第4讲-PLC控制系统程序设计方法

第8讲PLC控制系统程序设计方法8.1PLC程序设计的基本要求8.2程序设计方法8.3PLC控制系统实例8.1PLC程序设计的基本要求编制一个较好的PLC控制程序一般应注意以下几个方面。1)正确性2)可靠性3)合理性4)可读性5)可塑性8.2程序设计方法8.2.1逻辑设计法1．三相异步电动机可逆控制线路图8-1(a)所示是三相异步电动机可逆控制线路。该线路在继电—接触器控制线路中已做过介绍。根据电路的控制要求，可画出如图8-1(b)所示的线路工作时序图，由时序图可看出线路中各器件动作的相互次序和因果关系。对线路的控制系统来说，输入信号共有4个，分别为SB1、SB2、SB3和FR，而输出信号则是KM1和KM2。考虑到系统中的自锁和互锁，得KM1、KM2的逻辑函数为21121KMFRSB)KM(SBKM11232KMFRSB)KM(SBKMSB2FU1UVWQFQSKM1FU2SB1FRKM1KM2SB3KM1FRNKM1KM2FRM3～SB2KM2KM1KM2(a)(b)SB1SB3KM2图8-1三相异步电动机可逆控制线路及工作时序图(a)三相异步电动机可逆控制线路；(b)工作时序图表8-1I/O分配表根据逻辑函数表达式及I/O分配表得出其梯形图如图8-2所示。0000100000000030100000002000000000301001END(01)01000010010100001001图8-2三相异步电动机可逆控制线路梯形图由梯形图可得程序指令表如下：2．通风机工作情况显示控制1)红灯常亮的程序设计当4台通风机都不开机时红灯常亮。其状态表为(设灯常亮为1、灭为0，通风机开机为1、停为0，以下同。)由状态表可得F1的逻辑函数：DCBAF1(8-1)BCDF1A图8-3红灯常亮的梯形图2)绿灯常亮的程序设计能引起绿灯常亮的情况有5种，其状态表如下：由状态表可得F2的逻辑函数为ABCDDABCDCABCDBABCDAF2(8-2)由于根据式(8-2)直接画梯形图时，梯形图会很烦琐，因此应先对式(8-2)进行化简。将式(8-2)化简得)()(2BACDCDABF(8-3)CDABF2ABCD图8-4绿灯常亮梯形图3)红灯闪烁的程序设计当红灯闪烁时，其状态表如下：由状态表可得F1的逻辑函数为DCBADCBADCBADCBAF1(8-4)将式(8-4)化简得)()(1BABADCDCDCBAF(8-5)CDABCDABABCD25501F1图8-5红灯闪烁的梯形图由状态表可得F2的逻辑函数为DCABDCBADCBADBCADCBACDBAF2(8-6)将式(8-6)化简得DCABCDBABABADCDCDCBAF2)()((8-7)4)绿灯闪烁的程序设计当绿灯闪烁时，其状态表为根据式(8-7)画出的梯形图如图8-6所示。CABD25501CABDCABDCABDF2图8-6绿灯闪烁的梯形图5)做I/O点分配表本例有A、B、C、D共4个输入信号，F1、F2两个输出，选择CPM1A机型，作出I/O分配表如表8-2所示。表8-2I/O分配表图8-7通风机工作情况显示控制梯形图0010200103001040010125501001030010100103001040010100102001010010300104255010010200103001040010100102AA00102001040010100103001040010200102001010010300104001020010100103001040010200101001030010400102001010010300104红灯绿灯0110101102由梯形图可得程序指令表如下：3．感应式交通信号灯自动控制当PLC各输出信号按照一定的时间顺序发生变化时，可采用时序图设计程序。通过绘制各输出信号和输入信号之间的关系和顺序，理顺各状态转换的时刻和转换条件，清理出输出和输入的逻辑关系，从而完成控制系统梯形图的编制。以下是十字路口感应式交通信号灯自动控制系统的设计示例。A1主干线支线B1A2B2假设有一个车流量大的主干线与一个车流量小的支线相交叉的十字路口，为了较有效地提高该路口的车辆通行能力，避免因支线绿灯放行期间造成主干线车辆积压过多，计划采用感应式控制方式，以缓解上述矛盾。主干线及支线的来往车辆通过埋设在停车线附近的四个方向的车辆检测器A1、A2、B1、B2检测，如图8-8所示。图8-8十字路口信号灯示意图1)控制要求(1)启动该系统后(开机)，主干线方向为绿灯亮，支线方向为红灯亮。若支线无车辆通过，则该状态一直保持。一旦支线有车到达路口，则检测器B1或B2检测到车辆到达6s后，使主干线绿灯灭，黄灯亮，延迟4s后变为红灯亮。同时，支线由红灯亮变为绿灯亮。(2)当支线绿灯亮后，若主干线无车辆通过路口，则支线绿灯延时25s后自动变为黄灯亮，延时4s后转为红灯亮。同时，主干线由红灯变为绿灯。(3)在支线绿灯延时期间，如主干线已积压三辆车，则当检测器A1或A2检测到第三辆车到达时，停止支线绿灯延时，立刻变为黄灯亮，维持4s后又变为红灯亮。此时，主干线由红灯亮变为绿灯亮。重复上述循环。2)系统设计分析(1)确定I/O点数。根据控制要求可知，输入信号有5个，即启动信号和4个方向的车辆检测信号。输出信号有6个，即主干线(东西方向)红、黄、绿灯及支线(南北方向)红、黄、绿灯。从定时角度来看，南北方向(支线)绿灯需要一个最大定时值为25s的定时器，南北、东西两个方向的黄灯各需一个4s的定时器，一个检测到南北方向来车后延时6s的定时器，一个记录东西方向积压车辆数的计数器。由于最大定时值皆未超过定时器的预置值范围，故总共需4个定时器、2个计数器。(2)灯色状态及定时时序图。按照控制要求，可绘出该时序图如图8-9所示。因为当支线车辆检测器B1或B2检测到来车后延时6s，所以使主干线由绿灯转变为黄灯亮。该6s的延时应由B1或B2输入的信号启动定时器TIM000来实现，但在TIM000定时期间，检测信号消失后，TIM000会复位。为了防止复位，图8-9中采用了锁存指令(KEEP2000)形成锁存继电器。表8-3I/O分配表支线绿灯最长延续25s，在此期间若主干线积压车辆不够3辆，则当延迟时间到后，才由绿灯转为黄灯亮。假若积压车辆已够3辆，则不管绿灯延迟25s是否到，在第三辆车到时，立即强迫将绿灯转变为黄灯亮。处理这一问题的关键，是当支线绿灯亮时应为启动车辆计数器作好准备。一旦主干线方向的传感器A1或A2发出有车信号，就能立即启动车辆计数器开始计数。因此，主干线来车计数器的启动条件应为支线绿灯亮和主干线车辆传感器A1或A2的输出信号。只要车辆计数器计到第3辆来车，就有信号输出，不管绿灯是否延时够25s，就迫使其关闭而转为黄灯亮。图8-9中虚线所示即为这种情况。整个系统的灯色转换条件及定时时序如图8-9中箭头所示。由图8-9可得出各定时器控制条件及灯色转换控制条件。开机(00000)支路红灯(01000)主干绿灯(01008)支路检测B1或B2KEEP20000TIM000TIM001主干黄灯（01009）主干红灯（01010）支路绿灯（01001）主干检测A1或A2CNT046或CNT047TIM002TIM003支路黄灯（01002）6s4s25s4s1234s图8-9系统时序图(3)定时器、计数器控制条件及灯色转换控制条件。具体描述如下：定时器、计数器控制条件：将B1、B2检测器产生的检测信号通过上升沿微分指令DIFU产生锁存信号，放在锁存器20000中。)00002()00001()20010DIFU(21BBTIM00320010)KEEP(20000TIM00320010)KEEP(20000.TIM00320010)KEEP(20000.TIM00320000TIM000TIM000TIM001TIM003TIM001TIM002TIM003TIM001TIM002.CNT047CNT046TIM002TIM003)00003()01001(CNT0461A支线绿灯计数)00003()01001(CNT0461A支线绿灯计数.(00004)(01001)047CNT2A支线绿灯计数(00004)(01001)047CNT2A支线绿灯计数.)01010(047CNT046.CNT主干线红灯复位灯色转换条件：支线红灯(01000)=开机(00000)·支线绿灯(01001)=主干线红灯(01010)···支线黄灯(01002)=(TIM002+CNT046+CNT047)·主干线绿灯(01008)=支线红灯(01000)·主干线黄灯(01009)=TIM000·主干线红灯(01010)=TIM001·TIM001TIM002CNT046CNT047TIM003TIM000TIM001TIM003(4)绘制梯形图。DIFU(13)200100000120010TIM00320000TIM003TIM000TIM001TIM00301001000030100100000TIM00001000TIM000TIM000TIM001TIM001TIM00301010TIM002CNT046CNT047TIM002CNT046CNT047TIM002CNT046CNT047010010000401010TIM003AA00002KEEP20000TIM000#0060TIM001#0040TIM002#0250CNT046#0003CNT047#0003TIM003#0040010000100801009010100100101002END(01)图8-10感应式交通信号灯自动控制梯形图(5)编写程序表。程序表如下：逻辑设计法归纳如下：用不同的逻辑变量来表示各输入/输出信号，并设定对应输入/输出信号各种状态时的逻辑值；详细分析控制要求，明确各输入/输出信号个数，合理选择机型；根据控制要求，列出状态表或画出时序图；由状态表或时序图写出相应的逻辑函数，并进行化简；根据化简后的逻辑函数画出梯形图，列出指令表；上机调试，使程序满足要求。8.2.2顺序控制设计法1．顺序控制设计法的功能表图与梯形图对那些按动作的先后顺序进行工作的系统，非常适宜使用顺序控制设计法编程。顺序控制设计法规律性很强，虽然编出的程序偏长，但程序结构清晰，可读性好。在用顺序控制设计法编程时，可根据系统的工作顺序绘制出功能表图。通过功能表图来表现系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。现以简单的控制为例来说明功能表图的组成。某动力头的运动状态有三种，即快进→工进→快退。各状态的转换条件为：快进到一定位置，压限位开关SQ1则转为工进；工进到一定位置，压限位开关SQ2则转为快退；退回原位压限位开关SQ3，动力头自动停止运行。对这样的控制过程画出的功能表图如图8-11所示。功能表图是由步、有向连线、转换条件和动作内容说明等组成的。用矩形框表示各步，框内的数字是步的编号。车停原位压SQ34快退3压SQ2工进2压SQ1快进1图8-11动力头控制功能表图1)单序列结构单序列结构的功能表图没有分支，每个步后只有一个步，步与步之间只有一个转换条件。2)选择序列结构图8-12(a)是选择序列结构的功能表图。选择序列的开始称为分支，如图8-12(a)的步1之后有三个分支(或更多)，各选择分支不能同时执行。例如，当步1为活动步且条件a满足时，转向步2；当步1为活动步且条件b满足时，转向步3；当步1为活动步且条件c满足时，转向步4。无论步1转向哪个分支，当其后续步成为活动步时，步1自动变为不活动步。若已选择了转向某一个分支，则不允许另外几个分支的首步成为活动步，所以应该使各选择分支之间连锁。选择序列的结束称为合并。在图8-12(a)中，不论哪个分支的最后一步成为活动步，当转换条件满足时，