李英輝

摘要：PLC常用的設(shè)計方法包括邏輯設(shè)計法、轉(zhuǎn)換設(shè)計法、時序設(shè)計法、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法和順序設(shè)計法等5種設(shè)計方法，不同的應(yīng)用場合可以使用其中的一種或多種設(shè)計方法。本文介紹了PLC各設(shè)計方法的步驟，通過對比分析總結(jié)各設(shè)計方法的優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計技巧。

關(guān)鍵詞：PLC；邏輯設(shè)計法；轉(zhuǎn)換設(shè)計法；時序設(shè)計法；經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法；順序設(shè)計法可編程序控制器（PLC）是以自動控制技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置[1]。PLC具有可靠性高、體積小、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便及編程簡單等特點(diǎn)，現(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造工業(yè)四大支柱之一。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計中梯形圖是最關(guān)鍵要素。梯形圖是一種形象化的編程語言，它沿用了繼電器控制電路的形式，又將計算機(jī)程序設(shè)計思想融入其中，因此，在設(shè)計方法上與計算機(jī)程序設(shè)計和電氣控制設(shè)計有相似之處，但也有不同點(diǎn)[2]。PLC常用的設(shè)計方法有邏輯設(shè)計法、轉(zhuǎn)換設(shè)計法、時序設(shè)計法、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法和順序設(shè)計法等5種設(shè)計方法，不同的應(yīng)用場合可以使用其中的一種或多種設(shè)計方法。下面分別介紹各種設(shè)計方法的定義、步驟、特點(diǎn)及技巧，以便設(shè)計者根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的設(shè)計方法。

1邏輯設(shè)計法

邏輯設(shè)計法是對控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯分析和綜合，將元件的通斷狀態(tài)視為以觸點(diǎn)通斷狀態(tài)為邏輯變量的邏輯函數(shù)，再經(jīng)過函數(shù)化簡，最后利用PLC邏輯指令設(shè)計的方法。邏輯設(shè)計法常用于組合邏輯設(shè)計，其關(guān)鍵是根據(jù)邏輯表達(dá)式的邏輯關(guān)系將輸入、輸出量進(jìn)行串并聯(lián)組合。其設(shè)計步驟如下：（1）明確控制任務(wù)和要求，給輸入、輸出元件分配I/O資源；（2）根據(jù)控制過程分析，畫出邏輯真值表；（3）列寫邏輯表達(dá)式，并根據(jù)公式化簡；（4）將化簡后的邏輯表達(dá)式用PLC內(nèi)部資源和指令進(jìn)行設(shè)計。邏輯設(shè)計法的設(shè)計思路清晰，所編寫的程序易于優(yōu)化，因此廣泛應(yīng)用于簡單的控制系統(tǒng)中，如電動機(jī)的多點(diǎn)控制和順序控制等。

2轉(zhuǎn)換設(shè)計法

轉(zhuǎn)換設(shè)計法就是將電氣控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成PLC控制系統(tǒng)的方法。這種轉(zhuǎn)換是一種簡便的編程方法，常用在生產(chǎn)設(shè)備升級改造中，如電動機(jī)降壓啟動控制電路改造中。其設(shè)計步驟如下：（1）根據(jù)電氣原理圖分析控制系統(tǒng)工作過程；（2）確定PLC輸入、輸出信號，畫出PLC的外部硬件接線圖；（3）確定PLC梯形圖中的輔助繼電器和定時器編號；（4）根據(jù)上述對應(yīng)關(guān)系設(shè)計PLC梯形圖，并進(jìn)一步優(yōu)化使梯形圖滿足合理性、條理性和可靠性。設(shè)計時需遵循以下原則：（1）接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件分配輸出繼電器，中間繼電器分配輔助繼電器；（2）啟動和停止信號硬件接線時均采用常開觸點(diǎn)，而在梯形圖中停止信號采用常閉觸點(diǎn)；（3）若PLC輸入資源豐富，給熱繼電器常閉觸點(diǎn)分配輸入繼電器，否則將其接在外部控制電路中；（4）時間繼電器采用PLC的定時器/計數(shù)器代替。

3時序設(shè)計法

時序設(shè)計法要先畫出控制系統(tǒng)的時序工作圖，再根據(jù)時序關(guān)系設(shè)計PLC梯形圖程序的設(shè)計方法。時序設(shè)計法適合于以時間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，如交通燈控制系統(tǒng)。其設(shè)計步驟如下：（1）根據(jù)控制系統(tǒng)要求分析PLC輸入、輸出信號；（2）繪制滿足控制系統(tǒng)要求的時序工作圖；（3）確定定時器的類型、編號及計數(shù)值等；（4）根據(jù)時序工作圖設(shè)計梯形圖。采用時序設(shè)計法設(shè)計梯形圖時可利用以下技巧：（1）若只用一個定時器，可借助比較指令簡化程序，輸出在定時器當(dāng)前值大于等于起始時刻時啟動，當(dāng)前值小于結(jié)束時刻時停止；（2）若采用多個定時器，則輸出用定時器常開觸點(diǎn)啟動，常閉觸點(diǎn)停止；（3）程序中若有閃爍程序，可采用PLC內(nèi)部的時鐘脈沖信號或編寫相應(yīng)的程序；（4）當(dāng)定時器時間較長時，可采用定時器級聯(lián)或計數(shù)器實(shí)現(xiàn)定時功能。

4經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法是要求設(shè)計者透徹理解PLC各種指令的功能，憑著對各種典型控制環(huán)節(jié)和基本單元電路的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，選擇各種指令并進(jìn)行修改和完善相應(yīng)程序的方法。這種方法沒有固定模式可循，設(shè)計出的程序質(zhì)量與編程者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，通常借助系統(tǒng)流程圖輔助完成設(shè)計。其設(shè)計步驟如下：（1）根據(jù)控制要求確定輸入、輸出繼電器；（2）根據(jù)工作過程繪制系統(tǒng)流程圖；（3）根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)選擇PLC指令并設(shè)計梯形圖；（4）反復(fù)試驗(yàn)并完善梯形圖以滿足全部控制要求。常用的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)包括起保?？刂齐娐?、順序控制、脈沖發(fā)生器等，設(shè)計中常用的自鎖、互鎖和聯(lián)鎖的設(shè)計技巧如下：（1）自鎖是在啟動按鈕兩端并聯(lián)同名接觸器常開觸點(diǎn)；（2）互鎖是在接觸器線圈上方串聯(lián)異名常閉觸點(diǎn)；（3）啟動（停止）聯(lián)鎖是在控制電路中串聯(lián)異名常開（常閉）觸點(diǎn)。

5順序設(shè)計法

順序設(shè)計法是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的步，每個步對應(yīng)一種操作狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件繪制順序功能圖，再按一定的規(guī)則轉(zhuǎn)化為梯形圖的設(shè)計方法。順序設(shè)計法規(guī)律性很強(qiáng)，雖然設(shè)計出的程序較長，但是其程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好，主要用于解決順序控制問題。順序設(shè)計法主要借助順序功能圖完成程序設(shè)計，其結(jié)構(gòu)包括單一順序、選擇順序和并行順序3種。順序設(shè)計法的設(shè)計步驟如下：（1）分析控制要求，確定輸入、輸出信號類型；（2）將控制過程分成若干工作步，明確各步的動作、轉(zhuǎn)換條件；（3）根據(jù)上述分析過程繪制順序功能圖；（4）根據(jù)順序功能圖，利用順序設(shè)計指令或輔助繼電器設(shè)計梯形圖。采用順序設(shè)計法時需注意：（1）初始步對應(yīng)于系統(tǒng)啟動時的初始狀態(tài)，每個順序功能圖需有一個初始步；（2）步與步之間不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換條件分隔；（3）轉(zhuǎn)換條件與轉(zhuǎn)換條件之間不能直接相連，必須用一個步分隔。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郝磊.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方法與技巧[J].內(nèi)江科技,2010，6,95-103.

[2]鄭文杰,靳玉杰,李明.可編程序控制器（PLC）梯形圖的幾種設(shè)計方法[J].焦作大學(xué)學(xué)報，2000,12（4）,41-42.