可編程控制器梯形圖的設(shè)計(jì)方法

摘要： 本文分析了梯形圖設(shè)計(jì)的若干方法，并指出了每種方法的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 可編程控制器 梯形圖 邏輯代數(shù)

引言

可編程控制器是將繼電器控制的概念和設(shè)計(jì)思想與計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)相結(jié)合而形成的專門從事邏輯控制的微機(jī)系統(tǒng)。在PLC系統(tǒng)應(yīng)用中，梯形圖的設(shè)計(jì)是最主要的問題。梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和控制指令已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電氣控制范疇。它不僅可實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，還具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機(jī)系統(tǒng)。由于梯形圖的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與電氣控制設(shè)計(jì)思想結(jié)合的產(chǎn)物，因此，其在設(shè)計(jì)方法上與計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)和電氣控制設(shè)計(jì)既有著相同點(diǎn)，也有著不同點(diǎn)。本文對(duì)開關(guān)量控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)，提出了四種常用方法。

一、替代設(shè)計(jì)法

所謂替代設(shè)計(jì)法，就是用PLC機(jī)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(tǒng)輸入信號(hào)及輸出信號(hào)做為PC的I/O點(diǎn)，原來(lái)由繼電器—接觸器硬件完成的邏輯控制功能由PLC機(jī)的軟件——梯形圖及程序替代完成。例如，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)梯形圖這種方法，其優(yōu)點(diǎn)是程序設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，有現(xiàn)成的電氣控制線路作依據(jù)，設(shè)計(jì)周期短。一般在

舊設(shè)備電氣控制系統(tǒng)改造中，對(duì)于不太復(fù)雜的控制系統(tǒng)常采用。

二、邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法

由于電氣控制線路與邏輯代數(shù)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此對(duì)開關(guān)量的控制過程可用邏輯代數(shù)式表示、分析和設(shè)計(jì)。

基本設(shè)計(jì)步驟如下：

1.根據(jù)控制要求列出邏輯代數(shù)表達(dá)式。

2.對(duì)邏輯代數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)。

3.根據(jù)化簡(jiǎn)后的邏輯代數(shù)表達(dá)式畫梯形圖。

下面舉一簡(jiǎn)單例子來(lái)具體說明：

某一電動(dòng)機(jī)只有在三個(gè)按鈕中任何一個(gè)或任何兩個(gè)動(dòng)作時(shí)，才能運(yùn)轉(zhuǎn)，而在其他任何情況下都不運(yùn)轉(zhuǎn)，試設(shè)計(jì)其梯形圖。

將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況由PLC輸出點(diǎn)Y0來(lái)控制，三個(gè)按鈕分別對(duì)應(yīng)PLC輸入地址為X1、X2、X3；根據(jù)題意，三個(gè)按鈕中任何一個(gè)動(dòng)作，PLC的輸出點(diǎn)Y0就有輸出。其邏輯代數(shù)表達(dá)式為三個(gè)變量中任一或二個(gè)為“1”時(shí)，輸出點(diǎn)Y0為“1”；其邏輯代數(shù)表達(dá)式為Y0=(X1+X2+X3)*( + + )，簡(jiǎn)化該式得Y0=X1( + )+ (X2+X3)。

根據(jù)邏輯代數(shù)表達(dá)式，畫梯形圖，如圖三所示。圖三利用這種方法設(shè)計(jì)，最大的特點(diǎn)是可以把很多的邏輯關(guān)系最簡(jiǎn)化。

當(dāng)然，出于可靠和安全性角度考慮的冗余設(shè)計(jì)是另外一個(gè)問題。

三、程序流程圖設(shè)計(jì)法

PLC采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，其程序設(shè)計(jì)同樣可遵循軟件工程設(shè)計(jì)方法，程序工作過程可用流程圖表示。由于PC的程序執(zhí)行為循環(huán)掃描工作方式，因而與計(jì)算機(jī)程序框圖不同點(diǎn)是，PLC程序框圖在進(jìn)行輸出刷新后，再重新開始輸入掃描，循環(huán)執(zhí)行。

下面以電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往返控制為例，說明這種設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用。

首先畫出電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往返工藝流程圖，如圖四所示。

接著，根據(jù)流程圖，設(shè)計(jì)梯形圖，如圖五所示。

四、功能模塊設(shè)計(jì)法

根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想，可對(duì)系統(tǒng)按控制功能進(jìn)行模塊劃分，依次對(duì)各控制的功能模塊設(shè)計(jì)梯形圖。

例如，在PLC電梯控制系統(tǒng)中，對(duì)電梯控制按功能可分為：廳門開關(guān)控制模塊，選層控制模塊，電梯運(yùn)行控制模塊，呼梯顯示控制模塊等。按電梯功能進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)，可使電梯相同功能的程序集中在一起，程序結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試，還可以根據(jù)需要靈活增加其他控制功能。

當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中要注意模塊之間的互相影響時(shí)、時(shí)序關(guān)系，以及聯(lián)鎖指令的使用條件。同一種控制功能可有不同的軟件實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)根據(jù)具體情況采用簡(jiǎn)單實(shí)用的方案，并應(yīng)充分合理利用不同機(jī)型所提供的編程指令，使程序盡量簡(jiǎn)潔。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”