基于高職PLC基本原理的單點動控制系統教學探討

陳揆能 朱琴 賀旖琳 尹暉

摘? 要：在高職教育《PLC編程技術》教學過程中，經常會碰到單個點動按鈕進行操作的情況。該文根據單個點動按鈕的特點，通過設計一個簡單的PLC程序，來控制系統狀態的改變，以達到控制的目的。闡述控制思路與計算機數據儲存、PLC功能指令和程序掃描的工作原理，為生產過程提供控制方法和編程思路。PLC編程技術是高職類電氣、機電等專業的專業核心課，點動開關在PLC設計系統中的使用是最為頻繁的，它是PLC控制電氣系統的重要組成元件。理解和掌握PLC可編程控制器程序掃描的工作原理和功能指令的使用特點，是學生學習程序設計方法、掌握編程技巧的關鍵點。

關鍵詞：單點動? PLC控制? 方法與思路

中圖分類號：TP391.45 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（c）-0090-02

1? PLC系統單點動控制的特點

單點動PLC控制就是用一個點動按鈕來控制PLC系統輸出設備的多個狀態的控制方法，相對比于采用置位開關的控制系統，采用單點動控制具有線路接線少、器件使用少、操作高效方便、成本低廉、功能更易于拓展等特點[1]，在生產實踐和教學中廣泛應用。

2? PLC系統點動控制的方法

該文以一個點動按鈕控制一盞燈為例，以S7-200作為編程載體，從按鈕的結構原理與計算機數據儲存以及PLC的程序掃描工作原理、PLC的功能指令3個方面來進行分析和研究。具體要求如下：系統啟動后，燈為熄滅狀態，當按下點動按鈕后，燈亮;再次按下點動按鈕，燈熄滅;如此循環。

2.1 點動按鈕結構與數據位儲存

點動按鈕通常由一對常開、常閉觸點、推桿、彈簧組成。常開觸點斷開，常閉觸點閉合。當按下后，常開觸點會閉合，而常閉觸點斷開。

當前的計算機系統都是采用馮諾依曼結構，其數據運算和儲存都是采用二進制的形式進行的，PLC可編程控制器作為一種工業控制設備，它的結構與計算機系統結構類似。由不同位數的二進制位可以組成不同大小的儲存空間，PLC系統中較為常見的儲存單元大小有：字節（byte）、字（word）、雙字（double word）等。當對某個儲存空間的數據進行加一操作時，其最低位滿足“逢二進一”的原則而其數值發生改變。

根據點動按鈕的結構特點和計算機數據儲存的特點，由此我們可得到第一種問題解決的思路：脈沖延邊+INC指令。程序如圖1所示。

默認MB10的初始值為10，二進制的表示為00001010，對應的M10.0的初始值為0。當I0.0接通時，MB10的值自動加1，其值為11，二進制的表示為00001011，對應的M10.0的初始值為1。M10.0對應的線圈得電，Q0.0得電，實現I0.0對Q0.0的接通;當再次接通I0.0，MB10的值為12，對應M10.0線圈失電，Q0.0失電，實現I0.0對Q0.0的關斷，如此循環。

除以上的方法外，根據脈沖延邊與計算機數據位儲存的特點，我們還可以通過位移指令+邊沿脈沖、數據運算指令+邊沿脈沖等功能指令+邊沿脈沖的實現單點動PLC控制的方法。

2.2? 程序掃描

S7-200型PLC的程序掃描過程可以總結為一句話，那就是“集中批處理和順序掃描[2]”。集中批處理就是PLC在程序一個掃描周期內，一次全部讀取輸入映像寄存器內的數據，完成數據運算后，并一次全部讀出運算后的結果將其輸出至輸出映像寄存器的過程。順序掃描的原則就是PLC在進行程序掃描時是由上往下逐條反復的掃描。

一個掃描周期由3個部分組成：輸入采樣、程序執行和輸出刷新。其中輸入采樣的數據和輸出刷新的數據是以集中批次的方式處理的;程序執行的過程以先左后右，從上至下的順序原則依次掃描。

根據PLC的掃描原理，結合點動按鈕的結構特點，得到第二種問題解決的思路：脈沖延邊+中間繼電器+順序掃描。程序如圖2所示。

初始狀態為M12.0線圈失電，Q0.0線圈失電。在I0.0接通的瞬間，I0.0上升沿的掃描周期內，M12.0線圈得電，但M12.0常開觸點處于斷開狀態，Q0.0失電。下一掃描周期，M12.0常開觸點閉合，Q0.0常閉觸點閉合，Q0.0得電。第三個掃描周期，Q0.0常開觸點閉合，M12.0常閉觸點閉合，Q0.0繼續保持得電狀態，如此，實現了點動的開通。在I0.0再次接通時，原Q0.0得電，在I0.0接通的瞬間，I0.0上升沿掃描周期內，M12.0線圈得電，Q0.0得電。下個掃描周期，常開M12.0/Q0.0常閉支路與常閉M12.0/Q0.0常開支路都處于斷開狀態，Q0.0線圈失電，則實現了點動的關斷功能。由圖2程序可知，以脈沖延脈沖延邊+中間繼電器+順序掃描的程序設計思路，中間繼電器的作用為儲存脈沖邊沿的狀態;開通和關斷過程均需2個掃描周期才能完成。

根據PLC程序掃描的特點，在此介紹另一種單按鈕PLC控制系統的編程思路，程序如圖3示。原理同上，在此不再重復。

2.3 功能指令

在S7-200型PLC中有很多的功能指令，如比較指令、轉換指令、傳送指令、通訊指令等，它們使PLC具備了更加強大的功能，能處理更大數據量、更復雜的控制問題，而且對一些特殊的控制系統的設計提供了一種更加便捷的編程方式，例如，某個系統的控制要求是以時間軸為主線的，這些情況的例子有多花樣音樂噴泉、流水燈、交通燈等。通過以定時器+比較指令的編程方式，將時間分段進行編程，可以大大縮減程序的長度，使程序結構更加緊湊、簡單，增強了程序的可讀性。

根據單點動PLC控制系統要求的特點，結合PLC程序掃描的特點，在此介紹第三種解決單點動PLC控制的編程思路，采用置復位指令+自鎖。程序如圖4所示。

初始狀態Q0.0線圈處于失電狀態，常閉觸點Q0.0處于閉合狀態。當I0.0第一次按下時，由圖4可知，SR置位優先雙穩態觸發器置位復位兩條支路都得電，置位優先，Q0.0得電;第二次按下I0.0，因按鍵前Q0.0線圈得電，Q0.0常閉觸點處于斷開狀態，第二次按下按鍵所產出的上升沿使SR指令的復位端得電，置位端斷開，Q0.0線圈失電，如此反復。

同樣的道理，單點動按鈕控制也可以采用RS復位優先雙穩態觸發器指令。只需將Q0.0常閉觸點改成常開觸點串聯至復位端即可。程序如圖5所示。

3? 結語

單按鈕點動PLC控制作為一種較為經典的控制方式，在生產實踐、教學和學生競賽中經常使用，其實現的方式有很多種。除以上介紹的幾種外，還有計數指令+邊沿脈沖、取反指令+邊沿脈沖等很多種，其中以程序掃描和PLC工作原理為基礎的邏輯編程方法形式變化多樣，雖在程序形式上，各種編程方法和結構有所不同，但其本質是相通的。學生只要認真掌握PLC的工作原理及器件的基本特性并研究和總結規律，就能開拓個人的編程思維。在不斷的編程實踐中，運用、總結和升華，舉一反三，編寫出更加簡潔、高效的程序來。

參考文獻

[1] 張建濱.西門子S7-200 PLC單鈕控制啟/停的方法[J].科技展望，2016，26（8）：168.

[2] 祝福.西門子S7-200系列PLC應用技術[M].北京：電子工業出版社，2017.