PLC通用编程思路探讨

孔佐君

（黔南民族职业技术学院，贵州都匀 558022）

目前，很多PLC 编程的初学者都会遇到给出控制系统要求，不知道如何下手写梯形图程序的问题，只能做一个实验，背一套程序，或者编程思路不清，考虑不周，系统功能无法实现等情况。是否有一个通用的编程思路，能够适用于大多数机电一体化自动控制系统，学会一种方法，就能够应对大多数应用场合？经过总结，得出一套通用的编程思路，在实践中得到运用，效果良好。本文以西门子系列PLC 为例，对此思路进行探讨。

1 总体思路

为了更好地说明通用编程思路的过程，通过一个实训场景进行说明，以亚龙YL-335B 自动化生产线安装与调试实训设备中供料站

部分实训为案例进行探讨。图1为供料站示意图，系统上电后，系统进行初始化检测，如果各传感器、执行机构气缸处于正常初始化状态，管形料仓中物料充足，则绿色指示灯常亮，表示准备就绪，系统正常可以启动；如果管形料仓中物料不足，则黄色指示灯闪烁，表示物料不足，如果物料用尽，则黄色指示灯常亮，表示已经缺料，系统能自动停止；如果传感器、执行机构气缸不处于正常初始化状态，红色指示灯常亮，表示系统有故障，不能启动；正常启动后，绿灯闪烁，表示系统正在运行，按下停止按钮，系统恢复初始化检测状态；系统运行过程中，顶料气缸伸出防止非底层的物料落下，然后推料气缸把底层物料推向出料台，推料气缸复位，将出料台物料拿走后顶料气缸复位，上层物料落下，进行下一次出料循环。

图1 供料站示意图

了解了系统需求以后，如何思考和编写PLC 控制程序呢？总结的通用编程方法按照以下步骤进行：①系统分析，对程序进行模块化划分；②IO 分配，辅助寄存器标志位的使用；③主程序模块的通用写法；④基于控制流程图的步进程序通用写法。

2 系统分析，对程序进行模块化划分

目前高校的多数相关教材介绍PLC 编程方式都是线性编程，讲解基本指令，进行简单实验演示，很少涉及结构化编程的思路和方法。

线性化编程就是将整个用户程序放在组织块OB1中，在CPU 循环扫描时从上到下依次执行全部指令，其特点是结构简单、但效率低下，程序结构不清晰，造成编写、管理和调试困难。

结构化编程是将程序根据功能划分为不同的逻辑块，且每一个逻辑块完成的功能不同，在OB1中可以根据条件调用不同的功能或模块，其特点是把复杂的工艺过程分解成相对简单、容易编程实现的模块，根据条件调用，提高了CPU 的利用率，同时降低了编程难度。

通用编程思路的第一步就是要将程序划分为多个模块，划分的过程要对系统功能进行合理的分析、分解和综合，做好这一步，就能将庞大复杂的系统分解成为简单、易于实现的模块。

进行模块化划分，一般把系统分为主程序、控制工艺流程子程序和显示子程序3个模块。主程序主要完成系统初始化检测和子程序的调用协调等工作；控制工艺流程子程序主要采用步进程序写法，完成执行动作的工艺流程；显示子程序主要是控制系统指示灯的显示或者触摸屏组态的显示。对于执行元件较多、控制工艺较长的控制工艺流程子程序，还能继续分解成更多更小的控制工艺流程子程序，每个子程序都能独立运行和相互合作。如果需要，还需要插入中断子程序。这里需要说明的是，此种模块化划分是通过主程序和子程序的方式进行划分，适用于所有PLC，对于S7-300系列等级更高级的PLC，软件带有更专业的模块划分方法。

3 辅助寄存器标志位的使用

划分好程序结构后，开始编写梯形图之前，要在编程软件中声明地址分配表并注释元件名称，此时为了更好地理解系统运行状态和进行程序控制，需要给系统的各阶段状态或者关键信息定义一个标志位，这样做的好处是读取标志位状态能知道系统运行的状态，对标志位进行操作能控制系统的进程，对清晰程序结构和编写程序有非常大的帮助，这里建议使用位辅助寄存器M 作为标志位，需要定义的标志位有初态检测标志位、准备就绪标志位。运行状态标志位、启动指令标志位和停止指令标志位，还可以根据系统的特殊要求增加需要的标志位。每个标志位代表一个功能或者系统状态，对标志位进行置位或者复位操作，然后通过标志位的变化去控制程序的流程。

4 主程序的通用编写方法

合理使用规划好的状态标志位进行主程序的编写，主要考虑以下4个方面的问题：①系统初始化及初态检测；②系统如何进入启动运行状态；③系统如何进入停止状态；④子程序与主程序的关系、子程序间的关系及协调。

程序编写过程中摒弃了起保停的思路，全部采用置位指令和复位指令的思路。

系统初始化及初态检测，是在程序一开始需要解决的问题，使用特殊寄存器SM0.1只在第一个扫描周期接通进行初始化，置位初态检测标志位，复位准备就绪标志位、运行状态标志位、启动标志位和停止标志位，根据系统实际情况，置位或者复位相应的输出。然后进行初态检测，看系统是否处于准备就绪状态，具体做法是把初态检测标志位常开触点和所有的传感器触点串联，即进行与运算，其中系统正常准备就绪情况下有信号的传感器用常开触点表示，没有信号的传感器用常闭触点表示，另外，还可以根据系统的需求，增加特殊功能状态的检测，例如串联上供料检测标志位，缺料检测标志位等。输出准备就绪标志位置位，同时复位初态检测标志位，这样只会在系统上电的第一个扫描周期进行初始化，并且检查系统是否处于可以启动运行的状态。本例中，供料站初始化及准备就绪检测程序程序思路具有通用性，变化场景后用同样的思路编写程序，只需根据实际情况修改传感器数量和状态即可。三菱系列及其他品牌的PLC 也和西门子PLC 中SM0.1有同样功能的寄存器指令。

然后考虑系统如何进入启动运行状态，用准备就绪标志位常开触点串联启动信号常开触点，输出运行标志位置位和控制工艺子程序初始步置位，同时要复位和运行状态冲突互锁的标志位，例如准备就绪标志位、停止指令标志位等。有多个启动信号的，根据启动关系进行并联或者串联。

接下来考虑系统如何进入停止状态，这里的思路和启动程序的编写类似，停止信号用常开触点，输出停止指令标志位置位、启动指令标志位复位，同时要将停止状态影响的标志位复位，例如运行状态标志位复位，控制工艺流程子程序初始步复位等。停止信号除了常规的停止按钮外，还需要考虑因为缺料、故障或者意外引起的需要停止系统的情况，如果系统对于停止的过程有严格的顺序步骤，还需要写一个停止过程子程序，用停止标志位调用。启动和停止的互锁，是通过互相复位的形式完成的。

最后考虑子程序的协调和调用问题，这个问题相对简单，使用相关标志位调用子程序即可，对于需要一直调用的子程序，使用特殊寄存器SM0.0激活。

5 基于顺序功能图的子程序编写方法

子程序主要有两种类型：①控制工艺流程子程序；②系统显示子程序。

控制工艺流程子程序的编写，主要采用步进指令SCR 基于顺序功能图进行编写，每一步SCR 程序段需要包含3个要素：输出对象、转移条件和转移目标。输出对象，在这一步中要完成的动作驱动；转移条件，满足条件后，实现SCR 步的转移；转移目标，要转移到的下一个步序。系统控制工艺流程的执行输出可能很多，或者步骤流程较长，但是基于顺序功能图的编写方式简单，有规律可循，且执行过程模式较为固定，稍加练习即可掌握。对于庞大复杂的控制过程，还能拆分成多个部分分别单独编写控制工艺流程子程序，每个子程序再分解成若干单一步骤的组合，就能很方便地实现系统的整体执行过程，在整个系统程序中，控制工艺流程子程序反而不是最难写的。

顺序功能图是完成控制工艺流程子程序的前提和关键所在，在此进行详细说明。顺序功能图（SFC）又称为流程图或者状态转移图，它是一种图形化编程语言，是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能性说明语言，它能够完整地描述电气控制系统的执行过程、特性和功能，是分析和设计电气控制系统控制程序的重要工具。对于一个顺序控制的问题，不管控制逻辑多么的复杂，都能够用顺序功能图的方式描述清楚。

但是很多软件不支持SFC 编程语言，不能直接用SFC 编程，因此大多数人的操作习惯不是用软件的SFC 功能，而是在需要使用顺序功能图的时候，手动画出SFC 顺序流程图，再对照SCR 步进指令编写PLC 梯形图，编写步进指令梯形图的过程中有些操作看似重复繁琐，程序也较长，但是思路非常清晰，易于上手和实现，尤其是对于控制逻辑比较复杂的控制系统，例如选择分支、并行分支和跳转循环的环节较多时，画出SFC 顺序流程图，再转换成步进控制流程梯形图的方法，仍然是最有效和可靠的编程方法。

顺序功能图主要由“状态”或称“步”“转移条件”“动作（驱动）”及有向线段等元素组成。“状态（步）”是控制系统中一个相对不变的性质，对应一个稳定的情形或者某个过程。状态一般从初始状态开始，大多系统都需要重复循环运行，所以在末状态一般都会跳转回初始状态周而复始运行。每个状态都有一个编号，根据习惯，对应PLC 不同编号的命名也有所不同，且可以不按顺序命名或者跳转。“动作（驱动）”是指在当前状态下需要执行的控制动作，可以是一个动作或者多个动作，也可不做动作只是等待。“转移条件”是指当满足某个特定条件且当前状态处于激活时，控制系统从当前状态跳转到下一个指定的状态，指定状态被激活，当前状态被复位。有向线段用来连接以上元素，表明方向等信息。本例中将供料站控制工艺状态（步）进行了合并优化，分成了推出步S0.0和复位步S0.1，合并优化的原则就是在一个状态（步）中同一个输出只出现一次，不同输出尽量合并在同一个状态（步）中，就能简化状态（步）的数量。

显示子程序大部分情况是指示灯的显示，这里要避免对同一个指示灯的多种显示状态编写多个输出，导致双线圈的错误编程，同一个指示灯只能有一个输出，多种状态可以通过并联方式编写，比如常亮和不同频率闪烁，同时，多个显示状态之间进行互锁控制。

6 结语

PLC 通用编程思路探讨，不仅限于西门子系列PLC，同样适用于三菱系列，国产系列等PLC。这个思路是一个整体框架性思路，对于需要用到变频器、步进驱动、伺服驱动等特殊元器件的应用，同样可以嵌入到框架当中，有时候需要根据系统需求多增加几个驱动子程序。