可编程控制器（Programmable  Logic  Controller ，简称PLC，下同）是电气自动控制的新技术，目前公开发行适用于技校的教材较少，给广大师生的学习带来诸多不便。本文介绍PLC的编程设计方案，使电气工程技术人员特别是初学者对PLC技术加深了解和认识；同时帮助学生更好地解决学习PLC技术中最难掌握的编程难题，达到能够牢固掌握、熟练运用、提高应用设计能力和加快推广应用的目的。

　　现在各技校相关专业都开设这门课程，PLC成为了电气专业新的技术基础课，也成为广大非电专业学生要了解的基础知识。目前的PLC设备以欧美日等国家的产品占主导，技术日臻成熟，在关键的软件编程技术方面却未有统一标准。现有的教材也很难对众多的品牌都进行介绍，学生在学习中就难免无所适从。学生对PLC这一新技术都产生浓郁的学习兴趣，在学习上碰到不少难题，对编程的掌握是尤为突出，更是缺乏技巧。

　　PLC控制系统是以程序的形式来体现其控制功能的，因此在学习时大量的时间将用在程序的设计上，也就是软件编程的设计上。程序设计是整个控制系统设计的关键环节，应包含设计文件(包括电气原理图、软件程序清单、使用说明书、元件明细表)的编写、编程软件的使用、程序的编写和调试。教学工作中，针对学生学习PLC编程时因缺乏实际工作经验和设计思路模糊的情况，我总结出PLC的编程设计方案。该方案流程为：设计构思、逻辑分析、硬件配置、安装接线和程序设计、总装调试、实际运行。流程如上图所示。

　　PLC的控制系统设计第一阶段是设计构思，其任务是理顺设计思路，将控制系统的要求转化为PLC的控制模式，寻求程序设计的解决方案。这正是PLC控制优越性的具体体现阶段。依据控制系统的要求，设计构思时我们只需考虑期望的逻辑功能，确定被控制系统必须完成的动作和动作的顺序，提出简洁、完整的功能描述，画出完整的功能表图或控制流程图，以此作为设计蓝本，也为使用说明书的编写定稿。

　　第二阶段是逻辑分析：以设计构思作为参考，在对控制系统的程序设计进行逻辑分析时要对被控制对象的工作要求、工艺特点以及控制系统的控制过程、功能和特性进行深入分析。明确地划分出控制的各个阶段及列出各阶段的特点、各阶段之间转换的条件。弄清哪些外围设备输入信号到PLC，哪些外围设备接收来自PLC输出的信号；输入、输出量是开关量还是模拟量。确定控制系统需要的输入、输出点数量，确定内部辅助继电器、定时器、计数器等参数。最后画出逻辑时序图，为程序的设计提供指引。

　　第三阶段是硬件配置，包括器件选择和I/O设备分配。根据前两阶段的分析，参照PLC的结构与功能特性，重点考虑PLC的指令系统是否完善、有没有模拟量输入输出、有没有扩展能力、有没有中断能力和联网能力，以及功能范围、I/O点数、存储器容量、处理时间，以便确定PLC的型号。选择机型时要考虑性价比、备品备件及技术支持等问题，根据系统的实际需要选用合适的型号，并且选择相应的外围配件，列出元件明细表。

　　设计时，为减少外界干扰和提高控制精度，一般以开关量为主，并根据实际I/O点数留有20%-30%的余量作为备用。将PLC的I/O接口与之对应进行分配后，列出I/O设备分配表和画出I/O设备接线图，为编写使用说明书和安装接线提供依据。

　　第四阶段为安装接线和程序设计，可同时进行。在控制柜中，强电和弱电控制信号应尽可能进行隔离和屏蔽，防止强电磁干扰PLC的正常运行。PLC的程序设计和现场的安装接线施工可同时进行，从而大大地缩短控制系统设计及施工的周期。

　　程序设计是整个系统设计的关键环节，在PLC程序设计中，可采用梯形图、指令表、SFC（程序流程图）进行编程。目前各个PLC的生产厂家都把梯形图作为第一用户编程语言。它是一种图形语言，由接触继电控制系统变换而来的，具有形象、直观、易懂好记的特点。设计梯形图时，一种办法是根据已知的继电器控制电路直接改画成梯形图；另一种办法是根据控制要求重新设计梯形图。对于初学者通常可采用继电系统设计方法中的逐步探索法作参考，以基本指令为基础，以步为核心，一步一步设计下去，一步一步修改调试，反复设计，调整逻辑关系，不断优化以达到设计要求，直到完成整个程序的设计。  

　　我在电工中级证考核训练一体化教学中，对我校制冷0105班（中技班）学生实施PLC教学时，引用《电力拖动控制线路与技能训练》书（第三版）P139图2-19（C）为例，作适当的修改后（见图A），要求学生根据它的控制逻辑关系，在满足顺序启动逆序停止的控制前提下，用基本指令进行编程设计，并画出梯形图草图。目的是检查学生对PLC知识的掌握程度和检验他们的编程技巧。结果在30分钟内，全班51名同学除5人（占10%）不会做外，只有12人（占24%）能按要求正确地完成。绝大多数人即使完成设计任务，要花费很大精力，设计出的程序出现了逻辑错误或者无法在计算机上编程的现象。

　　图B是有34人（占66%）设计出的程序，是具有代表性的一种错误。他们是直接将图A直接改画成梯形图，并且忽略了不能编程的电路和程序的次序等设计问题。具体解决对策如下：

　　①、不能编程的电路与对策：

　　如图B的Y1线圈支路中的5个触点构成了桥式电路，不符合从左到右、从上到下的顺序执行原则，属于不能编程的电路。

　　解决对策是：如图C所示，将它改变成为双向电流流动的电路，即将没有X1的电路与没有Y1的电路作并联处理。

　　②、程序的次序与简化对策：

　　在动作相同的控制电路中，借助触点的构成方法可简化程序与节省程序步数。如图B的Y2线圈支路中，由X2、X3、Y1和Y2四个触点构成的电路共需6步程序，用简化对策:即将串联电路多的电路写在上方；将并联电路多的电路写在左方进行简化后，不需要用ORB和ANB指令，节省2步程序，使程序更简洁。

　　③、线圈的连接位置：

　　在画梯形图时要注意每个从左边母线开始的逻辑行必须终止于一个计数器、定时器或继电器线圈，且线圈不能直接与左母线相连，这一点与实际的电路图不一样。如图B的Y2线圈支路中在Y2线圈的右侧不能有Y1触点，应该将Y2线圈与Y1触点的位置对调。

　　通过以上的3点措施对图B进行优化修改后，如图C所示，共需要16步程序。修改后虽然能满足顺序启动逆序停止的控制要求，但采用直接改画成梯形图的这种办法所设计出的梯形图还是显得比较累赘，不够优化。若采用第二种办法重新设计，依据PLC是以扫描方式按顺序执行程序的基本原理，按照动作的先后顺序，从上往下逐行绘制梯形图，如图D所示，只需要11步程序。这样设计出的梯形图比继电器控制电路改画成的梯形图更加清楚、更容易理解。这需要学生对PLC的概念要清晰、分析要透彻、思路要正确。

　　解决问题的方法可能不是唯一的，我们在设计同一要求的程序也可能会有多个设计方案。比较这多个设计方案的优劣性可用扫描周期的长短来衡量。扫描周期=步数×每步时间，时间越短说明该程序越优越，显然第二种办法设计出的程序更为优越。编程设计时在符合要求的前提下要考虑尽量少占用内存，设计出来的程序也必须作比较和进行优化处理。在没采用本文介绍的编程设计方案之前，学生设计时片面地套用继电系统设计模式，急于求成，没有很好地深入研究电路的控制功能，缺乏对控制系统进行逻辑分析，显得设计思路不清晰，运用不够灵活，导致出现以上的错误。对于开始学PLC的学生来说，这是比较容易犯的毛病。通过对以上程序的对比分析和重点讲解编程设计方案的思路，90%的学生能很快地找到出错的原因，并意识到编程设计方案的重要性。经过一个星期的编程训练，学习交通灯控制和简单电梯的控制等比较复杂的编程设计时，运用编程设计方案对控制系统进行针对性的分析，教学讲解一遍后，85%的学生都能正确设计出来。

　　总装调试为第五阶段，将已经设计好的程序输入到PLC用户存储器中。PLC所构成的控制电路可以先在模拟板上采用实际使用的检测元件和执行机构组成模拟控制系统进行模拟调试，以检查硬件是否完整和正确；软件是否满足工艺要求并检验控制器的实际带负载能力。满足系统控制要求后再安装到生产现场，进行现场调试，这时应对某些参数（如定时器设定时间、传感器的位置和信号大小）进行现场整定和调整。还需要对系统的所有安全措施（如接地、保护、互锁等环节）做彻底的安全检查。经现场调试、校对无误，即可投入考验性试运行。若不满足系统控制要求，则应作相应的修改和检查，一切正常后，再将程序写入PLC的EPROM中，形成最终的控制系统程序，即可完成整个设计任务，投入实际运行。

　　最后整理设计文件，画出电气原理图、设备安装图以及接线图、列出软件程序清单、使用说明书和元件明细表，形成一整套完善的设计方案。

　　PLC在使用过程中当控制要求发生改变时，可不需更换或较少地改变硬件设备，只要修改PLC控制程序就可以满足新的要求，具备较强的在线修改、功能扩展的能力，充分体现出其“可编、可扩展”的特性。PLC还能与计算机通讯，实现人机对话、远程控制，具有在线实时监控与故障自诊断功能，在自控领域中发挥着越来越重要的作用。

　　根据本人的教学经验，结合教学中学生的学习情况，从应用的角度来说，想学习好PLC技术，重点是要注意对以下两方面的知识掌握：即硬件系统的配置和软件的程序设计。硬件系统的配置需要对PLC的类型、结构、单元或模块、外设等特点和性能作深入了解，相对而言是比较容易掌握。难点是软件的程序设计，重点要掌握编程设计方案，必须做到熟悉PLC各个内部器件的特点、掌握指令系统（基本指令和功能指令）的运用、理解编程方法及其正确使用的要求。要提高编程技巧，必须在学习PLC原理的基础上，不断地进行编程操作训练、指令系统训练、程序设计训练，才能加深对各种指令的功能及其特点的理解，达到熟练地掌握编程方法，提高编程技巧，从而可以提高PLC技术的综合应用设计能力。