石 昊

（1.太原理工大學 陽泉學院 信息工程與自動化系，山西 陽泉 045000；2.太原理工大學 信息工程學院，山西 太原 030024）

0 引言

PLC是適用于工業(yè)環(huán)境而開發(fā)的自動化控制設(shè)備，其使用者多數(shù)為企業(yè)中的電氣技術(shù)人員，為適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習慣和掌握能力，通常PLC不采用計算機編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。實際工作中，梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的電氣圖類似，具有直觀易懂的特點，更容易被電氣技術(shù)人員所掌握。

1 PLC梯形圖程序的特點

1.1 循環(huán)掃描的工作方式

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，以掃描周期為基本單位，每個掃描周期都會把用戶程序完整地執(zhí)行一遍，而不像常見的計算機程序，只是將程序從頭到尾執(zhí)行一遍。因此，在分析梯形圖程序時不能以程序為單位進行分析，而是以周期為單位進行分析，即每個周期都要從頭到尾完整地分析一遍程序。

1.2 梯形圖與普通電氣圖的聯(lián)系

PLC的梯形圖語言符合電氣原理圖規(guī)律，易于被人們接受和掌握，因此傳統(tǒng)的電氣技術(shù)人員即使不具備計算機知識也可以方便地使用。從設(shè)計表達形式看，PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電氣圖很相似，都采用電氣符號來表示。但是由于PLC本質(zhì)是工業(yè)用計算機，因此分析梯形圖程序時，不能照搬電氣圖的分析方法，還應(yīng)考慮計算機的工作原理。

2 分析梯形圖程序容易陷入的誤區(qū)

基于PLC梯形圖程序的特點，因此初學者在分析PLC梯形圖程序時容易陷入一些誤區(qū)。

首先，在繼電器控制系統(tǒng)中，當一些梯級同時滿足導(dǎo)通條件時，這些梯級中的繼電器線圈會同時通電，可見繼電器控制系統(tǒng)是一種并行的工作方式。而PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即程序的執(zhí)行是按語句排列的先后順序進行的，是一種串行的工作方式，不會出現(xiàn)多個線圈同時改變狀態(tài)的情況，這樣有利于避免觸點競爭和時序失配。因此，在分析梯形圖程序時應(yīng)時刻注意各繼應(yīng)器線圈的狀態(tài)是依次改變的，上一條語句賦予了某個繼電器線圈新的狀態(tài)，緊接著再用到該繼電器觸點時，就要按新的狀態(tài)來執(zhí)行，即一定要按照書寫順序一條一條來分析，當同時分析幾行梯形圖時，很容易受到分析繼電器電路的思路的影響，進而產(chǎn)生一些錯誤的結(jié)論。

其次，不能以理解計算機程序的思路來理解梯形圖程序，計算機是等待命令的工作方式，程序中即使有循環(huán)有選擇也往往只是整段程序從頭到尾執(zhí)行一遍。而PLC卻是在一遍一遍不停的執(zhí)行程序，每個周期都要把整個程序執(zhí)行一遍，所以本周期某條指令執(zhí)行的結(jié)果，下一周期就可能會對寫在它前面的指令的執(zhí)行發(fā)生影響。因此，在分析梯形圖程序時，應(yīng)排除分析計算機程序時的習慣性思維。

3 梯形圖程序分析方法

為使初學者在學習PLC時能夠?qū)μ菪螆D程序有更準確的理解，能夠掌握更可靠的梯形圖分析方法，筆者總結(jié)歸納了分析梯形圖程序的入門方法和工具，即“三條依據(jù)＋工作波形圖”。

3.1 三條依據(jù)

把常用的PLC繼電器歸為4類：輸入繼電器、特殊繼電器、普通繼電器和輸出繼電器。為了使初學者能夠更明確地判斷各繼電器的狀態(tài)，總結(jié)以下3點：①輸入繼電器和輸出繼電器的狀態(tài)是由外部設(shè)備或PLC本身來決定的，指令無法隨意改變其狀態(tài)；②普通繼電器和輸出繼電器的狀態(tài)是由指令來決定的，指令沒有改變時，其狀態(tài)就保持上一周期延續(xù)下來的狀態(tài)不變；③除一些特殊繼電器外，大部分繼電器的初始狀態(tài)為OFF。

3.2 工作波形圖

工作波形圖是分析梯形圖程序的一種工具。PLC中的工作波形圖是指繼電器線圈的狀態(tài)隨時間變化的曲線，用處于高位的點表示繼電器線圈狀態(tài)為ON，處于低位的點表示繼電器線圈狀態(tài)為OFF，橫軸為時間軸。通過工作波形圖能夠明確地看出各繼電器之間的關(guān)系，因此可利用畫工作波形圖的方法來分析和理解梯形圖程序的功能。

首先，應(yīng)確定需要畫哪個工作波形圖。程序中各繼電器的狀態(tài)往往是相互制約的，如果只畫某幾個繼電器的工作波形圖，往往會容易混淆他們之間的約束關(guān)系。因此，應(yīng)把梯形圖程序中涉及到的所有繼電器線圈的狀態(tài)畫出來。當每個繼電器的狀態(tài)都以工作波形圖的方式畫出來的時候，輸出繼電器隨輸入繼電器的狀態(tài)變化關(guān)系也就顯而易見了。因此可直觀地看到輸出信號隨著輸入信號的變化而變化，而這種變化關(guān)系正體現(xiàn)出了該梯形圖程序的功能。

其次，以PLC工作的掃描周期為基本單位畫工作波形圖，把每個掃描周期各繼電器的狀態(tài)畫出來，則工作波形圖也就形成了。但是，PLC的掃描周期是以微秒為單位衡量的，一秒鐘會有很多個掃描周期，而分析的程序運行時間較長，因此必須要確定哪些掃描周期是需要分析的。

（1）第一個掃描周期。由于各繼電器狀態(tài)在周期之間具有延續(xù)性，因此確定第一個周期各繼電器的狀態(tài)，有助于確定后續(xù)周期各繼電器的狀態(tài)。

（2）有繼電器的狀態(tài)發(fā)生改變的周期。通常是輸入繼電器或者特殊繼電器的狀態(tài)發(fā)生改變從而引起普通繼電器和輸出繼電器狀態(tài)隨之改變。而且往往我們不能只分析一個掃描周期，因為某個繼電器狀態(tài)的改變有可能在下一周期影響到前面程序段中繼電器的狀態(tài)。因此，在分析時應(yīng)從繼電器線圈狀態(tài)發(fā)生改變的周期開始，直到各繼電器的狀態(tài)都穩(wěn)定的周期為止。

除上述兩種特殊情況外，其余周期的各繼電器的狀態(tài)均穩(wěn)定，我們只需順著前續(xù)的狀態(tài)畫出來即可。

由于各繼電器的狀態(tài)特點，因此，在畫工作波形圖時，一般先畫特殊繼電器和輸入繼電器，然后畫普通繼電器和輸出繼電器。圖1為啟保?？刂瞥绦虻墓ぷ鞑ㄐ螆D。

圖1 啟保?？刂瞥绦虻墓ぷ鞑ㄐ螆D

4 總結(jié)

梯形圖程序分析方法為初學者提供了一種直觀、明確、可操作性強，而且很容易掌握的梯形圖分析方法，讓初學者在對PLC和梯形圖理解還不夠深入的時候，具備能夠分析較簡單的梯形圖程序的能力。

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