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程序设计方法—逻辑设计法
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一、逻辑设计法概述
1、定义
逻辑设计方法是以逻辑组合或逻
辑时序的方法和形式来设计PLC程序
2、分类
逻辑设计方法可分为组合逻辑设
计法和时序逻辑设计法两种
3、特点
逻辑设计方法既有严密可循的规
律性，明确可行的设计步骤，又具有
简便、直观和十分规范的特点。
二、PLC程序的组合逻辑设计法
1、逻辑函数与梯形图的关系
组合逻辑设计方法的理论基础是逻辑函数，而继电触点控制的
本质是逻辑线路。对于任何一个电气线路的控制都是通过继电器触
点的通、断来实现的（只有两种状态），因此从本质上说，电气控
制线路是一种逻辑线路，就可以用逻辑函数表示。
PLC梯形图程序的基本形式也是逻辑运算与、或、非的逻辑
组合，逻辑函数表达式与梯形图有对应关系，可以相互转换。
X0
X1
Y1
X1
M0
M3
M4
Y2
Y1
X2
Y1的逻辑表达式为：
Y1 =（X0+Y1）X1
M1
Y2的逻辑表达式为：
Y2 =（X1·M0+X2·M1）·M3·M4
电路中常开点用原变量表示，常闭触点用反变量表示。
梯形图程序与逻辑表达式的转换举例
表1 逻辑表达式与PLC指令（梯形图）之间的关系
基本逻辑
逻辑表达式
与
或
非
组合逻辑
PLC实现方式
F = A B
LD X1
AND X2
OUT Y0
X1为A
X2为B
Y0为F
F = A+B
LD X1
OR X2
OUT Y0
X1为A
X2为B
Y0为F
F= Ａ
LD X1
INV
OUT Y0
X1为A
Y0为F
逻辑表达式
与非
或非
与或
PLC实现方式
F= A B
LD X1
AND X2
INV
OUT Y0
X1为A
X2为B
Y0为F
F= A + B
LD X1
OR X2
INV
OUT Y0
X1为A
X2为B
Y0为F
F= A B +
C
LD X1
AND X2
OR X3
OUT Y0
X1为A
X2为B
X3为C
Y0为F
二、PLC程序的组合逻辑设计法
2、组合逻辑设计法的编程步骤
组合逻辑设计法适合于设计开关量控制程
序，它是对控制任务进行逻辑分析和综合，将
元件的通、断电状态视为以触点通、断状态为
逻辑变量的逻辑函数，对经过化简的逻辑函数，
利用PLC逻辑指令可顺利地设计出满足要求且较
为简练的程序。这种方法设计思路清晰，所编
写的程序易于优化。
用组合逻辑设计法进行程序设计一般可分为以下几个步骤
1
2
3
4
明确控制任务和控制要求，通过分
析工艺过程绘制工作循环和检测元件分
布图，取得电气执行元件功能表。
用组合逻辑设计法进行程序设计一般可分为以下几个步骤
1
2
3
4
详细绘制系统状态转换表。通常它由输出信
号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表和
中间记忆装置状态表四个部分组成。状态转换表
全面、完整地展示了系统各部分、各时刻的状态
和状态之间的联系及转换，非常直观，对建立控
制系统的整体联系、动态变化的概念有很大帮助，
是进行系统的分析和设计的有效工具。
用组合逻辑设计法进行程序设计一般可分为以下几个步骤
1
2
3
4
根据状态转换表进行系统的逻辑设计，
包括列写中间记忆元件的逻辑函数式和列写
执行元件（输出量）的逻辑函数式。这两个
函数式组，既是生产机械或生产过程内部逻
辑关系和变化规律的表达形式，又是构成控
制系统实现控制目标的具体程序。
用组合逻辑设计法进行程序设计一般可分为以下几个步骤
1
2
3
4
将逻辑设计的结果转化为PLC程序。逻辑设
计的结果（逻辑函数式）能够很方便的过渡到
PLC程序，特别是语句表形式，其结构和形式都
与逻辑函数式非常相似，很容易直接由逻辑函数
式转化。当然，如果设计者需要由梯形图程序作
为一种过渡，或者选用的PLC的编程器具有图形
输入的功能，则也可以首先由逻辑函数式转化为
梯形图程序。
二、PLC程序的组合逻辑设计法
3、组合逻辑设计举例
例１、三层电梯的控制。控制要求如下：
（1）
当电梯停在一层或二层时，如果按3AX按钮呼
叫，则电梯上升到三层，由行程开关3LS停止。
（2）
当电梯停在二层或三层时，如果按1AS按钮呼叫，
则电梯下降到一层，由行程开关1LS停止。
（3）
当电梯停在一层时，如果按2AS按钮呼叫，则
电梯上升到二层，由行程开关2LS停止。
（4）
当电梯停在三层时，如果按2AX按钮呼叫，则
电梯下降到二层，由行程开关2LS停止。
（5）
当电梯停在一层时，如果按2AS、3AX按钮呼叫，
则电梯先上升到二层，由行程开关2LS控制暂停3S，
继续上升到三层，由3LS停止。
二、PLC程序的组合逻辑设计法
3、组合逻辑设计举例
（6）
当电梯停在三层时，如果按2AX、3AX按钮呼叫，则
电梯先下降到二层，由行程开关2LS控制暂停3S后，
继续下降到一层，由1LS停止。
（7）
电梯在上升途中，任何反方向的下降呼叫无效；电梯
在下降途中，任何反方向的上升呼叫无效；
试用逻辑设计法设计电梯的控制程序。
解：因三层电梯的输入和输出均为开关量，可以直接按
每条控制要求来进行逻辑设计。
先进行输入和输出点的分配如下：
输
入
输
出
一层上行呼叫1AS
X0
上行输出
KM1
Y1
二层上行呼叫2AS
X1
下行输出
KM2
Y2
二层下行呼叫2AX
X2
三层下行呼叫3AX
X3
一层行程开关1LS
X11
二层行程开关2LS
X12
三层行程开关3LS
X13
（1）此条中的输出为上升，其进入条件是3AX呼
叫，且电梯在一层或二层，用1LS、2LS表示停的
位置，因此进入的条件可以表示为：
（1LS+2LS）·3AX=（X11+X12）·X3
退出的条件为3LS动作，因此逻辑输出方程为：
Y1=
（1LS+2LS）·3AX +KM1
·3LS
= （X11+X12）·X3+Y1 ·X13
（2）此条中的输出为下降，其进入条件为：
（2LS+3LS）·1AX=（X12+X13）·X0
退出的条件为1LS动作，因此逻辑输出方程为：
Y2 = ｛（2LS+3LS）·1AX +KM2｝·1LS
= ｛（X12+X13）·X0+Y2｝·X11
（3）此条中的输出为上升，其进入条件为：
1LS·2AS=X11·X1
退出的条件为2LS动作，因此逻辑输出方程为：
Y1 =（1LS·2AS+KM1）·2LS =（X11·X1+Y1）·X12
（4）此条中的输出为下降，其进入条件为：
3LS·2AS=X13·X2
退出的条件为2LS动作，因此逻辑输出方程为：
Y2 =（3LS·2AS+KM2）·X12 =（X13·X2+Y2）·X12
（5）此条中的输出为上升，为了控制电梯到二层
后停3S，要用定时器T0，其进入条件为：
1LS·2AS·3AX+T0=X11·X1·X3+T0
退出的条件为2LS或3LS动作，逻辑输出方程为：
Y1=（1LS·2AS·3AX+T0+Y1）·2LS+3LS
=（X11·X1·X3+T0+Y1）·X12 ·X13
（6）此条中的输出为下降，为了控制电梯到二层后
停3S，要用定时器T1，其进入条件为：
3LS·2AS·1AX+T1=X13·X2·X0+T1
退出的条件为2LS或1LS动作，逻辑输出方程为：
Y2 =（3LS·2AS·1AX+T1+Y2）·2LS+1LS
=（X13·X2·X0+T1+Y2）·X12 ·X11
（7）为了实现电梯在上升途中任何反方向的下降呼
叫无效，需要在下降输出方程中串联Y1的“非”，即
实现联锁，当Y1动作时不允许Y2动作；同样电梯在上
升途中也应串联Y2的非来实现联锁。
由于Y1、Y2由多个表达式实现，画梯形图及编程
不方便，所以可以采用辅助继电器M1、M3、M5、M7分
别表示1、3、5条控制要求的输出函数和T0的控制；
用辅助继电器M2、M4、M6、M8分别表示2、4、6条控
制要求的输出函数和T1的控制。
将上升逻辑方程进行整如下:
M1=[（X11+X12）·X3+M1]·X13
M3=（X11·X1+M3）·X12
M5=（X11·X1·X3+T0+M5）·X12·X13
M7=（X12·M5+M7）·T0
T0=M7
Y1=（M1+M3+M5）·Y2
将下降逻辑方程进行整理如下:
M2=[（X12+X13）·X0+M2]·X11
M4=（X13·X2+M4）·X12
M6=（X13·X2·X0+T1+M6）·X12·X11
M8=（X12·M6+M8）·T1
T1=M8
Y2=（M2+M4+M6）·Y1
根据逻辑输出方程画出三电梯控制梯形图如下：
图8-33 三电梯控制梯形图
三、PLC程序的时序逻辑设计法
1、时序逻辑设计法概述
时序逻辑设计法适用PLC各输出信号的状态
变化有一定的时间顺序的场合，在程序设计时
根据画出的各输出信号的时序图，理顺各状态
转换的时刻和转换条件，找出输出与输入及内
部触点的对应关系，并进行适当化简。一般来
讲，时序逻辑设计法应与经验法配合使用，否
则将可能使逻辑关系过于复杂。
三、PLC程序的时序逻辑设计法
2、时序逻辑设计法的编程步骤
（1）
根据控制要求，明确输入/输出信号个数
（2）
明确各输入和各输出信号之间的时序关系，画出
各输入和输出信号的工作时序图。
（3）
将时序图划分成若干个时间区段，找出区段间的分界
点，弄清分界点处输出信号状态的转换关系和转换条件
（4）
PLC的I/O、内部辅助继电器和定时器/计数器等进行分配。
（5）
列出输出信号的逻辑表达式，根据逻辑表达式画出梯形图。
（6）
通过模拟调试，检查程序是否符合控制要求，
结合经验设计法进一步修改程序。
三、PLC程序的时序逻辑设计法
3、时序逻辑设计举例
例2、两台电机的顺序控制。
（1）控制要求
有M1和M2两台电机，按下启动按钮后，Ml运转l0min，停止5
min，M2与M1相反，即M1停止时M2运行，M1运行时M2停止，如此循
环往复，直至按下停车按钮。
（2）I/O分配
X0为启动按钮、X1为停车按钮、Y0为M1电机接触器线圈、
Y1为M2电机接触器线圈。
（3）画时序图
为了使逻辑关系清晰，用中间继电器M0作为运行控制继电器，
且用T0控制M1运行时间，T1控制M1停车时间。根据要求画出时序图
如图8-34所示，由该图可以看出，T0和T1组成闪烁电路，其逻辑关
系表达式为：
Y0=M0.T0
Y1=M0.Y0
图8-34 两台电机顺序控制时序图
图8-35 两台电机顺序控制梯形图