PLC程序設計方法綜述

李英輝

摘要：PLC常用的設計方法包括邏輯設計法、轉換設計法、時序設計法、經驗設計法和順序設計法等5種設計方法，不同的應用場合可以使用其中的一種或多種設計方法。本文介紹了PLC各設計方法的步驟，通過對比分析總結各設計方法的優缺點及設計技巧。

關鍵詞：PLC；邏輯設計法；轉換設計法；時序設計法；經驗設計法；順序設計法可編程序控制器（PLC）是以自動控制技術、微計算機技術和通信技術為基礎發展起來的新一代工業控制裝置[1]。PLC具有可靠性高、體積小、適應性強、維護方便及編程簡單等特點，現已經成為現代制造工業四大支柱之一。PLC控制系統設計中梯形圖是最關鍵要素。梯形圖是一種形象化的編程語言，它沿用了繼電器控制電路的形式，又將計算機程序設計思想融入其中，因此，在設計方法上與計算機程序設計和電氣控制設計有相似之處，但也有不同點[2]。PLC常用的設計方法有邏輯設計法、轉換設計法、時序設計法、經驗設計法和順序設計法等5種設計方法，不同的應用場合可以使用其中的一種或多種設計方法。下面分別介紹各種設計方法的定義、步驟、特點及技巧，以便設計者根據實際需要選擇合適的設計方法。

1邏輯設計法

邏輯設計法是對控制系統進行邏輯分析和綜合，將元件的通斷狀態視為以觸點通斷狀態為邏輯變量的邏輯函數，再經過函數化簡，最后利用PLC邏輯指令設計的方法。邏輯設計法常用于組合邏輯設計，其關鍵是根據邏輯表達式的邏輯關系將輸入、輸出量進行串并聯組合。其設計步驟如下：（1）明確控制任務和要求，給輸入、輸出元件分配I/O資源；（2）根據控制過程分析，畫出邏輯真值表；（3）列寫邏輯表達式，并根據公式化簡；（4）將化簡后的邏輯表達式用PLC內部資源和指令進行設計。邏輯設計法的設計思路清晰，所編寫的程序易于優化，因此廣泛應用于簡單的控制系統中，如電動機的多點控制和順序控制等。

2轉換設計法

轉換設計法就是將電氣控制系統轉換成PLC控制系統的方法。這種轉換是一種簡便的編程方法，常用在生產設備升級改造中，如電動機降壓啟動控制電路改造中。其設計步驟如下：（1）根據電氣原理圖分析控制系統工作過程；（2）確定PLC輸入、輸出信號，畫出PLC的外部硬件接線圖；（3）確定PLC梯形圖中的輔助繼電器和定時器編號；（4）根據上述對應關系設計PLC梯形圖，并進一步優化使梯形圖滿足合理性、條理性和可靠性。設計時需遵循以下原則：（1）接觸器、電磁閥等執行元件分配輸出繼電器，中間繼電器分配輔助繼電器；（2）啟動和停止信號硬件接線時均采用常開觸點，而在梯形圖中停止信號采用常閉觸點；（3）若PLC輸入資源豐富，給熱繼電器常閉觸點分配輸入繼電器，否則將其接在外部控制電路中；（4）時間繼電器采用PLC的定時器/計數器代替。

3時序設計法

時序設計法要先畫出控制系統的時序工作圖，再根據時序關系設計PLC梯形圖程序的設計方法。時序設計法適合于以時間為基準的控制系統，如交通燈控制系統。其設計步驟如下：（1）根據控制系統要求分析PLC輸入、輸出信號；（2）繪制滿足控制系統要求的時序工作圖；（3）確定定時器的類型、編號及計數值等；（4）根據時序工作圖設計梯形圖。采用時序設計法設計梯形圖時可利用以下技巧：（1）若只用一個定時器，可借助比較指令簡化程序，輸出在定時器當前值大于等于起始時刻時啟動，當前值小于結束時刻時停止；（2）若采用多個定時器，則輸出用定時器常開觸點啟動，常閉觸點停止；（3）程序中若有閃爍程序，可采用PLC內部的時鐘脈沖信號或編寫相應的程序；（4）當定時器時間較長時，可采用定時器級聯或計數器實現定時功能。

4經驗設計法

經驗設計法是要求設計者透徹理解PLC各種指令的功能，憑著對各種典型控制環節和基本單元電路的設計經驗，選擇各種指令并進行修改和完善相應程序的方法。這種方法沒有固定模式可循，設計出的程序質量與編程者的經驗有很大關系，通常借助系統流程圖輔助完成設計。其設計步驟如下：（1）根據控制要求確定輸入、輸出繼電器；（2）根據工作過程繪制系統流程圖；（3）根據設計經驗選擇PLC指令并設計梯形圖；（4）反復試驗并完善梯形圖以滿足全部控制要求。常用的設計經驗包括起保停控制電路、順序控制、脈沖發生器等，設計中常用的自鎖、互鎖和聯鎖的設計技巧如下：（1）自鎖是在啟動按鈕兩端并聯同名接觸器常開觸點；（2）互鎖是在接觸器線圈上方串聯異名常閉觸點；（3）啟動（停止）聯鎖是在控制電路中串聯異名常開（常閉）觸點。

5順序設計法

順序設計法是將系統的一個工作周期劃分為若干個順序相連的步，每個步對應一種操作狀態，根據狀態轉換條件繪制順序功能圖，再按一定的規則轉化為梯形圖的設計方法。順序設計法規律性很強，雖然設計出的程序較長，但是其程序結構清晰、可讀性好，主要用于解決順序控制問題。順序設計法主要借助順序功能圖完成程序設計，其結構包括單一順序、選擇順序和并行順序3種。順序設計法的設計步驟如下：（1）分析控制要求，確定輸入、輸出信號類型；（2）將控制過程分成若干工作步，明確各步的動作、轉換條件；（3）根據上述分析過程繪制順序功能圖；（4）根據順序功能圖，利用順序設計指令或輔助繼電器設計梯形圖。采用順序設計法時需注意：（1）初始步對應于系統啟動時的初始狀態，每個順序功能圖需有一個初始步；（2）步與步之間不能直接相連，必須用一個轉換條件分隔；（3）轉換條件與轉換條件之間不能直接相連，必須用一個步分隔。

[參考文獻]

[1]郝磊.PLC控制系統設計方法與技巧[J].內江科技,2010，6,95-103.

[2]鄭文杰,靳玉杰,李明.可編程序控制器（PLC）梯形圖的幾種設計方法[J].焦作大學學報，2000,12（4）,41-42.