田程 張雨生 青島工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院

1 概述

1.1 可編程控器概述

可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，其應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。同時(shí)PLC仍然處于不斷發(fā)展之中，其功能不斷增強(qiáng)，更為開放，它不但是單機(jī)自動(dòng)化中應(yīng)用最廣的控制設(shè)備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也占有不可動(dòng)搖的地位。其中的S7-200PLC具有極高的可靠性、豐富的指令集和內(nèi)置的集成功能、強(qiáng)大的通信能力和品種豐富的擴(kuò)展模塊。PLC可以單機(jī)運(yùn)行，用于代替繼電器控制系統(tǒng)，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。S7-200以其極高的性價(jià)比，在國(guó)內(nèi)占有很大的市場(chǎng)份額。

1.2 梯形圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

梯形圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，通過不斷地修改梯形圖而得到最適宜的控制方案。這種方法沒有普遍的規(guī)律可尋，具有很大的試探性和隨意性，最后的設(shè)計(jì)結(jié)果不是唯一的。

1.3 順序控制設(shè)計(jì)法

順序控制設(shè)計(jì)法，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地、有序地進(jìn)行操作。在使用順序控制設(shè)計(jì)法時(shí)，首先根據(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。其中的順序功能圖是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能特性的一種圖形，并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，是一種通用技術(shù)語(yǔ)言。

2 交通燈程序設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

第一，啟動(dòng)開關(guān)接通后，系統(tǒng)開始正常工作，東西方向紅燈和南北方向綠燈常亮10s；第二，10s過后，東西方向紅燈變?yōu)闁|西方向黃燈，與南北方向綠燈閃亮5s；第三，閃亮過后，東西方向綠燈和南北方向紅燈常亮10s；第四，10s過后，南北方向紅燈變?yōu)槟媳狈较螯S燈，與東西方向綠燈閃亮5s；第五，在沒有接通停止開關(guān)時(shí)，重復(fù)以上動(dòng)作。

2.2 I/O口分配

數(shù)目 符號(hào) 地址1啟動(dòng)開關(guān) I0.0 2 停止開關(guān) I0.1 3東西方向紅燈 Q0.0 4東西方向黃燈 Q0.1 5東西方向綠燈 Q0.2 6南北方向紅燈 Q0.3 7南北方向黃燈 Q0.4 8南北方向綠燈 Q0.5

3 交通燈程序設(shè)計(jì)

3.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

3.1.1 梯形圖

3.1.2 程序說明

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法通過接通延時(shí)定時(shí)器與比較指令的綜合應(yīng)用，滿足了交通燈的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)(I0.0)接通時(shí)，通過啟動(dòng)-保持-停止程序，使中間繼電器M0.0線圈上電，同時(shí)常開觸點(diǎn)M0.0閉合，系統(tǒng)開始正常動(dòng)作，當(dāng)停止開關(guān)（I0.1）接通時(shí)，線圈M0.0掉電，同時(shí)觸點(diǎn)M0.0保持常開狀態(tài)，系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)；

由設(shè)計(jì)要求可知交通燈一個(gè)工作周期為30s，所以可以用接通延時(shí)定時(shí)器T37，并預(yù)設(shè)30s時(shí)間，在沒有停止開關(guān)（I0.1）接通的情況下,30s后的T37線圈動(dòng)作，同時(shí)使常閉觸點(diǎn)T37斷開，將T37復(fù)位，同時(shí)又開啟下一個(gè)工作周期。

通過各導(dǎo)線上的比較觸點(diǎn)，引導(dǎo)能流在相應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)接通各個(gè)線圈，并動(dòng)作。其中SM0.5是特殊存儲(chǔ)器位，提供ON/OFF個(gè)0.5s、周期為1s的時(shí)鐘脈沖，為交通燈閃亮指令。

3.2 順序控制設(shè)計(jì)法

3.2.1 順序功能圖

3.2.2 順序功能圖說明

SM0.1位特殊存儲(chǔ)器位，僅在首次掃描時(shí)為ON，可以用于初始化。T37,T38,T39,T40為接通延時(shí)定時(shí)器，其中T37與T39的預(yù)設(shè)值為10s，T38 與 T40 的預(yù)設(shè)值為 5s。M0.0,M0.1,M0.2,M0.3,M0.4為中間繼電器，在順序功能圖中代表步。I0.0,I0.1,T37,T38,T39,T40為每一步的轉(zhuǎn)換條件，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件的前級(jí)步為活動(dòng)步，轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，則下一步為活動(dòng)步，前級(jí)步變?yōu)椴换顒?dòng)步。

開始時(shí)，SM0.1將M0.0置為活動(dòng)步，后級(jí)步置為不活動(dòng)步。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)（I0.0）接通時(shí)，M0.1為活動(dòng)步，M0.0位為不活動(dòng)步，同時(shí)Q0.0與Q0.5上電，T37開始定時(shí)；10s后，滿足轉(zhuǎn)換條件，常開觸點(diǎn)T37閉合，M0.2為活動(dòng)步，M0.1為不活動(dòng)步，同時(shí) Q0.1與 Q0.5上電，T38開始定時(shí)；5s后，滿足轉(zhuǎn)換條件，常開觸點(diǎn)T38閉合，M0.3為活動(dòng)步，M0.2為不活動(dòng)步，同時(shí)Q0.2與Q0.3上電，T39開始定時(shí)；10s后，滿足轉(zhuǎn)換條件，常開觸點(diǎn)T39閉合，M0.4為活動(dòng)步，M0.3為不活動(dòng)步，同時(shí)Q0.2與Q0.4上電，T40開始定時(shí)；5s后，滿足轉(zhuǎn)換條件，常開觸點(diǎn)T40閉合，M0.1位活動(dòng)步，M0.4為不活動(dòng)步，再進(jìn)入下一個(gè)工作周期。在上述工作周期內(nèi)，任意時(shí)刻接通停止開關(guān)（I0.1）,均可使前級(jí)步為不活動(dòng)步，使M0.0為活動(dòng)步，從而使系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)。

通過順序功能圖可以很方便的轉(zhuǎn)化為梯形圖，其中交通燈閃爍也是由特殊存儲(chǔ)器位SM0.5指令實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)同一個(gè)控制任務(wù)運(yùn)用不同的控制方法，可以充分體現(xiàn)出工業(yè)控制的方法多樣性。順序控制設(shè)計(jì)方法是一種先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，適用于對(duì)復(fù)雜控制方案的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)PLC控制程序時(shí)，應(yīng)該首先使用順序控制設(shè)計(jì)方法，提高工作效率。但順序控制設(shè)計(jì)方法的先進(jìn)性并不代表它的簡(jiǎn)潔性。從上述例子可以看出，通過順序功能圖轉(zhuǎn)換而來的梯形圖需要15個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，只需4個(gè)網(wǎng)絡(luò)，比順序控制設(shè)計(jì)法更加簡(jiǎn)潔。