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PLC自锁、互锁控制编程 浅谈PLC编程技巧

出处:电子发烧友 发布于:2018-09-18 14:00:17 | 174 次阅读

  PLC编程
  PLC编程是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展,计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品,为了满足这一要求,生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性,PLC编程正是顺应这一要求出现的,它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
  工作原理
  PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束,然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描,在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
  PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
  PLC在输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入,随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。
  PLC在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
  输出刷新阶段:当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶间管)输出,驱动相应输出设备工作。
  特点
  PLC编程的应用面广、功能强大、使用方便,已经成为当代工业自动化的主要装置之一,在工业生产的所有领域得到了广泛的使用,在其他领域(例如民用和家庭自动化)的应用也得到了迅速的发展。
  国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中,对PLC作了如下定义:“是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出,PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机,除了能完成各种各样的控制功能外,还有与其他计算机通信联网的功能。
  PLC编程的推广应用在我国得到了迅猛的发展,它已经大量地应用在各种机械设备和生产过程的电气控制装置中,各行各业也涌现出了大批应用PLC改造设备的成果。了解PLC的工作原理,具备设计、调试和维护PLC控制系统的能力,已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。
  语言类型
  PLC的用户程序,是设计人员根据控制系统的工艺控制要求,通过PLC编程语言的编制规范,按照实际需要使用的功能来设计的。只要用户能够掌握某种标准编程语言,就能够使用PLC在控制系统中,实现各种自动化控制功能。
  根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准(IEC1131-3),PLC有五种标准编程语言:梯形图语言(LD)、指令表语言(IL)、功能模块语言(FBD)、顺序功能流程图语言(SFC)、结构文本化语言(ST)。这五标准编程语言,十分简单易学。
  梯形图语言
  梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉,因此,梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。 梯形图编程语言的特点是:与电气操作原理图相对应,具有直观性和对应性;与原有继电器控制相一致,电气设计人员易于掌握。 梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是,梯形图中的能流不是实际意义的电流,内部的继电器也不是实际存在的继电器,应用时,需要与原有继电器控制的概念区别对待。
  指令表语言
  指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言,和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下,适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时,指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应,在PLC编程软件下可以相互转换。图3就是与图2PLC梯形图对应的指令表。 指令表编程语言的特点是:采用助记符来表示操作功能,具有容易记忆,便于掌握;在手持编程器的键盘上采用助记符表示,便于操作,可在无计算机的场合进行编程设计;与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。
  功能模块图语言
  功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能,不同的功能模块有不同的功能。 功能模块图编程语言的特点:功能模块图程序设计语言的特点是:以功能模块为单位,分析理解控制方案简单容易;功能模块是用图形的形式表达功能,直观性强,对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程;对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统,由于功能模块图能够清楚表达功能关系,使编程调试时间大大减少。
  顺序功能流程图语言
  顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件,根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配,一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务,用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰,易于阅读及维护,大大减轻编程的工作量,缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大,程序关系较复杂的场合。顺序功能流程图编程语言的特点:以功能为主线,按照功能流程的顺序分配,条理清楚,便于对用户程序理解;避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷,同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时,由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷;用户程序扫描时间也大大缩短。
  结构化文本语言
  结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中,常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。
  结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系,完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似,但为了应用方便,在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。 结构化文本编程语言的特点:采用高级语言进行编程,可以完成较复杂的控制运算;需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧,对工程设计人员要求较高。直观性和操作性较差。
  PLC自锁、互锁控制编程
  自锁、互锁是生产现场常见逻辑关系,应用非常广泛。自锁控制是PLC控制程序中常见的控制程序形式,也是常说的启停控制,这种自锁控制常用于以无锁定开关作启动开关,或者用只接通一个扫描周期的触点去启动一个持续动作的控制电路。互锁控制是互以对方的不工作作为自身工作的前提条件的控制电路,常用于
  被控的是一组不允许同时动作的对象,如电动机正反转控制。通常互锁编程有按照互锁和线圈互锁两种。
  1.抢答器控制要求
  抢答器是一种应用非常广泛的电子电气设备,在各种抢答场合、竞赛中,它能迅速客观分辨出最先获得发言权的选手以及实现设定发言时间、记录分数等功能。本例中抢答器设备最多允许8人同时参加抢答比赛,在此为了简化程序,以3位选手抢答为对象。比赛时,主持人首先应将数码显示清零,抢答过程中最先按下按钮的选手有效,其他无效,有效的选手号码被显示在数码屏上。
  2.抢答器硬件电路设计
  PLC自锁、互锁控制编程 浅谈PLC编程技巧
  选取西门子S7-200PLC作为抢答器的核心控制器,3名选手各用一个抢答按钮,按钮的编号是S1、S2、S3,给节目主持人设置一个控制按钮,用来控制系统的清零(编号显示数码管显示0)和抢答的开始。PLC输出接口电路外接口电路外接一共限极七段数码显示管显示抢答结果。
  3.抢答器的程序设计
  抢答器具有数据锁存和显示的功能,其程序设计需解决如下问题;
  (1)抢答优先的问题。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并能封锁输入电路,禁止其他选手抢答。
  (2)选手号码识别和显示的问题。每次抢答数码管上都能正确地显示出选手的编号,并一直保持到主持人将系统清零为止。
  运用自锁和互锁控制实现抢答器的数据锁存功能,运用段码指令对选手抢答结果进行显示,其具有梯形图如1所示。


  抢答器的控制程序设计具有如下特点;
  (1)抢答器抢答显示具有自锁功能。即当某一个选手抢答成功后,即使放开其他抢答按钮,LED数码管显示保持,直至主持人操作复位按钮才使LED灯显示0.网络2和1号选手抢答程序,其中MO.1动合触点与1号抢答按钮TO.1信号并联,利用TO.1按钮短时接通瞬间,输出线圈MO.1得电,促使MO.1触点动合,为输出线圈MO.1提供了一条通电回路,对本网络输出具有自锁作用。
  (2)抢答器3个选手之间抢答具有互锁功能,即只要有一个选手抢答成功,另外两个选手即使再按各自抢答按钮,LED数码显示结果也不会变化。以网络2为例,其中的IO.1及IO.3采用动断触点串联在网络中,作为限制和约束输出线圈MO.1得电的条件,即只有在2号和3号选手按钮没有有效采集进入PLC中,1号选手提前操作被有效采集进入PLC中,才有可能显示抢答结果1.
  (3)抢答器3个选手抢答程序具有对称特点。网络2-网络4的程序的编写思路是类似的,同样并联了自锁触点和串联了按钮互锁触点,并进行数码结果显示。
  利用可编程序控制器试验挂箱按照图1-1接好硬件线路,然后在线运行程序,通过硬件线路查看调试结果,经过操作证明抢答器设计成功,达到设计要求。
  4.小结
  PLC自锁控制应用在启动保持停止电路,采用网络输出线圈出的操作数bit所对应的动合触点与本网络的某些逻辑块并联,帮助本网络输出线圈得电。PLC互锁控制应用一组不允许同时动作的对象控制场合,采用按钮互锁或线圈互锁触点,以动断触点的形式串联在网络中,控制本网络输出线得电。
  浅谈PLC编程技巧
  可编程控制器是集计算机技术、通讯技术、自动控制技术为一体的工业控制装置。对于初学者来说掌握了plc基本原理,熟悉常用的编程方法,在进行简单系统编程时尚可以运用自如,但对较为复杂的控制系统设计往往力不从心,要想在PLC应用方面得心应手,学习者除了要建立正确的学习方法,深入学习plc编程技巧,最重要的是相关知识的学习。下面从六个方面谈谈我的教学心得。
  一、多收集程序范例、增加编程经验
  在PLC的编程方法中,经验法一直受到许多从业者的青睐,并且在经验设计法中资料收集显得尤为重要。首先收集典型程序样例,程序最好有较完整的组成部分:控制任务、I/O分配、硬件接线图、完整的程序及注释。其次要读懂程序,从而分解出程序中用于完成不同任务的组成部分,对于各组成部分中独立完成某一特定功能的子程序或者中断程序应及时收藏到程序库。以便在以后的编程过程中碰到实现类似控制任务时,节约程序设计时间、提高程序调试成功率。再次还需要记录程序闪光点,诸如编程者巧妙的思路、程序结构、应用指令的使用。尤其是应用指令的使用,能够大大的缩短程序长度,减少内存容量,降低系统成本。最后对程序做功能扩展性的设计、调试,并对全过程加以详细记录、再加以总结。通过以上过程就能够有效消化这些程序范例,使其融入到自己以后的编程过程中。经过一段时间的资料收集、理解、消化后,逐步确立适合自己的编程方法。
  二、熟练使用软件包
  以学习三菱产品为例来介绍软件包的使用。三菱软件包由两个部分组成,编程软件GXDeveloperVersion8C和仿真软件GXSimulator6C。编程软件GXDeveloperVersion8C为设计者提供了编程环境。设计者应熟读编程手册、熟练程序的编辑技巧,使得自己的设计方案得以展现。设计好的程序能否满足控制任务,就必须进行调试,传统的调试方式离不开编程控制器CPU,必要时还需要另外准备输入输出模块、特殊功能模块和外部机器等。仿真软件GXSimulator可提供一个虚拟的实验平台。GXSimulator是在Windows上运行的软元件包,在安装有GXDeveloper的计算机内追加安装GXSimulator,就能够实现不在线时的调试。不在线调试功能内包括软元件的监视测试、外部机器的I/O的模拟操作等。对于个人学习来说,没有实验条件,仿真软件能够在个人计算机上进行顺控程序的开发和调试。使用者通过程序不断的仿真调试,慢慢领会程序设计心得,从而增加编程经验。
  三、特殊功能模块
  在学习过程中,大部分学生将学习的重心放在了软件编程上,而现代工业控制给PLC提出了许多新的课题,如果用通用I/O模块来解决,在硬件方面费用太高,在软件方面编程相当麻烦,某些控制任务甚至无法用通用I/O模块来完成。因此,学习PLC的特殊功能模块显得尤为重要。这些特殊功能模块有模拟量输入输出模块、高速计数模块和运动控制模块等。这些特殊功能模块PLC厂家都给出了详细的使用手册,用户可以通过仔细研读使用手册来完成特殊功能的实现,使得软件编程简化,降低了经济成本。
  四、人机界面
  连接可编程序控制器,利用显示屏显示,通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令,实现人与机器信息交互的数字设备称为人机界面,俗称触摸屏。触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点,使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。触摸屏由硬件和软件两部分组成。利用软件可以完成用户界面的设计,结合PLC的程序设计极大的简化了计算机的使用,即使是对计算机一无所知的人,对不懂PLC程序编程的操作人员,也能够按控制要求设置控制系统参数、生产配方存储、设备生产数据记录等操作。触摸屏的学习可以按如下的步骤进行。首先针对某一系列触摸屏仔细阅读其画面设计手册进行用户画面设计;接着设计触摸屏画面操作实现对应的PLC程序;最后打开触摸屏、PLC编程仿真软件进行仿真调试。
  五、掌握三种流派主流产品
  目前,世界上有200多个厂家生产PLC。大体可以按地域分成主要的三个流派:一个流派是日本产品,以三菱FX系列小型PLC为代表;一个流派是美国产品,以AB公司的PLC系列中型PLC为代表;还有一个流派是欧洲产品,德国西门子的S7系列大型PLC为代表。不同型号的PLC产品具有不同的特色,不仅表现在特殊复杂的功能等方面,就是在编程语言、程序的组织等方面也存在着较大的差异。掌握所有的PLC产品显然不现实,也没有必要。在熟练掌握一种PLC产品的基础上,有意识地在其他主要流派中选择最有代表性的产品,采用对比的学习方法进行相对深入的研究。这样在以后的工作、学习和开发研究中遇到其它的机型时,就能够做到触类旁通了。
  六、充分利用网络资源,掌握PLC应用及发展的最新资讯
  PLC产品更新换代的速度很快,若想及时掌握PLC应用及发展的最新资讯,就要充分利用互联网为我们提供的学习平台,方便地、快捷地、经济地掌握PLC的最新动态。尤其是一些网络上的专业论坛能够为我们提供了较高水平的交流平台,大量的学习资料、使用手册、软件功能的更新,使得不同阶段的学习者受益匪浅。总之,PLC入门容易,真正掌握可编程控制器的编程方法,能够顺利设计出满足生产任务的要求,同时程序做到简洁、易懂,设计者就必须深入学习PLC技术,学习者可以通过上述介绍的方法不断地充电,掌握PLC应用及发展的最新资讯,在不断的仿真调试过程中逐渐形成自己的编程习惯。

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