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PLC梯形圖程序的順序控制設計法
PLC梯形圖程序的順序控制設計法
一、引言
在設計可編程控制器的梯形圖時，許多人采用經驗法，這種方法沒有固定的步驟可遵循，且有很大的試探性和隨意性。對于各種不同的控制系統，設計者需重復設計。特別是在設計復雜系統的梯形圖時，需要大量的中間單元來完成記憶、聯鎖、互鎖等功能，考慮的因素較多，它們往往又交織在一起，分析起來比較困難，很容易遺漏一些應考慮的問題。且修改某一局部電路時，經常是“牽一發而動全身"，對控制系統其他部分產生意想不到的影響。另外，用經驗法設計出的梯形圖往往比較復雜，程序維護人員很難讀懂，給PLC控制系統的維護和改進帶來很大困難。本文通過實例介紹一種根據順序功能圖完成PLC梯形圖程序的順序控制設計法。
二、順序功能圖描述和梯形圖的形成
合理的控制程序取決于正確梯形圖的構成，而梯形圖形成的*化的方法是通過順序功能圖的轉換來實現。首先根據控制過程的要求，給出順序功能圖，然后根據順序功能圖畫出梯形圖，用圖形編程器將梯形圖(或轉換成指令代碼)寫入PLC。
1、順序功能圖描述
順序功能圖(Sequential Function Chart)也稱狀態轉移圖，它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形，是設計PLC控制程序的有利工具。它并不涉及所描述的控制功能的具體技術，是一種通用的技術語言，可供進一步設計和不同專業人員之間進行技術交流。
（1）SFC的結構
SFC主要由步、有向連線、轉換、轉換條件和動作(或命令)組成。有單序列、選擇序列和并行序列三種基本結構，如圖1所示。任何復雜的順序功能圖都可由上述三種序列組合而成。
圖1 SFC基本結構
（a）單序列 （b）選擇序列 （c）并行序列
圖1a所示的單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步后面僅接一個轉換，每一個轉換后面只有一步。在圖1b所示的選擇序列中，序列的開始稱為分支，轉換條件只能標在水平連線之下，有多少分支就有多少條件，一般只能同時選擇一個條件對應的分支序列，序列的結束稱為合并，N個選擇序列合并到一個公共序列時需要相同數量的轉換條件，且其條件只能標在水平連線之上。在圖1c所示的并行序列中，其特點是當轉換的實現導致幾個序列同時被激活(分支)，激活后每個序列中活動步的進展將是獨立的，當并行序列結束時（合并），只有當合并前的所有前級步(R8、RA)為活動步，且轉換條件滿足(XB=1)時，才會發生步R8、RA到步RB的進展，為了強調轉換的同步實現，在功能圖中水平連線用雙線表示。
（2）SFC中轉換實現的基本規則
在SFC中，步的活動狀態的進展是由轉換的實現來完成的。轉換的實現必須同時滿足下列條件，即該轉換所有的前級步都是活動步且相應的轉換條件得到滿足。轉換的實現使所有由有向連線與相應轉換符號相連的后續步都變為活動步，而使所有前級步都變為不活動步。以上規則可以用于任意結構中的轉換，是設計梯形圖的基礎。但是，對于不同結構，其區別如下：
在單序列中，一個轉換僅有一個前級步和一個后續步。
在并行序列的分支處，轉換有幾個后續步，在轉換實現時應同時將它們變為幾個活動步(對應的編程元件置位)。
在并行序列的合并處，轉換有幾個前級步，它們均為活動步時才有可能實現轉換，在轉換實現時應將它們變為不活動步(對應的編程元件復位)。
在選擇序列的分支與合并處，一個轉換實際上也只有一個前級步和一個后續步，但是一個步可能有多個前級步或多個后續步，只能選擇其一。
2、梯形圖的編制
根據SFC設計梯形圖時，通常用編程元件代表步。當某步為活動步時，對應的編程元件為“1"態，當該步之后的轉換條件滿足時，轉換條件對應的觸點或電路接通，因此可以將該觸點或電路與代表前級步的編程元件的常開觸點串聯，作為與轉換實現的兩個條件同時滿足對應的電路，當此電路接通時應使代表前級步的編程元件復位，同時使代表后續步的編程元件置位(變為“1"態)并保持，即起保停電路。圖2是圖1b所示選擇序列功能圖對應的梯形圖。在圖2中R3之后有一個選擇序列的分支，設步R3是活動步，當它的后續步R4或R5變為活動步時，它都應將R3變為不活動步(“0"態)，所以應將R4和R5的常閉觸點與R3的線圈串聯。步R6之前有一個選擇序列的合并，當步R3是活動步且轉換條件X6滿足，或者步R5是活動步且轉換條件X7滿足，步R6都應為活動步，對應的起動電路由兩條并聯支路組成，每條支路分別由R4、X6和R5、X7的常開觸點串聯而成。并行序列和上述選擇序列梯形圖的編制有所不同，在圖1c中，步R7之后有一個并行序列的分支，當步R7是活動步且轉換條件X9滿足，步R8、R9應同時變為活動步，這時用R7和X9的常開觸點串聯作為R8、R9的起動電路，與此同時步R7應變為不活動步，所以只需將R8或R9的常閉觸點與R7的線圈串聯即可。對于并行序列的合并(步RB之前)，該轉換實現的條件是所有的前級步(步R8、R9)都是活動步和XB條件滿足。由此可知，應將R8、R9和XB的常開觸點串聯，作為控制RB的起保停電路的起動電路。
圖2 圖1b所對應的梯形圖
三、實例
圖3是采用一臺日本松下F0C14RS控制單元和一臺E16RS擴展單元PLC控制一臺輪胎內胎硫化機的順序功能圖。它包含有跳步、循環、選擇序列等基本環節，一周期由初始、合模、反料、硫化、放氣、開模以及報警等七步組成。它們與輔助繼電器R10～R16相對應。在反料和硫化階段，Y2接通，蒸氣進入模具。在放氣階段，Y2斷開，放出蒸氣。反料階段允許打開模具，硫化階段則不允許。急停按扭X0可以停止開模操作，也可以將合模改為開模。
圖3 實例控制順序功能圖
由圖3可知，初始狀態步R10有兩個前級步(R15、R16)和一個起動信號R9013(PLC開始運行時應將R10置為“1"態，否則系統無法工作，所以將R9013初始閉合繼電器作為起動信號，即R9013只在程序運行中第一次掃描時合上，從第二次掃描開始斷開并保持斷開狀態)，因此，R10的起動電路由三條支路并聯而成，其起保停電路的邏輯表達式為：
其他各步起保停電路按照梯形圖設計規則依此類推，可得到圖4所示梯形圖。
圖4 實例梯形圖