2.5 程序设计的基本方法

程序设计就是根据控制要求实现将工艺流程图转换成梯形图的过程。这一过程是PLC应用中的关键所在，也是软件设计的具体体现。

2.5.1 编程内容

编程是一个系统工作，它包含了对控制对象分析理解和对程序调试的全过程。编写程序的主要内容有：

1）明确控制系统要求。

确定控制任务是设计PLC控制系统十分重要的部分。在设计中首先必须确定控制系统的I/O点数，因为它决定了PLC的系统配置；然后确定控制系统动作发生的顺序和相应的动作条件。

2）I/O分配。

根据控制系统的功能确定哪些是发送（输入）给PLC的信号，哪些是来自PLC的信号（输出），并分别给出对应的地址。同时根据程序的需要合理使用定义过的内部辅助继电器、定时器和计数器等资源。

3）绘制梯形图。

明确输入、输出以及它们之间的关系之后，按照控制的要求编写梯形图。

4）将梯形图转换成助记符，编写指令表（如果借助于计算机和编程软件，可省去这一步）。

5）利用编程器或编程软件将程序输入到PLC中。

6）检查程序并纠正错误。

7）模拟调试。

8）现场调试，并将调试好的程序备份到EEPROM中。

在前面的每一步骤进行时，可以一步步来实现，或者多人协助，同时完成控制需要的任务。

2.5.2 程序设计的编程方法

在编写PLC程序时，可以根据自己的实际情况采用不同的方法，在本章中简单介绍编程方法，详细的方法与实例请参看本书第6章。

1.解析法

PLC的逻辑控制实际上就是逻辑问题的综合，可以根据组合逻辑或者时序逻辑的理论，运用相应的解析方法，对其进行逻辑关系的求解。然后根据求解的结果画出梯形图或直接编写指令。

2.经验法

经验法是运用自己的经验或者借鉴别人已经成熟的实例进行设计，可以将已有相近或类似的实例按照控制系统的要求进行修改，直至满足控制系统的要求。在工作中要尽可能地积累经验和收集资料，不断丰富设计经验。

3.图解法

图解法是采用画图的方法进行PLC程序设计，常见的方法有梯形图法、时序图（波形图）法和流程图法。

梯形图法是最基本的方法，无论经验法还是解析法，都要把PLC程序等价为梯形图。

时序图（波形图）法适合于时间控制系统。先把对应信号的波形画出来，再根据时序逻辑关系去组合，把程序设计出来。

流程图法是用框图表示PLC程序的执行过程及输入与输出之间的关系，在使用步进指令编程时，使用该方法进行设计是很方便的。

4.技巧法

技巧法是在经验法和解析法的基础上运用一定的技巧进行编程，以提高编程质量。还可以采用流程图作为工具，巧妙地将设计形式化，进而编写需要的程序。

5.计算机辅助设计

计算机辅助设计是利用PLC通过上位链接单元与计算机实现链接，运用计算机进行编程。该方法需要有相应的编程软件，现有的软件主要是将梯形图转换成指令。

2.5.3 编程原则及技巧

1.编程技巧

采用一些编程技巧可使程序简洁、直观和易于理解，节省程序的存储空间，减少不易发现的错误。以下是一些常用的编程技巧：

1）输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器/计数器的触点数量在程序中没有限制，多次使用可以简化程序和节省存储单元。

2）在不使程序复杂难懂的情况下应尽可能少占用存储空间。

3）定时器和计数器的编号范围是0～143，不能重复使用。编程时定时器可以从0开始递增使用，而计数器从143开始递减使用，这样就可以避免定时器、计数器使用相同的编号。

4）在对复杂的梯形图进行调试时可以在任何地方插入ED指令，分段进行调试，从而提高调试的效率。

5）PLC在工作时按照从左到右，由上而下的顺序进行扫描，上一梯级的执行结果会影响下一级的输入，所以在编程时必须考虑控制系统逻辑上的先后关系。

2.编程原则

1）任一编号的输出继电器、辅助继电器和定时器/计数器的线圈在程序中只能使用一次，但触点可以无限次使用。

2）并联触点和串联触点的个数没有限制。

3）线圈不能从母线直接输出。如需要始终保持通电，可以使用特殊继电器。

4）输出线圈可以并联，不能串联，但定时器的线圈可以串联。

5）一般以线圈、功能指令或高级指令与右母线相连，线圈、功能指令或高级指令后面不允许有触点。

6）不准使用没有定义过的触点和线圈。

7）主程序必须以ED指令结束。

8）定时器/计数器不能直接产生外部输出信号，需用其触点编程到一个输出继电器。

9）梯形图的竖线上不能安排任何元器件。

2.5.4 编程应用实例

在编制不同程序时，有着不同的技巧及原则，接下来就常见的实例，看看应用技巧的优越性。

1.结构简单的编程

【例2-26】 并联-串联结构

要编写并联-串联结构（指令及梯形图如图2-46所示）的编程，先编写并联逻辑块（如图2-46a中a块），然后再编写串联逻辑块（如图2-46a中b块）。

图2-46 并联-串联结构

a）梯形图 b）指令表

【例2-27】 串联-并联结构

对于图2-47中串联-并联结构的编程，就必须将其分为逻辑块a和逻辑块b。先对每块进行编程，然后利用ANS指令把这些逻辑块组合在一起。图2-47中，如将a块和b块换位，则可以减少指令数量，节约存储空间。

图2-47 串联-并联结构

a）梯形图 b）指令表

【例2-28】 多个并、串联结构

当梯形图中有多个串联和并联逻辑块时（如图2-48所示）。

图2-48 在串联中连接并联结构

a）梯形图之一 b）指令表 c）梯形图之二

首先要把整个输出支路分成若干个串联或并联逻辑块，再把每个串联或并联逻辑块分为几个独立的逻辑块，然后对每个独立的逻辑块进行编程，最后根据它们之间的相互关系将所有的逻辑块利用ORS和ANS指令进行组合，完成整个输出支路的编程。

2.复杂结构编程

【例2-29】 并联结构，并有多种继电器输出

如图2-49中涉及并联和多种继电器输出，编程时只需按照先后顺序进行即可。但是如果将该程序中的输出线圈Y0放在最上一行，就必须采用PSHS、RDS和POPS指令进行编程，程序就会更复杂。

【例2-30】 程序块的简单化，节省存储空间

从图2-50可以看出，对梯形图做一些局部变换后，程序看起来就变得简单了，不需要使用逻辑块指令即可完成，并且节约了存储空间。

【例2-31】 程序块的简单化，却增加了存储空间

图2-49 并联结构并有多种继电器输出

a）梯形图 b）指令表

图2-50 程序块的简单化（一）

a）梯形图 b）梯形图局部变换 c）指令表（变换前） d）指令表（变换后）

在图2-51中，对难以理解的复杂梯形图做出两种不同的变换。

图2-51 程序块的简单化（二）

a）梯形图之一 b）梯形图之二 c）梯形图之三 d）指令表（一） e）指令表（二） f）指令表（三）

从梯形图之一变为梯形图之二时，尽管程序看起来顺畅，但是却增加了所占用的存储空间。当变为梯形图之三时，为最优。由此可以看出，复杂的结构可以通过程序变换而变得简单明了，而不同的变换方式得到的结果是完全不一样的，应从中找出最理想的方案。

3.结构变换

【例2-32】 下面是几个结构变换的例子。

从图2-52～图2-55可以看出，对梯形图进行适当的变换后，不仅增强了程序可读性和直观性，而且还节约了存储空间。这是在程序设计中必须要考虑的。

松下PLC有着自身的工作方式，有时候硬件很容易实现的事情而软件却不能实现，同样有些软件很好实现的而硬件却无能为力。在图2-56中，左边梯形图的桥式结构，硬件很容易实现但软件无法实现，所以必须变换为右边的形式才可以通过PLC来实现。

图2-52 结构变换（一）

a）梯形图一 b）梯形图二 c）指令表一 d）指令表二

图2-53 结构变换（二）

a）梯形图一 b）梯形图二 c）指令表一 d）指令表二

图2-54 结构变换（三）

a）梯形图一 b）梯形图二 c）指令表一 d）指令表二

图2-55结构变换（四）

a）梯形图一 b）梯形图二 c）指令表一 d）指令表二

图2-56 结构变换（五）