典型控制功能的程序设计

5．2　典型控制功能的程序设计

复杂的PLC控制程序一般是由一些典型控制程序组合而成的，熟悉和掌握这些典型环节的程序设计，可以大大提高PLC程序设计的能力。本节将介绍一些具有典型控制功能的梯形图程序。

5．2．1　电动机的基本控制程序

1．电动机的启动、保持和停止控制程序

启保停电路是电动机控制中最常见的电路（见图3－6），通常由启动按钮、停止按钮和接触器等电器组成。设PLC的I／O地址分配表如表5－1所示。控制程序梯形图和时序图如图5－6所示。

表5－1　I／O地址分配表

图5－6　电动机启保停电路的梯形图和时序图

其工作过程是，按下启动按钮SF2，I0．0的常开触点接通，如果这时没按停止按钮SF1，I0．1的常闭触点接通，Q0．1的线圈“通电”，其常开触点同时接通，此时对应于电动机启动。放开启动按钮，I0．0的常开触点断开，“能流”经Q0．1的常开触点和I0．1的常闭触点流过Q0．1的线圈，这时Q0．1仍为接通状态，这就是“自锁”或“自保持”功能。按下停止按钮，I0．1的常闭触点断开，使Q0．1的线圈“断电”，其常开触点也断开。以后即使放开停止按钮，I0．1的常闭触点恢复接通状态，Q0．1的线圈仍是“断电”状态，此时对应于电动机停止。

在实际控制电路中，启动信号和停止信号还可以由多个触点组成的串、并联电路提供。

2．电动机的正、反转控制程序

电动机的正、反转控制电路也是电动机控制中应用很广泛的电路，通常需要设置正向和反向启动按钮、停止按钮和正、反转接触器。设PLC的I／O地址分配表如表5－2所示。控制程序梯形图如图5－7所示。

表5－2　I／O地址分配表

图5－7　电动机正、反转控制的梯形图

电动机正、反转运行方向的切换是通过两个接触器QA1和QA2来实现的。QA1 和QA2的主触点改变进入电动机三相电源的相序，即可改变电动机的旋转方向。在梯形图中，用两个启保停电路来分别控制电动机的正转和反转。按下正转启动按钮SF2，I0．0变为ON状态，其常开触点接通，Q0．0的线圈“得电”并保持，使QA1的线圈通电，电动机开始正转运行。按下停止按钮SF1，I0．2变为ON状态，其常闭触点断开，使Q0．0的线圈“失电”，电动机停止运行。

在梯形图中，将Q0．0和Q0．1的常闭触点分别与对方的线圈串联，可以保证它们不会同时为ON状态，因此QA1和QA2的线圈就不会同时通电，防止引起短路事故，这种安全措施称为“互锁”。

除此之外，为了保证Q0．0和Q0．1不会同时为ON状态，在梯形图中还设置了“按钮连锁”，即将控制反转启动按钮的I0．1的常闭触点与控制正转的线圈Q0．0串联，而将I0．0的常闭触点与控制反转的线圈Q0．1串联，这样可以保证先按的按钮有效，也不会因为同时操作按钮使QA1和QA2的线圈同时通电。

该控制程序经过简单的变化，还可以得到优先控制程序。

5．2．2 定时器应用程序

1．瞬时接通／延时断开电路

S7－200PLC的定时器既有通电延时定时器又有断电延时定时器，但有些厂家的PLC只有通电延时定时器，当需要断电延时功能时，必须通过通电延时定时器来实现。例如，本电路要求在输入信号接通时，输出信号也马上接通；输入信号断开后，输出信号延时一段时间后才断开，其功能就相当于断电延时继电器。图5－8所示的为该电路的程序和时序图。

图5－8　瞬时接通／延时断开电路

当电路输入信号I0．0接通时，其常闭触点断开，定时器T37不工作，则常闭触点T37为ON状态，Q0．0接通。关键是找出定时器T37的计时条件，即I0．0断开且Q0．0接通。因为在I0．0断开后，Q0．0仍需要保持通电状态3s，所以必须在输入信号I0．0两端并联输出信号Q0．0的自锁触点。

2．延时接通／延时断开电路

该电路要求输入信号I0．0接通以后，经过一段时间后输出信号Q0．0接通；输入信号I0．0断开以后，经过一段时间输出信号Q0．0才断开。这相当于通电延时继电器和断电延时继电器所完成的功能。图5－9所示的为该电路的程序和时序图。

图5－9　延时接通／延时断开电路

与瞬时接通／延时断开电路相比，该电路加了一个输入延时。定时器T37延时3s作为输出信号Q0．0的启动条件，定时器T38延时5s作为输出信号Q0．0的关断条件。

3．闪烁电路

闪烁电路实际上就是一个时钟电路，其时钟周期可以通过改变定时器的设定值进行调节。图5－10所示的为一个典型闪烁电路的程序和时序图。

图5－10　闪烁电路

在本电路中，当I0．0接通以后，T37的位信号就会产生一个3s为ON状态、2s 为OFF状态的闪烁信号。该信号经Q0．0输出，可在PLC的指示灯上观察到一个亮3s灭2s的输出信号。T38的位信号在每个时钟周期里可接通一个扫描周期。通过改变定时器T37和T38的设定值，可获得等间隔时间或非等间隔时间的任意时钟周期的输出信号，该信号可用于灯光的闪烁、报警指示和电动机的间歇控制等场合。

特殊标志位存储器SM0．5的常开触点提供周期为1s，占空比为0．5s的时钟信号，相当于时间基准为100ms的T37和T38的设定值均是5的程序。

5．2．3　计数器应用程序

1．长延时电路

S7－200PLC中的定时器最长的定时时间是3276．7s，如果需要定时更长的时间，仅用一个定时器是不够的。在本电路中，当I0．0接通以后，经过10h的时间，输出信号Q0．0才变为ON状态。图5－11所示的为长延时电路的程序。

图5－11　长延时电路

在梯形图程序中，T37每1min接通1个扫描周期即产生1个脉冲，所以是分钟计时器。C21每1h产生1个脉冲，故C21是小时计时器。当计满10h，C22变为ON状态，即总计时为10h时，输出信号Q0．0才接通。

程序中的SM0．1为初始化脉冲，在PLC上电时，用它完成对计数器的复位操作。输入信号I0．1用于完成对计数器的外部复位操作，而并联的C21触点则用于完成自复位功能。

2．计数器的扩展电路

在S7－200PLC中，1个计数器的最大计数值是32767。在实际应用中，如果计数范围超过这个值，就需要对计数器的计数范围进行扩展，图5－12所示的为计数器扩展电路的程序。

图5－12　计数器扩展电路

在梯形图程序中，I0．0是计数器C20的计数输入端，它的每一个上升沿使C20的计数值加1次；C20的常开触点作为计数器C21的计数输入信号，C20每计数到1000时，C20的常开触点接通1个扫描周期，使计数器C21计数1次；C21的常开触点又作为计数器C22的计数输入信号，C21每计数到100时，C21的常开触点也接通1个扫描周期，使计数器C22计数1次，C22共计数6次。这样当计数值为6 ×100×1000＝600000时，即当输入信号I0．0的上升沿脉冲数达到600000个时，输出信号Q0．0才接通。

输入信号I0．1作为计数器的外部公共复位信号，而C20和C21的常开触点与I0．1并联则用于完成自复位功能。

3．扫描周期测量电路

S7－200PLC执行用户程序是按循环扫描方式进行的，扫描周期很短，且与程序长短有关。利用图5－13所示的电路可大致测量出用户程序的扫描周期。

图5－13　扫描周期测量电路

在梯形图程序中，当程序处于RUN状态时，如果第1个扫描周期内部位存储器M0．2线圈的状态为ON；则在第2个扫描周期时，M0．2常闭触点的状态为OFF，其线圈状态也为OFF；在第3个扫描周期时，M0．2常闭触点的状态变为ON，其线圈状态也为ON。这样内部位存储器M0．2的状态每个扫描周期改变一次，将其常开触点接到C20的计数输入端，则它的每一个上升沿（即2个扫描周期）使C20的计数值加1次。

设T为程序扫描周期，t是从I0．3接通开始计数到Q0．2被置位所需时间，N为计数器设定值，则扫描周期T＝t／（2 N）＝t／（2×10000）。

做实验时，可将特殊标志位存储器SM0．5的常开触点接到输出继电器Q0．4上，其功能是产生周期为1s的脉冲。通过Q0．4的外部发光二极管，可以观察到Q0．4的灯1s亮1次，用此方法可大致记录从I0．3接通到Q0．2被置位所需时间t。如果将此程序段写入任意一个用户程序中，便可测量该用户程序的扫描周期，通过该方法可加深对扫描周期的理解。