PLC梯形圖程序分析方法研究

石 昊

（1.太原理工大學(xué) 陽(yáng)泉學(xué)院 信息工程與自動(dòng)化系，山西 陽(yáng)泉 045000；2.太原理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，山西 太原 030024）

0 引言

PLC是適用于工業(yè)環(huán)境而開發(fā)的自動(dòng)化控制設(shè)備，其使用者多數(shù)為企業(yè)中的電氣技術(shù)人員，為適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語(yǔ)言”編程。實(shí)際工作中，梯形圖是使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的電氣圖類似，具有直觀易懂的特點(diǎn)，更容易被電氣技術(shù)人員所掌握。

1 PLC梯形圖程序的特點(diǎn)

1.1 循環(huán)掃描的工作方式

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，以掃描周期為基本單位，每個(gè)掃描周期都會(huì)把用戶程序完整地執(zhí)行一遍，而不像常見的計(jì)算機(jī)程序，只是將程序從頭到尾執(zhí)行一遍。因此，在分析梯形圖程序時(shí)不能以程序?yàn)閱挝贿M(jìn)行分析，而是以周期為單位進(jìn)行分析，即每個(gè)周期都要從頭到尾完整地分析一遍程序。

1.2 梯形圖與普通電氣圖的聯(lián)系

PLC的梯形圖語(yǔ)言符合電氣原理圖規(guī)律，易于被人們接受和掌握，因此傳統(tǒng)的電氣技術(shù)人員即使不具備計(jì)算機(jī)知識(shí)也可以方便地使用。從設(shè)計(jì)表達(dá)形式看，PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電氣圖很相似，都采用電氣符號(hào)來表示。但是由于PLC本質(zhì)是工業(yè)用計(jì)算機(jī)，因此分析梯形圖程序時(shí)，不能照搬電氣圖的分析方法，還應(yīng)考慮計(jì)算機(jī)的工作原理。

2 分析梯形圖程序容易陷入的誤區(qū)

基于PLC梯形圖程序的特點(diǎn)，因此初學(xué)者在分析PLC梯形圖程序時(shí)容易陷入一些誤區(qū)。

首先，在繼電器控制系統(tǒng)中，當(dāng)一些梯級(jí)同時(shí)滿足導(dǎo)通條件時(shí)，這些梯級(jí)中的繼電器線圈會(huì)同時(shí)通電，可見繼電器控制系統(tǒng)是一種并行的工作方式。而PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即程序的執(zhí)行是按語(yǔ)句排列的先后順序進(jìn)行的，是一種串行的工作方式，不會(huì)出現(xiàn)多個(gè)線圈同時(shí)改變狀態(tài)的情況，這樣有利于避免觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配。因此，在分析梯形圖程序時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意各繼應(yīng)器線圈的狀態(tài)是依次改變的，上一條語(yǔ)句賦予了某個(gè)繼電器線圈新的狀態(tài)，緊接著再用到該繼電器觸點(diǎn)時(shí)，就要按新的狀態(tài)來執(zhí)行，即一定要按照書寫順序一條一條來分析，當(dāng)同時(shí)分析幾行梯形圖時(shí)，很容易受到分析繼電器電路的思路的影響，進(jìn)而產(chǎn)生一些錯(cuò)誤的結(jié)論。

其次，不能以理解計(jì)算機(jī)程序的思路來理解梯形圖程序，計(jì)算機(jī)是等待命令的工作方式，程序中即使有循環(huán)有選擇也往往只是整段程序從頭到尾執(zhí)行一遍。而PLC卻是在一遍一遍不停的執(zhí)行程序，每個(gè)周期都要把整個(gè)程序執(zhí)行一遍，所以本周期某條指令執(zhí)行的結(jié)果，下一周期就可能會(huì)對(duì)寫在它前面的指令的執(zhí)行發(fā)生影響。因此，在分析梯形圖程序時(shí)，應(yīng)排除分析計(jì)算機(jī)程序時(shí)的習(xí)慣性思維。

3 梯形圖程序分析方法

為使初學(xué)者在學(xué)習(xí)PLC時(shí)能夠?qū)μ菪螆D程序有更準(zhǔn)確的理解，能夠掌握更可靠的梯形圖分析方法，筆者總結(jié)歸納了分析梯形圖程序的入門方法和工具，即“三條依據(jù)＋工作波形圖”。

3.1 三條依據(jù)

把常用的PLC繼電器歸為4類：輸入繼電器、特殊繼電器、普通繼電器和輸出繼電器。為了使初學(xué)者能夠更明確地判斷各繼電器的狀態(tài)，總結(jié)以下3點(diǎn)：①輸入繼電器和輸出繼電器的狀態(tài)是由外部設(shè)備或PLC本身來決定的，指令無法隨意改變其狀態(tài)；②普通繼電器和輸出繼電器的狀態(tài)是由指令來決定的，指令沒有改變時(shí)，其狀態(tài)就保持上一周期延續(xù)下來的狀態(tài)不變；③除一些特殊繼電器外，大部分繼電器的初始狀態(tài)為OFF。

3.2 工作波形圖

工作波形圖是分析梯形圖程序的一種工具。PLC中的工作波形圖是指繼電器線圈的狀態(tài)隨時(shí)間變化的曲線，用處于高位的點(diǎn)表示繼電器線圈狀態(tài)為ON，處于低位的點(diǎn)表示繼電器線圈狀態(tài)為OFF，橫軸為時(shí)間軸。通過工作波形圖能夠明確地看出各繼電器之間的關(guān)系，因此可利用畫工作波形圖的方法來分析和理解梯形圖程序的功能。

首先，應(yīng)確定需要畫哪個(gè)工作波形圖。程序中各繼電器的狀態(tài)往往是相互制約的，如果只畫某幾個(gè)繼電器的工作波形圖，往往會(huì)容易混淆他們之間的約束關(guān)系。因此，應(yīng)把梯形圖程序中涉及到的所有繼電器線圈的狀態(tài)畫出來。當(dāng)每個(gè)繼電器的狀態(tài)都以工作波形圖的方式畫出來的時(shí)候，輸出繼電器隨輸入繼電器的狀態(tài)變化關(guān)系也就顯而易見了。因此可直觀地看到輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)的變化而變化，而這種變化關(guān)系正體現(xiàn)出了該梯形圖程序的功能。

其次，以PLC工作的掃描周期為基本單位畫工作波形圖，把每個(gè)掃描周期各繼電器的狀態(tài)畫出來，則工作波形圖也就形成了。但是，PLC的掃描周期是以微秒為單位衡量的，一秒鐘會(huì)有很多個(gè)掃描周期，而分析的程序運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，因此必須要確定哪些掃描周期是需要分析的。

（1）第一個(gè)掃描周期。由于各繼電器狀態(tài)在周期之間具有延續(xù)性，因此確定第一個(gè)周期各繼電器的狀態(tài)，有助于確定后續(xù)周期各繼電器的狀態(tài)。

（2）有繼電器的狀態(tài)發(fā)生改變的周期。通常是輸入繼電器或者特殊繼電器的狀態(tài)發(fā)生改變從而引起普通繼電器和輸出繼電器狀態(tài)隨之改變。而且往往我們不能只分析一個(gè)掃描周期，因?yàn)槟硞€(gè)繼電器狀態(tài)的改變有可能在下一周期影響到前面程序段中繼電器的狀態(tài)。因此，在分析時(shí)應(yīng)從繼電器線圈狀態(tài)發(fā)生改變的周期開始，直到各繼電器的狀態(tài)都穩(wěn)定的周期為止。

除上述兩種特殊情況外，其余周期的各繼電器的狀態(tài)均穩(wěn)定，我們只需順著前續(xù)的狀態(tài)畫出來即可。

由于各繼電器的狀態(tài)特點(diǎn)，因此，在畫工作波形圖時(shí)，一般先畫特殊繼電器和輸入繼電器，然后畫普通繼電器和輸出繼電器。圖1為啟保?？刂瞥绦虻墓ぷ鞑ㄐ螆D。

圖1 啟保?？刂瞥绦虻墓ぷ鞑ㄐ螆D

4 總結(jié)

梯形圖程序分析方法為初學(xué)者提供了一種直觀、明確、可操作性強(qiáng)，而且很容易掌握的梯形圖分析方法，讓初學(xué)者在對(duì)PLC和梯形圖理解還不夠深入的時(shí)候，具備能夠分析較簡(jiǎn)單的梯形圖程序的能力。

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