基于梯形图语言的PLC控制程序组态技术

【摘 要】目前,PLC已广泛应用于煤矿综合自动化系统等多个煤矿系统中,PLC在获得用户认可的同时也存在一些弊端,针对这些弊端,笔者结合PLC编程中最经常使用的梯形图语言,提出一种基于梯形图语言的矿用PLC控制程序组态技术,并以刮板输送机的双机双速控制为例说明该技术的实现方法.

【关 键 词】梯形图语言；PLC；组态技术

PLC（可编程控制器）是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.目前,PLC已应用于煤矿综合自动化系统、主副井提升系统、带式输送机集控保护系统、水泵房自动控制系统等多个煤矿系统中,其高可靠性、抗干扰能力强的特性为用户广泛认可,但同时也存在一定的弊端：

（1）程序下载方面：PLC在煤矿的应用绝大多数是在井下,按照《煤矿安全规程》和GB3836—2010的要求,没有取得防爆证和煤安证的产品不允许在井下使用,而PLC下载程序一般需要电脑或者编程器,普通电脑或编程器没有防爆证和煤安证,因此,在井下对PLC进行现场编程非常困难,在不得不进行现场编程的场所,也需要一定的安全保障措施.

（2）对于每个工程项目,工程人员都会根据现场需求编写具有自己风格的PLC控制程序,最终导致控制程序多样,继承性差,无法从根本上保证控制程序的质量.

针对以上弊端,笔者结合PLC编程中最经常使用的梯形图语言,提出一种基于梯形图语言的矿用PLC控制程序组态技术,并以刮板输送机的双机双速控制为例说明该技术的实现方法.

1梯形图语言

梯形图语言是IEC61131-3及GB/T15969.3规定的PLC必须提供的一种编程语言,也是工程技术人员使用最为广泛的PLC编程语言.梯形图语言有以下特点：

（1）它是一种图形语言,编程元件沿用传统控制图中的继电器接点、继电器线圈等,左右的竖线称为左右母线.

（2）梯形图中接点只有常开和常闭,接点可以是PLC输入点接的开关或PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等状态.

（3）梯形图中的接点可以任意串、并联,但线圈只能并联不能串联.

可见,梯形图具有直观易懂的特点,很容易被工厂电气人员掌握,特别适合于开关量逻辑控制.

本文以无锡信捷公司的XC3系列PLC作为硬件平台,以其编程环境XCPPro作为软件平台,阐述基于梯形图语言的矿用PLC控制程序组态技术的实现方法.XCPPro软件平台的主要编程元件有X（输入继电器）、Y（输出继电器）、M（辅助继电器）、T（定时器）、C（计数器）、D（数据寄存器）,其中X、Y、M为位元件,T和C可以作为字寄存器,也可以作为位元件,D为字寄存器,X、Y为八进制表示,其余为十进制表示.

2组态技术基本原理

组态技术的实现主要基于以下2点：

（1）梯形图语言具有偏移量功能.在接点、线圈、数据寄存器后加上偏移量后缀,可实现间接寻址.以XCPPro软件平台为例,如D100等于9,则X3[D100]表示X14,D0[D100]表示D9,即在各自的基础上向后偏移了9位.这个特点是通过人机界面实现控制程序可组态的基础.

（2）PLC具有丰富的总线通信接口.XC3系列PLC属于小型PLC,最多有3个RS485接口,支持标准的Moodbus-RTU协议.通过总线通信,人机界面可以改变梯形图程序中偏移量的值.

3组态技术实现方法

3.1端口组态

利用带偏移量的接点或线圈作为输入或输出即可实现端口组态.以刮板输送机的状态返回程序为例说明端口组态的实现方法.双机双速驱动的刮板输送机返回信号包括低速状态返回和高速状态返回2种,控制程序内部分别用M100和M101表示.程序梯形图如图1所示.

图1刮板输送机的状态返回程序梯形图

改变D1000和D1001的值即可改变实际的输入端口.此时需要注意的是,X为八进制,如果低速返回点实际接在PLC的第N路输入口,则D1000应设为N-1.每个D寄存器都有自己对应的Moodbus-RTU数据地址,通过RS485总线发送一帧数据即可轻松改变寄存器中的值.结合人机交互技术,将修改寄存器的操作转换为更为直观的下拉菜单,当状态返回点所连接的输入端口发生变化时,用户无需重新下载程序,在界面上重新选择端口即可,如图2所示.

图2状态返回点组态界面

3.2控制逻辑组态

控制逻辑组态流程如图3所示.其中“第一步动作”和“第二步动作”包含的都是对端口的操作,对于双机双速驱动的刮板输送机的控制,不同的煤矿现场有不同的接线方法,进而对应不同的端口动作.

当收到端口输出命令时,“第一步动作”按照配置的顺序操作端口,然后判断用户所设置的动作步数,若动作步数等于2则执行“第二步动作”,若动作步数等于1则结束.根据刮板输送机双机双速驱动的控制需求,动作步数可以设置为1或2.

图3控制逻辑组态流程

双机双速驱动的刮板输送机需要组合开关控制.组合开关有多种工作方式,如4路单独控制、双机双速自动切换方式等,而每一路的控制又可以是单端口（1个接点控制启停）或双端口（1个启动接点,1个停止接点）.为了满足各种不同的组合,“第一步动作”和“第二步动作”内部按照一定顺序操作端口,操作端口的序号由偏移量实现,可在人机界面上配置,每一步操作端口的数量同样可配置.

“第一步动作”操作的端口是接到输出命令后需要立即置1的端口,操作端口的数量及每个端口的类型（单端口或双端口）可配置,若操作的端口为双端口控制中的启动端口,