0．1[2]也不具备“得电吸合”的条件，始终处于OFF状态，Q1．0[3]仍然是ON状态。接下来就是松开按钮，三个线圈的状态仍然与第二扫描周期的状态相同，电动机也始终在转动着。
当第二次按下按钮时，就会形成M0．0[1]与M0．1[2]都是ON状态，而Q1．0[3]成为OFF状态，电动机便停止转动了。从第二次按下按钮的第二个扫描周期开始，三个线圈的状态都变成OFF了，恢复为原始状态。在这以后，当第3次按下按钮时，又开始了启动操作，由此控制电动机的启、停。
辅助继电器（位存储器）M0．0[1]控制启动、M0．1[2]控制停止，而◎Q1．0[2]作为按钮按动次数的记忆元件，单数次闭合、双数次断开。
【例2-1-7】 用1个按钮控制两台电动机依次启动的控制
梯形图、语句表与时序图如图2-1-7所示。
使用跳变触点指令可以使两台电动机的启动时间分开，从而防止电动机同时启动对电网造成不良影响。
按下按钮SB1（I0．0），用正跳变触点指令使第一台电动机启动；松开按钮SB1（I0．0），用负跳变触点指令使第二台电动机启动。按下停止按钮SB2，两台电动机同时停止。
【例2-1-8】 具有点动调整功能的电动机启、停的控制
有些设备的运动部件的位置常常需要进行调整，这就要用到具有点动调整的功能。这样除了上述启动按钮、停止按钮外，还需要增加点动按钮SB3，PLC的I/O配置如表2-1-2表示，梯形图如图2-1-8所示。
在继电器控制柜中，点动的控制是采用复合按钮实现的，即利用动合、动断触点的先断后合的特点实现的。而PLC梯形图中的“软继电器”的动合触点和动断触点的状态转换是同时
图2-1-7 梯形图（a）、语句表（b）与时序图（c）
图2-1-8 梯形图
表2-1-2 PLC的I/O配置
电路工作过程
1.点动
2.连续运行
2.1.2 用置位/复位指令或RS/SR触发指令来等效启—保—停电路的控制
【例2-1-9】 电动机启、停控制（1）
在实际应用中也可以用置位复位指令来等效启—保—停电路的功能，如图2-1-9、图2-1-10所示，能实现自锁功能。
R、S指令的格式与功能如表2-1-3所示。
表2-1-3 R、S指令的格式与功能
（1）S、R指令具有“记忆”功能。当使用S指令时，其线圈具有自保持功能，I0．0一旦接通，即使再断开，Q0．0仍保持接通，其工作状态如图2-1-9（b）所示。当使用R指令时，自保持功能消失，I0．1一旦接通，即使再断开，Q0．0仍保持断开，其工作状态如图2-1-10（b）所示。
图2-1-9 停止从优（S、R）的启—保—停等效电路的梯形图（a）与时序图（b）
（2）S、R指令的编写顺序可任意安排，但当一对S、R指令被同时接通时，编写顺序在后的指令执行有效，见图2-1-9（b）、图2-1-10（b）。
（3）如果被指定复位的定时器（T）或计数器（C），将定时器计数器的当前值清零。
（4）为了保证程序的可靠运行，S、R指令的驱动通常采用短脉冲信号。
（5）当使用S与R指令时，从指定的位地址开始的N个位地址均被置位或复位，N=1～255。
另外，图2-1-9为复位优先，即I0．0和I0．1同时按下时，则Q0．0失电。图2-1-10为置位优先，即I0．0和I0．1同时按下时，则Q0．0得电。
图2-1-10 启动从优（R、S）的启—保—停等效电路的梯形图（a）与时序图（b）
【例2-1-10】 电动机启、停控制（2）
梯形图、语句表和时序图如图2-1-11所示。
从图2-1-11（c）所示的时序图中可以清楚地看到，EU指令检测到触点◎I0．0[1]状态变化的正跳变时，M0．0[1]接通一个扫描周期，使Q0．0[2]线圈保持接通状态；而ED指令检测到触点◎I0．1[3]状态变化的负跳变时，M0．1[4]接通一个扫描周期，使Q0．0[4]线圈保持断开状态。
【例2-1-11】 用触发器指令的电动机启、停控制
梯形图如图2-1-12所示，符号→ 表示输出是一个可选的能流，可以级联或串联。
图2-1-11 梯形图（a）、语句表（b）和时序图（c）
图2-1-12 电动机启动的触发器指令程序
1.触发器指令（见表2-1-4）
表2-1-4 触发器指令
2.电路工作过程
按下启动按钮SB（I0．0），置位SI端为1，Q0．0（KM）得电，电动机开始运行；按下停止按钮SB2（I0．1），复位R端为1，Q0．0（KM）失电，电动机停止运行。
【例2-1-12】 用SR触发器和正跳变触发指令的单按钮电动机启、停
梯形图、语句表和时序图如图2-1-13所示。
图2-1-13 梯形图（a）、语句表（b）和时序图（c）
利用P指令只在一个扫描周期内状态为ON的特点，以及SR触发器在置位与复位同时为1时复位信号优先的特点，实现单按钮控制电动机启、停的目的。
当第一次按下按钮时，在当前扫描周期，I0．0成为ON，RS触发器的置位端为1，而复位端由于Q1．0此时处于OFF状态，使得复位端为0，因此在第一次按下按钮的第一个扫描周期，Q1．0就会成为ON状态，电动机启动运行。从第二个扫描周期开始，由于P指令的作用，RS触发器的置位与复位端都为0，Q1．0继续保持ON状态，无论继续按着或松开按钮，这样的状态也不会改变了。
当第二次按下按钮时，由于Q1．0已经是ON状态了，因此就会形成触发器的置位端与复位端都为1的时刻，这样由于SR触发器是复位优先，就会使得Q1．0复位，变成OFF状态，电动机就停止运行了。
同样这种方案也形成单数次按下按钮时为启动，双数次按下时为停止。
【例2-1-13】 用跳变操作指令实现二分频
梯形图如图2-1-14所示。将脉冲信号加到PLC的输入端I0．0。在第一个脉冲的上升沿到来时，M0．0[1]产生一个扫描周期的单脉冲，使◎M0．0[2]、[3]闭合。虽然◎M0．0[2]闭合，但由于◎Q0．0[2]断开，使M0．1[2]线圈断开；◎M0．0[3]闭合，而#M0．1[3]已闭合，致使Q0．0[3]的线圈接通并自保持；第二个脉冲上升沿到来时，M0．0[1]又产生一个扫描周期的单脉冲，◎M0．0[2]、[3]又接通一个扫描周期，此时Q0．0的◎Q0．0[2]已闭合，使M0．1[2]线圈通电→#M0．1[3]断开→Q0．0[3]线圈断开；直到第三个脉冲到来时，M0．0[1]又产生一个扫描周期的单脉冲→◎M0．0[2]、[3]闭合。由于◎Q0．0[2]断开→M0．1[2]线圈断开→#M0．1[3] 闭合→Q0．0[3]的线圈又接通并自保持。以后循环往复，不断重复以上过程。由波形图可以看出，输出信号Q0．0是输入信号I0．0的二分频。
图2-1-14 微分操作指令实现脉冲触发控制
2.1.3 不能同时动作的互锁控制（优先控制）和联锁控制
在实际应用中经常会遇到这样的控制，互相以对方不工作作为自身工作的前提条件，即无论先接通哪一个输出继电器后，另一个输出继电器都将不能接通，也就是说，两者之中任何一个启动之后都把另一个启动控制回路断开，从而保证了任何时候两者都不能同时启动。因此在控制环节中，该电路可实现信号互锁。
在工程应用中，有些控制对象动作是在另一个控制对象动作的前提下才能动作，称之为联锁控制。
【例2-1-14】 电动机的正转和反转控制
在图2-1-15中，用两个启、停电路分别控制电动机的正转和反转。
在梯形图中，将Q0．0和Q0．1的#Q0．0[2]、#Q0．1[1]分别串联在对方的线圈回路中，可以保证它们不能同时为ON，即KM1 和KM2 的线圈不会同时通电，实现与继电接触器电路中“电气互锁”相似的效果。此外，在梯形图中还设置了按钮“互锁”，即将反转启动按钮I0．1的# I0．1[1]与控制正转的Q0．0[1]线圈串联，将正转启动按钮I0．0的# I0．0[2]与控制反转的Q0．1[2]线圈串联。这样既方便了操作，又保证Q0．0和Q0．1不会同时接通。
需要注意的是：虽然在梯形图中已经有了软继电器的互锁触点，但在外部硬件输出电路中还必须使用KM1、KM2 的动断触点进行互锁，以避免主电路短路造成FU熔断。由于PLC的循环扫描周期中的输出处理时间远小于外部硬件接触器触点的动作时间，例如，虽然Q0．0迅速断开，但KM1 的触点尚未断开或由于断开时电弧的存在，在没有外部硬件互锁的情况下，KM2的触点可能已接通，从而引起主电路短路。因此必须采用软硬件双重互锁，同时也避免了因接触器KM1 和KM2 的主触点熔焊引起电动机主电路短路。
在互锁控制程序中，几组控制元件的优先权是平等的，它们互相可以封锁，先动作的具有优先权。两个输入控制信号I0．0和I0．1分别控制两路输出信号Q0．0和Q0．1。当I0．0和I0．1中的某一个先按下时，这一路控制信号就取得了优先权，另外一个即使按下，这路信号也不会动作。
图2-1-16中，当I0．0[1]先按下时，M0．0[1]接通并进行自保，其◎M0．0[2]接通，Q0．0[2] 接通产生输出。此时，如果再按下I0．1[2]，由于M0．0[1]接通而使梯级[2]中的#M0．0[2]断开，使M0．1[2]不会动作，输出线圈Q0．1[4]不会产生输出。同理，当先按下I0．1[3] 时，情况刚好相反。
图2-1-15 PLC外部接线及电机正、反转控制梯形图
图2-1-16 使用辅助继电器（位存储器）互锁的电动机正、反转控制
【例2-1-15】 电动机的正、反转控制
梯形图如图2-1-17所示。
图2-1-17 交流电动机正、反转PLC控制梯形图程序
（1）电动机正转控制。I0．0[1]接通，取其上升沿，使M0．0[1]接通一个扫描周期，触点◎M0．0[2]闭合，Q0．0[2]得电并自锁，电动机正转运行，只有接通I0．2[2]（停止按钮）后，#I0．2[2] 断开，Q0．0[2]失电，电动机才停止运行。
（2）电动机反转控制。I0．1[3]接通，取其上升沿，M0．1[3]接通一个扫描周期，其触点◎M0．1[4] 闭合，Q0．1[4]得电并自锁，电动机反转运行，只有接通I0．2[4]（停止按钮）后，#I0．2[4] 断开，Q0．0[4]失电，电动机才停止运行。
（3）电动机正转运行时，按反转启动按钮I0．1[3]，电动机不能反转，只有按停止按钮I0．2[2]，使Q0．0[1]失电后，再按反转启动按钮I0．1[3]，电动机才能反转运行。同理，电动机在反转运行时，也不能直接进入正转运行。
【例2-1-16】 采用RS触发器指令实现三相异步电动机的正、反转控制
梯形图如2-1-18所示。SB1（I0．1）为正转启动按钮，SB2（I0．2）为反转启动按钮，SB3（I0．0）为正转、反转停止按钮；KM1（Q0．1）为正转、反转接触器，KM2（Q0．2）为反转接触器。
图2-1-18 电动机正、反转的RS触发器指令梯形图程序
按下正转启动按钮SB1→I0．1得电→◎I0．1闭合→通过正跳沿指令，使Q0．1置位并保持→电动机正转启动。按下停止按钮SB3→I0．0得电→◎I0．0闭合→Q0．1复位并保持→电动机正转停止。
正转停止后，按下反转启动按钮SB2→I0．2得电→◎I0．2闭合→通过正跳沿指令，使Q0．2置位并保持→电动机反转启动。
按下停止按钮SB3→I0．0得电→◎I0．0闭合→Q0．2复位并保持→电动机反转停止。