【连载】老曹带你做大神之走进奇妙的工控世界（七）

每周二，由老曹带领大家一步一步进入到自动化控制系统的奇妙世界；一步一步告诉大家如何从一张P & ID（Piping and Instrumentation diagram）图设计一套PLC控制系统，其中包括：IO点统计、PLC选型、IO表设计、IO端子图设计、机柜布置图设计、总线设计、网络设计、PLC程序编制、上位机画面编制、文档制作；让你轻轻松松完整以PLC为主控制器的控制系统设计。

通过前面六节一套PLC控制系统的硬件设计我们已经全部完成了，本节开始我们来讲解PLC系统的软件设计，包括PLC程序设计和HMI上位机设计。

本节我们主要介绍PLC程序设计：

一、 PLC起源

1969年 DEC公司研制出了第一台可编程控制器，1971年 日本开始生产可编程控制器，1973年 欧洲开始生产可编程控制器，可编程序控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪七十至八十年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller），为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。

二、PLC系统基本构成

 一套完整的PLC系统由电源、CPU、通讯模块、输入模块、输出模块，以及编程软件组成；所谓的硬件组态就是在编程软件内将相关的硬件模块进行组态，组态原则：

• 软件中的型号，版本与硬件相一致；

• 槽位对应相一致；

• 通讯地址软硬件相一致；

特殊说明：AB PLC编程软件版本需和CPU版本相一致；

Logix5000中按照上图的组态如下： 

三、PLC工作方式：

当PLC上电后执行内部初始化程序，随后检查输入状态，建立通信服务；之后PLC会更新内部的时钟和特殊寄存器；内部系统执行完毕，PLC会检查CPU的运行状态，如果CPU是运行状态则执行用户程序，同时输出映像去开始刷新。同时PLC会不断进行自检来检验PLC工作是否正常，如果正常则继续进行输入状态扫描，执行用户程序并做输出状态刷新。如果PLC工作异常则进行异常处理，致命错误CPU可自己强制为停机状态。如果PLC发现CPU为停止状态则继续执行PLC自检程序。

一个PLC系统完整的扫描周期包括输入采样，执行程序和输出刷新三个阶段；大部分梯形图的扫描方式为从左到右，从上往下；注意也有部分PLC采用先上下，后左右的扫描方式。这个扫描方式对于PLC部分程序设计非常关键。

四、PLC程序设计：

设计思路：

1) 先写单体设备控制逻辑，如单体泵、阀门

2) 设计设备与设备之间的关系逻辑，自动连锁；如泵和阀门的保护逻辑关系

3) 设计复杂运算逻辑

4) 多种控制逻辑构成整体控制系统。

4.1 梯形图设计-经验设计法

• 启动、保持、停止电路

• 延时通断电路：

• 闪烁电路：

  

实质上是一个具有正反馈的振荡电路，Timer_1和Timer_2的输出信号通过他们的触点分别控制对方的线圈，形成了正反馈。

4.2 梯形图设计-由继电控制转换

• 了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的工作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制回路的工作原理。

• 确定PLC的输入信号和输出负载，以及与他们对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，划出可编程控制器的外部接线图。

• 确定与继电器电路图中的中间继电器，时间继电器对应的梯形图中的中间点和定时器。

• 根据上述对应关系画出梯形图

例，继电控制回路如下：

从上图可以看出本电路主要实现SB1，SB2两个按钮对KM1，KM2，KM3的控制，以及彼此间的互锁，因此电路我们可以简化如下：

RsLogix5000，AB PLC程序实现如下图：

本节内容到此结束，下节我们介绍如何用RsLogix5000开发一个完整项目；感兴趣的朋友可以研究下上面控制回路的作用。

作者介绍

曹俊义：资深工业网络通讯专家，工业自动化控制系统专家，ProSoft产品顶级技术专家。 

   工业通讯领域沉浸十数年，深喑各种工业通讯协议和工业网络架构以及国内外多种主流PLC应用和操作、熟知罗克韦尔、施耐德、西门子、GE等知名品牌的冗余系统，对工业无线通讯、工业物联网、工业IT与OT的融合，有着前瞻性的独到见解和务实的实践经验。

   现任伟联科技董事长。努力为中国工业信息化、数字化、智能化的深入发展做出贡献。