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PLC程序的順序控制設(shè)計(jì)法中梯形圖的編程方式

    梯形圖的編程方式是指根據(jù)功能表圖設(shè)計(jì)出梯形圖的方法。為了適應(yīng)各廠家的PLC在編程元件、指令功能和表示方法上的差異，下面主要介紹使用通用指令的編程方式、以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式、使用STL指令的編程方式和仿STL指令的編程方式。

    為了便于分析，假設(shè)剛開(kāi)始執(zhí)行用戶程序時(shí)，系統(tǒng)已處于初始步（用初始化脈沖M8002將初始步置位），代表其余各步的編程元件均為OFF，為轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)做好了準(zhǔn)備。

    (1)使用通用指令的編程方式

    編程時(shí)用輔助繼電器來(lái)代表步。某一步為活動(dòng)步時(shí)，對(duì)應(yīng)的輔助繼電器為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時(shí)，該轉(zhuǎn)換的后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步。由于轉(zhuǎn)換條件大都是短信號(hào)，即它存在的時(shí)間比它激活的后續(xù)步為活動(dòng)步的時(shí)間短，因此應(yīng)使用有記憶（保持）功能的電路來(lái)控制代表步的輔助繼電器。屬于這類(lèi)的電路有“起保停電路”和具有相同功能的使用SET、RST指令的電路。

    圖5-12a所示Mi-1、Mi和Mi+1是功能表圖中順序相連的3步，Xi是步Mi之前的轉(zhuǎn)換條件。

    圖5-12    使用通用指令的編程方式示意圖

    編程的關(guān)鍵是找出它的起動(dòng)條件和停止條件。根據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則，轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件是它的前級(jí)步為活動(dòng)步，并且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件，所以步Mi變?yōu)榛顒?dòng)步的條件是Mi-1為活動(dòng)步，并且轉(zhuǎn)換條件Xi=1，在梯形圖中則應(yīng)將Mi-1和Xi的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)后作為控制Mi的起動(dòng)電路，如圖5-12b所示。當(dāng)Mi和Xi+1均為1狀態(tài)時(shí)，步Mi+1變?yōu)榛顒?dòng)步，這時(shí)步Mi應(yīng)變?yōu)椴换顒?dòng)步，因此可以將Mi+1 =1作為使Mi變?yōu)?/span>0狀態(tài)的條件，即將Mi+1的常閉觸點(diǎn)與Mi的線圈串聯(lián)。也可用SET、RST指令來(lái)代替“起保停電路”，如圖5-12c所示。

    這種編程方式僅僅使用與觸點(diǎn)和線圈有關(guān)的指令，任何一種PLC的指令系統(tǒng)都有這一類(lèi)指令，所以稱(chēng)其為使用通用指令的編程方式，可以適用于任意型號(hào)的PLC。
 

    圖5-13    使用通用指令編程的液壓滑臺(tái)系統(tǒng)梯形圖

    圖5-13所示是根據(jù)液壓滑臺(tái)系統(tǒng)的功能表圖（見(jiàn)圖5-11b）使用通用指令編寫(xiě)的梯形圖。開(kāi)始運(yùn)行時(shí)應(yīng)將M300置為1狀態(tài)，否則系統(tǒng)無(wú)法工作，故將M8002的常開(kāi)觸點(diǎn)作為M300置為1條件。M300的前級(jí)步為M303，后續(xù)步為M301。由于步是根據(jù)輸出狀態(tài)的變化來(lái)劃分的，所以梯形圖中輸出部分的編程極為簡(jiǎn)單，可以分為兩種情況來(lái)處理：

    1)某一輸出繼電器僅在某一步中為1狀態(tài)，如Y1和Y2就屬于這種情況，可以將Y1線圈與M303線圈并聯(lián)，Y2線圈與M302線圈并聯(lián)?？雌饋?lái)用這些輸出繼電器來(lái)代表該步（如用Y1代替M303），可以節(jié)省一些編程元件，但PLC的輔助繼電器數(shù)量是充足、夠用的，且多用編程元件并不增加硬件費(fèi)用，所以一般情況下全部用輔助繼電器來(lái)代表各步，具有概念清楚、編程規(guī)范、梯形圖易于閱讀和容易查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。

    2)某一輸出繼電器在幾步中都為1狀態(tài)，應(yīng)將代表各有關(guān)步的輔助繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)后，驅(qū)動(dòng)該輸出繼電器的線圈。如Y0在快進(jìn)、工進(jìn)步均為1狀態(tài)，所以將M301和M302的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)后控制Y0的線圈。

    注意：為了避免出現(xiàn)雙線圈現(xiàn)象，不能將Y0線圈分別與M301和M302的線圈并聯(lián)。

    (2)以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式

    圖5-14    以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式

    圖5-14所示為以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式設(shè)計(jì)的梯形圖與功能表圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖中要實(shí)現(xiàn)Xi對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：前級(jí)步為活動(dòng)步(Mi-1=1)和轉(zhuǎn)換條件滿足(Xi=1)，所以用Mi-1和Xi的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)組成的電路來(lái)表示上述條件。若兩個(gè)條件同時(shí)滿足，當(dāng)該電路接通時(shí)，應(yīng)完成兩個(gè)操作：將后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步（用SET Mi指令將Mi置位）和將前級(jí)步變?yōu)椴换顒?dòng)步（用RST Mi-1指令將Mi-1復(fù)位）。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的功能表圖的梯形圖時(shí)，更能顯示出它的*性。

    圖5-15所示為某信號(hào)燈控制系統(tǒng)的時(shí)序圖、功能表圖和梯形圖。初始步時(shí)僅紅燈亮，按下起動(dòng)按鈕X0，4s后紅燈滅、綠燈亮，6s后綠燈和黃燈亮，再過(guò)5s后綠燈和黃燈滅、紅燈亮。按時(shí)間的先后順序，將一個(gè)工作循環(huán)劃分為4步，并用定時(shí)器T0~T2來(lái)為3段時(shí)間定時(shí)。開(kāi)始執(zhí)行用戶程序時(shí)，用M8002的常開(kāi)觸點(diǎn)將初始步M300置位。按下起動(dòng)按鈕X0后，梯形圖第2行中M300和X0的常開(kāi)觸點(diǎn)均接通，轉(zhuǎn)換條件X0的后續(xù)步對(duì)應(yīng)的M301被置位，前級(jí)步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器M300被復(fù)位。M301變?yōu)?/span>1狀態(tài)后，控制Y0（紅燈）仍然為1狀態(tài)，定時(shí)器T0的線圈通電，4s后T0的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，系統(tǒng)將由第2步轉(zhuǎn)換到第3步，依此類(lèi)推。
 

    圖5-15    某信號(hào)燈控制系統(tǒng)

    a)時(shí)序圖b）功能表圖c）以轉(zhuǎn)換為中心編程的梯形圖

    使用這種編程方式時(shí)，不能將輸出繼電器的線圈與SET、RST指令并聯(lián)，這是因?yàn)閳D5—15中前級(jí)步和轉(zhuǎn)換條件對(duì)應(yīng)的串聯(lián)電路接通的時(shí)間是相當(dāng)短的，轉(zhuǎn)換條件滿足后前級(jí)步立即被復(fù)位，該串聯(lián)電路被斷開(kāi)，而輸出繼電器線圈至少應(yīng)該在某一步活動(dòng)的全部時(shí)間內(nèi)接通。

    (3)使用STL指令的編程方式

    步進(jìn)梯形指令( Step Ladder Instruction)簡(jiǎn)稱(chēng)為STL指令。FX系列就有STL指令和RET復(fù)位指令。利用這兩條指令，可以很方便地編制順序控制梯形圖程序。

    FX2N系列PLC的狀態(tài)器S0 - S9用于初始步，S10 - S19用于返回原點(diǎn)，S20 - S499為通用狀態(tài)，S500 - S899有斷電保持功能，S900 - S999用于。用它們編制順序控制程序時(shí)，應(yīng)與步進(jìn)梯形指令一起使用。FX系列還有許多用于步進(jìn)順控編程的特殊輔助繼電器以及使?fàn)顟B(tài)初始化的功能指令IST，使STL指令用于設(shè)計(jì)順序控制程序更加方便。

    使用STL指令的狀態(tài)器的常開(kāi)觸點(diǎn)稱(chēng)為STL觸點(diǎn)，它們?cè)谔菪螆D中的元件符號(hào)如圖5—16所示。從中可以看出功能表圖與梯形圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊具有三個(gè)功能：對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)處理、轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)。

    圖5-16    STL指令與功能表圖

    除了后面要介紹的并行序列的合并對(duì)應(yīng)的梯形圖外，STL觸點(diǎn)是與左側(cè)母線相連的常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)某一步為活動(dòng)步時(shí)，對(duì)應(yīng)的STL觸點(diǎn)接通，該步的負(fù)載被驅(qū)動(dòng)。當(dāng)該步后面的轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，即后續(xù)步對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器被SET指令置位，后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步，同時(shí)與前級(jí)步對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器被系統(tǒng)程序自動(dòng)復(fù)位，前級(jí)步對(duì)應(yīng)的STL觸點(diǎn)斷開(kāi)。

    使用STL指令時(shí)應(yīng)該注意以下一些問(wèn)題：

    1)與STL觸點(diǎn)相連的觸點(diǎn)應(yīng)使用LD或LDI指令，即LD點(diǎn)移到STL觸點(diǎn)的右側(cè)，直到出現(xiàn)下一條STL指令或出現(xiàn)RET指令，RET指令使LD點(diǎn)返回左側(cè)母線。各個(gè)STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路一般放在一起，zui后一個(gè)電路結(jié)束時(shí)一定要使用RET指令。

    2) STL觸點(diǎn)可以直接驅(qū)動(dòng)或通過(guò)別的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)Y、M、S、T等元件的線圈，STL觸點(diǎn)也可以使Y、M、S等元件置位或復(fù)位。

    3) STL觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，CPU不執(zhí)行它驅(qū)動(dòng)的電路塊，即CPU只執(zhí)行活動(dòng)步對(duì)應(yīng)的程序。在沒(méi)有并行序列時(shí)，任何時(shí)候只有一個(gè)活動(dòng)步，因此大大縮短了掃描周期。

    4)由于CPU只執(zhí)行活動(dòng)步對(duì)應(yīng)的電路塊，使用STL指令時(shí)允許雙線圈輸出，即同一元件的幾個(gè)線圈可以分別被不同的STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。實(shí)際上在一個(gè)掃描周期內(nèi)，同一元件的幾條OUT指令中只有一條被執(zhí)行。

    5) STL指令只能用于狀態(tài)寄存器，在沒(méi)有并行序列時(shí)，一個(gè)狀態(tài)寄存器的STL觸點(diǎn)在梯形圖中只能出現(xiàn)一次。

    6) STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊中不能使用MC和MCR指令，但是可以使用CJP和EJP指令。當(dāng)執(zhí)行CJP指令跳入某一STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊時(shí)，不管該STL觸點(diǎn)是否為1狀態(tài)，均執(zhí)行對(duì)應(yīng)的EJP指令之后的電路。

    7)與普通的輔助繼電器一樣，可以對(duì)狀態(tài)寄存器使用LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、SET、RST、OUT等指令，這時(shí)狀態(tài)器觸點(diǎn)的畫(huà)法與普通觸點(diǎn)的畫(huà)法相同。

    8)使?fàn)顟B(tài)器置位的指令如果不在STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊內(nèi)，執(zhí)行置位指令時(shí)系統(tǒng)程序不會(huì)自動(dòng)將前級(jí)步對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器復(fù)位。

    圖5-17所示小車(chē)一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路線由4段組成，它們分別對(duì)應(yīng)于S31 - S34所代表的4步，S0代表初始步。
 

    圖5-17    小車(chē)控制系統(tǒng)

    a)時(shí)序圖b）功能表圖c）梯形圖

    假設(shè)小車(chē)位于原點(diǎn)（zui左端），系統(tǒng)處于初始步，S0為1狀態(tài)。按下起動(dòng)按鈕X4，系統(tǒng)由初始步S0轉(zhuǎn)換到步S31。S31的STL觸點(diǎn)接通，Y0的線圈“通電”，小車(chē)右行，行至zui右端時(shí)，限位開(kāi)關(guān)X3接通，使S32置位，S31被系統(tǒng)程序自動(dòng)置為0狀態(tài)，小車(chē)變?yōu)樽笮校≤?chē)將這樣一步一步地順序工作下去，zui后返回起始點(diǎn)，并停留在初始步。圖5-17中的梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表程序如表5-4所示。

    表5-4    小車(chē)控制系統(tǒng)指令表
 

    (4)仿STL指令的編程方式

    對(duì)于沒(méi)有STL指令的PLC，也可以仿照STL指令的設(shè)計(jì)思路來(lái)設(shè)計(jì)順序控制梯形圖，這就是下面要介紹的仿STL指令的編程方式。
 

    圖5-18    加熱爐送料系統(tǒng)的功能表圖與梯形圖

    a)功能表圖 b）梯形圖

    圖5-18所示為某加熱爐送料系統(tǒng)的功能表圖與梯形圖。除初始步外，各步的動(dòng)作分別為開(kāi)爐門(mén)、推料、推料機(jī)返回和關(guān)爐門(mén)，分別用Y0、Y1、Y2、Y3驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。X0是起動(dòng)按鈕，X1 - X4分別是各動(dòng)作結(jié)束的限位開(kāi)關(guān)。與左側(cè)母線相連的M300~M304的觸點(diǎn)，其作用與STL觸點(diǎn)相似，它右邊的電路塊的作用為驅(qū)動(dòng)負(fù)載、轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)，以及使前級(jí)步的輔助繼電器復(fù)位。

    由于這種編程方式用輔助繼電器代替狀態(tài)器，用普通的常開(kāi)觸點(diǎn)代替STL觸點(diǎn)，因此，與使用STL指令的編程方式相比，有以下的不同之處：

    1)與代替STL觸點(diǎn)的常開(kāi)觸點(diǎn)（圖5-18中M300 - M304的常開(kāi)觸點(diǎn)）相連的觸點(diǎn)，應(yīng)使用AND或ANI指令，而不是LD或LDI指令。

    2)在梯形圖中用RST指令來(lái)完成代表前級(jí)步的輔助繼電器的復(fù)位，而不是由系統(tǒng)程序自動(dòng)完成。

    3)不允許出現(xiàn)雙線圈現(xiàn)象，當(dāng)某一輸出繼電器在幾步中均為1狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將代表這幾步的輔助繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)來(lái)控制該輸出繼電器的線圈。