PLC順序控制梯形圖的設(shè)計方法探討

【摘要】本文以德國西門子公司生產(chǎn)的小型PLC S7-200為例，通過一個工程實例具體地介紹了PLC順序控制梯形圖的三種設(shè)計方法。對比分析表明，使用起保停電路的設(shè)計方法可以應(yīng)用于任意型號的PLC；以轉(zhuǎn)換為中心的設(shè)計方法具有編程簡單、思路清晰等特點，但程序執(zhí)行的時間較長；使用SCR指令的設(shè)計方法，既可減小內(nèi)存占用的空間，又能減少程序的執(zhí)行時間，從而提高PLC的工作效率。三種設(shè)計方法都有其各自特點，在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)控制要求及PLC的不同型號，選用合適的設(shè)計方法。

【關(guān)鍵詞】PLC 順序控制 梯形圖 SCR指令

【中圖分類號】TM571 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）01-0004-02

1.引言

PLC的可靠性高，功能強大，使用方便靈活，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，已成為現(xiàn)代工業(yè)自動控制領(lǐng)域的三大支柱之一。PLC的硬件接線簡單方便，軟件方面主要是程序的設(shè)計。PLC的編程語言國際標準有五種，其中梯形圖是使用最多的PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，具有形象直觀、易學易懂等優(yōu)點，很容易被熟悉繼電器控制的技術(shù)人員掌握。

順序控制是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地、有秩序地進行操作。順序控制設(shè)計法的設(shè)計步驟為：首先，根據(jù)工藝要求，畫出順序功能圖；然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計出梯形圖。順序功能圖（ Sequential Function Chart簡稱SFC）是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是設(shè)計PLC的順序控制程序的主要工具，它主要由步、動作、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件及有向連線組成。本文主要論述如何根據(jù)已畫好的順序功能圖設(shè)計梯形圖。PLC順序控制梯形圖的常用設(shè)計方法有三種：使用起保停電路的設(shè)計法，以轉(zhuǎn)換為中心的設(shè)計法以及使用SCR指令的設(shè)計法。本文以德國西門子公司生產(chǎn)的小型PLCS7-200為例，通過一個具體實例，分別采用以上三種不同的設(shè)計方法將已畫好的順序功能圖設(shè)計成梯形圖，并通過比較分析總結(jié)出三種不同設(shè)計方法的編程思想及各自的特點。

2.順序控制梯形圖三種設(shè)計方法的應(yīng)用舉例

圖1中的兩條運輸帶順序相連，按下啟動按鈕I0.0，Q0.0變?yōu)镺N，2號運輸帶開始運行，10S后Q0.1變?yōu)镺N，1號運輸帶自動起動。按下停止按鈕I0.1，停機的順序與起動的順序剛好相反，間隔時間為8S。

首先，根據(jù)控制要求畫出順序功能圖，如圖2所示，順序功能圖中的各步可以用存儲器位M來代替，這樣在轉(zhuǎn)換成梯形圖的時候比較方便。

M0.0為初始步，是等待起動命令的相對靜止的一個狀態(tài)，用SM0.1的常開觸點作為轉(zhuǎn)換條件，將初始步預置為活動步，每個順序功能圖至少應(yīng)該有一個初始步。當按下啟動按鈕I0.0后，進入到下一步M0.1步，即2號運輸帶起動（Q0.0為ON），同時T37定時器開始定時，定時10S后，T37常開觸點接通，轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)，M0.1步變?yōu)椴换顒硬剑?M0.2步成為活動步，即1號運輸帶也起動（Q0.0、Q0.1都為ON），當按下停止按鈕I0.1，M0.2步變?yōu)椴换顒硬剑M入到下一步（M0.3步變?yōu)榛顒硬剑?號運輸帶停機，2號運輸帶繼續(xù)運行（Q0.0為ON），同時定時器T38開始定時，定時時間為8S，8S后1號運輸帶也停機，將返回到初始步M0.0，等待下一次起動命令，即一個周期結(jié)束。

下面重點介紹將圖2-2所示的順序功能圖用以下三種不同的方法設(shè)計成梯形圖。

2.1使用起保停電路的順序控制梯形圖的設(shè)計方法

設(shè)計起保停電路的關(guān)鍵是找出它的起動條件和停止條件。起動條件為某一步的前級步為活動步且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件。停止條件為該步的后續(xù)步為不活動步。保持條件比較簡單，即用代表各有關(guān)步的存儲器位的常開觸點與起動條件并聯(lián)即可。

圖2中，以M0.1步為例，該步的起動條件是：其前級步M0.0是活動步且轉(zhuǎn)換條件I0.0得到滿足，即將M0.0的常開觸點與I0.0的常開觸點串聯(lián)做為M0.1步的起動條件。M0.1步的停止條件是：其后續(xù)步M0.2為不活動步，即將M0.2的常閉觸點與M0.1的線圈串聯(lián)做為M0.1步的停止條件。M0.1步的保持條件是： M0.1的常開觸點。其它各步的編程方法與M0.1步相同。根據(jù)上述的編程方法，很容易就能將順序功能圖設(shè)計成梯形圖（如圖3所示）。

對于輸出電路的設(shè)計方法要注意以下兩點：1.某一輸出量僅在某一步中為ON，將它的線圈與對應(yīng)步的存儲器位（如M0.2）的線圈并聯(lián)。2.某一輸出在幾步中都為ON，將代表各有關(guān)步的存儲器位的常開觸點并聯(lián)后，驅(qū)動該輸出的線圈。（如M0.1～M0.3的常開觸點并聯(lián)驅(qū)動Q0.0的線圈）。

2.2 以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制梯形圖的設(shè)計方法

以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，將該轉(zhuǎn)換的所有前級步對應(yīng)的存儲器位的常開觸點與轉(zhuǎn)換對應(yīng)的觸點或電路串聯(lián)，用它來控制對后續(xù)步存儲器位的置位（使用置位指令S）和前級步存儲器位的復位（使用復位指令R） 。梯形圖與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴格的對應(yīng)關(guān)系。在順序功能圖中，如果某一轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步并且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件，則轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。

圖2中，以轉(zhuǎn)換I0.0為例，I0.0對應(yīng)的轉(zhuǎn)換滿足的條件有兩個：轉(zhuǎn)換的前級步是活動步且轉(zhuǎn)換條件得到滿足，即用M0.0和I0.0的常開觸點串聯(lián)，再用置位指令將MO.1置位，將M0.0復位。以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，每一個轉(zhuǎn)換對應(yīng)一個置位和復位的電路塊，有幾個轉(zhuǎn)換就有幾個這樣的電路塊。根據(jù)上述的編程方法，將順序功能圖設(shè)計成梯形圖（如圖4所示）。

2.3 使用SCR指令的順序控制梯形圖的設(shè)計方法

為了方便編制復雜的順序控制梯形圖，各種廠家、各種型號的PLC都有順序控制指令，順序控制指令是PLC生產(chǎn)廠家為用戶提供的可使功能圖變成簡單化和規(guī)范化的指令。西門子S7-200PLC提供了4條順序控制指令，即段開始、段轉(zhuǎn)移和段結(jié)束指令。

順序控制繼電器SCR是專門用于編寫順序控制程序的。一個順序控制程序是由若干個SCR段組成的，每一個SCR段都應(yīng)包括段開始SCR、段轉(zhuǎn)換SCRT和段結(jié)束SCRE。每個SCR段對應(yīng)順序控制中的一個功能步。編程時只需把順序功能圖中的M存儲位改成S即可，用SM0.1來使初始步S0.0置位，進入第一個SCR段，當轉(zhuǎn)換條件I0.0滿足時，將轉(zhuǎn)移到下一步（即S0.1步），其它其梯形圖程序如圖5所示。

使用SCR指令的編程方法，是一種專門的順序控制梯形圖的設(shè)計方法。各種廠家、各種型號PLC都有順序控制指令，它是PLC自帶的一種設(shè)計方法。

使用SCR指令編程時應(yīng)注意，不能在不同的程序中使用相同的S位；不能在SCR段之間使用JMP（跳轉(zhuǎn)）和LBL（標號）指令；不能在SCR段中使用FOR、NEXT及END指令。

3.結(jié)束語

通過對以上三種順序控制設(shè)計方法的比較分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）起保停電路僅僅使用與觸點和線圈有關(guān)的指令，可以應(yīng)用于任意型號的PLC。

（2）以轉(zhuǎn)換為中心的設(shè)計方法具有編程簡單、思路清晰等特點。但由于不能將輸出位的線圈與置位指令和復位指令并聯(lián)，致使梯形圖中的語句條數(shù)比較多，程序的執(zhí)行時間稍長一些。

（3）使用SCR指令的編程方法，既可減小內(nèi)存占用的空間，又能減少程序的執(zhí)行時間，從而提高PLC的工作效率。在設(shè)計較復雜的順序控制系統(tǒng)時應(yīng)用十分方便。

以上介紹的三種順序控制梯形圖的設(shè)計方法，每種方法都有其各自的特點，但都比較有規(guī)律、容易掌握。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)控制要求及PLC的不同型號，選用合適的方法就能快速地設(shè)計出較復雜的順序控制梯形圖程序。

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