PLC程序设计创新实践及应用

2016-09-28雷时荣

中国新技术新产品 2016年18期

关键词：梯形图编程语言电路图

雷时荣

（炎黄职业技术学院，江苏淮安 223400）

PLC程序设计创新实践及应用

雷时荣

（炎黄职业技术学院，江苏淮安 223400）

本文精简地说明了《PLC程序设计创新及应用》这一大学生创新实践项目的程序设计方法，对同一控制系统根据继电器电路图用触点指令设计梯形图，再用顺序控制设计法设计梯形图，各种不同编程方法及其不同编程指令的灵活应用。

程序设计；触点指令；顺序控制；SCR指令

PLC的硬件和软件的体系结构都是封闭的。各厂家的PLC编程语言、指令的设置和表达方式互不兼容。本文简明地介绍了同一系统的控制功能如何用不同的梯形图设计实现，同一设计方法又用不同的指令编程。

1.编程语言

IEC61131-3已成为各种工控产品事实上的软件标准，该标准详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言：

（1）Sequential Function Chart（SFC），即顺序功能图。

（2）Ladder Diagram（LD），即梯形图。

（3）Function Block Diagram（FBD），即功能块图。

（4）Instruction List（IL），即指令表。

（5）Structured Text（ST），即结构文本。

5种编程语言之间的关系如图1所示。

顺序功能图高于其他编程语言，用来编制顺序控制程序，提供组织程序的图形方法。

梯形图是用得最多的PLC图形编程语言，与继电器控制系统的电路图相似。梯形图由触点指令、线圈和方框指令组成，起保停电路如图2所示。

S7系列PLC将指令表称为语句表，简称STL。语句表程序由指令组成，起保停电路语句表如下：

LD I0.0

O Q0.0

AN I0.1

= Q0.0

功能块图类似数字逻辑电路，用与门、或门的方框表示逻辑关系，信号从左向右流动。语句表的功能块图如图3所示。

2.编程指令

编写梯形图程序用位逻辑指令，其包括触点指令与堆栈指令（标准触点指令、输出指令、OLD、ALD、LPS、立即触点等）；输出类指令有立即输出（=I）、置位指令S（Set）和复位指令R（Reset）、立即置位（SI）与立即复位（RI）、RS与SR双稳态触发器指令、正负向转换触点和取反触点指令等。定时器指令有TON、TOF、TONR和BITIM OUT等类型；计数器指令有CITIM、CTU、CTD和CTUD指令。

S7的功能指令分为数据比较指令与数据传送指令、移位与循环移位指令、数据转换指令、表格指令和实时时钟指令；数学运算指令分为整数运算指令、浮点数函数运算指令和逻辑运算指令；程序控制指令分为跳转指令和循环指令等。中断程序中有中断指令，分为中断允许指令ENI、禁止中断指令DISI、中断连接指令ATCH、中断分离指令DTCH和清除中断事件CEVNT。还有高速计数器与高速脉冲输出指令、数据块应用与字符串指令。

3.数字量控制系统梯形图设计方法

数字量控制系统有以下3种设计方法：

（1）经验设计法

用继电器电路图的方法设计简单的数字量控制系统。按照被控对象对控制系统的要求，反复修改和完善梯形图，有时需要数次反复地调试和修改梯形图，增加或删除一些中间编程元件和触点，然后进行调试。

（2）继电器电路图设计法

用PLC改造继电器控制系统，根据继电器电路图设计梯形图是一条捷径，电路图中的常开触点即梯形图中的常开触点指令，把继电器电路图“翻译”成梯形图，用PLC的外部硬件接线图和梯形图程序来实现继电器电路的功能。

（3）顺序控制设计法

顺序控制设计法是一种先进的设计方法，根据系统的工艺过程，画出顺序功能图（Sequential function chart，SFC），然后根据顺序功能图画出梯形图。该方法可以使用置位复位指令编程，也可以用SCR指令编程，究竟采用哪种指令由编程者灵活决定。

4.小车自动往返项目

小车自动往返运动控制是一种常用且基础的控制系统，根据继电器电路，用经验设计法设计梯形图，用触点指令编程，完成自动往返控制功能。

5.十字路口交通灯控制系统（图4）

在创新实践项目的实施过程中，学生对十字路口交通灯项目进行了程序设计创新。控制系统的信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

南北红灯亮的时间是25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯亮20s。到20s时，东西绿灯闪烁，闪烁3s后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮2s，2s时间到，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，与此同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮30s。南北绿灯亮的时间是20s，然后闪烁3s后熄灭。同时南北黄灯亮2s后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。以此控制功能为目标循环运行。

本项目组分别用定时器指令、起保停指令（经验设计法）、置位复位指令、SCR指令和比较指令4种不同的方法编程，实现相同的控制功能。限于篇幅，各种不同编程方法完成的程序设计创新在此不展示。