洛阳理工学院毕业设计（论文）

第4章 软件设计

PLC控制系统的设计主要包括了系统硬件的设计和系统的软件设计两大部分，在上一章中已经详细地进行了本系统的硬件选型和电路的设计。本章将在硬件设计的基础上，完成本系统的软件设计，简要地叙述软件设计的基本原则、一般方法，详尽地给出针对双面钻孔组合机床控制系统程序设计的步骤，简单介绍编程软件STEP 7-Micro/WIN32并借助此软件进行程序的输入和编译。

4.1 PLC的编程语言

PLC的编程语言与一般的计算机语言相比，具有鲜明的特点，它既不同于高级编程语言，也不同与一般的汇编语言，它不仅要满足易于编写的要求，又要满足易于调试的要求。

总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。IEC中的PLC编程语言标准中有五种编程语言：顺序功能图编程语言、梯形图编程语言、功能块图编程语言、指令语句表编程语言、结构文本编程语言。 而最常用的就是梯形图编程语言和指令语句表编程语言。

梯形图编程语言：是在原继电器-接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它是目前用得最多的PLC编程语言。值得注意的是梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，它们并非是物理实体。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态[19]。

梯形图编程格式：梯形图按行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。梯形图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于

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继电器线圈或终止母线。梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。

指令语句表编程语言：助记符语言类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。

4.2 PLC的编程方法

设计PLC的程序，有经验法、解析法和图解法，可以根据自己的实际情况，采用适合的方法。

经验法：即是运用自己的或别人的经验进行设计，设计前选择与设计要求相类似的成功的例子，并进行修改、增删部分功能或运用其中部分程序。

解析法：可利用组合逻辑或时序逻辑的理论，并运用相应的解析方法，对其进行逻辑关系的求解，然后再根据求解的结果，画成梯形图或直接写出程序。解析法比较严密，可以运用一定的标准，使程序优化，可避免编程的盲目性，是较有效的方法。

图解法：图解法是靠画图进行设计。常用的方法有梯形图法、时序图法及流程图法。

梯形图法是基本方法，无论是经验法还是解析法，若将PLC程序转化成梯形图后，就要用到梯形图法。时序图法适合于时间控制电路，将对应信号的波形画出后，再依时间逻辑关系去组合，就可很容易把电路设计出。流程图法是用框图表示PLC程序执行过程及输入条件与输出关系，在使用步进指令的情况下，用它设计是很方便的。

技巧法：技巧法是在经验法和解析法的基础上，运用技巧进行编程，以提高编程质量。还可以使用流程图做工具，讲巧妙的设计形式化，进而编制所需要的程序。该方法是多种编程方法的综合应用。

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。

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4.3编程软件介绍

STEP 7-Micro/WIN32编程软件是一种基于WINDOWS平台的应用软件，是西门子公司专为SIMATIC系统S7-200 PLC研制开发的编程软件，它可以使用通用的个人计算机作为编辑器，用于在线或离线开发用户程序，用于在线对PLC进行各种操作，并且可以在线监控用户程序的执行状态。

STEP 7-Micro/WIN32 编程软件也提供了三种编程语言，即梯形图LAD，语言表STL及功能块图FBD，每种语言都有自己的特点。

本文编程确定选用梯形图LAD编程语言，以便形象、直观地反映所实现的逻辑关系，并利用软件导出指令表。

4.4 PLC程序设计

控制系统的硬件是基础，软件是灵魂，好的硬件固然在性能上有优势，但要是没有一个配套的优秀软件使其实现各种功能，再好的硬件也难以发挥其良好性能，物不能尽其用则是浪费，所以软件设计是非常重要的一个环节。

4.4.1 设计思路和详细步骤

双面钻孔组合机床的控制要求和工作过程前面已经详细地介绍过，现在进行具体的程序设计，方法是传统地按顺序一步一步去实现每个功能，完成每个功能的设计之后，要将每个功能按照既定的次序联系起来，在这部分的设计时要注意控制每个功能的程序之间存在的相互关系，从而保证机台不会因为程序的问题而出现事故，最后进行反复调试使每个功能之间可以按照既定的次序安全地运行。

首先是钻孔组合机床的启动，机床的启动是每个设备都必须有的一个操作，启动程序不但要使机台处于待机状态，为接下来去加工工件做好准备，还要复位一些中间继电器和数据为下一次的循环清除障碍，机台待机部分的启动程序不只包括启动液压电动机，还要复位程序执行过程中置位过的中间继电器，这部分的程序最后书写。

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液压电机启动程序如图4-1所示。

I1.5I0.0Q0.0Q0.0

图4-1液压电机启动程序

按下白色的启动按钮SB3后，KM1线圈得电使主触点闭合，液压电动机M1启动，为液压系统提供动力，在此也实现自锁，使机台处于待机状态，为接下来的加工做好准备。

机台启动后，操作人员将被加工工件放置在机台的专用夹具内，放置完毕以后，按下绿色的工件定位按钮SB2开始加工程序的循环。工件定位程序如图4-2所示。

I1.4Q0.3Q0.1Q0.1

图4-2工件定位程序

在液压电机已经启动的前提下，按下工件定位按钮SB2后，Q0.1被置位将输出高电平，使电磁阀YV1得电动作，开始工件的定位操作，定位过程是由液压系统控制的，当定位销触碰到行程开关SQ1，它将由初始的闭合状态转变为断开，而SQ2的动作则相反。

工件定位完成后，将会触碰到行程开关SQ2，它是I0.2的输入端，触动后输入端将被置位，程序会进行夹紧操作，执行夹紧动作的是电磁阀YV3。

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