可編程控制器的程序設(shè)計(jì)方法

第一節(jié) 梯形圖的編程規(guī)則
   
    PLC是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用微機(jī)的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（Ladder diagram）、功能塊圖（Function black diagram）、指令表（Instruction list）、結(jié)構(gòu)文本（structured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。
    一、梯形圖概述
    梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。
    梯形圖編程中，用到以下四個基本概念：
    1．軟繼電器
    PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。
    2．能流
    觸點(diǎn)1、2接通時，有一個假想的“概念電流”或“能流”(Power Flow)從左向右流動，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。能流只能從左向右流動。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。圖5-1a中可能有兩個方向的能流流過觸點(diǎn)5（經(jīng)過觸點(diǎn)1、5、4或經(jīng)過觸點(diǎn)3、5、2），這不符合能流只能從左向右流動的原則，因此應(yīng)改為5-1b所示的梯形圖。
    3．母線
    梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線(Bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。
    4．梯形圖的邏輯解算
    根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的。
    二、梯形圖的編程規(guī)則
    盡管梯形圖與繼電器電路圖在結(jié)構(gòu)形式、元件符號及邏輯控制功能等方面相類似，但它們又有許多不同之處，梯形圖具有自己的編程規(guī)則。
    1）每一邏輯行總是起于左母線，然后是觸點(diǎn)的連接，最后終止于線圈或右母線（右母線可以不畫出）。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點(diǎn)，而線圈與右母線之間則不能有任何觸點(diǎn)。
    2）梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串聯(lián)或并聯(lián)，但繼電器線圈只能并聯(lián)而不能串聯(lián)。
    3）觸點(diǎn)的使用次數(shù)不受限制。
    4）一般情況下，在梯形圖中同一線圈只能出現(xiàn)一次。如果在程序中，同一線圈使用了兩次或多次，稱為“雙線圈輸出”。對于“雙線圈輸出”，有些PLC將其視為語法錯誤，絕對不允許；有些PLC則將前面的輸出視為無效，只有最后一次輸出有效；而有些PLC，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。
    5）對于不可編程梯形圖必須難過等效變換，變成可編程梯形圖，例如圖5-1所示。
    6）有幾個串聯(lián)電路相并聯(lián)時，應(yīng)將串聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在上方，如圖5-2a所示。在有幾個并聯(lián)電路相串聯(lián)時，應(yīng)將并聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在左方，如圖5-2b所示。這樣所編制的程序簡潔明了，語句較少。
    另外，在設(shè)計(jì)梯形圖時輸入繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)最好按輸入設(shè)備全部為常開進(jìn)行設(shè)計(jì)更為合適，不易出錯。建議用戶盡可能用輸入設(shè)備的常開觸點(diǎn)與PLC輸入端連接，如果某些信號只能用常閉輸入，可先按輸入設(shè)備為常開來設(shè)計(jì)，然后將梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器觸點(diǎn)取反（常開改成常閉、常閉改成常開）。
   
   
    第二節(jié) 典型單元的梯形圖程序
   
    PLC應(yīng)用程序往往是一些典型的控制環(huán)節(jié)和基本單元電路的組合，熟練掌握這些典型環(huán)節(jié)和基本單元電路，可以使程序的設(shè)計(jì)變得簡單。本節(jié)主要介紹一些常見的典型單元梯形圖程序。
    一、具有自鎖、互鎖功能的程序
    1．具有自鎖功能的程序
    利用自身的常開觸點(diǎn)使線圈持續(xù)保持通電即“ON”狀態(tài)的功能稱為自鎖。如圖5-3所示的起動、保持和停止程序（簡稱起保停程序）就是典型的具有自鎖功能的梯形圖， X1為起動信號和X2為停止信號。