可编程序控制器基本指令应用案例解析

1.定时器运用

1）继电器－接触器控制原理图分析

如图5－39为三相电动机延时启动的继电器—接触器控制原理图。按下启动按钮SB1，延时继电器KT得电并保持，延时一段时间后接触器KM线圈得电，电动机启动运行。按下停止按钮SB2，电动机停止运行。延时继电器KT使电动机完成延时启动的控制任务。

图5－39　三相电动机延时启动的继电器—接触器控制原理图

2）分配I/O地址，绘制I/O接线图

根据控制任务，要实现电动机延时启动，只需选择发送控制信号的启动、停止按钮和传送热过载信号的FR常闭触点作为PLC的输入设备；选择接触器KM作为PLC输出设备，控制电动机的主电路即可。时间控制功能由PLC的内部元件（T）完成，不需要在外部考虑。根据选定的I/O设备分配PLC地址如下：

X020——SB1启动按钮；

X021——SB2停止按钮；

Y020——接触器KM。

根据上述分配的地址，绘制的I/O接线图，如图5－40所示。

3）设计PLC程序

根据继电器—接触器电气原理，可得出PLC的软件程序，如图5－41所示。程序采用X020提供启动信号，辅助继电器M000自保以后供T000定时用。这样就将外部设备的短信号变成了程序所需的长信号。

图5－40　电动机延时启动的I/O接线图

图5－41　电动机延时启动的PLC程序

2.进库物品的统计监控计数器C的应用

1）设计任务分析

有一个小型仓库，需要对每天存放进来的货物进行统计。当货物达到150件时，仓库监控室的绿灯亮；当货物数量达到200件时，仓库监控室红灯以1 s频率闪烁报警。

控制任务的关键是要对进库物品进行统计计数。解决的思路是在进库口设置传感器检测是否有物品进库，然后对传感器检测信号进行计数。这需要用到PLC的另一编程元件——计数器。

2）分配地址，绘制I/O接线图

如图5－42所示，根据控制任务要求，需要在进库口设置传感器，检测是否有进库物品到来，这是输入信号。传感器检测到信号以后送给计数器进行统计计数，但计数器是PLC的内部元件，不需要选择相应的外部设备。但计数器需要有复位信号，从控制任务来看，需要单独配置一个按钮供计数器复位，同时也作为整个监控系统的启动按钮。本控制任务的输出设备，就是两个监控指示灯（红灯和绿灯），分配地址如下：

图5－42　仓库监控系统I/O接线图

X000：进库物品检测传感器；

X001：监控系统启动按钮（计数复位按钮）SB；

Y000：监控室红灯L0；

Y001：监控室绿灯L1。

3）设计PLC程序

如图5－43为监控系统的梯形图控制程序。当有一件物品进库时，传感器就通过X000输入一个信号，计数器C000、C001分别计数一次，C000计数满150件时其触点动作，使绿灯（Y001）点亮；C001计数满200件时其触点动作，与M8013（1 s时钟脉冲）串联后实现Y000红灯以1 s频率闪烁报警。

图5－43　监控系统的梯形图控制程序

4）程序调试

按照I/O接线图接好电源线、通信线及I/O信号线，输入程序进行调试，直至满足要求。

3.LED数码管设计应用

1）设计任务及要求

LED数码管由7段条形发光二极管和一个小圆点二极管组成，根据各段管的亮暗可以显示0～9的10个数字和许多字符。设计用PLC控制的数码管程序，要求：分别按下X000、X001和X002时，数码管相应显示数字0、1和2；按下X003时，数码管显示小圆点。每个字符显示1 s后自动熄灭。

LED 7段数码管的结构如图5－44所示，有共阴极和共阳极两种接法，本书采用共阴极接法。在共阴极接法中，COM端接低电位，这样只需控制阳极端的电平高低就可以控制数码管显示不同的字符。例如，当b端和c端输入为高电平、其他各端输入为低电平时，数码管显示分别为“1”；当a、b、c、d、e、f端输入全为高电平时，数码管显示为“0”。

图5－44　LED 7段数码管的结构

（a）外形结构；（b）共阴极结构；（c）共阳极结构

2）方案设计，分配地址，绘制I/O接线图

根据本任务的控制要求，输入地址已经确定。按下X000要求数码管显示字符“0”，即X000应为“0”按键；同理，X001为“1”按键；X002为“2”按键；X003为“圆点”按键。本任务的输出设备就是一个数码管，但因为它是由7段长型管a、b、c、d、e、f、g和一个圆点管组成的，所以需要占用8个输出地址。本控制任务的输出地址分配是：数码管圆点dp对应Y000；数码管a～g段对应Y001～Y007。由此绘制的I/O接线图如图5－45所示。

图5－45　数码管显示的I/O接线图

3）设计梯形图程序(www.xing528.com)

各个字符的显示是由7段码的不同点亮情况组合而成的，例如，数字0和数字1都需要数码管的b（Y2）、c（Y3）两段点亮。而PLC的梯形图设计规则是不允许出现双线圈的，所以要用辅助继电器M进行过渡。用M作为各字符显示的状态记录，再用记录的各状态点亮相应的二极管。

下面用PLC的经验设计法进行数码管显示程序的设计，读者应注意体会。

（1）字符显示状态的基本程序。

搭建程序的大致框架，在本程序中就是用辅助继电器做好各按键字符的状态记录。例如，按下X000时，用M000做记录，表明要显示字符“0”，如图5－46所示。因圆点dp是单一地接通Y000，所以不需要用M做中间记录。

图5－46　字符显示状态的基本程序

（2）字符的数码管显示程序。

将上一步记录的各状态用相应的输出设备进行输出。例如，M000状态是要输出字符“0”，那就要点亮a、b、c、d、e、f段，也就是要将Y001～Y006接通；M001状态是要输出字符“1”，那么要点亮b、c段，也就是要将Y002、Y003接通。据此设计的梯形图程序如图5－47所示。

图5－47　字符的数码管显示的梯形图程序

（3）数码管显示1 s的定时程序。

各个字符都显示1 s，所以就用M000～M002各状态及Y000的常开触点将定时器T000接通定时1 s，如图5－48所示。

图5－48　数码管显示1 s的定时程序

（4）数码管显示的最终梯形图程序。

将前面各步的程序段组合在一起，并进行总体功能检查（有无遗漏或者相互冲突的地方，若有就要进行添加或者衔接过渡），最后完善成总体程序，如图5－49所示。本程序中T000常闭触点切断M各状态和Y000，就是最后检查出来的属于遗漏的地方。

图5－49　数码管显示的最终程序

4）编写指令表程序及进行程序调试

按照I/O接线图，接好电源线、通信线及I/O信号线，输入梯形图程序或编写指令表程序并调试运行，直至满足控制要求。现场调试时注意数码管的接线要正确。

4.梯形图程序设计规则与梯形图优化、经验设计法

1）梯形图程序设计规则与梯形图优化

（1）输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的触点可以多次重复使用，无须复杂的程序结构来减少触点的使用次数。

（2）梯形图每一行都是从左母线开始的，经过许多触点的串、并联，最后用线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边，任何线圈不能直接与左母线相连，如图5－50所示。

（3）在程序中，除步进程序外，不允许同一编号的线圈多次输出（不允许双线圈输出），如图5－51所示。

图5－50　触点不能放在线圈的右边

（a）错误的梯形图；（b）正确的梯形图

图5－51　不允许双线圈输出

（4）不允许出现桥式电路。当出现如图5－52（a）的桥式电路时，必须转换成如图5－52（b）的形式才能进行程序调试。

图5－52　不允许出现桥式电路

（a）桥式电路；（b）优化梯形图

（5）为了减少程序的执行步数，梯形图中并联触点多的应放在左边，串联触点多的应放在上边。如图5－53所示，优化后的梯形图比优化前少一步。

图5－53　梯形图的优化

（a）优化后的梯形图1；（b）优化后的梯形图2

（6）尽量使用连续输出，避免使用多重输出的堆栈指令，如图5－54所示，连续输出的梯形图比多重输出的梯形图在转化成指令程序时要简单得多。

图5－54　多重输出与连续输出

（a）多重输出；（b）连续输出

2）PLC经验设计法

所谓的经验设计法，就是在传统的继电器—接触器控制图和PLC典型控制电路的基础上，依据积累的经验进行翻译、设计修改和完善，最终得到优化的控制程序。需要注意如下事项。

（1）在继电器—接触器控制电路中，所有的继电器—接触器都是物理元件，其触点都是有限的。因而控制电路中要注意触点是否够用，要尽量合并触点。但在PLC中，所有的编程软元件都是虚拟器件，都有无数的内部触点供编程使用，不需要考虑怎样节省触点。

（2）在继电器—接触器控制电路中，要尽量减少元器件的使用数量和通电时间的长短，以降低成本、节省电能和减少故障概率。但在PLC中，当PLC的硬件型号选定以后其价格就定了。编制程序时可以使用PLC丰富的内部资源，使程序功能更加强大和完善。

（3）在继电器—接触器控制电路中，满足条件的各条支路是并行执行的，因而要考虑复杂的联锁关系和临界竞争。然而在PLC中，由于CPU扫描梯形图的顺序是从上到下（串行）执行的，因此可以简化联锁关系，不考虑临界竞争问题。