可程式逻辑控制（plc）规划设计有章法--以机器状态图描述

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1、 可程式邏輯控制（PLC）規劃設計有章法 以機器狀態圖描述 可程式邏輯控制（PLC）規劃設計有章法 以機器狀態圖描述 1. 前言 2. PLC狀態控制設計法 3. PLC狀態控制設計法實例說明 4. 應用實例演練 5. 主副程式之狀態圖 6. 同時動作之狀態圖 7. 模組化設計 8. 系統設計 9. 系統監控 10. 結論 姜禮展 1. 前言 2. PLC狀態控制設計法 3. PLC狀態控制設計法實例說明 4. 應用實例演練 5. 主副程式之狀態圖 6. 同時動作之狀態圖 7. 模組化設計 8. 系統設計 9. 系統監控 10. 結論 姜禮展 Tel : 03 Tel : 03 5639999

2、 ext 103 E_mail: .tw 5639999 ext 103 E_mail: .tw 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 1 1. 前言 1. 前言 生產控制系統主要執行加工工件在生產線之物流、加工作業之細部動作控制。數位邏輯的 種類可分為組合邏輯(Combinational Logic)與順序邏輯(Sequential Logic)兩種。生產控制 系統大都是順序邏輯控制。狀態圖(State Diagram)是一種順序邏輯(Sequencial Logic)之表 示圖法。它可以很清楚地將If.Then.結構，以圖形描述出來。而圖形之描述比

3、文 字簡單、易懂、完整、結構化。所以，使用狀態圖來描述生產控制系統非常適當。基本上， 狀態圖之設計與控制之語言並沒有絕對之關係，狀態圖可以轉換成不同之程式語言。所以， 它是機電雙方溝通很好的工具。狀態圖可以使用C/C+語言、VB語言、組合語言、等 語言來設計。事實上，生產線大都使用PLC設計生產線控制。 生產系統是一個多工的系統運作，它隨時有多種動作同時在發生。這些同時發生的動作， 彼此間似無關連、又似有關連，而形成了一個很複雜的生產系統。所以，生產線控制系統結 構之規劃、設計及整合是系統設計之首要工作。多了解使用者之操作及作好作業研究與分 析，有助於系統結構之規劃與設計。模組化的好壞關係著以

4、後生產線控制之設計，甚至於某 些瓶頸模組會影響到整條生產線之線平衡（Line Balance）及產能規劃。所以，設計規劃人 員對系統分析與模組化要多注意。 1.1. PLC替代傳統繼電器(Relay)的優點 1.1. PLC替代傳統繼電器(Relay)的優點 傳統繼電器(Relay)在過去工業控制上，發揮相當大的貢獻，隨著科技的進步,電腦的發明 與應用,工業控制上使用電腦的機會越來越多，PLC替代傳統繼電器(Relay)是工業控制上非 常重要的成就，PLC之所以可以替代傳統繼電器(Relay)的主要原因如下： 縮短了設計,裝配時間 傳統繼電器/計時器之接點(NO/NC/Tmr)有限,設計時要考

5、慮成本，因此，如何使用最 少的繼電器/計時器，便是設計上重要之考量，也因此，傳統繼電器/計時器之設計不如 PLC設計時，沒有成本之壓力，設計時，可以儘量發揮，不必作節省成本之考慮，同時， 可以考慮結構化之設計，縮短了設計時間，另外，PLC之配線只有輸入/輸出，沒有控制 邏輯之配線，可以解省裝配時間與裝配空間。 可作更大、更複雜的控制 傳統之設計只有繼電器/計時器可以使用，無法作更大、更複雜的控制，而PLC有電 腦之加減乘除/搬移/邏輯運算/Timer/Counter/.等功能。 很適合大量生產 PLC之設計以軟體程式複製，很適合大量生產。 電腦除錯容易，縮短了試車時間，故障維修容易 可以在試車

6、前，先模擬測試，試車時，有電腦之輔助，除錯容易，修改設計時，不 需更改配線，可以縮短試車時間。 減少生產成本 使用PLC來設計可以縮短了設計、裝配時間，可作更大、更複雜的控制，很適合大量生 產，電腦除錯容易，縮短了試車時間，故障維修容易。所以，整體而言可以減少生產 成本。 1.2. 隨心所欲設計的缺點 1.2. 隨心所欲設計的缺點 基本上，生產線控制系統之設計要對控制的邏輯先了解，再進行設計工作。但是，大部份 生產線控制系統設計工程師一開始就進行程式設計，而忽略了系統之分析規劃工作，這種隨 心所欲設計的產生的缺點如下： 沒有一定的法則，很難了解整個動作流程 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設

7、計 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 2 修改除錯困難 教育訓練不易，技術傳承困難，經驗不易累積 機電溝通不良，常常工程變更 狀態控制設計法主要針對這些缺點，提供一種方法，讓設計工程師先將控制的邏輯弄清 楚，並且使用狀態圖來表現控制的邏輯，再進行設計，同時，計劃開發設計過程中，機電工 程雙方可以經過充份溝通，減少不必要之工程變更，縮短產品開發時間。工程主管對屬下之 工程設計能力才能夠確時掌握，單位內有共同的發展工具，部門技術才得以累積。人員異動 時，技術交接、移轉較容易，對公司之影響可以減少到最低。甚至於對工程人員之管理訓練 都有很大之幫助。 在裝機試車階段，因為控制的狀態很清楚，除錯容

8、易，可以縮短生產、試車時間，準時交 機，提高客戶的滿意度。另外，機器的可靠性及維護性大幅提高，機器銷售出去後，可以減 少售後服務與教育訓練之成本。 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 3 2. PLC狀態控制設計法 2. PLC狀態控制設計法 數位邏輯的種類可分為組合邏輯(Combinational Logic)與順序邏輯(Sequential Logic) 兩種。 2.1. 組合邏輯(Combinational Logic) 2.1. 組合邏輯(Combinational Logic) 組合邏輯是由許多二元性邏輯(Binary Logic)組合而成

9、之邏輯，它的輸出可以直接由 輸入組合的型式表示出來，而不涉及過去的輸入情況。輸出與輸入之間沒有記憶，不 與過去發生之事件有關之邏輯。例如：操作面板上【自動】【半自動】【手動】模式 之切換，只要模式選擇到適當之模式，控制模式就立即切換，與過去在那一個模式無 關。 例： 若按“A鍵“，則紅燈亮，黃燈/綠燈熄。 若按“B鍵“，則黃燈亮，紅燈/綠燈熄。 若按“C鍵“，則綠燈亮，紅燈/黃燈熄。 B鍵黃燈黃燈C鍵綠燈綠燈A鍵組合邏輯組合邏輯紅燈紅燈【邏輯一】 【邏輯一】 紅 燈 I O O 紅 燈 I O O 黃 燈 O I O 黃 燈 O I O 綠 燈 O O I 綠 燈 O O I 紅燈黃燈綠燈【邏

10、輯二】 【邏輯二】 紅 燈 I 紅 燈 I 黃 燈 I 黃 燈 I 綠 燈 I 綠 燈 I 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 4 紅燈黃燈綠燈BC2.2. 順序邏輯(Sequential Logic) 2.2. 順序邏輯(Sequential Logic) 順序邏輯除了具有許多二元性邏輯(Binary Logic)組合而成之組合邏輯之外，尚有記 憶裝置。順序邏輯的輸出，不只由目前輸入決定，還會受時間的影響。輸出與輸入之 間有記憶，會與過去發生之事件有關之邏輯。生產線之控制大都是順序邏輯控制。例 如：機械手從A點取物置放於B點之控制，它的動作有一定之

11、順序，必須前後順序有關， 前一個動作完成，下一個動作才可能發生。 順序邏輯順序邏輯B鍵黃燈黃燈C鍵綠燈綠燈A鍵紅燈紅燈【動作說明】 【動作說明】 開機時，紅/黃/綠燈熄，按“A鍵“，則紅燈亮，黃燈/綠燈熄。 若紅燈亮時，按“B鍵“，則黃燈亮，紅燈/綠燈熄。 若黃燈亮時，按“C鍵“，則綠燈亮，紅燈/黃燈熄。 若綠燈亮時，按“A鍵“，則紅燈亮，黃燈/綠燈熄。 【狀態圖】 【狀態圖】 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 5 開機開機A鍵鍵紅燈紅燈B鍵鍵黃燈黃燈C鍵鍵綠燈綠燈A鍵鍵*2.3. 狀態圖之設計 2.3.1. 狀態圖之基本單元 2.3. 狀態圖之設

12、計 2.3.1. 狀態圖之基本單元 狀 態 圖 (State Diagram)是 一 種 順 序 邏 輯 (Sequencial Logic)之 表 示 圖 法。狀態圖之基本單元包括：狀態、條件及輸出三部份。 狀態：表示機械控制之狀態。機器開機後，第一個狀態為啟始狀態；然後，因控 制條件之改變，而產生狀態的改變。 條件：狀態改變所需要之條件。也就是在某一狀態下，狀態改變所需要之條件成 立時，會產生狀態的改變。一般為輸入、計時、計數等，如果，與其它獨 立模組有關，亦可使用其它模組之狀態當轉態條件。 輸出：表示機械控制狀態時之動作。也就是在某一狀態下之輸出動作。 狀態一條件一條件二動作一前一狀態下

13、一狀態【狀態圖的邏輯說明】 【狀態圖的邏輯說明】 在“前一狀態“時，如果“條件一“成立，則 狀態轉換為“狀態一“。 在“狀態一“時，“動作一“發生。 在“狀態一“時，如果“條件二“成立，則狀 態轉換為“下一狀態“。 2.3.2. 獨立模組之狀態圖 2.3.2. 獨立模組之狀態圖 。初始狀態：表示電源打開時，獨立模組之第一個狀態“狀態一“。 。狀態之轉換：狀態之產生一定由上一個狀態且符合轉換條件時，產生新的狀態，上 一個狀態即消失。 。狀態之唯一性：在一個獨立之模組中，有且只有一個狀態存在。 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 6 【註】狀態一的下一狀

14、態可為狀態二或狀態三。如在同一Scan time中條件一及條 件八同時成立時，將使狀態二及狀態三同時產生，違反狀態存在的唯一性。 為避免此情況發生須使條件一及條件八互斥。同理條件二及條件三互斥。 【狀態圖】 【狀態圖】 狀態二狀態二狀態三狀態三狀態四狀態四狀態五狀態五狀態六狀態六條件一條件二條件五條件七條件四條件六條件三條件八狀態一狀態一*01030504020輸出一輸出一輸出二輸出二輸出二 輸出四輸出二 輸出四輸出三輸出三【狀態圖之邏輯】 【狀態圖之邏輯】 。 在“狀態一“時，如果“條件一“成立，則狀態轉換為“狀態二“。 如果“條件八“成立，則狀態轉換為“狀態三“。 。 在“狀態二“時，如果

15、“條件二“成立，則狀態轉換為“狀態四“。 如果“條件三“成立，則狀態轉換為“狀態三“。 。 在“狀態三“時，如果“條件五“成立，則狀態轉換為“狀態五“。 。 在“狀態四“時，如果“條件四“成立，則狀態轉換為“狀態六“。 。 在“狀態五“時，如果“條件六“成立，則狀態轉換為“狀態一“。 。 在“狀態六“時，如果“條件七“成立，則狀態轉換為“狀態一“。 【狀態圖之輸出】 【狀態圖之輸出】 。 在“狀態一“時，沒有輸出發生。 。 在“狀態二“時，“輸出二“發生。 。 在“狀態三“時，“輸出二“發生。 在“狀態三“時，“輸出四“發生。 。 在“狀態四“時，“輸出三“發生。 。 在“狀態五“時，沒有輸出發生。 。 在“狀態六“時，“輸出一“發生。 2.3.3. 狀態圖轉換成PLC階梯圖 2.3.3. 狀態圖轉換成PLC階梯圖 由初始狀態開始依狀態之順序設計，最後在考慮輸出。 初始狀態 初始狀態 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 主題：可程式邏輯控制（PLC）規劃設計 7 表示電源打開時，獨立模組之第一個狀態，一般都由Power On One Shot信號來產 生。幾乎，所有的PLC都有Power On One Sho