淺析PLC梯形圖的應用設計

常芳

【摘 要】梯形圖是PLC程序設計中使用最多的語言，被稱為PLC的第一編程語言，對初學者來說，往往感覺到困難。本文以三菱FX系列PLC對開關量控制系統梯形圖的設計為例，提出了幾種常用方法，供大家參考。

【關鍵詞】PLC；梯形圖；設計方法

【中圖分類號】TP273 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）03-0008-02

傳統繼電接觸器控制由于其系統運行通用性和靈活新較差，其使用、調試困難；隨著電子技術的和控制理論的不斷發展，傳統繼電接觸器控制就不能滿足現代的自動控制要求。這就出現了控制精度高，靈活方便，而得到廣泛的應用的PLC。在PLC的使用過程中，程序設計是主要問題。而程序設計中，使用最多的是梯形圖編程語言，對于梯形圖的設計初學者往往感覺到困難。本文以三菱FX系列PLC對開關量控制系統梯形圖的設計，提出了幾種常用方法。

一、梯形圖經驗設計法

經驗設計方法需要設計者掌握大量的典型電路，在掌握這些典型電路的基礎上，充分理解實際的控制問題，根據被控對象對控制系統的具體要求，將實際控制問題分解成典型控制電路，憑經驗選擇基本環節，并把它們有機地組合起來。其設計過程是逐步完善的，一般不易獲得最佳方案，程序初步設計后，還需反復調試、修改和完善，直至滿足被控對象的控制要求。基本設計方法步驟如下：

1.了解和熟悉生產機械的工藝過程和機械的動作情況，分析控制要求，選擇控制原則。

2.設計主令元件和檢測元件，確定PLC輸入輸出設備（I/O）。

3.設計執行元件的控制程序。

4.檢查修改和完善程序。

例如三相異步電動機正反轉控制電路，用PLC經驗設計法設計，其I/O接線圖如圖1所示，梯形圖如圖2所示。

經驗設計法沒有普遍的規律可遵循，具有很強的試探性和隨意性，沒有規律可循，設計最終結果并不是唯一的，設計所花的時間、設計質量與設計者的經驗有很大關系。

經驗設計法適合于具有一定實踐經驗、對典型單元比較熟悉的設計人員，進行較簡單的控制系統的設計。如果用來設計復雜控制系統，則存在考慮不周，設計麻煩，設計周期長、梯形圖的可讀性差，系統維護困難的問題。

二、梯形圖邏輯設計法

工業電氣控制線路中，有不少都是通過繼電器、接觸器等電氣元件來實現的。而繼電器、接觸器的觸點都只有兩種狀態即吸合和斷開，因此，可以類似計算機的二進制碼來表示這個過程，如取“0”和“1”兩種取值的邏輯代數設計電氣控制線路是完全可以的。PLC的早期應用就是代替繼電接觸器控制系統，因此用邏輯設計方法同樣也可以使用PLC應用程序的設計?；驹O計方法步驟如下：

1.通過分析控制要求，明確控制任務和控制內容。

2.確定PLC的軟元件（輸入信號、輸出信號、輔助繼電器M和定時器T等），畫出PLC的外部接線圖。

3.將控制任務、要求轉換為邏輯函數（線圈）和邏輯變量（觸點），分析觸點與線圈的邏輯關系，列出真值表。

4.寫出邏輯函數表達式。

5.根據邏輯函數表達式畫出梯形圖。

6.優化梯形圖。

比如，某召喚站的召喚指示燈，只有在三個召喚開關中任何一個或任何兩個動作時，召喚指示燈才能亮，而在其他任何情況下都不亮。召喚指示燈由PLC輸出繼電器Y0來控制，三個召喚開關分別對應PLC輸入地址為 X0 、 X1 、 X2 。三個召喚開關中任何一個操作Y0有輸出的邏輯代數表達式為Y0=X0X1X2+X0X1X2+X0X1X2；三個召喚開關中任何兩個操作Y0有輸出的邏輯代數表達式為Y0=X0X1X2+X0X1X2+X0X1X2；因兩個條件是“或”關系，所以召喚指示燈Y0輸出的條件是：Y0=X0（X1+X2）+X0（X1+X2）。根據邏輯代數表達式，畫梯形圖。如圖3所示。

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。一般用在局部或具體功能的程序設計上。

三、梯形圖順序控制設計法

順序控制設計法最基本的思想是按照生產工藝規定將系統的一個工作周期的劃分為若干個順序相連的階段。使用順序控制設計法時，首先要根據系統的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據順序功能圖畫出梯形圖。主要有以下四個步驟：

1.劃分步。

2.確定轉換條件。

3.繪制順序控制流程（功能）圖（SFC）。

4.將順序控制流程（功能）圖轉換為梯形圖（LAD）。

例如酒店的自動門控制系統。當人靠近自動門時，傳感器X0檢測到有人時，Y0驅動電動機快速開門，碰到開門減速開關X1時，變為慢速開門。碰到開門極限開關X2時電動機停轉，開始延時。若在1S內感應器檢測到無人，Y2起動電動機快速關門。碰到關門減速開關X3時，改為慢速關門，碰到關門極限開關X4時電動機停轉。在關門期間若傳感器檢測到有人，停止關門，T1延時1S后自動轉換為快速開門。其控制流程如圖4所示，轉換后的梯形圖如圖5所示。

這種設計方法很容易被初學者接受，對于有經驗的工程師，也會提高設計的效率，程序的調試、修改和閱讀也很方便。PLC為順序控制系統的程序編制提供了大量通用和專用的編程元件，開發了專門供編制順序控制程序用的功能表圖。

四、模塊設計法

模塊設計法是在設計時，將程序被分為不同的邏輯塊，每個塊包含了完成部分控制任務所需的邏輯指令。主程序中的指令決定在什么情況下調用哪一個塊，功能和子程序用來完成不同的過程任務。被調用的塊執行完后，返回到主程序的調用點，繼續執行子程序。

模塊化設計，易于實現多人同時對一個項目編程。由于只在需要時執行相關的指令，因此提高了CPU的執行效率。

例如，在飲料灌裝生產線控制系統中，對飲料灌裝生產線控制按功能可分為：清洗模塊，灌裝模塊，上蓋模塊等。按飲料灌裝生產線功能進行梯形圖設計，可使飲料灌裝生產線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，并應充分利用不同機型所提供的編程指令，使程序盡量簡潔。

五、結束語

本文介紹了PLC梯形圖的四種設計方法，除此之外，還有其他一些方法，繼電接觸器控制電路轉換法。在系統設計中對不同的環節，可根據具體情況，采用不同的設計方法。通常在全局上采用順序控制設計及功能模塊方法設計；在舊設備改造中，采用繼電接觸器控制電路轉換法；在局部或具體功能的程序設計上，采用邏輯代數法和經驗法。但是，不管采用哪種方法，都應當遵循梯形圖中的語法規定，盡量減少PLC的輸入和輸出信號，使程序簡單化。為安全起見，除PLC內部進行聯鎖外，還應在外部設置硬件聯鎖以及必要的其它保護措施。

參考文獻

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