(1)邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)方法

  邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)方法仿照數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計(jì)方法進(jìn)行PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)，其基本思路是使用邏輯表達(dá)式描述實(shí)際問題，從而獲得邏輯表達(dá)式，根據(jù)邏輯表達(dá)式設(shè)計(jì)梯形圖。以走廊燈兩地控制程序?yàn)槔?，燈的控制輸出可表示為?

  YO=XO·X1 XO·X1

  基于該表達(dá)式，很容易編寫出梯形圖。在實(shí)際工程中，單純的條件控制系統(tǒng)相當(dāng)于組合邏輯電路，表達(dá)式書寫簡(jiǎn)單，對(duì)開關(guān)量的控制過程可用邏輯代數(shù)式表示、分析和設(shè)計(jì)。由此可見，邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法在各種開關(guān)量控制系統(tǒng)中非常實(shí)用。邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法的一般步驟如下：

  ①根據(jù)控制要求列出邏輯代數(shù)表達(dá)式。

  ②對(duì)邏輯代數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)。

  ③設(shè)計(jì)1/O編址表，并根據(jù)化簡(jiǎn)后的邏輯表達(dá)式設(shè)計(jì)梯形圖程序。

  (2)流程圖設(shè)計(jì)法

  PLC采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，其程序設(shè)計(jì)同樣可遵循軟件工程設(shè)計(jì)方法，即PLC控制程序及其運(yùn)行過程可以流程圖來(lái)表示。但是，由于PLC基于掃描工作原理，PLC程序的流程圖設(shè)計(jì)法與計(jì)算機(jī)程序流程圖設(shè)計(jì)法略有不同，從整體上看，PLC程序始終是一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，即不斷地進(jìn)行輸入刷新、程序掃描和輸出刷新。流程圖設(shè)計(jì)法的一般步驟如下：

  ①畫出控制系統(tǒng)流程圖。

  ②設(shè)計(jì)I/O編址表。

  ③根據(jù)流程圖，設(shè)計(jì)梯形圖。

  (3)順序功能圖設(shè)計(jì)法

  如果系統(tǒng)的動(dòng)作或工序存在明顯的先后關(guān)系或順序關(guān)系，一般可采用順序功能圖設(shè)計(jì)法，簡(jiǎn)稱 SFC設(shè)計(jì)法。其基本步驟如下：

  ①根據(jù)工作任務(wù)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的動(dòng)作順序圖或狀態(tài)圖或節(jié)拍表，找出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換的條件。

  ②設(shè)計(jì)I/O編址表。

  ③將狀態(tài)流程圖翻譯成梯形圖。

  如果有SFC編程環(huán)境，可以直接使用SFC進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的SRC程序，此時(shí)不必轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的梯形圖控制程序。

  (4)Petri網(wǎng)設(shè)計(jì)法

  1962年，德國(guó)的C.A.Petri博士提出了Petri網(wǎng)理論，主要用于并發(fā)、離散系統(tǒng)的建模。經(jīng)過多年的發(fā)展，該理論已在復(fù)雜PLC程序設(shè)計(jì)中獲得了廣泛應(yīng)用。Petri網(wǎng)包括的兩種要素稱為位置(S元素)和變遷(T元素)，它們分別表示系統(tǒng)的狀態(tài)和變化。每個(gè)位置所包含的令牌(Token)數(shù)可表示出系統(tǒng)狀態(tài)，通過Token的流動(dòng)來(lái)演變控制觸發(fā)的規(guī)則。基于Petri網(wǎng)設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，Petri網(wǎng)理論主要用來(lái)構(gòu)建控制器的邏輯關(guān)系，借助于Petri網(wǎng)導(dǎo)出邏輯表達(dá)式、從而設(shè)計(jì)出PLC控制程序。

  下面以自動(dòng)導(dǎo)向小車運(yùn)輸系統(tǒng)為例，介紹基于Petri網(wǎng)設(shè)計(jì)PLC控制程序的基本步驟和方法。小車的行走路線如圖5-4所示，本系統(tǒng)有2個(gè)下料工作站 O1 和 O2，3個(gè)上料工作站 I1、I2 和I3。圖中圓圈表示的觸點(diǎn)用來(lái)檢測(cè)小車在一段路程結(jié)束時(shí)的狀況，小車每到達(dá)1個(gè)觸點(diǎn)，控制系統(tǒng)必須決定是停下等待還是繼續(xù)行駛為避免撞車，將傳送網(wǎng)絡(luò)劃分為若干段，在任意給定時(shí)刻，每1段上不能多于1輛小車。在本系統(tǒng)中，假設(shè)上料站11向下料站O1供料：上料站12向下料站O2供料;上料站13既可向下料站O1供料，又可向下料站O2供料。由此可見，從3個(gè)上料站發(fā)出的小車對(duì)同一段路的使用具有競(jìng)爭(zhēng)性，當(dāng)2輛小車同時(shí)請(qǐng)求使用時(shí)，就產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)。為了避免小車相撞，必須使用并發(fā)型設(shè)計(jì)思想。即在每個(gè)觸點(diǎn)處，哪輛小車先到達(dá)觸點(diǎn)，就將下一段路的使用權(quán)交給這輛小車，而只有當(dāng)這輛小車離開這段路后，這段路的使用權(quán)才能交給其他的小車。通過在每輛小車上裝備轉(zhuǎn)向控制裝置，可控制每輛小車在岔路口的轉(zhuǎn)向。

  基于上述思想，構(gòu)建的自動(dòng)導(dǎo)向小車運(yùn)輸系統(tǒng)的Petri網(wǎng)如圖5-5所示。具有競(jìng)爭(zhēng)性質(zhì)的資源，即每一段路備用1個(gè)位置元素S來(lái)表示，當(dāng)沒有小車在路上行駛時(shí)，其S元素內(nèi)部包含1個(gè)Token。圖5-5中，1i為第i個(gè)上料站上料標(biāo)志(輸入信號(hào));Pji為小車i在j路段上的行駛狀況;Sj 為路段j空著的標(biāo)志;T為小車i離開j路段時(shí)的觸發(fā)標(biāo)志(輸入信號(hào))。圖5-5的Petri網(wǎng)模型給出了4種可能的行車順序：

  H1→O1，12→O2，13→O1，13→O2。系統(tǒng)中不同的小車在不同的路段上可以同時(shí)運(yùn)行。通過分析所構(gòu)造的Petri網(wǎng)，可以寫出該自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的邏輯方程：

  由此可得小車的行車輸出邏輯為：

  小車1的行車控制輸出：OUT11=P11 P13 P15 P16

  小車2的行車控制輸出：OUT12=P22 P23 P25 P27

  小車3的行車控制輸出：OUT13=P34 P35 P36 P37

  轉(zhuǎn)向輸出邏輯為：

  小車1轉(zhuǎn)向控制輸出：OUT21=P16

  小車2轉(zhuǎn)向控制輸出：OUT22=P26

  小車3轉(zhuǎn)向控制輸出：OUT23=P36 P37

  針對(duì)具體的PLC編寫梯形圖時(shí)，只需使用具體的軟元件替換表達(dá)式中的各變量即可寫出梯形圖。例如，可將上料觸點(diǎn)信號(hào)11～13分配為X0～X2，路段位置觸點(diǎn)信號(hào)T1～T7分配為X3～X11，行車控制輸出OUTl1～OUT13分配為Y0～Y2，轉(zhuǎn)向控制輸出OUT11～OUT13分配為Y3～Y5;Si和Pij用M取代。根據(jù)上述邏輯關(guān)系，即可寫出自動(dòng)導(dǎo)向小車運(yùn)輸系統(tǒng)的梯形圖控制程序。