PLC编程实例及经验设计方法，学完效率提高几十倍！
三相异步电动机的降压启动控制
1、三相异步电动机的Y-△降压启动控制
将三相异步电动机的Y-△降压启动的继电接触器控制改造为PLC控制系统.
（1）确定I/O信号、画PLC的外部接线图
（a）主电路
（b）PLC的I/O接线图
电动机的Y-△降压启动的接线图
（2）设计三相异步电动机的Y-△降压启动梯形图
电动机的Y-△降压启动控制的梯形图
2.三相异步电动机的串自耦变压器降压启动控制
将串自耦变压器降压启动的继电接触器控制改造为PLC控制系统 ：
（1）确定I/O信号、画PLC的外部接线图
PLC的输入信号：启动按钮SB1，停止按钮SB2，热继电器常开触点FR。
PLC的输出信号：运行接触器KM2、串接自耦变压器接触器KM1。
（a）主电路
（b）PLC的I/O接线图
电动机的自耦变压器降压启动的接线图
（2）设计三相异步电动机的串自耦变压器降压启动梯形图
三相异步电动机的串自耦变压器降压启动控制梯形图
三相绕线式异步电动机的控制
1.三相绕线式异步电动机串电阻启动控制
将绕线式异步电动机串电阻启动的继电接触器控制线路改造为PLC控制系统 ：
（1）确定I/O信号、画PLC的外部接线图
PLC的输入信号：启动按钮SB1，停止按钮SB2，热继电器常开触点FR。
PLC的输出信号：电源接触器KM、短接R1接触器KM1、短接R2接触器KM
（a）主电路
（b） PLC的I/O接线图
三相绕线式异步电动机串电阻启动的接线图
2.三相绕线式异步电动机串频敏变阻器启动电路
将绕线式异步电动机串频敏变阻器启动的继电接触器控制线路改造为PLC控制系统 ：
（1）确定I/O信号、画PLC的外部接线图
PLC的输入信号：启动按钮SB1，停止按钮SB2，热继电器常开触点FR。
PLC的输出信号：运行接触器KM1、短接频敏变阻器接触器KM2、接入热继电器的中间继电器KA。
（a）主电路
（b） PLC的I/O接线图
（2）设计三相绕线式异步电动机串频敏变阻器启动梯形图
三相绕线式异步电动机串频敏变阻器启动梯形图
自动往返控制
将自动往返控制的继电接触器控制线路改造为PLC控制系统 ：
（1）确定I/O信号、画PLC的外部接线图
PLC的输入信号：正转启动按钮SB1，反转启动按钮SB2，停止按钮SB3，热继电器常开触点FR、正向前进限位开关SQ1、反向后退限位开关SQ2、前进极限限位开关SQ3、后退极限限位开关SQ4。
PLC的输出信号：正向运行接触器KM1、反向运行接触器KM2。
自动往返控制的示意图
(b) PLC的I/O接线图
自动往返控制的接线 图
（2）设计梯形图
自动往返控制的梯形图
梯形图经验设计法
（一）PLC控制系统梯形图的特点
(1)PLC控制系统的输入信号和输出负载：继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构用PLC的输出继电器来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、控制开关、限位开关、接近开关等用来给PLC提供控制命令和反馈信号，它们的触点接在PLC的输入端。
(2)继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来完成，它们与PLC的输入继电器和输出继电器无关。
(3)设置中间单元：在梯形图中，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为了简化电路，在梯形图中可设置用该电路控制的辅助继电器，辅助继电器类似于继电器电路中的中间继电器。
(4)时间继电器瞬动触点的处理：除了延时动作的触点外，时间继电器还有在线圈得电或失电时马上动作的瞬动触点。对于有瞬动触点的时间继电器，可以在梯形图中对应的定时器的线圈两端并联辅助继电器，后者的触点相当于时间继电器的瞬动触点。
(5)断电延时的时间继电器的处理。FX系列PLC没有相同功能的定时器，但是可以用线圈通电后延时的定时器来实现断电延时功能。
(6)外部联锁电路的设立。为了防止控制正反转的两个接触器同时动作，造成三相电源短路，除了在梯形图中设置与它们对应的输出继电器的线圈串联的常闭触点组成的软互锁电路外，还应在PLC外部设置硬互锁电路。
(7)热继电器过载信号的处理：如果热继电器属于自动复位型，则过载信号必须通过输入电路提供给PLC，用梯形图实现过载保护。如果属于手动复位型热继电器，则其常闭触点可以接在PLC的输出电路中与控制电动机的交流接触器的线圈串联。
(8)外部负载的额定电压：PLC的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块，一般只能驱动额定电压AC 220V的负载，如果系统原来的交流接触器的线圈电压为380V时，应将线圈换成220V的，或在PLC外部设置中间继电器。
（二）经验设计法
以上实例编程使用的方法为“经验设计法”。顾名思义，“经验法”是依倨设计者的经验进行设计的方法。
1．经验设计法的要点
（1）PLC的编程，从梯形图来看，其根本点是找出符合控制要求的系统各个输出的工作条件，这些条件又总是用机内各种器件按一定的逻辑关系组合实现的。
（2）梯形图的基本模式为启-保-停电路。每个启-保-停电路一般只针对一个输出，这个输出可以是系统的实际输出，也可以是中间变量。
（3）梯形图编程中有一些约定俗成的基本环节，它们都有一定的功能，可以像摆积木一样在许多地方应用。
2．“经验法”编程步骤
（1）在准确了解控制要求后，合理地为控制系统中的事件分配输入输出口。选择必要的机内器件，如定时器、计数器、辅助继电器。
（2）对于一些控制要求较简单的输出，可直接写出它们的工作条件，依据启-保-停电路模式完成相关的梯形图支路。工作条件稍复杂的可借助辅助继电器。
（3）对于较复杂的控制要求，为了能用启-保-停电路模式绘出各输出口的梯形图，要正确分析控制要求，并确定组成总的控制要求的关键点。
（4）将关键点用梯形图表达出来。关键点总是用机内器件来表达的，在安排机内器件时需要合理安排。绘关键点的梯形图时，可以使用常见的基本环节，如定时器计时环节、振荡环节等。
（5）在完成关键点梯形图的基础上，针对系统最终的输出进行梯形图的编绘。使用关键点综合出最终输出的控制要求。
（6）审查以上草绘图纸，在此基础上，补充遗漏的功能，更正错误，进行最后的完善。
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今日搜狐热点利用PLC的通讯功能提高程序设计效率--《机床电器》2003年02期
利用PLC的通讯功能提高程序设计效率
【摘要】：本文介绍利用可编程控制器 (PLC)与个人计算机 (PC)之间的通讯功能 ,借助SWOPC -FXGP/WIN -C专用编程软件 ,以提高FX系列PLC的控制应用程序的设计效率以及该编程软件的特点。
【作者单位】：
【分类号】：TP311.1
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工业控制系统发展趋势 --PLC的虚拟化和软件定义
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提高PLC程序中Modbus通信效率的方法
　　【摘要】针对PLC程序设计中Modbus通信存在数据丢失和通信效率低的问题，提出了一种兼顾重要数据和通信效率的优化方法，包括划分数据优先级和定时中断控制发送周期两个部分，实践表明，此方法有利于保证重要数据的实时性和提高通信带宽利用率。 中国论文网 /8/view-6382476.htm　　【关键词】PLC;M数据丢失;通信效率;定时中断 　　引言 　　PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备，具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点[1]。随着控制技术的不断发展，控制系统的规模也在逐步扩大，通讯技术成为大规模控制系统的一个支撑。在大规模控制系统或分散式控制系统中，多个主机之间或者主机与分机之间有大量数据进行通信[2]。 　　在PLC的通信中，Modbus协议是一种常用的通信协议。Modbus最早由Modicon公司提出，由于其简单、可靠，被广大现场技术人员广泛接受。当前市场中多数PLC产品都支持Modbus协议。Modbus协议是主从式协议，通信由主站发起，从站根据主站的命令进行数据应答，从站不能发起通信。Modbus的这种特点决定了其通信实时性低于CAN等多主协议，但其单次通信数据量大的特点在一定程度上可以弥补这一不足。在实际操作中，如果主站是PLC，其通信的数据和发起通信的时间是由控制程序决定的，是随机的，在控制程序的循环运行中，在某些时刻可能通信数据量大，而在其他时刻可能没有数据，这会造成带宽资源利用不均匀，在数据量大的时候通信拥挤，导致数据丢失和通信不稳定。为了解决这一问题，本文提出了一种在PLC程序设计中提高Modbus通信效率的优化方法。 　　1.Modbus协议简介 　　Modbus通信协议具有开放性好、易实现、扩展性好、可靠性高等优点， 因而具有广阔的应用前景，被越来越多的设备厂商所支持。不同厂商生产的控制设备可以连成Modbus工业网络，由Modbus通信的主站对 现场设备和仪表进行远程监控，实现非常好的监控效果和系统性能[3]。 　　Modbus没有规定物理层，它只规定了可以被通信节点识别的数据结构。Modbus规定了数据的结构、命令和应答的形式，数据通信采用主从方式，主站可以向特定的从站发起读写命令，也可以向所有从站发起广播命令。在同一个通信网络中，所有通信节点（包括主站和从站）都必须设置相同的通信参数，包括波特率、数据位、停止位和校验位，而字符超时、回复超时等保护参数每个通信节点可以不尽相同。 　　Modbus通信模式分为ASCII和RTU两种，两者的不同主要在于数据格式，两者的数据格式分别如表1和表2所示。 　　表1 　　位置 起始位 设备地址 功能码 数据 LRC校验 结束符 　　字符 　　个数 1 2 3 n 2 2 　　 表2 　　位置 起始位 设备地址 功能码 数据 CRC校验 结束符 　　位数 静止时段 8bit 8bit N*8bit 2*8bit 静止时段 　　Modbus功能码可以是1-255范围内任何整数值，有些功能码适用于所有的通信设备，有些则只适用于特定的控制器，还有一些用于功能的扩展。 　　2.PLC程序中Modbus通信存在的问题 　　（1）数据丢失 　　数据丢失，也就是通常说的丢帧现象。PLC程序按照循环扫描方式执行，对于同一个Modbus物理通信接口，在同一个扫描周期内只能执行一个Modbus命令，即便控制程序在同一个扫描周期发起了多个Modbus命令，也只有一个被执行，当然，这也与每个PLC厂家的通信处理机制有关，有的厂家提供了比较大的通信缓存，但如果通信帧数超出了缓存的范围，也会丢帧。PLC特定的开发方式是造成这种问题的主要原因，PLC程序的编写调试属于在PLC编程软件平台下的二次开发，不像单片机可以进行底层代码级的开发，因此，用户只能利用PLC编程软件提供的操作命令对Modbus进行操作，而无法监视通信底层的状态，在很大程度上存在不确定性。必须建立适用于PLC程序的Modbus通信策略，以保证Modbus通信的确定性。 　　（2）带宽利用率低 　　在PLC程序扫描周期长、Modbus通信数据量大、通信速率高的情况下，这种情况尤为突出。以扫描周期为40ms，通信速率为115.2kbps（串口数据无校验），每次通信读取60个字，采用RTU模式为例来说明。由于读取数据的命令数据相对少，主要数据量在于从站的回复数据，因此只计算回复的数据来说明问题，以表2中的数据格式进行估算。总数据量为：8+8+120*8+2*8=992bit，除以通信速率得到所用时间为8.6ms。在这种情况下，带宽利用情况如图1所示。从图1中可以看出，由于扫描周期长、而每个扫描周期只能处理一个Modbus命令，导致Modbus总线看似空闲，实际上有大量重要数据没有被及时发送出来。 　　图1 通信带宽利用情况 　　综上，如果不对PLC程序中的Modbus通信优化处理，会对通信的稳定性和通信效率造成大的影响。 　　3.提高PLC程序Modbus通信效率的方法 　　针对PLC程序设计中存在的Modbus通信不确定和带宽利用率低等问题，本文提出一种程序优化方法，分为两个部分。 　　（1）划分数据优先级 　　Modbus通信可能包含多帧数据，根据实际需求，每个帧用途各不相同，有读取设备信息的，有控制设备启停的，有控制设备急停的，用户可以根据用途的不同，区分各个数据帧的发送优先级。以表3为例，从安全第一的角度考虑，读取设备状态的数据优先级最低，控制设备启停的数据优先级中等，控制设备急停的数据优先级最高，在程序设计中，应保证高优先级的数据优先发送。 　　表3 　　数据含义 优先级 　　读取设备状态 低 　　控制设备启停 中 　　控制设备急停 高 　　（2）利用中断控制发送周期。 　　实际应用中，总共需要发送的数据帧可能会有几十个甚至更多，每个数据帧都要分配一个优先级，在一个扫描周期中，即便是最高优先级的数据发送成功了，但次高优先级的数据就可能出现延迟发送的情况，同样会影响系统的实时性。因此，控制数据发送周期是必要的。采用PLC中的定时中断功能，定时按照优先级的高低发送数据，定时中断不受扫描周期的影响。例如，在40ms的扫描周期下，采用10ms的定时中断，每个扫描周期可以发送4帧数据，相比较优化之前，大大提高了通信效率。 　　4.结语 　　针对PLC程序设计中Modbus通信存在数据丢失和通信效率低的问题，本文提出了一种优化方法，首先对数据帧划分优先级，保证重要数据优先发送，其次采用定时中断控制数据发送周期，保证通信效率。此方法已在实际应用中得到验证，对于PLC编程有一定的参考意义。 　　参考文献 　　[1]邓高寿，潘宏侠.PLC在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].机械管理开发，2006（3）：99-100. 　　[2]邓志君，梁松峰. 基于RS485接口Modbus协议的PLC与多机通讯[J].单片机开发与应用，-2）：107-108. 　　[3]何志勇，张茂青，钱伟清.PLC主站对Modbus网络的监控方法[J].计算机网络与通信，）：26-28. 　　作者简介：梅奕（1973―），女，江苏常州人，硕士，助理实验师，主要研究方向：电气自动化技术。
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