常芳

【摘 要】梯形圖是PLC程序設(shè)計(jì)中使用最多的語言，被稱為PLC的第一編程語言，對初學(xué)者來說，往往感覺到困難。本文以三菱FX系列PLC對開關(guān)量控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)為例，提出了幾種常用方法，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】PLC；梯形圖；設(shè)計(jì)方法

【中圖分類號(hào)】TP273 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2095-3089（2019）03-0008-02

傳統(tǒng)繼電接觸器控制由于其系統(tǒng)運(yùn)行通用性和靈活新較差，其使用、調(diào)試?yán)щy；隨著電子技術(shù)的和控制理論的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)繼電接觸器控制就不能滿足現(xiàn)代的自動(dòng)控制要求。這就出現(xiàn)了控制精度高，靈活方便，而得到廣泛的應(yīng)用的PLC。在PLC的使用過程中，程序設(shè)計(jì)是主要問題。而程序設(shè)計(jì)中，使用最多的是梯形圖編程語言，對于梯形圖的設(shè)計(jì)初學(xué)者往往感覺到困難。本文以三菱FX系列PLC對開關(guān)量控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)，提出了幾種常用方法。

一、梯形圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法需要設(shè)計(jì)者掌握大量的典型電路，在掌握這些典型電路的基礎(chǔ)上，充分理解實(shí)際的控制問題，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，將實(shí)際控制問題分解成典型控制電路，憑經(jīng)驗(yàn)選擇基本環(huán)節(jié)，并把它們有機(jī)地組合起來。其設(shè)計(jì)過程是逐步完善的，一般不易獲得最佳方案，程序初步設(shè)計(jì)后，還需反復(fù)調(diào)試、修改和完善，直至滿足被控對象的控制要求?；驹O(shè)計(jì)方法步驟如下：

1.了解和熟悉生產(chǎn)機(jī)械的工藝過程和機(jī)械的動(dòng)作情況，分析控制要求，選擇控制原則。

2.設(shè)計(jì)主令元件和檢測元件，確定PLC輸入輸出設(shè)備（I/O）。

3.設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的控制程序。

4.檢查修改和完善程序。

例如三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，用PLC經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)，其I/O接線圖如圖1所示，梯形圖如圖2所示。

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法沒有普遍的規(guī)律可遵循，具有很強(qiáng)的試探性和隨意性，沒有規(guī)律可循，設(shè)計(jì)最終結(jié)果并不是唯一的，設(shè)計(jì)所花的時(shí)間、設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系。

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法適合于具有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、對典型單元比較熟悉的設(shè)計(jì)人員，進(jìn)行較簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如果用來設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)，則存在考慮不周，設(shè)計(jì)麻煩，設(shè)計(jì)周期長、梯形圖的可讀性差，系統(tǒng)維護(hù)困難的問題。

二、梯形圖邏輯設(shè)計(jì)法

工業(yè)電氣控制線路中，有不少都是通過繼電器、接觸器等電氣元件來實(shí)現(xiàn)的。而繼電器、接觸器的觸點(diǎn)都只有兩種狀態(tài)即吸合和斷開，因此，可以類似計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制碼來表示這個(gè)過程，如取“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)電氣控制線路是完全可以的。PLC的早期應(yīng)用就是代替繼電接觸器控制系統(tǒng)，因此用邏輯設(shè)計(jì)方法同樣也可以使用PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。基本設(shè)計(jì)方法步驟如下：

1.通過分析控制要求，明確控制任務(wù)和控制內(nèi)容。

2.確定PLC的軟元件（輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、輔助繼電器M和定時(shí)器T等），畫出PLC的外部接線圖。

3.將控制任務(wù)、要求轉(zhuǎn)換為邏輯函數(shù)（線圈）和邏輯變量（觸點(diǎn)），分析觸點(diǎn)與線圈的邏輯關(guān)系，列出真值表。

4.寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式。

5.根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式畫出梯形圖。

6.優(yōu)化梯形圖。

比如，某召喚站的召喚指示燈，只有在三個(gè)召喚開關(guān)中任何一個(gè)或任何兩個(gè)動(dòng)作時(shí)，召喚指示燈才能亮，而在其他任何情況下都不亮。召喚指示燈由PLC輸出繼電器Y0來控制，三個(gè)召喚開關(guān)分別對應(yīng)PLC輸入地址為 X0 、 X1 、 X2 。三個(gè)召喚開關(guān)中任何一個(gè)操作Y0有輸出的邏輯代數(shù)表達(dá)式為Y0=X0X1X2+X0X1X2+X0X1X2；三個(gè)召喚開關(guān)中任何兩個(gè)操作Y0有輸出的邏輯代數(shù)表達(dá)式為Y0=X0X1X2+X0X1X2+X0X1X2；因兩個(gè)條件是“或”關(guān)系，所以召喚指示燈Y0輸出的條件是：Y0=X0（X1+X2）+X0（X1+X2）。根據(jù)邏輯代數(shù)表達(dá)式，畫梯形圖。如圖3所示。

利用這種方法設(shè)計(jì)，最大的特點(diǎn)是可以把很多的邏輯關(guān)系最簡化。一般用在局部或具體功能的程序設(shè)計(jì)上。

三、梯形圖順序控制設(shè)計(jì)法

順序控制設(shè)計(jì)法最基本的思想是按照生產(chǎn)工藝規(guī)定將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期的劃分為若干個(gè)順序相連的階段。使用順序控制設(shè)計(jì)法時(shí)，首先要根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖。主要有以下四個(gè)步驟：

1.劃分步。

2.確定轉(zhuǎn)換條件。

3.繪制順序控制流程（功能）圖（SFC）。

4.將順序控制流程（功能）圖轉(zhuǎn)換為梯形圖（LAD）。

例如酒店的自動(dòng)門控制系統(tǒng)。當(dāng)人靠近自動(dòng)門時(shí)，傳感器X0檢測到有人時(shí)，Y0驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)快速開門，碰到開門減速開關(guān)X1時(shí)，變?yōu)槁匍_門。碰到開門極限開關(guān)X2時(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，開始延時(shí)。若在1S內(nèi)感應(yīng)器檢測到無人，Y2起動(dòng)電動(dòng)機(jī)快速關(guān)門。碰到關(guān)門減速開關(guān)X3時(shí)，改為慢速關(guān)門，碰到關(guān)門極限開關(guān)X4時(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。在關(guān)門期間若傳感器檢測到有人，停止關(guān)門，T1延時(shí)1S后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為快速開門。其控制流程如圖4所示，轉(zhuǎn)換后的梯形圖如圖5所示。

這種設(shè)計(jì)方法很容易被初學(xué)者接受，對于有經(jīng)驗(yàn)的工程師，也會(huì)提高設(shè)計(jì)的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。PLC為順序控制系統(tǒng)的程序編制提供了大量通用和專用的編程元件，開發(fā)了專門供編制順序控制程序用的功能表圖。

四、模塊設(shè)計(jì)法

模塊設(shè)計(jì)法是在設(shè)計(jì)時(shí)，將程序被分為不同的邏輯塊，每個(gè)塊包含了完成部分控制任務(wù)所需的邏輯指令。主程序中的指令決定在什么情況下調(diào)用哪一個(gè)塊，功能和子程序用來完成不同的過程任務(wù)。被調(diào)用的塊執(zhí)行完后，返回到主程序的調(diào)用點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行子程序。

模塊化設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)對一個(gè)項(xiàng)目編程。由于只在需要時(shí)執(zhí)行相關(guān)的指令，因此提高了CPU的執(zhí)行效率。

例如，在飲料灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，對飲料灌裝生產(chǎn)線控制按功能可分為：清洗模塊，灌裝模塊，上蓋模塊等。按飲料灌裝生產(chǎn)線功能進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)，可使飲料灌裝生產(chǎn)線相同功能的程序集中在一起，程序結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試，還可以根據(jù)需要靈活增加其他控制功能。

當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中要注意模塊之間的互相影響時(shí)、時(shí)序關(guān)系，以及聯(lián)鎖指令的使用條件。同一種控制功能可有不同的軟件實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)根據(jù)具體情況采用簡單實(shí)用的方案，并應(yīng)充分利用不同機(jī)型所提供的編程指令，使程序盡量簡潔。

五、結(jié)束語

本文介紹了PLC梯形圖的四種設(shè)計(jì)方法，除此之外，還有其他一些方法，繼電接觸器控制電路轉(zhuǎn)換法。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對不同的環(huán)節(jié)，可根據(jù)具體情況，采用不同的設(shè)計(jì)方法。通常在全局上采用順序控制設(shè)計(jì)及功能模塊方法設(shè)計(jì)；在舊設(shè)備改造中，采用繼電接觸器控制電路轉(zhuǎn)換法；在局部或具體功能的程序設(shè)計(jì)上，采用邏輯代數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)法。但是，不管采用哪種方法，都應(yīng)當(dāng)遵循梯形圖中的語法規(guī)定，盡量減少PLC的輸入和輸出信號(hào)，使程序簡單化。為安全起見，除PLC內(nèi)部進(jìn)行聯(lián)鎖外，還應(yīng)在外部設(shè)置硬件聯(lián)鎖以及必要的其它保護(hù)措施。

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