一、可編程控制器PLC的特點(diǎn)及其發(fā)展歷程

圖2-1

PLC編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為待定工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，定時(shí)計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令.并通過數(shù)字或模擬式輸入，輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。包括輸入中央處理器模塊、輸出模塊、通訊模塊等，輸入模塊就好比人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等，收集外部信息的感官.工業(yè)過程中輸入模塊就是不停的采集一些需要的狀態(tài)各種物理信號(hào)、位置型號(hào)等.稱之為收集系統(tǒng)條件信號(hào)。CPU內(nèi)是保存著我們寫的完成特殊任務(wù)的程序，一直不停地循環(huán)運(yùn)行，運(yùn)行程序中就包含輸入模塊的信號(hào)作為條件，而以這些條件結(jié)合程序就會(huì)有結(jié)果出來，這些結(jié)果就會(huì)通過輸出模塊輸出信號(hào)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作，或者在上位機(jī)畫面上顯示數(shù)據(jù)等。由于可編程控制器可靠性高、控制能力強(qiáng)，可以方便靈活地改變生產(chǎn)程序，所以在工業(yè)自動(dòng)化控制中有出較大的優(yōu)越性從控制功能上看.可編程序控制器的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段第一階段：從第一臺(tái)可編程序控制器問世到20世紀(jì)70年代中期，是其初創(chuàng)階段。這一階段的產(chǎn)品主要用于計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，CPU是由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成的，其控制功能較簡(jiǎn)單；第二階段：從20世紀(jì)70年代中期到末期，是其擴(kuò)展階段。產(chǎn)品的主要控制功能在這個(gè)階段得到了較大的發(fā)展.一是從可編程序控制器發(fā)展而來的控制器，主要功能除了邏輯運(yùn)算以外還擴(kuò)展了其他運(yùn)算功能，二是從模擬儀表發(fā)展而來的控制器，其在模擬運(yùn)算的主要功能外還擴(kuò)展了邏輯運(yùn)算功能，因此，前者被稱為可編程序邏輯控制器(PLC)，后者被稱為單回路或多回路控制器。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SYMATICS3系列，富士電機(jī)公司的sC系列等產(chǎn)品；第三階段：從2O世紀(jì)70年代末期到8O年代中期，這個(gè)階段是PLC通信功能實(shí)現(xiàn)階段，與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展相聯(lián)系，PLC初步形成了分布式的通信網(wǎng)絡(luò)體系，但是由于制造企業(yè)各自為政，通信系統(tǒng)自成系統(tǒng)，各產(chǎn)品的互相通信還是較困難；第四階段：自20世紀(jì)80年代中期以后.是PLC的開放階段。由于提出了開放系統(tǒng)，PLC得到了較大發(fā)展。通信系統(tǒng)開放后，各制造企業(yè)的產(chǎn)品可以自由通信，通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化使用戶得到了好處，因此，產(chǎn)品規(guī)模不斷增大，通信功能不斷完善，大中型的產(chǎn)品多數(shù)有CRT屏幕的顯示功能，通信功能的改善也使產(chǎn)品的擴(kuò)展變得更加方便，此外，在這一階段還采用了標(biāo)準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)，增加了高級(jí)編程語(yǔ)言等，這一階段的產(chǎn)品有AB公司的PLC-5、西門子公司的SYMATICS5和S7系列等。

圖2-2

圖2-3 采用上升沿微分指令編程的梯形圖程序

圖2-4 采用置位/復(fù)位指令編程的梯形圖程序

圖2-5 采用計(jì)數(shù)器指令編程的梯形圖程序

圖2-6 采用定時(shí)器指令編程的梯形圖

二、單按鈕控制起停技術(shù)巧設(shè)

在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常常碰到負(fù)載的起動(dòng)與停止控制，通常的做法是采用兩只按鈕作為外部起動(dòng)與停止控制的輸入器件，在PLC中與兩只按鈕相對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)數(shù)也有兩個(gè)，PLC的外部接線如圖2-1所示，按鈕SB1（X0）作為起動(dòng)控制，按鈕SB2（X1）作為停止控制，這樣雖然可以達(dá)到控制目的，但需要的按鈕和連接導(dǎo)線較多，PLC的輸入點(diǎn)數(shù)也較多。但在實(shí)際工作中，可以充分利用PLC內(nèi)部多功能化的特點(diǎn)，采用單個(gè)按鈕控制負(fù)載的起動(dòng)與停止，進(jìn)行改進(jìn)后的PLC外部接線如圖2-2所示，用SB替代SB1和SB2的功能，用X0替代X0和X1的功能，電路的實(shí)際接線就大大簡(jiǎn)化，這樣做不僅節(jié)省了硬件成本，而且還大大減少了由于按鈕多而可能引起的故障.使電路更加經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，控制方便簡(jiǎn)單，具有很高的實(shí)用價(jià)值。筆者根據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)和研究成果，以松下電工FP0系列PLC為例介紹幾種單按鈕起停控制的PLC編程技術(shù)。

1.采用上升沿微分指令的編程技術(shù)

采用上升沿微分指令編程的梯形圖程序，如圖2-3所示，控制過程如下：

當(dāng)?shù)谝淮伟聪耂B時(shí)，X0接通，使R0的線圈接通一個(gè)掃描周期，其常開觸點(diǎn)閉合，Y0的線圈接通并自鎖，啟動(dòng)外部負(fù)載工作運(yùn)行；同時(shí)，Y0的對(duì)常開觸點(diǎn)閉合，為R1的線圈接通做準(zhǔn)備；當(dāng)?shù)?次按下按鈕SB時(shí)，X0接通，R0再次接通一個(gè)掃描周期，R1的線圈被接通，R1的常閉觸點(diǎn)分?jǐn)?，Y0的線圈斷開，外部負(fù)載停止工作。反復(fù)按下SB，將會(huì)重復(fù)上述控制過程。

2.采用置位/復(fù)位指令的編程技術(shù)

圖2-7 采用保持指令編程的梯形圖程序

圖2-8 采用移位寄存器指令編程的梯形圖程序

圖2-9 采用MC/MCR指令編程的梯形圖程序

圖2-10 用基本比較指令編程的梯形圖

圖2-11 采用高級(jí)指令F132(BTI)編程的梯形圖程序

采用置位/復(fù)位指令編程的梯形圖程序，如圖2-4所示，控制過程如下：

當(dāng)按下SB時(shí)，X0接通，R0的線圈接通一個(gè)掃描周期，其常開觸點(diǎn)閉合，R2置位（閉合）且保持，R2的一對(duì)常開觸點(diǎn)閉合，Y0的線圈接通，啟動(dòng)外部負(fù)載工作運(yùn)行；同時(shí)，R2的另一對(duì)常開接點(diǎn)閉合，為R1的線圈接通做準(zhǔn)備；當(dāng)再次按下SB時(shí)，X0接通，使R0的線圈再次接通一個(gè)掃描周期，R1的線圈接通，R1的常開接點(diǎn)閉合，R2復(fù)位（斷開）且保持，Y0的線圈斷開，外部負(fù)載停止工作運(yùn)行。之后依次按下SB的工作情形與上述相同。

3.采用計(jì)數(shù)器指令的編程技術(shù)

采用計(jì)數(shù)器指令編程的梯形圖程序，如圖2-5所示，控制過程如下：

第一次按下SB時(shí)，X0接通一個(gè)掃描周期，CT100計(jì)數(shù)1次，Y0的線圈接通并自鎖；第二次按下SB時(shí)，X0再次接通一個(gè)掃描周期，CT100再計(jì)數(shù)1次，累計(jì)計(jì)數(shù)2次，則C100常閉觸點(diǎn)斷開，Y0的線圈斷開，且C100常開觸點(diǎn)閉合使CT100復(fù)位，為下一次計(jì)數(shù)作好準(zhǔn)備。然后又開始新一輪的循環(huán)。

4.采用定時(shí)器指令的編程技術(shù)

采用定時(shí)器指令編程的梯形圖程序如圖2-6所示?？刂七^程如下：

定時(shí)器TMR0的設(shè)定值為1，定時(shí)時(shí)間為0.01s(設(shè)定值值盡可能小，以防止啟動(dòng)后出現(xiàn)異常情況時(shí)，便于立即停車）。當(dāng)按下SB時(shí)，X0接通一個(gè)掃描周期，Y0的線圈被置位接通。Y0的常開觸點(diǎn)使定時(shí)器TMR0定時(shí)0.01s后啟動(dòng)，其常閉觸點(diǎn)斷開，而常開觸點(diǎn)閉合，為Y0的復(fù)位做準(zhǔn)備；當(dāng)再次按下SB時(shí)，X0又接通一個(gè)掃描周期，由于X0和TMR0的常開觸點(diǎn)都接通，Y0復(fù)位，Y0的線圈斷開。如此循環(huán)往復(fù)。

5.采用保持指令的編程技術(shù)

采用保持指令編程的梯形圖程序，如圖2-7所示，控制過程如下：

當(dāng)按下SB時(shí)，X0接通，R0的線圈接通一個(gè)掃描周期，置位觸發(fā)信號(hào)R0的常開觸點(diǎn)閉合，使KP置位，Y0的線圈接通，Y0的常開觸點(diǎn)閉合，為R1接通做準(zhǔn)備；當(dāng)再次按下SB時(shí)，X0接通，R0的線圈再次接通一個(gè)掃描周期，R1的線圈也接通一個(gè)掃描周期，復(fù)位信號(hào)R1的常開觸點(diǎn)閉合，使KP復(fù)位，Y0的線圈斷開。每按下SB一次，Y0的狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次。

6.采用移位寄存器指令的編程技術(shù)

采用移位寄存器指令編程的梯形圖程序，如圖2-8所示，控制過程如下：

圖中是對(duì)WR0進(jìn)行左移1位的操作，移入的數(shù)據(jù)是0還是1由R0的狀態(tài)決定，移位觸發(fā)信號(hào)為X0，復(fù)位信號(hào)R1的常開觸點(diǎn)。第1次按下SB時(shí)，X0接通，由于起初R0(WR的0位)的常閉觸點(diǎn)閉合，向移位寄存器SR WR0端輸入信號(hào)，1被移入R0，R0的常開觸點(diǎn)閉合，Y0的線圈接通，同時(shí)，R0的常閉觸點(diǎn)斷開；第2次按下SB時(shí)，X0接通，向左移位寄存器SR WR0端輸入信號(hào)，SR WR0左移一位，1被移入R1，由于R0的常閉觸點(diǎn)斷開，0被移入R0，R0復(fù)位，Y0的線圈斷開，R1的常開觸點(diǎn)閉合，WR0的16位繼電器狀態(tài)全部為0，此時(shí)，電路恢復(fù)最初狀態(tài)，為下次起動(dòng)做準(zhǔn)備。

7.采用主控MC/MCE指令的編程技術(shù)

采用主控指令編程的梯形圖程序，如圖2-9所示，控制過程如下：

當(dāng)按下SB時(shí)，X0接通，進(jìn)入MC，MCE指令程序，由于Y0常閉觸點(diǎn)初始閉合，R0的線圈接通并自鎖，R0常閉觸點(diǎn)分?jǐn)鄬?duì)R1的線圈互鎖，R0常開觸點(diǎn)閉合，Y0的線圈接通并自鎖，松開SB后，結(jié)束執(zhí)行MC，MCE之間指令程序，R0復(fù)位；當(dāng)再次按下SB時(shí)，X0接通，又重新進(jìn)入MC，MCE指令程序，由于Y0的線圈已接通，R0線圈通路已被Y0的常閉觸點(diǎn)分?jǐn)?，R0的線圈不再接通，R1的線圈通路則被Y0常開觸點(diǎn)閉合而接通并自鎖，R1的常閉觸點(diǎn)分?jǐn)啵湟粚?duì)觸點(diǎn)使Y0的線圈斷開，另一對(duì)觸點(diǎn)則對(duì)R0的線圈互鎖，不會(huì)因?yàn)閅0的常閉觸點(diǎn)復(fù)位后導(dǎo)致R0和Y0的線圈再接通的錯(cuò)亂控制現(xiàn)象。松開SB后，結(jié)束執(zhí)行MC，MCE之間指令程序，R1復(fù)位。之后依次按下SB的控制過程與上述的相同。

8.采用基本比較指令的編程技術(shù)

采用基本比較指令編程的梯形圖程序，如圖2-10所示，控制過程如下：

當(dāng)按下SB時(shí)，X0接通觸發(fā)CT100計(jì)數(shù)1次，經(jīng)過值減1，此時(shí)，經(jīng)過值寄存器EV100=K1，使Y0的線圈接通；當(dāng)再次按下SB時(shí)，X0接通觸發(fā)CT100再計(jì)數(shù)1次，累計(jì)計(jì)數(shù)2次，經(jīng)過值再減1，此時(shí)，經(jīng)過值寄存器EV100=K0，使Y0的線圈斷開，與此同時(shí)，CT100的常開觸點(diǎn)C100閉合觸發(fā)CT100，使CT100復(fù)位。反復(fù)按下SB，將會(huì)重復(fù)上述控制過程。

9.采用高級(jí)指令的編程技術(shù)

采用高級(jí)指令指令編程的梯形圖程序，如圖2-11所示，控制過程如下：

高級(jí)指令，可以方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、算術(shù)運(yùn)算、比較、變換、移位、位控制等各種功能。熟悉并在實(shí)際中合理的應(yīng)用合適的高級(jí)指令，可以大大簡(jiǎn)化程序，采用高級(jí)指令F132(BTI)使WY0的0位即Y0在X0的每次上升沿變反，即可實(shí)現(xiàn)控制要求。

三、結(jié)束語(yǔ)

由于PLC具有豐富的指令集，編程十分簡(jiǎn)單靈活，同樣的控制要求可以選用不同的指令進(jìn)行編程，編程人員需要在實(shí)踐中不斷摸索和提高自己的編程技巧，才能充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)各種控制要求。

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