畢業(yè)設計14刀架自動前進、后退設計及程序編制的設計

陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 1 目 錄 任務書 2 前言 3 一、工藝 過程描述 4 二、控制要求 4 三、控制方案制定 6 四、 PLC 硬件選型 7 （一） PLC 的基本特點 7 （二）控制系統(tǒng)確 定 7 （三） FXon 40MT 的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 8 1、 FXon 40MT 的基本結(jié)構(gòu) 8 2、 FXon 40MT 的基本工作原理 9 3、 FXon 40MT 的性能指標 10 4、 FXon 40MT 可編程控制器指令及編程 10 5、可編程控制器型號的選擇 12 五、系統(tǒng)編程 17 六、課程設計總結(jié) 19 參考文獻 20 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 2 PLC 課程設計任務書 題目： 刀架自動前進、后退 設計及程序編制 內(nèi)容： 1.設計說明書 1 份 2.梯形圖及端口配置圖 1 張 3.電氣原理圖 1 張 4.工藝流程圖 1 張 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 3 前 言 PLC設計是 學生在大學學習的一個重要教學環(huán)節(jié)，是在教師指導下，學生綜合運用所學理論知識來分析和解決具有一定復雜程度的實際問題的一個實踐過程 ;是提高學生觀察事物 ,獲取信息 ,理解和表述事物能力及分析 ,解決實際問題能力的重要教學環(huán)節(jié) ;是培養(yǎng)學生技術(shù)經(jīng)濟分析能力 ,獨立工作能力 ,與人合作能力 ,創(chuàng)新能力及養(yǎng)成理論聯(lián)系實際的工作作風和提高工程實踐能力的重要途徑 ;是學生走向社會之前對其本身綜合素質(zhì)與能力的全面檢驗 ,也是全面衡量學校教育教學質(zhì)量的一個重要依據(jù) . 在進行設計過程中，每個學生要全面地運用、鞏固和深化所學理論知識，獨立的完成調(diào) 查研究，查閱并收集有關(guān)的參考文獻和資料；獨立地進行設計方案的選定，進行各種設計和計算，創(chuàng)造性的完成設計規(guī)定的全部任務。還要求每個學生都要認真地、嚴肅地對待設計課題，要有科學的敢于創(chuàng)新，要善于獨立思考，發(fā)揮主觀能動性，反對粗心大意，草率從事和不負責任的態(tài)度：在畢業(yè)設計過程中，注意學習和吸收國內(nèi)外的先進技術(shù)和前人的經(jīng)驗，研究成果，但不要一成不變的照抄照搬，要大膽的提出創(chuàng)造性的設計方案，要認真貫徹國家和有關(guān)部門的標準和規(guī)定；設計中遇到自己解決不了的問題要主動向指導教師提問，共同探討解決方法；并能對自己做出的全部技 術(shù)決定及取得的結(jié)果負責。 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 4 一、工藝過程描述 如下圖出示了鉆削加工時刀架的自動循環(huán)示意圖，具體要求如下： （ 1）自動循環(huán)，即刀架位置 1 移動到位置 2 進行鉆削加工后自動退回位置 1，實現(xiàn)自動循環(huán)。 （ 2）無進給切削，即鉆頭到達位置 2 時不再進給，但鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進行無進給切削以提高工件的加工精度。 （ 3）快速停車。停車時，要求快速停車以減少輔助工時。 二、控制要求 （ 1）自動循環(huán)，即刀架位置 1 移動到位置 2 進行鉆削加工后自動退回位置 1，實現(xiàn)自 動循環(huán)。 （ 2）無進給切削，即鉆頭到達位置 2 時不再進給，但鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進行無進給切削以提高工件的加工精度。 （ 3）快速停車。停車時，要求快速停車以減少輔助工時。 2 1刀架工件M3陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 5 電氣原理圖如下所示。 選用 MRF 201 ，輸入輸出 端口 配置如 下圖所示。 KSCOM400401405406402403404430431SB 1SB 2SQ 1SQ 2K SFK SRF 1 -20MRKM 1KM 2407SB 3FRCOM陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 6 三、控制方案制定 了解清楚生產(chǎn)工藝要求后則可進行線路設計： 1設計主電路 。 因為要求刀架自動循環(huán)，故電動機實現(xiàn)正、反向運轉(zhuǎn)，故采用兩個接觸器以改變電源相序。 2 確定控制電路的基本部分 。 設置由啟動、停止按紐、正反向接觸器組成的控制電動機正反轉(zhuǎn)的基本控制環(huán)節(jié)，以及必要的自瑣環(huán)節(jié)和互瑣環(huán)節(jié)，。 3. 設計控制電路的特殊部分，工藝要求： 1） 工藝要求刀架能自動循環(huán)，應采用限位開關(guān) 1SQ 和 2SQ 分別作為測量刀架運動的行程位置的元件，由他們發(fā)出的控制信號通過接觸器作用于電動機。將 2SQ的常閉觸頭 串接于正向接觸器 1KM 線圈電路中， 2SQ 的常開觸頭于反向啟動按紐3SB并聯(lián)連接。 這樣，當?shù)都芮斑M到位置“ 2”時，壓動限位開關(guān) 2SQ ，其常閉觸頭斷開，切斷正向接觸器線圈電路的電源， 1KM 斷電； 2SQ 常開觸頭閉合，使反向接觸器 2KM 通電，刀架后退，退回到位置“ 1”時，壓動限位開關(guān) 1SQ ,同樣，把 1SQ 的常閉觸頭串接于反向接觸器 2KM 線圈電路中， 1SQ 的常開觸頭與正向啟動按紐 2SB 并聯(lián)連接，則刀架自動向前，就這樣刀架在不斷的循 環(huán)工作。 2） 實現(xiàn)無進給切削。 為了提高加工精度，要求刀架前進到位置“ 2”時進行無進給的切削，即刀架不再前進，但鉆頭繼續(xù)轉(zhuǎn)動切削，無進給切削一段時間后，刀架再后退。故線路根據(jù)時 間原則，采用時間繼電器來實現(xiàn)無進給切削控制。 當?shù)都艿竭_位置“ 2”時，壓動限位開關(guān) 2SQ ， 2SQ 的常閉觸頭斷開，切斷正向接觸器 1KM 線圈電路，使刀架不再進給，同時 2SQ 的常開觸頭閉合使時間繼電器 KT 通電，到達整定時間后， KT 的延時閉合常開觸頭閉和，使之反向接觸器2KM 通電，刀架后退。 3）快速停車。為了提高生產(chǎn)率，工藝提出快速停車要求。對籠型電動機來說，通常采用反接制動的方法。按速度原則采用速度繼電器來實現(xiàn)。為了完整的鉆削加工時刀架自動循環(huán)控制線路的工作過程如下：按下啟動按紐 2SB 接觸器 1KM 通陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 7 電 M 正轉(zhuǎn)速度繼電器正向常閉觸頭 FKS 斷開，正向常開觸頭閉合制動時，按下停止按紐 1SB 接觸器 1KM 斷電接觸器 2KM 通電，進行反接制動，當轉(zhuǎn)速接近零時，速度繼電器正向常開觸頭 FKS 斷開接觸器 2KM 斷電，反接制動結(jié)束。 當電動機轉(zhuǎn)速接近零時，速度繼電器的常開觸頭 FKS 斷開后，常閉觸頭 FKS不是立即閉合，因而 由足夠的斷電時間是鐵心釋放，自鎖觸 頭斷開，不會造成電動機反響起動。 電動機反轉(zhuǎn)時的反接制動與正向的反接制動過程一樣，不同的是反響轉(zhuǎn)動時速度繼電器反響觸頭動作。 4）設置必要的保護環(huán)節(jié)。線路采用熔斷器 FU 路保護，熱繼電器 FR 載保護。 四、 PLC 硬件選型 （一） PLC 的基本特點 PLC 是從繼電接觸控制發(fā)展而來的，它實質(zhì)上就是一臺專門為工業(yè)生產(chǎn)控制設計的專用計算機。具有以下優(yōu)點：編程簡單?？煽啃愿撸?PLC 的設計與制造過程中，采用了多層次的抗干擾措施，同時，具有很強的自診斷功能 。 通用性好，在用PLC 構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)時，只需要在 PLC 的輸入輸出 端口接上不同的輸入輸出信號 。功能強，能完成邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進控制、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)、對控制系統(tǒng)監(jiān)控。使用方便， PLC 體積小，重量輕，便于安裝。設計、施工、調(diào)試周期短。 （二）控制系統(tǒng)確定 由以上的分析選用 FXox 系列可編程控制器比較合理， FXox 是在 F1/F2 之后推出的超小型 PLC，是一種將眾多功能凝集在超小型機殼內(nèi)的微型 PLC，體積較小，并在控制器內(nèi)部裝有模擬電位器與 RUN/STOP 開關(guān)等方便功能。通過擴展單元、擴展模塊與基本單元的鏈接，可自由地選擇輸入輸出點數(shù)。具有 較高的性能價格比，應用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。 FX 系列 PLC 型號的含義如下： 輸出方式特殊品種單元類型輸入輸出總點數(shù)系列名稱FX陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 8 其中系列名稱：如 0、 2、 0S、 1S、 ON、 1N、 2N、 2NC 等 單元類型： M 基本單元 E 輸入輸出混合擴展單元 Ex 擴展輸入模塊 EY 擴展輸出模塊 輸出方式： R 繼電器輸出 S 晶閘管輸出 T 晶體管輸出 特殊品種： D DC 電源， DC 輸出 A1 AC 電源， AC（ AC100120V）輸入或 AC 輸出模塊 H 大電流輸出擴展模塊 V 立式端子排的擴展模塊 C 接插口輸入輸出方式 F 輸入濾波時間常數(shù)為 1ms 的擴展模塊 如果特殊品種一項無符號，為 AC 電源、 DC 輸入、橫式端子排、標準輸出。 計算所的機械手輸入點數(shù)為 12，輸出點數(shù)為 6， I/O 點總點數(shù)為 18，小車輸入點數(shù)為 7，輸出點數(shù)為 6， I/O 點總點數(shù)為 13 由以上型號的含義結(jié)合 plc 自動控制的需要，選擇以下型號： FXon 40MT 表示 FX0N 系列， 40 個 I/O 點基本單位（主機個 12 輸入點 6 個輸出點），晶體管輸 出，使用直流電源， 24V 直流輸出型。 （三） FXon 40MT 的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 1、 FXon 40MT 的基本結(jié)構(gòu) 1）、 輸入與輸出部件 這是 PLC 與輸出控制信號和被控制設備連接起來的部件，輸入部件接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸電和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸出部件接受經(jīng)過中央處理器處理過的輸出數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設備或顯示裝置所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動接觸器、電磁閥和指示器件等。 2）、 中央處理單元 中央處理單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存 儲器和用戶程序存儲器。微處理器是PLC 的核心部件，整個 PLC 的工作過程都是在中央處理器的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的，它的主要任務是按一定的規(guī)律和要求讀入被控對象的各種工作狀態(tài)，然后根據(jù)用戶所編制的應用程序的要求去處理有關(guān)數(shù)據(jù)，最后再向被控對象送出相應的控制信號。存儲器是保存系統(tǒng)程序和用戶程序的期間。系統(tǒng)存儲器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序。用戶存儲器主要用于存放用戶按照要求所編制的程序，可經(jīng)過編程器進行必要的修改。 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 9 3）、 電源部件 電源部件是把交流轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向 PLC 提供所需要的高質(zhì)量直流 電源。 4）、 編程器 編程器是 PLC 必不可少的重要外圍設備。它主要對用戶程序進行輸入、檢查、調(diào)節(jié)和修改，并用來監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。 2、 FXon 40MT 的基本工作原理 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 1）、 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn) 入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入 。 2）、 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 3）、 輸出刷新階段 當掃描用戶程序 結(jié)束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。 3、 FXon 40MT 的性能指標 1）、 編程語言 PLC 常用的編程語言由梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言及某些高級語言等，目前常用最多的是前兩種。 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 10 2）、 指令種類數(shù)和條數(shù)以及 I/O 總點數(shù) 指令種類數(shù)和條數(shù)以及 I/O 總點數(shù)見 下表： 型號 I/0 點數(shù) 基本指令執(zhí)行時間 功能指令 模擬模塊量 通信 FX0N 24 128 1.6 3.6 s 55 有 較強 3）、 PLC 內(nèi)部繼電器的種類和點數(shù) PLC 內(nèi)部繼電器（普通）的種類和點數(shù)見 下表 ： 型號 輸入繼電器 輸出繼電器 輔助繼電器 狀態(tài)寄存器 FX0N X0 X43 Y0 Y27 M0 M383 S10 S127 型號 定時器 數(shù)據(jù)寄存器 指針 N.P.I 記數(shù)器 FX0N T32 T62 D0 D127 P0 P63 C0 C15 4）、 用戶程序存儲量 用戶程序存儲器用于存儲通過編程器輸入的程序，其存儲容量通常是以字為單位來計算的。 FX0N 的存儲量為 6K。 5）、 掃描速度 其掃描速度以 ms/K 字為單位表示。 而 FX0N的基本指令執(zhí)行時間 1.6 3.6 s。 6）、 工作環(huán)境 一般情況再以下環(huán)境條件下工作：使用溫度 0 550C，儲存溫度 -20 700C；環(huán)境濕度，使用時 35% 85%RH（無凝露）；抗沖擊性能。 4、 FXon 40MT 可編程控制器指令及編程 1）、 PLC 常用編程語言 常用的程序設計語言是：梯形圖程序設計語言；助記符程序設計語言； 邏輯 功能 圖程序設計語言 和某些高級語言。 2）、 FXon 40MT 的基本指令 FX0N 的共有 27 條基本邏輯指令，其中包含了有些子系列 PLC 的 20 條基本邏輯 指令。 取指令與輸出指令（ LD/LDI/LDP/LDF/OUT） （ 1） LD（取指令） 一個常開觸點與左母線連接的指令，每一個以常開觸點開始的邏輯行都用此指令。 （ 2） LDI（取反指令） 一個常閉觸點與左母線連接指令，每一個以常閉觸點開始的邏輯行都用此指令。 （ 3） LDP（取上升沿指令） 與左母線連接的常開觸點的上升沿檢測指令，僅在指定位元件的上升沿（由 OFF ON）時接通一個掃描周期。 （ 4） LDF（取下降沿指令） 與左母線連接的常閉觸點的下降沿檢測指令。 （ 5） OUT（輸出指令） 對線圈進行驅(qū)動的指 令，也稱為輸出指令。 觸點串聯(lián)指令（ AND/ANI/ANDP/ANDF） （ 1） AND（與指令） 一個常開觸點串聯(lián)連接指令，完成邏輯“與”運算。 （ 2） ANI（與反指令） 一個常閉觸點串聯(lián)連接指令，完成邏輯“與非”運算。 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 11 （ 3） ANDP 上升沿檢測串聯(lián)連接指令。 （ 4） ANDF 下降沿檢測串聯(lián)連接指令。 觸點并聯(lián)指令（ OR/ORI/ORP/ORF） （ 1） OR（或指令） 用于單個常開觸點的并聯(lián)，實現(xiàn)邏輯“或”運算。 （ 2） ORI（或非指令） 用于單個常閉觸點的并聯(lián)，實現(xiàn)邏輯“或非”運算。 （ 3） ORP 上升沿檢測并聯(lián)連接指令。 （ 4） ORF 下降沿檢測并聯(lián)連接指令。 塊操作指令（ ORB / ANB） （ 1） ORB（塊或指令） 用于兩個或兩個以上的觸點串聯(lián)連接的電路之間的并 （ 2） ANB（塊與指令） 用于兩個或兩個以上觸點并聯(lián)連接的電路之間的串 置位與復位指令（ SET/RST） （ 1） SET（置位指令） 它的作用是使被操作的目標元件置位并保持。 （ 2） RST（復位指令） 使被操作的目標元件復位并保持清零狀態(tài)。 微分指令（ PLS/PLF） （ 1） PLS（上升沿微分指令） 在輸入信號上升沿產(chǎn)生一個 掃描周期的脈沖輸出。 （ 2） PLF（下降沿微分指令） 在輸入信號下降沿產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖輸出。 主控指令（ MC/MCR） （ 1） MC（主控指令） 用于公共串聯(lián)觸點的連接。執(zhí)行 MC 后，左母線移到 MC觸點的后面。 （ 2） MCR（主控復位指令） 它是 MC 指令的復位指令，即利用 MCR 指令恢復原左母線的位置。 堆棧指令（ MPS/MRD/MPP） 堆棧指令是 FX 系列中新增的基本指令，用于多重輸出電路，為編程帶來便利。在 FX 系列 PLC 中有 11 個存儲單元，它們專門用來存儲程序運算的中間結(jié)果，被稱為棧存儲器。 （ 1） MPS（進棧指令） 將運算結(jié)果送入棧存儲器的第一段，同時將先前送入的數(shù)據(jù)依次移到棧的下一段。 （ 2） MRD（讀棧指令） 將棧存儲器的第一段數(shù)據(jù)（最后進棧的數(shù)據(jù)）讀出且該數(shù)據(jù)繼續(xù)保存在棧存儲器的第一段，棧內(nèi)的數(shù)據(jù)不發(fā)生移動。 3） MPP（出棧指令） 將棧存儲器的第一段數(shù)據(jù)（最后進棧的數(shù)據(jù)）讀出且該數(shù)據(jù)從棧中消失，同時將棧中其它數(shù)據(jù)依次上移。 邏輯反、空操作與結(jié)束指令（ INV/NOP/END） （ 1） INV（反指令） 執(zhí)行該指令后將原來的運算結(jié)果取反。如果 X0 斷開，則Y0 為 ON，否則 Y0 為 OFF。使用時應注意 INV 不 能象指令表的 LD、 LDI、 LDP、 LDF那樣與母線連接，也不能象指令表中的 OR、 ORI、 ORP、 ORF 指令那樣單獨使用。 （ 2） NOP（空操作指令） 不執(zhí)行操作，但占一個程序步。執(zhí)行 NOP 時并不做任何事，有時可用 NOP 指令短接某些觸點或用 NOP 指令將不要的指令覆蓋。當 PLC陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 12 執(zhí)行了清除用戶存儲器操作后，用戶存儲器的內(nèi)容全部變?yōu)榭詹僮髦噶睢?（ 3） END（結(jié)束指令） 表示程序結(jié)束。若程序的最后不寫 END 指令，則 PLC不管實際用戶程序多長，都從用戶程序存儲器的第一步執(zhí)行到最后一步；若有 END指令，當掃描到 END 時 ，則結(jié)束執(zhí)行程序，這樣可以縮短掃描周期。在程序調(diào)試時，可在程序中插入若干 END 指令，將程序劃分若干段，在確定前面程序段無誤后，依次刪除 END 指令，直至調(diào)試結(jié)束。 3）、 FXon 40MT 的內(nèi)部繼電器編號及功能 輸入繼電器 X： (按 8 進制編號 ) X000 X007， X010 X017， X020 X027， X030X037(可擴展 )。用接受 PLC 外部開關(guān)信號的元件。 PLC 通過輸入接口將外部輸入信號狀態(tài)（接通時為“ 1”，斷開時為“ 0”）讀入并存儲在輸入映象寄存器。 輸出繼電器 Y： (按 8 進制編號 ) Y000 Y007， Y010 Y017， Y020 Y027 (可擴展 ) 。將 PLC 內(nèi)部信號輸出傳送給外部負載（用戶輸出設備）。輸出繼電器線圈是由 PLC 內(nèi)部程序的指令驅(qū)動，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對應的硬觸點來驅(qū)動外部負載。 輔助繼電器 M：普通用， M0 M383；保持用， M384 M511，特殊用， M8000M8254。 一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅(qū)動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅(qū)動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在 PLC 內(nèi)部編程時可無限次使用。 狀態(tài)寄存器 S：狀態(tài)器用來紀錄系統(tǒng)運行中的狀態(tài)。是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后述的步進順控指令 STL 配合應用。狀態(tài)器與輔助繼電器一樣有無數(shù)的常開和常閉觸點；狀態(tài)器不與步進順控指令 STL 配合使用時，可作為輔助繼電器 M 使用； 定時器 T ： PLC 中的定時器（ T）相當于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時間（延時）繼電器。 計數(shù)器 C：計數(shù)器為遞加計數(shù)，應用前先對其設置一設定值，當輸入信號（上升沿）個數(shù)累加到設定值時，計數(shù)器動作，其常開觸點閉合、常閉觸點斷開。 數(shù)據(jù)寄存器 D： PLC 在進行輸入輸出處理、模擬量控制、位置控 制時，需要許多數(shù)據(jù)寄存器存儲數(shù)據(jù)和參數(shù)。數(shù)據(jù)寄存器為 16 位，最高位為符號位。作用是用來數(shù)據(jù)傳送、比較和算術(shù)運算等操作使用。 5、 可編程控制器型號的選擇 1）、 PLC 機型 的 選擇 PLC 機型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比最優(yōu)的機型。 通常做法是 ：性能于任務相適應。對于開關(guān)量控制的應用系統(tǒng)，當對控制速度要求不高時，可選用小型控制系統(tǒng)就能滿足要求；對于以開關(guān)量為主，帶有部分模擬量控制的應用系統(tǒng)，如工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應選用帶有 A/D 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有 D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊、且運算功能較強的小型控制系統(tǒng)。配接相應的傳感陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 13 器及變送器和驅(qū)動裝置。對于安裝尺寸受到限制的設計需要超小安裝面積時，應選用超小型控制系統(tǒng)；對于比較復雜，控制系統(tǒng)功能要求較高的，如PID 調(diào)節(jié)，閉環(huán)調(diào)節(jié)，通信網(wǎng)等，可選用中大型控制系統(tǒng)，當系統(tǒng)的各個部分分布在不同低于時，應根據(jù)各部分的要求來選擇控制系統(tǒng)，以組成一個分布式的控制系統(tǒng)。 PLC 的響應時間應滿足實時控制的要求。系統(tǒng)響應時間是指輸入信號產(chǎn)生時刻與由此而使輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時刻的時間間隔。 PLC 工作時 ，從輸入信號到輸出控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸出量的變化，一般要在 1 2 掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般的工業(yè)控制時允許的，但滯后時間不宜過長。 PLC 結(jié)構(gòu)應合理，機型盡量統(tǒng)一。 PLC 的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)是把 PLC 的 I/O 和 CPU 放在一塊印刷電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小。模塊式 PLC 的功能擴展， I/O 點數(shù)的增減，輸入與輸出點數(shù)的比例，都比整體式的靈活，維修更換模塊、判斷與處理故障快速方便，適于工藝過程變化較多，控制要求復雜的系統(tǒng)。 總之， 在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，建議 選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC；其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC；對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求；而在控制比較復雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復雜程度來選用中檔或高檔機（其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等）。 PLC 在 20 世紀 90 年代已經(jīng)形成微、小、中、大、巨型多 種 PLC。按 I/O點數(shù)分，可分為微型 PLC（ 32I/O）、小型 PLC（ 256I/O）、中型 PLC（ 1024I/O）、大型 PLC（ 4.69I/O）、巨型 PLC（ 8195I/O）五種。 通過 I/O 接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制信息對被控對象進行控制。同時通過 I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設備或工業(yè)生產(chǎn)過程，從而驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)控制。PLC 從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設備的控制信號都需經(jīng)過一定距離，為了確保這些信息的正確無誤， PLC的 I/O接口模塊都具有較好的抗干 擾能力。根據(jù)實際需要，一般情況下， PLC 與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過 I/O 接口模塊來實現(xiàn)的。 PLC 有許多 I/O 接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其他一些特殊模塊，使用時應根據(jù)它們的特點進行選擇。 2）、 I/O 點數(shù) 的估算 由電磁閥的動作原理可知，一個單線圈電磁閥用 PLC 控制時需要 2 個輸出及 1個輸入 ;一個雙線圈電磁閥需要 3 個輸出及 2 個輸入；一個比例式電磁閥需要 3 個陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 14 輸出及 5 個輸入；一個按鈕需要 1 個輸出；一個光電開關(guān)要占用 1 個或 2 個輸入點；一個信號燈占用 1 個輸出點；而波 段開關(guān)由幾個波段就占用幾個輸入點；一般情況，各種位置開關(guān)都要占用 2個輸入點。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的 I/O點數(shù)時，應再增加 10% 20%的備用量，以便隨時增加控制功能。對于一個控制對象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同， I/O 點數(shù)也應有所不同。 3）、 開關(guān)量 I/O 模塊的選擇 開關(guān)量 I/O 接口可從傳感器和開關(guān)（如按鈕、限位開關(guān)等）及控制設備（如指示燈、報警器、電動機起動器等）接收信號。典型 的交流輸入 /輸出信號為 24240V，直流輸入 /輸出信號為 5 240V。盡管輸入電路因制造廠家不同而不同，但有 些特性是相同的，如用于消除錯誤信號的抖動電路等。此外，大多數(shù)輸入電路在高壓電源輸入和接口電路的控制邏輯部分之間都設有可選的隔離電路。在評估離散輸出時，應考慮熔絲、瞬時浪涌保護和電源與邏輯電路間的隔離電路。熔絲電路也許在開始時花費較多，但可能比在外部安裝熔絲耗資要少。 開關(guān)量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設 備的開關(guān)信號 ，將信號轉(zhuǎn)換為PLC 內(nèi)部接受的低電壓信號，并實現(xiàn) PLC 內(nèi)、外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面： （ 1） .輸入信號的類型及電壓等級 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的 點數(shù) 有 ： 8 點 、 12 點 、 16 點 、 24 點 、 32點 、 40 點 、 60 點等。 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流 5、 12、 24、 48、 60等；交流 110、 220等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般 5、 12、 24用于傳輸距離較近場合，如5輸入模塊最遠不得超過米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。 （ 2） .輸入接線方式 開關(guān)量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式 ： 匯點式輸入 和 分組式輸入 。 匯點式的開關(guān)量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（ COM）；而分組式的開關(guān)量輸入模塊是將輸入點分成 若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。 （ 3） .注意同時接通的輸入點數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 (如 32 點、 48 點等 )，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的 60。 （ 4） .輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱 PLC 說明書。 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 15 開關(guān)量輸出模塊是將 PLC 內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設備的開關(guān)信號，并實現(xiàn) PLC 內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面： （ 1） .輸出方式 開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、 雙相可控硅 和晶體管輸出三種方式。 繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅(qū)動感性負載時，觸點動作頻率不得超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。 對于頻繁通斷的負載，應該選用 雙相可控硅 輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負 載，而晶體管輸出只能用于直流負載。 繼電器的動作頻率一般不能超過 20 次 /秒，接點電流一般可達到 25A；電壓交流 220V 或直流都可以用 ， 晶體管動作頻率一般可達數(shù) 10K 次 /秒 ,只能接直流負載，容量較小，每點不超過 0.3A;可控硅一般可達數(shù) K 次 /秒 ,可接交流及直流負載，容量不大 。 （ 2） .輸出接線方式 開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式 ： 分組式輸出 和 分隔式輸出 。 分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公 共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù) PLC 輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式 PLC 既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 （ 3） .驅(qū)動能力 開關(guān)量輸出模塊的輸出電流 (驅(qū)動能力 )必須大于 PLC 外接輸出設備的額定電流。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 （ 4） .注意同時接通的輸出點數(shù)量 選擇開關(guān)量輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如 一個 220V 2A 的點輸出模塊，每個輸出點可承受 2A 的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(82A) ，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的 60。 （ 5） .輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標，它與不同的負載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在使用中也應注意。 4）、 模擬量 I O 模塊的選擇 模擬量 I O 模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與 PLC 內(nèi)部總線相連，同時為了安全也有電氣隔離功 能。模擬量輸入（ A D）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出 (D A)模塊是將陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 16 PLC 內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。 典型模擬量 I O 模塊的量程為 -10V+10V、 0+10V、 420mA 等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。 一些 PLC 制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如 RTD、熱電偶等信號）。一般來說，這類接口模塊可用于接收同一模塊上不同類型的熱電偶或 RTD 混合信號。 5）、 特殊功能 I O 模塊 的選擇 （ 1） .電源模塊的選擇 電源模塊選擇僅對于模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 而言，對于整體式 PLC 不存在電源的選擇。 電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。電源模塊的輸出額定電流必須大于 CPU 模塊、 I O 模塊和其它特殊模塊等消耗電流的總和，同時還應考慮今后 I O 模塊的擴展等因素；電源輸入電壓一般根據(jù)現(xiàn)場的實際需要而定。 （ 2） .特殊功能 I/O 在選擇一臺 PLC 時，用戶可能會面臨一些特殊類型且不能用標準 I/O實現(xiàn)的 I/O 限定（如定位、快速輸入、頻率等）。此時用戶應當考慮供銷廠商是否提供有特殊的有助于最 大限度減小控制作用的模塊。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而使 CPU 從繁重的任務處理中解脫出來。 6） 、 存儲器類型及容量選擇 PLC 系統(tǒng)所用的存儲器基本上由 PROM、 EPROM 及 RAM 三種類型組成，存儲容量則隨機器的大小變化，一般小型機的最大存儲能力低于 8kB，中型機的最大存儲能力可達 64kB，大型機的最大存儲能力可上兆字節(jié)。使用時可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲需要來選用合適的機型，必要時也可專門進行存儲器的擴充設計。 PLC 的存儲器容量選擇和計算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點數(shù)精確計算存儲器 的實際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應用目的，按照公式來估算。為了使用方便，一般應留有 25% 30%的裕量，獲取存儲容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字知 道每條指令所用的字數(shù)， 用戶便可確定準確的存儲容量 。 PLC 的容量包括 I O 點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面 ： （ 1） .I O 點數(shù)的選擇 ： PLC 平均的 I O 點的價格還比較高，因此應該合理選用 PLC 的 I O點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的 I O 點最少，但必須留有一定的裕量。通常I O 點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需 要，再加上 10 15的裕量來確定。 （ 2） .存儲容量的選擇 用戶程序所需的存儲容量大小不僅與 PLC 系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學者，在完成同一復雜功能時，其程序量可能相差 25之多，所以應該在存儲容量估算時多留裕量。 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 17 PLC 的 I O 點數(shù)的多少，在很大程序上反映了 PLC 系統(tǒng)的功能要求，因此可在 I O 點數(shù)確定的基礎上，按下式估算存儲容量后，再加 20 30的裕量。 存儲容量（字節(jié)）開關(guān)量 I O 點數(shù) 10 模擬量 I O 通道數(shù) 100 另外，在存儲 容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。 7）、 編程器和外部設備的選擇 在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中， PLC 的編程問題是非常重要的。用戶應當對所選擇 PLC 產(chǎn)品的軟件功能及編程器有所了解。通常情況下，小型控制系統(tǒng)一般選用價格便宜的簡易編程器，如果系統(tǒng)較大或多臺 PLC 共用，可以選用功能強、編程方便的圖形編程器。如果有個人計算機，可以選用能在個人計算機上運行的編程軟件包。同時，為了防止因干擾、鋰電池電壓下降等原因破壞RAM 中的用戶程序，可以選用 EEP-ROM 模塊作為外部設備。 對于小型控制系統(tǒng)或不需要在線編程的系統(tǒng)， 一般選用價格便宜的簡易編程器。對于由中、高檔 PLC 構(gòu)成的復雜系統(tǒng)或需要在線編程的 PLC 系統(tǒng)，可以選配功能強、編程方便的智能編程器，但智能編程器價格較貴。如果有現(xiàn)成的個人計算機，也可以選用 PLC 的編程軟件，在個人計算機上實現(xiàn)編程器的功能。 FX 型 PLC 的簡易編程器也較多，最常用的是 FX-10P-E 和 FX-20P-E 手持型簡易編程器。他們具有體積小、重量輕、價格便宜、功能強的特點。有在線編程和離線編程兩種方式。顯示采用液晶顯示屏，分別顯示 2 行和 4 行字符，配有 ROM 寫入器接口、存儲器卡盒接口。編程器可用指令表的形 式讀出、寫入、插入和刪除指令，進行用戶程序的輸入和編輯?？杀O(jiān)視位編程元件的 ON/OFF 狀態(tài)和字編程元件中的數(shù)據(jù)。如計數(shù)器、定時器的當前值及設定值、內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器的值以及 PLC 內(nèi)部的其他信息 為了防止由于干擾或鋰電池電壓不足等原因破壞 RAM 中的用戶程序，可選用EPROM 寫入器，通過它將用戶程序固化在 EPROM 中。有些 PLC 或其編程器本身就具有 EPROM 寫入的功能。 五、 系統(tǒng)編程 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 18 梯形圖中定時器設定值 K。用戶根據(jù)實際要求重新設定。可根據(jù)梯形圖自編指令程序 。實際的電鍍生產(chǎn)線因情況不同可能與此的具體要求不同，只要按照本例的控制思路和方法，對控制方案進行適當?shù)男薷暮脱a充即可。 其 系統(tǒng)編程如下 ： 0 LD X400 1 OR Y430 2 OR X404 3 ANI X402 4 ANI X406 5 LD X406 6 ORB 7 ANI X405 8 ANI Y431 9 ANI X403 10 OUT Y430 11 LD X405 12 ANI X402 13 OUT T450 14 K 3 15 LD X401 16 OR Y431 17 OR T450 18 ANI X402 19 ANI X407 20 LD X407 21 ORB 22 ANI X404 23 ANI Y430 24 ANI X403 25 OUT Y431 陽泉職業(yè)技術(shù)學院 課程 設計說明書 19 六、課程設計總結(jié) 可編程控制器以體積小功能強大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)