plc編程入門梯形圖

　　梯形圖是一種PLC編程語言，也被稱為梯形邏輯（Ladder Logic）。之所以稱為梯形圖，是因為這種程序由一條條水平線構(gòu)成，看起來很像梯子。

　　梯形圖是為電氣工程師發(fā)明的，它是一種圖形化的編程語言，這意味著編程的過程不是采用文本，而是組合各種不同的圖形符號，由于目標(biāo)用戶是電氣工程師，因此采用的符號非常類似于電路符號，以便于電氣工程師理解。

　　梯形圖主要用于位邏輯操作，其規(guī)范有PLCOpen負(fù)責(zé)制定，因此梯形圖是標(biāo)準(zhǔn)化的PLC編程語言，該標(biāo)準(zhǔn)為IEC 61131-3。

　　梯形圖基礎(chǔ)

　　創(chuàng)建梯形圖時，你首先看到的就是兩條豎線，就是在這兩條豎線之間進(jìn)行梯形圖的編制，其中每一條水平線被稱為一個Rung（橫線）：

　　梯形邏輯符號就放置在這些水平線上，正如你在上圖中看到的，我在每一個水平線上標(biāo)記了數(shù)字，以便于理解PLC是如何執(zhí)行梯形邏輯的。你可能聽說過PLC掃描時間或掃描周期，簡單地說，PLC首先掃描其輸入，然后執(zhí)行程序，最后設(shè)置輸出。

　　但是PLC如何執(zhí)行我們的梯形邏輯？

　　一次一條水平線。

　　這可能是梯形邏輯的最重要的一條規(guī)則：PLC一次只能執(zhí)行一條水平線，然后才是下一條。實際上，PLC只能一次執(zhí)行一個邏輯符號。

　　編寫梯形邏輯

　　梯形邏輯中的每個符號都是一個指令，初看起來這相當(dāng)令人困惑。但是別擔(dān)心，我將用簡單的例子加以解釋。讓我給你一個簡單的實例，在這個例子當(dāng)中將引入兩個梯形邏輯符號。

　　那么，這些符號或指令到底是什么？

　　它們是基本的邏輯指令，讓你可以創(chuàng)建一小段邏輯，也就是你的PLC程序。如果你仔細(xì)看下面的示例，可以看到兩個指令（符號）：

　　閉路檢查指令

　　第一個指令被稱為閉路檢查，指令的符號看起來是這樣：

　　這是一個條件指令，意思是說這個指令用來檢查某個條件是否滿足，例如檢查某個數(shù)據(jù)位是否處于ON的狀態(tài)。

　　閉路檢查指令用來檢查某個地址的特定位，在上圖中指的是一個數(shù)字輸入的特定位，它也可以是內(nèi)存位，甚至是輸出位。

　　閉路檢查指令也被稱為常開指令，基本上它類似于電路中的常開觸點，因此可以對應(yīng)于一個點動開關(guān)。

　　需要指出的是，每個閉路檢查指令必須要設(shè)置PLC中的一個地址。

　　輸入和輸出都是PLC中的內(nèi)存點位。在上面的示例中，閉路判斷指令設(shè)置地址I0.0作為條件，這個地址屬于PLC的第一個輸入。

　　其工作原理如下：

　　當(dāng)PLC掃描周期開始，PLC將首先檢查所有輸入的狀態(tài)，然后將輸入狀態(tài)（0或1）寫入內(nèi)存中，如果輸入是LOW，那么對應(yīng)的內(nèi)存位置位0，如果輸入是HIGH，則對應(yīng)的內(nèi)存位置為1.

　　輸出線圈指令

　　每個指令本身在PLC內(nèi)存中也有個位置，PLC會將指令的結(jié)果存入。要了解PLC使用結(jié)果做什么，讓我們看下一個指令：

　　輸出線圈指令用來打開或關(guān)閉一個數(shù)據(jù)位。

　　正如你看到的，該符號位于水平線的右側(cè)，意思是（同一水平線上）之前的指令作為該指令的條件。在我們的示例中，之前的指令就是閉路檢查指令。

　　讓我們檢查下該指令的最終結(jié)果，來了解其工作過程：

　　PLC 掃描 | 輸入 -》 I0 字節(jié)

　　程序執(zhí)行 | I0.0 -》 Xic結(jié)果

　　在上面的動畫中，你會看到PLC首先掃描所有的輸入，并將輸入狀態(tài)存入內(nèi)存。一個內(nèi)存字節(jié)是彼此相鄰的8位。

　　一旦PLC保存了所有輸入的狀態(tài)，程序?qū)㈤_始運(yùn)行。第一個要執(zhí)行的指令是閉路檢查指令，該指令的結(jié)果與內(nèi)存位狀態(tài)一致 —— 這也是該指令被稱為常開指令的原因 —— 在正常狀態(tài)（內(nèi)存位為0），觸點將保持常開，結(jié)果將為0，但是如果內(nèi)存位為1，觸點將閉合，結(jié)果也變?yōu)?。

　　最后，讓我們看這條線的輸出：

　　XiC結(jié)果 -》 輸出線圈

　　輸出線圈 -》 輸出字節(jié)

　　現(xiàn)在，輸出線圈指令使用了前序指令的結(jié)果作為條件。這被稱為RLO（邏輯操作結(jié)果）。邏輯操作結(jié)果保存在PLC內(nèi)存中的特定位置。在西門子S7系列PLC中，這個位置被稱為狀態(tài)字。

　　在PLC術(shù)語中，一個WORD是16位，或2個字節(jié)。

　　輸出線圈指令很簡單，它只是將其結(jié)果設(shè)置為與條件相同的值。

　　在PLC中所有的數(shù)字輸出也映射到內(nèi)存地址。我們將其稱為輸出位，因此地址Q0對應(yīng)Q0.0 - Q0.7.輸出線圈指令的結(jié)果將被寫入內(nèi)存位Q0.0。

　　當(dāng)PLC執(zhí)行完整個程序，它將設(shè)置輸出。每個輸出被設(shè)置為與輸出內(nèi)存位一致的狀態(tài)。

　　掃描周期這個概念非常重要，當(dāng)你在編制梯形邏輯時一定要記住。否則你的程序可能會有奇怪的行為。我們將在下一個示例中展示這一點，同時引入3個新的梯形邏輯指令。

　　輸出鎖存

　　在前面的示例中，我們學(xué)會了如何讀取數(shù)字輸入的狀態(tài)，并將數(shù)字輸出設(shè)置為同樣的狀態(tài)。需要指出數(shù)字輸入是一個暫態(tài)按鈕，因為它內(nèi)部有個彈簧，這意味著按鈕只有在你一直按下時才會保持激活。

　　上面的梯形圖可以正常工作，不過你可能注意到，只有輸入激活時輸出才會激活。因此你不得不用手指一直按住按鈕，才能讓輸出保持激活。但是想一下，如果輸出控制的是一個通風(fēng)系統(tǒng)里的風(fēng)機(jī)，那么要求操作員一直按著按鈕就很不合理了。我們需要一個辦法來保持輸出激活，即使操作員已經(jīng)釋放了按鈕。

　　在梯形邏輯中，有兩種辦法實現(xiàn)這一點：

　　如果你熟悉電路，就會發(fā)現(xiàn)這很類似，這杯稱為鎖存（Latching）或者自我保持（self holding）。

　　這個名稱揭示了其工作原理：線圈簡單的維持自己前一個掃描周期的狀態(tài)。讓我們單步分析一下：

　　當(dāng)PLC第一次運(yùn)行這個梯形邏輯程序時（按下按鈕時），輸出將被激活，就像前一個例子一樣。有趣的事情發(fā)生在后續(xù)運(yùn)行邏輯的時候。因為這是一個暫態(tài)按鈕，它不會一直激活。依賴于PLC程序的運(yùn)行總時長，按鈕可能在第二次、第三次或第四次運(yùn)行時不再激活。

　　讓我們進(jìn)入按鈕釋放之后的第一個掃描周期。

　　輸出還處于激活狀態(tài)，因為上一個掃描周期按鈕被按下。這時PLC將再次讀取輸入并存入對應(yīng)的內(nèi)存位。內(nèi)存位I0.0”這次將存入“0”。因此I0.0的閉路判斷指令結(jié)果為false或“0”。

　　但是你可以看到，還有另一個并行的閉路判斷指令，不過該指令的條件是輸出內(nèi)存位，因此其結(jié)果為true或“1”，因為這是輸出還處于激活狀態(tài)。只要輸出內(nèi)存位是“1”，輸出就會激活，它就像自己的條件一樣。

　　自保持指令與其他指令并聯(lián)的原因在于構(gòu)造一個OR條件，在這個示例當(dāng)中，I0.0或Q0.0中的一個為true都會激活輸出。

　　開路檢查指令

　　你剛學(xué)習(xí)了如何編制一個有用的PLC梯形圖程序。一個激活輸出的按鈕。在我們的示例中，這個可能是連接到一個風(fēng)機(jī)的觸點，輸出可以自保持。

　　但是這個程序有個問題，怎么關(guān)掉風(fēng)機(jī)？

　　我們希望能夠再次關(guān)掉風(fēng)機(jī)。最簡單的方法是添加一個停機(jī)按鈕，該按鈕將連接到PLC的第二個輸入，因此其內(nèi)存地址為I0.1。

　　問題是，我們?yōu)橥C(jī)按鈕使用什么指令？更重要的，我們應(yīng)當(dāng)將其放在梯形圖的哪里？

　　第一個問題的答案是另一個梯形邏輯指令：開路檢查指令，它看起來如下：

　　這個指令和閉路檢查指令的工作方式恰恰相反，其結(jié)果是條件的反轉(zhuǎn)。這意味著，如果條件

　　為“0”，那么結(jié)果為“1”，反之亦然。

　　如果你考慮一下，就會發(fā)現(xiàn)這恰恰就是我們希望停機(jī)按鈕做的事情。要關(guān)閉輸出線圈，我們必須給出條件“0”。

　　現(xiàn)在是第二個問題，在哪里放置這個指令？

　　我們需要將其放在自鎖指令之后，或者說，串聯(lián)起來。否則當(dāng)停機(jī)按鈕按下時，還是會輸出“1”。

　　現(xiàn)在，梯形邏輯如下：

　　你可以看到開路檢查指令將其條件的反轉(zhuǎn)結(jié)果傳遞給輸出線圈。要再次激活輸出，就需要再次按下啟動按鈕。

　　在上面的示例中，我使用了一個開路判斷指令作為停機(jī)按鈕。這不是好的實踐！

　　我們最終遵循最佳實踐，修改后的梯形圖如下：

　　雖然我們修改了指令，梯形圖的運(yùn)行沒有變化，這是因為我們同樣修改了物理停機(jī)按鈕的工作方式。

　　PLC梯形圖的結(jié)構(gòu)分析

　　采用一般編程方法還是采用順序功能圖編程方法；采用順序功能圖的單序列結(jié)構(gòu)還是選擇序列結(jié)構(gòu)、并行序列結(jié)構(gòu)，使用啟/保/停電路、步進(jìn)順控指令進(jìn)行編程還是用置位/復(fù)位指令進(jìn)行編程。

　　梯形圖的分解由操作主令電路（如按鈕）開始，查線追蹤到主電路控制電器（如接觸器）動作，中間要經(jīng)過許多編程元件及電路，查找起來比較困難。

　　無論多么復(fù)雜的梯形圖，都是由一些基本單元構(gòu)成的。按主電路的構(gòu)成情況，利用逆讀溯源法，把梯形圖和指令語句表分解成與主電路的用電器（如電動機(jī)）相對應(yīng)的幾個基本單元，然后一個環(huán)節(jié)、一個環(huán)節(jié)地分析，最后再利用順讀跟蹤法把各環(huán)節(jié)串起來。

　　（1）按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)的配置情況及作用

　　在PLC的I/O接線圖中有許多行程開關(guān)和轉(zhuǎn)換開關(guān)，以及壓力繼電器、溫度繼電器等，這些電器元件沒有吸引線圈，它們的觸點的動作是依靠外力或其他因素實現(xiàn)的，因此必須先把引起這些觸點動作的外力或因素找到。其中行程開關(guān)由機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)來觸壓或松開，而轉(zhuǎn)換開關(guān)一般由手工操作，從而使這些行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點在設(shè)備運(yùn)行過程中便處于不同的工作狀態(tài)，即觸點的閉合、斷開情況不同，以滿足不同的控制要求，這是看圖過程中的一個關(guān)鍵。

　　這些行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點的不同工作狀態(tài)單憑看電路圖難以搞清楚，必須結(jié)合設(shè)備說明書、電器元件明細(xì)表，明確該行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)的用途，操縱行程開關(guān)的機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)，觸點在不同的閉合或斷開狀態(tài)下電路的工作狀態(tài)等。

　　（2）采用逆讀溯源法將多負(fù)載（如多電動機(jī)電路）分解為單負(fù)載（如單電動機(jī)）電路

　　根據(jù)主電路中控制負(fù)載的控制電器的主觸點文字符號，在PLC的I/O接線圖中找出控制該負(fù)載的接觸器線圈的輸出繼電器，再在梯形圖和指令語句表中找出控制該輸出繼電器的線圈及其相關(guān)電路，這就是控制該負(fù)載的局部電路。

　　在梯形圖和指令語句表中，很容易找到該輸出繼電器的線圈電路及其得電、失電條件，但引起該線圈的得電、失電及其相關(guān)電路就不容易找到，可采用逆讀溯源法去尋找：

　　在輸出繼電器線圈電路中串、并聯(lián)的其他編程元件觸點的閉合、斷開就是該輸出繼電器得電、失電的條件。

　　由這些觸點再找出它們的線圈電路及其相關(guān)電路，在這些線圈電路中還會有其他接觸器、繼電器的觸點……

　　如此找下去，直到找到輸入繼電器（主令電器）為止。值得注意的是：當(dāng)某編程元件得電吸合或失電釋放后，應(yīng)該把該編程元件的所有觸點所帶動的前、后級編程元件的作用狀態(tài)全部找出，不得遺漏。

　　找出某編程元件在其他電路中的動合觸點、動斷觸點，這些觸點為其他編程元件的得電、失電提供條件或者為互鎖、聯(lián)鎖提供條件，引起其他電器元件動作，驅(qū)動執(zhí)行電器。

　　（3）將單負(fù)載電路進(jìn)一步分解

　　控制單負(fù)載的局部電路可能仍然很復(fù)雜，還需要進(jìn)一步分解，直至分解為基本單元電路。

　　（4）分解電路的注意事項

　　若電動機(jī)主軸接有速度繼電器，則該電動機(jī)按速度控制原則組成停車制動電路。

　　若電動機(jī)主電路中接有整流器，表明該電動機(jī)采用能耗制動停車電路。

　　（5）集零為整，綜合分析

　　把基本單元電路串起來，采用順讀跟蹤法分析整個電路。