梯形圖分析方法的研究

薛麗

摘? 要：梯形圖是PLC最常用的一種編程方法，文章給出了對(duì)梯形圖的一種簡(jiǎn)單有效而又準(zhǔn)確的周期時(shí)序分析法。并以三菱PLC為例，驗(yàn)證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：PLC;梯形圖;時(shí)序;周期

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0133-02

Abstract： Ladder diagram is one of the most commonly used programming methods in PLC. A simple， effective and accurate periodic time series analysis method for ladder diagram is given in this paper. Taking Mitsubishi PLC as an example， the feasibility of this method is verified.

Keywords： PLC; ladder diagram; time series; period

1 概述

《電氣控制與PLC》、《PLC原理與應(yīng)用》等相關(guān)PLC的課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、機(jī)械工程等很多專業(yè)的一門核心專業(yè)課，是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。學(xué)習(xí)PLC的重點(diǎn)是編程，梯形圖是所有類型的PLC的第一編程語(yǔ)言，可見(jiàn)梯形圖的重要性。要讓學(xué)生能熟練地能根據(jù)實(shí)際要求來(lái)繪制正確的梯形圖，首先就得學(xué)會(huì)分析梯形圖，只有正確讀懂了梯形圖，才能為正確繪制梯形圖打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。怎樣分析梯形圖，文中給出了一種簡(jiǎn)單有效而又準(zhǔn)確的周期時(shí)序分析法。

2 周期時(shí)序分析法

時(shí)序分析法是時(shí)序電路中常用的一種方法，而PLC也是一個(gè)復(fù)雜的時(shí)序電路，但PLC有其自身的工作特點(diǎn)（循環(huán)周期掃描的工作方式），所以對(duì)梯形圖的周期時(shí)序分析法與時(shí)序電路中的時(shí)序分析法是不同的。本文以三菱FX系列的PLC為例，圖1為產(chǎn)生矩形脈沖的一段梯形圖，以此為例來(lái)講解梯形圖分析的一般步驟。

2.1 列出所有的編程元件

首先按梯形圖中出現(xiàn)的先后順序列出輸入繼電器，再按照梯形圖中每一條支路的先后順序，列出每一條支路結(jié)束時(shí)的編程元件，如圖2中的X0、T0、T1及Y0。

2.2 給出輸入繼電器的時(shí)序圖

根據(jù)PLC接的輸入信號(hào)，給出所有輸入繼電器的時(shí)序圖。當(dāng)沒(méi)有實(shí)際的控制要求時(shí)，可以先假設(shè)PLC的輸入信號(hào)。在本例中假設(shè)輸入繼電器X0端口接入開(kāi)關(guān)元件，并假設(shè)輸入繼電器X0的時(shí)序如圖2所示。

2.3 分周期進(jìn)行時(shí)序分析

所有類型的PLC都是循環(huán)周期掃描的工作方式，一個(gè)周期包括5個(gè)階段即自診斷、通信處理、輸入采樣、程序執(zhí)行及輸出刷新，而分析程序及編程時(shí)只用考慮后3個(gè)階段。分析的難點(diǎn)是梯形圖中既有編程元件的觸點(diǎn)又有其線圈的，根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出一句話，即觸點(diǎn)在線圈之前看上一周期的狀態(tài)，觸點(diǎn)在線圈之后看本周期的狀態(tài)。具體應(yīng)用如下：

從PLC運(yùn)行時(shí)刻開(kāi)始分析，第一個(gè)掃描周期的第一階段即輸入采樣，此刻采樣的X0為低電平;第二階段程序執(zhí)行，根據(jù)讀取梯形圖的規(guī)則“從上到下，從左至右”可知，在第一條支路中X0常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，T1的常閉觸點(diǎn)位置在T1線圈之前，判斷本周期內(nèi)T1常閉觸點(diǎn)是接通還是斷開(kāi)，得看上一周期的狀態(tài)（若為PLC運(yùn)行的第一個(gè)周期，因此上一周期即為PLC編程元件的初始狀態(tài)。若不為PLC運(yùn)行的第一周期，則為分析時(shí)刻點(diǎn)的前一時(shí)刻各編程元件的狀態(tài)）即為低電平，在本周期內(nèi)T1常閉觸點(diǎn)接通，可知該條支路不接通，定時(shí)器T0不會(huì)開(kāi)始定時(shí)。在第二條支路中T0常開(kāi)觸點(diǎn)在T0線圈之后，判斷T0常開(kāi)觸點(diǎn)是斷開(kāi)還是閉合看本周期的狀態(tài)，而在本周期T0沒(méi)有工作，依然為低電平，因此T0常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，定時(shí)器T1不會(huì)定時(shí)，輸出繼電器Y0的線圈不會(huì)被驅(qū)動(dòng)，T1及Y0在本周期內(nèi)都為低電平;第三階段輸出刷新，輸出繼電器對(duì)外輸出依然為0。所以在PLC運(yùn)行的第一個(gè)周期，各編程元件的時(shí)序如圖2所示的m～n段。

從圖2所示的n時(shí)刻到a時(shí)刻的這一段時(shí)間內(nèi)，不管期間經(jīng)歷多少個(gè)掃描周期，由于輸入無(wú)變化，定時(shí)器沒(méi)有定時(shí)，所以T0、T1及Y0的狀態(tài)不變，如圖2所示的n～a段。

從圖2所示的a時(shí)刻開(kāi)始，X0成為高電平，即從該時(shí)刻開(kāi)始得分周期來(lái)分析，與分析第一周期的方法一樣。在分析中的“上一周期”即為a時(shí)刻的前一狀態(tài)，“本周期”即為正在分析的這一周期。根據(jù)分析可知，在本周期內(nèi)T0開(kāi)始定時(shí)，即T0從圖2所示的a時(shí)刻開(kāi)始定時(shí)，因?yàn)镻LC的掃描周期非常短，在一個(gè)掃描周期內(nèi)，定時(shí)器不會(huì)達(dá)到定時(shí)時(shí)間，因此從a時(shí)刻開(kāi)始的這一周期的各編程元件狀態(tài)如圖2所示的a～b段。

從圖2的b時(shí)刻開(kāi)始，輸入繼電器的狀態(tài)一直沒(méi)有變化，T0定時(shí)器已開(kāi)始定時(shí)，根據(jù)圖1中的梯形圖可知，T0定時(shí)時(shí)間沒(méi)到時(shí)，各個(gè)編程元件的狀態(tài)是不變的，如圖2所示的b～c段。

假設(shè)在圖2所示的c時(shí)刻， T0的定時(shí)時(shí)間到，此時(shí)各編程元件的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從c時(shí)刻起需要分周期來(lái)分析。分析方法與第一周期的分析方法相同，得到各編程元件的狀態(tài)如圖2所示的c～d段，并且T1開(kāi)始定時(shí)。

從圖2的c時(shí)刻開(kāi)始，T1定時(shí)，當(dāng)T1定時(shí)時(shí)間不到，各編程元件的狀態(tài)將保持不變，如圖2所示的e時(shí)刻之前的這段時(shí)間。假設(shè)到圖2的e時(shí)刻，T1定時(shí)時(shí)間到，根據(jù)上述分析方法，可得到e時(shí)刻之后的這一周期各編程元件的狀態(tài)，如圖2所示的e～f段。到了f時(shí)刻要特別注意，T1常閉觸點(diǎn)在T1線圈之前得看上一周期的狀態(tài)，即圖2中f時(shí)刻的前一時(shí)刻的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)前述同樣的分析可知，下一周期的各編程元件狀態(tài)如圖所示的f～g段。到了g時(shí)刻，各編程元件回到了a時(shí)刻的狀態(tài)，往后只要輸入繼電器保持高電平，將重復(fù)a～g的過(guò)程。所以在本例中，Y0將輸出一個(gè)周期性的矩形脈沖。

通過(guò)以上分析，可以得到梯形圖各編程元件完整的時(shí)序圖，明確PLC的輸出信號(hào)。但使用這種方法進(jìn)行分析時(shí)，一定要弄清楚一些關(guān)鍵的時(shí)間點(diǎn)，如哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)必須要分周期來(lái)看，哪些時(shí)間點(diǎn)則不用。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入繼電器的信號(hào)發(fā)生變化、定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間到、計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)滿時(shí)等情況就一定得分周期來(lái)進(jìn)行分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

分周期的時(shí)序分析法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC的編程是非常有幫助的，不僅可以分析現(xiàn)有的梯形圖，還可以幫助學(xué)生檢查自己所繪制的梯形圖是否滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，該方法得到了學(xué)生的一致認(rèn)可。當(dāng)然該方法也有一定的局限性，它對(duì)與PLC的掃描周期無(wú)關(guān)的功能指令是不適用的。

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