李英輝

摘要：PLC常用的設(shè)計(jì)方法包括邏輯設(shè)計(jì)法、轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)法、時(shí)序設(shè)計(jì)法、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和順序設(shè)計(jì)法等5種設(shè)計(jì)方法，不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以使用其中的一種或多種設(shè)計(jì)方法。本文介紹了PLC各設(shè)計(jì)方法的步驟，通過對(duì)比分析總結(jié)各設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計(jì)技巧。

關(guān)鍵詞：PLC；邏輯設(shè)計(jì)法；轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)法；時(shí)序設(shè)計(jì)法；經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法；順序設(shè)計(jì)法可編程序控制器（PLC）是以自動(dòng)控制技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置[1]。PLC具有可靠性高、體積小、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便及編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，現(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造工業(yè)四大支柱之一。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中梯形圖是最關(guān)鍵要素。梯形圖是一種形象化的編程語(yǔ)言，它沿用了繼電器控制電路的形式，又將計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)思想融入其中，因此，在設(shè)計(jì)方法上與計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)和電氣控制設(shè)計(jì)有相似之處，但也有不同點(diǎn)[2]。PLC常用的設(shè)計(jì)方法有邏輯設(shè)計(jì)法、轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)法、時(shí)序設(shè)計(jì)法、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和順序設(shè)計(jì)法等5種設(shè)計(jì)方法，不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以使用其中的一種或多種設(shè)計(jì)方法。下面分別介紹各種設(shè)計(jì)方法的定義、步驟、特點(diǎn)及技巧，以便設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的設(shè)計(jì)方法。

1邏輯設(shè)計(jì)法

邏輯設(shè)計(jì)法是對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯分析和綜合，將元件的通斷狀態(tài)視為以觸點(diǎn)通斷狀態(tài)為邏輯變量的邏輯函數(shù)，再經(jīng)過函數(shù)化簡(jiǎn)，最后利用PLC邏輯指令設(shè)計(jì)的方法。邏輯設(shè)計(jì)法常用于組合邏輯設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵是根據(jù)邏輯表達(dá)式的邏輯關(guān)系將輸入、輸出量進(jìn)行串并聯(lián)組合。其設(shè)計(jì)步驟如下：（1）明確控制任務(wù)和要求，給輸入、輸出元件分配I/O資源；（2）根據(jù)控制過程分析，畫出邏輯真值表；（3）列寫邏輯表達(dá)式，并根據(jù)公式化簡(jiǎn)；（4）將化簡(jiǎn)后的邏輯表達(dá)式用PLC內(nèi)部資源和指令進(jìn)行設(shè)計(jì)。邏輯設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)思路清晰，所編寫的程序易于優(yōu)化，因此廣泛應(yīng)用于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)中，如電動(dòng)機(jī)的多點(diǎn)控制和順序控制等。

2轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)法

轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)法就是將電氣控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成PLC控制系統(tǒng)的方法。這種轉(zhuǎn)換是一種簡(jiǎn)便的編程方法，常用在生產(chǎn)設(shè)備升級(jí)改造中，如電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)控制電路改造中。其設(shè)計(jì)步驟如下：（1）根據(jù)電氣原理圖分析控制系統(tǒng)工作過程；（2）確定PLC輸入、輸出信號(hào)，畫出PLC的外部硬件接線圖；（3）確定PLC梯形圖中的輔助繼電器和定時(shí)器編號(hào)；（4）根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)PLC梯形圖，并進(jìn)一步優(yōu)化使梯形圖滿足合理性、條理性和可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)需遵循以下原則：（1）接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件分配輸出繼電器，中間繼電器分配輔助繼電器；（2）啟動(dòng)和停止信號(hào)硬件接線時(shí)均采用常開觸點(diǎn)，而在梯形圖中停止信號(hào)采用常閉觸點(diǎn)；（3）若PLC輸入資源豐富，給熱繼電器常閉觸點(diǎn)分配輸入繼電器，否則將其接在外部控制電路中；（4）時(shí)間繼電器采用PLC的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器代替。

3時(shí)序設(shè)計(jì)法

時(shí)序設(shè)計(jì)法要先畫出控制系統(tǒng)的時(shí)序工作圖，再根據(jù)時(shí)序關(guān)系設(shè)計(jì)PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)方法。時(shí)序設(shè)計(jì)法適合于以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，如交通燈控制系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)步驟如下：（1）根據(jù)控制系統(tǒng)要求分析PLC輸入、輸出信號(hào)；（2）繪制滿足控制系統(tǒng)要求的時(shí)序工作圖；（3）確定定時(shí)器的類型、編號(hào)及計(jì)數(shù)值等；（4）根據(jù)時(shí)序工作圖設(shè)計(jì)梯形圖。采用時(shí)序設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)可利用以下技巧：（1）若只用一個(gè)定時(shí)器，可借助比較指令簡(jiǎn)化程序，輸出在定時(shí)器當(dāng)前值大于等于起始時(shí)刻時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)前值小于結(jié)束時(shí)刻時(shí)停止；（2）若采用多個(gè)定時(shí)器，則輸出用定時(shí)器常開觸點(diǎn)啟動(dòng)，常閉觸點(diǎn)停止；（3）程序中若有閃爍程序，可采用PLC內(nèi)部的時(shí)鐘脈沖信號(hào)或編寫相應(yīng)的程序；（4）當(dāng)定時(shí)器時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，可采用定時(shí)器級(jí)聯(lián)或計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。

4經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是要求設(shè)計(jì)者透徹理解PLC各種指令的功能，憑著對(duì)各種典型控制環(huán)節(jié)和基本單元電路的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選擇各種指令并進(jìn)行修改和完善相應(yīng)程序的方法。這種方法沒有固定模式可循，設(shè)計(jì)出的程序質(zhì)量與編程者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，通常借助系統(tǒng)流程圖輔助完成設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)步驟如下：（1）根據(jù)控制要求確定輸入、輸出繼電器；（2）根據(jù)工作過程繪制系統(tǒng)流程圖；（3）根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選擇PLC指令并設(shè)計(jì)梯形圖；（4）反復(fù)試驗(yàn)并完善梯形圖以滿足全部控制要求。常用的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)包括起保?？刂齐娐贰㈨樞蚩刂?、脈沖發(fā)生器等，設(shè)計(jì)中常用的自鎖、互鎖和聯(lián)鎖的設(shè)計(jì)技巧如下：（1）自鎖是在啟動(dòng)按鈕兩端并聯(lián)同名接觸器常開觸點(diǎn)；（2）互鎖是在接觸器線圈上方串聯(lián)異名常閉觸點(diǎn)；（3）啟動(dòng)（停止）聯(lián)鎖是在控制電路中串聯(lián)異名常開（常閉）觸點(diǎn)。

5順序設(shè)計(jì)法

順序設(shè)計(jì)法是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的步，每個(gè)步對(duì)應(yīng)一種操作狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件繪制順序功能圖，再按一定的規(guī)則轉(zhuǎn)化為梯形圖的設(shè)計(jì)方法。順序設(shè)計(jì)法規(guī)律性很強(qiáng)，雖然設(shè)計(jì)出的程序較長(zhǎng)，但是其程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好，主要用于解決順序控制問題。順序設(shè)計(jì)法主要借助順序功能圖完成程序設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)包括單一順序、選擇順序和并行順序3種。順序設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟如下：（1）分析控制要求，確定輸入、輸出信號(hào)類型；（2）將控制過程分成若干工作步，明確各步的動(dòng)作、轉(zhuǎn)換條件；（3）根據(jù)上述分析過程繪制順序功能圖；（4）根據(jù)順序功能圖，利用順序設(shè)計(jì)指令或輔助繼電器設(shè)計(jì)梯形圖。采用順序設(shè)計(jì)法時(shí)需注意：（1）初始步對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的初始狀態(tài)，每個(gè)順序功能圖需有一個(gè)初始步；（2）步與步之間不能直接相連，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換條件分隔；（3）轉(zhuǎn)換條件與轉(zhuǎn)換條件之間不能直接相連，必須用一個(gè)步分隔。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郝磊.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與技巧[J].內(nèi)江科技,2010，6,95-103.

[2]鄭文杰,靳玉杰,李明.可編程序控制器（PLC）梯形圖的幾種設(shè)計(jì)方法[J].焦作大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,12（4）,41-42.