PLC控制系统软件设计

　　摘要:由plc为核心组成的自动控制系统,称为plc控制系统,可编程控制器的结构和工作方式与单片机、工控机等不尽相同,与传统的继电器控制也有本质的区别。这就决定了其控制系统的设计也不完全一样,其最大特点就是软、硬件可以分开设计。本文就plc控制系统的软件设计做一下介绍。
　　关键词:plc;软件设计
　　为了实现生产工艺的控制要求,以提高生产效率和产品质量,在设计plc控制系统时要遵循以下原则:
　　1、 最大限度地满足被控对象的控制要求。
　　2、 在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济,使用和维修方便。
　　3、 保证控制系统的安全、可靠。
　　4、 考虑到生产的发展和工艺的改进,应适当留有扩充余量。
　　plc控制系统的软件设计就是针对生产工艺要求的控制程序的设计,也就是常说的用户程序设计。用户程序的设计需要分析工艺过程,明确控制要求,列出输入输出分配表的基础上进行。
　　在实际的工作中,软件的实现方法有很多种,具体使用哪种方法,因人因控制对象而异,以下是几种常用的方法。
　　
　　一、经验设计法
　　
　　在一些典型的控制环节和电路的基础上,根据被控制对象对控制系统的具体要求,凭经验进行选择、组合。有时为了得到一个满意的设计结果,需要进行多次反复地调试和修改,增加一些辅助触点和中间编程元件。这种设计方法没有一个普遍的规律可遵循,即具有一定的试探性和随意性,最后得到的结果也不是唯一的,设计所用的时间、设计的质量与设计者经验验多少有关。
　　经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计时比较有效的,可以收到快速、简单的效果。但是,由于这种方法主要时依靠设计人员的经验进行设计,所以对设计人员的要求也比较高,特别时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。对于比较复杂的系统,经验法一般设计周期长,不易掌握,系统交付使用后,维护困难。所以,经验法一般只适合于比较简单的或与某些典型系统相类似的控制系统的设计。
　　
　　二、逻辑设计法
　　
　　工业电气控制线路中,有不少都是通过继电器等电气元件来实现,而继电器,交流接触器的触点都只有两种状态即吸合和断开,因此,用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路时完全可以的,plc的早期应用就是替代继电器控制系统,因此用逻辑设计方法同样也适用于plc应用程序的设计。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后,实现这个逻辑函数的线路就确定了。当这种方法使用熟练后,甚至梯形程序也可以省略,可以直接写出于逻辑函数和表达式对用的指令语句程序。
　　用逻辑设计法设计plc应用程序的一般步骤如下:
　　1、列出执行元件动作节拍表
　　2、绘制电气控制系统的状态转移图;
　　3、进行系统的逻辑设计;
　　4、编写程序;
　　5、对程序检测、修改和完善。

　　三、顺序功能图法
　　
　　顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图,然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始,步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。而对于每一步的程序段,只需处理极其简单的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学,规律性强。设计出的控制程序结构清晰、可读性好,程序的调试和运行也很方便,可以极大地提高工作效率。西门子s7-200 plc采用顺序功能图法设计时,可用顺序控制继电器(scr)指令、置位/复位(s/r)指令、移位寄存器(shrb)指令等实现编程。
　　顺序控制继电器(scr)指令是基于顺序功能图(sfc)的编程方式,专门用于编制顺序控制程序。使用它必须依据顺序功能图进行编程。顺序控制继电器指令的scr程序段对应于顺序功能图中的步,当顺序控制继电器s位的状态为“1”时,对应的scr段中被激活,即顺序功能图对应的步被激活,成为活动步,否则是非活动步。scr段中执行程序所完成的动作或命令对应着顺序功能图中该步相关的动作或命令。程序段的装换(scrt)指令相当于实施了顺序功能图中的转换功能。由于plc周期循环扫描执行程序,编制程序时各scr段只要按顺功能图有序地排列,各scr段活动状态的进展就能完全按照顺序功能图中有向连线规定的方向进行。
　　依据顺序功能图用置位/复位(s/r)指令编制顺序控制程序。用置位/复位(s/r)指令编制顺序控制程序时,使内部标志位继电器与顺序功能图中的步骤建立对应关系。通过置位/复位(s/r)指令,使其某标志位继电器置位或复位,从而达到使相应步的激活和失励的目的。
　　
　　现以4台电动机的顺序启动为例说明用移位寄存器(shrb)指令来编制顺序控制程序,启动的顺序为m1→m2→m3→m4,顺序启动的实践间隔为30s,启动后进行正常运行,直到停车。顺序功能图如下所示。
　　控制系统设计的难易程度因控制任务而异,也因人而异。对于经验丰富的工程技术人员来说,在长时间的专业工作中,受到过各种各样的磨练,积累了许多经验,除了一般的编程方法外,更有自己的编程技巧和方法,可采用经验法。但不管采用哪种方法,平时多注意积累和总结时很重要的。
　　在程序设计时,除了i/o地址列表外,有时还要把在程序中用到的中间继电器(m)、定时器(t)、计数器(c)和存储单元(v)及它们的作用或功能列写出来,以便编写程序和阅读程序。在编程语言的选择上,用梯形图编程还是用语言表编程或使用功能图编程,这主要取决于以下几点:
　　1、有些plc使用梯形图编程不是很方便,则可以使用语句表编程,但是梯形图总比语句表直观;
　　2、经验丰富的人员可以使用语句表直接编程,就像使用汇编语言一样;
　　3、如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务,则最好用顺序功能图来设计。
　　
　　参考文献:
　　plc应用
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