PLC软件系统规划设计优化方法

PLC软件系统的设计，是指设计PLC内的程序，该程序要求能够准确、合理地实现当前PLC系统所要求的所有控制功能。这一设计过程包括控制需求的分析及程序的编写（即编程），借助编程软件编辑程序，将程序的写入PLC并进行调试等三个环节。

1.PLC程序的编写（即编程）

根据PLC系统功能特点，对控制需求进行分析和编写程序是PLC软件系统设计中的关键环节。

提示说明

不同PLC的编程方法有所不同，具体的需求分析、编程原则和方式方法以相应PLC产品的编程规则为准。

由于不同类型PLC所使用的编程软件也不相同，甚至有些相同品牌不同系列的PLC可用的编程软件也会存在区别。下面，我们分别以西门子PLC和三菱PLC的编程软件为例，具体介绍一下如何借助PLC编程软件完成PLC程序的编写。

（1）使用西门子PLC编程软件编写程序

西门子PLC所实现的各项控制功能是根据用户程序实现的，各种用户程序需要编程人员根据控制的具体要求进行编写。下面我们以西门子S7—200系列PLC专用的编程软件STEP7-Mi_- cro/WIN为例，练习编程软件的编辑方法和操作步骤。

使用STEP7-Micro/WIN编程软件进行编程前，首先需要了解该软件的一些基本编程工具，并初步熟悉其工作界面分布情况。

图解演示

图13-15所示为STEP7-Micro/WIN编程软件的基本操作界面，可以看到其主要分为几个区域，各区域显示不同的信息内容，其中编辑区为程序编写区域，所有程序均在该部分显示。

图13-15 STEP7-Micro/WIN编程软件的基本操作界面

①编程软件STEP7-Micro/WIN编程前的操作

编程软件STEP7-Micro/WIN编程前需要对相关参数进行设置和系统配置。

图解演示

单击浏览条中的系统块图标，即可弹出系统块（参数设置和系统配置）对话框，如图13-16所示，该在对话框中一般可对断电数据保持、密码、输出表、输入滤波器和脉冲捕捉位等进行设置。

图13-16 参数设置和系统配置对话框

②编程软件STEP7-Micro/WIN的使用

通过上述内容对STEP7-Micro/WIN软件进行相关了解后，下面介绍使用该软件编辑程序的具体方法和步骤。

图解演示

编写程序，首先需要新建一个程序文件。打开软件后，选择【文件】/【新建】命令或工具栏中的新建按钮“”来新建一个程序文件，如图13-17所示，新建项目的程序文件名默认为“项目1”，PLC型号默认为CPU221。

编制和修改程序是STEP7-Micro/WIN软件最基本的功能，也是使用该软件编程时的关键步骤，下面我们以图13-18所示梯形图的编写为例，介绍编辑程序的基本方法。

◆放置编程元件符号，输入编程元件地址

图解演示

在软件的编辑区域中添加编程元件，根据图13-18所示梯形图，首先绘制表示常开触头的编程元件“I0.0”，如图13-19所示。

图解演示

在图13-19中，单击鼠标左键，选中编程元件符号上方的“？？.？”，将光标定位在输入框内，即可以输入该常开触头的地址“I0.0”，如图13-20所示，然后按键盘上的“Enter”键即可完成输入。

图13-17 新建项目操作

图13-18 典型控制系统梯形图

图13-19 放置表示常开触头的编程元件I0.0符号

图13-20 编程元件地址的输入

图解演示

接着，可按照同样的操作步骤，分别输入第一条程序的其他元件，其过程如下：

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？.？”中输入“I0.1”，然后按键盘上的“Enter”键；

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？.？”中输入

“I0.2”，然后按键盘上的“Enter”键；

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？.？”中输入

“I0.3”，然后按键盘上的“Enter”键；

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？.？”中输入

“Q0.1”，然后按键盘上的“Enter”键；

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？.？”中输入

“Q0.0”，然后按键盘上的“Enter”键。

◆绘制垂直和水平线

根据图13-18所示梯形图，接下来需要输入常开触头“I0.0”的并联元件“T38”和“Q0.0”，该步骤中需要了解垂直和水平线的绘制方法。

图解演示

单击工具栏中的“向上连线”按钮“”，将“T38”和“Q0.0”并联在“I0.0”上，其绘制过程如图13-21所示。然后按照相同的操作方法绘制梯形图的第二条程序，如图13-22所示。

图13-21 梯形图第一条程序的绘制

其编辑过程如下：

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？.？”中输入“I0.1”，然后按键盘上的“Enter”键。

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？.？”中输入“I0.0”，然后按键盘上的“Enter”键。

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？？”中输入“I0.2”，然后按键盘上的“Enter”键。

图13-22 梯形图第二条程序的编辑

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？？”中输入“I0.4”，然后按键盘上的“Enter”键。

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？？”中输入“Q0.0”，然后按键盘上的“Enter”键。

单击指令树中的“”指令，拖拽到编辑图相应位置上，在“？？.？”中输入“Q0.1”，然后按键盘上的“Enter”键。

接着，输入常开触头“I0.1”的并联元件“T37”和“Q0.1”，注意该步骤中需要使用到“向上连线”，将“T37”和“Q0.1”并联在“I0.1”上。

◆放置指令框符号

在编辑软件中放置指令框的操作与前述放置表示常开触头的编程元件方法基本相同，例如，在编写前述梯形图第三条和第四条程序时，需要将定时器指令框放置到编辑区域中。

图解演示

首先根据控制要求，定时器应选择具有接通延时功能的定时器（TON），即需要在指令树中选择“定时器”/“TON”，拖拽到编辑区中，如图13-23所示。◆插入和删除行、列操作

图解演示

在编写程序过程中如需要对梯形图进行删除、插入等操作，选择【编辑】/【插入】/【列】或【行】，或在需要进行操作的位置单击鼠标右键，即可显示删除行、删除列等操作选项，选择相应的操作即可，如图13-24所示。

◆插入和删除网络

图13-23 放置指令框符号

图13-24 插入和删除行、列操作

一般新建一个项目时，默认在编辑区域内为25个网络，当所编辑程序较复杂时，控制系统编辑网络超过25个网络时，需要增加网络数目；若某个网络程序不再需要时，还需要进行删除网络操作，操作方法与插入和删除行或列操作相同。

◆保存和编译

完成梯形图程序的绘制后需要保存工程，单击菜单栏【文件】/【保存】命令或单击“”按钮图标即可。程序编制和保存完成后，一般还需要进行离线编译操作，用以检查程序大小、有无错误编码和位置等。

图解演示

离线编译操作如图13-25所示，选择菜单栏中【PLC】/【编译】命令或按下“”按钮图标（工具栏中），在程序的输出窗口即可显示出编译结果。

对程序检查过程中发现错误，则需要及时调整和修改，然后再次执行“变换”→“保存”操作，将最终修改的结果保存到工程中。

图13-25 梯形图程序的编译及编译结果

（2）使用三菱PLC编程软件编写程序

三菱PLC常用的编程软件主要有GX Developer，该软件适用于三菱Q系列、QnA系列、A系列、FX系列的所有PLC进行编程，可在Windows95/98/2000/XP操作系统中运行，其编程功能十分强大，下面将以此为例介绍三菱PLC的软件编辑方法。

使用GX Developer编程软件进行编程前，首先需要了解该软件的一些基本编程工具，并初步熟悉其工作界面分布情况。

图解演示

图13-26所示为GX Developer编程软件的基本操作界面，可以看到其主要分为几个区域，各区域显示不同的信息内容，其中编辑区为程序编写区域，所有程序均在该部分显示。

图13-26 GX Developer编程软件的基本操作界面

①新建工程

图解演示

编写一个程序，首先需要新建一个工程文件，并根据编程前期分析来确定选用PLC的系列及类型，具体操作如图13-27所示。

图13-27 新建工程操作

②编辑程序

图解演示

编制和修改程序是GX Developer软件最基本的功能，也是使用该软件编程时的关键步骤，下面我们以图13-28所示梯形图的编写为例，介绍编辑程序的基本方法。

图13-28 典型控制系统梯形图

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首先点击编辑窗口工具栏上的“”按钮或按“F2”键，使GX Developer编程软件的编辑区进入梯形图写入模式，然后单击“”按钮（梯形图/指令表显示切换），选择为梯形图显示，为绘制梯形图做好准备，如图13-29所示。

图13-29 进入三菱PLC编程软件的梯形图编写模式

◆放置编程元件符号，输入编程元件地址

图解演示

在软件的编辑区域中的蓝色方框中添加编程元件，根据图13-28所示梯形图，首先绘制表示常开触头的编程元件“X2”，如图13-30所示。

图13-30 输入第一个程序元件X2

提示说明

接着，可按照同样的操作步骤，分别输入第一条程序的其他元件，其过程如下：

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“X1”，然后单击“确定”按钮；

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“Y1”，然后单击“确定”按钮；

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“X0”，然后单击“确定”按钮；

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“Y0”，然后单击“确定”按钮。

在三菱PLC编程软件中，编程元件符号对应的字母标识中数字编号采用三位有效数字表示，即手绘梯形图中的的标识字母“X0”在编程软件中默认为“X000”，“X2”在编程软件中默认为“X002”，“Y0”在编程软件中默认为“Y000”等。

◆绘制垂直和水平线

图解演示

根据图13-28所示梯形图，接下来需要输入常开触头“X2”的并联元件“Y0”，其编辑方法如图13-31所示。

图13-31 梯形图垂直和水平线的绘制

图解演示

接下来，按照相同的操作方法绘制梯形图的第二条程序，如图13-32所示。

图13-32 梯形图第二条程序的绘制

具体编辑过程如下：

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“X3”，然后单击“确定”；

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“X1”，然后单击“确定”；

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“Y0”，然后单击“确定”；

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“X0”，然后单击“确定”；

单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“Y1”，然后单击“确定”；

另起一行，单击“”，在“梯形图输入”对话框光标位置键入“Y1”，然后单击“确定”按钮。单击“”或按“F10”键，选择划线输入，将Y1元件连接在X3与X1之间。

至此，第二条程序也编辑完成。

◆插入和删除行、列操作

图解演示

在编写程序过程中如需要对梯形图进行删除、修改或插入等操作，可在需要进行操作的位置单击鼠标左键，即可在该位置显示蓝色方框，在蓝色方框处单击鼠标右键，即可显示各种操作选项，选择相应的操作即可，如图13-33所示。

图13-33 插入和删除行或列操作

◆保存工程

图解演示

完成梯形图程序的绘制后需要保存工程，在保存工程之前必须先执行“变换”操作，即执行菜单栏【变换】中的【变换】命令，或直接按“F4”键完成变换，此时编辑区不再是灰色状态，如图13-34所示。

图解演示

梯形图变换完成后选择菜单栏中【工程】中的【保存工程】或【另存为工程】，并在弹出对话框中单击“保存”按钮即可（若在新建工程操作中未对保存路径及工程名称进行设置，则可在该对话框中进行设置），如图13-35所示。

图13-34 梯形图程序的变换操作

图13-35 保存工程

◆程序检查

图解演示

对完成绘制的梯形图，应执行“程序检查”指令，即选择菜单栏中的【工具】菜单下的【程序检查】，在弹出的对话框中，单击【执行】按钮，即可检查绘制的梯形图是否正确，如图13-36所示。

图13-36 梯形图程序的检查

提示说明

对程序检查过程中发现错误，则需要及时调整和修改，然后再次执行【变换】/【保存】操作，将最终修改的结果保存到工程中。

另外，还可通过PLC仿真软件（GXSimulator）对绘制好的PLC程序通过计算机虚拟的PLC现场运行，对程序进行查错和调试操作。

2.PLC程序的写入与调试

图解演示

编程软件编写完成的梯形图程序可作为一个工程进行保存，然后将计算机与PLC通信接口通过编程电缆进行连接，将编写好的程序写入PLC主机中，如图13-37所示。

需要注意的是，在将PLC梯形图程序写入PLC主机之前，通常会进行仿真实验操作，可利用与编程软件兼容的仿真软件，对绘制好的PLC程序通过计算机虚拟的PLC现场进行运行实验，用于对程序进行查错和调试操作。

提示说明

在写入PLC过程中，若通信异常或编程电缆连接错误等，便会显示通信错误对话框，如图13-38所示。需要注意检查通信电缆是否与计算机及PLC匹配，通信接口设置是否正常等，排除连接及设置故障，完成PLC写入。

至此，PLC梯形图编程以及PLC写入操作完成，将PLC上的RUN/TERM、STOP开关置于RUN位置，然后单击编程软件工具栏的“”按钮，将自动弹出【RUN（运行）】对话框，单击“是”按钮，PLC内CPU开始运行用户程序，观察CPU上的RUN指示灯是否点亮。

图13-37 梯形图程序写入PLC主机操作

图13-38 梯形图程序写入操作中的通信异常情况

单击“”按钮，将自动弹出【STOP（停止）】对话框，单击“是”按钮，PLC内CPU停止运行用户程序，观察CPU上的STOPRUN指示灯是否点亮。

若上述程序编写及编译、下载等操作均正常后，表明程序写入及运行正常，接下来便可投入使用了。

相关资料

PLC程序也可以通过手持式编程器编写完成后，直接传输到PLC中，如图13-39所示。

图13-39 借助手持式编程器将程序写入PLC中