基于高职PLC基本原理的单点动控制系统教学探讨

陈揆能 朱琴 贺旖琳 尹晖

摘  要：在高职教育《PLC编程技术》教学过程中，经常会碰到单个点动按钮进行操作的情况。该文根据单个点动按钮的特点，通过设计一个简单的PLC程序，来控制系统状态的改变，以达到控制的目的。阐述控制思路与计算机数据储存、PLC功能指令和程序扫描的工作原理，为生产过程提供控制方法和编程思路。PLC编程技术是高职类电气、机电等专业的专业核心课，点动开关在PLC设计系统中的使用是最为频繁的，它是PLC控制电气系统的重要组成元件。理解和掌握PLC可编程控制器程序扫描的工作原理和功能指令的使用特点，是学生学习程序设计方法、掌握编程技巧的关键点。

关键词：单点动  PLC控制  方法与思路

中图分类号：TP391.45    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（c）-0090-02

1  PLC系统单点动控制的特点

单点动PLC控制就是用一个点动按钮来控制PLC系统输出设备的多个状态的控制方法，相对比于采用置位开关的控制系统，采用单点动控制具有线路接线少、器件使用少、操作高效方便、成本低廉、功能更易于拓展等特点[1]，在生产实践和教学中广泛应用。

2  PLC系统点动控制的方法

该文以一个点动按钮控制一盏灯为例，以S7-200作为编程载体，从按钮的结构原理与计算机数据储存以及PLC的程序扫描工作原理、PLC的功能指令3个方面来进行分析和研究。具体要求如下：系统启动后，灯为熄灭状态，当按下点动按钮后，灯亮;再次按下点动按钮，灯熄灭;如此循环。

2.1 点动按钮结构与数据位储存

点动按钮通常由一对常开、常闭触点、推杆、弹簧组成。常开触点断开，常闭触点闭合。当按下后，常开触点会闭合，而常闭触点断开。

当前的计算机系统都是采用冯诺依曼结构，其数据运算和储存都是采用二进制的形式进行的，PLC可编程控制器作为一种工业控制设备，它的结构与计算机系统结构类似。由不同位数的二进制位可以组成不同大小的储存空间，PLC系统中较为常见的储存单元大小有：字节（byte）、字（word）、双字（double word）等。当对某个储存空间的数据进行加一操作时，其最低位满足“逢二进一”的原则而其数值发生改变。

根据点动按钮的结构特点和计算机数据储存的特点，由此我们可得到第一种问题解决的思路：脉冲延边+INC指令。程序如图1所示。

默认MB10的初始值为10，二进制的表示为00001010，对应的M10.0的初始值为0。当I0.0接通时，MB10的值自动加1，其值为11，二进制的表示为00001011，对应的M10.0的初始值为1。M10.0对应的线圈得电，Q0.0得电，实现I0.0对Q0.0的接通;当再次接通I0.0，MB10的值为12，对应M10.0线圈失电，Q0.0失电，实现I0.0对Q0.0的关断，如此循环。

除以上的方法外，根据脉冲延边与计算机数据位储存的特点，我们还可以通过位移指令+边沿脉冲、数据运算指令+边沿脉冲等功能指令+边沿脉冲的实现单点动PLC控制的方法。

2.2  程序扫描

S7-200型PLC的程序扫描过程可以总结为一句话，那就是“集中批处理和顺序扫描[2]”。集中批处理就是PLC在程序一个扫描周期内，一次全部读取输入映像寄存器内的数据，完成数据运算后，并一次全部读出运算后的结果将其输出至输出映像寄存器的过程。顺序扫描的原则就是PLC在进行程序扫描时是由上往下逐条反复的扫描。

一个扫描周期由3个部分组成：输入采样、程序执行和输出刷新。其中输入采样的数据和输出刷新的数据是以集中批次的方式处理的;程序执行的过程以先左后右，从上至下的顺序原则依次扫描。

根据PLC的扫描原理，结合点动按钮的结构特点，得到第二种问题解决的思路：脉冲延边+中间继电器+顺序扫描。程序如图2所示。

初始状态为M12.0线圈失电，Q0.0线圈失电。在I0.0接通的瞬间，I0.0上升沿的扫描周期内，M12.0线圈得电，但M12.0常开触点处于断开状态，Q0.0失电。下一扫描周期，M12.0常開触点闭合，Q0.0常闭触点闭合，Q0.0得电。第三个扫描周期，Q0.0常开触点闭合，M12.0常闭触点闭合，Q0.0继续保持得电状态，如此，实现了点动的开通。在I0.0再次接通时，原Q0.0得电，在I0.0接通的瞬间，I0.0上升沿扫描周期内，M12.0线圈得电，Q0.0得电。下个扫描周期，常开M12.0/Q0.0常闭支路与常闭M12.0/Q0.0常开支路都处于断开状态，Q0.0线圈失电，则实现了点动的关断功能。由图2程序可知，以脉冲延脉冲延边+中间继电器+顺序扫描的程序设计思路，中间继电器的作用为储存脉冲边沿的状态;开通和关断过程均需2个扫描周期才能完成。

根据PLC程序扫描的特点，在此介绍另一种单按钮PLC控制系统的编程思路，程序如图3示。原理同上，在此不再重复。

2.3 功能指令

在S7-200型PLC中有很多的功能指令，如比较指令、转换指令、传送指令、通讯指令等，它们使PLC具备了更加强大的功能，能处理更大数据量、更复杂的控制问题，而且对一些特殊的控制系统的设计提供了一种更加便捷的编程方式，例如，某个系统的控制要求是以时间轴为主线的，这些情况的例子有多花样音乐喷泉、流水灯、交通灯等。通过以定时器+比较指令的编程方式，将时间分段进行编程，可以大大缩减程序的长度，使程序结构更加紧凑、简单，增强了程序的可读性。

根据单点动PLC控制系统要求的特点，结合PLC程序扫描的特点，在此介绍第三种解决单点动PLC控制的编程思路，采用置复位指令+自锁。程序如图4所示。

初始状态Q0.0线圈处于失电状态，常闭触点Q0.0处于闭合状态。当I0.0第一次按下时，由图4可知，SR置位优先双稳态触发器置位复位两条支路都得电，置位优先，Q0.0得电;第二次按下I0.0，因按键前Q0.0线圈得电，Q0.0常闭触点处于断开状态，第二次按下按键所产出的上升沿使SR指令的复位端得电，置位端断开，Q0.0线圈失电，如此反复。

同样的道理，单点动按钮控制也可以采用RS复位优先双稳态触发器指令。只需将Q0.0常闭触点改成常开触点串联至复位端即可。程序如图5所示。

3  结语

单按钮点动PLC控制作为一种较为经典的控制方式，在生产实践、教学和学生竞赛中经常使用，其实现的方式有很多种。除以上介绍的几种外，还有计数指令+边沿脉冲、取反指令+边沿脉冲等很多种，其中以程序扫描和PLC工作原理为基础的逻辑编程方法形式变化多样，虽在程序形式上，各种编程方法和结构有所不同，但其本质是相通的。学生只要认真掌握PLC的工作原理及器件的基本特性并研究和总结规律，就能开拓个人的编程思维。在不断的编程实践中，运用、总结和升华，举一反三，编写出更加简洁、高效的程序来。

参考文献

[1] 张建滨.西门子S7-200 PLC单钮控制启/停的方法[J].科技展望，2016，26（8）：168.

[2] 祝福.西门子S7-200系列PLC应用技术[M].北京：电子工业出版社，2017.