PLC程序设计技巧研究

2022-11-30邢洁林

现代制造技术与装备 2022年10期

邢洁林

（江苏省陶都中等专业学校，无锡 214221）

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是针对工业环境提出的数字运算操控系统，具有成本低、稳定性强以及功能多样等优点，能够依靠可编程存储器存储系列控制程序，通过输入输出数字模拟信号实现操控机械设备的目的。在PLC控制功能实现过程中，除了做好硬件配备，还需完成系统编程。相较而言，PLC程序设计更加复杂，因此应加强设计技巧研究，确保高效开展控制系统开发等工作。

1 PLC程序设计分析

在PLC程序设计上，根据需要控制的设备或系统展开分析，确定输入输出点符合PLC点数要求，且根据控制功能实现的复杂程度判断PLC内存容量是否足够。在硬件条件满足的基础上，可以对输入、输出信号赋值，确保与PLC输入、输出编号对应，得到系统控制原理图和完成控制程序编写。整个过程中，梯形图作为形象化编程语言，为决定PLC程序设计效果的关键要素。目前，主要采取顺序控制和经验编程两种设计方法[1]。采用顺序控制法需要对系统逻辑进行综合分析，将一个工作周期划分为多个顺序相连的步骤，对应各自操作状态，然后根据状态转换条件进行功能图绘制，之后转化为梯形图。该种方法结构清晰和可读性较强，但容易导致梯形图复杂、烦琐，系统程序运行时间过长，而采用经验编程法不存在固定设计步骤。面向不同的控制系统时，它要求设计者可以深入掌握PLC的各种指令功能，结合控制功能进行指令修改和程序完善来实现相关需求。由于该方法带有较强的主观性，运用难度较大，造成设计结果存在较大差异，可能出现冗长、复杂等问题。

2 PLC程序设计技巧及运用

在PLC系统设计实践中，需要结合PLC程序应用场合灵活运用不同的设计方法，因此应加强程序设计技巧分析，增强程序的可读性、可靠性和高效性。

2.1 逻辑控制设计技巧

PLC程序设计之初，在逻辑表达上，按照电路逻辑关系能够划分为组合和时序两类。如果控制结果仅与输入变量相关，可以通过布尔代数进行梯形图计算，生成关系简明且可读性强的程序图[2]。例如，在照明控制程序设计上，利用I0.0开关1、I0.1开关2、I0.2开关3总计3处开关对一处照明灯Q4.0进行控制，要求任意开关能够控制灯亮灭。对变量控制逻辑展开分析可知，任一开关闭合时照明灯亮，任一开关闭合时照明灯灭掉，最终得到奇数开关闭合时照明灯亮，偶数开关闭合时照明灯灭的逻辑关系。根据控制过程绘制逻辑真值表，可以得到逻辑表达式，完成PLC内部指令设计，得到如图1所示的PLC程序梯形图。观察程序图中逻辑关系可知，它为基本的位逻辑指令，仅需要生成一段程序。如果采用经验编程方法，需要选择位逻辑指令、计数器指令以及比较指令等多条指令生成多段程序，最终通过反复试验确认满足控制要求。因此，在简单控制系统中，多通过简化逻辑表达的顺序控制法进行PLC程序设计。

图1 照明控制PLC程序图

2.2 启停控制设计技巧

工业场景中，常见PLC控制对象为启停控制，即在启动信号有效时使设备通电，在停止信号有效时断开电源。如图2所示，以按钮这种复归型启动元件为例，连接PLC输出点Q0.0和输入点I0.0、I0.1后可知，按下按钮为触点动作，松开时将自动复位。对输出、输出元件的常开触点进行并联可知，按钮被按下后I0.0触点闭合，输出Q0.0闭合且线圈得电，按钮松开后断开且维持得电。利用置位指令实现得电保持功能，可以完成自锁程序设计，如图2所示。在开关闭合后，输入点接通，线圈得电，开关不再发挥控制作用。

图2 按钮启动PLC程序图

在按钮停止控制上，一是按下即刻停止，二是按下后直至当前任务周期结束后停止。实现第一种方式较为简单，只需要在上述程序中增加停止控制指令，在输出点Q0.0工作时按下按钮，I0.1触点分断，线圈复位进入自锁状态。实现第二种停止功能，则需要锁住停止信号，以免在松开按钮后停止信号消失，导致无法在工作周期结束后实现控制指令。利用辅助继电器元件实现自保控制，可以使线圈得电后自锁[3]。以感应自动门控制为例，对上述控制逻辑展开分析。人在自动门内、外时，依靠位置传感器K1或K2进行门开启控制，在达到上限位SQ1后应停留5 s后再关门，确保人身安全。检测到有人进出时，需要重新等待5 s，关闭时确认达到SQ2下限位停止。在PLC的输入/输出（Input/Output，I/O）分配上，K1、K2、SQ1、SQ2分别对应I0.0、I0.1、I0.2、I0.3，驱动门开启和关闭的接触器输出模块分别对应Q4.1和Q4.2，可知能够通过继电器元件M0.0、M0.1、M0.2和M0.3分别构成一个单闭环，如图3所示。其中，M0.0、M0.1和M0.3能够直接套用置位复位指令，而M0.2不仅为前级步，也为后级步，同时执行置位和复位指令容易出现矛盾，需要将复位条件设定为（I0.0+I0.0）×I0.2。通过在复位指令左边添加上升沿增设检测指令，使M0.2复位一个短暂扫描周期形成时间差，确保同时实现置位和复位功能。

图3 感应门启停控制PLC程序图

2.3 循环控制设计技巧

在机械自动化生产中，许多装置需要周期性运行，重复执行一个周期动作，实现循环控制。在PLC程序设计上，需要按照设定工艺流程确定时间顺序或条件顺序，确保各机构有序工作。

按照时间顺序进行控制，编程时需确认定时器编号和计数值等。采用多个定时器，用常开触点启动，并利用常闭触点停止[4]。运用一个定时器可以简化程序，在当前值大于起始值时，启动定时器输出。当前值小于起始值时，定时器停止。以流水灯控制为例，共计8个灯，输出点对应Q0.0～Q0.7。按照控制要求，在首个灯亮起后，隔1 s再点亮下一个灯，整个工作周期为8 s。利用8个定时器T51～T58控制，可知M0.0为状态位，工作时触点闭合，如图4所示。在一个周期结束后，对全部定时器和输出端进行复位，能够重启下个周期。在程序设计上，可直接将T58延时设定为8 s，通过常闭触点复位全部点位，简化控制程序。

图4 感应门启停控制PLC程序图

按照条件顺序进行循环控制，可以使用比较指令简化PLC程序。该指令可以看成是常开触点，通过数值比较确定是否达到指定条件，满足则闭合触点，使右边指令被执行。利用该指令代替逻辑块，能够利用一个定时器实现多个定时器的功能[5]。例如，对3条传送带进行依次启动时，各设备启动时间间隔为10 s，但最终需要同时停车。利用置位复位指令进行编程，在绘制梯形图时进行电路初始化，可以在顺序功能图中插入起动组织块OB100，将初始步M0.0置为1，转换为活动步，剩余步清零。根据设计经验，利用1个定时器和比较指令可以实现2个定时器的控制功能，如图5所示。T0时基为100 ms，MW0为0～100的剩余时间值。通过比较指令拆分为50～100和0～50，相当于形成2个定时器。在需要控制的设备逐渐增多的情况下，采取该种技巧实现设备的循环启动控制，能够节省大量定时器。