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西门子PLC程序中输入设备状态的表示

    在逻辑控制系统中，逻辑控制是以二进制逻辑运算进行的，操作对象一般是开关量输入、输出及中间标志位。

    工程上的逻辑控制一般不是很复杂，但要真正编制一个合适的逻辑控制程序却不是一件轻而易举的事。因为针对的是直接控制的机械设备，而各设备之间又保持着紧密的联系，必须细致、完整地了解其间的连锁关系。在程序设计时，尤其要注意输入设备的状态在程序中的表示方法，不清楚这一点必将导致逻辑混乱。

    PLC的输入信号来自现场的操作设备、开关、传感器等输入设备。当设计一个用户程序时，用哪种编程语言编程并不重要，重要的是要对输入设备的属性有充分考虑，即必须清楚它是常开触点，还是常闭触点，在程序中又如何表示。

    注意：

    PLC不能区分接入的是常开触点还是常闭触点，它只能识别信号状态是“1”还是“0”。如果接到的输入端是常开触点，那么当触点动作（闭合）时，输入的信号是“1”状态；如果使用的是常闭触点，那么当触点动作（断开）时，输入信号为“0”状态。

    程序设计时，对不同类型的输入设备，要采用不同的处理方式，其基本原则如下。

    ·如果输入设备为一个常开触点并且已经动作，或者是一个尚未动作的常闭触点，即输

    入信号状态为“1”，则这个输入点必须直接进行逻辑操作。

    ·如果输入设备为一个尚未动作的常开触点，或者是一个常闭触点并且已经动作，即输

    入信号状态为“0”，则这个输入点必须经过“非”操作后，才能进行逻辑操作。

    以一个实现电机启动、停止和点动操作的系统输入设备为例进行说明，表5.2列出了各设备的动作状态，图5.2显示了输入设备操作按钮的接线。

    表5.2    输入设备动作状态表

    可以看出，输入信号是X400、X401、X402，在通常状态下（无动作时）X400和X402状态为“0”，X401状态为“1”。动作后，状态都要改变。有效状态就是动作后的状态，X400和X402的有效状态为“1”，X401的有效状态为“0”。因此，在程序设计时对X400和X402采用常开触点表示，X401采用常闭触点来表示。

    在图5.3所示的梯形图中，X401作为电机启动的联锁条件，以常开触点的形式（按钮不按下）串入电机控制回路中。

    根据图5.2和图5.3，当S1按下时，X400状态为“1”，Y430有输出信号，电机启动运行；这时，当X400为“0”状态时，由于Y430的自锁，Y400保持“1”状态输出。当S2按下时，X401断开，状态为“0”，Y430解除自锁，输出“0”信号，电机停止运转。当按下S3按钮时，Y430也有输出信号，电机运行，松开即停止运行，即电机处于点动运行状态。

    图5.2    输入设备接线图

    图5.3    梯形图

    注意：

    系统设计时，应尽可能用常开触点作PLC的输入信号。对常闭触点的PLC输入信号，在继电器系统电路图中的表示和梯形图中的表示刚好相反。
与一般的计算机应用程序设计类似，PLC的应用程序设计是指根据控制系统硬件结构和工艺要求，在软件系统规格书的基础上，使用相应的编程语言，对用户控制程序的编制和相应文件的形成过程。

    PLC应用程序设计的基本内容包括：定义输入／输出、中间标志和存储单元等参数表、绘制程序框图、编制程序和编写程序说明书。

    根据这些设计内容，PLC应用程序的设计流程包含以下内容。

    ·熟悉被控对象。

    ·熟悉编程器和编程语言。

    ·参数表的定义。

    ·程序框图的设计。

    ·程序的编写。

    ·程序的测试。

    ·程序说明书的编写。

    5.1.1 熟悉被控对象

    熟悉被控制对象是为PLC程序设计做准备，是应用程序设计中*的一个环节。通常应熟悉两个方面的内容。

    ·对PLC控制系统的总体了解：通过系统设计方案了解PLC控制系统的全部功能、控制规模、控制方式、输入输出信号的种类和数量，是否有特殊功能接口，与其他设备的关系，通信内容与方式等。

    ·熟悉被控对象的控制要求：按照工艺说明书或软件规格书将控制对象和控制功能进行分类，可按响应要求、信号用途或按控制区域进行划分，确定检测设备和控制设备的物理位置，分析每一个检测信号和控制信号的形式、功能、规模、互相之间的关系，使程序设计有的放矢。

    5.1.2 熟悉编程器和编程语言

    熟悉编程器和编程语言是进行程序设计的前提。

    这一步骤的主要任务是根据有关手册详细了解所使用的编程器及其操作系统，选择一种或几种合适的编程语言形式，并熟悉其指令系统和参数分类，尤其注意研究那些在编程中可能要用到的指令和功能。

    一个比较好的熟悉编程语言的方法是上机操作，并编制一些试验程序，在模拟平台上进行试运行，以便更详尽地了解指令的功能和用途，为后面的程序设计打下良好的基础，避免走弯路。

    5.1.3 参数表的定义

    参数表的定义是程序设计的基础，包括对输入信号表、输出信号表、中间标志位和存储单元表的定义。

    参数表的定义格式和内容根据个人的爱好和系统的情况而不同，但所包含的内容基本是相同的。总的设计原则是便于使用，尽可能详细。

    定义输入／输出信号表的主要依据是硬件接线原理图。每一种PLC的输入点编号和输出点编号都有自己明确的规定，在确定了PLC型号和配置后，要对输入、输出信号分配PLC的输入、输出编号（地址），并编制成表。

    一般情况下，输入输出信号表要明显地标出模板的位置、信号端子号或线号、输入输出地址号、信号名称和信号的有效状态等。表5.1是输入／输出定义表的一种典型格式，内容应根据具体情况，尽可能详细。

    表5.1    输入／输出定义表格式

    对表5.1的说明如下。

    ·框架序号、模板序号、信号端子号三者是为了查找和校核信号时使用，在表中列出便

    于查找。

    ·信号地址、信号名称和信号的有效状态是程序设计中常用的。地址要按输入信号X、

    输出信号Y，并按由小到大的顺序排列，没有定义或备用的点也不要漏掉，这样便于

    在编程、调试和修改程序时查找使用。

    ·有效状态中要明确标明上升沿有效还是下降沿有效，高电平有效还是低电平有效，是

    脉冲信号还是电平信号，或其他有效方式。

    中间标志表的定义要包括：信号地址、信号处理和信号的有效状态等；存储单元表中也要含有信号地址、信号名称等。这两个表在该阶段还不能*定义，但可以一并列出，在编程时再完成详细内容的填写。

    5.1.4 程序框图的设计

    程序框图包括两种：程序结构框图和控制功能框图。

    程序结构框图是一台PLC的全部应用程序中各功能单元在内存中的先后顺序的缩影。根据此结构框图可以了解所有控制功能在整个程序中的位置。

    功能框图是描述某一种控制功能在程序中的具体实现方法及控制信号流程。设计者根据功能框图编制实际控制程序，使用者根据功能框图可以详细阅读程序清单。

    程序框图设计中的主要工作是：根据软件设计规格书的总体要求和控制系统的具体情况，确定应用程序的基本结构，按程序设计标准绘制出程序结构框图；然后，再根据具体的工艺要求，详细绘制出各功能单元的控制功能框图。

    图5.1是一个典型PLC控制系统应用程序的结构框图，程序设计时可参照使用。框图是编程的主要依据之一，要尽可能地详细。该步完成后，应该对全部控制程序的功能实现有一个整体的概念。

    5.1.5 程序的编写

    编制程序就是通过编程器用编程语言来实现控制功能框图对应的程序，这是整个程序设计工作的核心部分。

    如果有操作系统支持，尽量使用编程语言高级形式，如梯形图语言。在编写过程中，根据实际需要，对中间标志信号表和存储单元表进行逐个定义，要注意留出足够的公共暂存区，以节省内存的使用。

    由于许多小型PLC使用的是简易编程器，只能输入指令代码。梯形图设计好后，还需要将梯形图按指令语句编出代码程序，列出程序清单。在熟悉所选PLC指令系统后，可以很容易地根据梯形图写出语句表程序。

    编写程序过程中要及时对编出的程序进行注释，以免忘记其间的相互关系。注释应包括程序段功能、逻辑关系、设计思想、信号的来源和去向等的说明，以便于程序的阅读和调试。

    5.1.6 程序的测试

    程序的测试是整个程序设计工作中的一项重要的内容，它可以初步检查程序的实际运行效果。程序测试和程序编写是分不开的，程序的许多功能是在测试中修改和完善的。

    测试时先从各功能单元入手，设定输入信号，观察输出信号的变化情况，必要时可以借用某些仪器仪表。各功能单元测试完成后，再连通全部程序，测试各部分的接口情况，直到满意为止。

    程序测试可以在实验室进行，也可以在现场进行。如果是在现场进行程序测试，那就要将PLC与现场信号隔离，可以使用暂停输入输出服务指令，也可以切断输入输出模板的外部电源，以免引起事故。

    5.1.7 程序说明书的编写

    程序说明书是整个程序内容的综合性说明文档，是整个程序设计工作的总结。编写的主要目的是让程序的使用者了解程序的基本结构和某些问题的处理方法，以及程序阅读方法和使用中应注意的事项。

    程序说明书一般应包括程序设计的依据、程序的基本结构、各功能单元分析、使用的公式和原理、各参数的来源和运算过程、程序的测试情况等。

    上面流程中各个步骤都是应用程序设计中*的环节，要设计一个好的应用程序，必须做好每一个环节的工作。但是，应用程序设计中的核心是程序的编写，其他步骤都是为其服务的，本章将重点介绍PLC应用程序设计中程序编写的基本方法和技巧。

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