基于時(shí)序控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)策略

田玉瑛

摘要：基于時(shí)序的程序設(shè)計(jì)策略，對(duì)初學(xué)者而言，基于對(duì)時(shí)序理解的差異，在進(jìn)行流程圖或算法設(shè)計(jì)時(shí)，總會(huì)與一般過程性流程混淆，本文借助十字路口交通燈典型的時(shí)序控制特征，總結(jié)了基于時(shí)序的PLC程序設(shè)計(jì)策略，以定時(shí)器為時(shí)序軸進(jìn)行定量或變量設(shè)計(jì)，給出不同的算法結(jié)構(gòu)，對(duì)初涉生產(chǎn)設(shè)計(jì)的人員及職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)者有積極的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：時(shí)序周期；控制系統(tǒng)；程序設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）02-0031-02

1 問題源起

在進(jìn)行PLC編程項(xiàng)目交通燈控制系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生在不同的學(xué)習(xí)層面有不同的程序展現(xiàn)出來。十字路口交通燈控制系統(tǒng)，作為典型的并行性分支結(jié)構(gòu)流程程序設(shè)計(jì)，通過時(shí)序圖展現(xiàn)被控對(duì)象的時(shí)序關(guān)系，有助于準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔、直觀地理解控制要求，但初學(xué)者在編程的過程中，往往將精力投注于系統(tǒng)控制要求的實(shí)現(xiàn)，較少思考程序設(shè)計(jì)背后的主導(dǎo)要素：基于時(shí)序的PLC程序設(shè)計(jì)策略對(duì)時(shí)序控制系統(tǒng)的程序固化方式的實(shí)踐意義。

2 時(shí)序控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 時(shí)序控制系統(tǒng)功能特征：自啟動(dòng)循環(huán)

時(shí)序控制系統(tǒng)是為提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人力成本，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)工步控制而設(shè)計(jì)的，因此，在控制算法設(shè)計(jì)時(shí)，要求系統(tǒng)具有自啟動(dòng)循環(huán)功能。

2.2 時(shí)序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)特征：依時(shí)序區(qū)間交替變化實(shí)現(xiàn)邏輯控制

時(shí)序控制系統(tǒng)，是在一定時(shí)序區(qū)間內(nèi)，依時(shí)實(shí)現(xiàn)某些控制對(duì)象的邏輯關(guān)系，因此，依時(shí)序區(qū)間交替變化實(shí)現(xiàn)邏輯控制是時(shí)序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特征。

3 使用PLC實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)策略

基于時(shí)序的PLC程序設(shè)計(jì)，關(guān)鍵點(diǎn)在于處理控制系統(tǒng)在控制周期內(nèi)，不同時(shí)序區(qū)間被控對(duì)象之間的邏輯關(guān)系，因此，運(yùn)用定時(shí)器作為不同被控對(duì)象的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以變量或常量的形式去實(shí)現(xiàn)，成為基本的設(shè)計(jì)策略。

3.1 多個(gè)定時(shí)器連續(xù)推進(jìn)的時(shí)序設(shè)計(jì)策略

由定時(shí)器作為常量去驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，使用多個(gè)定時(shí)器劃分多個(gè)連續(xù)時(shí)序區(qū)間，采用逐級(jí)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，配合輔助繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的邏輯控制。

3.1.1 通用程序的時(shí)序設(shè)計(jì)

圖1a中，南北向綠燈常亮?xí)r序區(qū)間為T0，閃爍時(shí)序區(qū)間為T1、南北向黃燈常亮?xí)r序區(qū)間為T2，東西向綠燈常量時(shí)序區(qū)間為T3、閃爍時(shí)序區(qū)間為T4、東西向黃燈常亮?xí)r序區(qū)間為T5，東西向、南北向紅燈常亮?xí)r序區(qū)間分別為T0+T1+T2和T3+T4+T5，程序設(shè)計(jì)時(shí)，T0的常開觸點(diǎn)觸發(fā)T1，T1的常開觸點(diǎn)觸發(fā)T2，以此類推，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制的邏輯推進(jìn)，在輸出驅(qū)動(dòng)控制時(shí)，借助各時(shí)序區(qū)的輔助繼電器M0、M1、M2……進(jìn)行邏輯關(guān)系編輯控制。

3.1.2 步進(jìn)程序的時(shí)序設(shè)計(jì)

在使用步進(jìn)指令的設(shè)計(jì)方法中，由于程序步的激活和停止，可以依靠轉(zhuǎn)移條件是否滿足得以實(shí)現(xiàn)，因此，紅綠燈工作的不同時(shí)序區(qū)間，輸出的每個(gè)狀態(tài)可以作為步進(jìn)程序中的一個(gè)狀態(tài)工作步，而工作步間的轉(zhuǎn)化通過定時(shí)器確定的時(shí)序區(qū)間約定（如圖1 b所示）。

3.2 單一定時(shí)器分段推進(jìn)的時(shí)序設(shè)計(jì)策略

將時(shí)序系統(tǒng)的運(yùn)行周期使用一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，并將定時(shí)器當(dāng)前值作為觸點(diǎn)比較指令的一個(gè)可變操作數(shù)，與另一常操作數(shù)依照控制系統(tǒng)的時(shí)序要求構(gòu)成一序列時(shí)序區(qū)間，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。如，將系統(tǒng)運(yùn)行周期通過觸點(diǎn)比較指令構(gòu)成不同時(shí)序區(qū)間，輔以邏輯控制關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈工作狀態(tài)的控制（如圖2a所示），k1

4 程序設(shè)計(jì)中需要注意的主要問題及解決策略

（1）基于時(shí)序的雙線圈輸出的問題，需要借助輔助繼電器的“橋梁”功能，進(jìn)行邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化處理。在使用SFC程序設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，初始程序和結(jié)束程序塊都使用了梯形圖的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)在路口進(jìn)行事故處理需要封閉路口的控制要求：南北、東西方向的紅燈同時(shí)點(diǎn)亮，這一控制要素在結(jié)束程序塊中使用梯形圖進(jìn)行了輸出設(shè)計(jì)。事實(shí)上，在SFC程序塊中，紅燈已經(jīng)作為正常的流程進(jìn)行輸出（如圖3a所示）。在進(jìn)行系統(tǒng)仿真監(jiān)控時(shí)發(fā)現(xiàn)，正常流程情況下，紅燈不能被點(diǎn)亮，識(shí)別為雙線圈輸出。此時(shí)，在SFC程序塊中，通過控制相應(yīng)的輔助繼電器，并在結(jié)束程序塊中進(jìn)行邏輯編輯后輸出Y2、Y3驅(qū)動(dòng)紅燈點(diǎn)亮，將問題得以解決（如圖3b所示）。

（2）基于時(shí)序的閃爍控制設(shè)計(jì)，時(shí)序區(qū)間的準(zhǔn)確識(shí)別是閃爍設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，不論使用專用的輔助繼電器還是定時(shí)器組成的閃爍電路結(jié)構(gòu)，時(shí)序區(qū)間的邏輯關(guān)系要與被控對(duì)象達(dá)成一致。（如圖1、圖2所示）

（3）基于時(shí)序的循環(huán)、啟停控制設(shè)計(jì)，在使用單一定時(shí)器設(shè)計(jì)的十字路口交通燈程序中，通過定時(shí)器對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行周期進(jìn)行定義，采用自激活設(shè)計(jì)。而在基于時(shí)序的多個(gè)定時(shí)器設(shè)計(jì)中，直接使用最后一步定時(shí)器去激活第一步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自氣動(dòng)循環(huán)。而停止設(shè)計(jì)，通常使用區(qū)間復(fù)位指令、傳送零指令、或邏輯斷開指令來實(shí)現(xiàn)，如果有特殊要求，可以做特殊處理。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇家健，石秀麗.《PLC技術(shù)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)》[J].電子工業(yè)出版社，2013年8月第2版.

[2]張偉林.《三菱PLC、變頻器與觸摸屏》[J].中國電力出版社，2011年7月第1版.