论文部分内容阅读
【摘要】本文以德国西门子公司生产的小型PLC S7-200为例，通过一个工程实例具体地介绍了PLC顺序控制梯形图的三种设计方法。对比分析表明，使用起保停电路的设计方法可以应用于任意型号的PLC；以转换为中心的设计方法具有编程简单、思路清晰等特点，但程序执行的时间较长；使用SCR指令的设计方法，既可减小内存占用的空间，又能减少程序的执行时间，从而提高PLC的工作效率。三种设计方法都有其各自特点，在实际应用中，可以根据控制要求及PLC的不同型号，选用合适的设计方法。
【关键词】PLC 顺序控制 梯形图 SCR指令
【中图分类号】TM571 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）01-0004-02
1.引言
PLC的可靠性高，功能强大，使用方便灵活，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，已成为现代工业自动控制领域的三大支柱之一。PLC的硬件接线简单方便，软件方面主要是程序的设计。PLC的编程语言国际标准有五种，其中梯形图是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图相似，具有形象直观、易学易懂等优点，很容易被熟悉继电器控制的技术人员掌握。
顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地、有秩序地进行操作。顺序控制设计法的设计步骤为：首先，根据工艺要求，画出顺序功能图；然后根据顺序功能图设计出梯形图。顺序功能图（ Sequential Function Chart简称SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是设计PLC的顺序控制程序的主要工具，它主要由步、动作、转换、转换条件及有向连线组成。本文主要论述如何根据已画好的顺序功能图设计梯形图。PLC顺序控制梯形图的常用设计方法有三种：使用起保停电路的设计法，以转换为中心的设计法以及使用SCR指令的设计法。本文以德国西门子公司生产的小型PLCS7-200为例，通过一个具体实例，分别采用以上三种不同的设计方法将已画好的顺序功能图设计成梯形图，并通过比较分析总结出三种不同设计方法的编程思想及各自的特点。
2.顺序控制梯形图三种设计方法的应用举例
图1中的两条运输带顺序相连，按下启动按钮I0.0，Q0.0变为ON，2号运输带开始运行，10S后Q0.1变为ON，1号运输带自动起动。按下停止按钮I0.1，停机的顺序与起动的顺序刚好相反，间隔时间为8S。
首先，根据控制要求画出顺序功能图，如图2所示，顺序功能图中的各步可以用存储器位M来代替，这样在转换成梯形图的时候比较方便。
M0.0为初始步，是等待起动命令的相对静止的一个状态，用SM0.1的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，每个顺序功能图至少应该有一个初始步。当按下启动按钮I0.0后，进入到下一步M0.1步，即2号运输带起动（Q0.0为ON），同时T37定时器开始定时，定时10S后，T37常开触点接通，转换条件实现，M0.1步变为不活动步， M0.2步成为活动步，即1号运输带也起动（Q0.0、Q0.1都为ON），当按下停止按钮I0.1，M0.2步变为不活动步，进入到下一步（M0.3步变为活动步），即1号运输带停机，2号运输带继续运行（Q0.0为ON），同时定时器T38开始定时，定时时间为8S，8S后1号运输带也停机，将返回到初始步M0.0，等待下一次起动命令，即一个周期结束。
下面重点介绍将图2-2所示的顺序功能图用以下三种不同的方法设计成梯形图。
2.1使用起保停电路的顺序控制梯形图的设计方法
设计起保停电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。起动条件为某一步的前级步为活动步且满足相应的转换条件。停止条件为该步的后续步为不活动步。保持条件比较简单，即用代表各有关步的存储器位的常开触点与起动条件并联即可。
图2中，以M0.1步为例，该步的起动条件是：其前级步M0.0是活动步且转换条件I0.0得到满足，即将M0.0的常开触点与I0.0的常开触点串联做为M0.1步的起动条件。M0.1步的停止条件是：其后续步M0.2为不活动步，即将M0.2的常闭触点与M0.1的线圈串联做为M0.1步的停止条件。M0.1步的保持条件是： M0.1的常开触点。其它各步的编程方法与M0.1步相同。根据上述的编程方法，很容易就能将顺序功能图设计成梯形图（如图3所示）。
对于输出电路的设计方法要注意以下两点：1.某一输出量仅在某一步中为ON，将它的线圈与对应步的存储器位（如M0.2）的线圈并联。2.某一输出在几步中都为ON，将代表各有关步的存储器位的常开触点并联后，驱动该输出的线圈。（如M0.1～M0.3的常开触点并联驱动Q0.0的线圈）。
2.2 以转换为中心的顺序控制梯形图的设计方法
以转换为中心的编程方法中，将该转换的所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联，用它来控制对后续步存储器位的置位（使用置位指令S）和前级步存储器位的复位（使用复位指令R） 。梯形图与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系。在顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且满足相应的转换条件，则转换实现。
图2中，以转换I0.0为例，I0.0对应的转换满足的条件有两个：转换的前级步是活动步且转换条件得到满足，即用M0.0和I0.0的常开触点串联，再用置位指令将MO.1置位，将M0.0复位。以转换为中心的编程方法中，每一个转换对应一个置位和复位的电路块，有几个转换就有几个这样的电路块。根据上述的编程方法，将顺序功能图设计成梯形图（如图4所示）。
2.3 使用SCR指令的顺序控制梯形图的设计方法
为了方便编制复杂的顺序控制梯形图，各种厂家、各种型号的PLC都有顺序控制指令，顺序控制指令是PLC生产厂家为用户提供的可使功能图变成简单化和规范化的指令。西门子S7-200PLC提供了4条顺序控制指令，即段开始、段转移和段结束指令。
顺序控制继电器SCR是专门用于编写顺序控制程序的。一个顺序控制程序是由若干个SCR段组成的，每一个SCR段都应包括段开始SCR、段转换SCRT和段结束SCRE。每个SCR段对应顺序控制中的一个功能步。编程时只需把顺序功能图中的M存储位改成S即可，用SM0.1来使初始步S0.0置位，进入第一个SCR段，当转换条件I0.0满足时，将转移到下一步（即S0.1步），其它其梯形图程序如图5所示。
使用SCR指令的编程方法，是一种专门的顺序控制梯形图的设计方法。各种厂家、各种型号PLC都有顺序控制指令，它是PLC自带的一种设计方法。
使用SCR指令编程时应注意，不能在不同的程序中使用相同的S位；不能在SCR段之间使用JMP（跳转）和LBL（标号）指令；不能在SCR段中使用FOR、NEXT及END指令。
3.结束语
通过对以上三种顺序控制设计方法的比较分析，可以得出以下结论：
（1）起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，可以应用于任意型号的PLC。
（2）以转换为中心的设计方法具有编程简单、思路清晰等特点。但由于不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联，致使梯形图中的语句条数比较多，程序的执行时间稍长一些。
（3）使用SCR指令的编程方法，既可减小内存占用的空间，又能减少程序的执行时间，从而提高PLC的工作效率。在设计较复杂的顺序控制系统时应用十分方便。
以上介绍的三种顺序控制梯形图的设计方法，每种方法都有其各自的特点，但都比较有规律、容易掌握。在实际应用中，可以根据控制要求及PLC的不同型号，选用合适的方法就能快速地设计出较复杂的顺序控制梯形图程序。
参考文献：
[1]廖常初.PLC编程及应用[M]. 第3版.北京：机械工业出版社，2008.
[2]左毅，陈燎原.PLC梯形图的三种顺序控制设计法[J].机床电器，2007-02.
[3]朱学军.PLC顺序控制方法研究[J].组合机床与自动化加工技术，2003-11.
[4]陆秀令，张松华，张忠贤.PLC梯形图的顺序控制设计法[J].机床与液压，2004-04.
【关键词】PLC 顺序控制 梯形图 SCR指令
【中图分类号】TM571 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）01-0004-02
1.引言
PLC的可靠性高，功能强大，使用方便灵活，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，已成为现代工业自动控制领域的三大支柱之一。PLC的硬件接线简单方便，软件方面主要是程序的设计。PLC的编程语言国际标准有五种，其中梯形图是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图相似，具有形象直观、易学易懂等优点，很容易被熟悉继电器控制的技术人员掌握。
顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地、有秩序地进行操作。顺序控制设计法的设计步骤为：首先，根据工艺要求，画出顺序功能图；然后根据顺序功能图设计出梯形图。顺序功能图（ Sequential Function Chart简称SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是设计PLC的顺序控制程序的主要工具，它主要由步、动作、转换、转换条件及有向连线组成。本文主要论述如何根据已画好的顺序功能图设计梯形图。PLC顺序控制梯形图的常用设计方法有三种：使用起保停电路的设计法，以转换为中心的设计法以及使用SCR指令的设计法。本文以德国西门子公司生产的小型PLCS7-200为例，通过一个具体实例，分别采用以上三种不同的设计方法将已画好的顺序功能图设计成梯形图，并通过比较分析总结出三种不同设计方法的编程思想及各自的特点。
2.顺序控制梯形图三种设计方法的应用举例
图1中的两条运输带顺序相连，按下启动按钮I0.0，Q0.0变为ON，2号运输带开始运行，10S后Q0.1变为ON，1号运输带自动起动。按下停止按钮I0.1，停机的顺序与起动的顺序刚好相反，间隔时间为8S。
首先，根据控制要求画出顺序功能图，如图2所示，顺序功能图中的各步可以用存储器位M来代替，这样在转换成梯形图的时候比较方便。
M0.0为初始步，是等待起动命令的相对静止的一个状态，用SM0.1的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，每个顺序功能图至少应该有一个初始步。当按下启动按钮I0.0后，进入到下一步M0.1步，即2号运输带起动（Q0.0为ON），同时T37定时器开始定时，定时10S后，T37常开触点接通，转换条件实现，M0.1步变为不活动步， M0.2步成为活动步，即1号运输带也起动（Q0.0、Q0.1都为ON），当按下停止按钮I0.1，M0.2步变为不活动步，进入到下一步（M0.3步变为活动步），即1号运输带停机，2号运输带继续运行（Q0.0为ON），同时定时器T38开始定时，定时时间为8S，8S后1号运输带也停机，将返回到初始步M0.0，等待下一次起动命令，即一个周期结束。
下面重点介绍将图2-2所示的顺序功能图用以下三种不同的方法设计成梯形图。
2.1使用起保停电路的顺序控制梯形图的设计方法
设计起保停电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。起动条件为某一步的前级步为活动步且满足相应的转换条件。停止条件为该步的后续步为不活动步。保持条件比较简单，即用代表各有关步的存储器位的常开触点与起动条件并联即可。
图2中，以M0.1步为例，该步的起动条件是：其前级步M0.0是活动步且转换条件I0.0得到满足，即将M0.0的常开触点与I0.0的常开触点串联做为M0.1步的起动条件。M0.1步的停止条件是：其后续步M0.2为不活动步，即将M0.2的常闭触点与M0.1的线圈串联做为M0.1步的停止条件。M0.1步的保持条件是： M0.1的常开触点。其它各步的编程方法与M0.1步相同。根据上述的编程方法，很容易就能将顺序功能图设计成梯形图（如图3所示）。
对于输出电路的设计方法要注意以下两点：1.某一输出量仅在某一步中为ON，将它的线圈与对应步的存储器位（如M0.2）的线圈并联。2.某一输出在几步中都为ON，将代表各有关步的存储器位的常开触点并联后，驱动该输出的线圈。（如M0.1～M0.3的常开触点并联驱动Q0.0的线圈）。
2.2 以转换为中心的顺序控制梯形图的设计方法
以转换为中心的编程方法中，将该转换的所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联，用它来控制对后续步存储器位的置位（使用置位指令S）和前级步存储器位的复位（使用复位指令R） 。梯形图与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系。在顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且满足相应的转换条件，则转换实现。
图2中，以转换I0.0为例，I0.0对应的转换满足的条件有两个：转换的前级步是活动步且转换条件得到满足，即用M0.0和I0.0的常开触点串联，再用置位指令将MO.1置位，将M0.0复位。以转换为中心的编程方法中，每一个转换对应一个置位和复位的电路块，有几个转换就有几个这样的电路块。根据上述的编程方法，将顺序功能图设计成梯形图（如图4所示）。
2.3 使用SCR指令的顺序控制梯形图的设计方法
为了方便编制复杂的顺序控制梯形图，各种厂家、各种型号的PLC都有顺序控制指令，顺序控制指令是PLC生产厂家为用户提供的可使功能图变成简单化和规范化的指令。西门子S7-200PLC提供了4条顺序控制指令，即段开始、段转移和段结束指令。
顺序控制继电器SCR是专门用于编写顺序控制程序的。一个顺序控制程序是由若干个SCR段组成的，每一个SCR段都应包括段开始SCR、段转换SCRT和段结束SCRE。每个SCR段对应顺序控制中的一个功能步。编程时只需把顺序功能图中的M存储位改成S即可，用SM0.1来使初始步S0.0置位，进入第一个SCR段，当转换条件I0.0满足时，将转移到下一步（即S0.1步），其它其梯形图程序如图5所示。
使用SCR指令的编程方法，是一种专门的顺序控制梯形图的设计方法。各种厂家、各种型号PLC都有顺序控制指令，它是PLC自带的一种设计方法。
使用SCR指令编程时应注意，不能在不同的程序中使用相同的S位；不能在SCR段之间使用JMP（跳转）和LBL（标号）指令；不能在SCR段中使用FOR、NEXT及END指令。
3.结束语
通过对以上三种顺序控制设计方法的比较分析，可以得出以下结论：
（1）起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，可以应用于任意型号的PLC。
（2）以转换为中心的设计方法具有编程简单、思路清晰等特点。但由于不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联，致使梯形图中的语句条数比较多，程序的执行时间稍长一些。
（3）使用SCR指令的编程方法，既可减小内存占用的空间，又能减少程序的执行时间，从而提高PLC的工作效率。在设计较复杂的顺序控制系统时应用十分方便。
以上介绍的三种顺序控制梯形图的设计方法，每种方法都有其各自的特点，但都比较有规律、容易掌握。在实际应用中，可以根据控制要求及PLC的不同型号，选用合适的方法就能快速地设计出较复杂的顺序控制梯形图程序。
参考文献：
[1]廖常初.PLC编程及应用[M]. 第3版.北京：机械工业出版社，2008.
[2]左毅，陈燎原.PLC梯形图的三种顺序控制设计法[J].机床电器，2007-02.
[3]朱学军.PLC顺序控制方法研究[J].组合机床与自动化加工技术，2003-11.
[4]陆秀令，张松华，张忠贤.PLC梯形图的顺序控制设计法[J].机床与液压，2004-04.