第七章 PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì).ppt

第7章 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì),7.1 plc應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 7.2 plc應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與選型 7.3 plc應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 7.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 思考與練習(xí)題,第7章 可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì),7.1 plc應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 由于工作方式與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)不完全一樣，因此用可編程控制器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與用計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程也不完全相同。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)可編程控制器本身的特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第一章講過(guò)plc系統(tǒng)的軟件和硬件可以分開(kāi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這是可編程控制器的一大特點(diǎn)。隨著近年來(lái)3c技術(shù)的突飛猛進(jìn)，大中型plc的功能不斷加強(qiáng)，它們常應(yīng)用于控制要求復(fù)雜、系統(tǒng)i/o點(diǎn)數(shù)較多或?qū)煽啃砸筇貏e高，不宜采用繼電器控制的工業(yè)場(chǎng)合。同時(shí)plc處理模擬量的能力也得到增強(qiáng)，特別是在,網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理等方面非常突出。plc已成為cims（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）和scada（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)的重要組成部分。 一般來(lái)說(shuō)，可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體原則是：最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，并在此前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，用戶使用和維護(hù)方便，保證系統(tǒng)的安全性、可靠性，并使之具有一定的可擴(kuò)展性。 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如p261頁(yè)圖7.1.1所示。,1.熟悉控制對(duì)象，確定控制范圍 首先要全面詳細(xì)的了解被控對(duì)象的特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝流程，歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖。如果控制對(duì)象是工業(yè)環(huán)境較差，對(duì)安全性、可靠性要求特別高，系統(tǒng)工藝流程較復(fù)雜、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)多，使用常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，或工藝流程要經(jīng)常變動(dòng)的機(jī)械或現(xiàn)場(chǎng)，用可編程控制器進(jìn)行控制是非常合適不過(guò)的。對(duì)確定了的控制對(duì)象，還要明確控制任務(wù)和實(shí)際要求，要深入了解工藝流程，明確機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電氣執(zhí)行元件之間的順序關(guān)系，了解plc是否需要通信聯(lián)網(wǎng)，了解系統(tǒng)對(duì)電控系統(tǒng)的控制要求和需要顯示哪些物理量及顯示方式。,2.制訂控制方案，選擇可編程控制器機(jī)型 根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式，是手動(dòng)、半自動(dòng)還是全自動(dòng)，是單機(jī)運(yùn)行還是聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。通過(guò)研究工藝過(guò)程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各個(gè)步驟和狀態(tài)，確定各種控制信號(hào)和檢測(cè)反饋信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，選擇系統(tǒng)的外部電氣元件，如系統(tǒng)輸入元件：包括按鈕、傳感器、變送器、接近開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)等；輸出元件：包括電動(dòng)閥、接觸器、指示燈等設(shè)備，具體的選擇方法可參閱電氣類有關(guān)的資料。還要確定哪些信號(hào)需要輸入plc，哪些信號(hào)要plc輸出或者哪些負(fù)載,要由plc驅(qū)動(dòng)，分門別類地統(tǒng)計(jì)出各輸入/輸出量的性質(zhì)及參數(shù)，即它們是開(kāi)關(guān)量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓的大小等級(jí)等，然后根據(jù)所得結(jié)果，選擇合適的plc型號(hào)和功能模塊，并確定框架或基板的型號(hào)，選擇所需模塊的種類、型號(hào)及數(shù)量。 3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件編程 plc選型和i/o點(diǎn)配置是硬件設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)，以及plc的i/o類型和數(shù)量，合理地對(duì)plc的輸入、,輸出的地址進(jìn)行編號(hào)。同時(shí)，設(shè)計(jì)出現(xiàn)規(guī)范的plc外部接線圖也是一個(gè)重要部分，這對(duì)plc系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件編程和系統(tǒng)調(diào)整帶來(lái)諸多方便。輸入、輸出地址編號(hào)確定后，硬件設(shè)計(jì)和軟件工作可平行進(jìn)行。有些系統(tǒng)還要設(shè)計(jì)必要的控制柜、顯示盤等，有些系統(tǒng)還要進(jìn)行部分外圍電路設(shè)計(jì)工作，這些都屬于硬件設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。 而軟件設(shè)計(jì)即用戶程序的編寫一般包括畫出梯形圖，寫出語(yǔ)句指令表或用計(jì)算機(jī)輔助軟件編寫程序等。在程序設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試時(shí)，可平行地進(jìn)行電控系統(tǒng)其他部分的設(shè)計(jì)。,4.模擬調(diào)試 將設(shè)計(jì)好的程序鍵入plc后應(yīng)仔細(xì)檢查與驗(yàn)證，改正程序設(shè)計(jì)的語(yǔ)法錯(cuò)誤。然后在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行用戶程序的模擬運(yùn)行和調(diào)試，即在離線的方式下運(yùn)行所編制的程序，觀察各輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系，檢查邏輯狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求。若條件許可，可帶模擬的負(fù)載做些必要的試驗(yàn)，例如用電流或電壓信號(hào)代替壓力變化，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，是否符合設(shè)計(jì)要求。 5.現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試 將模擬調(diào)試好的程序傳送現(xiàn)場(chǎng)使用的plc存儲(chǔ)器中，接入plc的輸入接線和負(fù)載。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的前提是plc的外部接線,一定是準(zhǔn)確無(wú)誤的。經(jīng)過(guò)調(diào)試、修改后，如程序能達(dá)到用戶控制設(shè)計(jì)要求指標(biāo)，可將程序用寫入器固化在eprom中。 6.編制系統(tǒng)的技術(shù)文件 在系統(tǒng)交付用戶使用后，有時(shí)還要進(jìn)行必要的技術(shù)培訓(xùn)，并為用戶整理出完整的技術(shù)文件，如plc控制系統(tǒng)的說(shuō)明書、外部接線圖、其他電氣圖紙及元件明細(xì)表等，以利于日后系統(tǒng)的維護(hù)和改進(jìn)。 最后，再?gòu)?qiáng)調(diào)一下plc控制應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容中還包括的幾個(gè)方面：,（1）可靠性設(shè)計(jì) 它是整體設(shè)計(jì)的重要組成部分，其中包括系統(tǒng)硬件和軟件可靠性設(shè)計(jì)。系統(tǒng)任何部分的故障都會(huì)使系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循可靠性分配原則。冗余設(shè)計(jì)、系統(tǒng)安裝的工作環(huán)境設(shè)計(jì)等就屬于可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容，其中冗余設(shè)計(jì)常采用熱后備或冷后備方式。對(duì)plc來(lái)說(shuō)，冗余系統(tǒng)的范圍主要包括cpu、存儲(chǔ)單元、電源系統(tǒng)和通信單元等，系統(tǒng)工作環(huán)境要能夠滿足溫度、濕度、振動(dòng)和沖擊等條件的要求。 （2）安全性設(shè)計(jì) 主要指系統(tǒng)在緊急異常狀況下能處于安全狀態(tài)。因此在,系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中要求系統(tǒng)具有及時(shí)處理事故或故障的功能，可在主要設(shè)備和回路中設(shè)置緊急停車按鈕或事故按鈕，或者設(shè)計(jì)安全回路。這里所指的安全回路可由非半導(dǎo)體的機(jī)電元件以硬接線的方式構(gòu)成，它能夠獨(dú)立與plc工作，并起到保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員和設(shè)備的作用。設(shè)計(jì)任何控制系統(tǒng)時(shí)，安全性是頭等大事，這一點(diǎn)希望能引起每個(gè)工程設(shè)計(jì)者足夠的重視。 （3）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)中，選用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的元件和應(yīng)用軟件系統(tǒng)將有利于控制系統(tǒng)的日常維護(hù)及系統(tǒng)將來(lái)的升級(jí)、規(guī)模的擴(kuò)展等，可以減少不必要的沖突，增強(qiáng)系統(tǒng)的兼容性。,7.2 plc應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與選型 在plc的工業(yè)設(shè)計(jì)中，硬件選型是十分重要的工作，工藝流程的特點(diǎn)和用戶應(yīng)用的要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。由于plc產(chǎn)品的種類和數(shù)量繁多，其結(jié)構(gòu)形式、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各不相同，國(guó)內(nèi)外近千種plc的性能指標(biāo)、適用場(chǎng)合也各有側(cè)重，因此合理地選擇plc，使其具備較高的性能價(jià)格比顯得非常重要。plc的選型和硬件設(shè)計(jì)應(yīng)從以下的七個(gè)方面加以考慮。,1. 控制結(jié)構(gòu)和方式的選擇 由plc構(gòu)成控制系統(tǒng)有以下幾種方式： （1）單機(jī)控制系統(tǒng) 單機(jī)控制系統(tǒng)是指用一臺(tái)plc控制一臺(tái)設(shè)備或多臺(tái)設(shè)備，控制的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)比較少，屬于一種小系統(tǒng)。有的文獻(xiàn)稱之為集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般多用于各控制對(duì)象所處地理位置較集中，且相互之間的動(dòng)作存在一定的順序關(guān)系的情況下，適用于簡(jiǎn)單的流水線控制。,（2）遠(yuǎn)程i/o系統(tǒng) 遠(yuǎn)程i/o系統(tǒng)是指當(dāng)各控制對(duì)象地理位置比較分散，輸入/輸出線要引入控制器時(shí)，可采用i/o模塊組成的遠(yuǎn)程i/o系統(tǒng)。遠(yuǎn)程i/o系統(tǒng)主單元通過(guò)i/o通道號(hào)可正確地操作遠(yuǎn)程i/o點(diǎn)，輸入/輸出通道分配在現(xiàn)場(chǎng)的幾個(gè)區(qū)域內(nèi)，適合于被控對(duì)象遠(yuǎn)離中控室的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 （3）分布式控制系統(tǒng) 分布式控制系統(tǒng)是指采用幾臺(tái)plc分別獨(dú)立控制某些設(shè)備，各plc之間、plc與上位機(jī)之間通過(guò)數(shù)據(jù)通信線相連組成的,系統(tǒng)，也叫分散型控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)多用于多臺(tái)生產(chǎn)線的控制，并且控制某設(shè)備的plc如果停運(yùn)的話，不影響其他設(shè)備，適合于控制規(guī)模較大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)不可能只選取一種結(jié)構(gòu)，而是要結(jié)合控制的難易程度、被控設(shè)備的特點(diǎn)、系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性等因素，全盤考慮。 2. plc機(jī)型的選擇 plc選型的基本原則是所選plc能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。一般從系統(tǒng)控制功能、plc物理結(jié)構(gòu)、指令和編程方式、,plc存儲(chǔ)量和響應(yīng)時(shí)間、通信聯(lián)網(wǎng)功能等幾個(gè)方面綜合考慮。下面分別進(jìn)行論述。 從應(yīng)用角度來(lái)看，plc可按控制功能或輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分類。對(duì)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，即僅需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備，一般的小型plc所具有的簡(jiǎn)單運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能就可以滿足要求。如果還含有少量的模擬量控制，具有算術(shù)運(yùn)算、a/d和d/a轉(zhuǎn)換、bcd碼處理等功能的系統(tǒng)，那么增強(qiáng)型小型plc便可勝任。而對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)，如生產(chǎn)線控制，因它含有較多的開(kāi)關(guān)量，模擬量的控制要求也較高，所以可考慮選擇大中型plc。假若控制點(diǎn)多又分散，要求具有較快的響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)處理、分析,決策等功能，就必須選用具備聯(lián)網(wǎng)通信功能的plc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，組成集散型或多級(jí)分布式的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 從plc的物理結(jié)構(gòu)來(lái)看，plc分為模塊式和整體式。整體式plc具有固定的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，但系統(tǒng)靈活性和擴(kuò)展能力較差。模塊式可進(jìn)行靈活的輸入和輸出配置，i/o模塊的種類和數(shù)量選擇余地較大，應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，系統(tǒng)的安裝和擴(kuò)展容易，系統(tǒng)維修更換模塊及判斷故障范圍都很方便，但價(jià)格偏高。根據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用的要求，對(duì)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)少的可選用整體式結(jié)構(gòu)，輸入/輸出點(diǎn)數(shù)較多，控制性能要求高的可選擇模塊式結(jié)構(gòu)。需要提醒的是同一企業(yè)或系統(tǒng)應(yīng)盡量使用統(tǒng)一機(jī)型或同一生產(chǎn)廠家的plc，這樣可減少備件的數(shù)量，plc,的外部設(shè)備和工具軟件（如編程器、eprom寫入器等）還可以共享，以降低成本。 plc的指令系統(tǒng)一般包括邏輯指令、運(yùn)算指令、控制指令、數(shù)據(jù)處理和其他特殊指令，這些指令能完成諸如開(kāi)平方、對(duì)數(shù)運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。用戶可從便于控制系統(tǒng)編程的角度來(lái)加以選擇，只要能滿足實(shí)際需要就可以了，避免大材小用。plc的編程有兩種方式：在線和離線編程。采用離線編程可降低成本，對(duì)大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都可以滿足生產(chǎn)需要，因而較多的中小型plc都使用這種方法。在線編程所需成本較高，但使用方便，大型plc中常采用。,目前plc聯(lián)網(wǎng)已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，也成為cims、（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)） scada （監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)的基礎(chǔ)。除小型plc外，大中型plc都具有聯(lián)網(wǎng)通信的接口功能。如果用戶要求使用plc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建議選擇符合internet的tcp/ip協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)的需要進(jìn)行選擇。有關(guān)plc網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)可參閱本書相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容。 3. i/o點(diǎn)數(shù)的估算 準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對(duì)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的總需要量是plc選型的基礎(chǔ)。通常輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是衡量plc規(guī)模大小的主要技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)也是影響plc價(jià)格的主要因素之一。把各輸入/輸出,設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)地列出，然后再跟據(jù)常用電氣元件所需plc的i/o點(diǎn)數(shù)（如表7.2.1所示）統(tǒng)計(jì)出實(shí)際i/o總點(diǎn)數(shù)。在此基礎(chǔ)上還要留出1015的備用量，便于以后調(diào)整和擴(kuò)充。如果采用主機(jī)模塊與輸入/輸出模塊、功能模塊組合使用的方法，i/o模塊按點(diǎn)數(shù)分為8、16、32、64點(diǎn)不等，可根據(jù)用戶的需要選擇，靈活使用。,表7.2.1 常用電氣元件所需plc的i/o點(diǎn)數(shù),4. 輸入/輸出模塊的選擇 輸入模塊將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如按鈕開(kāi)關(guān)）的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成plc機(jī)內(nèi)部的電平信號(hào)，它按電壓分為交流式和直流式，按電路形式分為匯點(diǎn)輸入式和分隔輸入式。選擇輸入模塊時(shí)應(yīng)考慮：輸入信號(hào)電壓的大小，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x長(zhǎng)短，是否需要隔離及采用何種方式隔離，內(nèi)部供電還是外部供電等問(wèn)題。 輸出模塊把plc內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部過(guò)程的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 輸入/輸出模塊是可編程控制器與被控對(duì)象之間的接口，按照輸入/輸出信號(hào)的性質(zhì)一般可分為開(kāi)關(guān)量（或數(shù)字量）和,模擬量模塊。 開(kāi)關(guān)量模塊包括輸入模塊和輸出模塊，有交流、直流和ttl電平三種類型。開(kāi)關(guān)量輸入模塊按輸入點(diǎn)數(shù)分為4、8、16、32、64等，按電壓等級(jí)分為直流24v、48v、60v和交流110v、230v等。模塊密度要根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇，一般以每塊1664點(diǎn)為好。如果是長(zhǎng)距離傳輸通信，開(kāi)關(guān)量輸入模塊的門坎電平也是不容忽視的一個(gè)因素。直流開(kāi)關(guān)量輸入模塊的延遲時(shí)間較短，可直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子裝置相連。開(kāi)關(guān)量輸出模塊按輸出點(diǎn)數(shù)分有16、32、64點(diǎn)，按輸出方式分有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。選擇,的輸出模塊的電流值必須大于負(fù)載電流的額定值。對(duì)于頻繁通斷、低功率因數(shù)的感性負(fù)載，應(yīng)采用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件，即選用晶閘管輸出（交流輸出）或晶體管輸出（直流輸出），這樣做的缺點(diǎn)是價(jià)格較高。繼電器輸出屬于有觸點(diǎn)器件，其優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)電壓的范圍寬，價(jià)格便宜，但存在壽命短、響應(yīng)速度較慢的缺點(diǎn)。 注意：對(duì)于輸入輸出模塊可同時(shí)接通的接點(diǎn)不要超過(guò)它總數(shù)的60。輸出功率和負(fù)載同樣是要注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題。 模擬量模塊也包括輸入模塊和輸出模塊。模擬量輸入模塊把來(lái)自于傳感器或變送器的電壓、壓力、流量、位移等電量或非電量轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǚ秶鷥?nèi)的電壓或電流信號(hào)，所以它分為電壓型和電流型。電流型又分為020ma、420ma兩種，,電壓型分為15v、-10+10v、05v等多種型號(hào)。通道有2、4、8、16個(gè)。在選用時(shí)應(yīng)注意外部物理量的輸入范圍，模擬通道循環(huán)掃描的時(shí)間和信號(hào)的連接方式。一般來(lái)說(shuō)，電流型的抗干擾能力優(yōu)于電壓型。模擬量輸出模塊能輸出被控設(shè)備所需的電壓或電流，它的電壓型和電流型的型號(hào)與模擬量輸入模塊的大體相似，選用輸出模塊驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，中間有可能要增加必要的轉(zhuǎn)換裝置，同時(shí)還要注意信號(hào)的統(tǒng)一性和阻抗的匹配性。 當(dāng)前plc生產(chǎn)廠商相繼推出了一些智能式輸入/輸出模塊，如高速計(jì)數(shù)器、pid閉環(huán)控制模塊等，由于它們本身含有處理器，因此可提高plc的處理速度，節(jié)約存儲(chǔ)器容量。用戶可結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行選擇使用。,5. 估算系統(tǒng)對(duì)plc響應(yīng)時(shí)間的要求 響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出濾波時(shí)間和掃描周期。plc的程序掃描工作方式?jīng)Q定了它不能可靠地接收持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號(hào)。為此，需要選取掃描速度高的plc來(lái)提高對(duì)輸入信號(hào)的接收準(zhǔn)確性。掃描速度是用執(zhí)行指令所需要的時(shí)間來(lái)估算的，單位是ms/k字。大多數(shù)機(jī)器的性能指標(biāo)中都給出了掃描速度的具體數(shù)值。對(duì)于慢速大系統(tǒng)，如大型料場(chǎng)、碼頭、高爐、軋鋼廠的主令控制等可選用多臺(tái)中小型plc或低速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制；對(duì)于快速實(shí)時(shí)控制，如高速線材、中低速熱連軋等速度控制可,選擇運(yùn)行速度快的cpu、功能強(qiáng)的大型plc或高速網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足信息快速交換的要求。需要引起注意的是，一定要保證最長(zhǎng)的掃描周期要小于系統(tǒng)電氣狀態(tài)改變的時(shí)間，這樣才能使系統(tǒng)正常工作。 6.對(duì)程序存儲(chǔ)器容量的估算 plc的程序存儲(chǔ)器容量通常以字或步為單位。用戶程序所需存儲(chǔ)器容量可以預(yù)先估算。一般情況下用戶程序所需存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)可按照如下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算: 開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),輸入：用戶程序所需存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)輸入點(diǎn)總數(shù)10 輸出：用戶程序所需存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)輸出點(diǎn)總數(shù)8 模擬量輸入輸出系統(tǒng)：每一路模擬量信號(hào)大約需要120字的存儲(chǔ)容量，當(dāng)模擬輸入和模擬輸出同時(shí)存在時(shí)，應(yīng)有 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)模擬量路數(shù)250 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器系統(tǒng)： 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量2 含有通信接口的系統(tǒng)（多指plc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）：,所需存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)通信接口個(gè)數(shù)300 另外，根據(jù)系統(tǒng)控制要求的難易程度也可采用另一種方法進(jìn)行估算，采用的計(jì)算公式如下： 程序容量k總輸入/輸出點(diǎn)數(shù) 對(duì)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，k=6；若為普通系統(tǒng)，則k=8;若為較復(fù)雜系統(tǒng)，則k=10；若為復(fù)雜系統(tǒng)，則k=12。 7.可編程控制器的電源選擇 電源是plc干擾引入的主要途徑之一，因此選擇優(yōu)質(zhì)電源無(wú)疑有助于提高plc控制系統(tǒng)的可靠性。一般可選用畸變較小,的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓器的電源。使用直流電源要選用橋式全波整流電源。對(duì)于供電不正?；螂妷翰▌?dòng)較大的情況，可考慮采用不間斷電源（ups）或穩(wěn)壓電源供電。對(duì)于輸入觸點(diǎn)的供電可使用plc本身提供的電源，如果負(fù)載電流過(guò)大，可采用外設(shè)電源供電。輸出電流是電源的一個(gè)關(guān)鍵因素，應(yīng)特別注意。,7.3 plc應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 7.3.1 可編程控制器應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 可編程控制器應(yīng)用程序是指用戶根據(jù)各自的控制要求所編寫的各種實(shí)用程序，盡管這些實(shí)用程序各不相同，但它們的編程語(yǔ)言限于以下幾種：梯形圖語(yǔ)言、布爾助記符語(yǔ)言、功能表圖語(yǔ)言、功能模塊圖語(yǔ)言及結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述語(yǔ)言等。梯形圖語(yǔ)言和布爾助記符語(yǔ)言是基本程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它們通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡(jiǎn)單的控制功能，例如代替繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器完成順序控制和,邏輯控制等。功能表圖語(yǔ)言和語(yǔ)句描述語(yǔ)言是高級(jí)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它們可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如模擬量的控制、數(shù)據(jù)的運(yùn)算、報(bào)表的打印和采用其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無(wú)法完成的功能。功能模塊圖語(yǔ)言采用功能模塊圖的形式，通過(guò)軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程序控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，而且在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中也常常被采用。由于功能模塊圖語(yǔ)言具有連接方便、操作簡(jiǎn)單、易于掌握等特點(diǎn)，所以為廣大工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用人員所喜愛(ài)。 國(guó)際電工委員會(huì)（iec）的sc65b wg7工作組為可編程控制器制定了相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)iec1131，它包括五部分，,其中iec1131-3對(duì)plc所用的上述5種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言作了相應(yīng)描述和規(guī)定。 1.梯形圖（ladder diagram）程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用因果關(guān)系來(lái)描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系，梯級(jí)中描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)常用的接觸器、繼電器的梯形圖，與電氣操作原理圖相呼應(yīng)。由于在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中，電氣,技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此這種梯形圖語(yǔ)言受到了普遍的歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。具體的編程規(guī)則可參見(jiàn)本書的第4章，這里不再重復(fù)。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是： （1）與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，直觀、形象和實(shí)用； （2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，電氣技術(shù)人員易于掌握和學(xué)習(xí)； （3）梯形圖中的能流（power flow）不是實(shí)際意義的物理電流，而是“概念”電流；內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際,存在的繼電器，每個(gè)繼電器和輸入接點(diǎn)都是存儲(chǔ)器中的一位，因此梯形圖中的繼電器接點(diǎn)在編制用戶程序時(shí)能無(wú)限使用，可常開(kāi)又可常閉； （4）梯形圖中的輸入接點(diǎn)和輸出線圈不是物理接點(diǎn)和線圈，用戶程序的解算是根據(jù)plc內(nèi)部i/o映像區(qū)相應(yīng)位的狀態(tài)得到的，并不是解算現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)。用戶程序的邏輯解算結(jié)果可馬上為后面的程序所利用。 梯形圖程序設(shè)計(jì)方法適用于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì)，無(wú)法清楚地描述較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。這種方法要求設(shè)計(jì)人員對(duì)典型控制電路相當(dāng)熟悉，有較豐富的電器控制設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，,且設(shè)計(jì)過(guò)程中往往要經(jīng)過(guò)多次反復(fù)修改、調(diào)試，具有很大的試探性和隨意性，最終設(shè)計(jì)出的梯形圖也不一定是最佳方案。 2.布爾助記符（boolean mnemonic）程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 布爾助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用布爾助記符來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，與計(jì)算機(jī)中的匯編語(yǔ)言非常相似。所謂助記符語(yǔ)言編程就是用一個(gè)或幾個(gè)容易記憶的字符代表plc的某種操作功能。助記符語(yǔ)言也可稱為命令語(yǔ)句表達(dá)式語(yǔ)言，它的一般格式為： （1）采用助記符來(lái)表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握的特點(diǎn)；,（2）在編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于鍵入，可在無(wú)計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合下進(jìn)行編程設(shè)計(jì)； （3）與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，電氣技術(shù)人員對(duì)程序易于理解和檢查； （4）在編程支路的元素?cái)?shù)量不受限額。 這種方法也存在對(duì)較復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)較難描述清楚的缺點(diǎn)。 3. 功能表圖（sequential function chart）程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 功能表圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用功能表圖來(lái)描述程序的一種圖形,程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它是近年來(lái)由歐洲發(fā)展起來(lái)的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，又叫做順序功能圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在1994年5月公布的iec1131中，順序功能圖（sfc）被確定為plc位居首位的編程語(yǔ)言。近幾年推出的可編程序控制器和小型集散控制系統(tǒng)中已提供了采用功能表圖描述語(yǔ)言進(jìn)行編程的軟件。 功能表圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作（或命令）組成。最基本的思想是：將控制系統(tǒng)的一個(gè)工作周期分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱為步；實(shí)際上步就是工位的某一個(gè)狀態(tài)，它由plc的內(nèi)部元件來(lái)代表。步,是以輸出量的狀態(tài)變化來(lái)劃分的，一般用矩形框來(lái)表示，框中的數(shù)字是該狀態(tài)的編號(hào)，原始狀態(tài)（“0”狀態(tài)）用雙線框表示。兩個(gè)相鄰狀態(tài)之間的有向線段代表轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)從當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號(hào)稱為轉(zhuǎn)移條件，用與轉(zhuǎn)移線段垂直的短線表示。短線旁的文字、圖形符號(hào)或邏輯表達(dá)式標(biāo)明轉(zhuǎn)移條件的內(nèi)容。轉(zhuǎn)移條件可能來(lái)自外部輸入信號(hào)或plc內(nèi)部產(chǎn)生的信號(hào)。用轉(zhuǎn)移條件控制代表各步的編程元件，使它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后去控制各輸出繼電器。動(dòng)作或命令就是狀態(tài)框旁與之對(duì)應(yīng)的各步內(nèi)容的文字描述，可用矩形框?qū)⑺鼈儑饋?lái)，以短線連接到狀態(tài)框。,采用功能表圖的描述，控制系統(tǒng)被分為若干個(gè)子系統(tǒng)。這種描述從功能入手，使系統(tǒng)的操作具有明確的含義，便于程序的分工設(shè)計(jì)和檢查調(diào)試。 功能表圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是： （1）以功能為主線，條理清楚，便于對(duì)程序操作的理解和溝通； （2）以大型的程序，可分工設(shè)計(jì)，采用較為靈活的程序結(jié)構(gòu)，可節(jié)省程序設(shè)計(jì)時(shí)間和調(diào)試時(shí)間； （3）兩個(gè)步（或轉(zhuǎn)移）不能直接相連，必須用一個(gè),轉(zhuǎn)移（或步）將它們隔離； （4）初始步必不可少，一般對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)等待啟動(dòng)的初始狀態(tài)； （5）僅當(dāng)某一步所有的前級(jí)步都是活動(dòng)步時(shí)，該步才有可能變成活動(dòng)步，只有在活動(dòng)步的命令和操作被執(zhí)行后，系統(tǒng)才對(duì)活動(dòng)步后的轉(zhuǎn)移進(jìn)行掃描，因此，整個(gè)程序的掃描時(shí)間較用其他語(yǔ)言編制的程序的掃描時(shí)間要大大縮短。 4. 功能模塊圖（function blook）程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是采用功能模塊來(lái)代表模塊所具有,的功能，不同的功能模塊功能各異。功能模塊有若干個(gè)輸入端和輸出端，通過(guò)軟連接的方式，分別連接到所需的其他端子上，滿足用戶的控制運(yùn)算或控制功能。系統(tǒng)功能模塊可以分為不同的類型，即使在同一種類型中，也可能因功能參數(shù)的不同而使功能或應(yīng)用范圍有所差別。由于功能模塊之間及功能模塊與外部端子之間采用軟連接的方式連接，因此控制方案的更改、信號(hào)連接的替換等操作可以很容易地實(shí)現(xiàn)，所以這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言適合于控制參數(shù)經(jīng)常改變的應(yīng)用系統(tǒng)。 功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是： （1）以功能模塊為單位，功能模塊用圖形化的方法描述,功能，它的直觀性大大方便了設(shè)計(jì)人員的編程和組態(tài)，有較好的易操作性； （2）適用于控制規(guī)模較大、控制關(guān)系較復(fù)雜的系統(tǒng)，它將控制功能的關(guān)系較清楚地表達(dá)出來(lái)，因此編程和組態(tài)時(shí)間可以縮短，調(diào)試時(shí)間也能大大減少； （3）由于每種功能模塊需要占用一定的內(nèi)存，功能模塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時(shí)間，因此這種設(shè)計(jì)語(yǔ)言在大中型可編程序控制器和集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中才被采用。,5. 結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述（structured text） 結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用結(jié)構(gòu)化的描述語(yǔ)句來(lái)描述的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它是一種類似于高級(jí)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在大中型的可編程序控制器系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)也常使用這種語(yǔ)言。 結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用計(jì)算機(jī)的描述語(yǔ)句來(lái)描述系統(tǒng)中各種變量之間的運(yùn)算關(guān)系，完成用戶所需的功能和操作。大多數(shù)plc制造廠商采用的語(yǔ)句描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與basic語(yǔ)言、c語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言相類似。為了應(yīng)用方便，,語(yǔ)句描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在語(yǔ)句的表達(dá)方法及語(yǔ)句的種類等方面都進(jìn)行了簡(jiǎn)化。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言具有下列特點(diǎn)： （1）采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算； （2）常被用于其他語(yǔ)言（如功能模塊圖等）較難以實(shí)現(xiàn)的一些控制功能的方案實(shí)施，例如自適應(yīng)控制功能的實(shí)現(xiàn)。 該方法也存在對(duì)編程人員的技能要求較高，普通電氣人員無(wú)法完成，直觀性和易操作性較差等缺點(diǎn)。,7.3.2 可編程序控制器的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法 可編程序控制器的應(yīng)用程序往往是一些典型的控制環(huán)節(jié)和基本的電路的組合，編程人員可以依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇合適的語(yǔ)言，直接設(shè)計(jì)用戶程序，以滿足生產(chǎn)過(guò)程的控制要求。plc用戶程序的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有固定的模式，一般常采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法、狀態(tài)流程圖法、計(jì)算機(jī)輔助編程設(shè)計(jì)法等。 1. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 利用各種典型控制環(huán)節(jié)和基本單元控制電路，依靠經(jīng)驗(yàn)直接用plc設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，來(lái)滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝過(guò)程的,控制要求的設(shè)計(jì)方法稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。使用該法設(shè)計(jì)用戶程序時(shí)可以大致按下面幾步來(lái)進(jìn)行： 分析控制要求、選擇控制原則；設(shè)計(jì)主令元件和檢測(cè)元件，確定輸入/輸出信號(hào)；設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的控制程序；檢查、修改和完善程序。在設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的控制程序時(shí)，一般又可分為以下幾個(gè)步驟：按所給的要求將生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)分成各自獨(dú)立的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，分別設(shè)計(jì)這些簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的基本控制程序；根據(jù)制約關(guān)系，選擇連鎖觸點(diǎn)，設(shè)計(jì)連鎖程序；根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選擇控制原則，設(shè)計(jì)主令元件、監(jiān)測(cè)元件及繼電器等；設(shè)置必要的保護(hù)措施。 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法多用于梯形圖程序設(shè)計(jì)，而且是比較簡(jiǎn)單的,控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它要求設(shè)計(jì)人員具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，熟悉工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中常用的典型控制環(huán)節(jié)，所以這種方法不適合于初學(xué)設(shè)計(jì)的人員?？聪旅娴睦}。 【例1】如圖7.3.1所示，有一送料車自動(dòng)循環(huán)送料。小車處于起始位置時(shí)，ck0閉合；系統(tǒng)啟動(dòng)后，小車在起始位置裝料，20s后向右運(yùn)動(dòng)，到ck1位置時(shí)，ck1閉合；小車下料后再返回起始位置，再用20s的時(shí)間裝料，其后向右運(yùn)動(dòng)到ck2位置，此時(shí)ck2閉合；小車下料后返回起始位置。以后重復(fù)上述過(guò)程，直至有復(fù)位信號(hào)輸入。,小車的工作循環(huán)過(guò)程如下： 啟動(dòng) 裝料 第一次向右運(yùn)動(dòng) 第一次返回 第二次裝料第二次向右運(yùn)動(dòng) 第二次返回 根據(jù)小車的工作循環(huán)過(guò)程可以畫出ck0、 ck1、 ck2,及定時(shí)器的時(shí)間關(guān)系圖。因?yàn)樾≤囋诘谝淮蔚竭_(dá)ck1時(shí)改變運(yùn)動(dòng)方向，而第二次和第三次到達(dá)ck1時(shí)不改變運(yùn)動(dòng)方向。定時(shí)器用來(lái)記錄裝料時(shí)間。 由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法可知小車控制屬于一種雙向控制，非常適合采用plc控制。其plc控制的i/o分配如圖7.3.1所示。,表7.3.1 送料小車控制系統(tǒng)i/o分配表,程序梯形圖見(jiàn)圖7.3.2，其說(shuō)明如下： 中間輔助繼電器20000作為系統(tǒng)工作允許繼電器，啟動(dòng)信號(hào)00009使20000置“on”，復(fù)位信號(hào)00010使之置“off”。只有當(dāng)20000為“on”時(shí)，小車才能循環(huán)工作，當(dāng)20000為“off”時(shí)，小車回到起始位置后停止工作。 小車位于ck0時(shí)，開(kāi)始定時(shí)裝料，20秒后定時(shí)器接通，小車右行即01000得電。當(dāng)小車離開(kāi)ck0時(shí)，定時(shí)器tim000復(fù)位，但01000的自鎖功能使之仍得電，小車仍右行。 小車行至ck1時(shí)，計(jì)數(shù)器減一，由于ck1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使01000失電，小車停止右行。, 小車停止右行使中間繼電器20001失電產(chǎn)生一個(gè)脈沖，使01002得電即小車左行。01002的自鎖功能使得小車左行直至達(dá)到ck0位置。 定時(shí)器重新定時(shí)，小車第二次裝料，之后小車右行，均與第一次相同。但是當(dāng)小車行至ck1時(shí)，計(jì)數(shù)器減一至零，使cnt001的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，所以此時(shí)小車?yán)^續(xù)右行直至達(dá)到ck2位置，ck2的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，01000失電，小車停止右行，再次改變?yōu)樽笮小?左行過(guò)程中經(jīng)過(guò)ck1位置時(shí)使計(jì)數(shù)器復(fù)位，為下一次循環(huán)作準(zhǔn)備。小車左行至ck0位置停止，等待下一次循環(huán)。,2.邏輯設(shè)計(jì)法 邏輯設(shè)計(jì)方法的基本含義是以邏輯組合的方法和形式設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)方法既有嚴(yán)密可循的規(guī)律性和明確可行的設(shè)計(jì)步驟，又具有簡(jiǎn)便、直觀和十分規(guī)范的特點(diǎn)。布爾助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言常采用這類設(shè)計(jì)方法。plc的早期應(yīng)用就是替代繼電器控制系統(tǒng)，因此用“0”、“1”兩種取值的邏輯代數(shù)作為研究plc應(yīng)用程序的工具就是順理成章的事了。從某種意義上說(shuō)，plc是“與”、“或”、“非”三種邏輯電路的組合體，而梯形圖程序的基本形式也是“與”、“或”、“非”的邏輯組合。當(dāng)一個(gè)邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運(yùn)算式表示出來(lái)后，實(shí)現(xiàn)該邏輯函數(shù)功能的線路也隨之確定，并進(jìn)一步由梯形圖直接寫出對(duì)應(yīng)的指令語(yǔ)句程序。用邏輯設(shè)計(jì)法對(duì)plc組成的電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè),計(jì)一般可分為下面幾步： 明確控制任務(wù)和控制要求 首先要明確控制任務(wù)和控制要求，通過(guò)分析工藝過(guò)程，繪制工作循環(huán)和檢測(cè)元件分布圖，取得電氣執(zhí)行元件功能表。 繪制電控系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 詳細(xì)地繪制電控系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（通常由輸出信號(hào)狀態(tài)表、輸入信號(hào)狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令表和中間記憶裝置狀態(tài)表四部分組成），狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可全面、完整地展示電控系統(tǒng)各部分、各時(shí)刻的狀態(tài)和狀態(tài)之間的聯(lián)系及轉(zhuǎn)換，它是進(jìn)行電控系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的有效工具。, 進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì) 列出中間記憶元件的邏輯函數(shù)表達(dá)式和執(zhí)行元件的邏輯函數(shù)表達(dá)式，這兩個(gè)函數(shù)表達(dá)式，既是生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程內(nèi)部邏輯關(guān)系和變化規(guī)律的表達(dá)形式，又是構(gòu)成電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的具體程序。如果設(shè)計(jì)者需要使用梯形圖程序作為一種過(guò)渡，或者選用的plc編程器也具有圖形輸入的功能，則也可以首先由邏輯函數(shù)式轉(zhuǎn)換為梯形圖程序。 完善和補(bǔ)充程序 包括手動(dòng)調(diào)整工作方式的設(shè)計(jì)、手動(dòng)工作方式的選擇、自動(dòng)工作循環(huán)、保護(hù)措施等。 邏輯設(shè)計(jì)法的缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)難度較大，不易掌握。,3.狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)方法 狀態(tài)流程圖又叫sfc或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是完整的描述控制系統(tǒng)的工作過(guò)程、功能和特性的一種圖形，是分析和設(shè)計(jì)電控程序的重要工具。所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)的轉(zhuǎn)移實(shí)際就是控制系統(tǒng)的功能的轉(zhuǎn)移。sfc適合于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言，利用狀態(tài)流程圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)就是順序控制設(shè)計(jì)法，它具有簡(jiǎn)單、規(guī)范、通用的優(yōu)點(diǎn)，不僅使梯形圖設(shè)計(jì)變得容易，大大節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，而且初學(xué)者容易掌握，有一定的方法和步驟可遵循。 狀態(tài)流程圖能清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。,1）狀態(tài)流程圖的組成 狀態(tài)流程圖由步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作內(nèi)容說(shuō)明等組成。用矩形框表示各步，框內(nèi)用數(shù)字表示該步的編號(hào)。編號(hào)可以是實(shí)際的控制步序號(hào)，還可以是plc中的工作編號(hào)。對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的初始狀態(tài)工作步，稱為初始步。該步是系統(tǒng)運(yùn)行的起點(diǎn)，一個(gè)系統(tǒng)至少需要有一個(gè)初始步。初始步用雙線矩形框表示，流程圖如圖7.3.3所示，其中步1就是初始步。每步的動(dòng)作內(nèi)容放在該步旁邊的框中，步與步之間用有向線段相連，箭頭表示步的轉(zhuǎn)換方向（簡(jiǎn)單的功能表圖可不畫箭頭），步與步之間的短橫線旁標(biāo)注轉(zhuǎn)換條件，可以用文字、圖形符號(hào)或邏輯表達(dá)式來(lái)描述。正在,執(zhí)行的步叫活動(dòng)步，當(dāng)前步為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，將啟動(dòng)下一步并終止前一步的執(zhí)行。步并不是plc的輸出觸點(diǎn)的動(dòng)作，步只是控制系統(tǒng)中的一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。對(duì)于一個(gè)步，可以有一個(gè)或幾個(gè)動(dòng)作，表示的方法是在步的右側(cè)加一個(gè)或幾個(gè)矩形框，并在框中加文字對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。,2） 狀態(tài)流程圖的類型 狀態(tài)流程圖從結(jié)構(gòu)上來(lái)分，可分為以下幾種： 單序列結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的功能表圖沒(méi)有分支，每個(gè)步后只有一個(gè)步，步與步之間只有一個(gè)轉(zhuǎn)換條件。 選擇性序列結(jié)構(gòu) 圖7.3.4是選擇性序列結(jié)構(gòu)的狀態(tài)流程圖。選擇性序列結(jié)構(gòu)中有分支，如圖7.3.4中的步1之后有三個(gè)分支（或更多），各選擇分支不能同時(shí)執(zhí)行：當(dāng)步1為活動(dòng)步且條件a滿,足時(shí)則轉(zhuǎn)向步2；當(dāng)步1為活動(dòng)步且條件b滿足時(shí)則轉(zhuǎn)向步3；當(dāng)步1為活動(dòng)步且條件c滿足時(shí)則轉(zhuǎn)向步4。無(wú)論步1轉(zhuǎn)向哪個(gè)分支，當(dāng)其后續(xù)步成為活動(dòng)步時(shí)，步1自動(dòng)變?yōu)椴换顒?dòng)步。 當(dāng)已選擇了轉(zhuǎn)向某一個(gè)分支，則不允許另外幾個(gè)分支的首步成為活動(dòng)步，所以應(yīng)該使各選擇分支之間連鎖。選擇性序列結(jié)構(gòu)的結(jié)束稱為合并，如圖7.3.4中，不論哪個(gè)分支的最后一步成為活動(dòng)步，當(dāng)轉(zhuǎn)換滿足時(shí)都要轉(zhuǎn)向步5。,并發(fā)性序列結(jié)構(gòu) 圖7.3.5是并發(fā)性序列結(jié)構(gòu)的狀態(tài)流程圖。并發(fā)性序列,結(jié)構(gòu)中也有分支，為了區(qū)別于選擇性序列結(jié)構(gòu)的狀態(tài)流程圖，一般用雙線來(lái)表示并發(fā)性序列結(jié)構(gòu)中分支的開(kāi)始，轉(zhuǎn)換條件放在雙線之上。如圖7.3.5中的步1之后有三個(gè)并行分支（或更多），當(dāng)步1為活動(dòng)步且條件a滿足時(shí)，則步2、3、4同時(shí)被激活變?yōu)榛顒?dòng)步，而步1則變?yōu)椴换顒?dòng)步。圖中步2和步5、步3和步6、步4和步7是三個(gè)并行的單序列。并發(fā)性序列結(jié)構(gòu)的結(jié)束稱為合并，也用雙線表示，轉(zhuǎn)換條件放在雙線之下。圖7.3.5中，當(dāng)各并行分支的最后一步即步5、6、7都為活動(dòng)步且條件e滿足時(shí)，將同時(shí)轉(zhuǎn)換到步8，且步5、6、7同時(shí)都變?yōu)椴换顒?dòng)步。, 循環(huán)性結(jié)構(gòu) 循環(huán)性結(jié)構(gòu)用于一個(gè)順序過(guò)程的多次反復(fù)執(zhí)行。 復(fù)合性結(jié)構(gòu) 符合性結(jié)構(gòu)就是一個(gè)集以上各結(jié)構(gòu)于一體的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，必須仔細(xì)分析才能正確描述。 狀態(tài)流程圖編程的步驟分為以下幾步： 把整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程劃分階段 把整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程劃分為若干個(gè)清晰的階段，每個(gè),階段（稱為步）完成一定任務(wù)的操作； 確定各步之間的轉(zhuǎn)換條件 確定各步之間的轉(zhuǎn)換條件，它是系統(tǒng)由前一步轉(zhuǎn)入下一步的基礎(chǔ)，經(jīng)常以plc輸入點(diǎn)或其他元件定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件的實(shí)際內(nèi)容不止一個(gè)時(shí)，每個(gè)具體內(nèi)容定義一個(gè)plc元件編號(hào)，并以邏輯組合的形式表現(xiàn)為有效轉(zhuǎn)換條件； 畫出系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖 根據(jù)前兩步畫出系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖。有了狀態(tài)流程圖，,利用不同的指令就能設(shè)計(jì)出相應(yīng)的梯形圖，支持順序控制指令的執(zhí)行； 寫出程序清單 寫出程序清單，完成plc控制系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。 下面我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)熟悉一下?tīng)顟B(tài)流程圖的設(shè)計(jì)步驟。 【例2】某臺(tái)自動(dòng)清洗機(jī)，該機(jī)的動(dòng)作如下： 按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，打開(kāi)噴淋閥門，同時(shí)清洗機(jī)開(kāi)始移動(dòng)；當(dāng)檢測(cè)到物體到達(dá)清洗機(jī)時(shí)，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)刷子開(kāi)始清洗汽車；當(dāng),檢測(cè)到物體離開(kāi)清洗機(jī)時(shí)，停止清洗機(jī)移動(dòng)，停止刷子旋轉(zhuǎn)并關(guān)閉閥門；當(dāng)按下停止開(kāi)關(guān)時(shí)，任何時(shí)候都可以停止所有的動(dòng)作。 根據(jù)題意，作出系統(tǒng)i/o分配表如表7.3.2所示，畫出sfc圖如圖7.3.6所示，梯形圖如圖7.3.7所示。,表7.3.2 自動(dòng)清洗機(jī)的i/o分配表,4.計(jì)算機(jī)輔助編程設(shè)計(jì)法 近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得plc在微機(jī)輔助編程方面取得了巨大進(jìn)步。 計(jì)算機(jī)輔助編程可以把梯形圖直接譯成指令形式，可進(jìn)行在線編程、遠(yuǎn)程編程，也可離線編程，有些還具備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等更強(qiáng)大的功能，優(yōu)勢(shì)明顯，因此計(jì)算機(jī)輔助編程設(shè)計(jì)法代表著可編程序控制器的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法今后的發(fā)展方向。,目前各大plc生產(chǎn)廠商都很重視這方面的開(kāi)發(fā)，都有性能各異的計(jì)算機(jī)輔助編程應(yīng)用軟件推出，如simens的step7、wincc等，三菱公司的fx-pcs/at-ee sfc、fx ming等，omron公司的cx-programmer、cpt等，有關(guān)omron公司這方面的應(yīng)用在本書第五章中有較詳細(xì)的介紹。,7.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 本節(jié)以下面兩個(gè)例題來(lái)說(shuō)明plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。 7.4.1 植物灌溉的plc控制系統(tǒng) 根據(jù)不同植物生長(zhǎng)的特點(diǎn)和要求，對(duì)灌溉系統(tǒng)提出以下控制功能要求：a區(qū)有兩小塊采用噴霧，每噴2分鐘，停5分鐘，工作時(shí)間要求每天7點(diǎn)開(kāi)始，17點(diǎn)停止；b區(qū)采用旋轉(zhuǎn)式噴頭進(jìn)行噴灌，分為兩組噴灌工作，每組每工作5分鐘，停20分鐘，每天9點(diǎn)開(kāi)始，14點(diǎn)停止；c區(qū)也分為兩組，交替工作，每個(gè)兩天灌溉一天。考慮到系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，要求系統(tǒng)有手動(dòng),和自動(dòng)控制功能。如果遇到陰雨天會(huì)自動(dòng)停止對(duì)沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。溫室滴灌不僅要受時(shí)間控制，而且要求具有溫度、濕度測(cè)控功能，即溫度、濕度達(dá)到某一控制點(diǎn)就報(bào)警并改變程序的運(yùn)行方式。系統(tǒng)在自動(dòng)（或手動(dòng)）工作方式時(shí)，能自動(dòng)（或手動(dòng)）控制供水水泵的運(yùn)行與停止和各電磁閥的開(kāi)關(guān)。 根據(jù)上述控制對(duì)象的工作過(guò)程，在a區(qū)、b區(qū)、c區(qū)分別設(shè)4個(gè)、2個(gè)、2個(gè)電磁閥，分別控制不同作物的灌溉，用1個(gè)繼電器控制供水的水泵。為了避免意外事故或故障的發(fā)生，系統(tǒng)設(shè)有聲光報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)只有數(shù)字開(kāi)關(guān)量的輸入而無(wú)模擬量的輸入，憑可編程控制器本身的抗干擾能力已能滿足要求。因此該,植物灌溉控制屬于一個(gè)典型的plc控制系統(tǒng)。為了系統(tǒng)能正常運(yùn)行，特設(shè)計(jì)報(bào)警燈和報(bào)警器試驗(yàn)按鈕，系統(tǒng)每次運(yùn)行前可進(jìn)行檢查。 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下： 1）i/o點(diǎn)數(shù)的估算 系統(tǒng)輸入信號(hào)： 自動(dòng)/手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，需要1個(gè)輸入端； 報(bào)警器和報(bào)警燈試驗(yàn)按鈕，占有一個(gè)輸入端；,自動(dòng)工作方式時(shí)，總開(kāi)