PLC实现某机械部件顺序控制的例子

    在工业生产过程中，机械部件各执行机构经常需要按照生产工艺规定的顺序，在各输入信号的作用下，根据内部状态和时间或计数的顺序，自动有次序地操作，这就是所谓的顺序控制。在工业控制系统的应用中，顺序控制最为广泛。用PLC实现顺序控制，外部硬件接线部分相对较为简单方便，对被控对象的控制作用，都体现在PLC的控制程序上。因此，PLC用户程序设计的好坏，将直接影响到控制系统的性能。

    在顺序控制系统中，顺序控制设计法也叫功能表图设计法，是当前PLC逻辑控制中程序设计的主要方法。在机械行业，几乎无一例外地利用顺序控制来实现加工的自动循环。功能表图( Sequential Function Chart，SFC)是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。我国在1986年颁布了功能表图的国家标准(GB 6988. 6-86)。

    顺序控制程序设计的关键是准确画出SFC图，SFC图以步进转换为主线，条理清楚，便于对程序的理解和沟通。对于大型的程序，可分工设计，采用较灵活的程序结构，可大大节省程序设计时间和调试时间，同时方便查找程序的不足与错误，既适用于简单的步进程序，也适合用于系统规模较大、程序关系较复杂的场合。具体采用SFC图的哪种方式来编制梯形图，可视工艺要求决定，有时多种方法均可实现。

    有了功能表图后，可以用多种设计方法编制梯形图，以欧姆龙公司的CPM2A系列PLC为例，顺序控制程序设计大致上有4种方法，分别是通用逻辑指令的编程方式、锁存指令的编程方式、置位复位指令的编程方式和步进指令的编程方式。

    下面通过一个用PLC实现某机械部件顺序控制的例子，来介绍这4种设计方法。

    该机械部件的SFC图如图6-40所示，机械部件的动作过程分为3步，每一步的状态有动作和非动作两个状态。当某步处于动作状态时，该步所对应的动作被执行，否则动作不执行。步与步之间的转换还要看转换条件是否成立。当某步的上一步处于动作状态，并且转换到本步的转换条件成立时，本步被激活，同时上一步变为非动作步。

    图6-40    机械部件的SFC图

    用PLC实现顺序控制时对应的I/O分配表如表6-1所示。

    表6-1    I/O地址分配

    1．使用通用逻辑指令的编程方式

    通用逻辑指令是指仅使用与触点和线圈有关的最常用的指令。各种型号PLC的指令系统都有相关指令，一般PLC工程师都能熟练使用这些指令，对通用逻辑指令通常都不陌生。这种编程方式通用性强，编程容易掌握。图6-41为使用通用逻辑的编程方式编制的对应的梯形图，只包括常开触点、常闭触点及输出线圈。图中内部继电器IR 23515为第一次循环标志，此处用于起始步激活。

    2．使用锁存指令的编程方式

    锁存指令是PLC的功能指令，欧姆龙CPM2A的锁存指令为KEEP，此指令在大多数情况下可用来代替通用逻辑指令。但由于KEEP指令有其特殊功能，在跳转程序块、子程序块等少数情况下，不能和通用逻辑指令简单互相替代。上述可替代的情况如图6-42所示。KEEP指令本身具有锁存功能，不再需要自锁环节；而下一步得电的常开触点直接放在KEEP指令的复位端，可使本步复位，取代通用指令编程方式中的常闭触点。从图6-42中还可以看出，最终动作执行部分的程序不变。

    图6-41    使用通用逻辑指令实现顺序控制的梯形图

    图6-42    KEEP指令实现顺序控制的梯形图

    3．使用置位和复位指令的编程方式

    大多数PLC均具有置位和复位指令，欧姆龙CPM2A的置位指令是SET，复位指令是RSET，它们和KEEP指令的置位端和复位端的功能极为相似，只是在梯形图形式上存在不同，如图6-43所示。在以置位复位指令的编程方式中，用某一转换所有前几步对应的辅助继电器的常开触点与转换条件对应的触点或电路串联，作为使所有后续步对应的辅助继电器置位和使所有前几步对应的辅助继电器复位的条件。该方法顺序转换关系明确，编程易理解，一般多用于自动控制系统中手动控制程序的编程。

    4．使用步指令的编程方式

    步指令（也称步进指令）是专门为顺序控制设计提供的指令，它的步可以用内部继电器来表示，不同的PLC其内部继电器的编号不同。有时还使用具有断电保持功能的继电器，在编制顺序控制程序时与步指令配合使用。有些PLC则只能使用具有断电保持功能的继电器。在步进梯形图中不同的步进段允许有重号的负载输出，不同型号的PLC，步指令的使用都有其明确的规定。使用步指令的编程方式如图6-44所示。这种编程方法有助于提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很方便，在顺序控制设计中应优先考虑，该法在工业自动化控制中应用较多。

    以上4种顺序控制的编程设计方法各有特点，可以根据实际情况选择一种来编制梯形图。这些编程设计方法较易接受和掌握，在顺序控制系统中，用它们可以得心应手地设计出较复杂的顺序控制程序。

    图6-43    SET和RSET指令实现顺序控制的梯形图

    图6-44    用步进指令实现顺序控制的梯形图