PLC中构造双稳态按钮
1 引言
在机床的控制中，经常遇到类似如工件的夹紧/放松，冷却液的启动/停止，顶针的前进/后退等等的操作。对于这类动作，操作者往往希望通过一个按钮来实现:按一下按钮，工件夹紧;再按一下按钮，工件放松;再按一下按钮，工件又夹紧;如此循环往复。把这样的按钮称为双稳态按钮，即有两种稳定状态:接通和断开，而且两种状态都能保持。在数控系统中，机床控制面板上一般会提供一些按键供用户自由定义，但按键的数量往往是非常有限的，所以对按键的分配不得不斟酌再三。如果在PLC程序中把按键做成双稳态的，一个按键身兼二职，就会使许多问题迎刃而解了。可见，PLC程序把按钮做成双稳态，还可以节省输入点的数量，这样在经济上也是很合算的。
2 构成双稳态按钮的三种方法
在PLC程序中构造双稳态按钮，有多种实现的方案，现在就介绍其中的三种方法。
2.1 通过SET和RESET指令来实现
图1 通过SET和RESET指令来实现双稳态按钮功能
图1程序中，当第一次按下按钮I0.0，此时第一条支路因串联的M0.1为常闭点，而使M0.0接通条件满足置位。第二条支路的执行条件不满足，暂且不去理会。再看第三条支路，假设持续按着按钮不释放，因支路中串联进I0.0的常闭点而使接通条件不满足，直到释放按钮I0.0，因串联的M0.0已经置位，从而使M0.1和Q0.0输出保持为“1”。当第二次按下按钮I0.0时，因为M0.0的状态为“1”，第一条支路执行条件不满足，第三条支路因I0.0的按下而使M0.1和Q0.0输出为“0”，M0.1由“1”变为“0”产生一个下降沿，使M0.0复位为“0”，从而使M0.1和Q0.0的“0”状态得以保持，即使释放按钮I0.0以后。之后对按钮I0.0的操作，又重复上述过程。可见，得到的是一个双稳态按钮。
2.2 利用PLC基本逻辑指令来实现
PLC程序是按照一定的PLC扫描周期循环往复地的执行程序代码。在每一个PLC扫描周期内，先读入输入映像区内的信号状态，然后执行用户程序，最后刷新输出映像区的信号状态。用户程序的执行是按照代码的先后顺序自上往下依次执行的。
图2 利用PLC基本逻辑指令来实现双稳态按钮功能
图2程序中正是充分利用了PLC程序的执行的特点，现在分析一下它的工作过程。按一下按钮，使I0.1变为“1”，在第一个PLC扫描周期内，M0.0变为“1”，M0.1变为“1”，M0.1等于“1”会使M0.0变为“0”，但M0.0的状态变化要到下一个PLC扫描周期才会执行，可见M0.0是宽度为1个PLC扫描周期的脉冲信号。因为M0.0等于“1”，这样会使原来状态为“0”的Q0.0变为“1”。从第二个PLC扫描周期起，不论I0.1变为“0”或保持为“1”，M0.0变为“0”并稳定在“0”上，这样Q0.0通过M0.0常闭点与Q0.0常开点串联的支路保持为“1”状态。再按一下按钮，M0.0又产生宽度为1个PLC扫描周期的脉冲信号，这个脉冲信号使原来状态为“1”的Q0.0变为“0”并稳定在“0”上。如此每次按一下按钮，Q0.0就在“0”和“1”之间切换一次，形成双稳态信号。
这一段程序中使用的指令是所有PLC系统都支持的最基本的指令，可以说在任何类型的PLC上都可以实现，非常具有代表性，值得借鉴。
2.3 借助于算术运算指令来实现
在数字电路中，如果把输出的“非”端反馈到D触发器的“D”输入端，则每来一个时钟脉冲，D触发器的状态就翻转一次。
图3 利用算术运算指令实现双稳态按钮功能
图3所示的程序借鉴了数字电路中的D触发器的工作原理，按钮I0.0每按下一次，就相当于给触发器的CP端输入一个触发脉冲，相加所得“和”的最低位状态就翻转一次，如果Q0.0取自最低位，就可得到周期性状态在“0”、“1”之间改变的双稳态信号。为了避免加法的计算结果溢出，判断如果累加到16位整数所能表示的最大值32767，就重新开始累加。
3 结束语
文章开始提到的控制阀的两种状态，也可以选用具有保持功能的三位选择开关，这是一种硬件实现方案。当然可以选用本文所述的软件实现方案，殊途同归。但通过软件的方式，却节省了PLC输入点的开销，如果PLC的输入非常紧张，这是一种行之有效的方法，但若是输入点最后还绰绰有余，这样做就有画蛇添足之嫌了。
硬件方案、软件方案，很难说究竟何者是最佳方案。正如计算机的发展史，如果硬件非常昂贵，那就通过软件来实现这一功能;如果硬件的成本非常低了，何不充分发挥硬件的功能，这样还可以缩短一下程序代码。PLC输入点的问题正是如此，适合的才是最佳的。
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