田程 張雨生 青島工學院 機電工程學院

1 概述

1.1 可編程控器概述

可編程控制器（簡稱PLC）是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置，其應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)廣泛地應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。同時PLC仍然處于不斷發(fā)展之中，其功能不斷增強，更為開放，它不但是單機自動化中應用最廣的控制設備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也占有不可動搖的地位。其中的S7-200PLC具有極高的可靠性、豐富的指令集和內(nèi)置的集成功能、強大的通信能力和品種豐富的擴展模塊。PLC可以單機運行，用于代替繼電器控制系統(tǒng)，也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。S7-200以其極高的性價比，在國內(nèi)占有很大的市場份額。

1.2 梯形圖經(jīng)驗設計法

梯形圖經(jīng)驗設計法是在一些典型電路的基礎上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，通過不斷地修改梯形圖而得到最適宜的控制方案。這種方法沒有普遍的規(guī)律可尋，具有很大的試探性和隨意性，最后的設計結(jié)果不是唯一的。

1.3 順序控制設計法

順序控制設計法，就是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地、有序地進行操作。在使用順序控制設計法時，首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖。其中的順序功能圖是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能特性的一種圖形，并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，是一種通用技術(shù)語言。

2 交通燈程序設計

2.1 設計要求

第一，啟動開關(guān)接通后，系統(tǒng)開始正常工作，東西方向紅燈和南北方向綠燈常亮10s；第二，10s過后，東西方向紅燈變?yōu)闁|西方向黃燈，與南北方向綠燈閃亮5s；第三，閃亮過后，東西方向綠燈和南北方向紅燈常亮10s；第四，10s過后，南北方向紅燈變?yōu)槟媳狈较螯S燈，與東西方向綠燈閃亮5s；第五，在沒有接通停止開關(guān)時，重復以上動作。

2.2 I/O口分配

數(shù)目 符號 地址1啟動開關(guān) I0.0 2 停止開關(guān) I0.1 3東西方向紅燈 Q0.0 4東西方向黃燈 Q0.1 5東西方向綠燈 Q0.2 6南北方向紅燈 Q0.3 7南北方向黃燈 Q0.4 8南北方向綠燈 Q0.5

3 交通燈程序設計

3.1 經(jīng)驗設計法

3.1.1 梯形圖

3.1.2 程序說明

經(jīng)驗設計法通過接通延時定時器與比較指令的綜合應用，滿足了交通燈的設計要求。當啟動開關(guān)(I0.0)接通時，通過啟動-保持-停止程序，使中間繼電器M0.0線圈上電，同時常開觸點M0.0閉合，系統(tǒng)開始正常動作，當停止開關(guān)（I0.1）接通時，線圈M0.0掉電，同時觸點M0.0保持常開狀態(tài)，系統(tǒng)處于停止狀態(tài)；

由設計要求可知交通燈一個工作周期為30s，所以可以用接通延時定時器T37，并預設30s時間，在沒有停止開關(guān)（I0.1）接通的情況下,30s后的T37線圈動作，同時使常閉觸點T37斷開，將T37復位，同時又開啟下一個工作周期。

通過各導線上的比較觸點，引導能流在相應的時間段內(nèi)接通各個線圈，并動作。其中SM0.5是特殊存儲器位，提供ON/OFF個0.5s、周期為1s的時鐘脈沖，為交通燈閃亮指令。

3.2 順序控制設計法

3.2.1 順序功能圖

3.2.2 順序功能圖說明

SM0.1位特殊存儲器位，僅在首次掃描時為ON，可以用于初始化。T37,T38,T39,T40為接通延時定時器，其中T37與T39的預設值為10s，T38 與 T40 的預設值為 5s。M0.0,M0.1,M0.2,M0.3,M0.4為中間繼電器，在順序功能圖中代表步。I0.0,I0.1,T37,T38,T39,T40為每一步的轉(zhuǎn)換條件，當轉(zhuǎn)換條件的前級步為活動步，轉(zhuǎn)換條件滿足時，則下一步為活動步，前級步變?yōu)椴换顒硬健?/p>

開始時，SM0.1將M0.0置為活動步，后級步置為不活動步。當啟動開關(guān)（I0.0）接通時，M0.1為活動步，M0.0位為不活動步，同時Q0.0與Q0.5上電，T37開始定時；10s后，滿足轉(zhuǎn)換條件，常開觸點T37閉合，M0.2為活動步，M0.1為不活動步，同時 Q0.1與 Q0.5上電，T38開始定時；5s后，滿足轉(zhuǎn)換條件，常開觸點T38閉合，M0.3為活動步，M0.2為不活動步，同時Q0.2與Q0.3上電，T39開始定時；10s后，滿足轉(zhuǎn)換條件，常開觸點T39閉合，M0.4為活動步，M0.3為不活動步，同時Q0.2與Q0.4上電，T40開始定時；5s后，滿足轉(zhuǎn)換條件，常開觸點T40閉合，M0.1位活動步，M0.4為不活動步，再進入下一個工作周期。在上述工作周期內(nèi)，任意時刻接通停止開關(guān)（I0.1）,均可使前級步為不活動步，使M0.0為活動步，從而使系統(tǒng)進入初始狀態(tài)。

通過順序功能圖可以很方便的轉(zhuǎn)化為梯形圖，其中交通燈閃爍也是由特殊存儲器位SM0.5指令實現(xiàn)。

4 結(jié)語

通過對同一個控制任務運用不同的控制方法，可以充分體現(xiàn)出工業(yè)控制的方法多樣性。順序控制設計方法是一種先進設計方法，適用于對復雜控制方案的設計，在設計PLC控制程序時，應該首先使用順序控制設計方法，提高工作效率。但順序控制設計方法的先進性并不代表它的簡潔性。從上述例子可以看出，通過順序功能圖轉(zhuǎn)換而來的梯形圖需要15個網(wǎng)絡，而通過經(jīng)驗設計法，只需4個網(wǎng)絡，比順序控制設計法更加簡潔。