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对于电气技术人员来说，控制系统软件的设计就是用梯形图编写控制程序，用户程序的设计是PLC应用中最关键的问题。对于控制规模比较大的系统，可根据工艺流程图，将整个流程分解为若干步，确定每步的转换条件，配合分支、循环、跳转及某些特殊功能，以便很容易地转换为梯形图设计。对于传统的继电器控制电路的改造，可根据原系统的控制电路，将某些桥式电路按照梯形图的编程规则进行改造后，直接转换为梯形图。这种方法设计周期短，修改、调试程序简单方便。程序设计可以与现场施工同步进行，以缩短设计周期。 在掌握PLC的指令以及操作方法的同时，还要掌握正确的程序设计方法，才能有效地利用可编程序控制器，使它在工业控制中发挥巨大作用。PLC程序设计常用的方法主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、逻辑设计法、顺序控制设计法等。 一、经验设计法 这种方法沿用了继电器控制电路来设计梯形图。它是在基本控制单元和典型控制环节基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，进行选择组合，并经过多次反复调试和修改梯形图，有时还需要增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到所需的控制要求。这种方法没有规律可遵循，设计所需时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称为经验设计法。经验设计法适用于较简单的梯形图设计。应用经验设计法时必须熟记一些典型的控制电路，如起-保-停电路，脉冲发生电路等。 经验设计法的步骤如下: 1.在准确了解控制要求后，合理地为控制系统中的事件分配输人、输出口。选择必要的软元件，如定时器、计数器，辅助继电器等。 2.对于一些控制要求较简单的输出，可直接写出它们的工作条件，以起-保-停电路模式完成相关的梯形图支路。工作条件稍复杂的可借助辅助继电器。对于控制较复杂的系统，应正确分析控制要求，并确定组成控制要求的关键点。在以逻辑为主的控制中( 如抢答器)关键点为影响控制状态的点。在以时序为主的控制中( 如交通灯)关键点为控制状态转化的时间。 3.将关键点用梯形图表达出来。关键点总是要用软元件来代表的，在安排软元件时需考虑并安排好。绘制关键点的梯形图时，可使用常见的基本环节，如定时器计时环节、振荡环节、分频环节等。在完成关键点梯形图的基础上，针对系统最终的输出进行梯形图的绘制。使用关键点综合出最终输出的控制要求。 4.审查以上草绘图样，在此基础上补充遗漏的功能，更正错误，进行最后的完善。依靠经验直接设计控制系统，有时需要多次反复的调整和修改梯形图，最后才能达到一个较为满意的结果。因此，这种方法具有很大的随意性，最终结果也不唯一。由于过多依赖经验设计，因此要求设计者具有丰富的经验，要能熟悉掌握控制系的大量实例和典型环节。 二、继电器控制电路转换为梯形图法 继电器-接触器控制系统经过长期使用，已有一套能完成系统要求的控制功能并经过验证的控制电路，而PLC控制的梯形图和继电器-接触器控制电路很相似，因此可以直接将经过验证的继电器-接触器控制电路转换成梯形图。主要步骤如下: 1.熟悉现有的继电器-接触器控制电路。 2.对照PLC的I/O端子接线图，将继电器-接触器控制电路上的被控器件(如接触器线圈、指示灯、电磁阀等)换成接线图上对应的输出点的编号，将电路上的输人装置(如传感器、按钮行、程开关等)触点都换成对应的输人点的编号。 3.将继电器接触器控制电路中的中间维电器、定时器，用PLC的辅助继电器、定时器来代替。 4.画出全部梯形图，并子以简化和修改。 这种方法对简单的控制系统是可行的，比较方便，但较复杂的控制电路，就不适用了。 三、逻辑设计法 逻辑设计法是从控制系统中各种物理量的逻辑关系出发的一种设计方法。它以布尔代数为理论基础，根据生产过程中各工步之间各检测元件(如行程开关、传感器等)状态的变化，列出检测元件的状态表，确定所需的中间记忆元件，再列出各执行元件的工序表，然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元件的逻辑表达式，并转换成梯形图。这种方法既有严密可循的规律性和可行的设计步骤，又有简便、直观和十分规范的特点。该方法在单一的条件控制系统中，非常好用，相当于组合逻辑电路，但和时间有关的控制系统中，就很复杂。主要步骤如下: 1.通过结合控制要求进行具体分析，给制控制系统循环图和检测元件分布图，取得电气执行元件功能表。 2.绘制控制系统状态转换表，通常它由输出信号状态表、输人信号状态表、状态转换主令表和中间记忆状态表四部分组成。根据状态转换表，进行控制系统的逻辑设计，包括写出中间记忆元件的逻辑表达式和执行元件的表达式。 3.将逻辑函数转化为梯形图或语句表形式。由于语句表的结构和形式与逻辑函数非常相似，很容易直接由逻辑函数转化。而梯形图可以通过语句表过渡一下，或直接由逻辑函数转化。 4.程序的完善和补充。主要包括手动工作方式的设计、手动与自动工作方式的选择、自动工作循环、保护措施等。 四、顺序控制设计法 根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。此法的关键是画出功能流程图。状态流程图又叫功能表图、状态转移图或状态图。它是完整地描述控制系统的控制过程、功能和状态的一种图形，是分析和设计电气控制系统顺序控制程序的一种重要工具。首先将被控制对象的工作过程按输出状态的变化分为若干步，并指出工步之间的转换条件和每个工步的控制对象。这种工艺流程图集中了工作的全部信息。在进行程序设计时，可以用中间继电器(M)来记忆工步，一步一步地顺序进行，也可以用顺序控制指令来实现。状态流程图是一种通用的技术语言， 可以为不同专业的工程技术人员进行技术交流服务。 最后软件设计好后一般先进行模拟调试。 模拟调试可以通过仿真软件来代替PIC硬件在计算机上调试程序。如果有 PLC硬件，可以用小开关和按钮模拟PLC的实际输人信号（如起动、停止信号)或反馈信号(如限位开关的接通或断开），再通过输出模块上各输出位对应的指示灯，观察输出信号是否满足设计的要求。需要模拟量信号 I/O时，可用电位器和万用表配合进行。在编程软件中可以用状态图或状态图表监视程序的运行或强制某些编程元件。 在模拟调试过程中，应充分考虑各种可能出现的情况对各种不同的工作方式以及运行条件都应逐一试验，不能遗漏，发现问题应及时修改。对于指令较多的程序，需采用设置断点的方法，加快程序故障的查找，直到在各种可能的情况下，控制系统完全符合系统控制受求。 完成PLC整个软硬件设计后，将PIC安装到控制现场或将调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，连接好PLC与输人信号以及驱动负载的接线。待确认连接无误后，就可进行现场调试。调试时主电路一定要断电，先对控制电路进行联机调试。通过现场联机调试，还会发现新的问题或对某些控制功能的改进，应及时解决调试时发现的软件和硬件方面的问题，直到满足工艺流程和系统控制要求。 根据调试的最终结果，整理出完整的技术文件，如电气接线图、状态流程图、带注释的梯形图以及必要的文字说明等，随系统一起交付使用。在说明书中通常对程序的控制要求、程序的结构、流程图等给以必要的说明，并且给出程序的安装操作使用步骤等。 PLC编程是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，PLC编程正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。 五、PLC中无非就是三大量：开关量、模拟量、脉冲量。只在搞清楚三者之间的关系，你就能熟练的掌握PLC了。 一、简述 1、 开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF。它是最常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC最基本的应用。 开关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。所以，有时也称其为顺序控制。 而顺序控制又分为手动、半自动或自动。而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。 2、 模拟量是指一些连续变化的物理量，如电压、电流、压力、速度、流量等。 PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开关量控制。由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。 由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。 模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。 同时还要有模拟量输入单元(A/D)，把这些标准的电信号变换成数字信号；模拟量输出单元(D/A)，以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。 所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。例如： PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0—10V，所要检测的是温度值0—100℃。那么0—32767对应0—100℃的温度值。然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。如果想把温度值精确到0.1℃，把327.67/10即可。 模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。这些都是PLC内部数字量的计算过程。 3、 脉冲量是其取值总是不断的在0(低电平)和1(高电平)之间交替变化的数字量。每秒钟脉冲交替变化的次数称为频率。 PLC脉冲量的控制目的主要是位置控制、运动控制、轨迹控制等。例如：脉冲数在角度控制中的应用。步进电机驱动器的细分是每圈10000，要求步进电机旋转90度。那么所要动作的脉冲数值=10000/(360/90)=2500。 二、模拟量的计算 1、-10—10V。-10V—10V的电压时，在6000分辨率时被转换为F448—0BB8Hex(-3000—3000)；12000分辨率时被转换为E890—1770Hex(-6000—6000)。 2、 0—10V。0—10V的电压时，在12000分辨率时被转换为0—1770Hex(0—6000)；12000分辨率时被转换为0—2EE0Hex(0—12000)。 3、 0—20mA。0—20mA的电流时，在6000分辨率时被转换为0—1770Hex(0—6000)；12000分辨率时被转换为0—2EE0Hex(0—12000)。 4、 4—20mA。4—20mA的电流时，在6000分辨率时被转换为0—1770Hex(0—6000)；12000分辨率时被转换为0—2EE0Hex(0—12000)。 以上仅做简单的介绍，不同的PLC有不同的分辨率，并且您所测量物理量实现的量程不一样。计算结果可能有一定的差异。 注：模拟输入的配线的要求： 1、使用屏蔽双绞线，但不连接屏蔽层。 2、当一个输入不使用的时候，将V IN 和COM端子短接。 3、模拟信号线与电源线隔离 (AC 电源线，高压线等)。 4、当电源线上有干扰时，在输入部分和电源单元之间安装一个虑波器。 5、确认正确的接线后，首先给CPU单元上电，然后再给负载上电。 6、断电时先切断负载的电源，然后再切断CPU的电源。 三、脉冲量的计算 脉冲量的控制多用于步进电机、伺服电机的角度控制、距离控制、位置控制等。以下是以步进电机为例来说明各控制方式。 1、 步进电机的角度控制。首先要明确步进电机的细分数，然后确定步进电机转一圈所需要的总脉冲数。计算“角度百分比=设定角度/360°(即一圈)”“角度动作脉冲数=一圈总脉冲数*角度百分比。” 公式为：角度动作脉冲数=一圈总脉冲数*(设定角度/360°)。 2、 步进电机的距离控制。首先明确步进电机转一圈所需要的总脉冲数。然后确定步进电机滚轮直径，计算滚轮周长。计算每一脉冲运行距离。最后计算设定距离所要运行的脉冲数。 公式为：设定距离脉冲数=设定距离/[(滚轮直径*3.14)/一圈总脉冲数] 3、 步进电机的位置控制就是角度控制与距离控制的综合。 以上只是简单的分析步进电机的控制方式，可能与实际有出入，仅供各位同仁参考。 4、伺服电机的动作与步进电机的一样，但要考虑伺服电机的内部电子齿轮比与伺服电机的减速比。 |
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