摘要：本文基于運料小車自動往返順序控制的PLC程序設計，提出五種PLC程序設計方法，對各種設計方法的思路和特點，作了全面的闡述和歸納總結，并對它們進行了比較。 關鍵詞：PLC，順序控制，順序功能圖， 梯形圖，指令。 1 引言 在自動化生產線上，有些生產機械的工作臺需要按一定的順序實現自動往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產工藝要求。用PLC程序實現運料小車自動往返順序控制，不僅具有程序設計簡易、方便、可靠性高等特點，而且程序設計方法多樣，便于不同層次設計人員的理解和掌握。本文以松下電工FP0系列PLC為例，提出基于運料小車自動往返順序控制的五種PLC程序設計方法。 2 系統控制要求[1] 運料小車自動往返順序控制系統示意圖，如圖1所示，小車在啟動前位于原位A處，一個工作周期的流程控制要求如下： 1）按下啟動按鈕SB1，小車從原位A裝料，10秒后小車前進駛向1號位，到達1號位后停8秒卸料并后退； 2）小車后退到原位A繼續裝料，10秒后小車第二次前進駛向2號位，到達2號位后停8秒卸料并再次后退返回原位A，然后開始下一輪循環工作； 3）若按下停止按鈕SB2，需完成一個工作周期后才停止工作。 [align=center] 圖1運料小車自動往返順序控制系統示意圖[/align] 3 程序設計方案 根據系統控制要求，系統的輸入量有：啟、停按鈕信號； 原位、1號位、2號位限位開關信號；系統的輸出信號有：裝料、卸料控制電磁閥驅動信號；前進、后退控制電機接觸器驅動信號。共需實際輸入點數5個，輸出點數4個。運料小車自動往返順序控制系統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：整個程序完全按照動作的先后順序直接編程，直觀簡便，思路清晰，很適合順序控制的場合。 4 系統程序設計 [align=center] 圖3運料小車自動往返順序控制系統順序功能圖[/align] 4．1 經驗設計法[3] 經驗設計法是根據生產機械的工藝要求和生產過程，在典型單元程序的基礎上，做一定的修改和完善。使用經驗設計法設計的梯形圖程序，如圖4所示。根據系統控制要求小車在原位A（X2）處裝料，在1號位（X3）和2號位（X4）兩處輪流卸料。小車在一個工作循環中有兩次前進都要碰到X3，第一次碰到它時停下卸料，第二次碰到它時要繼續前進，因此應設置一個具有記憶功能的內部繼電器R1，區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時都應停止前進，所以將它們的常閉觸點與Y2的線圈串聯，同時，X3的常閉觸點并聯了內部繼電器R1的常開觸點，使X3停止前進的作用受到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經過X3時起作用。它的起動條件和停止條件分別是小車碰到X3和X4，當小車第一次前進經過X3時，R1的線圈接通，使R1的常開觸點將Y2控制電路中X3的常閉觸點短接，因此小車第二次經過X3時不會停止前進，直至到達X4時，R1才復位。此外，將R1的另一對常開觸點與X0并聯，為第二次驅動Y0裝料做準備。 [align=center] 圖4經驗設計法設計的梯形圖[/align] 為了實現兩處卸料，將X3和X4的觸點并聯后驅動Y1和T1，為避免小車往返經過X3時，出現短暫的卸料動作，將Y2和Y3的常閉觸點與Y1的線圈串聯。小車從X4開始后退，防止經過X3時R1再次被置位，導致小車下一個工作周期第一次前進到達X3時無法停止的現象，因此在R1的起動電路中串入Y3的常閉觸點。 為了實現周期性循環工作，程序中設置了內部繼電器R0，其常開觸點與X0并聯后驅動Y0。X0接通，R0置位，為開始下一輪循環工作做準備。當按下停止按鈕SB2時，X1分斷，R0復位，系統完成本周期工作后停止工作。 使用經驗設計法設計的程序的質量和耗費的時間與設計者的經驗有很大關系，對于一些比較簡單程序設計是比較奏效的，可以收到快速、簡單的效果。但在編制的程序中有很多不嚴密之處，往往會易漏掉某些環節，設計出的梯形圖可讀性差，只適用來設計一些簡單的程序，對于初學者來說很難理解和掌握。 [align=center] 圖5 置位/復位指令設計的梯形圖[/align] 4．2 置位/復位指令設計法 使用置位/復位指令設計的梯形圖程序，如圖5所示。在程序中，每個過程對應一個內部繼電器，用前級步對應的內部繼電器的常開觸點與轉換條件對應的觸點串聯，作為后續步對應的內部繼電器置位的條件，用后續步所對應的內部繼電器的常開觸點，作為有前級步對應的內部繼電器復位的條件。如小車在原位A處，按下SB1，X0接通，R1置位驅動Y0，開始裝料并定時，用R1的常開觸點與T0的常開觸點串聯作為R2的置位條件，用R2的常開觸點作為R1的復位條件，當定時時間一到，R2置位驅動Y1，小車前進，R1復位。為使系統能周期性循環工作，用R8（R8置位驅動Y3，小車后退）和R0的常開觸點串聯，與X0并聯作為R1再次置位的條件。對簡單順序控制系統也可直接對輸出繼電器置位或復位。該方法無需再增加內部繼電器來記憶小車經過X3的次數，邏輯順序轉換關系十分明確，對于初學者編程時，更加容易理解和掌握。 4．3 保持指令設計法 使用保持指令設計的梯形圖程序，如圖6所示，該編程技術與以置位/復位指令的編程技術基本類似。不同之處是：保持指令的置位控制端不能有多個觸點并聯輸入，因此增加了一個內部繼電器R9，初始啟動或循環工作時，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要比置位/復位指令所編制的程序步數要少得多，占用的內在大為減少。 [align=center] 圖6 保持指令設計的梯形圖[/align] 4．4 左移位寄存器指令設計法 [align=center] 圖7 左移位寄存器指令設計的梯形圖[/align] SR左移位寄存器指令的功能只能為內部繼電器WR的16位數據左移1位。該指令主要是對數據輸入，移位脈沖輸入，復位輸入信號的處理。數據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，當復位信號輸入到來時，寄存器的所有內容清零[4]。 使用SR左移位寄存器指令設計的梯形圖，如圖7所示，SR指令的數據輸入控制端為R1的常開觸點，移位脈沖輸入控制端為R2的常開觸點，復位信號輸入控制端由X2、R37（R37置位驅動Y3，小車后退）的常開觸點和R0的常閉觸點串聯組成。起初在原位A處，由于WR3的所有位均為0，R1置位，當X0接通，R0置位，R2接通一個周期，1被移入末位，R30置位驅動Y0，開始裝料并定時，同時R1復位；當定時時間一到，R2再接通一個周期，R31置位驅動Y1，小車后退；只要R2得到信號一次，就把內部寄存器內WR3中各位的數據依次向左移位一次，使R30至R37依次得電，系統以此按順序工作，直至完成一個周期，R1重新置位，系統開始下一輪周期的工作。 當X1接通時，R0復位，，系統完成本周期的工作后，WR3的所有內容清零，系統停止工作。 該方法設計的梯形圖看起來簡潔，設計的效率也得到進一步的提高，容易被初學者理解和接受。這種設計方法不僅可以用于送料小車自動往返順序控制電路中，在彩燈順序控制電路中的應用也十分廣泛。 4．5 步進指令設計法 步進指令是專門為順序控制設計提供的指令，步進指令按嚴格的順序分別執行各個程序段，每個步進程序段都是相對獨立的，只有執行完前一段程序后，下一段程序才能被激活。在執行下一段程序之前，PLC要將此前步進過程復位，為下一段程序的執行做準備。在各段程序中所用的輸出繼電器、內部繼電器、定時器、計數器等都不允許出現相同編號，否則按出錯處理。 使用步進指令設計的梯形圖程序，如圖8所示， X0與X2串聯作為啟動步進信號，X2與R0常閉觸點串聯作為步進結束信號，X2與R0常開觸點串聯作為周期性循環工作步進啟動信號，T0、X3、T1、X2、T0、X4、T1分別作為過程0～過程7之間的轉換控制信號。 [align=center] 圖8 步進指令設計的梯形圖[/align] 這種編程技術很容易被初學者接受和掌握，對于有經驗的工程師，也會提高設計效率，程序的調試、修改和閱讀也很容易，使用方便，在順序控制設計中應優先考慮，該法在工業自動化控制中應用較多。 5 結束語 本文提出基于運料小車自動往返順序控制系統的五種PLC程序設計方法各有特點，在實際應用中，可根據實際情況選擇一種來設計程序，以適應不同場合的控制要求。實踐表明，這些程序設計方法很容易被設計者接受和掌握，用它們可以得心應手地設計出任意復雜的順序控制程序，從而提高設計的效率和縮短生產周期。 參考文獻： [1]常斗南主編. .可編程序控制器原理•應用•實驗[M].北京:機械工業出版社,1998. [2]戴明宏主編. 電器控制與PLC應用.[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007. [3]黃凈主編.電氣控制與可編程控制器[M].北京:機械工業出版社,2004. [4]李向東主編. 電器控制與PLC[M].北京:機械工業出版社,2007. 作者簡介： 孫克禮，男，1968年12月生，漢族，江蘇泰州人，供職單位：泰州機電高等職業技術學校，高級教師，維修電工技師，主要從事機電一體化專業的教學和研究工作，多篇論文在省級以上刊物發表。聯系電話：13852863593，郵編：225300