呂勝杰

（中國(guó)傳媒大學(xué)國(guó)家廣電總局2021臺(tái) 黑龍江 齊齊哈爾 161000）

0 引言

PLC是在繼電器控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型的工業(yè)控制裝置，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，能夠?qū)⑽⑿陀?jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的一種應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域的高可靠性控制器。自1969年問(wèn)世以來(lái)，由于其編程簡(jiǎn)單、可靠性高、使用方便、維護(hù)容易、價(jià)格適中等特點(diǎn)，使其得到迅猛發(fā)展，PLC應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)時(shí)，用戶須根據(jù)各自的控制要求編寫各種實(shí)用程序，特別是它的梯形圖語(yǔ)言來(lái)源于繼電器控制邏輯中的電氣控制線路，為廣大電氣技術(shù)人員所熟悉，也易于接受，因而成為 PLC最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

1 PLC基本結(jié)構(gòu)

PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：電源、中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、底板或機(jī)架等幾大部分：

電源：PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源220VAC或110VAC，一般交流電壓波動(dòng)在+10%范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上；直流電源常用的為24V。

中央處理器（CPU）：中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞，每臺(tái)PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。

存儲(chǔ)器：顧名思義，主要用于存放系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件。

輸入輸出接口電路：輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道；輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。

底板或機(jī)架：大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。

2 PLC的梯形圖語(yǔ)言工作原理

無(wú)論是傳統(tǒng)梯形圖還是PLC梯形圖其工作原理都相同，只是在符號(hào)表示上傳統(tǒng)梯形圖比較接近實(shí)體的符號(hào)表示，而PLC則采用較簡(jiǎn)明且易于計(jì)算機(jī)或報(bào)表上表示的符號(hào)表示。在梯形圖邏輯方面可分為組合邏輯和順序邏輯兩種。

組合邏輯的梯形圖是單純地將單一或一個(gè)以上的輸入組件組合（串、并聯(lián)等）后再將結(jié)果送到輸出組件（線圈、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器或應(yīng)用指令等）的回路結(jié)構(gòu)；順序邏輯為具有回授結(jié)構(gòu)的回路，也就是將回路輸出結(jié)果拉回當(dāng)輸入條件，這樣在相同輸入條件下，會(huì)因前次狀態(tài)或動(dòng)作順序的不同，而得到不同的輸出結(jié)果。

3 梯形圖語(yǔ)言的編程原則

梯形圖是用戶根據(jù)控制功能編寫的程序，它不僅要滿足系統(tǒng)控制要求，而且要合理、安全、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，要做到這些，必須要掌握所使用PLC的指令系統(tǒng)，而且要熟悉該型號(hào) PLC的編程原則。不同廠家的PLC編程原則不盡相同，但其一些主要原則是相同的，在編寫梯形圖程序時(shí)，必須嚴(yán)格遵守指令格式和編程原則，否則,程序就無(wú)法正常運(yùn)行，當(dāng)然也無(wú)法滿足控制功能，因此，其編程通常依據(jù)以下規(guī)則：

1）梯形圖按照自上而下、從左到右的順序排列，受本身程序限制，編程時(shí)應(yīng)遵循從上到下、從左到右的順序，梯形圖中的每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)于一條指令，一條指令為一個(gè)步序。

2）為了方便，常用“有電流”或“得電”等來(lái)形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件。

3）梯形圖中的繼電器是“軟繼電器”，為“1”時(shí)，表示該繼電器處于閉合狀態(tài)。

4）梯形圖中，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。

5）梯形圖中繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用；而繼電器的觸頭，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。

4 梯形圖語(yǔ)言的編程方法

PLC梯形圖語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)沒(méi)有固定模式,一般經(jīng)常采用分析設(shè)計(jì)法(經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法)、邏輯設(shè)計(jì)法、狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)法和計(jì)算機(jī)輔助編程設(shè)計(jì)法等。

1）分析設(shè)計(jì)法：這種設(shè)計(jì)方法主要依靠經(jīng)驗(yàn)直接用 PLC設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng),來(lái)滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝過(guò)程的控制要求。

2）邏輯設(shè)計(jì)法：這種設(shè)計(jì)方法的基本含義是以邏輯組合的方法和形式設(shè)計(jì)梯形圖，它既有嚴(yán)密可循的規(guī)律性和明確可行的設(shè)計(jì)步驟，又具有簡(jiǎn)單、直觀和十分規(guī)范的特點(diǎn)。

3）狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)法：這種方法主要用于大型順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)首先畫狀態(tài)流程圖，然后將其改畫為梯形圖。

4）計(jì)算機(jī)輔助編程法：計(jì)算機(jī)輔助編程可以把梯形圖直接譯成指令形式，是今后PLC程序設(shè)計(jì)的今后的發(fā)展趨勢(shì)。

5 梯形圖語(yǔ)言的基本操作指令

圖1 梯形圖語(yǔ)言的基本操作指令

一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時(shí)器，C代表計(jì)數(shù)器，S代表狀態(tài)繼電器，D代表數(shù)據(jù)寄存器，MOV代表傳輸?shù)取?/p>

下面把LD/LDI/OUT/ORB/ANB五條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說(shuō)明（圖1）。

6 梯形語(yǔ)言在天線自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

以發(fā)射臺(tái)常用的天線交換開關(guān)陣列為例，說(shuō)明梯形語(yǔ)言的實(shí)際應(yīng)用，下圖是利用梯形圖語(yǔ)言設(shè)計(jì)的天線被發(fā)射機(jī)使用情況證實(shí)，其中使用的是歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC：

圖2 A04機(jī)上101天線、106天線證實(shí)

從圖中我們可以看到，如果A04發(fā)射機(jī)想上106或者101天線進(jìn)行播音，首先需要判斷天線轉(zhuǎn)換開關(guān)的具體狀態(tài)，當(dāng)K3直通、K4彎曲、K7直通時(shí)發(fā)射機(jī)上106天線；當(dāng)K7彎曲時(shí)，發(fā)射機(jī)上101天線。

在這個(gè)梯形圖中，每個(gè)開關(guān)量事先已經(jīng)在PLC的存儲(chǔ)地址中給予了數(shù)值，只要判斷這些賦值是否有信號(hào)，就可以判斷發(fā)射機(jī)和天線之間的關(guān)系，并且可以利用串口與工控機(jī)進(jìn)行連接，從而能夠把整個(gè)天線系統(tǒng)的情況實(shí)時(shí)的反映在工控機(jī)顯示屏上，為值班員的判斷提供了可靠的依據(jù)。

7 結(jié)束語(yǔ)

PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。我臺(tái)使用的是歐姆龍的PLC，該P(yáng)LC接口容易，編程語(yǔ)言易于我們接受，操作直觀，邏輯判斷能力強(qiáng)。最主要的是為不熟悉計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的技術(shù)人員提供了一種實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的新方法。

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［3］魯遠(yuǎn)棟.plc機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.