PLC程序设计方法综述

李英辉

摘要：PLC常用的设计方法包括逻辑设计法、转换设计法、时序设计法、经验设计法和顺序设计法等5种设计方法，不同的应用场合可以使用其中的一种或多种设计方法。本文介绍了PLC各设计方法的步骤，通过对比分析总结各设计方法的优缺点及设计技巧。

关键词：PLC；逻辑设计法；转换设计法；时序设计法；经验设计法；顺序设计法可编程序控制器（PLC）是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置[1]。PLC具有可靠性高、体积小、适应性强、维护方便及编程简单等特点，现已经成为现代制造工业四大支柱之一。PLC控制系统设计中梯形图是最关键要素。梯形图是一种形象化的编程语言，它沿用了继电器控制电路的形式，又将计算机程序设计思想融入其中，因此，在设计方法上与计算机程序设计和电气控制设计有相似之处，但也有不同点[2]。PLC常用的设计方法有逻辑设计法、转换设计法、时序设计法、经验设计法和顺序设计法等5种设计方法，不同的应用场合可以使用其中的一种或多种设计方法。下面分别介绍各种设计方法的定义、步骤、特点及技巧，以便设计者根据实际需要选择合适的设计方法。

1逻辑设计法

逻辑设计法是对控制系统进行逻辑分析和综合，将元件的通断状态视为以触点通断状态为逻辑变量的逻辑函数，再经过函数化简，最后利用PLC逻辑指令设计的方法。逻辑设计法常用于组合逻辑设计，其关键是根据逻辑表达式的逻辑关系将输入、输出量进行串并联组合。其设计步骤如下：（1）明确控制任务和要求，给输入、输出元件分配I/O资源；（2）根据控制过程分析，画出逻辑真值表；（3）列写逻辑表达式，并根据公式化简；（4）将化简后的逻辑表达式用PLC内部资源和指令进行设计。逻辑设计法的设计思路清晰，所编写的程序易于优化，因此广泛应用于简单的控制系统中，如电动机的多点控制和顺序控制等。

2转换设计法

转换设计法就是将电气控制系统转换成PLC控制系统的方法。这种转换是一种简便的编程方法，常用在生产设备升级改造中，如电动机降压启动控制电路改造中。其设计步骤如下：（1）根据电气原理图分析控制系统工作过程；（2）确定PLC输入、输出信号，画出PLC的外部硬件接线图；（3）确定PLC梯形图中的辅助继电器和定时器编号；（4）根据上述对应关系设计PLC梯形图，并进一步优化使梯形图满足合理性、条理性和可靠性。设计时需遵循以下原则：（1）接触器、电磁阀等执行元件分配输出继电器，中间继电器分配辅助继电器；（2）启动和停止信号硬件接线时均采用常开触点，而在梯形图中停止信号采用常闭触点；（3）若PLC输入资源丰富，给热继电器常闭触点分配输入继电器，否则将其接在外部控制电路中；（4）时间继电器采用PLC的定时器/计数器代替。

3时序设计法

时序设计法要先画出控制系统的时序工作图，再根据时序关系设计PLC梯形图程序的设计方法。时序设计法适合于以时间为基准的控制系统，如交通灯控制系统。其设计步骤如下：（1）根据控制系统要求分析PLC输入、输出信号；（2）绘制满足控制系统要求的时序工作图；（3）确定定时器的类型、编号及计数值等；（4）根据时序工作图设计梯形图。采用时序设计法设计梯形图时可利用以下技巧：（1）若只用一个定时器，可借助比较指令简化程序，输出在定时器当前值大于等于起始时刻时启动，当前值小于结束时刻时停止；（2）若采用多个定时器，则输出用定时器常开触点启动，常闭触点停止；（3）程序中若有闪烁程序，可采用PLC内部的时钟脉冲信號或编写相应的程序；（4）当定时器时间较长时，可采用定时器级联或计数器实现定时功能。

4经验设计法

经验设计法是要求设计者透彻理解PLC各种指令的功能，凭着对各种典型控制环节和基本单元电路的设计经验，选择各种指令并进行修改和完善相应程序的方法。这种方法没有固定模式可循，设计出的程序质量与编程者的经验有很大关系，通常借助系统流程图辅助完成设计。其设计步骤如下：（1）根据控制要求确定输入、输出继电器；（2）根据工作过程绘制系统流程图；（3）根据设计经验选择PLC指令并设计梯形图；（4）反复试验并完善梯形图以满足全部控制要求。常用的设计经验包括起保停控制电路、顺序控制、脉冲发生器等，设计中常用的自锁、互锁和联锁的设计技巧如下：（1）自锁是在启动按钮两端并联同名接触器常开触点；（2）互锁是在接触器线圈上方串联异名常闭触点；（3）启动（停止）联锁是在控制电路中串联异名常开（常闭）触点。

5顺序设计法

顺序设计法是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的步，每个步对应一种操作状态，根据状态转换条件绘制顺序功能图，再按一定的规则转化为梯形图的设计方法。顺序设计法规律性很强，虽然设计出的程序较长，但是其程序结构清晰、可读性好，主要用于解决顺序控制问题。顺序设计法主要借助顺序功能图完成程序设计，其结构包括单一顺序、选择顺序和并行顺序3种。顺序设计法的设计步骤如下：（1）分析控制要求，确定输入、输出信号类型；（2）将控制过程分成若干工作步，明确各步的动作、转换条件；（3）根据上述分析过程绘制顺序功能图；（4）根据顺序功能图，利用顺序设计指令或辅助继电器设计梯形图。采用顺序设计法时需注意：（1）初始步对应于系统启动时的初始状态，每个顺序功能图需有一个初始步；（2）步与步之间不能直接相连，必须用一个转换条件分隔；（3）转换条件与转换条件之间不能直接相连，必须用一个步分隔。

[参考文献]

[1]郝磊.PLC控制系统设计方法与技巧[J].内江科技,2010，6,95-103.

[2]郑文杰,靳玉杰,李明.可编程序控制器（PLC）梯形图的几种设计方法[J].焦作大学学报，2000,12（4）,41-42.