可編程控制器梯形圖的設計方法

摘要： 本文分析了梯形圖設計的若干方法，并指出了每種方法的特點。

關鍵詞： 可編程控制器 梯形圖 邏輯代數

引言

可編程控制器是將繼電器控制的概念和設計思想與計算機技術及微電子技術相結合而形成的專門從事邏輯控制的微機系統。在PLC系統應用中，梯形圖的設計是最主要的問題。梯形圖不但沿用和發展了電氣控制技術，而且其功能和控制指令已遠遠超過電氣控制范疇。它不僅可實現邏輯運算，還具有算術運算、數據處理、聯網通信等功能，是具有工業控制指令的微機系統。由于梯形圖的設計是計算機程序設計與電氣控制設計思想結合的產物，因此，其在設計方法上與計算機程序設計和電氣控制設計既有著相同點，也有著不同點。本文對開關量控制系統梯形圖的設計，提出了四種常用方法。

一、替代設計法

所謂替代設計法，就是用PLC機的程序，替代原有的繼電器邏輯控制電路。它的基本思想是：將原有電氣控制系統輸入信號及輸出信號做為PC的I/O點，原來由繼電器—接觸器硬件完成的邏輯控制功能由PLC機的軟件——梯形圖及程序替代完成。例如，電動機正反轉控制電路、原電氣控制線路圖如圖一所示。由PLC控制替代后，其梯形圖如圖二所示。

圖二PLC設計梯形圖這種方法，其優點是程序設計方法簡單，有現成的電氣控制線路作依據，設計周期短。一般在

舊設備電氣控制系統改造中，對于不太復雜的控制系統常采用。

二、邏輯代數設計法

由于電氣控制線路與邏輯代數有一一對應的關系，因此對開關量的控制過程可用邏輯代數式表示、分析和設計。

基本設計步驟如下：

1.根據控制要求列出邏輯代數表達式。

2.對邏輯代數式進行化簡。

3.根據化簡后的邏輯代數表達式畫梯形圖。

下面舉一簡單例子來具體說明：

某一電動機只有在三個按鈕中任何一個或任何兩個動作時，才能運轉，而在其他任何情況下都不運轉，試設計其梯形圖。

將電動機運行情況由PLC輸出點Y0來控制，三個按鈕分別對應PLC輸入地址為X1、X2、X3；根據題意，三個按鈕中任何一個動作，PLC的輸出點Y0就有輸出。其邏輯代數表達式為三個變量中任一或二個為“1”時，輸出點Y0為“1”；其邏輯代數表達式為Y0=(X1+X2+X3)*( + + )，簡化該式得Y0=X1( + )+ (X2+X3)。

根據邏輯代數表達式，畫梯形圖，如圖三所示。圖三利用這種方法設計，最大的特點是可以把很多的邏輯關系最簡化。

當然，出于可靠和安全性角度考慮的冗余設計是另外一個問題。

三、程序流程圖設計法

PLC采用計算機控制技術，其程序設計同樣可遵循軟件工程設計方法，程序工作過程可用流程圖表示。由于PC的程序執行為循環掃描工作方式，因而與計算機程序框圖不同點是，PLC程序框圖在進行輸出刷新后，再重新開始輸入掃描，循環執行。

下面以電動機自動往返控制為例，說明這種設計方法的應用。

首先畫出電動機自動往返工藝流程圖，如圖四所示。

接著，根據流程圖，設計梯形圖，如圖五所示。

四、功能模塊設計法

根據模塊化設計思想，可對系統按控制功能進行模塊劃分，依次對各控制的功能模塊設計梯形圖。

例如，在PLC電梯控制系統中，對電梯控制按功能可分為：廳門開關控制模塊，選層控制模塊，電梯運行控制模塊，呼梯顯示控制模塊等。按電梯功能進行梯形圖設計，可使電梯相同功能的程序集中在一起，程序結構清晰，便于調試，還可以根據需要靈活增加其他控制功能。

當然，在設計中要注意模塊之間的互相影響時、時序關系，以及聯鎖指令的使用條件。同一種控制功能可有不同的軟件實現方法，應根據具體情況采用簡單實用的方案，并應充分合理利用不同機型所提供的編程指令，使程序盡量簡潔。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”