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對于電氣技術人員來說，控制系統軟件的設計就是用梯形圖編寫控制程序，用戶程序的設計是PLC應用中最關鍵的問題。對于控制規模比較大的系統，可根據工藝流程圖，將整個流程分解為若干步，確定每步的轉換條件，配合分支、循環、跳轉及某些特殊功能，以便很容易地轉換為梯形圖設計。對于傳統的繼電器控制電路的改造，可根據原系統的控制電路，將某些橋式電路按照梯形圖的編程規則進行改造后，直接轉換為梯形圖。這種方法設計周期短，修改、調試程序簡單方便。程序設計可以與現場施工同步進行，以縮短設計周期。 在掌握PLC的指令以及操作方法的同時，還要掌握正確的程序設計方法，才能有效地利用可編程序控制器，使它在工業控制中發揮巨大作用。PLC程序設計常用的方法主要有經驗設計法、繼電器控制電路轉換為梯形圖法、邏輯設計法、順序控制設計法等。 一、經驗設計法 這種方法沿用了繼電器控制電路來設計梯形圖。它是在基本控制單元和典型控制環節基礎上，根據被控對象對控制系統的具體要求，進行選擇組合，并經過多次反復調試和修改梯形圖，有時還需要增加一些輔助觸點和中間編程環節，才能達到所需的控制要求。這種方法沒有規律可遵循，設計所需時間和設計質量與設計者的經驗有很大的關系，所以稱為經驗設計法。經驗設計法適用于較簡單的梯形圖設計。應用經驗設計法時必須熟記一些典型的控制電路，如起-保-停電路，脈沖發生電路等。 經驗設計法的步驟如下: 1.在準確了解控制要求后，合理地為控制系統中的事件分配輸人、輸出口。選擇必要的軟元件，如定時器、計數器，輔助繼電器等。 2.對于一些控制要求較簡單的輸出，可直接寫出它們的工作條件，以起-保-停電路模式完成相關的梯形圖支路。工作條件稍復雜的可借助輔助繼電器。對于控制較復雜的系統，應正確分析控制要求，并確定組成控制要求的關鍵點。在以邏輯為主的控制中( 如搶答器)關鍵點為影響控制狀態的點。在以時序為主的控制中( 如交通燈)關鍵點為控制狀態轉化的時間。 3.將關鍵點用梯形圖表達出來。關鍵點總是要用軟元件來代表的，在安排軟元件時需考慮并安排好。繪制關鍵點的梯形圖時，可使用常見的基本環節，如定時器計時環節、振蕩環節、分頻環節等。在完成關鍵點梯形圖的基礎上，針對系統最終的輸出進行梯形圖的繪制。使用關鍵點綜合出最終輸出的控制要求。 4.審查以上草繪圖樣，在此基礎上補充遺漏的功能，更正錯誤，進行最后的完善。依靠經驗直接設計控制系統，有時需要多次反復的調整和修改梯形圖，最后才能達到一個較為滿意的結果。因此，這種方法具有很大的隨意性，最終結果也不唯一。由于過多依賴經驗設計，因此要求設計者具有豐富的經驗，要能熟悉掌握控制系的大量實例和典型環節。 二、繼電器控制電路轉換為梯形圖法 繼電器-接觸器控制系統經過長期使用，已有一套能完成系統要求的控制功能并經過驗證的控制電路，而PLC控制的梯形圖和繼電器-接觸器控制電路很相似，因此可以直接將經過驗證的繼電器-接觸器控制電路轉換成梯形圖。主要步驟如下: 1.熟悉現有的繼電器-接觸器控制電路。 2.對照PLC的I/O端子接線圖，將繼電器-接觸器控制電路上的被控器件(如接觸器線圈、指示燈、電磁閥等)換成接線圖上對應的輸出點的編號，將電路上的輸人裝置(如傳感器、按鈕行、程開關等)觸點都換成對應的輸人點的編號。 3.將繼電器接觸器控制電路中的中間維電器、定時器，用PLC的輔助繼電器、定時器來代替。 4.畫出全部梯形圖，并子以簡化和修改。 這種方法對簡單的控制系統是可行的，比較方便，但較復雜的控制電路，就不適用了。 三、邏輯設計法 邏輯設計法是從控制系統中各種物理量的邏輯關系出發的一種設計方法。它以布爾代數為理論基礎，根據生產過程中各工步之間各檢測元件(如行程開關、傳感器等)狀態的變化，列出檢測元件的狀態表，確定所需的中間記憶元件，再列出各執行元件的工序表，然后寫出檢測元件、中間記憶元件和執行元件的邏輯表達式，并轉換成梯形圖。這種方法既有嚴密可循的規律性和可行的設計步驟，又有簡便、直觀和十分規范的特點。該方法在單一的條件控制系統中，非常好用，相當于組合邏輯電路，但和時間有關的控制系統中，就很復雜。主要步驟如下: 1.通過結合控制要求進行具體分析，給制控制系統循環圖和檢測元件分布圖，取得電氣執行元件功能表。 2.繪制控制系統狀態轉換表，通常它由輸出信號狀態表、輸人信號狀態表、狀態轉換主令表和中間記憶狀態表四部分組成。根據狀態轉換表，進行控制系統的邏輯設計，包括寫出中間記憶元件的邏輯表達式和執行元件的表達式。 3.將邏輯函數轉化為梯形圖或語句表形式。由于語句表的結構和形式與邏輯函數非常相似，很容易直接由邏輯函數轉化。而梯形圖可以通過語句表過渡一下，或直接由邏輯函數轉化。 4.程序的完善和補充。主要包括手動工作方式的設計、手動與自動工作方式的選擇、自動工作循環、保護措施等。 四、順序控制設計法 根據功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設計下去，直至完成。此法的關鍵是畫出功能流程圖。狀態流程圖又叫功能表圖、狀態轉移圖或狀態圖。它是完整地描述控制系統的控制過程、功能和狀態的一種圖形，是分析和設計電氣控制系統順序控制程序的一種重要工具。首先將被控制對象的工作過程按輸出狀態的變化分為若干步，并指出工步之間的轉換條件和每個工步的控制對象。這種工藝流程圖集中了工作的全部信息。在進行程序設計時，可以用中間繼電器(M)來記憶工步，一步一步地順序進行，也可以用順序控制指令來實現。狀態流程圖是一種通用的技術語言， 可以為不同專業的工程技術人員進行技術交流服務。 最后軟件設計好后一般先進行模擬調試。 模擬調試可以通過仿真軟件來代替PIC硬件在計算機上調試程序。如果有 PLC硬件，可以用小開關和按鈕模擬PLC的實際輸人信號（如起動、停止信號)或反饋信號(如限位開關的接通或斷開），再通過輸出模塊上各輸出位對應的指示燈，觀察輸出信號是否滿足設計的要求。需要模擬量信號 I/O時，可用電位器和萬用表配合進行。在編程軟件中可以用狀態圖或狀態圖表監視程序的運行或強制某些編程元件。 在模擬調試過程中，應充分考慮各種可能出現的情況對各種不同的工作方式以及運行條件都應逐一試驗，不能遺漏，發現問題應及時修改。對于指令較多的程序，需采用設置斷點的方法，加快程序故障的查找，直到在各種可能的情況下，控制系統完全符合系統控制受求。 完成PLC整個軟硬件設計后，將PIC安裝到控制現場或將調試好的程序傳送到現場使用的PLC存儲器中，連接好PLC與輸人信號以及驅動負載的接線。待確認連接無誤后，就可進行現場調試。調試時主電路一定要斷電，先對控制電路進行聯機調試。通過現場聯機調試，還會發現新的問題或對某些控制功能的改進，應及時解決調試時發現的軟件和硬件方面的問題，直到滿足工藝流程和系統控制要求。 根據調試的最終結果，整理出完整的技術文件，如電氣接線圖、狀態流程圖、帶注釋的梯形圖以及必要的文字說明等，隨系統一起交付使用。在說明書中通常對程序的控制要求、程序的結構、流程圖等給以必要的說明，并且給出程序的安裝操作使用步驟等。 PLC編程是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計 隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛速發展，計算機控制已擴展到了幾乎所有的工業領域。現代社會要求制造業對市場需求作出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品，為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的控制系統必須具有極高的可靠性和靈活性，PLC編程正是順應這一要求出現的，它是以微處理器為基礎的通用工業控制裝置。 五、PLC中無非就是三大量：開關量、模擬量、脈沖量。只在搞清楚三者之間的關系，你就能熟練的掌握PLC了。 一、簡述 1、 開關量也稱邏輯量，指僅有兩個取值，0或1、ON或OFF。它是最常用的控制，對它進行控制是PLC的優勢，也是PLC最基本的應用。 開關量控制的目的是，根據開關量的當前輸入組合與歷史的輸入順序，使PLC產生相應的開關量輸出，以使系統能按一定的順序工作。所以，有時也稱其為順序控制。 而順序控制又分為手動、半自動或自動。而采用的控制原則有分散、集中與混合控制三種。 2、 模擬量是指一些連續變化的物理量，如電壓、電流、壓力、速度、流量等。 PLC是由繼電控制引入微處理技術后發展而來的，可方便及可靠地用于開關量控制。由于模擬量可轉換成數字量，數字量只是多位的開關量，故經轉換后的模擬量，PLC也完全可以可靠的進行處理控制。 由于連續的生產過程常有模擬量，所以模擬量控制有時也稱過程控制。 模擬量多是非電量，而PLC只能處理數字量、電量。所有要實現它們之間的轉換要有傳感器，把模擬量轉換成數電量。如果這一電量不是標準的，還要經過變送器，把非標準的電量變成標準的電信號，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。 同時還要有模擬量輸入單元(A/D)，把這些標準的電信號變換成數字信號；模擬量輸出單元(D/A)，以把PLC處理后的數字量變換成模擬量——標準的電信號。 所以標準電信號、數字量之間的轉換就要用到各種運算。這就需要搞清楚模擬量單元的分辨率以及標準的電信號。例如： PLC模擬單元的分辨率是1/32767，對應的標準電量是0—10V，所要檢測的是溫度值0—100℃。那么0—32767對應0—100℃的溫度值。然后計算出1℃所對應的數字量是327.67。如果想把溫度值精確到0.1℃，把327.67/10即可。 模擬量控制包括：反饋控制、前饋控制、比例控制、模糊控制等。這些都是PLC內部數字量的計算過程。 3、 脈沖量是其取值總是不斷的在0(低電平)和1(高電平)之間交替變化的數字量。每秒鐘脈沖交替變化的次數稱為頻率。 PLC脈沖量的控制目的主要是位置控制、運動控制、軌跡控制等。例如：脈沖數在角度控制中的應用。步進電機驅動器的細分是每圈10000，要求步進電機旋轉90度。那么所要動作的脈沖數值=10000/(360/90)=2500。 二、模擬量的計算 1、-10—10V。-10V—10V的電壓時，在6000分辨率時被轉換為F448—0BB8Hex(-3000—3000)；12000分辨率時被轉換為E890—1770Hex(-6000—6000)。 2、 0—10V。0—10V的電壓時，在12000分辨率時被轉換為0—1770Hex(0—6000)；12000分辨率時被轉換為0—2EE0Hex(0—12000)。 3、 0—20mA。0—20mA的電流時，在6000分辨率時被轉換為0—1770Hex(0—6000)；12000分辨率時被轉換為0—2EE0Hex(0—12000)。 4、 4—20mA。4—20mA的電流時，在6000分辨率時被轉換為0—1770Hex(0—6000)；12000分辨率時被轉換為0—2EE0Hex(0—12000)。 以上僅做簡單的介紹，不同的PLC有不同的分辨率，并且您所測量物理量實現的量程不一樣。計算結果可能有一定的差異。 注：模擬輸入的配線的要求： 1、使用屏蔽雙絞線，但不連接屏蔽層。 2、當一個輸入不使用的時候，將V IN 和COM端子短接。 3、模擬信號線與電源線隔離 (AC 電源線，高壓線等)。 4、當電源線上有干擾時，在輸入部分和電源單元之間安裝一個慮波器。 5、確認正確的接線后，首先給CPU單元上電，然后再給負載上電。 6、斷電時先切斷負載的電源，然后再切斷CPU的電源。 三、脈沖量的計算 脈沖量的控制多用于步進電機、伺服電機的角度控制、距離控制、位置控制等。以下是以步進電機為例來說明各控制方式。 1、 步進電機的角度控制。首先要明確步進電機的細分數，然后確定步進電機轉一圈所需要的總脈沖數。計算“角度百分比=設定角度/360°(即一圈)”“角度動作脈沖數=一圈總脈沖數*角度百分比。” 公式為：角度動作脈沖數=一圈總脈沖數*(設定角度/360°)。 2、 步進電機的距離控制。首先明確步進電機轉一圈所需要的總脈沖數。然后確定步進電機滾輪直徑，計算滾輪周長。計算每一脈沖運行距離。最后計算設定距離所要運行的脈沖數。 公式為：設定距離脈沖數=設定距離/[(滾輪直徑*3.14)/一圈總脈沖數] 3、 步進電機的位置控制就是角度控制與距離控制的綜合。 以上只是簡單的分析步進電機的控制方式，可能與實際有出入，僅供各位同仁參考。 4、伺服電機的動作與步進電機的一樣，但要考慮伺服電機的內部電子齒輪比與伺服電機的減速比。 |
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