顺序控制在工业控制系统中应用十分广泛。传统的“继电器-接触器”控制只能进行一些简单控制,且整个系统十分笨重庞杂,接线复杂,故障率高;对于有些更复杂的控制甚至根本实现不了。而用PLC进行顺序控制则变得轻松简便,可以用各种不同指令,编写出形式多样、简洁清晰的控制程序。就是一些非常复杂的控制也变得十分简单。
1. 用定时器实现时间顺序控制
用定时器可对被控对象实现时间顺序启停控制,用定时器编写的实现时间顺序控制的梯形图和语句表如图6-55所示。当10.0总启动开关闭合后,00.0先接通;经过5s后Q0.1接通,同时将00.0断开;再经过5s后Q0.2接通,同时将Q0.1断开;又经过5s后Q0.3接通,同时将Q0.2断开;再经过5s又将Q0.0接通,同时将Q0.3断开······如此循环往复,实现了时间顺序启动/停止的控制。

图6-55 用定时器编写的实现时间顺序控制的梯形图和语句表
(a)梯形图;(b)语句表
用定时器实现时间顺序控制的实质就是运用定时器的定时与延时功能,在不同时间点上实现被控对象的启停。
2. 用计数器实现顺序控制
用计数器减1计数的原理,可对被控对象实现顺序启停控制。用计数器实现顺序控制的梯形图和语句表如图6-56所示。当10.0第一次闭合时Q0.0接通;第二次闭合时Q0.1接通;第三次闭合时Q0.2接通;第四次闭合时Q0.3接通,同时将计数器复位;又开始了下一轮计数,如此往复,实现了顺序控制。这里10.0 既可以是手动开关,也可以是内部定时时钟脉冲,后者可实现自动循环控制。程序中还使用了比较指令,只有当计数值等于比较常数时相应的输出才接通。
利用减1计数器C40进行计数,由控制触点10.0闭合的次数,驱动计数器计数,结合比较指令,将计数器的计数过程中间值与给定值比较,确定被控对象在不同计数点上的启停,从而实现控制各输出接通的顺序。
3. 用移位指令实现顺序控制
用移位指令将移位数据存储单元中的数据位移动,当某数据位为"1"时,利用该位启动其后的输出,对被控对象实现顺序启停控制。
用左移移位指令编写的顺序控制梯形图和语句表如图6-57所示。利用一个开关触点I0.1实现对输出映像寄存器Q0.0、Q0.1、Q0.2和Q0.3的顺序控制。I0.1为移位脉冲控制触点,10.1每闭合一次VB1 左移一位。当VB1前4位初始值为0时,VB1的第零位置为1,即V1.0为1,此时输出Q0.0被接通;当I0.1第一次闭合时VB1左移一位1,于是VB1中V1.1接通,使输出 Q0.1被接通,同时V1.0断开。此后I0.1每闭合一次,VB1置位的1左移一位,使VB1的一位接通,从而接通一个输出端子。如此实现了将各输出顺序接通与断开。当I0.1第三次闭合时,Q0.3被接通;当I0.1第四次闭合时,将V1.0各位复位,于是又开始了新一轮循环。
用左移位指令将移位数据存储单元中的数据位左移,利用左移的位启动其后的输出,确定被控对象在不同移位点上的启停。

图6-56 用计数器实现顺序控制的梯形图和语句表
(a)梯形图(b)语句表
4. 用顺序控制功能指令实现顺序控制
图6-58为某一专用冲床动力头的进给运动示意图。系统的一个周期分为快进、工进和快退3步,另外还设置有一个等待启动的初始步。动力头初始状态停留在Zui左边,位置开关10.1状态为1。启动按钮为10.0. 00.0~00.2控制3个电磁阀,这3个电磁阀依次控制快进、工进和快退3步。按下启动按钮,动力头的运动如图6-58所示,工作一个循环后,动力头返回并停留在初始位置。该控制可以用通用逻辑指令方法编程实现。

图6-57 用左移移位指令编写的顺序控制梯形图和语句表
(a)梯形图;(b)语句表

图6-58 某一专用冲床动力头的进给运动示意图
顺序功能图(Se Function Chart,SFC)是一种位于其他编程语言之上的图形语言,用来编制顺序控制程序。
SFC提供了一种组织程序的图形方法,在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图中的几种主要元件,步是一种逻辑块,即对应于特定的控制任务的编程逻辑;动作是控制任务的立部分;转换是从一个任务变换到另一个任务的原因或条件。如图1-43所示。可以用顺序功能图来描述系统的功能,根据它可以很容易地编写出梯形图程序。

功能块图
功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言,有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似“与门”“或门”“非门"的方框来表示逻辑运算关系,方框的左侧为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量,输入、输出端的小圆圈表示"非"运算,信号是自左向右流动的。功能块图如图1-44所示。

结构文本及其他编程语言
结构文本(Structured Text,ST)是为IEC 1131-3标准创建的一种的编程语言,与FBD相比,它能实现复杂的数学运算,编写的程序非常简洁和紧凑。
目前也有一些PLC可用BASIC和C等语言进行编程,但使用尚不普遍,本书从略。
虽然PLC有5种编程语言,但在FXaNPLC的编程软件中,用户只可以选用LAD、FBD和STL这三种编程语言,其中FBD不常用。STL程序较难阅读,其中的逻辑关系很难一眼看出,所以在设计复杂的开关量控制程序时一般都使用LAD语言。但STL可以处理某些不能用LAD处理的问题,且STL输入方便快捷,还可以为每一条语句加上注释,便于复杂程序的阅读。在设计通信、数学运算等应用程序时建议使用语句表语言。LAD程序中输入信号与输出信号之间的逻辑关系一目了然,易于理解,与继电器-接触器控制系统电路图的表达方式极为相似,设计开关量控制程序时建议选用LAD语言。

PLC的机型选择基本原则
机型选择的基本原则是在满足功能要求及可靠、维护方便的前提下,力争佳的性能价格比。
1.合理的结构型式
整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小,所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中;而模块式PLC的功能扩展灵活方便,I/O点数量、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面,选择余地较大。维修时只要更换模块,判断故障的范围也很方便。因此,模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差(维修量大)的场合。
2.安装方式的选择
根据PLC的安装方式,系统分为集中式、远程I/O式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系统反应快、成本低。大型系统经常采用远程I/O式,因为它们的装置分布范围很广,远程I/O可以分散安装在I/O装置附近,I/O连线比集中式的短,但需要增设驱动器和远程I/O电源。多台联网的分布式适用于多台设备分别立控制,又要相互联系的场合,可以选用小型PLC,但要附加通信模块。
3.相当的功能要求
一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统,可选用能带A/D和D/A单元。具有加减算术运算。数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂,要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度,选用中档或PLC。但是中、PLC价格较贵,一般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
4.响应速度的要求
PLC的扫描工作方式引起的延迟可达2-3个扫描周期。对于大多数应用场合来说,PLC的响应速度都可以满足要求,不是主要问题。然而对于某些个别场合,则要求考虑PLC的响应速度。为了减少PLC的I/O响应的延迟时间,可以选用扫描速度高的PLC,或选用具有高速I/O处理功能指令的PLC,或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。
5.系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。
6.机型统一
一个企业,应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑以下三个方面的问题:
(l)同一机型的PLC,其编程方法相同,有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
(2)同一机型的PLC,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理。
(3)同一机型的PLC,其外围设备通用,资源可共享,易于联网通信,配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。

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