PLC順序控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)方法

侯肖霞

（石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，石家莊 050081）

1 引言

PLC以其具有使用范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、軟元件系統(tǒng)豐富、編程簡(jiǎn)單、使用方便、易于掌握等特點(diǎn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。而在工業(yè)控制系統(tǒng)中，順序控制的應(yīng)用最為廣泛，特別是在現(xiàn)代制造業(yè)中，幾乎都是利用順序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)循環(huán)。程序設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難題。目前，電氣設(shè)計(jì)人員常采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)PLC順序控制系統(tǒng)，不僅設(shè)計(jì)效率低，容易出差錯(cuò)，設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)的錯(cuò)誤難以發(fā)現(xiàn)，需要多次調(diào)試修改才能完成，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。為此，本文提出的三種簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)方法，能快速地一次設(shè)計(jì)成功PLC順序控制系統(tǒng)。

2 順序控制系統(tǒng)特點(diǎn)

順序控制是指在生產(chǎn)過(guò)程中，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照生產(chǎn)工藝中預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作順序以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件，一步一步進(jìn)行的自動(dòng)有序操作的過(guò)程。

為了使順序控制系統(tǒng)工作可靠，通常采用步進(jìn)式順序控制電路結(jié)構(gòu)。所謂步進(jìn)式順序控制，是指控制系統(tǒng)的任一程序步（以下簡(jiǎn)稱(chēng)步）的得電，必須以前一步的得電并且本步的轉(zhuǎn)換主令信號(hào)已發(fā)出為條件。對(duì)生產(chǎn)機(jī)械而言，受控設(shè)備任一步的機(jī)械動(dòng)作是否執(zhí)行，取決于控制系統(tǒng)前一步是否已有輸出信號(hào)及其受控機(jī)械動(dòng)作是否已完成。若前一步的動(dòng)作未完成，則后一步的動(dòng)作無(wú)法執(zhí)行。這種控制系統(tǒng)每步之間互鎖嚴(yán)密，即便轉(zhuǎn)換主令信號(hào)元件失靈或出現(xiàn)誤操作，也不會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作順序錯(cuò)亂。

3 順序控制系統(tǒng)簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)思路

功能表圖又稱(chēng)作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計(jì)PLC的順序控制程序的有力工具。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是—種通用的技術(shù)語(yǔ)言。功能表圖的一般形式，主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作（命令）組成。因此，程序設(shè)計(jì)關(guān)鍵是繪制功能表圖。

根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝要求，利用功能表圖設(shè)計(jì)梯形圖程序的步驟可歸納為：

（1）分析被控對(duì)象的工作過(guò)程，確定各工作狀態(tài)。

（2）分析相鄰狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換條件，確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖。

（3）確定 PLC型號(hào)，確定各狀態(tài)標(biāo)志位，分配輸入/輸出元件。

（4）依據(jù)（1）～（3）畫(huà)出順序功能表圖。（5）依據(jù)功能表圖編寫(xiě)梯形圖程序。功能表圖的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

4 舉例說(shuō)明三種簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)方法

下面以某液壓滑臺(tái)的整個(gè)工作過(guò)程為例說(shuō)明設(shè)計(jì)方法。

（1）液壓滑臺(tái)工作過(guò)程

液壓滑臺(tái)在原始位置時(shí)處于停止，按下啟動(dòng)按鈕，滑臺(tái)快速移動(dòng)，接近工件時(shí)變?yōu)楣ぷ鬟M(jìn)給，加工工件，加工完畢，滑臺(tái)快速退回到起始位置后停止。

依據(jù)液壓滑臺(tái)工作過(guò)程，可以將其劃分為停止（原位）、快進(jìn)、工進(jìn)、快退四個(gè)工作狀態(tài)，又稱(chēng)四個(gè)工步。

（2）滑臺(tái)工作流程圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件如圖 2所示。

圖2

（3）選擇 CPM 1A-20CDR型 PLC，各狀態(tài)標(biāo)志位以及輸入/輸出元件分配情況見(jiàn)表1。

表1 液壓滑臺(tái)控制I/O分配表

（4）依據(jù)流程圖、I/O分配表繪制功能表圖（見(jiàn)圖3）。

圖3

4.1 基本邏輯指令設(shè)計(jì)程序（如圖4所示）

圖4

這種設(shè)計(jì)方法是根據(jù)“與”、“或”、“非”的基本邏輯關(guān)系，設(shè)計(jì)成串聯(lián)、并聯(lián)或串、并聯(lián)復(fù)合的電路結(jié)構(gòu)?？爝M(jìn)步（20001）得電條件是滑臺(tái)停在原位SQ3處于壓合狀態(tài)，滿足原位條件后按起動(dòng)按鈕SB（00000）20001才能得電。20001得電后自鎖，并為工進(jìn)步提供步進(jìn)條件信號(hào)?？爝M(jìn)步的執(zhí)行動(dòng)作完成時(shí)觸發(fā)的行程開(kāi)關(guān)信號(hào)SQ1作為工進(jìn)步的轉(zhuǎn)步條件。工進(jìn)步（20002）的輸入滿足其步進(jìn)條件和轉(zhuǎn)步條件后得電自鎖，并為下一步快退步提供步進(jìn)條件信號(hào)。按此規(guī)律即可實(shí)現(xiàn)后續(xù)每一工作步狀態(tài)繼電器的得電和自鎖。停止步（20004）的步進(jìn)條件信號(hào)和轉(zhuǎn)步條件信號(hào)分別為：快退步（20003）動(dòng)作完成時(shí)觸發(fā)SQ3。由于20004的得電信號(hào)令控制系統(tǒng)失電，所以2004的電路不自鎖，且要將其常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在步1的電路中。應(yīng)該注意的是：無(wú)論工作步還是停止步，如果某步的轉(zhuǎn)步信號(hào)有多個(gè)，則應(yīng)將多個(gè)轉(zhuǎn)步信號(hào)互相串聯(lián)。

利用基本邏輯指令設(shè)計(jì)梯形圖程序時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換可以概述為下列模版（如圖5）。

圖5

4.2 步進(jìn)指令設(shè)計(jì)程序（如圖6所示）

圖6

步進(jìn)控制指令的關(guān)鍵是熟悉步進(jìn)指令的含義。步進(jìn)指令包括步進(jìn)控制領(lǐng)域定義 STEP和步進(jìn)控制SNXT兩種類(lèi)型指令。其格式如圖7所示。

圖7

格式中的“S”，表示“步”的狀態(tài)標(biāo)志繼電器。

程序解讀：

第一邏輯行，按鈕 SB按下，內(nèi)部輸入繼電器00000有輸出（置1），控制快進(jìn)步（20001）開(kāi)始；

第二邏輯行，將由20001控制的步（快進(jìn)）激活（置1），即快進(jìn)步成為活動(dòng)步；

第三邏輯行，由20001控制前進(jìn)電磁閥（01000）和快進(jìn)電磁閥（01001）同時(shí)輸出，從而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭快速前進(jìn)。

第四邏輯行，快進(jìn)到壓下工進(jìn)電磁閥SQ1時(shí)，內(nèi)部輸入繼電器 00001有輸出（置 1），使快進(jìn)步（20001）復(fù)位，同時(shí)使工進(jìn)步（20002）開(kāi)始。

第五邏輯行，將由20002控制的步（工進(jìn)）激活（置1），即工進(jìn)步成為活動(dòng)步；

第六邏輯行，由 20002控制僅前進(jìn)電磁閥（01000）輸出，從而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭工作速度進(jìn)給。

第七邏輯行，工進(jìn)到壓下工進(jìn)電磁閥SQ2時(shí)，內(nèi)部輸入繼電器 00002有輸出（置 1），使工進(jìn)步（20002）復(fù)位，同時(shí)使快退步（20003）開(kāi)始。

以下依次類(lèi)推……

當(dāng)指令執(zhí)行到指令“STEP”時(shí)，表示步進(jìn)控制程序結(jié)束。

利用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)梯形圖程序，步進(jìn)關(guān)系比較清晰。但要熟悉步進(jìn)指令的使用方法。

利用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)梯形圖程序時(shí)，可以概述為下列模版（如圖8）。

圖8

4.3 置位/復(fù)位指令設(shè)計(jì)程序（如圖9所示）

圖9

置位/復(fù)位指令一般成對(duì)使用，對(duì)某個(gè)繼電器置位（SET）后，只有使用復(fù)位指令（RSET）才能對(duì)其進(jìn)行還原即復(fù)位。否則，置位繼電器會(huì)一直保持置位狀態(tài)不變。因此，該程序設(shè)計(jì)時(shí)在滿足工步轉(zhuǎn)換條件后，下一個(gè)工步置位的同時(shí)還要讓上一個(gè)工步復(fù)位。即出現(xiàn)了兩個(gè)指令并聯(lián)的情況。

利用置位/復(fù)位指令設(shè)計(jì)梯形圖程序時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換模版（如圖10）。

圖10

5 結(jié)論

用基本指令編寫(xiě)的梯形圖較長(zhǎng)，但靈活性好，可用來(lái)編制較復(fù)雜的梯形圖；用步進(jìn)指令編寫(xiě)的梯形圖較為直觀，和順序功能圖有很好對(duì)應(yīng)關(guān)系，可直接從順序功能圖得到梯形圖；用置位/復(fù)位指令編寫(xiě)的梯形圖程序要注意轉(zhuǎn)換條件與步進(jìn)指令不同，置位/復(fù)位指令要滿足上一步正在執(zhí)行和轉(zhuǎn)步條件同時(shí)存在才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)步。除此之外，順序控制系統(tǒng)還可以使用移位指令編寫(xiě)梯形圖，關(guān)鍵是要處理好移位脈沖產(chǎn)生的問(wèn)題。

總之，對(duì)同一個(gè)問(wèn)題，處理的方法有很多種。只要我們?cè)趯W(xué)習(xí)和工作中不斷總結(jié)，一定能提高我們的編程平水。

[1] 程周.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[2] 龐廣信.可編程控制器技術(shù)應(yīng)用[M]..北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.