控制系统选择序列结构的基本指令编程方法
3.2项目二自动门控制系统——选择序列结构的基本指令编程方法
3.2.1 教学目的
1．基本知识
掌握选择序列顺序功能图的结构
2．技能培养
（1）会根据工艺要求绘制选择序列顺序功能图
（2）会利用“起
-保-停”电路的编程方法将选择序列顺序功能图改画为梯形图
3.2.2项目控制要求
许多公共场所都采用自动门，如图
3-14所示。人靠近自动门时，红外感应器
X000为
ON，Y000驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关
X001时，变为低速开门。碰到开门极
限开关
X002时电动机停止转动，开始延时。若在
0.5s内红外感应器检测到无人，Y002驱
动电动机高速关门。碰到关门减速开关
X003时，改为低速关门，碰到关门极限开关
X004
时电动机停止转动。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，
T1延时
0.5s后自动转换
为高速开门。项目要求用
PLC控制自动门，用选择序列的顺序功能图编程。
X002 X003 X000 X003 X002
X001 X004 X004 X001
图
3-14自动门控制示意图
3.2.3项目预备知识
1．选择序列结构形式的顺序功能图
顺序过程进行到某步，若该步后面有多个转移方向，而当该步结束后，只有一个转换条
件被满足以决定转移的去向，即只允许选择其中的一个分支执行，这种顺序控制过程的结构
就是选择序列结构。
选择序列有开始和结束之分。选择序列的开始称为分支，各分支画在水平单线之下，各
分支中表示转换的短划线只能画在水平线之下的分支上。选择序列的结束称为合并，选择序
列的合并是指几个选择分支合并到一个公共序列上，各分支也都有各自的转换条件。各分支
画在水平单线之上，各分支中表示转换的短划线只能画在水平线之上的分支上。
如图
3-15（a）所示为选择序列的分支。假设步
4为活动步，如果转换条件
a成立，则
步
4向步
5实现转换；如果转换条件
b成立，则步
4向步
7转换；如果转换条件
c成立，则
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步
4向步
9转换。分支中一般同时只允许选择其中一个序列。如图
3-15（b）所示为选择序
列的合并。哪个分支的最后一步成为活动步，当转换条件满足时，都要转向步
11。如果步
6
为活动步，转换条件
d成立，则由步
6向步
11转换；如果步
8为活动步，转换条件
e成立，
则由步
8向步
11转换；如果步
10为活动步，转换条件
f成立，则由步
10向步
11转换。
4
ca b
5 97
6 108
fd e
11
(b)
(a)
图
3-15选择序列结构
(a)选择序列的分支(b)选择序列的合并
2．用“起-保-停”电路实现的选择序列的
编程方法
（1）选择序列分支的编程方法
如果某一步的后面有一个由
N条分支组成的选择序列，该步可能转换到不同的分支去，
应将这
N个后续步对应的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联，作为结束该步的条件。
如图
3-16(a)所示，步
M2之后有一个选择序列的分支，当它的后续步
M3、M4或者
M5变
为活动步时，它应变为不活动步。所以需将
M3、M4和
M5的常闭触点串联作为步
M2的
停止条件，如图
3-16 (b)所示。
M2
X004 X002 X003
M3 M5 M4
M1
X001
(a) (b)
图
3-16选择序列分支的编程方法示例
(a)顺序功能图
(b)梯形图
（2）选择序列合并的编程方法
对于选择序列的合并，如果某一步之前有
N个转换（即有
N条分支在该步之前合并后
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进入该步），则代表该步的辅助继电器的起动电路由
N条支路并联而成，各支路由某一前级
步对应的辅助继电器的常开触点与相应转换条件对应的触点或电路串联而成。
如图
3-17(a)所示，步
M4之前有一个选择序列的合并。当步
M1为活动步并且转换条件
X001满足，或步
M2为活动步并且转换条件
X002满足，或步
M3为活动步并且转换条件
X003满足，步
M4都应变为活动步，即控制步
M4的“起-保-停”电路的起动条件应为
M1·X001
＋M2 ·X002 ＋M3·X003，对应的起动条件由三条并联支路组成，每条支路分别由
M1、
X001和
M2、X002还有
M3、X003的常开触点串联而成，如图
3-17(b)所示。
X003
X004
M4
X001 X002
M1 M3 M2
M5
(b)
(a)
图
3-17选择序列合并的编程方法示例
(a)顺序功能图
(b)梯形图
3.2.4 项目实现
1．I/O（输入/输出）分配表
由上述控制要求可确定
PLC需要
5个输入点，4个输出点，其
I/O分配表如表
3-3所示。
表
3-3 I/O分配表
输入输出
输入继电器作用输出继电器作用
X000 红外感应器
Y000 电动机高速开门
X001 开门减速开关
Y001 电动机低速开门
X002 开门极限开关
Y002 电动机高速关门
X003 关门减速开关
Y003 电动机低速关门
X004 关门极限开关
2．编程
分析自动门的控制要求，可得出图
3-18所示的时序图。从时序图上可以看到：自动门
在关门时会有两种选择，关门期间无人要求进出时继续完成关门动作，而如果关门期间又有
人要求进出的话，则暂停关门动作，开门让人进出后再关门。根据时序图所设计的顺序功能
图如图
3-19所示。
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X000 X001 X002 X003 X004
Y000
Y001
Y002
0.5s
(a)
X000 X001 X002 X000 X001 X002 X003 X004
Y003
Y001
Y0
03
0.5s
0.5s
Y000
Y002
0.5s
(b)
图
3-18自动门控制系统时序图
(a)关门期间无人进出的时序图
(b)关门期间有人进出的时序图
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M1
M2
Y000
T0
X001
M0
M3
M4
Y001
M6
Y002
X004
M8002
X000 有人
X002
T0
K5
M5
X003
Y003
高速开门
低速开门
X000
X000
T1
T1
K5
高速关门
低速关门
高速关门时有人要进出
低速关门时有人要进出
M1
M2
Y000
T0
X001
M0
M3
M4
Y001
M6
Y002
X004
M8002
X000 有人
X002
T0
K5
M5
X003
Y003
高速开门
低速开门
X000
X000
T1
T1
K5
高速关门
低速关门
高速关门时有人要进出
低速关门时有人要进出
图
3-19自动门控制系统顺序功能图
分析图
3-19可知：
（1）步
M1之前有一个选择序列的合并，当步
M0的活动步并且转换条件
X000满足，
或
M6为活动步且转换条件
T1满足时，步
M1都应变为活动步，即控制
M1的“起-保-停”
电路的起动条件应为
M0和
X000的常开触点串联电路与
M6和
T1的常开触点串联电路进
行并联。
（2）步
M4之后有一个选择序列的分支，当它的后续步
M5、M6变为活动步时，它应
变为不活动步。所以需将
M5和
M6的常闭触点与
M4的线圈串联。同样
M5之后也有一个
选择序列的分支，当它的后续步
M0、M6变为活动步时，它应变为不活动步，因此需将
M0、
M6的常闭触点与
M5线圈串联。
根据“起
-保-停”电路的编程方法将图
3-19所示的选择序列的顺序功能图转换而成的梯
形图如图
3-20所示。
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图
3-20自动门控制系统梯形图
3．硬件接线
PLC的外部硬件接线图如图
3-21所示。
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X000 Y000
X001 Y001
X002 Y002
X003 Y003
X004
COM COM
FX2N-
48MR
SQ1
S
FU
～
220V
SQ2
SQ3
SQ4
KM3
KM1
KM4
KM2
KM1 KM3
KM2 KM4
X000 Y000
X001 Y001
X002 Y002
X003 Y003
X004
COM COM
FX2N-
48MR
SQ1
S
FU
～
220V
SQ2
SQ3
SQ4
KM3
KM1
KM4
KM2
KM1 KM3
KM2 KM4
图
3-21 PLC的外部硬件接线图
3.2.5知识进阶——仅有两步的闭环的处理
如果在顺序功能图中存在仅由两步组成的小闭环，如图
3-22(a)所示，用“起
-保-停”电
路设计，那么步
M3的梯形图就如图
3-22(b)所示，可以发现，由于
M2的常开触点和常闭触
点串联，它是不能正常工作的。这种顺序功能图的特征是：仅由两步组成的小闭环。在
M2
和
X002均为
ON时，M3的起动电路接通。但是，这时与它串联的
M2的常闭触点却是断
开的，所以
M3的线圈不能通电
。出现上述问题的根本原因在于步
M2既是步
M3的前级步，
又是它的后续步。解决的方法有以下两种：
1．以转换条件作为停止电路
将图
3-22(b)中的
M2的常闭触点用转换条件
X003的常闭触点代替即可，如图
3-22(c)
所示。如果转换条件较复杂时，要将对应的转换条件整个取反才可以完成停止电路。
M4
X003
X001
X002
M1
M3
M2
(b)
(a)
(c)
图
3-22仅有两步的小闭环
(a)顺序功能图
(b)错误的梯形图(c)正确的梯形图
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2．在小闭环中增设一步
如图
3-23(a)所示，在小闭环中增设了
M10步就可以解决这一问题，这一步没有什么操
作，它后面的转换条件
“=1”相当于逻辑代数中的常数
1，即表示转换条件总是满足的，只
要进入步
M10，将马上转换到步
M2。图
3-23 (b)是根据图
3-23 (a)画出的梯形图。
M4
X003
X001
X002
M1
M3
M2
M10
=1
增设步
(a) (b)
图
3-23小闭环中增设步
(a)顺序功能图
(b)梯形图
3.2.6 研讨与训练
1．上一节的图
3-2所示为送料小车的工作示意图及顺序功能图，若在控制要求中增加
“停止功能”，即“按下停止按钮
X004，在送料小车在完成当前工作周期的最后一步后，返
回初始步，系统停止工作。”。试绘制顺序功能图并用“起
-保-停”电路的编程方法来设计梯
形图。
编程分析：在控制要求中，停止按钮
X004的按下并不是按顺序进行的，在任何时候都
可能按下停止按钮，而且不管什么时候按下停止按钮都要等到当前工作周期结束后才能响
应。所以停止按钮
X004的操作不能在顺序功能图中直接反映出来，可以用辅助继电器
M7
间接表示出来，如图
3-24所示。
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M1
M2
Y002
T0
X002
M0
M3
M4
T1
Y001
Y003
Y000
X001·X003
T0
8s 装料
左行
右行
卸料
T1
10s
M002
M1
M2
Y002
T0
X002
M0
M3
M4
T1
Y001
Y003
Y000
X001·X003
T0
8s 装料
左行
右行
卸料
T1
10s
M002
X001·M7 X001·M7
图
3-24具有停止功能的送料小车控制顺序功能图
为了实现按下停止按钮
X004后，在步
M4之后结束工作，这就需要在梯形图中设置了
用起-保-停电路控制的辅助继电器
M7，即按下起动按钮
X003后，M7变为
ON。它只是在
步
M4之后的转换条件中出现，M7所以在按了停止按钮
X004，M7变为
OFF后，系统不会
马上停止运行。送料小车返回限位开关
X001处时，如果没有按停止按钮，转换条件
X001·M7
满足，系统将返回步
M1，开始下一周期的工作。如果已经按了停止按钮，M7为
OFF
，右
限位开关
X001为
ON时，转换条件
X001·M7满足，系统将返回初始步
M0，停止运料。
用“起-保-停”电路的编程方法设计的送料小车控制的梯形图如图
3-25所示。
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图
3-25送料小车控制的梯形图
试画出硬件接线图并上机进行调试。
2．图
3-26所示为多种液体混合装置，适合如饮料的生产、酒厂的配液、农药厂的配比
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等。L1、L2、L3为液面传感器，液面淹没时接通，两种液体的输入和混合液体放液阀门分
别由电磁阀
YV1、YV2和
YV3控制，M为搅匀电动机。
（1）初始状态
当装置投入运行时，液体
A、液体
B阀门关闭（YV1=YV2=OFF），放液阀门打开
20s
将容器放空后关闭。
（2）起动操作
按下起动按钮
SB1，液体混合装置开始按下列给定规律操作：
①YV1=ON，液体
A流入容器，液面上升；当液面达到
L2处时，L2=ON，使
YV1=OFF，
YV2=ON，即关闭液体
A阀门，打开液体
B阀门，停止液体
A流入，液体
B开始流入，液
面上升。
②当液面达到
L1处时，L1=ON，使
YV2=OFF，电动机
M=ON，即关闭液体
B阀门，
液体停止流入，开始搅拌。
③搅匀电动机工作
1min后，停止搅拌（M= OFF），放液阀门打开（YV3=ON），开始放
液，液面开始下降。
④当液面下降到
L3处时，L3由
ON变到
OFF，再过
20s，容器放空，使放液阀门
YV3
关闭，开始下一个循环周期。
（3）停止操作
在工作过程中，按下停车按钮
SB2，搅拌器并不立即停止工作，而要将当前容器内的混
合工作处理完毕后（当前周期循环到底），才能停止操作，即停在初始位置上，否则会造成
浪费。
图
3-26多种液体混合装置
其
I/O（输入输出）分配表如表
3-4所示。
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表
3-4 I/O分配表
输入输出
输入继电器作用输出继电器作用
X000 起动按钮
SB1 Y000 电动机
M0线圈
X001 停止按钮
SB2 Y001 电磁阀
YV1线圈
X002 高液位传感器
Y002 电磁阀
YV2线圈
X003 中液位传感器
Y003 电磁阀
YV3线圈
X004 低液位传感器
根据控制要求所设计的多种液体混合装置的顺序功能图如图
3-27所示。
M1
M2
Y001
T0
X003
M0
M3
M4
Y002
Y003
M8002
X000
X002
T0
K600
M5
X004
Y003
Y000
T0
K200
T1·M10 T1·M10
图
3-27多种液体混合装置的顺序功能图
试用“起-保-停”编程方法将图
3-27顺序功能图转换成梯形图。
3．如图
3-28所示，在地下停车场的出入口处，为了节省空间，同时只允许一辆车进出，
在进出通道的两端设置有红绿灯，光电开关
X000和
X001用于检测是否有车经过，光线被
车遮住时
X000或
X001为
ON。有车进入通道时（光电开关检测到车的前沿）两端的绿灯
灭，红灯亮，以警示两方后来的车辆不可再进入通道。车开出通道时，光电开关检测到车的
后沿，两端的红灯灭，绿灯亮，其他车辆可以进入通道。
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红灯
Y001
图3-28地下停车场的交通灯控制示意图
用顺序控制设计法来实现的顺序功能图如图3-29所示。
绿灯Y000
红灯Y001
绿灯Y000
X000
X001
M1
M2
Y000
X000
M0
Y001
M8002
X002
↓X001
起动按钮
绿灯
M3
X001
Y001
↓X000
红灯
红灯
图
3-29地下停车场的交通灯控制顺序功能图
用“起
-保-停”编程方法将图
3-29转换成梯形图并画出在没有起动按钮情况下的顺序功
能图。
4．抢答器控制。抢答器系统可实现四组抢答，每组两人。共有
8个抢答按钮，各按钮
对应的输入信号为
X000、X001、X002、X003、X004、X005、X006、X007；主持人的控制
按钮的输入信号为
X010；各组对应指示灯的输出控制信号分别为
Y001、Y002、Y003、Y004。
前三组中任意一人按下抢答按钮即获得答题权；最后一组必须同时按下抢答按钮才可以获得
答题权；主持人可以对各输出信号复位。试设计抢答器控制系统的顺序功能图。
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