用“经验设计法”编写 PLC 梯形图程序

用“经验设计法”编写PLC 梯形图程序宁波技师学院电气系王柏华
一、经验设计法简介
梯形图程序设计是可编程控制器应用中最关键的问题,PLC 梯形图程序设计常用方法有: 经验设计法、顺序控制设计法和逻辑代数设计法等。

PLC 梯形图程序用“经验设计法”编写, 是沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图, 即在某些典型电路的基础上, 根据被控对象对控制系统的具体要求, 不断地修改和完善梯形图。

有时需要多次反复地进行调试和修改梯形图, 不断地增加中间编程元件和辅助触点, 最后才能得到一个较为满意的结果。

因此, 所谓的经验设计法是指利用已经的经验( 一些典型的控制程序、控制方法等), 对其进行重新组合或改造, 再经过多次反复修改, 最终得出符合要求的控制程序。

这种设计方法没有普遍的规律可以遵循, 具有很大的试探性和随意性, 最后的结果也不是唯一的, 设计所用的时间、设计质量与设计者的经验有很大的关系, 因此有人就称这种设计方法为经验设计法, 它是其他设计方法的基础, 用于较简单的梯形图程序设计。

用经验设计法编程, 可归纳为以下四个步骤:
(1) 控制模块划分( 工艺分析) 。

在准确了解控制要求后, 合理地对控制系统中的事件进行划分, 得出控制要求有几个模块组成、每个模块要实现什么功能、因果关系如何、模块与模块之间怎样联络等内容。

划分时, 一般可将一个功能作为一个模块来处理, 也就是说, 一个模块完成一个功能。

(2) 功能及端口定义。

对控制系统中的主令元件和执行元件进行功能定义、代号定义与I/O 口的定义( 分配), 画出I/O 接线图。

对于一些要用到的内部元件, 也要进行定义, 以方便后期的程序设计。

在进行定义时, 可用资源分配表的形式来进行合理安排元器件。

(3) 功能模块梯形图程序设计。

根据已划分的功能模块, 进行梯形图程序的设计, 一个模块, 对应一个程序。

这一阶段的工作关键是找到一些能实现模块功能的典型的控制程序, 对这些控制程序进行比较, 选择最佳的控制程序( 方案选优), 并进行一定的修改补充, 使其能实现所需功能。

这一阶段可由几个人一起分工编写程序。

(4) 程序组合, 得出最终梯形图程序。

对各个功能模块的程序进行组合, 得出总的梯形图程序。

组合以后的程序, 它只是一个关键程序, 而不是一个最终程序( 完善的程序), 在这个关键程序的基础上, 需要进一步的对程序进行补充、修改。

经过多次反复的完善, 最后要得出一个功能完整的程序。

因此, 在程序组合时, 一方面要注意各个功能模块组合的先后顺序; 二是要注意各个功能模块之间
的联络信号; 三是要注意线圈之间的联锁( 互锁) 信号; 最后不要忘了程序结束时要有程序结束指令。

二、典型控制程序介绍
1. 点动控制
工作原理如图 1 所示。

X001 闭合,Y001 得电;X001 断开,Y001 失电。

2. 起停控制( 连续运行控制)
工作原理如图 2 所示。

图2(a) 、图2(b):X001 闭合,Y001 得电, 并自锁;X002 断开,Y001 失电。

图2(c):X001 闭合,Y001 置1;X002 闭合,Y001 复位( 注意: 当X001 和X002 同时闭合时,RST 指令优先执行) 。

3. 点动和连续运行控制程序
工作原理如图 3 所示。

连续运行:X001 闭合,M0 得电并自锁,M0 常开闭合,Y001 得电;X002 断开,M0 失电,M0 常开断开,Y001 失电。

点动:X003 闭合,Y001 得电;X003 断开,Y001 失电。

4. 顺序控制程序
工作原理如图 4 所示。

图4(a) 顺起逆停:
启动:X001 闭合,Y001 得电,X003 闭合,Y002 得电;
停止:X004 断开,Y002 失电,X002 断开,Y001 失电。

即启动时,Y001 先得电, 然后Y002 才能得电; 停止时,Y002 先失电, 然后Y001 才能失电, 实现了顺序启动逆向停止的功能。

图4(b) 自动控制:
启动:X001 闭合,Y001 得电,T1 得电, 延时5S 后,Y002 得电;
停止:X002 断开,Y001 、Y002 及T1 全部失电。

实现了自动顺序起动控制。

5.Y- △降压启动控制程序
控制程序如图 5 所示。

启动:X001 闭合,Y001 得电并自锁,T1 得电, 延时5S;Y001 常开闭合,Y002 得电;T1 延时时间到,T1 常闭断开,Y002 失电;T1 常开闭合,Y003 得电。

停止:X002 断开,Y001 、Y003 及T1 失电。

因此启动时Y001 和Y002 得电, 延时5s 后,Y001 和Y003 得电, 实现了星三角降压起动( 实际就是一个顺序控制) 。

这种典型的控制程序非常多, 需要平时多看、多想、多记, 掌握的程序越多, 对用“经验设计法”设计PLC 梯形图的帮助就越大。

三、例题分析
1. 控制要求
某设备要实现一个报警控制功能, 当报警信号成立(BJ=ON) 时, 一方面蜂鸣器鸣叫, 另一方面, 警灯闪烁, 闪烁方式为: 亮2s, 灭1s, 警灯闪烁10 次后, 自动停止报警。

2. 设计步骤
(1) 功能模块划分。

从控制要求分析可知, 报警的条件是报警信号(BJ) 成立, 而当报警信号成立后, 要实现三个功能, 即:
①蜂鸣器鸣叫功能: 当BJ=ON 时, 立即进行鸣叫( 长音) 。

②警灯闪烁功能: 当BJ=ON 时, 立即闪烁, 亮2s, 灭1s 。

③自动停止报警功能: 警灯闪烁10 次后自动停止报警。

进一步分析可知, 功能模块之间还具有相互联系, 即蜂鸣器和警灯是在BJ=ON 时同时开始工作的; 在警灯闪烁10 次后, 蜂鸣器和警灯同时停止工作。

(2) 功能及端口定义。

主要完成PLC 资源的分配及I/O 口接线图。

①PLC 资源分配。

②I/O 口接线图如图6 所示。

3. 功能模块梯形图程序设计
功能模块梯形图程序设计, 就是设计各个功能的单独控制程序( 程序段), 这些程序在设计时, 往往采用典型的控制程序再加以一定的修改来获得。

(1) 蜂鸣器鸣叫功能程序设计: 由分析可知, 该程序是一个典型的启停控制电路, 根据经验, 可直接画出其梯形图, 如图7 所示。

停止信号先空着, 在程序组合时再进行处理。

(2) 警灯闪烁功能程序设计: 由分析可知, 该控制程序其实就是一个振荡电路, 可用两个定时器来实现。

警灯闪烁与蜂鸣器是同时开始工作的, 所以可用蜂鸣器的驱动输出线圈Y001 作为警灯闪烁开始的信号, 这样可省掉一个警灯闪烁自锁电路( 读者可自行分析), 设计后的梯形图如图8 所示。

(3) 自动停止报警功能程序设计: 由控制要求可知, 当警灯闪烁10 次后实现自动停止报警, 因此, 可用一个计数器对警灯的驱动输出线圈Y002 进行计数, 当计到10 次时, 实现自动停止报警功能。

当一次报警结束后, 需要对计数器进行复位, 在此可用报警信号来实现( 即在报警前先对计数器进行复位), 为了防止报警信号的闭合时间超过警灯闪烁的周期而使警灯闪烁次数超过10 次( 读者可自行分析原因), 需对报警信号进行一定的处理后才可用于计数器的复位, 设计后的梯形图
如图9 所示。

4. 最终梯形图程序
将以上设计的三个功能模块程序进行组合, 并加上一些必要的联锁, 再经过一定的修改, 即可得到符合设计要求的梯形图程序了, 如图10 所示。

四、小结
用“经验设计法”编写PLC 梯形图, 关键还在于对基本控制程序的掌握量和灵活的应用, 因此, 在平时的工作、学习中, 要多积累这方面的电路、控制程序。

用“经验设计法”设计PLC 梯形图, 得出的程序往往不是单一, 可经过优化的方法, 得出最优控制程序, 应用到实际控制系统中去。