PLC程序的组合逻辑设计法

    逻辑设计方法是以逻辑组合或逻辑时序的方法和形式来设计PLC程序，可分为组合逻辑设计法和时序逻辑设计法两种。这些设计方法既有严密可循的规律性、明确可行的设计步骤，又具有简便、直观和规范的特点。    (1)逻辑函数与梯形图的关系    组合逻辑设计法的理论基础是逻辑代数。我们知道，逻辑代数的三种基本运算“与”、“或”、“非”都有着非常明确的物理意义。逻辑函数表达式的线路结构与PLC梯形图相互对应，可以直接转化。    图5-32所示为逻辑函数与梯形图的对应关系，其中图5-32a是多变量的逻辑“与”运算函数与梯形图，图5- 32b为多变量“或”运算函数与梯形图，图5-32c为多变量“或与”运算函数与梯形图，图5-32d为多变量“与或”运算函数与梯形图。
    图5-32    逻辑函数与梯形图的对应关系    a)“与”运算b）“或”运算c）“或与”运算d）“与或”运算    由图5-32可知，当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后，实现这个逻辑函数的梯形图也就确定了。    (2)组合逻辑设计法的编程步骤    组合逻辑设计法适合于设计开关量控制程序，它是对控制任务进行逻辑分析和综合，将元件的通、断电状态视为以触点通、断状态为逻辑变量的逻辑函数，对经过化简的逻辑函数，利用PLC逻辑指令可顺利地设计出满足要求且较为简练的程序。这种方法设计思路清晰，所编写的程序易于优化。    用组合逻辑设计法进行程序设计一般可分为以下几个步骤：    1)明确控制任务和控制要求，通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图，取得电气执行元件功能表。    2)详细绘制系统状态转换表。通常它由输出信号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表和中间记忆装置状态表四个部分组成。状态转换表全面、完整地展示了系统各部分、各时刻的状态和状态之间的联系及转换，非常直观，对建立控制系统的整体联系、动态变化的概念有很大帮助，是进行系统的分析和设计的有效工具。    3)根据状态转换表进行系统的逻辑设计，包括列写中间记忆元件的逻辑函数式和执行元件（输出量）的逻辑函数式。这两个函数式组，既是生产机械或生产过程内部逻辑关系和变化规律的表达形式，又是构成控制系统实现控制目标的具体程序。    4)将逻辑设计的结果转化为PLC程序。逻辑设计的结果（逻辑函数式）能够很方便地过渡到PLC程序，特别是语句表形式，其结构和形式都与逻辑函数式非常相似，很容易直接由逻辑函数式转化。当然，如果设计者需要由梯形图程序作为一种过渡，或者选用的PLC的编程器具有图形输入的功能，则也可以首先由逻辑函数式转化为梯形图程序。    (3)组合逻辑设计举例    下面通过步进电动机环形分配器的PLC程序来进行说明：    1)工作原理。步进电动机控制主要有三个重要参数，即转速、转过的角度和转向。由于步进电动机的转动是由输入脉冲信号控制，所以转速是由输入脉冲信号的频率决定，而转过的角度由输入脉冲信号的脉冲个数决定。转向由环形分配器的输出通过步进电动机A、B、C相绕组来控制，环形分配器通过控制各相绕组通电的相序来控制步进电动机转向。
    图5-33    步进电动机环形分配器的逻辑电路    图5-33给出了一个双向三相六拍环形分配器的逻辑电路。电路的输出除决定于复位信号RESET外，还决定于输出端QA、QB、QC的历史状态及控制信号EN使能信号、CON正反转控制信号和输入脉冲信号。其真值表如表5-5所示。    表5-5    真值表
    2)程序设计。程序设计采用组合逻辑设计法，由真值表可知：    当CON =0时，输出QA、QB、QC的逻辑关系为
    当CON =1时，输出QA、QB、QC的逻辑关系为
    当CON =0，正转时步进电动机A、B、C相线圈的通电相序为
    当CON =1，反转时各相线圈通电相序为
    QA、QB、QC的状态转换条件为输入脉冲信号上升沿到来，状态由前一状态转为后一状态，所以在梯形图中引入了上升沿微分指令。    PLC输入／输出元件地址分配如表5-6所示。    表5-6    PLC输入／输出元件地址分配
    根据逻辑关系画出步进电动机环形分配器的梯形图，如图5-34所示。    梯形图工作原理简单分析如下：设初始状态为RESET有效。X2常开触点闭合，Y0输出为1状态，Y1、Y2为0状态，RESET无效后，上述三输出状态各自保持原状态。CON=0 (X3 =0)，当EN (X1 =1)有效，且有输入脉冲信号CLK (XO)输入，CLK (X0)上升沿到来，M0辅助继电器常开触点闭合一个扫描周期。在此期间，各输出继电器状态自保持失效，Y0输出保持为1状态，Y1输出由0变1，Y2输出状态为0。一个扫描周期过后，M0常开触点断开，常闭触点闭合，各输出继电器状态恢复自保持，等待下一个输入脉冲信号上升沿的到来。

  图5-34    步进电动机环形分配器的梯形图