PLC顺序功能表图中几个特殊编程问题

一、跳步与循环

复杂的控制系统不仅I／O点数多，功能表图也相当复杂，除包括前面介绍的功能表图的基本结构外，还包括跳步与循环控制，而且系统往往还要求设置多种工作方式，如手动和自动（包括连续、单周期、单步等）工作方式。手动程序比较简单，一般用经验法设计，自动程序的设计一般用顺序控制设计法。

1．跳步

如图1所示用状态器来代表各步，当步S31是活动步，并且X5变为“1”时，将跳过步S32，由步S31进展到步S33。这种跳步与S31S32S33等组成的“主序列”中有向连线的方向相同，称为正向跳步。当步S34是活动步，并且转换条件时，将从步S34返回到步S33，这种跳步与“主序列”中有向连线的方向相反，称为逆向跳步。显然，跳步属于选择序列的一种特殊情况。

图1  含有跳步和循环的功能表图

2．循环

在设计梯形图程序时，经常遇到一些需要多次重复的操作，如果一次一次地编程，显然是非常繁琐的。我们常常采用循环的方式来设计功能表图和梯形图，如图1所示，假设要求重复执行10次由步S33和步S34组成的工艺过程，用C0控制循环次数，它的设定值等于循环次数10。每执行一次循环，在步S34中使C0的当前值减1，这一操作是将S34的常开触点接在C0的计数脉冲输入端来实现的，当步S34变为活动步时，S34的常开触点由断开变为接通，使C0的当前值减1。每次执行循环的最后一步，都根据C0的当前值是否为零来判别是否应结束循环，图中用步S34之后选择序列的分支来实现的。假设X4为“1”，如果循环未结束，C0的常闭触点闭合，转换条件满足并返回步S33；当C0的当前值减为0，其常开触点接通，转换条件满足，将由步S34进展到步S35。

在循环程序执行之前或执行完后，应将控制循环的计数器复位，才能保证下次循环时循环计数。复位操作应放在循环之外，图1中计数器复位在步S0和步S25显然比较方便。

二、选择序列和并行序列的编程

循环和跳步都属于选择序列的特殊情况。对选择序列和并行序列编程的关键在于对它们的分支和合并的处理，转换实现的基本规则是设计复杂系统梯形图的基本准则。与单序列不同的是，在选择序列和并行序列的分支、合并处，某一步或某一转换可能有几个前级步或几个后续步，在编程时应注意这个问题。

1．选择序列的编程

（1）使用STL指令的编程

如图2所示，步S0之后有一个选择序列的分支，当步S0是活动步，且转换条件X0为“1”时，将执行左边的序列，如果转换条件X3为“1”状态，将执行右边的序列。步S32之前有一个由两条支路组成的选择序列的合并，当S31为活动步，转换条件X1得到满足，或者S33为活动步，转换条件X4得到满足，都将使步S32变为活动步，同时系统程序使原来的活动步变为不活动步。

图2  选择序列的功能表图一

如图3所示为对图2采用STL指令编写的梯形图，对于选择序列的分支，步S0之后的转换条件为X0和X3，可能分别进展到步S31和S33，所以在S0的STL触点开始的电路块中，有分别由X0和X3作为置位条件的两条支路。对于选择序列的合并，由S31和S33的STL触点驱动的电路块中的转换目标均为S32。

图3  选择序列的梯形图一

在设计梯形图时，其实没有必要特别留意选择序列的如何处理，只要正确地确定每一步的转换条件和转换目标即可。

（2）使用通用指令的编程

如图5所示对图4功能表图使用通用指令编写的梯形图，对于选择序列的分支，当后续步M301或M303变为活动步时，都应使M300变为不活动步，所以应将M301和M303的常闭触点与M300线圈串联。对于选择序列的合并，当步M301为活动步，并且转换条件X1满足，或者步M303为活动步，并且转换条件X4满足，步M302都应变为活动步，M302的起动条件应为：，对应的起动电路由两条并联支路组成，每条支路分别由M301、X1和M303、X4的常开触点串联而成。

图4  选择序列功能表图二

图5  选择序列的梯形图二

（3）以转换为中心的编程

如图6所示是对图4采用以转换为中心的编程方法设计的梯形图。用仿STL指令的编程方式来设计选择序列的梯形图，请读者自己编写。

图6  选择序列的梯形图三

2．并行序列的编程

（1）使用STL指令的编程

如图7所示为包含并行序列的功能表图，由S31、S32和S34、S35组成的两个序列是并行工作的，设计梯形图时应保证这两个序列同时开始和同时结束，即两个序列的第一步S31和S34应同时变为活动步，两个序列的最后一步S32和S35应同时变为不活动步。并行序列的分支的处理是很简单的，当步S0是活动步，并且转换条件X0＝1，步S31和S34同时变为活动步，两个序列开始同时工作。当两个前级步S32和S35均为活动步且转换条件满足，将实现并行序列的合并，即转换的后续步S33变为活动步，转换的前级步S32和S35同时变为不活动步。

图7  并行序列的功能表图

如图8所示是对图7功能表图采用STL指令编写的梯形图。对于并行序列的分支，当S0的STL触点和X0的常开触点均接通时，S31和S34被同时置位，系统程序将前级步S0变为不活动步；对于并行序列的合并，用S32、S35的STL触点和X2的常开触点组成的串联电路使S33置位。在图8中，S32和S35的STL触点出现了两次，如果不涉及并行序列的合并，同一状态器的STL触点只能在梯形图中使用一次，当梯形图中再次使用该状态器时，只能使用该状态器的一般的常开触点和LD指令。另外，FX系列plc规定串联的STL触点的个数不能超过8个，换句话说，一个并行序列中的序列数不能超过8个。

图8  并行序列的梯形图

（2）使用通用指令的编程

如图9所示的功能表图包含了跳步、循环、选择序列和并行序列等基本环节。

图9  复杂的功能表图

如图10所示是对图9的功能表图采用通用指令编写的梯形图。步M301之前有一个选择序列的合并，有两个前级步M300和M313，M301的起动电路由两条串联支路并联而成。M313与M301之间的转换条件为，相应的起动电路的逻辑表达式为，该串联支路由M313、X13的常开触点和C0的常闭触点串联而成，另一条起动电路则由M300和X0的常开触点串联而成。步M301之后有一个并行序列的分支，当步M301是活动步，并且满足转换条件X1，步M302与步M306应同时变为活动步，这是用M301和Xl的常开触点组成的串联电路分别作为M302和M306的起动电路来实现的，与此同时，步M301应变为不活动步。步M302和M306是同时变为活动步的，因此只需要将M302的常闭触点与M301的线圈串联就行了。

图10  使用通用指令编写的梯形图

步M313之前有一个并行序列的合并，该转换实现的条件是所有的前级步(即步M305和M311)都是活动步和转换条件X12满足。由此可知，应将M305，M311和X12的常开触点串联，作为控制M313的起动电路。M313的后续步为步M314和M301，M313的停止电路由M314和M301的常闭触点串联而成。

编程时应该注意以下几个问题：

1）不允许出现双线圈现象。

2）当M314变为“1”状态后，C0被复位（见图10），其常闭触点闭合。下一次扫描开始时M313仍为“1”状态（因为在梯形图中M313的控制电路放在M314的上面），使M301的控制电路中最上面的一条起动电路接通，M301的线圈被错误地接通，出现了M314和M301同时为“1”状态的异常情况。为了解决这一问题，将M314的常闭触点与M301的线圈串联。

3）如果在功能表图中仅有由两步组成的小闭环，如图11a所示，则相应的辅助继电器的线圈将不能“通电”。例如在M202和X2均为“1”状态时，M203的起动电路接通，但是这时与它串联的M202的常闭触点却是断开的，因此M203的线圈将不能“通电”。出现上述问题的根本原因是步M202既是步M203的前级步，又是它的后序步。如图11b所示在小闭环中增设一步就可以解决这一问题，这一步只起延时作用，延时时间可以取得很短，对系统的运行不会有什么影响。

图11 仅有两步的小闭环的处理

（3）使用以转换为中心的编程

与选择序列的编程基本相同，只是要注意并行序列分支与合并处的处理。

（4）使用仿STL指令的编程

如图12所示是对图9功能表图采用仿STL指令编写的梯形图。在编程时用接在左侧母线上与各步对应的辅助继电器的常开触点，分别驱动一个并联电路块。这个并联电路块的功能如下：驱动只在该步为“1”状态的负载的线圈；将该步所有的前级步对应的辅助继电器复位；指明该步之后的一个转换条件和相应的转换目标。以M301的常开触点开始的电路块为例，当M301为“1”状态时，仅在该步为“1”状态的负载Y0被驱动，前级步对应的辅助继电器M300和M313被复位。当该步之后的转换条件X1为“1”状态时，后续步对应的M302和M306被置位。

图12  采用仿STL指令编写的梯形图

如果某步之后有多个转换条件，可将它们分开处理，例如步M302之后有两个转换，其中转换条件T0对应的串联电路放在电路块内，接在左侧母线上的M302的另一个常开触点和转换条件X2的常开触点串联，作为M305置位的条件。某一负载如果在不同的步为“1”状态，它的线圈不能放在各对应步的电路块内，而应该用相应辅助继电器的常开触点的并联电路来驱动它。