于濤 劉海華

摘要：簡要介紹了邏輯設(shè)計法及其在PLC開關(guān)量程序控制系統(tǒng)編程中的應(yīng)用。以四組搶答器控制系統(tǒng)為例，詳細描述了邏輯設(shè)計法應(yīng)用于工程實踐的具體設(shè)計步驟。

關(guān)鍵詞：邏輯設(shè)計法;PLC;狀態(tài)轉(zhuǎn)換表;邏輯表達式

0 ? ?引言

PLC是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，它將繼電控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融于一體，具有控制功能強大、使用靈活方便、易于擴展、環(huán)境適應(yīng)性好等一系列優(yōu)點，主要應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制、步進控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。本文從工程應(yīng)用的角度出發(fā)簡要介紹邏輯設(shè)計法在PLC編程中的應(yīng)用。

1 ? ?邏輯設(shè)計法

邏輯設(shè)計方法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)，它是從傳統(tǒng)的繼電器邏輯設(shè)計方法繼承而來的，經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M，適合于PLC應(yīng)用程序設(shè)計的一種方法。它的基本設(shè)計思想是：控制過程由若干個狀態(tài)組成，每個狀態(tài)都是由接收了某個主令信號而建立，各記憶元件用于區(qū)分各狀態(tài)，并構(gòu)成執(zhí)行元件的輸入變量;正確地寫出各中間記憶元件邏輯函數(shù)式和執(zhí)行元件的邏輯函數(shù)式，也就完成了邏輯設(shè)計的主要任務(wù)。邏輯設(shè)計法主要適用于單一順序問題的程序設(shè)計。

2 ? ?邏輯設(shè)計法的編程步驟

邏輯設(shè)計法適合于設(shè)計開關(guān)量控制程序，它是對控制任務(wù)進行邏輯分析和綜合，將元件的通、斷電狀態(tài)視為觸點通、斷狀態(tài)，作為邏輯變量的邏輯函數(shù)，利用PLC邏輯指令設(shè)計出滿足要求且較為簡練的程序。

邏輯設(shè)計法的設(shè)計步驟如下：

（1）通過工藝過程分析，明確控制系統(tǒng)要求。繪制工作循環(huán)輸入/輸出設(shè)備與PLC的I/O地址分配表。

（2）編制控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。通常它由輸出信號狀態(tài)表、輸入信號狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令表及中間記憶狀態(tài)表4個部分組成。狀態(tài)轉(zhuǎn)換表全面、完整地展示了系統(tǒng)各部分、各時刻的狀態(tài)和狀態(tài)之間的聯(lián)系及轉(zhuǎn)換，是進行系統(tǒng)分析和設(shè)計的有效工具。

（3）根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表進行控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計，包括寫中間記憶元件的邏輯表達式和執(zhí)行元件的表達式。

（4）將邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)化為PLC梯形圖或語句表形式。

（5）程序的完善和補充。根據(jù)設(shè)計要求，對控制程序中無法用邏輯狀態(tài)表或邏輯表達式描述的過程進行補充和完善，如手動工作方式、自動工作循環(huán)及電氣保護措施等。

3 ? ?邏輯編程的運用舉例

根據(jù)以上介紹的邏輯設(shè)計法編程步驟，以四組搶答器控制系統(tǒng)為例，介紹邏輯設(shè)計法在開關(guān)量程序控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

3.1 ? ?明確搶答器操作系統(tǒng)控制要求，繪制工作循環(huán)輸入/輸出設(shè)備與PLC的I/O地址分配表

3.1.1 ? ?搶答器操作系統(tǒng)組成及搶答流程規(guī)定

搶答器操作系統(tǒng)由兩個部分組成，分別為控制臺和選手搶答臺?？刂婆_設(shè)有指示燈、蜂鳴器、開始和復(fù)位控制按鈕;搶答臺設(shè)有分臺指示燈和搶答按鈕。在控制臺按下開始按鈕后選手開始搶答，如12 s時間到還沒有搶答，搶答器將發(fā)出搶答時間到信號。如果在按下開始按鈕前出現(xiàn)搶答，則搶答選手的臺位指示燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲響，以此可以確定搶答選手的臺位。按復(fù)位按鈕后可重新開始比賽。燈光及音響信號的表達方式是這樣規(guī)定的：

（1）蜂鳴器響及分臺燈亮表示正常搶答;

（2）蜂鳴器響及控制臺燈亮表示無人應(yīng)答;

（3）在一個題目回答結(jié)束后，控制臺按下復(fù)位按鈕，搶答器恢復(fù)原始狀態(tài)，等待第二輪搶答。

為了使臺位指示燈在答題時仍然顯示，需要采用自鎖電路;此外，為了避免蜂鳴器一直鳴叫，需要設(shè)計點動控制和定時控制。

3.1.2 ? ?系統(tǒng)設(shè)計設(shè)備選擇

根據(jù)輸入/輸出信號類型和數(shù)量，PLC以西門子S7-200為例，選用CPU222 DC/DC/DC（24 V直流電源/24 V直流輸入/晶體管輸出）。

四組搶答器PLC的I/O端連接圖如圖1所示。

按照PLC的接線圖，列出了輸入/輸出設(shè)備及PLC的I/O地址分配表，如表1所示。

3.2 ? ?編制控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表2所示。

3.3 ? ?輸入/輸出邏輯表達式

根據(jù)表2所描述的邏輯關(guān)系，得到輸入/輸出邏輯表達式，即：

Q0.0=I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.1=I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.2= I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.3= I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

3.4 ? ?將邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)化為PLC梯形圖并完善和補充

按控制要求，根據(jù)邏輯表達式并補充控制臺和蜂鳴器控制程序，得到四組搶答器控制系統(tǒng)梯形圖，如圖2所示。

4 ? ?結(jié)語

用戶程序的編制需要使用PLC生產(chǎn)廠商提供的編程語言，各個PLC生產(chǎn)制造廠商提供的PLC編程語言各自獨立，不能互用，但其基本的編程方法是相通的。隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的普及，PLC在實際工作中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，對于工程技術(shù)人員而言，掌握更多的編程方法和應(yīng)用技巧具有積極的作用。

[參考文獻]

[1] 李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用（西門子系列）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

收稿日期：2020-02-17

作者簡介：于濤（1986—），男，江蘇濱海人，助理工程師，主要從事設(shè)備管理工作。

通信作者：劉海華（1963—），男，廣東連平人，高級工程師，主要從事工程項目管理工作。