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用经验法和计算机辅助设计的方法进行PLC编程

1)  经验法编程

经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。

2)  计算机辅助设计编程

计算机辅助设计是通过 PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成 EXE 运行文件

1）MT→PLC地址表。该表又称“输入信号地址表”。它由8位15字节地址构成（即：X00，X02，X04，X06，X08，X10，X12，X14，X16，X17－X22），字节的每位对应一个输入信号接口，并附有该信号的连接器名称和插脚编号。输入信号由MT侧传送至PMC侧，信号地址用XOO．O表示。输入信号中，除*ESP，SKIP，*DECX，*DECY，*DECZ等少数信号已由CNC厂家确定了地址外，其他地址的信号名称由设计者定义，并用缩写英文字母表示。如“急停”用“*EMG．M”，“进给保持”用“SP．M”等。所有输入信号均应据此表选定地址。

    2）PLC→MT地址表。该表又称“输出信号地址表”。它由8位10字节地址构成（即：Y48～53，YS0，Y82，Y84，Y86），字节的每位对应一个输出信号接口，并附有该信号的连接器名称和插脚编号。输出信号由PMC侧传送至MT侧，信号地址用YOO．O表示。所有输出信号名称由设计者定义，并用缩写英文字母表示。

    输入和输出信号地址一经确定，信号所用连接器，插脚编号亦随之确定。安装时，各信号线即按指定连接器和插脚连接。

    3）PLC→NC地址表。该表为PMC侧向NC侧传送信号的接口地址表。由8位27字节地址构成（即：G100～G111，G116～G122，G124～G131）。信号地址用GOOO．O表示。这些信号已由CNC厂家定义，名称和含义均已固定，用户不能增删和改变。 

    4）NC→PLC地址表。该表为NC侧向PMC侧传送信号的接口地址表。由8位27字节地址构成（即：P14～8F156,F160～F163，F171～P178）。信号地址用FOOO．O表示。这些信号也已由CNC厂家定义，用户不能增删和改变。

各信号传送方向如图2所示。

 图2  信号传送方向

可编程控制器的工作过程及FN2N PLC的组成

PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，有键按下或I/O动作则转入相应的子程序无键按下则继续扫描。PLC则采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放，如：           

1        ×  ×  ×  ×

2        ×  ×  ×  ×

3        ×  ×  ×  ×

10  ×  ×  ×  ×

11  ED

CPU从**条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回**条。如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个工作过程可分为五个阶段：自诊断，与编程器等的通信，输入采样，用户程序执行，输出刷新，其工作过程框图如图所示：

PLC工作过程框图

1）每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容为I/O部分、存储器、CPU等，发现异常停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。

2）PLC检查是否有与编程器和计算机的通信请求，若有则进行相应处理，如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机等的通信请求，也在这段时间完成数据的接受和发送任务。

 3）PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输人端的状态送到输入状态寄存器中，这就是输入采样阶段。

 4）中央处理器CPU将指令逐条调出并执行，以对输人和原输出状态（这些状态统称为数据）进行“处理”，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出状态寄存器中，这就是程序执行阶段。

 5）当所有的指令执行完毕时，集中把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备，这就是输出刷新阶段。

 PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期。完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。扫描周期是PLC的重要指标之一，在不考虑第二个因素（与编程器等通信）时，扫描周期T为：

 T＝（读入一点时间×输入点数）+（运算速度×程序步数）＋（输出一点时间×输出点数）十故障诊断时间

显然扫描时间主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该**的计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。

 PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器控制是按“并行”方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个继电器同时动作。而PLC是以反复扫描的式工作的，它是循环地连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行”方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题。

 总之，采用循环扫描的工作方式也是PLC区别于微机的**特点，使用者应特别注意。

FN2N PLC 的规格及组成

FN_2N系列PLC有FN_2N16、FN_2N32、FN_2N48、FN_2N64、FN_2N80 、FN_2N128等， FN_2N 32，主要由以下几个部分构成：

    1、控制单元：设有与编程器，计算机的接口，与I/O扩展单元相连的扩展口，输入、输出端子、电源输入和输出端子，FN_2N有16个输入点和16个输出点。

    2、扩展单元。

    3、智能单元。

    4、链接单元。

    5、编程工具：使用MELSOFT GX Developer编程软件。

用西门子PLC构成邮件分拣控制系统实训举例

一、实验设备

YX-80系列PLC实训装置;

个人计算机(WINDOW ),

PC/PPI编程线缆、STEP7Micro/WIN32编程环境;

连接导线一套。

邮件分拣机实验板，如图1所示;

注:邮件分拣机实验板的输入端子为一特殊设计的端子，其原画图如图2所示，它的功能是:当输出端MS为ON时，S1自动产生脉冲信号模拟测量电动机转速光码盘信号。

二、实验内容

①控制要求:启动后绿灯L2亮表示可以进邮件，S2为ON表示检测到了邮件，拨码器(I0.0-I0.3)模拟邮件的邮码，从拨码器读到邮码的正常值为1, 2, 3, 4, 5, 若非此5个数，则红灯L1闪烁，表示出错，电动机MS停止。重新启动后，能重新运行，若此5个数中的任一个，则红灯L1亮，表示系统正在分拣。电动机M5运行，将邮件分拣至箱内完成L1灭，L2亮，表示可继续分拣邮件。

②IO口分配

③编辑调试并运行程序

三、编程练习

根据下述两种控制要求，编制多个邮件分拣控制程序，调试并运行程序。

①开机绿灯亮，电动机M5运行，当检测到邮件的邮码不是(1, 2,  3, 4,  5)任何一个时，则红灯L1闪烁，M5停止，重新启动。

可同时分拣到多个邮件。邮件一件接一件地被检到它的到来和它的邮码，机器将每个邮件分拣到其对应的信箱中。例如，在n2时刻，S2检测到邮码为2的邮件时，如果高速计数器的计数值为m2，则M2在(m2+n2 )时刻动作，若高速计数器的计数值为m3，当在n3时刻检测到一个邮码为3的邮件时，M3在(m3+n3)时刻动作。

②开机绿灯亮，电动机M5运行，当检测到邮件的邮码不是(1, 2,  3, 4,  5)中的任何一个时，则红灯L1闪烁，MS停止运行，当检测到邮件欠资或未贴邮票时则蜂鸣器发生响声，M5停止。按动启动按钮，表示故障清除，重新运行。

可同时分拣多个邮件，其它要求同上。

S7-200系列PLC的计数器指令

 1）类型及编号

      CTU——增计数

CTD——减计数        C0～C255

CTUD——增减计数

 计数器6个要素：  指令格式（类型、编号等）    预置值——PV

         使能——CU、CD            复位——R、LD

                   当前值——Cxxx             计数器状态（位）——与定时器类似

2）功能、时序图及应用示例

  此例为一个增减计数器的应用示例，其与MODICON  PLC计数器指令的比较，同学可自己进行，并注意到，计数器指令的使能均是采样上升沿（“0” →“1” ）。

PLC顺序控制系统的几种简易设计方法

引言

    在生产机械的自动控制领域，PLC顺序控制系统的应用量大面广。然而，工艺不同的生产机械要求设计不同的控制系统梯形图。目前，不少电气设计人员仍然采用经验设计法来设计PLC顺序控制系统，不仅设计效率低，容易出差错，而且设计阶段难以发现错误，需要多次调试、修改才符合设计要。本文提出的4种简易设计方法，能**地一次设计成功PLC顺序控制系统。

    顺序控制系统的特点及设计思路

    1．特点顺序控制系统是指按照预定的受控执行机构动作顺序及相应的转步条件，一步一步进行的自动控制系统。其受控设备通常是动作顺序不变或相对固定的生产机械。这种控制系统的转步主令信号大多数是行程开关（包括有触点或无触点行程开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关），有时也采用压力继电器、时间继电器之类的信号转换元件作为某些步的转步主令信号。

    为了使顺序控制系统工作可靠，通常采用步进式顺序控制电路结构。所谓步进式顺序控制，是指控制系统的任一程序步（以下简称步）的得电必须以前一步的得电并且本步的转步主令信号已发出为条件。对生产机械而言，受控设备任一步的机械动作是否执行，取决于控制系统前一步是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。若前一步的动作未完成，则后一步的动作无法执行。这种控制系统的互锁严密，即便转步主令信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序错乱。

    2．设计思路本文提出的4种简易设计方法都是先设计步进阶梯，在步进阶梯实现由转步主令信号控制辅助继电器得失电；然后根据步进阶梯设计输出阶梯，在输出阶梯实现由辅助继电器控制输出继电器得失电。这4种设计法所设计的梯形图电路结构及相应的指令应适用于大多数PLC机型，具有通用性。

    由于各种PLC机型的编程元件代号及其编号不尽相同，为便于阐述，本文约定：所有梯形图中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器（又称内部继电器）的代号分别为：X、Y、M。设计中所用到的某些功能指令，如置位指令约定为S×，复位指令为R×；移位指指令为SR×。其中的“×”表示编程元件的编号，用十进制数表示。用这些方法设计实际的控制系统时，应将编程元件代号和编号变换成所选用的PLC机型对应的代号和编号。

图1 顺序控制流程

    下面分别介绍各种设计方法。其中，前3种方法的设计依据都是图1所示的顺序控制流程。图中，步1的转步主令信号X0为连接启动按钮的输入继电器（为简明起见，后述的转步主令信号均省去“输入继电器”几个字，只提输入信号），X1为原位开关信号，X2、X3、X4分别为步2、3、4的转步主令开关信号。M1～M5分别为各步的受控辅助继电器。Y1～Y4分别为各步受控的输出继电器。

    一、逐步得电同步失电型步进顺序控制系统设计法

    如图2所示，这种设计方法是根据“与”、“或”、“非”的基本逻辑关系，设计成串联、并联或串、并联复合的电路结构。

图2 逐步得电同步失电步进顺控梯形图

    1．步进阶梯的设计步进阶梯的结构

    如图2a所示。步1的M1得电条件是受控机械原位开关X1处于压合状态（若受控机械有多个执行机构，则要求每个执行机构的原位开关均处于压合状态），满足原位条件后按起动按钮X0才能得电。M1得电后自锁，并为步2提供步进条件信号（M1的常开触点）。步1的执行动作完成时触发的行程开关信号X2作为步2的转步条件信号。步2的M2的输入满足其步进条件和转步条件后得电自锁，并为步3提供步进条件信号。按此规律即可实现后续每一工作步辅助继电器的得电和自锁。停止步M5的步进条件信号和转步条件信号分别为：**后一个工作步M4发出的步进条件信号（M4的常开触点）和该步动作完成时所触发的转步信号X1。由于M5的得电信号令控制系统失电，所以M5的回路不自锁，而且要将其常闭触点串联在步1回路的**左端。从步2起后续各个步的回路构成分支回路。一旦M5得电便使整个系统失电。如不用分支回路的结构，也可采用图3所示的回路。即把M5常闭触点分别串联在每步辅助继电器的回路上。应该注意的是：无论工作步还是停止步，如果某步的转步主令信号有多个，则应将多个转步主令信号互相串联。

图3 逐步得电同步失电梯形图

    2．输出阶梯的设计输出阶梯

    如图2b所示。其设计方法是：（1）在控制流程图中，找出某输出继电器M在哪一步开始得电和在哪一步开始失电，以此确定其得电信号（步进阶梯中使M开始得电的辅助继电器常开触点）和失电信号（步进阶梯中使M开始失电的辅助继电器常闭触点）；（2）将得电信号、失电信号和受控输出继电器线圈串联。如果某个输出继电器在一个工作循环中多次得电失电，则将每次得失电的串联信号互相并联即可。例如，图1中输出继电器Y1要求在步1和步3得电，在其余步失电。在图2b画其控制回路时，将图1所示的**次得电信号M1和**次失电信号M2串联，第二次得电信号M4和第二次失电信号串联，然后将二者并联起来，再与Y1的线圈串联便构成Y1的控制回路。其余依此类推。

    二、逐步得电逐步失电型步进顺序控制系统设计法

    1．步进阶梯设计

    按图1所示的控制流程，采用逐步得电逐步失电型顺序控制系统设计法设计的步进阶梯如图4a所示，其电路结构与图3的不同点之一是每步的失电由下一步辅助继电器的常闭接点控制；之二是步1回路必须串联步2至**后工作步4的辅助继电器常闭触点。以防电路工作时，因误操作再次起动而导致控制顺序错乱。其余的电路结与图3相同。

    2．输出阶梯设计输出阶梯如图4b所示，输出继电器的控制回路根据控制流程直观确定。例如，输出继电器Y1要求在步1、3得电，则将步1、3的辅助继电器M1、M3的常开触点并联，再与Y1的线圈串联即可。其余输出继电器的控制回路构成方法与此相同。

图4 逐步得电逐步失电型顺控系统梯形图

PLC技术展的**终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。本文从11方面介绍了PLC在其上的应用趋势。

S7-200 PLC编程——有反馈的电动机星形—三角形起动器

这个示例程序控制三相感应电动机的星形—三角形起动过程。例如，一旦星形起动器出现故障，起动的反馈电路就有发现它。在5秒钟延时之后，SIMATIC S7-200就小切换到三角形连接，这样就能避免可能造成的破坏。

   与输入点I0.0相连的开机点动开关(ON)接通后，电动机绕组接成星形工作方式起动。与输出点Q0.3相连的信号灯指示各种可能出现的故障。

程序和注释

当输入点l0.0相连的开机开关(0N)动作后，电动机绕组接成星形工作方式起动。如果没有起动器故障信号，电动机绕组将在5秒钟后切换到三角形连接方式。故障信号山与输出点Q0.3相连的信号灯指示。当故障排除后，操作员按与输入点I0.6相连的确认键，即可消除故障信号。起动器反馈信号通过输入点I0.3、I0.4和I0.5引入。

当关机点动开关或电动机电路断路器(分别与输入点I0.1和I0.2连接)动作时，电动**机。如果开机开关和关机开关同时动作，电动机仍然处于关机状态。

“接通星形起动器”、“起动定时器”和“接通主电源起动器”部分增加了一个条件:只有在无故障信号(Q0.3)出版时才动作。除此之外，为相关的起动器

设置下述的存储器标志位:星形起动器（Q0.1 ），主电源起动器（Q0.0），以及起动定时器(T37)。

“起动器反馈”部分是新的。从原理上讲，反馈就是将输出信号和表示起动器实际状态的输入信号相比较。

输出信号的状态分别和下述反馈输入信号比较:主电源起动器的状态(I0.3)，星形起动器的状态(I0.4)，三角形起动器的状态(I0.5)。如果有差异就起动定时器T38，T38的预置时问为2秒。这段延迟时问对应起动器动作的**长时间。

如果T38溢出后，状态仍小同，故障指示输出点Q0.3被置位。这个故障信号可以用与输

入点I0.6相连的反馈确认键复位。

该程序的长度为70个字。

通用型PLC的硬件的五大组成部分

通用型PLC的硬件基本结构如图1所示，它是一种通用的可编程控制器，主要由中央处理单元CPU、存储器、输入/输出（I/O）模块及电源组成。

图1  通用型PLC的硬件基本结构

主机内各部分之间均通过总线连接。总线分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。各部件的作用如下：

 （1）中央处理单元CPU

 PLC的CPU与通用微机的CPU一样，是PLC的核心部分，它按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；用扫描方式查询现场输入装置的各种信号状态或数据，并存入输入过程状态寄存器或数据寄存器中；诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等；在PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路；分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制、制表打印、数据通信等功能。以上这些都是在CPU的控制下完成的。PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。

    （2）存储器

存储器（简称内存），用来存储数据或程序。它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

PLC配有系统程序存储器和用户程序存储器，分别用以存储系统程序和用户程序。系统程序存储器用来存储监控程序、模块化应用功能子程序和各种系统参数等，一般使用EPROM；用户程序存储器用作存放用户编制的梯形图等程序，一般使用RAM，若程序不经常修改，也可写入到EPROM中；存储器的容量以字节为单位。系统程序存储器的内容不能由用户直接存取。因此一般在产品样本中所列的存储器型号和容量，均是指用户程序存储器。

    （3）输入/输出（I/O）模块

    I/O模块是CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平和输出驱动能力的I/O模块供用户选用。I/O模块要求具有抗干扰性能，并与外界绝缘因此，多数都采用光电隔离回路、消抖动回路、多级滤波等措施。I/O模块可以制成各种标准模块，根据输入、输出点数来增减和组合。I/O模块还配有各种发光二极管来指示各种运行状态。

    （4）电源

PLC配有开关式稳压电源的电源模块，用来对PLC的内部电路供电。

（5）编程器

编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它经过接口与CPU联系，完成人机对话。

编程器分简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程，它通过一个专用接口与PLC连接。智能型编程器即可在线编程又可离线编程，还以远离PLC插到现场控制站的相应接口进行编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全，适应的编程语言和方法也较多。

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