PLC程序的经验设计法 什么是PLC程序的经验设计法?

1、PLC程序的经验设计法

在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图程序，即在已有的些典型梯形图的基础上，根据被控对象对控制的要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和触点，**后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，设计所用的时间、设计的质量与编程者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法称为经验设计法。它可以用于逻辑关系较简单的梯形图程序设计。

用经验设计法设计PLC程序时大致可以按下面几步来进行：分析控制要求、选择控制原则；设计主令元件和检测元件，确定输入输出设备；设计执行元件的控制程序；检查修改和完善程序。

2、经验设计法的特点

经验设计法对于一些比较简单程序设计是比较奏效的，可以收到**、简单的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也就比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验，对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。经验设计法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求，所以设计的结果往往不很规范，因人而异。

经验设计法一般适合于设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序（如手动程序等）。如果用来设计复杂系统梯形图，存在以下问题：

   1)．考虑不周、设计麻烦、设计周期长

  用经验设计法设计复杂系统的梯形图程序时，要用大量的中间元件来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些问题。修改某一局部程序时，很可能会对系统其它部分程序产生意想不到的影响，往往花了很长时间，还得不到一个满意的结果。

  2)．梯形图的可读性差、系统维护困难

用经验设计法设计的梯形图是按设计者的经验和习惯的思路进行设计。因此，即使是设计者的同行，要分析这种程序也非常困难，更不用说维修人员了，这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。

两处卸料小车自动控制的梯形图程序设计示例 PLC编程经验设计法举例

两处卸料小车运行路线示意图如图6-18a所示，小车仍然在限位开关X4处装料，但在X5和X3两处轮流卸料。小车在一个工作循环中有两次右行都要碰到X5，**次碰到它时停下卸料，第二次碰到它时继续前进，因此应设置一个具有记忆功能的编程元件，区分是**次还是第二次碰到X5。

图5-18  两处卸料小车自动控制

a）小车运行示意图    b）梯形图

两处卸料小车自动控制的梯形图如图6-18b所示，它是在图6-17b的基础上根据新的控制要求修改而成的。小车在**次碰到X5和碰到X3时都应停止右行，所以将它们的常闭触点与Y0的线圈串联。其中X5的触点并联了中间元件M100的触点，使X5停止右行的作用受到M100的约束，M100的作用是记忆X5是第几次被碰到，它只在小车第二次右行经过X5时起作用。为了利用PLC已有的输入信号，用起保停电路来控制M100，它的起动条件和停止条件分别是小车碰到限位开关X5和X3，即M100在图6-18a中虚线所示路线内为ON，在这段时间内M100的常开触点将Y0控制电路中X5常闭触点短接，因此小车第二次经过X5时不会停止右行。

为了实现两处卸料，将X3和X5的触点并联后驱动Y3和T1。调试时发现小车从X3开始左行，经过X5时M100也被置位，使小车下一次右行到达X5时无法停止运行，因此在M100的起动电路中串入Y1的常闭触点。另外还发现小车往返经过X5时，虽然不会停止运动，但是出现了短暂的卸料动作，为此将Y1和Y0的常闭触点与Y3的线圈串联，就可解决这个问题。系统在装料和卸料时按停止按钮不能使系统停止工作，请读者考虑怎样解决这个问题。

工控生产线中的漫反射式光电传感器（开关）简介

 漫反射式光电传感器通常叫做漫反射式光电开关，其工作原理是：发射端和接收端一体，通过被检测物体自身反射的光线判断物体存在与否。

    漫反射式光电传感器集发射器与接收器于一体，在前方无物体时，发射器发出的光不会被接收器所接收到，开关不动作，如图1（a）图所示。当前方有物体时，接收器就能接收到物体反射回来的部分光线，通过检测电路产生开关量的电信号输出使开关动作，如图1（b）图所示。漫反射式光电传感器的有效作用距离是由目标的反射能力决定的，即由目标表面性质和颜色决定。

STEP7—Micro/WIN4.0编程软件新建一个工程示例

  STEP7—Micro/WIN4.0编程软件具有编程和程序调试等多种功能，下面通过一个简单程序示例，介绍编程软件的基本使用。

  STEP7—Micro/WIN4.0编程软件的基本使用示例如图1所示。

图1    编程软件使用示例的梯形图

   编程的准备 
   1）、创建一个项目或打开一个已有的项目

    在进行控制程序编程之前，首先应创建一个项目。执行菜单【文件】→【新建】选项或单击工具栏的新建按钮，可以生成一个新的项目。执行菜单【文件】→【打开】选项或单击工具栏的打开按钮，可以打开已有的项目。项目以扩展名为 . mwp 的文件格式保存。

   2）、设置与读取PLC的型号

  在对PLC编程之前，应正确地设置其型号，以防止创建程序时发生编辑错误。如果指定了型号，指令树用红色标记“Ｘ”表示对当前选择的PLC无效的指令。设置与读取PLC的型号可以有两种方法：①执行菜单【PLC】→【类型】选项，在出现的对话框中，可以选择PLC型号和CPU版本如图2所示。②双击指令树的【项目1】，然后双击PLC型号和CPU版本选项，在弹出的对话框中进行设置即可。如果已经成功地建立通信连接，单击对话框中的【读取PLC】按钮，可以通过通信读出PLC的信号与硬件版本号。

图2 设置PLC的型号

    3）、 选择编程语言和指令集 
   S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3两种。SIMATIC编程模式选择，可以执行菜单【工具】→【选项】→【常规】→【SIMATIC】选项来确定。

  编程软件可实现3种编程语言（编程器）之间的任意切换，执行菜单【查看】→【梯形图】或【STL】或【FBD】选项便可进入相应的编程环境。
  4）、确定程序的结构

  简单的数字量控制程序一般只有主程序，系统较大、功能复杂的程序除了主程序外，可能还有子程序、中断程序。编程时可以点击编辑窗口下方的选项来实现切换以完成不同程序结构的程序编辑。用户程序结构选择编辑窗口如图3所示。

图3    用户程序结构选择编辑窗口

 主程序在每个扫描周期内均被顺序执行一次。子程序的指令放在独立的程序块中，仅在被程序调用时才执行。中断程序的指令也放在独立的程序块中，用来处理预先规定的中断事件，在中断事件发生时操作系统调用中断程序。

如何选购PLC产品

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中 的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制问题已成为**有效的工具之一。

    硬件选购目前市场上的PLC产品众多，除国产品牌外，国外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德国的SIEMENS，韩国的LG等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比 越来越高，这是众多技术人员选用PLC的重要原因。

    那么，如何选购PLC产品呢?

      1、系统规模首先应确定系统用PLC单机控制，还是用PLC形成网络，由此计算PLC输入、输出点。数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量（10%）。

     2、确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。

     3、存储容量与速度尽管国外各厂家的PLC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户 程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PLC价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用PLC产品。

     4、编程器的选购PLC编程可采用三种方式：

    是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。

    是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。

     是用IBM个人计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率**高的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。

    因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品。

       5、尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级

PLC工作的全过程——四部分工作介绍

为了满足工业逻辑控制的要求，同时结合计算机控制的特点，PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从**条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回**条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC工作的全过程可用图1所示的运行框图来表示。整个过程可分为以下几个部分：

**部分是上电处理。PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。

第二部分是自诊断处理。PLC每扫描一次，执行—次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常。如CPU、电池电压、程序存储器、I／O和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。

图1 PLC运行框图 

第三部分是通讯服务。PLC自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。首先检查有无通讯任务，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理，并对通讯数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。

第四部分是程序扫描过程。PLC在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后，如果工作选择开关在RUN位置，则进人程序扫描工作阶段。先完成输入处理，即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中，然后执行用户程序，**后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。

在上述几个部分中，通讯服务和程序扫描过程是PLC工作的主要部分，其工作周期称为扫描周期。可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性，为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期中，通讯任务的作业时间必须被控制在一定范围内。PLC运行正常时，程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、与I/O点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。通常用PLC执行l KB指令所需时间来说明其扫描速度，一般为零点几ms到上百ms。值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几μs到上百μs不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。而对于一些需要高速处理的信号，则需要特殊的软、硬件措施来处理。

电动机Y—Δ降压启动控制线路的PLC改造控制线路图及梯形图

 1、Y—Δ降压启动控制线路图

2、I/O地址分配

输入：

X0-----SB1(启动）

X1-----SB2（停止）

输出：

Y0-----KM1

Y1-----KM2

Y2-----KM3

3、梯形图