PLC順序邏輯控制梯形圖自動生成CAD系統(tǒng)

　　可編程序控制器用于液壓傳動系統(tǒng)和相應(yīng)的順序邏輯控制系統(tǒng)，取代原有的繼電器邏輯控制已相當普遍。程序編制方法大多數(shù)以梯形圖為依據(jù)的指令語句方式。在工步數(shù)不多、邏輯關(guān)系不太復(fù)雜的情況下，編程并不難，然而如果工步數(shù)多，輸入、輸出邏輯關(guān)系比較復(fù)雜，如何根據(jù)受控設(shè)備的動作程序和工藝要求，一次設(shè)計出滿足控制要求、線路簡單、運行可靠的順序邏輯控制梯形圖，這對設(shè)計經(jīng)驗不很豐富的設(shè)計者來說并非容易，原因是順序邏輯控制系統(tǒng)每一程序的輸出狀態(tài)不僅與該步的即時輸入狀態(tài)有關(guān)，而且與該步的歷史輸入狀態(tài)有關(guān)，輸入、輸出關(guān)系千變?nèi)f化，難于掌握。
　　再者目前國內(nèi)使用的PLC中小型多以日本產(chǎn)品為主，大型以歐美產(chǎn)品為多，機型各種各樣，沒有明確一致的標準，編程元件的種類、數(shù)目、編程語言等各方面都不相同，互不兼容，這給控制系統(tǒng)的設(shè)計、編程、調(diào)試及運行維護帶來困難，希望能開發(fā)出一種設(shè)計方法嚴密、規(guī)則性強、通用性強、能適應(yīng)各種PLC且使用、維護方便靈活、系統(tǒng)構(gòu)成簡單、可靠的編程軟件，為此我們作了一些初步的探討。

2　設(shè)計思想與方法

　　順序邏輯控制法中系統(tǒng)的一個工作周期被分為順序相連的若干步，在各步內(nèi)，各輸出量的通/斷狀態(tài)不變，并規(guī)定：只是由于電氣信號的改變，才引起受控設(shè)備工步的改變，即當PLC輸出量的狀態(tài)變化時，系統(tǒng)從原工步進入新的工步。設(shè)計中不是用PLC的輸入X直接控制輸出Y，而是用PLC輸入的轉(zhuǎn)換主令信號X去控制代表工步狀態(tài)的輔助繼電器M，用利用M去控制Y。不管系統(tǒng)多么復(fù)雜和千變?nèi)f化，對M的控制要求都是一樣的。因此用X控制M的梯形圖設(shè)計方法是通用的，并且容易掌握，系統(tǒng)的特殊性體現(xiàn)在輸出電路上，雖然不同系統(tǒng)的M與Y的邏輯關(guān)系各不相同，但是由于工步是根據(jù)PLC的輸出狀態(tài)來劃分的，M與Y之間的邏輯關(guān)系變得非常簡單。

　　(1)工步狀態(tài)表構(gòu)成

　　梯形圖自動生成邏輯的全過程都在一張PLC順序邏輯控制系統(tǒng)輸入、輸出工步狀態(tài)表內(nèi)進行。如機械手受控設(shè)備工步狀態(tài)表的結(jié)構(gòu)見表1。表中的符號“+”表示輸出繼電器得電導(dǎo)通狀態(tài)，“-”表示失電狀態(tài)，輔助繼電器縱向連續(xù)直線代表連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，轉(zhuǎn)換主令是受控設(shè)備從該步向下一工步轉(zhuǎn)換的電氣控制信號，表中規(guī)定受控設(shè)備處于原位時也作一個工步狀態(tài)處理，共有9個工步。

表1

(2)輔助繼電器M設(shè)置及導(dǎo)通邏輯式

　　輔助繼電器設(shè)置規(guī)則：
　　①確定輔助繼電器數(shù)目，工步數(shù)為n，則輔助繼電器數(shù)目m=n/2，若求得的值為小數(shù)，則取大于它的最小整數(shù)；
　　②每個工步只有一個輔助繼電器動作，變化小、元件少、線路簡單、可靠性高。
　　③每個輔助繼電器在一個周期中只導(dǎo)通一次，失電一次，并且所有輔助繼電器同方向動作，連續(xù)導(dǎo)通m步，不同的輔助繼電器其導(dǎo)通位置不同，先順序逐個導(dǎo)通m個工步，然后逐個失電(見表1)，1工步受轉(zhuǎn)換主令1SB、1SQ、3SQ激勵，M1導(dǎo)通，6工步受轉(zhuǎn)換主令6SQ激勵，M1失電，以下順序類推。
　　依據(jù)上述規(guī)則，可得出輔助繼電器導(dǎo)通邏輯式：
　　當工步號i=1時：

　　當工步號i≤m-1　AND　n(工步數(shù))為偶數(shù)時：

　　當工步號i=m　AND　n為偶數(shù)時：

　　當n為奇數(shù)時，i＜m-1，M_i導(dǎo)通邏輯同式(1)、式(2)；若i=m-1，則Mi導(dǎo)通邏輯同式(3)；
　　若i=m，則：
　　M_i=(i工步轉(zhuǎn)換主令與邏輯+M_iv)M_i-1 (4)

　　如表1所示，則有：

　　(3)輸出繼電器導(dǎo)通邏輯公式

　　推導(dǎo)輸出繼電器導(dǎo)通邏輯式的充分必要條件是受控輸出繼電器輸出狀態(tài)邏輯式的“與—或”邏輯組合必須覆蓋該繼電器的所有導(dǎo)通程序步，但不覆蓋其任一失電程序步。Y是用M來控制，一個工作周期中，輸出繼電器導(dǎo)通狀態(tài)有如上幾種情況：
　　①單步導(dǎo)通；
　　②連續(xù)導(dǎo)通k步；
　　③上述兩種情況的邏輯組合。
　　周期的前半部分，輸出繼電器通、失電都由某個輔助繼電器M的導(dǎo)通控制；在周期后半部分，Y的通、失電都是由M的失電控制。n與m的含義同前；i表示某個輸出繼電器開始通電時的步號；j表示第j個輸出繼電器，如Y_ij表示在i工步開始導(dǎo)通的第j個輸出繼電器Y；k表示第j個輸出繼電器連續(xù)導(dǎo)通的工步數(shù)。

　　當i=0時：
　　若k＜m，則y_ij=　 　　(5)
　　若k=m，則y_ij=　　　 　　(6)
　　若k＞m，則y_ij=+Mk-m　　　　(7)
　　當i≠0　AND　i＜m時：
　　若i+k≤m，則y_ij=　　　(8)
　　若i+k＞m，則y_ij=Mi·Mi+k-m　　　(9)
　　當i=m時：
　　若i+k-m＝m，則y_ij=Mm　　　 　(10)
　　其他情況　則y_ij=Mm·Mk　　　　(11)
　　當i＞m時：

　　根據(jù)上述邏輯公式，得到y(tǒng)_j各導(dǎo)通程序段的邏輯式，然后依照充分必要條件，求出覆蓋y_j全部導(dǎo)通段程序步的邏輯組合，即可得到y(tǒng)_j的導(dǎo)通邏輯，如表1所示，求得：

　　(4)時間繼電器導(dǎo)通邏輯式
　　順序邏輯控制系統(tǒng)在某些情況下需要以預(yù)先規(guī)定好的時間為條件，對受控設(shè)備順序地進行控制，要用定時器作延時，用延時結(jié)束時，常開接點閉合信號作下一工步的轉(zhuǎn)換主令。當定時器的延時信號發(fā)出后，其線圈何時失電無特殊要求，為了使其控制盡可能簡單，擬定定時器與某個相對應(yīng)的輔助繼電器同步得電或失電。

3　PLC梯形圖自動生成CAD系統(tǒng)

　　梯形圖自動生成邏輯的全過程是以PLC順序邏輯控制系統(tǒng)輸入、輸出狀態(tài)表為依據(jù)，用上述分析的數(shù)學(xué)模型，自動生成梯形圖，整個程序用C語言編制，設(shè)計中首先要輸入受控設(shè)備的工步狀態(tài)表，為了便于擴充，適用不同工況，數(shù)據(jù)選用鏈表結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如下：

struct plcx{　/*轉(zhuǎn)換主令鏈*/
　　char x〔5〕；　/*每步主令*/
　　struct plcx *xnext；
　　}；
struct plcy{　/*輸出繼電器鏈*/
　　char y〔5〕；　/*輸出繼電器*/
　　struct plcy *ynext；
　　}；
struct plcy {　/*定時器鏈*/
　　char t〔5〕；　/*時間繼電器*/
　　float tb；　/*時間常數(shù)*/
　　int tn；　/*斷開時間繼電器步序號*/
　　struct plct *tnext；
　　}；
struct plcc；　/*計數(shù)器鏈*/
　　char c〔5〕；　/*計數(shù)器*/
　　int cb；　/*計數(shù)常數(shù)*/
　　int crnl；　/*1-初始復(fù)位，0-初始不復(fù)位*/
　　struct plccb *blist；　/*計數(shù)邏輯鏈*/
　　struct plccr *rlist；　/*復(fù)位邏輯鏈*/
　　}；
struct plccb{　/*計數(shù)邏輯鏈*/
　　char cb〔5〕；　/*計數(shù)邏輯*/
　　struct plccb *bnext；
　　}；
struct plccr{　/*復(fù)位邏輯鏈*/
　　char cr 〔5〕；　/*復(fù)位邏輯*/
　　struct plccr *rnext；
　　}；
struct PLC{
　　struct plcx *xlist；　/*主令鏈*/
　　struct plcy *ylist；　/*輸出鏈*/
　　struct plct *tlist；　/*時間鏈*/
　　}；
struct PLC P_num〔MAX〕 　/*PLC結(jié)構(gòu)數(shù)組*/
struct Plcc c_num〔MAX〕　/*計數(shù)器結(jié)構(gòu)數(shù)組*/
　　程序流程如圖1所示。

圖1　總體流程圖

4　模擬試驗

　以雙動薄板拉伸液壓機為對象進行模擬試驗，根據(jù)受控對象工藝要求擬定工步狀態(tài)表如表2所示。

表2

　　輸出繼電器Y的導(dǎo)通邏輯式為：

y3=M3·+·M3；y7=M1·；
　　y4=M4·；　　　　　　　　y8=·M5；
　　y5=·M3；y9=M1·。
　　定時器導(dǎo)通邏輯式為：
　　T1=M5；　T2=·M6。
　　自動生成梯形圖如圖2所示。

圖2　PLC梯形圖

5　總結(jié)

　　上述PLC順序邏輯控制梯形圖自動生成CAD系統(tǒng)中，根據(jù)受控設(shè)備工步狀態(tài)表，以輔助繼電器作記憶單元，按確定的規(guī)則，推導(dǎo)出輔助繼電器M和輸出繼電器Y導(dǎo)通邏輯式，作數(shù)學(xué)模型，在計算機中自動生成梯形圖，輸出繼電器邏輯式正確性充分必要條件是本設(shè)計法可靠的主要保證，以此為依據(jù)，設(shè)計規(guī)律性強，規(guī)則嚴密，容易掌握，適用性好。本程序用C語言編制，工步數(shù)目前可達256步，原則上可達任意多步。各類設(shè)備，凡屬順序邏輯控制范疇的都可使用本程序進行設(shè)計。本設(shè)計方法經(jīng)過實例驗證，完全滿足設(shè)計要求。現(xiàn)我們正在進行開發(fā)自動生成梯形圖文件，可隨時編輯修改，根據(jù)用戶使用PLC型號自動生成指令語句程序，向下裝載到PLC上，仿真運行。