浅析PLC梯形图的应用设计

常芳

【摘 要】梯形图是PLC程序设计中使用最多的语言，被称为PLC的第一编程语言，对初学者来说，往往感觉到困难。本文以三菱FX系列PLC对开关量控制系统梯形图的设计为例，提出了几种常用方法，供大家参考。

【关键词】PLC；梯形图；设计方法

【中图分类号】TP273 【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2019）03-0008-02

传统继电接触器控制由于其系统运行通用性和灵活新较差，其使用、调试困难；随着电子技术的和控制理论的不断发展，传统继电接触器控制就不能满足现代的自动控制要求。这就出现了控制精度高，灵活方便，而得到广泛的应用的PLC。在PLC的使用过程中，程序设计是主要问题。而程序设计中，使用最多的是梯形图编程语言，对于梯形图的设计初学者往往感觉到困难。本文以三菱FX系列PLC对开关量控制系统梯形图的设计，提出了几种常用方法。

一、梯形图经验设计法

经验设计方法需要设计者掌握大量的典型电路，在掌握这些典型电路的基础上，充分理解实际的控制问题，根据被控对象对控制系统的具体要求，将实际控制问题分解成典型控制电路，凭经验选择基本环节，并把它们有机地组合起来。其设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳方案，程序初步设计后，还需反复调试、修改和完善，直至满足被控对象的控制要求。基本设计方法步骤如下：

1.了解和熟悉生产机械的工艺过程和机械的动作情况，分析控制要求，选择控制原则。

2.设计主令元件和检测元件，确定PLC输入输出设备（I/O）。

3.设计执行元件的控制程序。

4.检查修改和完善程序。

例如三相异步电动机正反转控制电路，用PLC经验设计法设计，其I/O接线图如图1所示，梯形图如图2所示。

经验设计法没有普遍的规律可遵循，具有很强的试探性和随意性，没有规律可循，设计最终结果并不是唯一的，设计所花的时间、设计质量与设计者的经验有很大关系。

经验设计法适合于具有一定实践经验、对典型单元比较熟悉的设计人员，进行较简单的控制系统的设计。如果用来设计复杂控制系统，则存在考虑不周，设计麻烦，设计周期长、梯形图的可读性差，系统维护困难的问题。

二、梯形图逻辑设计法

工业电气控制线路中，有不少都是通过继电器、接触器等电气元件来实现的。而继电器、接触器的触点都只有两种状态即吸合和断开，因此，可以类似计算机的二进制码来表示这个过程，如取“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。PLC的早期应用就是代替继电接触器控制系统，因此用逻辑设计方法同样也可以使用PLC应用程序的设计。基本设计方法步骤如下：

1.通过分析控制要求，明确控制任务和控制内容。

2.确定PLC的软元件（输入信号、输出信号、辅助继电器M和定时器T等），画出PLC的外部接线图。

3.将控制任务、要求转换为逻辑函数（线圈）和逻辑变量（触点），分析触点与线圈的逻辑关系，列出真值表。

4.写出逻辑函数表达式。

5.根据逻辑函数表达式画出梯形图。

6.优化梯形图。

比如，某召唤站的召唤指示灯，只有在三个召唤开关中任何一个或任何两个动作时，召唤指示灯才能亮，而在其他任何情况下都不亮。召唤指示灯由PLC输出继电器Y0来控制，三个召唤开关分别对应PLC输入地址为 X0 、 X1 、 X2 。三个召唤开关中任何一个操作Y0有输出的逻辑代数表达式为Y0=X0X1X2+X0X1X2+X0X1X2；三个召唤开关中任何两个操作Y0有输出的逻辑代数表达式为Y0=X0X1X2+X0X1X2+X0X1X2；因两个条件是“或”关系，所以召唤指示灯Y0输出的条件是：Y0=X0（X1+X2）+X0（X1+X2）。根据逻辑代数表达式，画梯形图。如图3所示。

利用这种方法设计，最大的特点是可以把很多的逻辑关系最简化。一般用在局部或具体功能的程序设计上。

三、梯形图顺序控制设计法

顺序控制设计法最基本的思想是按照生产工艺规定将系统的一个工作周期的划分为若干个顺序相连的阶段。使用顺序控制设计法时，首先要根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。主要有以下四个步骤：

1.划分步。

2.确定转换条件。

3.绘制顺序控制流程（功能）图（SFC）。

4.将顺序控制流程（功能）图转换为梯形图（LAD）。

例如酒店的自动门控制系统。当人靠近自动门时，传感器X0检测到有人时，Y0驱动电动机快速开门，碰到开门减速开关X1时，变为慢速开门。碰到开门极限开关X2时电动机停转，开始延时。若在1S内感应器检测到无人，Y2起动电动机快速关门。碰到关门减速开关X3时，改为慢速关门，碰到关门极限开关X4时电动机停转。在关门期间若传感器检测到有人，停止关门，T1延时1S后自动转换为快速开门。其控制流程如图4所示，转换后的梯形图如图5所示。

这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。PLC为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图。

四、模块设计法

模块设计法是在设计时，将程序被分为不同的逻辑块，每个块包含了完成部分控制任务所需的逻辑指令。主程序中的指令决定在什么情况下调用哪一个块，功能和子程序用来完成不同的过程任务。被调用的块执行完后，返回到主程序的调用点，继续执行子程序。

模块化设计，易于实现多人同时对一个项目编程。由于只在需要时执行相关的指令，因此提高了CPU的执行效率。

例如，在饮料灌装生产线控制系统中，对饮料灌装生产线控制按功能可分为：清洗模块，灌装模块，上盖模块等。按饮料灌装生产线功能进行梯形图设计，可使饮料灌装生产线相同功能的程序集中在一起，程序结构清晰，便于调试，还可以根据需要灵活增加其他控制功能。

当然，在设计中要注意模块之间的互相影响时、时序关系，以及联锁指令的使用条件。同一种控制功能可有不同的软件实现方法，应根据具体情况采用简单实用的方案，并应充分利用不同机型所提供的編程指令，使程序尽量简洁。

五、结束语

本文介绍了PLC梯形图的四种设计方法，除此之外，还有其他一些方法，继电接触器控制电路转换法。在系统设计中对不同的环节，可根据具体情况，采用不同的设计方法。通常在全局上采用顺序控制设计及功能模块方法设计；在旧设备改造中，采用继电接触器控制电路转换法；在局部或具体功能的程序设计上，采用逻辑代数法和经验法。但是，不管采用哪种方法，都应当遵循梯形图中的语法规定，尽量减少PLC的输入和输出信号，使程序简单化。为安全起见，除PLC内部进行联锁外，还应在外部设置硬件联锁以及必要的其它保护措施。

参考文献

[1]MITSUBISHI.三菱微型可编程序控制器编程手册，2009.04.

[2]王国海.可编程序控制器及其应用—北京：中国劳动社会保障版社，2014.01.

[3]刘刚.PLC应用技术—北京：知识产权出版社，2016.04.