可編程控制器（Programmable  Logic  Controller ，簡稱PLC，下同）是電氣自動控制的新技術(shù)，目前公開發(fā)行適用于技校的教材較少，給廣大師生的學習帶來諸多不便。本文介紹PLC的編程設(shè)計方案，使電氣工程技術(shù)人員特別是初學者對PLC技術(shù)加深了解和認識；同時幫助學生更好地解決學習PLC技術(shù)中最難掌握的編程難題，達到能夠牢固掌握、熟練運用、提高應用設(shè)計能力和加快推廣應用的目的。

　　現(xiàn)在各技校相關(guān)專業(yè)都開設(shè)這門課程，PLC成為了電氣專業(yè)新的技術(shù)基礎(chǔ)課，也成為廣大非電專業(yè)學生要了解的基礎(chǔ)知識。目前的PLC設(shè)備以歐美日等國家的產(chǎn)品占主導，技術(shù)日臻成熟，在關(guān)鍵的軟件編程技術(shù)方面卻未有統(tǒng)一標準?，F(xiàn)有的教材也很難對眾多的品牌都進行介紹，學生在學習中就難免無所適從。學生對PLC這一新技術(shù)都產(chǎn)生濃郁的學習興趣，在學習上碰到不少難題，對編程的掌握是尤為突出，更是缺乏技巧。

　　PLC控制系統(tǒng)是以程序的形式來體現(xiàn)其控制功能的，因此在學習時大量的時間將用在程序的設(shè)計上，也就是軟件編程的設(shè)計上。程序設(shè)計是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應包含設(shè)計文件(包括電氣原理圖、軟件程序清單、使用說明書、元件明細表)的編寫、編程軟件的使用、程序的編寫和調(diào)試。教學工作中，針對學生學習PLC編程時因缺乏實際工作經(jīng)驗和設(shè)計思路模糊的情況，我總結(jié)出PLC的編程設(shè)計方案。該方案流程為：設(shè)計構(gòu)思、邏輯分析、硬件配置、安裝接線和程序設(shè)計、總裝調(diào)試、實際運行。流程如上圖所示。

　　PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計第一階段是設(shè)計構(gòu)思，其任務(wù)是理順設(shè)計思路，將控制系統(tǒng)的要求轉(zhuǎn)化為PLC的控制模式，尋求程序設(shè)計的解決方案。這正是PLC控制優(yōu)越性的具體體現(xiàn)階段。依據(jù)控制系統(tǒng)的要求，設(shè)計構(gòu)思時我們只需考慮期望的邏輯功能，確定被控制系統(tǒng)必須完成的動作和動作的順序，提出簡潔、完整的功能描述，畫出完整的功能表圖或控制流程圖，以此作為設(shè)計藍本，也為使用說明書的編寫定稿。

　　第二階段是邏輯分析：以設(shè)計構(gòu)思作為參考，在對控制系統(tǒng)的程序設(shè)計進行邏輯分析時要對被控制對象的工作要求、工藝特點以及控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性進行深入分析。明確地劃分出控制的各個階段及列出各階段的特點、各階段之間轉(zhuǎn)換的條件。弄清哪些外圍設(shè)備輸入信號到PLC，哪些外圍設(shè)備接收來自PLC輸出的信號；輸入、輸出量是開關(guān)量還是模擬量。確定控制系統(tǒng)需要的輸入、輸出點數(shù)量，確定內(nèi)部輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等參數(shù)。最后畫出邏輯時序圖，為程序的設(shè)計提供指引。

　　第三階段是硬件配置，包括器件選擇和I/O設(shè)備分配。根據(jù)前兩階段的分析，參照PLC的結(jié)構(gòu)與功能特性，重點考慮PLC的指令系統(tǒng)是否完善、有沒有模擬量輸入輸出、有沒有擴展能力、有沒有中斷能力和聯(lián)網(wǎng)能力，以及功能范圍、I/O點數(shù)、存儲器容量、處理時間，以便確定PLC的型號。選擇機型時要考慮性價比、備品備件及技術(shù)支持等問題，根據(jù)系統(tǒng)的實際需要選用合適的型號，并且選擇相應的外圍配件，列出元件明細表。

　　設(shè)計時，為減少外界干擾和提高控制精度，一般以開關(guān)量為主，并根據(jù)實際I/O點數(shù)留有20%-30%的余量作為備用。將PLC的I/O接口與之對應進行分配后，列出I/O設(shè)備分配表和畫出I/O設(shè)備接線圖，為編寫使用說明書和安裝接線提供依據(jù)。

　　第四階段為安裝接線和程序設(shè)計，可同時進行。在控制柜中，強電和弱電控制信號應盡可能進行隔離和屏蔽，防止強電磁干擾PLC的正常運行。PLC的程序設(shè)計和現(xiàn)場的安裝接線施工可同時進行，從而大大地縮短控制系統(tǒng)設(shè)計及施工的周期。

　　程序設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在PLC程序設(shè)計中，可采用梯形圖、指令表、SFC（程序流程圖）進行編程。目前各個PLC的生產(chǎn)廠家都把梯形圖作為第一用戶編程語言。它是一種圖形語言，由接觸繼電控制系統(tǒng)變換而來的，具有形象、直觀、易懂好記的特點。設(shè)計梯形圖時，一種辦法是根據(jù)已知的繼電器控制電路直接改畫成梯形圖；另一種辦法是根據(jù)控制要求重新設(shè)計梯形圖。對于初學者通?？刹捎美^電系統(tǒng)設(shè)計方法中的逐步探索法作參考，以基本指令為基礎(chǔ)，以步為核心，一步一步設(shè)計下去，一步一步修改調(diào)試，反復設(shè)計，調(diào)整邏輯關(guān)系，不斷優(yōu)化以達到設(shè)計要求，直到完成整個程序的設(shè)計。  

　　我在電工中級證考核訓練一體化教學中，對我校制冷0105班（中技班）學生實施PLC教學時，引用《電力拖動控制線路與技能訓練》書（第三版）P139圖2-19（C）為例，作適當?shù)男薷暮螅ㄒ妶DA），要求學生根據(jù)它的控制邏輯關(guān)系，在滿足順序啟動逆序停止的控制前提下，用基本指令進行編程設(shè)計，并畫出梯形圖草圖。目的是檢查學生對PLC知識的掌握程度和檢驗他們的編程技巧。結(jié)果在30分鐘內(nèi)，全班51名同學除5人（占10%）不會做外，只有12人（占24%）能按要求正確地完成。絕大多數(shù)人即使完成設(shè)計任務(wù)，要花費很大精力，設(shè)計出的程序出現(xiàn)了邏輯錯誤或者無法在計算機上編程的現(xiàn)象。

　　圖B是有34人（占66%）設(shè)計出的程序，是具有代表性的一種錯誤。他們是直接將圖A直接改畫成梯形圖，并且忽略了不能編程的電路和程序的次序等設(shè)計問題。具體解決對策如下：

　　①、不能編程的電路與對策：

　　如圖B的Y1線圈支路中的5個觸點構(gòu)成了橋式電路，不符合從左到右、從上到下的順序執(zhí)行原則，屬于不能編程的電路。

　　解決對策是：如圖C所示，將它改變成為雙向電流流動的電路，即將沒有X1的電路與沒有Y1的電路作并聯(lián)處理。

　　②、程序的次序與簡化對策：

　　在動作相同的控制電路中，借助觸點的構(gòu)成方法可簡化程序與節(jié)省程序步數(shù)。如圖B的Y2線圈支路中，由X2、X3、Y1和Y2四個觸點構(gòu)成的電路共需6步程序，用簡化對策:即將串聯(lián)電路多的電路寫在上方；將并聯(lián)電路多的電路寫在左方進行簡化后，不需要用ORB和ANB指令，節(jié)省2步程序，使程序更簡潔。

　　③、線圈的連接位置：

　　在畫梯形圖時要注意每個從左邊母線開始的邏輯行必須終止于一個計數(shù)器、定時器或繼電器線圈，且線圈不能直接與左母線相連，這一點與實際的電路圖不一樣。如圖B的Y2線圈支路中在Y2線圈的右側(cè)不能有Y1觸點，應該將Y2線圈與Y1觸點的位置對調(diào)。

　　通過以上的3點措施對圖B進行優(yōu)化修改后，如圖C所示，共需要16步程序。修改后雖然能滿足順序啟動逆序停止的控制要求，但采用直接改畫成梯形圖的這種辦法所設(shè)計出的梯形圖還是顯得比較累贅，不夠優(yōu)化。若采用第二種辦法重新設(shè)計，依據(jù)PLC是以掃描方式按順序執(zhí)行程序的基本原理，按照動作的先后順序，從上往下逐行繪制梯形圖，如圖D所示，只需要11步程序。這樣設(shè)計出的梯形圖比繼電器控制電路改畫成的梯形圖更加清楚、更容易理解。這需要學生對PLC的概念要清晰、分析要透徹、思路要正確。

　　解決問題的方法可能不是唯一的，我們在設(shè)計同一要求的程序也可能會有多個設(shè)計方案。比較這多個設(shè)計方案的優(yōu)劣性可用掃描周期的長短來衡量。掃描周期=步數(shù)×每步時間，時間越短說明該程序越優(yōu)越，顯然第二種辦法設(shè)計出的程序更為優(yōu)越。編程設(shè)計時在符合要求的前提下要考慮盡量少占用內(nèi)存，設(shè)計出來的程序也必須作比較和進行優(yōu)化處理。在沒采用本文介紹的編程設(shè)計方案之前，學生設(shè)計時片面地套用繼電系統(tǒng)設(shè)計模式，急于求成，沒有很好地深入研究電路的控制功能，缺乏對控制系統(tǒng)進行邏輯分析，顯得設(shè)計思路不清晰，運用不夠靈活，導致出現(xiàn)以上的錯誤。對于開始學PLC的學生來說，這是比較容易犯的毛病。通過對以上程序的對比分析和重點講解編程設(shè)計方案的思路，90%的學生能很快地找到出錯的原因，并意識到編程設(shè)計方案的重要性。經(jīng)過一個星期的編程訓練，學習交通燈控制和簡單電梯的控制等比較復雜的編程設(shè)計時，運用編程設(shè)計方案對控制系統(tǒng)進行針對性的分析，教學講解一遍后，85%的學生都能正確設(shè)計出來。

　　總裝調(diào)試為第五階段，將已經(jīng)設(shè)計好的程序輸入到PLC用戶存儲器中。PLC所構(gòu)成的控制電路可以先在模擬板上采用實際使用的檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)組成模擬控制系統(tǒng)進行模擬調(diào)試，以檢查硬件是否完整和正確；軟件是否滿足工藝要求并檢驗控制器的實際帶負載能力。滿足系統(tǒng)控制要求后再安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場，進行現(xiàn)場調(diào)試，這時應對某些參數(shù)（如定時器設(shè)定時間、傳感器的位置和信號大小）進行現(xiàn)場整定和調(diào)整。還需要對系統(tǒng)的所有安全措施（如接地、保護、互鎖等環(huán)節(jié)）做徹底的安全檢查。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試、校對無誤，即可投入考驗性試運行。若不滿足系統(tǒng)控制要求，則應作相應的修改和檢查，一切正常后，再將程序?qū)懭隤LC的EPROM中，形成最終的控制系統(tǒng)程序，即可完成整個設(shè)計任務(wù)，投入實際運行。

　　最后整理設(shè)計文件，畫出電氣原理圖、設(shè)備安裝圖以及接線圖、列出軟件程序清單、使用說明書和元件明細表，形成一整套完善的設(shè)計方案。

　　PLC在使用過程中當控制要求發(fā)生改變時，可不需更換或較少地改變硬件設(shè)備，只要修改PLC控制程序就可以滿足新的要求，具備較強的在線修改、功能擴展的能力，充分體現(xiàn)出其“可編、可擴展”的特性。PLC還能與計算機通訊，實現(xiàn)人機對話、遠程控制，具有在線實時監(jiān)控與故障自診斷功能，在自控領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。

　　根據(jù)本人的教學經(jīng)驗，結(jié)合教學中學生的學習情況，從應用的角度來說，想學習好PLC技術(shù)，重點是要注意對以下兩方面的知識掌握：即硬件系統(tǒng)的配置和軟件的程序設(shè)計。硬件系統(tǒng)的配置需要對PLC的類型、結(jié)構(gòu)、單元或模塊、外設(shè)等特點和性能作深入了解，相對而言是比較容易掌握。難點是軟件的程序設(shè)計，重點要掌握編程設(shè)計方案，必須做到熟悉PLC各個內(nèi)部器件的特點、掌握指令系統(tǒng)（基本指令和功能指令）的運用、理解編程方法及其正確使用的要求。要提高編程技巧，必須在學習PLC原理的基礎(chǔ)上，不斷地進行編程操作訓練、指令系統(tǒng)訓練、程序設(shè)計訓練，才能加深對各種指令的功能及其特點的理解，達到熟練地掌握編程方法，提高編程技巧，從而可以提高PLC技術(shù)的綜合應用設(shè)計能力。