摘要：本文基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)，提出五種PLC程序設(shè)計(jì)方法，對(duì)各種設(shè)計(jì)方法的思路和特點(diǎn)，作了全面的闡述和歸納總結(jié)，并對(duì)它們進(jìn)行了比較。 關(guān)鍵詞：PLC，順序控制，順序功能圖， 梯形圖，指令。 1 引言 在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺(tái)需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)，并且有的還要求在某些位置有一定的時(shí)間停留，以滿足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制，不僅具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易、方便、可靠性高等特點(diǎn)，而且程序設(shè)計(jì)方法多樣，便于不同層次設(shè)計(jì)人員的理解和掌握。本文以松下電工FP0系列PLC為例，提出基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的五種PLC程序設(shè)計(jì)方法。 2 系統(tǒng)控制要求[1] 運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制系統(tǒng)示意圖，如圖1所示，小車在啟動(dòng)前位于原位A處，一個(gè)工作周期的流程控制要求如下： 1）按下啟動(dòng)按鈕SB1，小車從原位A裝料，10秒后小車前進(jìn)駛向1號(hào)位，到達(dá)1號(hào)位后停8秒卸料并后退； 2）小車后退到原位A繼續(xù)裝料，10秒后小車第二次前進(jìn)駛向2號(hào)位，到達(dá)2號(hào)位后停8秒卸料并再次后退返回原位A，然后開始下一輪循環(huán)工作； 3）若按下停止按鈕SB2，需完成一個(gè)工作周期后才停止工作。 [align=center] 圖1運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制系統(tǒng)示意圖[/align] 3 程序設(shè)計(jì)方案 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，系統(tǒng)的輸入量有：?jiǎn)?、停按鈕信號(hào)； 原位、1號(hào)位、2號(hào)位限位開關(guān)信號(hào)；系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：裝料、卸料控制電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)；前進(jìn)、后退控制電機(jī)接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。共需實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)5個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)4個(gè)。運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制系統(tǒng)PLC的I/O接線圖如圖2所示： [align=center] 圖2 PLC I/O接線圖[/align] 上述控制過程可用PLC的順序功能圖[2]（又稱控制系統(tǒng)流程圖）來表示，它是一種位于其它編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制程序。如圖3所示：整個(gè)程序完全按照動(dòng)作的先后順序直接編程，直觀簡(jiǎn)便，思路清晰，很適合順序控制的場(chǎng)合。 4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) [align=center] 圖3運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制系統(tǒng)順序功能圖[/align] 4．1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法[3] 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求和生產(chǎn)過程，在典型單元程序的基礎(chǔ)上，做一定的修改和完善。使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的梯形圖程序，如圖4所示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求小車在原位A（X2）處裝料，在1號(hào)位（X3）和2號(hào)位（X4）兩處輪流卸料。小車在一個(gè)工作循環(huán)中有兩次前進(jìn)都要碰到X3，第一次碰到它時(shí)停下卸料，第二次碰到它時(shí)要繼續(xù)前進(jìn)，因此應(yīng)設(shè)置一個(gè)具有記憶功能的內(nèi)部繼電器R1，區(qū)分是第一次還是第二次碰到X3。小車在第一次碰到X3和碰到X4時(shí)都應(yīng)停止前進(jìn)，所以將它們的常閉觸點(diǎn)與Y2的線圈串聯(lián)，同時(shí)，X3的常閉觸點(diǎn)并聯(lián)了內(nèi)部繼電器R1的常開觸點(diǎn)，使X3停止前進(jìn)的作用受到R1的約束，R1的作用是記憶X3是第幾次被碰到，它只在小車第二次前進(jìn)經(jīng)過X3時(shí)起作用。它的起動(dòng)條件和停止條件分別是小車碰到X3和X4，當(dāng)小車第一次前進(jìn)經(jīng)過X3時(shí)，R1的線圈接通，使R1的常開觸點(diǎn)將Y2控制電路中X3的常閉觸點(diǎn)短接，因此小車第二次經(jīng)過X3時(shí)不會(huì)停止前進(jìn)，直至到達(dá)X4時(shí)，R1才復(fù)位。此外，將R1的另一對(duì)常開觸點(diǎn)與X0并聯(lián)，為第二次驅(qū)動(dòng)Y0裝料做準(zhǔn)備。 [align=center] 圖4經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的梯形圖[/align] 為了實(shí)現(xiàn)兩處卸料，將X3和X4的觸點(diǎn)并聯(lián)后驅(qū)動(dòng)Y1和T1，為避免小車往返經(jīng)過X3時(shí)，出現(xiàn)短暫的卸料動(dòng)作，將Y2和Y3的常閉觸點(diǎn)與Y1的線圈串聯(lián)。小車從X4開始后退，防止經(jīng)過X3時(shí)R1再次被置位，導(dǎo)致小車下一個(gè)工作周期第一次前進(jìn)到達(dá)X3時(shí)無法停止的現(xiàn)象，因此在R1的起動(dòng)電路中串入Y3的常閉觸點(diǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)周期性循環(huán)工作，程序中設(shè)置了內(nèi)部繼電器R0，其常開觸點(diǎn)與X0并聯(lián)后驅(qū)動(dòng)Y0。X0接通，R0置位，為開始下一輪循環(huán)工作做準(zhǔn)備。當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí)，X1分?jǐn)?，R0復(fù)位，系統(tǒng)完成本周期工作后停止工作。 使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的程序的質(zhì)量和耗費(fèi)的時(shí)間與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)是比較奏效的，可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。但在編制的程序中有很多不嚴(yán)密之處，往往會(huì)易漏掉某些環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)出的梯形圖可讀性差，只適用來設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的程序，對(duì)于初學(xué)者來說很難理解和掌握。 [align=center] 圖5 置位/復(fù)位指令設(shè)計(jì)的梯形圖[/align] 4．2 置位/復(fù)位指令設(shè)計(jì)法 使用置位/復(fù)位指令設(shè)計(jì)的梯形圖程序，如圖5所示。在程序中，每個(gè)過程對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)部繼電器，用前級(jí)步對(duì)應(yīng)的內(nèi)部繼電器的常開觸點(diǎn)與轉(zhuǎn)換條件對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)串聯(lián)，作為后續(xù)步對(duì)應(yīng)的內(nèi)部繼電器置位的條件，用后續(xù)步所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部繼電器的常開觸點(diǎn)，作為有前級(jí)步對(duì)應(yīng)的內(nèi)部繼電器復(fù)位的條件。如小車在原位A處，按下SB1，X0接通，R1置位驅(qū)動(dòng)Y0，開始裝料并定時(shí)，用R1的常開觸點(diǎn)與T0的常開觸點(diǎn)串聯(lián)作為R2的置位條件，用R2的常開觸點(diǎn)作為R1的復(fù)位條件，當(dāng)定時(shí)時(shí)間一到，R2置位驅(qū)動(dòng)Y1，小車前進(jìn)，R1復(fù)位。為使系統(tǒng)能周期性循環(huán)工作，用R8（R8置位驅(qū)動(dòng)Y3，小車后退）和R0的常開觸點(diǎn)串聯(lián)，與X0并聯(lián)作為R1再次置位的條件。對(duì)簡(jiǎn)單順序控制系統(tǒng)也可直接對(duì)輸出繼電器置位或復(fù)位。該方法無需再增加內(nèi)部繼電器來記憶小車經(jīng)過X3的次數(shù)，邏輯順序轉(zhuǎn)換關(guān)系十分明確，對(duì)于初學(xué)者編程時(shí)，更加容易理解和掌握。 4．3 保持指令設(shè)計(jì)法 使用保持指令設(shè)計(jì)的梯形圖程序，如圖6所示，該編程技術(shù)與以置位/復(fù)位指令的編程技術(shù)基本類似。不同之處是：保持指令的置位控制端不能有多個(gè)觸點(diǎn)并聯(lián)輸入，因此增加了一個(gè)內(nèi)部繼電器R9，初始啟動(dòng)或循環(huán)工作時(shí)，R9置位，從而使R1置位；另外，使用保持指令所編制的程序步數(shù)要比置位/復(fù)位指令所編制的程序步數(shù)要少得多，占用的內(nèi)在大為減少。 [align=center] 圖6 保持指令設(shè)計(jì)的梯形圖[/align] 4．4 左移位寄存器指令設(shè)計(jì)法 [align=center] 圖7 左移位寄存器指令設(shè)計(jì)的梯形圖[/align] SR左移位寄存器指令的功能只能為內(nèi)部繼電器WR的16位數(shù)據(jù)左移1位。該指令主要是對(duì)數(shù)據(jù)輸入，移位脈沖輸入，復(fù)位輸入信號(hào)的處理。數(shù)據(jù)在移位脈沖輸入的上升沿逐位向高位移位一次，最高位溢出，當(dāng)復(fù)位信號(hào)輸入到來時(shí)，寄存器的所有內(nèi)容清零[4]。 使用SR左移位寄存器指令設(shè)計(jì)的梯形圖，如圖7所示，SR指令的數(shù)據(jù)輸入控制端為R1的常開觸點(diǎn)，移位脈沖輸入控制端為R2的常開觸點(diǎn)，復(fù)位信號(hào)輸入控制端由X2、R37（R37置位驅(qū)動(dòng)Y3，小車后退）的常開觸點(diǎn)和R0的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)組成。起初在原位A處，由于WR3的所有位均為0，R1置位，當(dāng)X0接通，R0置位，R2接通一個(gè)周期，1被移入末位，R30置位驅(qū)動(dòng)Y0，開始裝料并定時(shí)，同時(shí)R1復(fù)位；當(dāng)定時(shí)時(shí)間一到，R2再接通一個(gè)周期，R31置位驅(qū)動(dòng)Y1，小車后退；只要R2得到信號(hào)一次，就把內(nèi)部寄存器內(nèi)WR3中各位的數(shù)據(jù)依次向左移位一次，使R30至R37依次得電，系統(tǒng)以此按順序工作，直至完成一個(gè)周期，R1重新置位，系統(tǒng)開始下一輪周期的工作。 當(dāng)X1接通時(shí)，R0復(fù)位，，系統(tǒng)完成本周期的工作后，WR3的所有內(nèi)容清零，系統(tǒng)停止工作。 該方法設(shè)計(jì)的梯形圖看起來簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)的效率也得到進(jìn)一步的提高，容易被初學(xué)者理解和接受。這種設(shè)計(jì)方法不僅可以用于送料小車自動(dòng)往返順序控制電路中，在彩燈順序控制電路中的應(yīng)用也十分廣泛。 4．5 步進(jìn)指令設(shè)計(jì)法 步進(jìn)指令是專門為順序控制設(shè)計(jì)提供的指令，步進(jìn)指令按嚴(yán)格的順序分別執(zhí)行各個(gè)程序段，每個(gè)步進(jìn)程序段都是相對(duì)獨(dú)立的，只有執(zhí)行完前一段程序后，下一段程序才能被激活。在執(zhí)行下一段程序之前，PLC要將此前步進(jìn)過程復(fù)位，為下一段程序的執(zhí)行做準(zhǔn)備。在各段程序中所用的輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等都不允許出現(xiàn)相同編號(hào)，否則按出錯(cuò)處理。 使用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)的梯形圖程序，如圖8所示， X0與X2串聯(lián)作為啟動(dòng)步進(jìn)信號(hào)，X2與R0常閉觸點(diǎn)串聯(lián)作為步進(jìn)結(jié)束信號(hào)，X2與R0常開觸點(diǎn)串聯(lián)作為周期性循環(huán)工作步進(jìn)啟動(dòng)信號(hào)，T0、X3、T1、X2、T0、X4、T1分別作為過程0～過程7之間的轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。 [align=center] 圖8 步進(jìn)指令設(shè)計(jì)的梯形圖[/align] 這種編程技術(shù)很容易被初學(xué)者接受和掌握，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的工程師，也會(huì)提高設(shè)計(jì)效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很容易，使用方便，在順序控制設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先考慮，該法在工業(yè)自動(dòng)化控制中應(yīng)用較多。 5 結(jié)束語 本文提出基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制系統(tǒng)的五種PLC程序設(shè)計(jì)方法各有特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際情況選擇一種來設(shè)計(jì)程序，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的控制要求。實(shí)踐表明，這些程序設(shè)計(jì)方法很容易被設(shè)計(jì)者接受和掌握，用它們可以得心應(yīng)手地設(shè)計(jì)出任意復(fù)雜的順序控制程序，從而提高設(shè)計(jì)的效率和縮短生產(chǎn)周期。 參考文獻(xiàn)： [1]常斗南主編. .可編程序控制器原理•應(yīng)用•實(shí)驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998. [2]戴明宏主編. 電器控制與PLC應(yīng)用.[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007. [3]黃凈主編.電氣控制與可編程控制器[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004. [4]李向東主編. 電器控制與PLC[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. 作者簡(jiǎn)介： 孫克禮，男，1968年12月生，漢族，江蘇泰州人，供職單位：泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，高級(jí)教師，維修電工技師，主要從事機(jī)電一體化專業(yè)的教學(xué)和研究工作，多篇論文在省級(jí)以上刊物發(fā)表。聯(lián)系電話：13852863593，郵編：225300