邏輯設計法在PLC編程中的應用

于濤 劉海華

摘要：簡要介紹了邏輯設計法及其在PLC開關量程序控制系統編程中的應用。以四組搶答器控制系統為例，詳細描述了邏輯設計法應用于工程實踐的具體設計步驟。

關鍵詞：邏輯設計法;PLC;狀態轉換表;邏輯表達式

0 ? ?引言

PLC是一種專門為工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置，它將繼電控制技術、計算機技術和通信技術融于一體，具有控制功能強大、使用靈活方便、易于擴展、環境適應性好等一系列優點，主要應用于開關量的邏輯控制、步進控制、模擬量控制、數據處理、網絡通信等領域。本文從工程應用的角度出發簡要介紹邏輯設計法在PLC編程中的應用。

1 ? ?邏輯設計法

邏輯設計方法的理論基礎是邏輯代數，它是從傳統的繼電器邏輯設計方法繼承而來的，經過適當的改進，適合于PLC應用程序設計的一種方法。它的基本設計思想是：控制過程由若干個狀態組成，每個狀態都是由接收了某個主令信號而建立，各記憶元件用于區分各狀態，并構成執行元件的輸入變量;正確地寫出各中間記憶元件邏輯函數式和執行元件的邏輯函數式，也就完成了邏輯設計的主要任務。邏輯設計法主要適用于單一順序問題的程序設計。

2 ? ?邏輯設計法的編程步驟

邏輯設計法適合于設計開關量控制程序，它是對控制任務進行邏輯分析和綜合，將元件的通、斷電狀態視為觸點通、斷狀態，作為邏輯變量的邏輯函數，利用PLC邏輯指令設計出滿足要求且較為簡練的程序。

邏輯設計法的設計步驟如下：

（1）通過工藝過程分析，明確控制系統要求。繪制工作循環輸入/輸出設備與PLC的I/O地址分配表。

（2）編制控制系統狀態轉換表。通常它由輸出信號狀態表、輸入信號狀態表、狀態轉換主令表及中間記憶狀態表4個部分組成。狀態轉換表全面、完整地展示了系統各部分、各時刻的狀態和狀態之間的聯系及轉換，是進行系統分析和設計的有效工具。

（3）根據狀態轉換表進行控制系統的邏輯設計，包括寫中間記憶元件的邏輯表達式和執行元件的表達式。

（4）將邏輯函數轉化為PLC梯形圖或語句表形式。

（5）程序的完善和補充。根據設計要求，對控制程序中無法用邏輯狀態表或邏輯表達式描述的過程進行補充和完善，如手動工作方式、自動工作循環及電氣保護措施等。

3 ? ?邏輯編程的運用舉例

根據以上介紹的邏輯設計法編程步驟，以四組搶答器控制系統為例，介紹邏輯設計法在開關量程序控制系統中的具體應用。

3.1 ? ?明確搶答器操作系統控制要求，繪制工作循環輸入/輸出設備與PLC的I/O地址分配表

3.1.1 ? ?搶答器操作系統組成及搶答流程規定

搶答器操作系統由兩個部分組成，分別為控制臺和選手搶答臺?？刂婆_設有指示燈、蜂鳴器、開始和復位控制按鈕;搶答臺設有分臺指示燈和搶答按鈕。在控制臺按下開始按鈕后選手開始搶答，如12 s時間到還沒有搶答，搶答器將發出搶答時間到信號。如果在按下開始按鈕前出現搶答，則搶答選手的臺位指示燈亮，蜂鳴器發出聲響，以此可以確定搶答選手的臺位。按復位按鈕后可重新開始比賽。燈光及音響信號的表達方式是這樣規定的：

（1）蜂鳴器響及分臺燈亮表示正常搶答;

（2）蜂鳴器響及控制臺燈亮表示無人應答;

（3）在一個題目回答結束后，控制臺按下復位按鈕，搶答器恢復原始狀態，等待第二輪搶答。

為了使臺位指示燈在答題時仍然顯示，需要采用自鎖電路;此外，為了避免蜂鳴器一直鳴叫，需要設計點動控制和定時控制。

3.1.2 ? ?系統設計設備選擇

根據輸入/輸出信號類型和數量，PLC以西門子S7-200為例，選用CPU222 DC/DC/DC（24 V直流電源/24 V直流輸入/晶體管輸出）。

四組搶答器PLC的I/O端連接圖如圖1所示。

按照PLC的接線圖，列出了輸入/輸出設備及PLC的I/O地址分配表，如表1所示。

3.2 ? ?編制控制系統狀態轉換表

控制系統狀態轉換表如表2所示。

3.3 ? ?輸入/輸出邏輯表達式

根據表2所描述的邏輯關系，得到輸入/輸出邏輯表達式，即：

Q0.0=I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.1=I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.2= I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.3= I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

3.4 ? ?將邏輯函數轉化為PLC梯形圖并完善和補充

按控制要求，根據邏輯表達式并補充控制臺和蜂鳴器控制程序，得到四組搶答器控制系統梯形圖，如圖2所示。

4 ? ?結語

用戶程序的編制需要使用PLC生產廠商提供的編程語言，各個PLC生產制造廠商提供的PLC編程語言各自獨立，不能互用，但其基本的編程方法是相通的。隨著PLC應用技術的普及，PLC在實際工作中得到了廣泛的應用。因此，對于工程技術人員而言，掌握更多的編程方法和應用技巧具有積極的作用。

[參考文獻]

[1] 李道霖.電氣控制與PLC原理及應用（西門子系列）[M].北京：電子工業出版社，2006.

收稿日期：2020-02-17

作者簡介：于濤（1986—），男，江蘇濱海人，助理工程師，主要從事設備管理工作。

通信作者：劉海華（1963—），男，廣東連平人，高級工程師，主要從事工程項目管理工作。