PLC的控制方式屬于存儲(chǔ)程序控制，其控制功能是通過(guò)存放在存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，若要對(duì)控制功能作必要修改，只需改變控制程序即可，這就實(shí)現(xiàn)了控制的軟件化。可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)在于"可"字，從軟件來(lái)講，其控制程序可編輯、可修改；從硬件上講，其外部設(shè)備配置可變。構(gòu)建一個(gè)PLC控制系統(tǒng)的重心就在于控制程序的編制，但外部設(shè)備的選用也將對(duì)程序的編制產(chǎn)生影響。因此在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際需要，硬、軟件綜合考慮。本文就硬、軟兩方面，選取梯形圖為編程語(yǔ)言，以松下電工FPO-C32型PLC為例，對(duì)PLC使用過(guò)程中易出現(xiàn)的幾個(gè)問(wèn)題及解決方法進(jìn)行了分析。

    一、外部輸入設(shè)備的選用與PLC輸入繼電器的使用

    1. 外部輸入信號(hào)的采集

    PLC的外部設(shè)備主要是指控制系統(tǒng)中的輸入輸出設(shè)備，其中輸人設(shè)備是對(duì)系統(tǒng)發(fā)出各種控制信號(hào)的主令電器，在編寫控制程序時(shí)必須注意外部輸入設(shè)備使用的是常開還是常閉觸點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行程序編制。否則易出現(xiàn)控制錯(cuò)誤。

    在PLC內(nèi)部存儲(chǔ)器中有于輸入狀態(tài)存儲(chǔ)的輸入繼電器區(qū)，各輸入設(shè)備（開關(guān)、按鈕、行程開關(guān)或傳感器信號(hào)）的狀態(tài)經(jīng)由輸入接口電路存儲(chǔ)在該區(qū)域內(nèi)，每個(gè)輸入繼電器可存儲(chǔ)一個(gè)輸入設(shè)備狀態(tài)。PLC中使用的"繼電器"并非實(shí)體繼電器，而是"軟繼電器"，可提供無(wú)數(shù)個(gè)常開、常閉觸點(diǎn)用于編程。每個(gè)"軟繼電器"僅對(duì)應(yīng)PLC存儲(chǔ)單元中的一位（bit），該位狀態(tài)為"1"，表示該"軟繼電器線圈"通電，則程序中所有該繼電器的觸點(diǎn)都動(dòng)作。輸入繼電器作為PLC接收外部主令信號(hào)的器件，通過(guò)接線與外部輸入設(shè)備相聯(lián)系，其"線圈"狀態(tài)只能由外部輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)。輸入信號(hào)的采集工作示意圖如圖1。

輸入繼電器線圈其狀態(tài)取決于外部設(shè)備狀態(tài)

  PLC輸入信號(hào)采集示意圖

    圖1中，輸入設(shè)備選用的是按鈕SB0的常閉觸點(diǎn)，輸入繼電器X0的線圈狀態(tài)取決于SB0的狀態(tài)。該按鈕未按下時(shí)，輸入繼電器X0線圈狀態(tài)為"1"通電狀態(tài)，程序中所有X0觸點(diǎn)均動(dòng)作，即常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開；若按下該按鈕，則輸入繼電器X0線圈狀態(tài)為"0"斷電狀態(tài)，程序中所有X0觸點(diǎn)均恢復(fù)常態(tài)。如果輸入繼電器連接的輸入設(shè)備是按鈕SB0的常開觸點(diǎn)，則情況恰好相反：在該按鈕未按下時(shí)，輸入繼電器X0線圈狀態(tài)為"0"斷電狀態(tài)，程序中所有X0觸點(diǎn)均不動(dòng)作；若按下該按鈕，輸入繼電器X0線圈狀態(tài)為"1"通電狀態(tài)，程序中所有X0觸點(diǎn)均動(dòng)作。

    2. 停車按鈕使用常閉型

    由于PLC在運(yùn)行程序判別觸點(diǎn)通斷狀態(tài)時(shí)，只取決于其內(nèi)存中輸入繼電器線圈的狀態(tài)，并不直接識(shí)別外部設(shè)備，因此編程時(shí)，外部設(shè)備的選用與程序中的觸點(diǎn)類型密切相關(guān)。這是一個(gè)在對(duì)照電氣控制原理圖進(jìn)行PLC編程時(shí)易出現(xiàn)的問(wèn)題。典型的例子是基本控制--"起保停控制"中的停車控制。

圖2 "起保?？刂?電氣原理圖

    圖2為"起保?？刂?電氣原理圖，在該系統(tǒng)中，按鈕SB0用于停車控制，因此使用其常閉觸點(diǎn)串聯(lián)于控制線路。SBl為起動(dòng)按鈕，使用其常開觸點(diǎn)。若使用相同的設(shè)備（即停車SB0用常閉觸點(diǎn)，起動(dòng)SBl用常開觸點(diǎn)），利用PLC進(jìn)行該控制，則需編程梯形圖程序（圖3）：

圖3 "起保?？刂?梯形圖程序（停車按鈕使用常閉觸點(diǎn)）

I/O分配：SB0--X0，SBl--Xl，輸出Y0

    該梯形圖中停車信號(hào)X0使用的是常開觸點(diǎn)串聯(lián)在控制線路中，這是因?yàn)橥獠客＼囋O(shè)備選取按鈕常閉觸點(diǎn)所致，不操作該按鈕，則輸出Y0正常接通，若按下該按鈕，輸出Y0斷電。

    3. 停車按鈕使用常開型

    若希望編制出符合我們平時(shí)閱讀習(xí)慣的梯形圖程序（圖4），則在選用外部停車設(shè)備時(shí)需使用按鈕SB0的常開觸點(diǎn)與X0相連。

圖4 "起保?？刂?梯形圖程序（停車按鈕使用常開觸點(diǎn)）

I/O分配：SB0--X0，SBl--Xl，輸出Y0

    圖3、4梯形圖完成相同的控制功能，程序中停車信號(hào)X0使用的觸點(diǎn)類型卻不相同，其原因就是連接在輸入繼電器X0上的外部停車按鈕觸點(diǎn)類型選用不同。圖4所示梯形圖程序更加符合我們的閱讀習(xí)慣，也更易分析其邏輯控制功能，因此在PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)中，外部開關(guān)、按鈕無(wú)論用于起動(dòng)還是停車，一般都選用常開型，這是一個(gè)在使用PLC時(shí)需要格外注意的問(wèn)題。

    二、PLC的"串行"運(yùn)行方式與控制程序的編制

    PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器控制系統(tǒng)是按"并行"方式工作的，也就是說(shuō)是按同時(shí)執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作。而PLC是以"串行"方式工作的，PLC在循環(huán)執(zhí)行程序時(shí)，是按照語(yǔ)句的書寫順序自上而下進(jìn)行邏輯運(yùn)算，而前面邏輯運(yùn)算的結(jié)果會(huì)影響后面語(yǔ)句的邏輯運(yùn)算結(jié)果。因此梯形圖編程時(shí)，各語(yǔ)句的位置也會(huì)對(duì)控制功能產(chǎn)生關(guān)鍵影響。例如：

5 程序1

    程序1調(diào)試結(jié)果：X0接通3次，Y3接通，X0再接通1次，Y3斷開。

6 程序2

    程序2程序調(diào)試結(jié)果．X0接通3次，Y3接通即斷開。

    上面兩個(gè)程序中，輸出Y3、計(jì)數(shù)器CTl02及內(nèi)部通用繼電器R0前面的邏輯條件均相同，僅僅是計(jì)數(shù)器CTl02所在語(yǔ)句位置發(fā)生了變化，而兩段程序的運(yùn)行結(jié)果就截然不同。這是因?yàn)镃Tl02對(duì)輸出Y3的影響方式發(fā)生了變化。執(zhí)行段程序時(shí)，將首先判斷輸出Y3的狀態(tài)，再判斷CTl02的狀態(tài)，CTl02的狀態(tài)變化只能在下一個(gè)掃描周期對(duì)Y3產(chǎn)生影響；而執(zhí)行第二段程序時(shí)，將首先判斷CTl02的狀態(tài)，再判斷輸出Y3的狀態(tài)，CTl02的狀態(tài)變化將在該掃描周期直接影響Y3的狀態(tài)。

從以上討論可以得出，由于PLC采用"串行"工作方式，所以即使是同一元件，在梯形圖中所處的位置不同，其工作狀態(tài)也會(huì)有所不同，因此在利用梯形圖進(jìn)行控制程序編制時(shí)，應(yīng)對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行充分分析，合理安排各編程元件的位置，才能夠更為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)控制。

西門子模塊6ES7222-1HF22-0XA8

    三、PLC的編程元件

    PLC的各種功能主要是通過(guò)運(yùn)行控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。編制程序時(shí)，需要合理使用PLC提供的編程元件（即軟元件）。FPO型PLC中常用的編程元件有兩種：位元件（bit）和字元件（word）。位元件實(shí)際上是PLC內(nèi)存區(qū)域所提供的一個(gè)二進(jìn)制位單元，又被稱為軟繼電器，主要用作基本順序指令的編程元件，如輸入繼電器Xn、輸出繼電器Yn、內(nèi)部通用繼電器Rn、定時(shí)（計(jì)數(shù)）器等，其參與控制的方式主要是通過(guò)對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)的通斷狀態(tài)改變影響邏輯運(yùn)算結(jié)果即輸出。

    字元件則為PLC內(nèi)存區(qū)域內(nèi)的一個(gè)字單元（16bit），主要用作功能指令和高級(jí)指令的編程元件，通常用以存放數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)寄存器DTn，定時(shí)(計(jì)數(shù))器的設(shè)定值SVn、經(jīng)過(guò)值EVn等。字元件沒(méi)有觸點(diǎn)，通常以整體內(nèi)容參與控制。

整體式PLC的每一個(gè)I／O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小，所以一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，I／O點(diǎn)數(shù)量、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I／O模塊的種類等方面，選擇余地較大。維修時(shí)只要更換模塊，判斷故障的范圍也很方便。因此，模塊式PLC一般適用于較復(fù)雜系統(tǒng)和環(huán)境差（維修量大）的場(chǎng)合。

2．安裝方式的選擇

根據(jù)PLC的安裝方式，系統(tǒng)分為集中式、遠(yuǎn)程I／O式和多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I／O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低。大型系統(tǒng)經(jīng)常采用遠(yuǎn)程I／O式，因?yàn)樗鼈兊难b置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I／O可以分散安裝在I／O裝置附近，I／O連線比集中式的短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I／O電源。多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通信模塊。

3．相當(dāng)?shù)墓δ芤?/span>

一般小型（低檔）PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A／D和D／A單元。具有加減算術(shù)運(yùn)算。數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。

對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般大型機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。

4．響應(yīng)速度的要求

PLC的掃描工作方式引起的延遲可達(dá)2－3個(gè)掃描周期。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，PLC的響應(yīng)速度都可以滿足要求，不是主要問(wèn)題。然而對(duì)于某些個(gè)別場(chǎng)合，則要求考慮PLC的響應(yīng)速度。為了減少PLC的I／O響應(yīng)的延遲時(shí)間，可以選用掃描速度高的PLC，或選用具有高速I／O處理功能指令的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。

5．系統(tǒng)可靠性的要求

對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。

6．機(jī)型統(tǒng)一

一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮以下三個(gè)方面的問(wèn)題：

（l）同一機(jī)型的PLC，其編程方法相同，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。

（2）同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理。

（3）同一機(jī)型的PLC，其外圍設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)

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