梯形圖分析方法的研究

薛麗

摘? 要：梯形圖是PLC最常用的一種編程方法，文章給出了對梯形圖的一種簡單有效而又準確的周期時序分析法。并以三菱PLC為例，驗證了該方法的可行性。

關鍵詞：PLC;梯形圖;時序;周期

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0133-02

Abstract： Ladder diagram is one of the most commonly used programming methods in PLC. A simple， effective and accurate periodic time series analysis method for ladder diagram is given in this paper. Taking Mitsubishi PLC as an example， the feasibility of this method is verified.

Keywords： PLC; ladder diagram; time series; period

1 概述

《電氣控制與PLC》、《PLC原理與應用》等相關PLC的課程是機械設計制造及自動化、機械工程等很多專業(yè)的一門核心專業(yè)課，是一門理論與實踐相結合的應用性很強的課程。學習PLC的重點是編程，梯形圖是所有類型的PLC的第一編程語言，可見梯形圖的重要性。要讓學生能熟練地能根據(jù)實際要求來繪制正確的梯形圖，首先就得學會分析梯形圖，只有正確讀懂了梯形圖，才能為正確繪制梯形圖打下堅實的基礎。怎樣分析梯形圖，文中給出了一種簡單有效而又準確的周期時序分析法。

2 周期時序分析法

時序分析法是時序電路中常用的一種方法，而PLC也是一個復雜的時序電路，但PLC有其自身的工作特點（循環(huán)周期掃描的工作方式），所以對梯形圖的周期時序分析法與時序電路中的時序分析法是不同的。本文以三菱FX系列的PLC為例，圖1為產(chǎn)生矩形脈沖的一段梯形圖，以此為例來講解梯形圖分析的一般步驟。

2.1 列出所有的編程元件

首先按梯形圖中出現(xiàn)的先后順序列出輸入繼電器，再按照梯形圖中每一條支路的先后順序，列出每一條支路結束時的編程元件，如圖2中的X0、T0、T1及Y0。

2.2 給出輸入繼電器的時序圖

根據(jù)PLC接的輸入信號，給出所有輸入繼電器的時序圖。當沒有實際的控制要求時，可以先假設PLC的輸入信號。在本例中假設輸入繼電器X0端口接入開關元件，并假設輸入繼電器X0的時序如圖2所示。

2.3 分周期進行時序分析

所有類型的PLC都是循環(huán)周期掃描的工作方式，一個周期包括5個階段即自診斷、通信處理、輸入采樣、程序執(zhí)行及輸出刷新，而分析程序及編程時只用考慮后3個階段。分析的難點是梯形圖中既有編程元件的觸點又有其線圈的，根據(jù)多年的教學經(jīng)驗總結出一句話，即觸點在線圈之前看上一周期的狀態(tài)，觸點在線圈之后看本周期的狀態(tài)。具體應用如下：

從PLC運行時刻開始分析，第一個掃描周期的第一階段即輸入采樣，此刻采樣的X0為低電平;第二階段程序執(zhí)行，根據(jù)讀取梯形圖的規(guī)則“從上到下，從左至右”可知，在第一條支路中X0常開觸點斷開，T1的常閉觸點位置在T1線圈之前，判斷本周期內T1常閉觸點是接通還是斷開，得看上一周期的狀態(tài)（若為PLC運行的第一個周期，因此上一周期即為PLC編程元件的初始狀態(tài)。若不為PLC運行的第一周期，則為分析時刻點的前一時刻各編程元件的狀態(tài)）即為低電平，在本周期內T1常閉觸點接通，可知該條支路不接通，定時器T0不會開始定時。在第二條支路中T0常開觸點在T0線圈之后，判斷T0常開觸點是斷開還是閉合看本周期的狀態(tài)，而在本周期T0沒有工作，依然為低電平，因此T0常開觸點斷開，定時器T1不會定時，輸出繼電器Y0的線圈不會被驅動，T1及Y0在本周期內都為低電平;第三階段輸出刷新，輸出繼電器對外輸出依然為0。所以在PLC運行的第一個周期，各編程元件的時序如圖2所示的m～n段。

從圖2所示的n時刻到a時刻的這一段時間內，不管期間經(jīng)歷多少個掃描周期，由于輸入無變化，定時器沒有定時，所以T0、T1及Y0的狀態(tài)不變，如圖2所示的n～a段。

從圖2所示的a時刻開始，X0成為高電平，即從該時刻開始得分周期來分析，與分析第一周期的方法一樣。在分析中的“上一周期”即為a時刻的前一狀態(tài)，“本周期”即為正在分析的這一周期。根據(jù)分析可知，在本周期內T0開始定時，即T0從圖2所示的a時刻開始定時，因為PLC的掃描周期非常短，在一個掃描周期內，定時器不會達到定時時間，因此從a時刻開始的這一周期的各編程元件狀態(tài)如圖2所示的a～b段。

從圖2的b時刻開始，輸入繼電器的狀態(tài)一直沒有變化，T0定時器已開始定時，根據(jù)圖1中的梯形圖可知，T0定時時間沒到時，各個編程元件的狀態(tài)是不變的，如圖2所示的b～c段。

假設在圖2所示的c時刻， T0的定時時間到，此時各編程元件的狀態(tài)會發(fā)生變化，從c時刻起需要分周期來分析。分析方法與第一周期的分析方法相同，得到各編程元件的狀態(tài)如圖2所示的c～d段，并且T1開始定時。

從圖2的c時刻開始，T1定時，當T1定時時間不到，各編程元件的狀態(tài)將保持不變，如圖2所示的e時刻之前的這段時間。假設到圖2的e時刻，T1定時時間到，根據(jù)上述分析方法，可得到e時刻之后的這一周期各編程元件的狀態(tài)，如圖2所示的e～f段。到了f時刻要特別注意，T1常閉觸點在T1線圈之前得看上一周期的狀態(tài)，即圖2中f時刻的前一時刻的狀態(tài)，經(jīng)過前述同樣的分析可知，下一周期的各編程元件狀態(tài)如圖所示的f～g段。到了g時刻，各編程元件回到了a時刻的狀態(tài)，往后只要輸入繼電器保持高電平，將重復a～g的過程。所以在本例中，Y0將輸出一個周期性的矩形脈沖。

通過以上分析，可以得到梯形圖各編程元件完整的時序圖，明確PLC的輸出信號。但使用這種方法進行分析時，一定要弄清楚一些關鍵的時間點，如哪個時間點必須要分周期來看，哪些時間點則不用。一般來說，當輸入繼電器的信號發(fā)生變化、定時器的定時時間到、計數(shù)器的計數(shù)滿時等情況就一定得分周期來進行分析。

3 結束語

分周期的時序分析法對學生學習PLC的編程是非常有幫助的，不僅可以分析現(xiàn)有的梯形圖，還可以幫助學生檢查自己所繪制的梯形圖是否滿足設計要求。通過多年的教學實踐，該方法得到了學生的一致認可。當然該方法也有一定的局限性，它對與PLC的掃描周期無關的功能指令是不適用的。

參考文獻：

[1]謝富珍.以學生為中心的PLC課堂教學改革探索[J].創(chuàng)新教育，2013（9）：56-59.

[2]梅麗鳳.電氣控制與PLC應用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015：6.

[3]王立春，張凱.軟PLC梯形圖到指令表的轉換方法研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2018（7）：80-82.

[4]張挺.《PLC控制》課堂教學設計的實踐與探索[J].中國信息技術教育，2014（8）：46.