PLC梯形圖在天線倒換系統中的應用

呂勝杰

（中國傳媒大學國家廣電總局2021臺 黑龍江 齊齊哈爾 161000）

0 引言

PLC是在繼電器控制的基礎上產生的一種新型的工業控制裝置，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制，能夠將微型計算機技術、自動化技術和通信技術融為一體的一種應用到工業控制領域的高可靠性控制器。自1969年問世以來，由于其編程簡單、可靠性高、使用方便、維護容易、價格適中等特點，使其得到迅猛發展，PLC應用于工業控制系統時，用戶須根據各自的控制要求編寫各種實用程序，特別是它的梯形圖語言來源于繼電器控制邏輯中的電氣控制線路，為廣大電氣技術人員所熟悉，也易于接受，因而成為 PLC最常用的一種程序設計語言。

1 PLC基本結構

PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：電源、中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、底板或機架等幾大部分：

電源：PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用。有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源220VAC或110VAC，一般交流電壓波動在+10%范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上；直流電源常用的為24V。

中央處理器（CPU）：中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。

存儲器：顧名思義，主要用于存放系統軟件或應用軟件。

輸入輸出接口電路：輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現場控制的接口界面的輸入通道；輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。

底板或機架：大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。

2 PLC的梯形圖語言工作原理

無論是傳統梯形圖還是PLC梯形圖其工作原理都相同，只是在符號表示上傳統梯形圖比較接近實體的符號表示，而PLC則采用較簡明且易于計算機或報表上表示的符號表示。在梯形圖邏輯方面可分為組合邏輯和順序邏輯兩種。

組合邏輯的梯形圖是單純地將單一或一個以上的輸入組件組合（串、并聯等）后再將結果送到輸出組件（線圈、計時、計數器或應用指令等）的回路結構；順序邏輯為具有回授結構的回路，也就是將回路輸出結果拉回當輸入條件，這樣在相同輸入條件下，會因前次狀態或動作順序的不同，而得到不同的輸出結果。

3 梯形圖語言的編程原則

梯形圖是用戶根據控制功能編寫的程序，它不僅要滿足系統控制要求，而且要合理、安全、實時性強，要做到這些，必須要掌握所使用PLC的指令系統，而且要熟悉該型號 PLC的編程原則。不同廠家的PLC編程原則不盡相同，但其一些主要原則是相同的，在編寫梯形圖程序時，必須嚴格遵守指令格式和編程原則，否則,程序就無法正常運行，當然也無法滿足控制功能，因此，其編程通常依據以下規則：

1）梯形圖按照自上而下、從左到右的順序排列，受本身程序限制，編程時應遵循從上到下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應于一條指令，一條指令為一個步序。

2）為了方便，常用“有電流”或“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件。

3）梯形圖中的繼電器是“軟繼電器”，為“1”時，表示該繼電器處于閉合狀態。

4）梯形圖中，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。

5）梯形圖中繼電器線圈在一個程序中不能重復使用；而繼電器的觸頭，編程中可以重復使用，且使用次數不受限制。

4 梯形圖語言的編程方法

PLC梯形圖語言程序設計沒有固定模式,一般經常采用分析設計法(經驗設計法)、邏輯設計法、狀態流程圖設計法和計算機輔助編程設計法等。

1）分析設計法：這種設計方法主要依靠經驗直接用 PLC設計電氣控制系統,來滿足生產機械和工藝過程的控制要求。

2）邏輯設計法：這種設計方法的基本含義是以邏輯組合的方法和形式設計梯形圖，它既有嚴密可循的規律性和明確可行的設計步驟，又具有簡單、直觀和十分規范的特點。

3）狀態流程圖設計法：這種方法主要用于大型順序控制系統的設計，設計時首先畫狀態流程圖，然后將其改畫為梯形圖。

4）計算機輔助編程法：計算機輔助編程可以把梯形圖直接譯成指令形式，是今后PLC程序設計的今后的發展趨勢。

5 梯形圖語言的基本操作指令

圖1 梯形圖語言的基本操作指令

一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時器，C代表計數器，S代表狀態繼電器，D代表數據寄存器，MOV代表傳輸等。

下面把LD/LDI/OUT/ORB/ANB五條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說明（圖1）。

6 梯形語言在天線自動控制系統中的應用

以發射臺常用的天線交換開關陣列為例，說明梯形語言的實際應用，下圖是利用梯形圖語言設計的天線被發射機使用情況證實，其中使用的是歐姆龍公司生產的PLC：

圖2 A04機上101天線、106天線證實

從圖中我們可以看到，如果A04發射機想上106或者101天線進行播音，首先需要判斷天線轉換開關的具體狀態，當K3直通、K4彎曲、K7直通時發射機上106天線；當K7彎曲時，發射機上101天線。

在這個梯形圖中，每個開關量事先已經在PLC的存儲地址中給予了數值，只要判斷這些賦值是否有信號，就可以判斷發射機和天線之間的關系，并且可以利用串口與工控機進行連接，從而能夠把整個天線系統的情況實時的反映在工控機顯示屏上，為值班員的判斷提供了可靠的依據。

7 結束語

PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。我臺使用的是歐姆龍的PLC，該PLC接口容易，編程語言易于我們接受，操作直觀，邏輯判斷能力強。最主要的是為不熟悉計算機原理和匯編語言的技術人員提供了一種實現設備功能的新方法。

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