1.程序設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備工作

  在正式進(jìn)行用戶程序設(shè)計(jì)前，首先要做一些前期準(zhǔn)備工作，包括繪制IO地址分配表，繪出PLC配線圖，畫出全部控制系統(tǒng)的電氣原理圖。

  PLC用戶程序的設(shè)計(jì)方法很多，除了上面所介紹的轉(zhuǎn)換技術(shù)法外，比較通用的是程序流程圖設(shè)計(jì)法，其他還有組合邏輯控制設(shè)計(jì)法，步進(jìn)順控設(shè)計(jì)法和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法等。但這些方法都具有一定的局限性，程序設(shè)計(jì)因人而異，即使采用同一種編程方法，所設(shè)計(jì)的用戶程序也會(huì)相差很大。因此，初學(xué)者追求的是有自己的思路，根據(jù)自己的思路所設(shè)計(jì)的程序完全能滿足控制要求，不要去追求什么程序設(shè)計(jì)技巧、最優(yōu)程序，等等。

  2.程序設(shè)計(jì)的算法和程序流程圖設(shè)計(jì)法

  什么是算法，算法就是解決問題的思路。不管是工程控制還是數(shù)據(jù)處理，在設(shè)計(jì)程序前，總是要對(duì)問題進(jìn)行分析，并找出解決問題的方法步驟，這個(gè)方法步驟就是算法。例如，黑板上有十個(gè)數(shù)，要找出最大值，有人說我一眼就看出某數(shù)是最大的數(shù)，這個(gè)“一眼看出”不是算法。有人說我是一個(gè)數(shù)一個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，比較時(shí)總是保留大的數(shù)，舍去小的數(shù)，最后那個(gè)數(shù)就是最大的數(shù)，這種一一比較的方法就是算法。因此，在PLC 程序設(shè)計(jì)中(其他程序設(shè)計(jì)也一樣)，算法不但是一種思路，還應(yīng)該是解決問題的具體步驟，而PLC程序則是應(yīng)用指令完成算法的具體體現(xiàn)和成果。所以，一般來說，設(shè)計(jì)程序前先要思考算法，正如寫文章前先要構(gòu)想文章的大綱一樣。

  算法是解決問題的思路，不同的人可能思路會(huì)不完全相同。也就說，一個(gè)問題的思路可能有多種，形成的算法也會(huì)有多種。同一個(gè)問題有多種算法，有多種程序設(shè)計(jì)都是正常的，不要輕易說別人設(shè)計(jì)的程序不對(duì)。

  一個(gè)問題可以有多種算法，但這多種算法還是可以比較的，比較的標(biāo)準(zhǔn)涉及對(duì)算法進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化的問題。具體來說，一個(gè)算法如果使用較少的硬件資源，執(zhí)行時(shí)間較短，這種算法就較好。

  PLC 是解決實(shí)際控制任務(wù)的，而針對(duì)控制任務(wù)的算法是解決問題的前提，可以說，對(duì)PLC的硬件知識(shí)，編程知識(shí)的學(xué)習(xí)都是有限的，而對(duì)算法的學(xué)習(xí)則是無形的、無限的。算法不但涉及PLC知識(shí)，還涉及控制任務(wù)的相關(guān)工藝工程知識(shí)、大量的數(shù)學(xué)、物理等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，試想一個(gè)連方程是什么都不知道的人，能有解一次方程的算法嗎?

  有了算法，還必須用PLC指令編寫成PLC程序。在編寫程序前，首先要把算法表示出來。

  算法的表示方法很多，最重要的是表達(dá)方式能表示算法的步驟，以便程序設(shè)計(jì)時(shí)，能很快地根據(jù)算法的步驟編寫出程序。這里介紹一種常用的算法表示方法——程序流程圖。在高級(jí)語言里，程序流程圖又叫程序框圖，用框圖來表示執(zhí)行的內(nèi)容和程序的流轉(zhuǎn)，用帶箭頭的連線表示程序執(zhí)行的步驟和流程。圖5.5-1 表示了程序流程圖中的兩種組成圖框——運(yùn)算框和轉(zhuǎn)移框。

  圖5.5-1 程序流程框圖

  運(yùn)算框表示算法在該步驟要執(zhí)行的內(nèi)容，轉(zhuǎn)移框則表示程序到這一步要根據(jù)框中所表示的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行程序轉(zhuǎn)移。如圖中若A>B則轉(zhuǎn)向Y，A≤B則轉(zhuǎn)向N。連線箭頭表示算法的步驟流程，每一個(gè)算法都可以先畫出由運(yùn)算框和轉(zhuǎn)移框所組成的程序框圖，然后，根據(jù)程序框圖選用適當(dāng)?shù)闹噶罹幹瞥鎏菪螆D程序。

  3.組合邏輯控制設(shè)計(jì)法

  邏輯設(shè)計(jì)法是將數(shù)字電子技術(shù)中的數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)方法移植到PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)中。梯形圖和繼電控制線路一樣，其輸出線圈和輸入觸點(diǎn)均是只有兩種狀態(tài)的元件，因此，用變量取值為“0”和“1”的邏輯代數(shù)也完全適用于PLC梯形圖的設(shè)計(jì)。這就是梯形圖邏輯設(shè)計(jì)法的依據(jù)。邏輯設(shè)計(jì)法有很大的局限性，它僅適用于組合邏輯控制系統(tǒng)。

  什么是組合邏輯控制當(dāng)邏輯控制的輸出狀態(tài)僅僅取決于輸入的當(dāng)前值狀態(tài)，而與輸入、輸出的以前狀態(tài)無關(guān)的邏輯控制稱為組合邏輯控制。組合邏輯控制的特點(diǎn)是輸出狀態(tài)僅與當(dāng)前輸入狀態(tài)有關(guān)，其結(jié)果是唯一的，且其轉(zhuǎn)換馬上實(shí)現(xiàn)。其邏輯表達(dá)式簡單易懂，根據(jù)邏輯表達(dá)式可直接設(shè)計(jì)出梯形圖，邏輯設(shè)計(jì)法不適用于時(shí)序邏輯控制。

  組合邏輯控制設(shè)計(jì)方法的步驟：

  (1)根據(jù)控制要求，明確哪些是輸出變量，哪些是輸入變量。

  (2)根據(jù)控制要求，繪制輸入、輸出關(guān)系的真值表。真值表必須考慮輸入變量的全部狀態(tài)組合。

  (3)根據(jù)真值表寫出輸出與輸入關(guān)系之邏輯代數(shù)表達(dá)式。

  (4)根據(jù)邏輯代數(shù)表達(dá)式直接設(shè)計(jì)梯形圖程序。

  可以看出，這種設(shè)計(jì)法的另一個(gè)局限是必須掌握一定的數(shù)字電路和邏輯代數(shù)知識(shí)，這對(duì)于沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過這些知識(shí)的人員來說，有一定的困難。

  4. 步進(jìn)順序控制設(shè)計(jì)法

  在工業(yè)控制中，除了模擬量控制之外，大部分控制都是一種順序控制。所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)、有序地進(jìn)行操作。

  將邏輯控制看成順序控制的基本思路邏輯控制系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)只能完成一定的控制任務(wù)。這樣，就可以把一個(gè)工作周期內(nèi)的控制任務(wù)劃分成若干個(gè)時(shí)間連續(xù)、順序相連的工作段，而在某個(gè)工作段，只關(guān)心該工作段的控制任務(wù)和什么情況下該工作段結(jié)束，然后轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工作段就行了。

  三菱FX系列PLC專門為順序控制開發(fā)了步進(jìn)指令STL，利用步進(jìn)指令STL可以非常方便地設(shè)計(jì)順序控制程序。在本書第6章專門對(duì) STL 步進(jìn)指令順序控制程序進(jìn)行了詳細(xì)講解，這里不再闡述。

  步進(jìn)順序控設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)思路非常清晰、容易理解和掌握，不需要過多過深的知識(shí)。對(duì)初學(xué)者來說，是最容易接受、學(xué)習(xí)和掌握的梯形圖程序設(shè)計(jì)方法。

  5.經(jīng)驗(yàn)法

  經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是指用設(shè)計(jì)繼電控制電氣原理圖的經(jīng)驗(yàn)方法來設(shè)計(jì)比較簡單的開關(guān)量邏輯控制梯形圖，即在掌握一些基本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，充分理解實(shí)際的控制要求，將實(shí)際控制要求分解為各個(gè)基本環(huán)節(jié)所能解決的小任務(wù)，然后，根據(jù)控制要求不斷地修改自己的設(shè)計(jì)，直到達(dá)到符合控制要求的梯形圖為止。這就如同小學(xué)生作文，先閱讀優(yōu)秀范文，再模仿范文寫作，最后達(dá)到獨(dú)立寫作的目的。學(xué)習(xí)PLC程序設(shè)計(jì)也一樣，可以先盡可能多地收集一些典型的小程序加以學(xué)習(xí)，然后模仿編寫或?qū)Φ湫统绦蚣右愿膭?dòng)后移植到自己的程序中，最后經(jīng)過不斷修改變成自己獨(dú)立完成的程序。

  經(jīng)驗(yàn)法沒有普通的規(guī)律可循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)質(zhì)量均與設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，具有很大的試探性和隨意性，所設(shè)計(jì)的程序是因人而異，不具有唯一性。經(jīng)驗(yàn)法是初學(xué)者特別是電工技術(shù)人員學(xué)習(xí)PLC程序設(shè)計(jì)比較好的切入點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)法要求設(shè)計(jì)者對(duì)基本設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)(啟保停、延時(shí)、自鎖、連鎖與互鎖等)能夠理解、掌握和運(yùn)用。經(jīng)驗(yàn)法的另一個(gè)特點(diǎn)是程序可能要經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)試、修改才能完成，而實(shí)際上這種反復(fù)調(diào)試修改也給設(shè)計(jì)者積累了經(jīng)驗(yàn)。