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時(shí)間控制邏輯的PLC程序設(shè)計(jì)

    一個(gè)控制系統(tǒng)中往往含有時(shí)間控制環(huán)節(jié)，PLC控制系統(tǒng)中的時(shí)間控制環(huán)節(jié)通常是由PLC的內(nèi)部時(shí)間控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)時(shí)器是PLC中常用的而且是有效、重要的時(shí)間控制單元。通過(guò)對(duì)計(jì)時(shí)器控制功能與其他邏輯指令的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)許多工程中難以解決的時(shí)間控制問(wèn)題。

    有的PLC指令系統(tǒng)中已經(jīng)給出了幾種不同的時(shí)間控制功能指令，可以直接使用。而大部分指令系統(tǒng)只提供了一種基本的計(jì)時(shí)單元，通過(guò)它與其他邏輯控制指令組合才能實(shí)現(xiàn)各種時(shí)間控制方式。常用時(shí)間控制邏輯包括：

    ·脈沖跟隨邏輯；

    ·定寬脈沖邏輯；

    ·延時(shí)置位邏輯；

    ·記憶延時(shí)置位邏輯：

    ·延時(shí)復(fù)位邏輯等。

    下面，以脈沖跟隨邏輯的實(shí)現(xiàn)為例來(lái)說(shuō)明時(shí)間控制邏輯程序的設(shè)計(jì)方法。

    脈沖跟隨邏輯中的輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的變化而變化，但又受到設(shè)定時(shí)間的限制，信號(hào)狀態(tài)如圖5.9所示。

    ·當(dāng)輸入信號(hào)X400由“0”變?yōu)?ldquo;1”狀態(tài)并保持時(shí)，輸出Y430信號(hào)跟隨輸入信號(hào)X400，

    并保持寬度為計(jì)時(shí)時(shí)間的脈沖寬度。

    ·若X400的信號(hào)不保持足夠時(shí)間，則輸出Y430信號(hào)就只能跟隨輸入信號(hào)X400變?yōu)?/span>“0”狀態(tài)。

    ·若復(fù)位信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，輸出Y430信號(hào)也變?yōu)?ldquo;0”狀態(tài)。

    這種邏輯關(guān)系程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是信號(hào)跟隨的處理：即當(dāng)輸入信號(hào)由“0”變?yōu)?ldquo;1”時(shí)，輸出信號(hào)也由“0”變?yōu)?ldquo;1”狀態(tài)，當(dāng)輸入信號(hào)由“1”變?yōu)?ldquo;0”時(shí)，輸出信號(hào)也變?yōu)?ldquo;0”狀態(tài)。接下來(lái)的問(wèn)題就是計(jì)時(shí)問(wèn)題了。

    根據(jù)以上分析，可得出輸出信號(hào)的幾種變化情況。

    ·使輸出信號(hào)置位的情況只有一種．即輸入信號(hào)的上升沿。

    ·使輸出信號(hào)復(fù)位的情況有3種，計(jì)時(shí)時(shí)間到位信號(hào)、輸入信號(hào)的下降沿、復(fù)位信號(hào)的上升沿。

    ·輸出信號(hào)處于“1”狀態(tài)時(shí)，若復(fù)位信號(hào)出現(xiàn)上升沿，則輸出信號(hào)就被置位，直到下一個(gè)輸入信號(hào)出現(xiàn)上升沿。

    實(shí)現(xiàn)脈沖跟隨邏輯的梯形圖如圖5.10所示。

    圖5.9    脈沖跟隨邏輯狀態(tài)關(guān)系圖
在許多控制系統(tǒng)中，常常要遇到一個(gè)設(shè)備動(dòng)作時(shí)，另一個(gè)設(shè)備也隨之動(dòng)作，當(dāng)源信號(hào)保持高電平時(shí)，被控信號(hào)動(dòng)作一次后就不再動(dòng)作了。這就是由一個(gè)信號(hào)的上升沿或下降沿來(lái)啟動(dòng)某些控制功能，即不管信號(hào)的電平如何，只有檢測(cè)到該信號(hào)由狀態(tài)“0”變?yōu)?ldquo;1”或由“1”變?yōu)?ldquo;0”的過(guò)程，才起作用。這就涉及到邊沿信號(hào)的檢測(cè)問(wèn)題。

    對(duì)邊沿信號(hào)的檢測(cè)有兩種方法。

    ·指令檢測(cè)法：有些PLC的指令系統(tǒng)提供了邊沿檢測(cè)指令，如西門(mén)子公司的S7系列

    PLC中就用專(zhuān)門(mén)的邊沿信號(hào)檢測(cè)指令，可直接采用。

    ·程序檢測(cè)法：很多PLC的指令系統(tǒng)沒(méi)有提供邊沿信號(hào)檢測(cè)指令，程序設(shè)計(jì)中如果需

    要對(duì)邊沿信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，就要自己設(shè)計(jì)一段程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。

    邊沿信號(hào)檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)原理并不復(fù)雜，基本思路是：每個(gè)周期都把檢測(cè)的信號(hào)的狀態(tài)記憶，并與前一個(gè)周期的狀態(tài)相比較；如果狀態(tài)有變化，就產(chǎn)生邊沿信號(hào)，并保持一個(gè)周期，否則就不產(chǎn)生邊沿控制信號(hào)。其信號(hào)檢測(cè)真值表如表5.3所示。

    表5.3   邊沿信號(hào)檢測(cè)真值表

    邊沿信號(hào)的檢測(cè)程序如圖5.8所示，包括上升沿信號(hào)檢測(cè)與下降沿信號(hào)檢測(cè)兩段。

    圖5.8    邊沿信號(hào)檢測(cè)程序

    以上升沿信號(hào)檢測(cè)程序?yàn)槔?，進(jìn)行說(shuō)明。

    ·個(gè)掃描周期：X400沒(méi)有狀態(tài)變化，M100和M101的狀態(tài)均為“0”。

    ·第二個(gè)掃描周期：X400的狀態(tài)由“0”變?yōu)?ldquo;1”，執(zhí)行程序的一行時(shí)，第二行尚未掃描，

    因此M101仍為“0”狀態(tài)，M100被置“1”；當(dāng)執(zhí)行到第二行時(shí)，M101也被置為“1”。

    ·第三個(gè)掃描周期：X400仍保持為“1”狀態(tài)，M101也為“1”狀態(tài)，M100被清零，M101

    保持“1”狀態(tài)，直到某一個(gè)掃描周期中X400變?yōu)?ldquo;0”狀態(tài)時(shí)，M101變?yōu)?ldquo;0”狀態(tài)。

    這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入信號(hào)X430上升沿的檢測(cè)，使M100保持寬度為一個(gè)掃描周期的時(shí)間脈沖信號(hào)。下降沿信號(hào)檢測(cè)程序的原理與此相同。

    在邏輯控制系統(tǒng)中，控制按鈕是不可少的操作設(shè)備。根據(jù)控制按鈕在系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能，可將其分為4類(lèi)：點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行按鈕、啟動(dòng)和停止控制按鈕、速度升降控制按鈕、信號(hào)模擬控制按鈕。這些按鈕中（包括一些選擇開(kāi)關(guān)信號(hào)），有的可自動(dòng)復(fù)位，有的則不能自動(dòng)復(fù)位（即自鎖按鈕）。

    不同種類(lèi)的按鈕信號(hào)在程序設(shè)計(jì)中的處理方法是不同的，下面介紹前3類(lèi)按鈕的程序設(shè)計(jì)問(wèn)題。

    1．啟動(dòng)與停止控制按鈕的程序設(shè)計(jì)

    在一個(gè)PLC控制系統(tǒng)中，通常利用啟動(dòng)、停止控制按鈕來(lái)控制被控對(duì)象的啟動(dòng)與停止。兩個(gè)按鈕一般成對(duì)出現(xiàn)，分別執(zhí)行設(shè)備的啟動(dòng)運(yùn)行和停止運(yùn)行兩種功能。要求按一次啟動(dòng)按鈕，執(zhí)行啟動(dòng)功能，按停止按鈕時(shí)才執(zhí)行停止功能。在程序處理方法上有兩種。

    ·自鎖定方式：這是從繼電器控制系統(tǒng)中沿襲而來(lái)的，其控制梯形圖如圖5.4所示。圖中，X400為啟動(dòng)信號(hào)，X401為停止信號(hào)（常閉點(diǎn)輸入），M100為故障停止信號(hào)，線圈Y430為輸出信號(hào)，通過(guò)Y430的常開(kāi)觸點(diǎn)與X400并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自鎖定功能。

    ·指令鎖存方式：它是直接利用PLC控制器指令系統(tǒng)中的S/R（置位／復(fù)位）指令，實(shí)現(xiàn)這種方法的梯形圖如圖5.5所示。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)X400出現(xiàn)“1”狀態(tài)時(shí)，如果其他啟動(dòng)允許條件滿(mǎn)足（故障信號(hào)Ml01為“0”），且沒(méi)有停止信號(hào)X401，就將輸出信Y430鎖定在“1”狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行；當(dāng)停止按鈕或故障信號(hào)出現(xiàn)“1”狀態(tài)時(shí)，將輸出信號(hào)Y430復(fù)位，輸出“0”信號(hào)狀態(tài)，設(shè)備停止運(yùn)行。

    2．點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行控制按鈕的程序設(shè)計(jì)

    這類(lèi)按鈕一般根據(jù)工藝要求需要設(shè)置一組，主要用于設(shè)備測(cè)試。按下按鈕，設(shè)備就以系統(tǒng)設(shè)定的速度運(yùn)行；松開(kāi)時(shí)，按鈕自動(dòng)復(fù)位，設(shè)備就停止運(yùn)行。程序的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一般采用直接輸出方法，不用鎖定，梯形圖如圖5.6所示，其中M100為點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行允許條件。

    圖5.4    自鎖邏輯控制梯形圖

    圖5.5    指令鎖存邏輯控制梯形圖

    3．速度升降控制按鈕的程序設(shè)計(jì)

    速度升降控制按鈕不是直接控制設(shè)備的啟動(dòng)與停止，而是改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。按升速按鈕，被控設(shè)備就以一定的加速度升速；按降速按鈕，被控設(shè)備就按一定的加速度減速，升、降按鈕均不按下則為速度保持段，時(shí)序波形圖如圖5.7所示。

    圖5.6    點(diǎn)動(dòng)按鈕控制輸出程序

    應(yīng)該注意的是，由于PLC控制器周期掃描機(jī)制的限制，它不能輸出平滑的速度給定值，一般是以階梯式輸出給定值，在宏觀上看設(shè)備的速度是平穩(wěn)上升或下降的。

    程序設(shè)計(jì)的基本思想是：先設(shè)置一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)△t，每經(jīng)過(guò)△t時(shí)間，就在現(xiàn)有的輸出給定值的基礎(chǔ)上加上或減少一個(gè)微小量△s，輸出給控制設(shè)備的傳動(dòng)裝置。

    升降速的增量值△s（即：?jiǎn)挝粫r(shí)間基準(zhǔn)△t內(nèi)的速度增量），可按下式計(jì)算：

    式中，a-工藝要求的升、降速的加速度值；

    Smax -設(shè)備允許的大速度；

    D-設(shè)備允許的大速度所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出值。

    例如，某被控設(shè)備的速度為20m/s，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出值為2047，升降時(shí)要求有兩級(jí)：慢加速時(shí)，加速度不超過(guò)+0.5m/S2；快加速時(shí)，加速度不超過(guò)+2m／s²。設(shè)定時(shí)間基準(zhǔn)為100ms，則升降速增量為：

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