逻辑设计法在PLC编程中的应用

于涛 刘海华

摘要：简要介绍了逻辑设计法及其在PLC开关量程序控制系统编程中的应用。以四组抢答器控制系统为例，详细描述了逻辑设计法应用于工程实践的具体设计步骤。

关键词：逻辑设计法;PLC;状态转换表;逻辑表达式

0    引言

PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它将继电控制技术、计算机技术和通信技术融于一体，具有控制功能强大、使用灵活方便、易于扩展、环境适应性好等一系列优点，主要应用于开关量的逻辑控制、步进控制、模拟量控制、数据处理、网络通信等领域。本文从工程应用的角度出发简要介绍逻辑设计法在PLC编程中的应用。

1    逻辑设计法

逻辑设计方法的理论基础是逻辑代数，它是从传统的继电器逻辑设计方法继承而来的，经过适当的改进，适合于PLC应用程序设计的一种方法。它的基本设计思想是：控制过程由若干个状态组成，每个状态都是由接收了某个主令信号而建立，各记忆元件用于区分各状态，并构成执行元件的输入变量;正确地写出各中间记忆元件逻辑函数式和执行元件的逻辑函数式，也就完成了逻辑设计的主要任务。逻辑设计法主要适用于单一顺序问题的程序设计。

2    逻辑设计法的编程步骤

逻辑设计法适合于设计开关量控制程序，它是对控制任务进行逻辑分析和综合，将元件的通、断电状态视为触点通、断状态，作为逻辑变量的逻辑函数，利用PLC逻辑指令设计出满足要求且较为简练的程序。

逻辑设计法的设计步骤如下：

（1）通过工艺过程分析，明确控制系统要求。绘制工作循环输入/输出设备与PLC的I/O地址分配表。

（2）编制控制系统状态转换表。通常它由输出信号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表及中间记忆状态表4个部分组成。状态转换表全面、完整地展示了系统各部分、各时刻的状态和状态之间的联系及转换，是进行系统分析和设计的有效工具。

（3）根据状态转换表进行控制系统的逻辑设计，包括写中间记忆元件的逻辑表达式和执行元件的表达式。

（4）将逻辑函数转化为PLC梯形图或语句表形式。

（5）程序的完善和补充。根据设计要求，对控制程序中无法用逻辑状态表或逻辑表达式描述的过程进行补充和完善，如手动工作方式、自动工作循环及电气保护措施等。

3    逻辑编程的运用举例

根据以上介绍的逻辑设计法编程步骤，以四组抢答器控制系统为例，介绍逻辑设计法在开关量程序控制系统中的具体应用。

3.1    明确抢答器操作系统控制要求，绘制工作循环输入/输出设备与PLC的I/O地址分配表

3.1.1    抢答器操作系统组成及抢答流程规定

抢答器操作系统由两个部分组成，分别为控制台和选手抢答台。控制台设有指示灯、蜂鸣器、开始和复位控制按钮;抢答台设有分台指示灯和抢答按钮。在控制台按下开始按钮后选手开始抢答，如12 s时间到还没有抢答，抢答器将发出抢答时间到信号。如果在按下开始按钮前出现抢答，则抢答选手的台位指示灯亮，蜂鸣器发出声响，以此可以确定抢答选手的台位。按复位按钮后可重新开始比赛。灯光及音响信号的表达方式是这样规定的：

（1）蜂鸣器响及分台灯亮表示正常抢答;

（2）蜂鸣器响及控制台灯亮表示无人应答;

（3）在一个题目回答结束后，控制台按下复位按钮，抢答器恢复原始状态，等待第二轮抢答。

为了使台位指示灯在答题时仍然显示，需要采用自锁电路;此外，为了避免蜂鸣器一直鸣叫，需要设计点动控制和定时控制。

3.1.2    系统设计设备选择

根据输入/输出信号类型和数量，PLC以西门子S7-200为例，选用CPU222 DC/DC/DC（24 V直流电源/24 V直流输入/晶体管输出）。

四组抢答器PLC的I/O端连接图如图1所示。

按照PLC的接线图，列出了输入/输出设备及PLC的I/O地址分配表，如表1所示。

3.2    编制控制系统状态转换表

控制系统状态转换表如表2所示。

3.3    输入/输出逻辑表达式

根据表2所描述的逻辑关系，得到输入/输出逻辑表达式，即：

Q0.0=I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.1=I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.2= I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

Q0.3= I0.0·I0.1·I0.2·I0.3

3.4    将逻辑函数转化为PLC梯形图并完善和补充

按控制要求，根据逻辑表达式并补充控制台和蜂鸣器控制程序，得到四组抢答器控制系统梯形图，如图2所示。

4    结语

用户程序的编制需要使用PLC生产厂商提供的编程语言，各个PLC生产制造厂商提供的PLC编程语言各自独立，不能互用，但其基本的编程方法是相通的。随着PLC应用技术的普及，PLC在实际工作中得到了广泛的应用。因此，对于工程技术人员而言，掌握更多的编程方法和应用技巧具有积极的作用。

[参考文献]

[1] 李道霖.电气控制与PLC原理及应用（西门子系列）[M].北京：电子工业出版社，2006.

收稿日期：2020-02-17

作者简介：于涛（1986—），男，江蘇滨海人，助理工程师，主要从事设备管理工作。

通信作者：刘海华（1963—），男，广东连平人，高级工程师，主要从事工程项目管理工作。