順序控制設計法在PLC應用程序設計中的應用

曹麗蘋

(保定職業技術學院，河北 保定 071002)

1 順序控制設計法

順序控制是工業控制領域中應用廣泛的一種控制方式。如果一個控制系統可以分解成幾個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴格按照一定的先后次序執行才能保證生產過程的正常運行，則該控制系統就是順序控制系統。

順序控制設計法可以很好地解決并發順序和選擇順序的程序設計問題。它按照生產工藝的順序要求，利用輸入信號的作用，根據系統內部狀態或時間的順序，使多個執行機構按工序自動進行操作。

采用順控設計法時，首先根據系統的工藝流程畫出順序功能圖，接著根據順序功能圖設計步進梯形圖。順序功能圖，又稱狀態轉移圖或功能表圖，是按照工藝流程進行編程的圖形化的組態語言，主要應用于工業過程控制上位策略組態程序的編寫。

2 順序控制設計法的編程步驟

順序控制設計法設計的基本步驟：

(1)劃分步(狀態)。根據輸出量的狀態變化劃分。步是特定狀態，每一步要完成一個或多個特定的動作。步分為初始步和工作步。

(2)確定轉換條件。轉換條件能使系統從當前步進入下一步。轉換條件可以是按鈕、指令開關、限位開關的接通/斷開等外部輸入信號；也可以是如定時器、計數器觸點的接通/斷開等PLC內部產生的信號；還可以是若干個信號的邏輯組合。

(3)繪制順序功能圖。順序功能圖是順控設計法中最為關鍵的步驟。它反映設計者對系統控制要求和功能流程的理解。

(4)編寫步進梯形圖。根據順序控制功能圖設計梯形圖的方法一般有3種：啟保停編程方法使用置位、復位指令的編程方法和步進梯形指令編程方法。

步進梯形指令編程方法使用專門的步進順控指令和編程元件來編寫，不同PLC的步進順控指令是不同的。

3 順序控制設計法應用案例

3.1 明確控制要求，劃分工作階段

3.1.1 系統控制要求分析

設計一個化學液體原料混合攪拌控制系統，其功能如圖1所示。主要用于將兩種液體原料A和B按照一定的比例進行充分混合。圖1中SL1、SL2、SL3為3個液位傳感器，當液面達到相應傳感器位置時送出ON信號，低于傳感器位置時送出OFF信號。A、B兩種液體原料的流入和混合原料C的流出分別由電磁閥YV1、YV2、YV3控制。M為攪拌電動機。

圖1 化學液體原料混合裝置

3.1.2 劃分工作階段

由化學液體混合裝置的工作工程可知，在系統啟動后，整個工作過程分成四個階段，即注入液體A、注入液體B、混合攪拌、釋放混合液體C。液位傳感器的狀態和定時器定時到作為步轉換的條件。

3.2 分配PLC的輸入、輸出端子，畫出PLC硬件原理圖

該系統信號輸入器件主要有啟動按鈕和停止按鈕，3個液位開關，因此需要5個輸入點；被驅動的設備主要有3個電磁閥門和控制攪拌電機的繼電器KA，需要4個輸出點。繼電器和電磁閥門的工作電源為DC+24V，PLC使用三菱FX2N-32MR進行控制。輸入、輸出端子分配表如表1所示，PLC硬件原理圖如圖2所示。

表1 液體混合攪拌系統的PLC輸入、輸出端子分配表

圖2 液體混合攪拌系統的PLC控制系統接線圖

3.3 繪制控制系統的順序功能圖

液體混合裝置的順序功能圖如圖3所示，圖中用了S0、S20-S24來表示6個工作步，M8002為系統初始化脈沖。

此流程可看作單周期操作和自動操作兩種工作模式。在S24步出現了選擇分支，在此轉換條件中的M0用來記憶系統的啟停信號，M0斷開時表示系統處于運行階段，流程圖從S24轉到S20；M0接通時表示系統將停止工作，流程圖從S24轉到S0，等待系統再次啟動運行。

圖3 液體混合攪拌系統的順序功能圖

3.4 設計梯形圖

采用步進梯形指令編程的方法將上述順序功能圖轉化成梯形圖，如圖3所示。

4 結語

順序控制設計法實際上是用轉換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態按一定順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制PLC的各輸出位。順序控制設計法可以很好地解決并發順序和選擇順序的程序設計問題。

圖4 采用STL指令設計的梯形圖