雷時榮

（炎黃職業(yè)技術學院，江蘇 淮安 223400）

PLC程序設計創(chuàng)新實踐及應用

雷時榮

（炎黃職業(yè)技術學院，江蘇 淮安 223400）

本文精簡地說明了《PLC程序設計創(chuàng)新及應用》這一大學生創(chuàng)新實踐項目的程序設計方法，對同一控制系統(tǒng)根據(jù)繼電器電路圖用觸點指令設計梯形圖，再用順序控制設計法設計梯形圖，各種不同編程方法及其不同編程指令的靈活應用。

程序設計；觸點指令；順序控制；SCR指令

PLC的硬件和軟件的體系結構都是封閉的。各廠家的PLC編程語言、指令的設置和表達方式互不兼容。本文簡明地介紹了同一系統(tǒng)的控制功能如何用不同的梯形圖設計實現(xiàn)，同一設計方法又用不同的指令編程。

1.編程語言

IEC61131-3已成為各種工控產(chǎn)品事實上的軟件標準，該標準詳細地說明了句法、語義和下述5種編程語言：

（1）Sequential Function Chart（SFC），即順序功能圖。

（2）Ladder Diagram（LD），即梯形圖。

（3）Function Block Diagram（FBD），即功能塊圖。

（4）Instruction List（IL），即指令表。

（5）Structured Text（ST），即結構文本。

5種編程語言之間的關系如圖1所示。

順序功能圖高于其他編程語言，用來編制順序控制程序，提供組織程序的圖形方法。

梯形圖是用得最多的PLC圖形編程語言，與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似。梯形圖由觸點指令、線圈和方框指令組成，起保停電路如圖2所示。

S7系列PLC將指令表稱為語句表，簡稱STL。語句表程序由指令組成，起保停電路語句表如下：

LD I0.0

O Q0.0

AN I0.1

= Q0.0

功能塊圖類似數(shù)字邏輯電路，用與門、或門的方框表示邏輯關系，信號從左向右流動。語句表的功能塊圖如圖3所示。

2.編程指令

編寫梯形圖程序用位邏輯指令，其包括觸點指令與堆棧指令（標準觸點指令、輸出指令、OLD、ALD、LPS、立即觸點等）；輸出類指令有立即輸出（=I）、置位指令S（Set）和復位指令R（Reset）、立即置位（SI）與立即復位（RI）、RS與SR雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器指令、正負向轉換觸點和取反觸點指令等。定時器指令有TON、TOF、TONR和BITIM OUT等類型；計數(shù)器指令有CITIM、CTU、CTD和CTUD指令。

S7的功能指令分為數(shù)據(jù)比較指令與數(shù)據(jù)傳送指令、移位與循環(huán)移位指令、數(shù)據(jù)轉換指令、表格指令和實時時鐘指令；數(shù)學運算指令分為整數(shù)運算指令、浮點數(shù)函數(shù)運算指令和邏輯運算指令；程序控制指令分為跳轉指令和循環(huán)指令等。中斷程序中有中斷指令，分為中斷允許指令ENI、禁止中斷指令DISI、中斷連接指令ATCH、中斷分離指令DTCH和清除中斷事件CEVNT。還有高速計數(shù)器與高速脈沖輸出指令、數(shù)據(jù)塊應用與字符串指令。

3.數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖設計方法

數(shù)字量控制系統(tǒng)有以下3種設計方法：

（1）經(jīng)驗設計法

用繼電器電路圖的方法設計簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)。按照被控對象對控制系統(tǒng)的要求，反復修改和完善梯形圖，有時需要數(shù)次反復地調試和修改梯形圖，增加或刪除一些中間編程元件和觸點，然后進行調試。

（2）繼電器電路圖設計法

用PLC改造繼電器控制系統(tǒng)，根據(jù)繼電器電路圖設計梯形圖是一條捷徑，電路圖中的常開觸點即梯形圖中的常開觸點指令，把繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，用PLC的外部硬件接線圖和梯形圖程序來實現(xiàn)繼電器電路的功能。

（3）順序控制設計法

順序控制設計法是一種先進的設計方法，根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖（Sequential function chart，SFC），然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖。該方法可以使用置位復位指令編程，也可以用SCR指令編程，究竟采用哪種指令由編程者靈活決定。

4.小車自動往返項目

小車自動往返運動控制是一種常用且基礎的控制系統(tǒng)，根據(jù)繼電器電路，用經(jīng)驗設計法設計梯形圖，用觸點指令編程，完成自動往返控制功能。

5.十字路口交通燈控制系統(tǒng)（圖4）

在創(chuàng)新實踐項目的實施過程中，學生對十字路口交通燈項目進行了程序設計創(chuàng)新。控制系統(tǒng)的信號燈受一個啟動開關控制，當啟動開關接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當啟動開關斷開時，所有信號燈都熄滅。

南北紅燈亮的時間是25s，在南北紅燈亮的同時東西綠燈亮20s。到20s時，東西綠燈閃爍，閃爍3s后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮2s，2s時間到，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，與此同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮30s。南北綠燈亮的時間是20s，然后閃爍3s后熄滅。同時南北黃燈亮2s后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。以此控制功能為目標循環(huán)運行。

本項目組分別用定時器指令、起保停指令（經(jīng)驗設計法）、置位復位指令、SCR指令和比較指令4種不同的方法編程，實現(xiàn)相同的控制功能。限于篇幅，各種不同編程方法完成的程序設計創(chuàng)新在此不展示。

結論

在項目實施過程中，鼓勵學生積極動腦筋思考多種編程方法；動手編程和調試，培養(yǎng)了學生的實踐動手能力；鼓勵創(chuàng)新，利于創(chuàng)新精神的發(fā)揚，畢業(yè)后走上工作崗位，為祖國的創(chuàng)新型社會貢獻力量。

［1］廖常初.PLC編程及應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.

［2］ SIEMENS AG.S7-200CN可編程序控制器產(chǎn)品樣本［Z］.2013.

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