PLC順序控制設(shè)計法編程研究

摘 要：順序控制設(shè)計法是設(shè)計PLC梯形圖程序的一種先進規(guī)范的方法，順序功能圖是設(shè)計PLC梯形圖程序的有力工具，文章以FX2N和FX3U系列的PLC為對象介紹了順序控制設(shè)計法、順序功能圖的基本元素，以及順序功能圖中轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則和順序控制設(shè)計法編程的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：PLC；順序功能圖；梯形圖順序；控制設(shè)計法

中圖分類號：TM571.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）6-0001-02

PLC（Programmable Logic Controller）作為一種通用工業(yè)控制計算機，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。其用內(nèi)部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時間繼電器和中間繼電器，簡化控制線路、提高系統(tǒng)可靠性，今后有取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的趨勢。

1 PLC程序設(shè)計方法

PLC程序設(shè)計主要有兩個方法：第一種是經(jīng)驗設(shè)計法；第二種是順序控制設(shè)計法。

本文以三菱的FX2N和FX3U系列PLC為對象，介紹PLC的順序控制設(shè)計編程方法。順序控制設(shè)計法，這種方法只需略加變動，就可以移植到其他機型上，因此具有一定的通用性。就三菱FX2N和FX3U系列PLC而言，實現(xiàn)順序控制的程序設(shè)計方法主要有四種，即：采用啟停保電路的編程方法、采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法（置位SET/復(fù)位RST）指令的編程方法、采用步進指令（Step Ladder Instruction—STL）的編程方法和采用移位寄存器的編程方法等。從設(shè)計效率、應(yīng)用范圍以及內(nèi)存占用空間等方面考慮，較為通用的設(shè)計方法是采用SET/RST指令編程和采用STL指令編程。

2 順序控制設(shè)計法的本質(zhì)

經(jīng)驗設(shè)計法實際上是試圖用輸入信號X直接控制輸出信號Y（如圖1a所示），如果無法直接控制，或者為了實現(xiàn)記憶、聯(lián)鎖、互鎖這些功能，只能被動地增加一些輔助元件和輔助觸點。因為不同的系統(tǒng)的輸出量Y與輸入量X之間的關(guān)系都不相同，而且它們對聯(lián)鎖、互鎖的要求千變?nèi)f化，不可能找出一種簡單通用的設(shè)計方法。

順序控制設(shè)計法最基本的思想是分析被控對象的工作過程及控制要求，根據(jù)控制系統(tǒng)輸出狀態(tài)的變化將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步（step），可以用編程元件（例如輔助繼電器M或狀態(tài)繼電器S）來代表各步，順序功能圖的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

順序控制設(shè)計法則是用輸入量X控制代表各步的編程元件（如輔助繼電器M），再用它們控制輸出量Y（如圖1b所示）。

順序功能圖是一種新穎的、按照工藝流程圖進行編程的圖形編程語言。這是一種IEC標準推薦的首選編程語言，近年來在PLC編程中已經(jīng)得到了普及和推廣。

3 順序控制設(shè)計編程方法

3.1 用啟停保電路的編程方法

啟保停電路僅僅使用與觸點和線圈有關(guān)的指令，任何一種PLC的指令系統(tǒng)都有這一類指令，因此這是一種通用的編程方法，可以用于任意型號的PLC。

其設(shè)計思想是根據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本原則，即轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件是它的前級步為活動步，并且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件。用這種方法編程在順序功能圖中步一般用輔助繼電器M來表示。步Mn變成活動步的條件是：Mn-1為活動步，并且轉(zhuǎn)換條件Xn=1。因此，可以將Mn-1和Xn的動合觸點串聯(lián)后作為控制步Mn的啟動條件。而當Mn和Xn+1均變?yōu)椤?”時，步Mn+1變?yōu)榛顒硬?，這時步Mn應(yīng)變?yōu)椴换顒硬?。為此可以將Mn+1=1作為使輔助繼電器停止的條件，即將后續(xù)步的動斷觸點與的線圈相串聯(lián)。Mn的動合觸點與Mn-1的動合觸點和Xn的動合觸點的串聯(lián)電路相并聯(lián)，作為控制的保持電路。因此，圖3中與順序功能圖的步相對應(yīng)的梯形圖模塊可以用邏輯代數(shù)式表示為Mn=（Mn-1·Xn+Mn）·Mn+1。

采用啟動-保持-停止功能模塊編程時，相應(yīng)步成為活動步和成為非活動步的條件在一個梯級中實現(xiàn)。該步相應(yīng)的命令或動作則安排在該梯級之后，或集中安排在輸出段，如圖3所示。

3.2 采用步進指令STL的編程方法

STL指令使編程者可以生成流程和工作與順序功能圖非常接近的程序。如圖4所示的執(zhí)行過程是：當步Sn為活動步時，Sn的STL觸點“Xn=1”接通負載Yn輸出。如果轉(zhuǎn)換條件Xn+1滿足，后續(xù)步Sn+1被置位變成活動步，同時前級步Sn自動斷開變成不活動步，輸出Yn也斷開。

這種編程方法可以節(jié)約編程的時間，并能減少編程錯誤，程序比較短，在順序控制設(shè)計中應(yīng)該優(yōu)先考慮，此法在工業(yè)自動化控制中應(yīng)用也比較多。

3.3 以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法

在以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，用該轉(zhuǎn)換所有制前級步對應(yīng)的輔助繼電器的常開觸點與轉(zhuǎn)換對應(yīng)的觸點或電路串聯(lián)，作為使所有后續(xù)步對應(yīng)的輔助繼電器置位（使用SET指令）和使所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位（使用RST指令）的條件。這種設(shè)計方法相當有規(guī)律，具有編程簡單、思路清晰、不容易出錯等特點。但由于不能將輸出位的線圈與置位指令和復(fù)位指令并聯(lián)，致使梯形圖中的語句條數(shù)比較多，程序的執(zhí)行時間稍長一些。

使用這種編程方法時，不能將輸出繼電器的線圈與SET和RST指令并聯(lián)。應(yīng)根據(jù)順序功能圖，用代表步的輔助繼電器M的動合觸點或它們的并聯(lián)電路來驅(qū)動輸出繼電器的線圈。

圖5給出了以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法的順序功能圖與梯形圖的對應(yīng)關(guān)系。

3.4 使用移位寄存器的編程方式

順序控制設(shè)計也可以使用移位寄存器指令來控制，如利用位右移SFTR與位左移SFTL指令使位元件中的狀態(tài)成組地向右或向左移動，其將指定的移位寄存器的位元件進行左移。如圖6所示，程序中以M0為源操作數(shù)，M1為最前端要素，Kn為移位寄存器個數(shù)，K1為移一位。實現(xiàn)圖中Xn對應(yīng)的移位和轉(zhuǎn)換需要同時滿足兩個條件，就是該轉(zhuǎn)換的前級步是活動步（Mn-1=1）和轉(zhuǎn)換條件滿足（Xn=1）。在梯形圖中，主要是用Mn-1和Xn的常開觸點組成的串聯(lián)電路來表示上述條件。電路接通時，兩個條件同時滿足，此時需要完成兩個操作，就是將該轉(zhuǎn)換的后續(xù)步變成活動步（用SFTL位左移指令將Mn置位）和將該轉(zhuǎn)換的前級變成不活動步，該方法設(shè)計的梯形圖看起來簡潔，所用指令也比較少，但對相對的復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計有些不方便，使用過程中在線修改能力差，在工業(yè)控制中一般應(yīng)用在單序列的順序控制中。

以上總結(jié)了PLC順序控制設(shè)計法的編程規(guī)律，程序設(shè)計人員可以根據(jù)實際情況選擇一種方法來編制梯形圖，這樣可以大大減輕程序設(shè)計的工作量，縮短系統(tǒng)設(shè)計的時間，提高編程質(zhì)量。

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