PLC梯形图程序分析方法研究.pdf

第 3期 总第 1 8 4期 2 0 1 4年 0 6月 机 械 工 程 与自 动 化 ME CHANI CAI ENGI NEERI NG AUTOMATI ON No． 3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 3 0 1 5 4 0 2 P L C梯形 图程序分析方法研究 石 1 ．太原理工大学 阳泉学院 信息工程 与 自动化系， 山西太 原0 3 0 0 2 4 昊 山西 阳泉0 4 5 0 0 0 ；2 ． 太原理 工大学 信 息X - 程 学院， 摘要 从 P I c的运 行方式和 梯形图与电气图的关系两方面 阐述 了梯 形 图程序的特 点，论 述 了分析梯形 图程 序 时容 易出现 的误 区，总结 了通过 画工作 波形图来分析梯 形 图程序的方法。 关键词 P L C；梯形 图；分析方法 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 P L C是适用 于工业环境而开发 的 自动化控制设 备， 其使用者多数为企业中的电气技术人员 ， 为适应他 们的传统习惯和掌握能力 ， 通常 P L C不采用计算机编 程语言 ， 而常常采用面向控制过程 、 面 向问题的“ 自然 语言” 编程 。实际工作中， 梯形图是使用得最多的图形 编程语言 ， 梯形图与传统的继 电器控制系统的电气 图 类似 ， 具有直观易懂的特点， 更容易被电气技术人员所 掌握 。 1 P L C梯 形 图程序 的特 点 1 ． 1循 环扫描 的 工作 方式 P L C采用循环扫描的工作方式 ， 以扫描周期为基 本单位 ， 每个扫描周期都会把用户程序完整地执行一 遍 ， 而不像常见 的计算机程序 ， 只是将程序从头到尾执 行一遍。因此 ， 在分析梯形图程序时不能 以程序为单 位进 行分 析 ， 而是 以周期 为单 位进 行分 析 ， 即每个 周期 都要从头到尾完整地分析一遍程序。 1 ． 2 梯 形 图与普 通 电气 图的联 系 P L C的梯形图语言符合 电气原理图规律 ， 易于被 人们接受和掌握， 因此传统的电气技术人员 即使不具 备计算机 知识 也可 以方便地使用 。从 设计表达形式 看 ， P L C的梯 形 图与继 电器控 制系 统 的电气 图很 相 似 ， 都采用电气符号来表示。但是 由于 P L C本质是工 业用计算机 ， 因此分析梯形图程序时 ， 不能照搬电气图 的分析方法 ， 还应考虑计算机的工作原理 。 2 分析 梯 形图程 序容 易 陷入 的误 区 基 于 P L C梯 形 图程序 的特 点 ， 因此初 学 者 在分 析 P L C梯形图程序时容易陷入一些误 区。 首先 ， 在继电器控制系统中， 当一些梯级同时满足 导通条件时， 这些梯级 中的继电器线圈会同时通电， 可 见 继 电器控 制 系 统 是 一 种 并 行 的 工 作 方 式 。而 P L C 采用循 环 扫描 的工作 方 式 ， 即程 序 的执 行 是按 语 句 排 列的先后顺序进行的， 是一种串行的工作方式 ， 不会 出 现多个 线 圈同 时改变 状 态 的情 况 ， 这 样 有利 于避 免 触 点竞争和时序失配。因此 ， 在分析梯形图程 序时应时 刻注意各继应器线圈的状态是依次改变的， 上一条语 句赋予了某个继 电器线 圈新 的状态， 紧接着再用到该 继 电器触点 时 ， 就要按 新 的状态 来 执行 ， 即一 定要按 照 书写顺序一条一条来分析， 当同时分析几行梯形图时 ， 很容易受到分析继电器 电路 的思路的影响， 进而产生 一 些 错误 的结 论 。 其次 ， 不能 以理解计 算机程序 的思路来理解梯形 图程序 ， 计算机是等待命令的工作方式 ， 程序中即使有 循环有选择也往往只是整段程序从头到尾执行一遍 。 而 P L C却 是 在一遍 一遍 不停 的执 行程 序 ， 每个 周 期都 要把整个程序执行一遍 ， 所 以本 周期某条指令执行 的 结果 ， 下 一周期 就 可能 会 对 写 在 它前 面 的指 令 的 执 行 发生影响。因此 ， 在分析梯形 图程序时， 应排除分析计 算机程序时的习惯性思维。 3 梯 形图程 序分 析方 法 为使初学者在学 习 P L C时能够对梯形图程序有 更准确的理解 ， 能够掌握更可靠的梯形 图分析方法 ， 笔 者总结归纳了分析梯形图程序的人 门方法和工具 ， 即 “ 三条依据工作波形图” 。 3 ． 1 三条依 据 把 常用 的 P L C继 电器 归 为 4类 输 人 继 电 器 、 特 殊继电器、 普通继 电器和输 出继电器 。为了使初学者 能够更 明确地判断各继电器的状态 ， 总结 以下 3 点 ① 收稿 日期 2 0 1 3 一 1 0 1 5 ；修 回日期 2 0 1 4 0 2 2 8 作者简介 石吴 1 9 8 2 一 ，男 ，山西 阳泉人 ，助教 ，在读硕士研 究生，研究方 向自动控制 系统 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 3期 石昊 P I C梯形 图程序分析 方法研 究 1 5 5 输入继 电器 和输 出继 电器 的状态 是 由外 部设 备 或 P L C本身来决定 的， 指令无法随 意改变其状态 ； ②普 通继电器和输出继 电器 的状态是由指令来决定 的， 指 令没有改变时， 其状态 就保持 上一周期延续下来的状 态不变； ③除一些特殊继电器外 ， 大部分继电器的初始 状 态 为 O F F。 3 ． 2 工作波 形 图 工作波形 图是分析梯形图程序 的一种工具。P L C 中的工作波形图是指继电器线圈的状态随时间变化 的 曲线 ， 用处 于高位的点表示继 电器线 圈状态为 0N， 处 于低 位 的点 表示 继 电器线 圈状 态 为 OF F， 横 轴 为 时 间 轴 。通过工作波形图能够 明确地看出各继 电器之间的 关系， 因此可利用画工作波形图的方 法来分析和理解 梯形图程序的功能。 首先， 应确定需要 画哪个工作波形 图。程序 中各 继电器的状态往往是相互制约 的， 如果 只画某几个继 电器的工作波形 图， 往往会容易混淆 他们之 间的约束 关 系 。因此 ， 应把 梯 形 图 程 序 中涉 及 到 的所 有 继 电器 线圈的状态画出来。当每个继 电器的状态都以工作波 形图的方式画出来的时候 ， 输出继电器随输入继 电器 的状态 变化 关 系也 就显 而易 见 了 。因此可 直 观地看 到 输出信号随着输入信号 的变化而变化 ， 而这种变化关 系正体现出了该梯形 图程序的功能。 其次 ， 以 P L C工作的扫描周期为基本单位画工作 波形图， 把每个扫描周期各继电器的状态画出来 ， 则工 作波形图也就形成了。但是 ， P L C的扫描周期是 以微 秒为单位衡量的， 一秒钟会有很多个扫描周期 ， 而分析 的程序运行时间较长 ， 因此必须要确定哪些 扫描周期 是 需要 分析 的 。 1 第一个扫描周期。由于各继电器状态在周期 之间具有延续性， 因此确定第一个周期各继电器 的状 态 ， 有助于确定后续周期各继电器的状态 。 2 有继电器的状态发生改变的周期。通常是输 入继电器或者特殊继电器的状态发生改变从而引起普 通继电器和输出继电器状态随之改变。而且往往我们 不能只分析一个扫描周期 ， 因为某个继 电器状 态的改 变 有 可能在 下 一周 期影 响 到前 面程序 段 中继 电器 的状 态 。因此 ， 在分 析 时应 从 继 电器 线 圈 状 态 发 生改 变 的 周期开始 ， 直到各继 电器的状态都稳定的周期为止。 除上述两种特殊情况外 ， 其余周期的各继电器 的 状态均稳定 ， 我们只需顺着前续的状态画出来 即可 。 由于各继电器的状态特点 ， 因此 ， 在画工作波形图 时 ， 一 般先 画特 殊继 电器 和输 入继 电器 ， 然后 画普 通继 电器和输出继电器。图 1为启保停控制程序的工作波 形 图。 0 0 0 0 l J L L 一I L J 一 I I卜 J 上 L 1 0 1 0 0 0 _ _ J Tl T 2 T 3 T 4 T5 b 继电器工作波形图 图 1 启保停控制程序的工作波形图 4 总结 梯形图程序分析方法 为初学者提供 了一种直观、 明确 、 可操作性强 ， 而且 很容易掌握 的梯形 图分析方 法 ， 让初学者在对 P L C和梯形图理解还不够深入的时 候 ， 具备能够分析较简单的梯形图程序的能力 。 参考文献 [ 1 ] 赵营， 严义． 基于梯形图复杂依赖关系的分解研究[ J ] ． 机 电工程 ， 2 0 1 2 ， 2 9 5 6 0 5 - 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