关键词：PLC，顺序控制，顺序功能图， 梯形图，指令。
1 引言
在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。本文以松下电工FP0系列PLC为例，提出基于运料小车自动往返顺序控制的五种PLC程序设计方法。
2 系统控制要求[1]
运料小车自动往返顺序控制系统示意图，如图1所示，小车在启动前位于原位A处，一个工作周期的流程控制要求如下：
1）按下启动按钮SB1，小车从原位A装料，10秒后小车前进驶向1号位，到达1号位后停8秒卸料并后退；
2）小车后退到原位A继续装料，10秒后小车第二次前进驶向2号位，到达2号位后停8秒卸料并再次后退返回原位A，然后开始下一轮循环工作；
3）若按下停止按钮SB2，需完成一个工作周期后才停止工作。
图1运料小车自动往返顺序控制系统示意图
3 程序设计方案
根据系统控制要求，系统的输入量有：启、停按钮信号； 原位、1号位、2号位限位开关信号；系统的输出信号有：装料、卸料控制电磁阀驱动信号；前进、后退控制电机接触器驱动信号。共需实际输入点数5个，输出点数4个。运料小车自动往返顺序控制系统PLC的I/O接线图如图2所示：
图2 PLC I/O接线图
上述控制过程可用PLC的顺序功能图[2]（又称控制系统流程图）来表示，它是一种位于其它编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。如图3所示：整个程序完全按照动作的先后顺序直接编程，直观简便，思路清晰，很适合顺序控制的场合。
4 系统程序设计
图3运料小车自动往返顺序控制系统顺序功能图
4．1 经验设计法[3]
经验设计法是根据生产机械的工艺要求和生产过程，在典型单元程序的基础上，做一定的修改和完善。使用经验设计法设计的梯形图程序，如图4所示。根据系统控制要求小车在原位A（X2）处装料，在1号位（X3）和2号位（X4）两处轮流卸料。小车在一个工作循环中有两次前进都要碰到X3，第一次碰到它时停下卸料，第二次碰到它时要继续前进，因此应设置一个具有记忆功能的内部继电器R1，区分是第一次还是第二次碰到X3。小车在第一次碰到X3和碰到X4时都应停止前进，所以将它们的常闭触点与Y2的线圈串联，同时，X3的常闭触点并联了内部继电器R1的常开触点，使X3停止前进的作用受到R1的约束，R1的作用是记忆X3是第几次被碰到，它只在小车第二次前进经过X3时起作用。它的起动条件和停止条件分别是小车碰到X3和X4，当小车第一次前进经过X3时，R1的线圈接通，使R1的常开触点将Y2控制电路中X3的常闭触点短接，因此小车第二次经过X3时不会停止前进，直至到达X4时，R1才复位。此外，将R1的另一对常开触点与X0并联，为第二次驱动Y0装料做准备。
图4经验设计法设计的梯形图
为了实现两处卸料，将X3和X4的触点并联后驱动Y1和T1，为避免小车往返经过X3时，出现短暂的卸料动作，将Y2和Y3的常闭触点与Y1的线圈串联。小车从X4开始后退，防止经过X3时R1再次被置位，导致小车下一个工作周期第一次前进到达X3时无法停止的现象，因此在R1的起动电路中串入Y3的常闭触点。
为了实现周期性循环工作，程序中设置了内部继电器R0，其常开触点与X0并联后驱动Y0。X0接通，R0置位，为开始下一轮循环工作做准备。当按下停止按钮SB2时，X1分断，R0复位，系统完成本周期工作后停止工作。
使用经验设计法设计的程序的质量和耗费的时间与设计者的经验有很大关系，对于一些比较简单程序设计是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。但在编制的程序中有很多不严密之处，往往会易漏掉某些环节，设计出的梯形图可读性差，只适用来设计一些简单的程序，对于初学者来说很难理解和掌握。
图5 置位/复位指令设计的梯形图
4．2 置位/复位指令设计法
使用置位/复位指令设计的梯形图程序，如图5所示。在程序中，每个过程对应一个内部继电器，用前级步对应的内部继电器的常开触点与转换条件对应的触点串联，作为后续步对应的内部继电器置位的条件，用后续步所对应的内部继电器的常开触点，作为有前级步对应的内部继电器复位的条件。如小车在原位A处，按下SB1，X0接通，R1置位驱动Y0，开始装料并定时，用R1的常开触点与T0的常开触点串联作为R2的置位条件，用R2的常开触点作为R1的复位条件，当定时时间一到，R2置位驱动Y1，小车前进，R1复位。为使系统能周期性循环工作，用R8（R8置位驱动Y3，小车后退）和R0的常开触点串联，与X0并联作为R1再次置位的条件。对简单顺序控制系统也可直接对输出继电器置位或复位。该方法无需再增加内部继电器来记忆小车经过X3的次数，逻辑顺序转换关系十分明确，对于初学者编程时，更加容易理解和掌握。
4．3 保持指令设计法
使用保持指令设计的梯形图程序，如图6所示，该编程技术与以置位/复位指令的编程技术基本类似。不同之处是：保持指令的置位控制端不能有多个触点并联输入，因此增加了一个内部继电器R9，初始启动或循环工作时，R9置位，从而使R1置位；另外，使用保持指令所编制的程序步数要比置位/复位指令所编制的程序步数要少得多，占用的内在大为减少。
图6 保持指令设计的梯形图
4．4 左移位寄存器指令设计法
图7 左移位寄存器指令设计的梯形图
SR左移位寄存器指令的功能只能为内部继电器WR的16位数据左移1位。该指令主要是对数据输入，移位脉冲输入，复位输入信号的处理。数据在移位脉冲输入的上升沿逐位向高位移位一次，最高位溢出，当复位信号输入到来时，寄存器的所有内容清零[4]。
使用SR左移位寄存器指令设计的梯形图，如图7所示，SR指令的数据输入控制端为R1的常开触点，移位脉冲输入控制端为R2的常开触点，复位信号输入控制端由X2、R37（R37置位驱动Y3，小车后退）的常开触点和R0的常闭触点串联组成。起初在原位A处，由于WR3的所有位均为0，R1置位，当X0接通，R0置位，R2接通一个周期，1被移入末位，R30置位驱动Y0，开始装料并定时，同时R1复位；当定时时间一到，R2再接通一个周期，R31置位驱动Y1，小车后退；只要R2得到信号一次，就把内部寄存器内WR3中各位的数据依次向左移位一次，使R30至R37依次得电，系统以此按顺序工作，直至完成一个周期，R1重新置位，系统开始下一轮周期的工作。
当X1接通时，R0复位，，系统完成本周期的工作后，WR3的所有内容清零，系统停止工作。
该方法设计的梯形图看起来简洁，设计的效率也得到进一步的提高，容易被初学者理解和接受。这种设计方法不仅可以用于送料小车自动往返顺序控制电路中，在彩灯顺序控制电路中的应用也十分广泛。
4．5 步进指令设计法
步进指令是专门为顺序控制设计提供的指令，步进指令按严格的顺序分别执行各个程序段，每个步进程序段都是相对独立的，只有执行完前一段程序后，下一段程序才能被激活。在执行下一段程序之前，PLC要将此前步进过程复位，为下一段程序的执行做准备。在各段程序中所用的输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等都不允许出现相同编号，否则按出错处理。
使用步进指令设计的梯形图程序，如图8所示，
X0与X2串联作为启动步进信号，X2与R0常闭触点串联作为步进结束信号，X2与R0常开触点串联作为周期性循环工作步进启动信号，T0、X3、T1、X2、T0、X4、T1分别作为过程0～过程7之间的转换控制信号。
图8 步进指令设计的梯形图
这种编程技术很容易被初学者接受和掌握，对于有经验的工程师，也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很容易，使用方便，在顺序控制设计中应优先考虑，该法在工业自动化控制中应用较多。
5 结束语
本文提出基于运料小车自动往返顺序控制系统的五种PLC程序设计方法各有特点，在实际应用中，可根据实际情况选择一种来设计程序，以适应不同场合的控制要求。实践表明，这些程序设计方法很容易被设计者接受和掌握，用它们可以得心应手地设计出任意复杂的顺序控制程序，从而提高设计的效率和缩短生产周期。
参考文献：
[1]常斗南主编. .可编程序控制器原理•应用•实验[M].北京:机械工业出版社,1998.
[2]戴明宏主编. 电器控制与PLC应用.[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.
[3]黄净主编.电气控制与可编程控制器[M].北京:机械工业出版社,2004.
[4]李向东主编. 电器控制与PLC[M].北京:机械工业出版社,2007.
作者简介：
孙克礼，男，1968年12月生，汉族，江苏泰州人，供职单位：泰州机电高等职业技术学校，高级教师，维修电工技师，主要从事机电一体化专业的教学和研究工作，多篇论文在省级以上刊物发表。联系电话：13852863593，邮编：225300
