PLC程序設(shè)計(jì)技巧研究

邢潔林

（江蘇省陶都中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，無(wú)錫 214221）

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是針對(duì)工業(yè)環(huán)境提出的數(shù)字運(yùn)算操控系統(tǒng)，具有成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)以及功能多樣等優(yōu)點(diǎn)，能夠依靠可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系列控制程序，通過(guò)輸入輸出數(shù)字模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)操控機(jī)械設(shè)備的目的。在PLC控制功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，除了做好硬件配備，還需完成系統(tǒng)編程。相較而言，PLC程序設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，因此應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)技巧研究，確保高效開(kāi)展控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等工作。

1 PLC程序設(shè)計(jì)分析

在PLC程序設(shè)計(jì)上，根據(jù)需要控制的設(shè)備或系統(tǒng)展開(kāi)分析，確定輸入輸出點(diǎn)符合PLC點(diǎn)數(shù)要求，且根據(jù)控制功能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度判斷PLC內(nèi)存容量是否足夠。在硬件條件滿(mǎn)足的基礎(chǔ)上，可以對(duì)輸入、輸出信號(hào)賦值，確保與PLC輸入、輸出編號(hào)對(duì)應(yīng)，得到系統(tǒng)控制原理圖和完成控制程序編寫(xiě)。整個(gè)過(guò)程中，梯形圖作為形象化編程語(yǔ)言，為決定PLC程序設(shè)計(jì)效果的關(guān)鍵要素。目前，主要采取順序控制和經(jīng)驗(yàn)編程兩種設(shè)計(jì)方法[1]。采用順序控制法需要對(duì)系統(tǒng)邏輯進(jìn)行綜合分析，將一個(gè)工作周期劃分為多個(gè)順序相連的步驟，對(duì)應(yīng)各自操作狀態(tài)，然后根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行功能圖繪制，之后轉(zhuǎn)化為梯形圖。該種方法結(jié)構(gòu)清晰和可讀性較強(qiáng)，但容易導(dǎo)致梯形圖復(fù)雜、煩瑣，系統(tǒng)程序運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而采用經(jīng)驗(yàn)編程法不存在固定設(shè)計(jì)步驟。面向不同的控制系統(tǒng)時(shí)，它要求設(shè)計(jì)者可以深入掌握PLC的各種指令功能，結(jié)合控制功能進(jìn)行指令修改和程序完善來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)需求。由于該方法帶有較強(qiáng)的主觀性，運(yùn)用難度較大，造成設(shè)計(jì)結(jié)果存在較大差異，可能出現(xiàn)冗長(zhǎng)、復(fù)雜等問(wèn)題。

2 PLC程序設(shè)計(jì)技巧及運(yùn)用

在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，需要結(jié)合PLC程序應(yīng)用場(chǎng)合靈活運(yùn)用不同的設(shè)計(jì)方法，因此應(yīng)加強(qiáng)程序設(shè)計(jì)技巧分析，增強(qiáng)程序的可讀性、可靠性和高效性。

2.1 邏輯控制設(shè)計(jì)技巧

PLC程序設(shè)計(jì)之初，在邏輯表達(dá)上，按照電路邏輯關(guān)系能夠劃分為組合和時(shí)序兩類(lèi)。如果控制結(jié)果僅與輸入變量相關(guān)，可以通過(guò)布爾代數(shù)進(jìn)行梯形圖計(jì)算，生成關(guān)系簡(jiǎn)明且可讀性強(qiáng)的程序圖[2]。例如，在照明控制程序設(shè)計(jì)上，利用I0.0開(kāi)關(guān)1、I0.1開(kāi)關(guān)2、I0.2開(kāi)關(guān)3總計(jì)3處開(kāi)關(guān)對(duì)一處照明燈Q4.0進(jìn)行控制，要求任意開(kāi)關(guān)能夠控制燈亮滅。對(duì)變量控制邏輯展開(kāi)分析可知，任一開(kāi)關(guān)閉合時(shí)照明燈亮，任一開(kāi)關(guān)閉合時(shí)照明燈滅掉，最終得到奇數(shù)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)照明燈亮，偶數(shù)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)照明燈滅的邏輯關(guān)系。根據(jù)控制過(guò)程繪制邏輯真值表，可以得到邏輯表達(dá)式，完成PLC內(nèi)部指令設(shè)計(jì)，得到如圖1所示的PLC程序梯形圖。觀察程序圖中邏輯關(guān)系可知，它為基本的位邏輯指令，僅需要生成一段程序。如果采用經(jīng)驗(yàn)編程方法，需要選擇位邏輯指令、計(jì)數(shù)器指令以及比較指令等多條指令生成多段程序，最終通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確認(rèn)滿(mǎn)足控制要求。因此，在簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中，多通過(guò)簡(jiǎn)化邏輯表達(dá)的順序控制法進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。

圖1 照明控制PLC程序圖

2.2 啟?？刂圃O(shè)計(jì)技巧

工業(yè)場(chǎng)景中，常見(jiàn)PLC控制對(duì)象為啟?？刂?，即在啟動(dòng)信號(hào)有效時(shí)使設(shè)備通電，在停止信號(hào)有效時(shí)斷開(kāi)電源。如圖2所示，以按鈕這種復(fù)歸型啟動(dòng)元件為例，連接PLC輸出點(diǎn)Q0.0和輸入點(diǎn)I0.0、I0.1后可知，按下按鈕為觸點(diǎn)動(dòng)作，松開(kāi)時(shí)將自動(dòng)復(fù)位。對(duì)輸出、輸出元件的常開(kāi)觸點(diǎn)進(jìn)行并聯(lián)可知，按鈕被按下后I0.0觸點(diǎn)閉合，輸出Q0.0閉合且線圈得電，按鈕松開(kāi)后斷開(kāi)且維持得電。利用置位指令實(shí)現(xiàn)得電保持功能，可以完成自鎖程序設(shè)計(jì)，如圖2所示。在開(kāi)關(guān)閉合后，輸入點(diǎn)接通，線圈得電，開(kāi)關(guān)不再發(fā)揮控制作用。

圖2 按鈕啟動(dòng)PLC程序圖

在按鈕停止控制上，一是按下即刻停止，二是按下后直至當(dāng)前任務(wù)周期結(jié)束后停止。實(shí)現(xiàn)第一種方式較為簡(jiǎn)單，只需要在上述程序中增加停止控制指令，在輸出點(diǎn)Q0.0工作時(shí)按下按鈕，I0.1觸點(diǎn)分?jǐn)?，線圈復(fù)位進(jìn)入自鎖狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)第二種停止功能，則需要鎖住停止信號(hào)，以免在松開(kāi)按鈕后停止信號(hào)消失，導(dǎo)致無(wú)法在工作周期結(jié)束后實(shí)現(xiàn)控制指令。利用輔助繼電器元件實(shí)現(xiàn)自?？刂?，可以使線圈得電后自鎖[3]。以感應(yīng)自動(dòng)門(mén)控制為例，對(duì)上述控制邏輯展開(kāi)分析。人在自動(dòng)門(mén)內(nèi)、外時(shí)，依靠位置傳感器K1或K2進(jìn)行門(mén)開(kāi)啟控制，在達(dá)到上限位SQ1后應(yīng)停留5 s后再關(guān)門(mén)，確保人身安全。檢測(cè)到有人進(jìn)出時(shí)，需要重新等待5 s，關(guān)閉時(shí)確認(rèn)達(dá)到SQ2下限位停止。在PLC的 輸 入/輸 出（Input/Output，I/O）分 配 上，K1、K2、SQ1、SQ2分別對(duì)應(yīng)I0.0、I0.1、I0.2、I0.3，驅(qū)動(dòng)門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的接觸器輸出模塊分別對(duì)應(yīng)Q4.1和Q4.2，可知能夠通過(guò)繼電器元件M0.0、M0.1、M0.2和M0.3分別構(gòu)成一個(gè)單閉環(huán)，如圖3所示。其中，M0.0、M0.1和M0.3能夠直接套用置位復(fù)位指令，而M0.2不僅為前級(jí)步，也為后級(jí)步，同時(shí)執(zhí)行置位和復(fù)位指令容易出現(xiàn)矛盾，需要將復(fù)位條件設(shè)定為（I0.0+I0.0）×I0.2。通過(guò)在復(fù)位指令左邊添加上升沿增設(shè)檢測(cè)指令，使M0.2復(fù)位一個(gè)短暫掃描周期形成時(shí)間差，確保同時(shí)實(shí)現(xiàn)置位和復(fù)位功能。

圖3 感應(yīng)門(mén)啟停控制PLC程序圖

2.3 循環(huán)控制設(shè)計(jì)技巧

在機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)中，許多裝置需要周期性運(yùn)行，重復(fù)執(zhí)行一個(gè)周期動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制。在PLC程序設(shè)計(jì)上，需要按照設(shè)定工藝流程確定時(shí)間順序或條件順序，確保各機(jī)構(gòu)有序工作。

按照時(shí)間順序進(jìn)行控制，編程時(shí)需確認(rèn)定時(shí)器編號(hào)和計(jì)數(shù)值等。采用多個(gè)定時(shí)器，用常開(kāi)觸點(diǎn)啟動(dòng)，并利用常閉觸點(diǎn)停止[4]。運(yùn)用一個(gè)定時(shí)器可以簡(jiǎn)化程序，在當(dāng)前值大于起始值時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器輸出。當(dāng)前值小于起始值時(shí)，定時(shí)器停止。以流水燈控制為例，共計(jì)8個(gè)燈，輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)Q0.0～Q0.7。按照控制要求，在首個(gè)燈亮起后，隔1 s再點(diǎn)亮下一個(gè)燈，整個(gè)工作周期為8 s。利用8個(gè)定時(shí)器T51～T58控制，可知M0.0為狀態(tài)位，工作時(shí)觸點(diǎn)閉合，如圖4所示。在一個(gè)周期結(jié)束后，對(duì)全部定時(shí)器和輸出端進(jìn)行復(fù)位，能夠重啟下個(gè)周期。在程序設(shè)計(jì)上，可直接將T58延時(shí)設(shè)定為8 s，通過(guò)常閉觸點(diǎn)復(fù)位全部點(diǎn)位，簡(jiǎn)化控制程序。

圖4 感應(yīng)門(mén)啟停控制PLC程序圖

按照條件順序進(jìn)行循環(huán)控制，可以使用比較指令簡(jiǎn)化PLC程序。該指令可以看成是常開(kāi)觸點(diǎn)，通過(guò)數(shù)值比較確定是否達(dá)到指定條件，滿(mǎn)足則閉合觸點(diǎn)，使右邊指令被執(zhí)行。利用該指令代替邏輯塊，能夠利用一個(gè)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)多個(gè)定時(shí)器的功能[5]。例如，對(duì)3條傳送帶進(jìn)行依次啟動(dòng)時(shí)，各設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間間隔為10 s，但最終需要同時(shí)停車(chē)。利用置位復(fù)位指令進(jìn)行編程，在繪制梯形圖時(shí)進(jìn)行電路初始化，可以在順序功能圖中插入起動(dòng)組織塊OB100，將初始步M0.0置為1，轉(zhuǎn)換為活動(dòng)步，剩余步清零。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，利用1個(gè)定時(shí)器和比較指令可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器的控制功能，如圖5所示。T0時(shí)基為100 ms，MW0為0～100的剩余時(shí)間值。通過(guò)比較指令拆分為50～100和0～50，相當(dāng)于形成2個(gè)定時(shí)器。在需要控制的設(shè)備逐漸增多的情況下，采取該種技巧實(shí)現(xiàn)設(shè)備的循環(huán)啟動(dòng)控制，能夠節(jié)省大量定時(shí)器。

圖5 傳送帶順序啟動(dòng)控制PLC程序圖

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)控制時(shí)，程序設(shè)計(jì)為系統(tǒng)控制功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，需要利用梯形圖等各種編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的邏輯控制。設(shè)計(jì)實(shí)踐中，掌握邏輯控制、啟?？刂频雀鞣N程序設(shè)計(jì)技巧，可以結(jié)合控制對(duì)象特點(diǎn)靈活進(jìn)行不同控制程序設(shè)計(jì)，確保形成結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔的控制流程，為系統(tǒng)各種功能的高效、可靠實(shí)現(xiàn)提供保障。