PLC程序設計技巧研究

邢潔林

（江蘇省陶都中等專業學校，無錫 214221）

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是針對工業環境提出的數字運算操控系統，具有成本低、穩定性強以及功能多樣等優點，能夠依靠可編程存儲器存儲系列控制程序，通過輸入輸出數字模擬信號實現操控機械設備的目的。在PLC控制功能實現過程中，除了做好硬件配備，還需完成系統編程。相較而言，PLC程序設計更加復雜，因此應加強設計技巧研究，確保高效開展控制系統開發等工作。

1 PLC程序設計分析

在PLC程序設計上，根據需要控制的設備或系統展開分析，確定輸入輸出點符合PLC點數要求，且根據控制功能實現的復雜程度判斷PLC內存容量是否足夠。在硬件條件滿足的基礎上，可以對輸入、輸出信號賦值，確保與PLC輸入、輸出編號對應，得到系統控制原理圖和完成控制程序編寫。整個過程中，梯形圖作為形象化編程語言，為決定PLC程序設計效果的關鍵要素。目前，主要采取順序控制和經驗編程兩種設計方法[1]。采用順序控制法需要對系統邏輯進行綜合分析，將一個工作周期劃分為多個順序相連的步驟，對應各自操作狀態，然后根據狀態轉換條件進行功能圖繪制，之后轉化為梯形圖。該種方法結構清晰和可讀性較強，但容易導致梯形圖復雜、煩瑣，系統程序運行時間過長，而采用經驗編程法不存在固定設計步驟。面向不同的控制系統時，它要求設計者可以深入掌握PLC的各種指令功能，結合控制功能進行指令修改和程序完善來實現相關需求。由于該方法帶有較強的主觀性，運用難度較大，造成設計結果存在較大差異，可能出現冗長、復雜等問題。

2 PLC程序設計技巧及運用

在PLC系統設計實踐中，需要結合PLC程序應用場合靈活運用不同的設計方法，因此應加強程序設計技巧分析，增強程序的可讀性、可靠性和高效性。

2.1 邏輯控制設計技巧

PLC程序設計之初，在邏輯表達上，按照電路邏輯關系能夠劃分為組合和時序兩類。如果控制結果僅與輸入變量相關，可以通過布爾代數進行梯形圖計算，生成關系簡明且可讀性強的程序圖[2]。例如，在照明控制程序設計上，利用I0.0開關1、I0.1開關2、I0.2開關3總計3處開關對一處照明燈Q4.0進行控制，要求任意開關能夠控制燈亮滅。對變量控制邏輯展開分析可知，任一開關閉合時照明燈亮，任一開關閉合時照明燈滅掉，最終得到奇數開關閉合時照明燈亮，偶數開關閉合時照明燈滅的邏輯關系。根據控制過程繪制邏輯真值表，可以得到邏輯表達式，完成PLC內部指令設計，得到如圖1所示的PLC程序梯形圖。觀察程序圖中邏輯關系可知，它為基本的位邏輯指令，僅需要生成一段程序。如果采用經驗編程方法，需要選擇位邏輯指令、計數器指令以及比較指令等多條指令生成多段程序，最終通過反復試驗確認滿足控制要求。因此，在簡單控制系統中，多通過簡化邏輯表達的順序控制法進行PLC程序設計。

圖1 照明控制PLC程序圖

2.2 啟停控制設計技巧

工業場景中，常見PLC控制對象為啟停控制，即在啟動信號有效時使設備通電，在停止信號有效時斷開電源。如圖2所示，以按鈕這種復歸型啟動元件為例，連接PLC輸出點Q0.0和輸入點I0.0、I0.1后可知，按下按鈕為觸點動作，松開時將自動復位。對輸出、輸出元件的常開觸點進行并聯可知，按鈕被按下后I0.0觸點閉合，輸出Q0.0閉合且線圈得電，按鈕松開后斷開且維持得電。利用置位指令實現得電保持功能，可以完成自鎖程序設計，如圖2所示。在開關閉合后，輸入點接通，線圈得電，開關不再發揮控制作用。

圖2 按鈕啟動PLC程序圖

在按鈕停止控制上，一是按下即刻停止，二是按下后直至當前任務周期結束后停止。實現第一種方式較為簡單，只需要在上述程序中增加停止控制指令，在輸出點Q0.0工作時按下按鈕，I0.1觸點分斷，線圈復位進入自鎖狀態。實現第二種停止功能，則需要鎖住停止信號，以免在松開按鈕后停止信號消失，導致無法在工作周期結束后實現控制指令。利用輔助繼電器元件實現自保控制，可以使線圈得電后自鎖[3]。以感應自動門控制為例，對上述控制邏輯展開分析。人在自動門內、外時，依靠位置傳感器K1或K2進行門開啟控制，在達到上限位SQ1后應停留5 s后再關門，確保人身安全。檢測到有人進出時，需要重新等待5 s，關閉時確認達到SQ2下限位停止。在PLC的 輸 入/輸 出（Input/Output，I/O）分 配 上，K1、K2、SQ1、SQ2分別對應I0.0、I0.1、I0.2、I0.3，驅動門開啟和關閉的接觸器輸出模塊分別對應Q4.1和Q4.2，可知能夠通過繼電器元件M0.0、M0.1、M0.2和M0.3分別構成一個單閉環，如圖3所示。其中，M0.0、M0.1和M0.3能夠直接套用置位復位指令，而M0.2不僅為前級步，也為后級步，同時執行置位和復位指令容易出現矛盾，需要將復位條件設定為（I0.0+I0.0）×I0.2。通過在復位指令左邊添加上升沿增設檢測指令，使M0.2復位一個短暫掃描周期形成時間差，確保同時實現置位和復位功能。

圖3 感應門啟停控制PLC程序圖

2.3 循環控制設計技巧

在機械自動化生產中，許多裝置需要周期性運行，重復執行一個周期動作，實現循環控制。在PLC程序設計上，需要按照設定工藝流程確定時間順序或條件順序，確保各機構有序工作。

按照時間順序進行控制，編程時需確認定時器編號和計數值等。采用多個定時器，用常開觸點啟動，并利用常閉觸點停止[4]。運用一個定時器可以簡化程序，在當前值大于起始值時，啟動定時器輸出。當前值小于起始值時，定時器停止。以流水燈控制為例，共計8個燈，輸出點對應Q0.0～Q0.7。按照控制要求，在首個燈亮起后，隔1 s再點亮下一個燈，整個工作周期為8 s。利用8個定時器T51～T58控制，可知M0.0為狀態位，工作時觸點閉合，如圖4所示。在一個周期結束后，對全部定時器和輸出端進行復位，能夠重啟下個周期。在程序設計上，可直接將T58延時設定為8 s，通過常閉觸點復位全部點位，簡化控制程序。

圖4 感應門啟停控制PLC程序圖

按照條件順序進行循環控制，可以使用比較指令簡化PLC程序。該指令可以看成是常開觸點，通過數值比較確定是否達到指定條件，滿足則閉合觸點，使右邊指令被執行。利用該指令代替邏輯塊，能夠利用一個定時器實現多個定時器的功能[5]。例如，對3條傳送帶進行依次啟動時，各設備啟動時間間隔為10 s，但最終需要同時停車。利用置位復位指令進行編程，在繪制梯形圖時進行電路初始化，可以在順序功能圖中插入起動組織塊OB100，將初始步M0.0置為1，轉換為活動步，剩余步清零。根據設計經驗，利用1個定時器和比較指令可以實現2個定時器的控制功能，如圖5所示。T0時基為100 ms，MW0為0～100的剩余時間值。通過比較指令拆分為50～100和0～50，相當于形成2個定時器。在需要控制的設備逐漸增多的情況下，采取該種技巧實現設備的循環啟動控制，能夠節省大量定時器。

圖5 傳送帶順序啟動控制PLC程序圖

3 結語

應用PLC技術實現自動化生產控制時，程序設計為系統控制功能實現的關鍵，需要利用梯形圖等各種編程語言實現控制對象的邏輯控制。設計實踐中，掌握邏輯控制、啟停控制等各種程序設計技巧，可以結合控制對象特點靈活進行不同控制程序設計，確保形成結構清晰、簡潔的控制流程，為系統各種功能的高效、可靠實現提供保障。