PLC自鎖、互鎖控制編程 淺談PLC編程技巧

本文主要是關(guān)于PLC自鎖、互鎖的相關(guān)介紹，并著重對PLC自鎖、互鎖的原理及編程進(jìn)行了詳盡的闡述。

PLC編程

PLC編程是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦?a target="_blank">控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計隨著微處理器、計算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)控制已擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，PLC編程正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。

工作原理

PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描，在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。

PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。

PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入，隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。

PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。

輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶間管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。

特點

PLC編程的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用，在其他領(lǐng)域（例如民用和家庭自動化）的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。

國際電工委員會（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對PLC作了如下定義：“是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計?！睆纳鲜龆x可以看出，PLC是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機(jī)，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能。

PLC編程的推廣應(yīng)用在我國得到了迅猛的發(fā)展，它已經(jīng)大量地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的電氣控制裝置中，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出了大批應(yīng)用PLC改造設(shè)備的成果。了解PLC的工作原理，具備設(shè)計、調(diào)試和維護(hù)PLC控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。

語言類型

PLC的用戶程序，是設(shè)計人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制規(guī)范，按照實際需要使用的功能來設(shè)計的。只要用戶能夠掌握某種標(biāo)準(zhǔn)編程語言，就能夠使用PLC在控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)各種自動化控制功能。

根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131-3），PLC有五種標(biāo)準(zhǔn)編程語言：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結(jié)構(gòu)文本化語言（ST）。這五標(biāo)準(zhǔn)編程語言，十分簡單易學(xué)。

梯形圖語言

梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。梯形圖編程語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計人員易于掌握。梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應(yīng)用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。

指令表語言

指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機(jī)的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進(jìn)行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應(yīng)的指令表。指令表編程語言的特點是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點與梯形圖語言基本一致。

功能模塊圖語言

功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。功能模塊圖編程語言的特點：功能模塊圖程序設(shè)計語言的特點是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直觀性強(qiáng)，對于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時間大大減少。

順序功能流程圖語言

順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。順序功能流程圖編程語言的特點：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；避免梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機(jī)械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。

結(jié)構(gòu)化文本語言

結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實現(xiàn)的用戶程序編制。

結(jié)構(gòu)化文本編程語言采用計算機(jī)的描述方式來描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)PLC制造商采用的結(jié)構(gòu)化文本編程語言與BASIC語言、PASCAL語言或C語言等高級語言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語句的表達(dá)方法及語句的種類等方面都進(jìn)行了簡化。結(jié)構(gòu)化文本編程語言的特點：采用高級語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；需要有一定的計算機(jī)高級語言的知識和編程技巧，對工程設(shè)計人員要求較高。直觀性和操作性較差。

PLC自鎖、互鎖控制編程

自鎖、互鎖是生產(chǎn)現(xiàn)場常見邏輯關(guān)系，應(yīng)用非常廣泛。自鎖控制是PLC控制程序中常見的控制程序形式，也是常說的啟?？刂?，這種自鎖控制常用于以無鎖定開關(guān)作啟動開關(guān)，或者用只接通一個掃描周期的觸點去啟動一個持續(xù)動作的控制電路?；ユi控制是互以對方的不工作作為自身工作的前提條件的控制電路，常用于

被控的是一組不允許同時動作的對象，如電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。通?；ユi編程有按照互鎖和線圈互鎖兩種。

1.搶答器控制要求

搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的電子電氣設(shè)備，在各種搶答場合、競賽中，它能迅速客觀分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手以及實現(xiàn)設(shè)定發(fā)言時間、記錄分?jǐn)?shù)等功能。本例中搶答器設(shè)備最多允許8人同時參加搶答比賽，在此為了簡化程序，以3位選手搶答為對象。比賽時，主持人首先應(yīng)將數(shù)碼顯示清零，搶答過程中最先按下按鈕的選手有效，其他無效，有效的選手號碼被顯示在數(shù)碼屏上。

2.搶答器硬件電路設(shè)計

選取西門子S7-200PLC作為搶答器的核心控制器，3名選手各用一個搶答按鈕，按鈕的編號是S1、S2、S3，給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管顯示0）和搶答的開始。PLC輸出接口電路外接口電路外接一共限極七段數(shù)碼顯示管顯示搶答結(jié)果。

3.搶答器的程序設(shè)計

搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能，其程序設(shè)計需解決如下問題；

（1）搶答優(yōu)先的問題。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。

（2）選手號碼識別和顯示的問題。每次搶答數(shù)碼管上都能正確地顯示出選手的編號，并一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

運(yùn)用自鎖和互鎖控制實現(xiàn)搶答器的數(shù)據(jù)鎖存功能，運(yùn)用段碼指令對選手搶答結(jié)果進(jìn)行顯示，其具有梯形圖如1所示。

搶答器的控制程序設(shè)計具有如下特點；

（1）搶答器搶答顯示具有自鎖功能。即當(dāng)某一個選手搶答成功后，即使放開其他搶答按鈕，LED數(shù)碼管顯示保持，直至主持人操作復(fù)位按鈕才使LED燈顯示0.網(wǎng)絡(luò)2和1號選手搶答程序，其中MO.1動合觸點與1號搶答按鈕TO.1信號并聯(lián)，利用TO.1按鈕短時接通瞬間，輸出線圈MO.1得電，促使MO.1觸點動合，為輸出線圈MO.1提供了一條通電回路，對本網(wǎng)絡(luò)輸出具有自鎖作用。

（2）搶答器3個選手之間搶答具有互鎖功能，即只要有一個選手搶答成功，另外兩個選手即使再按各自搶答按鈕，LED數(shù)碼顯示結(jié)果也不會變化。以網(wǎng)絡(luò)2為例，其中的IO.1及IO.3采用動斷觸點串聯(lián)在網(wǎng)絡(luò)中，作為限制和約束輸出線圈MO.1得電的條件，即只有在2號和3號選手按鈕沒有有效采集進(jìn)入PLC中，1號選手提前操作被有效采集進(jìn)入PLC中，才有可能顯示搶答結(jié)果1.

（3）搶答器3個選手搶答程序具有對稱特點。網(wǎng)絡(luò)2-網(wǎng)絡(luò)4的程序的編寫思路是類似的，同樣并聯(lián)了自鎖觸點和串聯(lián)了按鈕互鎖觸點，并進(jìn)行數(shù)碼結(jié)果顯示。

利用可編程序控制器試驗掛箱按照圖1-1接好硬件線路，然后在線運(yùn)行程序，通過硬件線路查看調(diào)試結(jié)果，經(jīng)過操作證明搶答器設(shè)計成功，達(dá)到設(shè)計要求。

4.小結(jié)

PLC自鎖控制應(yīng)用在啟動保持停止電路，采用網(wǎng)絡(luò)輸出線圈出的操作數(shù)bit所對應(yīng)的動合觸點與本網(wǎng)絡(luò)的某些邏輯塊并聯(lián)，幫助本網(wǎng)絡(luò)輸出線圈得電。PLC互鎖控制應(yīng)用一組不允許同時動作的對象控制場合，采用按鈕互鎖或線圈互鎖觸點，以動斷觸點的形式串聯(lián)在網(wǎng)絡(luò)中，控制本網(wǎng)絡(luò)輸出線得電。

淺談PLC編程技巧

可編程控制器是集計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)為一體的工業(yè)控制裝置。對于初學(xué)者來說掌握了plc基本原理，熟悉常用的編程方法，在進(jìn)行簡單系統(tǒng)編程時尚可以運(yùn)用自如，但對較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)設(shè)計往往力不從心，要想在PLC應(yīng)用方面得心應(yīng)手，學(xué)習(xí)者除了要建立正確的學(xué)習(xí)方法，深入學(xué)習(xí)plc編程技巧，最重要的是相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。下面從六個方面談?wù)勎业慕虒W(xué)心得。

一、多收集程序范例、增加編程經(jīng)驗

在PLC的編程方法中，經(jīng)驗法一直受到許多從業(yè)者的青睞，并且在經(jīng)驗設(shè)計法中資料收集顯得尤為重要。首先收集典型程序樣例，程序最好有較完整的組成部分：控制任務(wù)、I/O分配、硬件接線圖、完整的程序及注釋。其次要讀懂程序，從而分解出程序中用于完成不同任務(wù)的組成部分，對于各組成部分中獨立完成某一特定功能的子程序或者中斷程序應(yīng)及時收藏到程序庫。以便在以后的編程過程中碰到實現(xiàn)類似控制任務(wù)時，節(jié)約程序設(shè)計時間、提高程序調(diào)試成功率。再次還需要記錄程序閃光點，諸如編程者巧妙的思路、程序結(jié)構(gòu)、應(yīng)用指令的使用。尤其是應(yīng)用指令的使用，能夠大大的縮短程序長度，減少內(nèi)存容量，降低系統(tǒng)成本。最后對程序做功能擴(kuò)展性的設(shè)計、調(diào)試，并對全過程加以詳細(xì)記錄、再加以總結(jié)。通過以上過程就能夠有效消化這些程序范例，使其融入到自己以后的編程過程中。經(jīng)過一段時間的資料收集、理解、消化后，逐步確立適合自己的編程方法。

二、熟練使用軟件包

以學(xué)習(xí)三菱產(chǎn)品為例來介紹軟件包的使用。三菱軟件包由兩個部分組成，編程軟件GXDeveloperVersion8C和仿真軟件GXSimulator6C。編程軟件GXDeveloperVersion8C為設(shè)計者提供了編程環(huán)境。設(shè)計者應(yīng)熟讀編程手冊、熟練程序的編輯技巧，使得自己的設(shè)計方案得以展現(xiàn)。設(shè)計好的程序能否滿足控制任務(wù)，就必須進(jìn)行調(diào)試，傳統(tǒng)的調(diào)試方式離不開編程控制器CPU，必要時還需要另外準(zhǔn)備輸入輸出模塊、特殊功能模塊和外部機(jī)器等。仿真軟件GXSimulator可提供一個虛擬的實驗平臺。GXSimulator是在Windows上運(yùn)行的軟元件包，在安裝有GXDeveloper的計算機(jī)內(nèi)追加安裝GXSimulator，就能夠?qū)崿F(xiàn)不在線時的調(diào)試。不在線調(diào)試功能內(nèi)包括軟元件的監(jiān)視測試、外部機(jī)器的I/O的模擬操作等。對于個人學(xué)習(xí)來說，沒有實驗條件，仿真軟件能夠在個人計算機(jī)上進(jìn)行順控程序的開發(fā)和調(diào)試。使用者通過程序不斷的仿真調(diào)試，慢慢領(lǐng)會程序設(shè)計心得，從而增加編程經(jīng)驗。

三、特殊功能模塊

在學(xué)習(xí)過程中，大部分學(xué)生將學(xué)習(xí)的重心放在了軟件編程上，而現(xiàn)代工業(yè)控制給PLC提出了許多新的課題，如果用通用I/O模塊來解決，在硬件方面費(fèi)用太高，在軟件方面編程相當(dāng)麻煩，某些控制任務(wù)甚至無法用通用I/O模塊來完成。因此，學(xué)習(xí)PLC的特殊功能模塊顯得尤為重要。這些特殊功能模塊有模擬量輸入輸出模塊、高速計數(shù)模塊和運(yùn)動控制模塊等。這些特殊功能模塊PLC廠家都給出了詳細(xì)的使用手冊，用戶可以通過仔細(xì)研讀使用手冊來完成特殊功能的實現(xiàn)，使得軟件編程簡化，降低了經(jīng)濟(jì)成本。

四、人機(jī)界面

連接可編程序控制器，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備稱為人機(jī)界面，俗稱觸摸屏。觸摸屏以其易于使用、堅固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點，使得系統(tǒng)設(shè)計師們越來越多的感到使用觸摸屏的確具有相當(dāng)大的優(yōu)越性。觸摸屏由硬件和軟件兩部分組成。利用軟件可以完成用戶界面的設(shè)計，結(jié)合PLC的程序設(shè)計極大的簡化了計算機(jī)的使用，即使是對計算機(jī)一無所知的人，對不懂PLC程序編程的操作人員，也能夠按控制要求設(shè)置控制系統(tǒng)參數(shù)、生產(chǎn)配方存儲、設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄等操作。觸摸屏的學(xué)習(xí)可以按如下的步驟進(jìn)行。首先針對某一系列觸摸屏仔細(xì)閱讀其畫面設(shè)計手冊進(jìn)行用戶畫面設(shè)計;接著設(shè)計觸摸屏畫面操作實現(xiàn)對應(yīng)的PLC程序;最后打開觸摸屏、PLC編程仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。

五、掌握三種流派主流產(chǎn)品

目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)PLC。大體可以按地域分成主要的三個流派：一個流派是日本產(chǎn)品，以三菱FX系列小型PLC為代表;一個流派是美國產(chǎn)品，以AB公司的PLC系列中型PLC為代表;還有一個流派是歐洲產(chǎn)品，德國西門子的S7系列大型PLC為代表。不同型號的PLC產(chǎn)品具有不同的特色，不僅表現(xiàn)在特殊復(fù)雜的功能等方面，就是在編程語言、程序的組織等方面也存在著較大的差異。掌握所有的PLC產(chǎn)品顯然不現(xiàn)實，也沒有必要。在熟練掌握一種PLC產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，有意識地在其他主要流派中選擇最有代表性的產(chǎn)品，采用對比的學(xué)習(xí)方法進(jìn)行相對深入的研究。這樣在以后的工作、學(xué)習(xí)和開發(fā)研究中遇到其它的機(jī)型時，就能夠做到觸類旁通了。

六、充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，掌握PLC應(yīng)用及發(fā)展的最新資訊

PLC產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度很快，若想及時掌握PLC應(yīng)用及發(fā)展的最新資訊，就要充分利用互聯(lián)網(wǎng)為我們提供的學(xué)習(xí)平臺，方便地、快捷地、經(jīng)濟(jì)地掌握PLC的最新動態(tài)。尤其是一些網(wǎng)絡(luò)上的專業(yè)論壇能夠為我們提供了較高水平的交流平臺，大量的學(xué)習(xí)資料、使用手冊、軟件功能的更新，使得不同階段的學(xué)習(xí)者受益匪淺?？傊?，PLC入門容易，真正掌握可編程控制器的編程方法，能夠順利設(shè)計出滿足生產(chǎn)任務(wù)的要求，同時程序做到簡潔、易懂，設(shè)計者就必須深入學(xué)習(xí)PLC技術(shù)，學(xué)習(xí)者可以通過上述介紹的方法不斷地充電，掌握PLC應(yīng)用及發(fā)展的最新資訊，在不斷的仿真調(diào)試過程中逐漸形成自己的編程習(xí)慣。

結(jié)語

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