工廠電氣與PLC控制技術(shù)_5_9課件

1、第九章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC 初始是針對(duì)工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經(jīng)過(guò)近60年的發(fā)展，PLC 技術(shù)發(fā)展水平已大大超過(guò)其出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平，其定位在低成本自動(dòng)化項(xiàng)目和作為大型 DCS 或FCS 系統(tǒng)的 I/O 站。現(xiàn)在 PLC 的應(yīng)用已遍布國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，并幾乎涉及到工業(yè)界所有領(lǐng)域的中、大型設(shè)備的自動(dòng)控制中，形成了滿足各種需要的 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)。第一節(jié) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 主機(jī)及其模塊的選擇設(shè)計(jì)是人們根據(jù)客觀條件以最佳方式實(shí)現(xiàn)具體目標(biāo)的思維過(guò)程及其書(shū)面表達(dá)。它是一種創(chuàng)造性的工作。PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)是屬于工程類設(shè)計(jì)，其目的是將技術(shù)原理轉(zhuǎn)化為技術(shù)實(shí)現(xiàn)；或者，將科研成果轉(zhuǎn)換為生

2、產(chǎn)力設(shè)計(jì)及使用說(shuō)明書(shū)應(yīng)包含以下主要內(nèi)容：1）拖動(dòng)方案選擇依據(jù)及本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)2）主要參數(shù)的計(jì)算過(guò)程3）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中要求各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的核算與評(píng)價(jià)4）設(shè)備調(diào)試要求及調(diào)試方法5）使用、維護(hù)要求及注意事項(xiàng) 工程類設(shè)計(jì)可劃分為：1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)2、部件設(shè)計(jì)3、布線設(shè)計(jì)4、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)5、試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)6、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7、管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)8、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是電氣控制工程設(shè)計(jì)的一種。與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本相同。承接項(xiàng)目和項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程主要由以下工作程序完成 思想和技術(shù)準(zhǔn)備承接和討論項(xiàng)目深入研究和討論操作流程及使用工藝制定技術(shù)指標(biāo)整體和分塊剖析擬定實(shí)施方案劃分分塊目標(biāo)內(nèi)容確定分塊接口技術(shù)要

3、求深入實(shí)際調(diào)研，查閱文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)資料方案比較及抉擇理論分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析試驗(yàn)研究或試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)硬件電路及軟件程序設(shè)計(jì)工程或工藝設(shè)計(jì)軟件模擬試驗(yàn)系統(tǒng)軟硬件調(diào)試，修改，調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試交接項(xiàng)目。一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及原則 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)（工業(yè)）進(jìn)行控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在承接項(xiàng)目前要做好思想和技術(shù)準(zhǔn)備。針對(duì)項(xiàng)目要求，一定要保證系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、合理；工作安全、可靠、穩(wěn)定、耐用；操作、維護(hù)及維修方便。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分查閱文獻(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)資料，查找最新的技術(shù)及應(yīng)用資料。充分利用工具軟件、集成軟件、系統(tǒng)仿真、軟件仿真及硬件仿真技術(shù)。最大程度發(fā)揮硬件資源的作用，同時(shí)必須考慮系統(tǒng)小范圍的更改和擴(kuò)展需求。

4、二、PLC控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法與步驟PLC 廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域。對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先必須符合電氣控制設(shè)計(jì)的規(guī)范，其次還應(yīng)充分考慮PLC 的特殊性。在軟、硬件的結(jié)合方面，應(yīng)充分發(fā)揮 PLC 的軟、硬件功能，使系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更加優(yōu)越。(一) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟一般電氣控制裝置設(shè)計(jì)分成三個(gè)階段：初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)1、初步設(shè)計(jì) 初步設(shè)計(jì)是研究系統(tǒng)和電氣控制裝置的組成；技術(shù)指標(biāo)；工作環(huán)境；操作流程；工藝過(guò)程與使用要求。擬定最佳控制方案，尋找技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。初步設(shè)計(jì)可由機(jī)械設(shè)計(jì)人員和電氣設(shè)計(jì)人員共同提出，也可由機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供機(jī)械結(jié)構(gòu)資料、傳動(dòng)參

5、數(shù)、工藝流程和操作過(guò)程要求，由電氣設(shè)計(jì)人員完成初步設(shè)計(jì)。(1) 初步設(shè)計(jì)所需確定的相關(guān)內(nèi)容1) 設(shè)備（系統(tǒng)）名稱、用途、工藝過(guò)程、 技術(shù)性能、傳動(dòng)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)工作條件2) 供電電網(wǎng)種類：電壓等級(jí)、頻率和容量3) 對(duì)電氣控制的特殊要求(如控制方式、自 動(dòng)化程度、工作循環(huán)組成、電氣保護(hù)等)4) 系統(tǒng)分辨率、控制精度、超調(diào)量、以及控 制對(duì)象特性和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇5) 有關(guān)操作過(guò)程及顯示要求6) 投資費(fèi)用、研制工作量和周期估算(2) PLC作為裝置控制器的主要特點(diǎn)1) 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn) 機(jī)電一體化及信息控制一體化2) 構(gòu)成的控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期短，調(diào)試 方便3) 模塊組合靈活、柔性大，設(shè)計(jì)者可

6、根 據(jù)系統(tǒng)控制要求和技術(shù)指標(biāo)，合理地 選用相應(yīng)檔次的 PLC，配制相應(yīng)的擴(kuò) 展模塊4) 模塊化結(jié)構(gòu)便于系統(tǒng)在線維護(hù)，縮 短維修時(shí)間5) 豐富的指令系統(tǒng)便于系統(tǒng)在硬件盡 可能少改動(dòng)情況下，改變生產(chǎn)工藝6）便于網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，便于組成 DCS 或 FCS 系統(tǒng) 2、技術(shù)設(shè)計(jì) (1) 技術(shù)設(shè)計(jì)需完成下述內(nèi)容1) 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)某些重要環(huán)節(jié)作必要 的試驗(yàn)；寫(xiě)出試驗(yàn)報(bào)告2) 繪制電氣控制的電氣原理圖(包括可編程序 控制器 I/O 接口)3) 編寫(xiě)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算書(shū)4) 選擇整個(gè)系統(tǒng)的電氣元件，提出專用元器件 的技術(shù)指標(biāo)，編寫(xiě)元件明細(xì)表5) 設(shè)計(jì)電氣箱、控制面板等電氣系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)件及總裝接線圖 。6) 編寫(xiě) P

7、LC 內(nèi)部元件分配表，編寫(xiě) 軟件流程圖、梯形圖或助記符程序7) 編寫(xiě)技術(shù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，介紹系統(tǒng)原 理、主要技術(shù)指標(biāo)和運(yùn)行、操作、 維護(hù)說(shuō)明書(shū)圖9-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步驟流程圖圖9-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖圖8913 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖(續(xù)上表)(續(xù)上表)(續(xù)上表)(2) PLC控制部分設(shè)計(jì)步驟說(shuō)明 1) 確定受控對(duì)象與 PLC 間的輸入、 輸出信號(hào)關(guān)系2) 根據(jù)控制要求的復(fù)雜程度、控 制精度，估計(jì)用戶程序的容量、 數(shù)據(jù)區(qū)容量、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù) 量及采用的內(nèi)部元件3) 選擇 PLC 機(jī)型和模塊配置的主要依 據(jù)是上述 1)、2) 條款中涉及到的硬 件要求，同時(shí)從控制功能和數(shù)據(jù)

8、處理 要求方面考慮 PLC 指令系統(tǒng)的功能4) 根據(jù)選用的 PLC 及給定的元件地址 范圍(如輸入、輸出、計(jì)數(shù)器、定時(shí) 器、數(shù)據(jù)區(qū)等)，對(duì)每個(gè)使用元件賦 予相應(yīng)名稱和地址，以避免編程過(guò)程 中重復(fù)使用而出錯(cuò)5) 根據(jù)受控對(duì)象的控制及有關(guān)動(dòng)作轉(zhuǎn) 換邏輯，繪制 PLC 的控制流程圖6) 由控制流程圖編出相應(yīng)控制功能的 PLC 用戶程序7) 將編寫(xiě)的用戶程序輸人 PLC8) 在空載情況下，輸入與實(shí)際負(fù)載工 作相似的模擬信號(hào)，觀察 PLC 運(yùn)行 時(shí)輸出指示及模擬負(fù)載響應(yīng)情況， 逐步調(diào)試、修改、完善程序，直至 程序符合系統(tǒng)控制要求為止 9) 將控制系統(tǒng)與受控負(fù)載相連，經(jīng)局 部調(diào)試后再作系統(tǒng)總調(diào)，逐步修改、

9、 完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的不足，直到 系統(tǒng)工作符合技術(shù)指標(biāo)要求3、產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計(jì) 產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)是根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)電路圖，柜、臺(tái)、箱的布局圖和元器件明細(xì)表轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)成供生產(chǎn)用的總裝配圖，部件、組件、單元裝配圖、接線圖、布線圖及有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙等三、PLC使用注意事項(xiàng)(一)電源PLC 電源通常采用交流 llOV、220V 和直流 24V，若使用不當(dāng)，會(huì)直接損壞 PLC 的電源模塊。 一般電氣控制設(shè)備都具有電源接通控制和急?？刂乒δ堋LC 的輸出電路應(yīng)在 PLC外部切斷控制。其電源控制線路可參考圖9-2。圖9-2 電源控制線路 由于可編程序控制器的輸出電路沒(méi)有內(nèi)部短路保護(hù)功能，因此，為防止由于

10、負(fù)載短路等原因而燒壞可編程序控制器的輸出點(diǎn)，輸出回路必須加熔斷器作短路保護(hù)，熔斷器類型應(yīng)根據(jù)輸出元件選用例如:輸出為繼電器元件，熔斷器可選用 普通熔斷器； 輸出為晶體管或晶閘管元件，則必須 選用快速熔斷器目前市場(chǎng)上許多型號(hào)的 PLC 內(nèi)部都提供 DC24V 電源，該電源的容量較小，其輸出電流一般在幾百毫安以內(nèi)。內(nèi)部電源主要是用于集電極開(kāi)路(OC門)傳感器的電源。實(shí)際使用時(shí)必須考慮電源容量，對(duì)傳感器等負(fù)載而言，PLC 內(nèi)部 DC24V 電源對(duì)外提供的容量隨擴(kuò)展元件數(shù)增加而減小，DC24V 內(nèi)部電源一般不允許與其它 DC24V 電源并接(二)輸入端連接連接時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1)輸入回路是否需要

11、外接電源?2)要接什么類型電源(交流直流)?3)電源的幅值多少、頻率多少， 極性要求如何?a)無(wú)電壓匯流 b) 交直流匯流 c) 交流匯流 圖8-15 PLC輸入回路(三)輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需輸入點(diǎn)數(shù)，我們?cè)谙到y(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)系統(tǒng)控制的不同工作狀態(tài)，將信號(hào)劃分到相應(yīng)的程序模塊中，在保證輸入信號(hào)正確可靠的前提下，合理地將多個(gè)信號(hào)共用一個(gè)輸入通道。例如系統(tǒng)中有兩個(gè)分屬不同程序塊的輸入信號(hào)，其基本實(shí)施的構(gòu)思如圖9-4所示圖9-4 軟件流程圖及硬件圖 嚴(yán)謹(jǐn)擴(kuò)展方法是采用信號(hào)選通控制方式，這樣就可避免共用通道信號(hào)間的相互干擾而誤動(dòng)作，線路原理如圖9-5示。當(dāng)需采集 K1、K2、K3 信號(hào)時(shí)，程

12、序?qū)?Y1 置“1”，KA 線圈得電，輸人端的 COMl 與 COM 聯(lián)接，選通K 類信號(hào)，同時(shí) COM2 與 COM 斷開(kāi)，SQ 類信號(hào)無(wú)法輸人。反之 Y1 為“0”，COM2 與COM 連接，COMl 與 COM 斷開(kāi)，輸人選通 SQ類信號(hào)圖9-5 輸入電路選通(四)輸出端連接各種元件的輸出原理圖如圖9-6所示，聯(lián)接輸出時(shí)應(yīng)引起注意的是：1）負(fù)載電源類型(交直流或指定其中 一種)2）負(fù)載電源的幅值和極性要求3）負(fù)載容量和性質(zhì) 圖9-6 PLC輸出電路a) 繼電器輸出 b)晶閘管輸出 c)晶體管輸出PLC 輸出端對(duì)電源具體要求： 選用晶閘管元件作輸出模塊，電源誤用直流，那么輸出晶閘管一經(jīng)能觸

13、發(fā)，該管子將無(wú)法關(guān)斷。 根據(jù)輸出負(fù)載的性質(zhì)，考慮采取相應(yīng)保護(hù)電路。輸出保護(hù)電路如圖9-7示，因?yàn)楫?dāng)感性負(fù)載中的電流突然中止時(shí)(輸出由 ON 到 OFF)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的尖峰電壓，若不抑制該尖峰電壓，就可能損壞輸出模塊圖9-7 輸出保護(hù)電路(五)輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)PLC 的輸出點(diǎn)具有一定的帶載能力。在輸出元件負(fù)載容量允許的情況下，可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。若負(fù)載需多付觸點(diǎn)或輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)容量不夠的情況下，通常由PLC 輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)接觸器線圈或其他執(zhí)行元件（如中間繼電器等），由接觸器或其他執(zhí)行元件再去驅(qū)動(dòng)負(fù)載。PLC 控制幾個(gè)負(fù)載(不同時(shí)通斷)，就需幾個(gè)輸出點(diǎn)。若考慮系統(tǒng)今后功能擴(kuò)展，可增加一定余量（20）的輸出點(diǎn)作

14、備用四、PLC的編程方法及 程序設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)程序編制、安裝、調(diào)試及維護(hù)工作主要由生產(chǎn)一線的電氣技術(shù)人員和高級(jí)電工承擔(dān)，因此 PLC 從硬件結(jié)構(gòu)到操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都以盡可能地使用戶能夠很快地掌握它的應(yīng)用為原則(一)命令語(yǔ)句表達(dá)式編程1、基本格式 在許多超小型 PLC 產(chǎn)品中，設(shè)有 LCD 圖形顯示器，用戶編制的程序用一系列 PLC 指令語(yǔ)句將控制邏輯關(guān)系表達(dá)出來(lái)，并通過(guò)簡(jiǎn)易編程器將指令逐條鍵人 PLC 內(nèi)存中。每條指令規(guī)定了 CPU 如何處理信息和數(shù)據(jù)PLC 指令：操作碼 + 操作數(shù)；操作碼 指定執(zhí)行什么功能；操作數(shù) 指定執(zhí)行某一功能操 作所需要數(shù)據(jù)的所在 地址(字地址或位地 址）及運(yùn)算處理結(jié)果

15、的存放地址2、編程規(guī)則1)程序以指令列按序編制，在無(wú)跳轉(zhuǎn)指令情況下， PLC 按序逐條由上至下地執(zhí)行指令，執(zhí)行到最 后一條 END 結(jié)束指令后,再?gòu)念^開(kāi)始循環(huán)2)操作數(shù)必須是機(jī)器所允許范圍內(nèi)的數(shù)值，數(shù)值 超出允許使用范圍將引起程序出錯(cuò)(有些 PLC 在鍵人指令時(shí)具有操作數(shù)超出允許范圍出錯(cuò)提 示功能)3)命令語(yǔ)句表達(dá)式指令編程與梯形圖編程相互對(duì) 應(yīng)，兩者可以相互轉(zhuǎn)換，一一對(duì)應(yīng)(二)梯形圖編程 梯形圖是 PLC 編程的一種主要方式，它是在電氣控制系統(tǒng)中的常用繼電接觸器原理圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，兩者在術(shù)語(yǔ)上有所不同，但含義相似。表9-1所示繼電系統(tǒng)和 PLC 系統(tǒng)間的術(shù)語(yǔ)關(guān)系 表9-1 術(shù)語(yǔ)關(guān)系繼電術(shù)

16、語(yǔ)相應(yīng) PLC中名稱常開(kāi)接點(diǎn)通常斷開(kāi)條件接點(diǎn)輸入或條件常閉接點(diǎn)通常閉合條件線圈輸出或工作位時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)器1、梯形圖基本結(jié)構(gòu) 每個(gè)輸出元素(指令)構(gòu)成一個(gè)梯級(jí)，每個(gè)梯級(jí)由梯形圖最左側(cè)的垂線(母線)出發(fā)，沿著分支安排控制接點(diǎn)(常開(kāi)，常閉)，組成輸出執(zhí)行指令的控制邏輯，這些控制邏輯決定了右側(cè)輸出元素(指令)何時(shí)及如何執(zhí)行 如圖9-8所示，梯形圖與電氣原理圖相似，給人以一目了然的清晰感，這對(duì)于從事電氣控制領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員尤為合適，是目前可編程序控制器最主要的編程方法。圖9-8 一個(gè)階梯的梯形圖2、梯形圖編程規(guī)則及注意事項(xiàng) PLC 實(shí)際上是一種由微處理器構(gòu)成的工業(yè)控制器。具有計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言的若干

17、特點(diǎn)編制梯形圖程序時(shí)應(yīng)充分考慮以下問(wèn)題：1)幾個(gè)串聯(lián)支路相并聯(lián) 應(yīng)將接點(diǎn)多的支路安排在梯級(jí)的上面(見(jiàn)圖9-9)；幾個(gè)并聯(lián)回路的串聯(lián)，應(yīng)將接點(diǎn)多的并聯(lián)回路安排在左面(見(jiàn)圖9-10)。可減少用戶程序步數(shù)，縮短程序掃描時(shí)間圖9-9 梯形圖畫(huà)法之一 圖9-10 梯形圖畫(huà)法之二 2)梯形圖編程 可采用相應(yīng) PLC 的梯形圖編程軟件，如三菱公司的 MEDOC、PC-FXGP/WIN軟件，西門子STEP7-Micro/WIN 軟件和觸摸屏設(shè)計(jì)支持軟件 GP-PRO/PB、ProTool Pro RT、WinCC Flexible但在手工繪制梯形圖時(shí)應(yīng)注意：觸點(diǎn)應(yīng)畫(huà)在水平線上，不要畫(huà)在垂線上；不包含接點(diǎn)的分支

18、應(yīng)畫(huà)在垂線上，不要畫(huà)在水平線上。 圖9-11，左圖無(wú)法采用邏輯指令編程，經(jīng)修改后的右圖成為邏輯相同的梯形圖 圖9-12，給出另一個(gè)例子，將左圖的梯形圖按梯形圖規(guī)則重畫(huà)后，成為便于編程和控制路徑清晰的右圖圖9-11 梯形圖畫(huà)法之三圖9-12 梯形圖畫(huà)法之四C3)梯形圖和命令語(yǔ)句表達(dá)式編程具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系由梯形圖轉(zhuǎn)換成命令語(yǔ)句必須按照從左到右、自上而下的原則進(jìn)行編寫(xiě)復(fù)雜梯形圖時(shí)，常需要將梯形圖分割成大的邏輯塊，然后再對(duì)大的邏輯塊分割，直到分割的若干塊可以直接使用“與”、“或”指令。對(duì)邏輯塊程序仍按上述原則，先將小的邏輯塊聯(lián)接，再聯(lián)接大一些的邏輯塊，連接時(shí)采“邏輯塊與”或“邏輯塊或”命令。以圖9-1

19、3所示梯形圖為例，其編程順序如圖9-14所示地址指令操作數(shù)；指令說(shuō)明0000LDX002；取常開(kāi)接點(diǎn)X0020001ANDX003；邏輯“與”常開(kāi)接點(diǎn)X003，形成邏輯塊10002LDX000；取常開(kāi)接點(diǎn)X0000003ANDX001；邏輯“與”常開(kāi)接點(diǎn)X001，形成邏輯塊20004ORB；邏輯塊l和邏輯塊2“塊或”，形成邏輯塊30005ORY000；“或”常開(kāi)接點(diǎn)Y000，形成邏輯塊40006LDX004；邏輯塊5開(kāi)始，取常開(kāi)接點(diǎn)X0040007ANDX005；邏輯“與”常開(kāi)接點(diǎn)X005，形成邏輯塊50008ORX010；邏輯“或”常開(kāi)接點(diǎn)X010，形成邏輯塊60009ANB ；邏輯塊4和邏

20、輯塊6“塊與”，形成邏輯塊70010ANDX006；邏輯“與”常開(kāi)接點(diǎn)X0060011ANDX007；邏輯“與”常開(kāi)接點(diǎn)X0070012OUTY000；輸出Y00圖9-13 梯形圖示例X010圖9-14 編程順序 示意圖ANBY0004)指令安排順序和位置對(duì) 程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)有影響 PLC 具有計(jì)算機(jī)所決定的工作特征，PLC 只能一條一條掃描。最后集中輸出，一旦程序啟動(dòng)運(yùn)行，CPU 自上而下循環(huán)掃描，檢查所有條件并執(zhí)行所有與母線相連的指令，執(zhí)行到 END 指令后再?gòu)念^開(kāi)始循環(huán)掃描 編程時(shí)將指令按適當(dāng)順序放置是相當(dāng)重要。例如圖9-15a程序段 A 的設(shè)計(jì)意圖是每隔一小時(shí)使 C10 接通一次，程序中

21、利用定時(shí)器 T00 每 1min 接通一次的脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 C10 的輸入，C10 計(jì)滿 100 次后發(fā)出一脈沖信號(hào)。 按照 PLC 工作原理，當(dāng)程序正好執(zhí)行到 C 或 d 瞬間，T00 定時(shí)時(shí)間到，T00 常開(kāi)閉合，C10 的信號(hào)有效，C10 作減一計(jì)數(shù)；而當(dāng)程序執(zhí)行到 b、e、f、g 及 b 點(diǎn)之前或 g 點(diǎn)之后的任一瞬間，T00 定時(shí)時(shí)間到，C10 均不能得到 T00 接通的脈沖信號(hào)。例如：程序掃描到 C10 指令時(shí)，T00 定時(shí)尚未到，T00 信號(hào)為零，接著 TOO 計(jì)時(shí)到，其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，在下一個(gè)掃描周期中的 b 點(diǎn)，LDI T00 將 T00 的“1”取非得“0”

22、，執(zhí)行 OUT T00 指令時(shí)將 T00 復(fù)位，T00 常開(kāi)接點(diǎn)打開(kāi)，常閉閉合，計(jì)數(shù)器輸入端仍無(wú)“1”信號(hào)輸人，這樣 C10 將漏計(jì) TOO 一次脈沖信號(hào)而產(chǎn)生定時(shí)錯(cuò)誤。如果將程序略作修改，加入一個(gè)集中過(guò)渡信號(hào)，程序就能正常運(yùn)行了(如圖9-15b所示)。圖9-15 編程分析a)計(jì)數(shù)器錯(cuò)開(kāi)編程 b) 計(jì)數(shù)器改進(jìn)編程在 b、e、f、g 點(diǎn)之前或 g 點(diǎn)之后的任一瞬間 T00 的時(shí)間到都不能使 C10 有效，則計(jì)數(shù)丟失一次5)信號(hào)電平有效和跳變有效問(wèn)題 有些指令條件是以信號(hào)跳變?yōu)閳?zhí)行條件的，它與電平觸發(fā)有本質(zhì)區(qū)別。例如：PLC 指令中 PLS 指令僅在輸入信 號(hào) X0 有效的上升沿使 M0 輸出 有

23、效，置位指令使 Y0 置位“1”。 PLF 指令在輸入信號(hào) X1 有效的 下降沿使 M1 輸出有效，復(fù)位指 令使 Y0 復(fù)位“0”。其梯行圖和 脈沖波形圖如圖9-16所示 在相應(yīng)功能指令后加 P，該指令就成為只執(zhí)行一次的微分功能指令 分析圖9-17a和 b 中程序我們可了解微分執(zhí)行功能的用途。設(shè)輸人信號(hào) X3 接通，且接通時(shí)間為 n 個(gè)掃描周期(一般無(wú)法精確控制接通時(shí)間)，則圖 a 程序 D0 中內(nèi)容為(DO)+n (D1)，而圖 b 程序中 DO 內(nèi)容為(DO)+(D1)圖9-16 脈沖輸出指令信號(hào)a) 梯行圖 b)波形圖 圖9-17 微分執(zhí)行功能6)有效輸入信號(hào)的電平保持時(shí)間 PLC 的工

24、作方式是采用集中采樣，集中輸出形式，如圖9-18示。PLC 運(yùn)行時(shí)掃描周期 T，其中t1為輸入采樣階段，t 為程序指令執(zhí)行階段，t2 為輸出階段即 T=t1 + t + t2。如果輸入信號(hào)電平保持時(shí)間 ti T，那么 PLC 就不能保證采到這個(gè)輸入信號(hào)。如果要保證輸入信號(hào)有效，輸入信號(hào)的電平保持時(shí)間必須大于 PLC 工作掃描周期圖9-18 輸入信號(hào)與掃描周期關(guān)系應(yīng)使 ti T7)線圈重復(fù)輸出問(wèn)題 PLC 自檢功能中具有線圈重復(fù)輸出出錯(cuò)提示功能，PLC 用戶程序中不允許出現(xiàn)重復(fù)輸出編程，如果出現(xiàn)“重復(fù)輸出”則系統(tǒng)軟件出現(xiàn)錯(cuò)誤，編譯無(wú)法通過(guò) 從工作原理看，圖9-19所示，雖然程序段 A 和程序段

25、B 中都有 OUT Y501 指令，但程序執(zhí)行過(guò)程中不可能在一個(gè)掃描周期中同時(shí)執(zhí)行程序段 A 和程序段 B，這就保證 PLC 在一次掃描運(yùn)行中只刷新 Y501 輸出繼電器一次，但是系統(tǒng)軟件編譯不能通過(guò)。 第二種情況是信號(hào)過(guò)渡，如內(nèi)部輔助繼電器用作中間繼電器信號(hào)過(guò)渡功能時(shí)是允許重復(fù)輸出的，應(yīng)用如圖9-20所示。圖9-19 輸入繼電器“重復(fù)輸出”例子圖9-20 重復(fù)使用M0、M28)用戶應(yīng)用程序加密 中、高檔的 PLC 均提供了 Pass Word 設(shè)置功能，PLC 系統(tǒng)旦設(shè)置了 Pass Word，再要進(jìn)入或復(fù)制用戶應(yīng)用程序就必須鍵入正確的 Pass Word，否則就無(wú)法進(jìn)人或修改用戶應(yīng)用程序。

26、由于各 PLC 生產(chǎn)商生產(chǎn)的 PLC 種類各異，Pass Word 的設(shè)置也不完全相同。FX2N 系列可編程序控制器的 Pass Word 設(shè)置方法：在聯(lián)機(jī)操作方式下，作為可設(shè)置的用戶FX2N 程序保護(hù)級(jí)別有三種：第一種禁止全部操作級(jí):A x x x x x x x第二種防盜級(jí)： B x x x x x x x第三種防止誤寫(xiě)入級(jí)： C x x x x x x x 每個(gè) Pass Word 開(kāi)始由字母 ABC 開(kāi)始，表明保護(hù)級(jí)別，后 7 位由十六進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，用戶可根據(jù)各自需要選用，下表列出了各級(jí)保護(hù)有效功能功能 保護(hù)級(jí)禁止全部操作級(jí)防盜級(jí)防止誤寫(xiě)入級(jí)備注程序讀入 00：表示 可使用：表示不可使用

27、寫(xiě)入 插入 刪除 監(jiān)視軟元件監(jiān)測(cè) 0 0導(dǎo)通檢查 0動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)視 0 0測(cè)試當(dāng)前值變更 0 0設(shè)定值變更 方式項(xiàng)目單參數(shù) 程序檢查 0軟元件變換 傳送 鎖存清除 0 0 Pass Word 設(shè)置步驟： 在聯(lián)機(jī) Online 方式項(xiàng)目單上選擇第 4 項(xiàng)參數(shù)欄4. PARAMETERDEFAULT SETTING YES NOMEMORY SETTING2K-SETP 4K-SETP8K-SETP nK-SETPENTRYENTERDELETEGOGO設(shè)定默認(rèn)約定時(shí)，將光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)“YES”，按 GO 鍵；設(shè)定參數(shù)設(shè)置時(shí)，將光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)“NO”，按 GO 鍵。變更存儲(chǔ)器容量設(shè)置時(shí)將光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)要變更的內(nèi)存容量

28、數(shù)，然后按 GO 鍵確認(rèn)。設(shè)置 Pass Word 時(shí)，將光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)“ENTER”，輸入Pass Word A/B/C x x x x x x x ,按GO 鍵確認(rèn)。刪除 Pass Word 時(shí)，將光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)“DELETE”鍵入已設(shè)置的 Pass Word，在按 GO 鍵確認(rèn)（三）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編程1、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（SFC 又稱狀態(tài)流程圖） 狀態(tài)流程圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)幾個(gè)步驟：(1) 畫(huà)狀態(tài)流程圖(2) 在狀態(tài)流程圖上以 PLC 輸入點(diǎn)或其他元 件定義狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件(3) 按照機(jī)械或工藝提供的電氣執(zhí)行元件功 能表 2、步進(jìn)順序控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 圖9-21是一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)自動(dòng)工作狀況狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖示例 圖9-2

29、2是一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的滑臺(tái)雙向進(jìn)給的控制設(shè)計(jì)流程圖舉例圖9-21 液壓滑臺(tái)自 動(dòng)工作 狀況狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖9-22 液壓滑臺(tái)雙向進(jìn)給 控制狀態(tài)流程圖五、PLC主機(jī)及其模塊的選用選擇的基本原則：1、根據(jù)控制量(I/O量、模擬量)的數(shù)量選擇 2、廠家及型號(hào)的選擇 3、是否可現(xiàn)場(chǎng)在線編程的選擇4、擴(kuò)展模塊選擇 5、開(kāi)關(guān)輸入形式的選擇 6、開(kāi)關(guān)輸出形式選擇 7、內(nèi)存容量選擇 8、其他特性選擇 第二節(jié) PLC典型應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法一、程序設(shè)計(jì)內(nèi)容PLC 程序設(shè)計(jì)方法與嵌入式計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言編程方法相類似，編程工作主要是對(duì)硬件進(jìn)行控制，因此程序設(shè)計(jì)必須在硬件設(shè)計(jì)基本完成后進(jìn)行。程序設(shè)計(jì)前對(duì)系統(tǒng)的理解和技術(shù)準(zhǔn)備工作：程

30、序框圖設(shè)計(jì)；編寫(xiě)程序；模擬仿真和測(cè)試；編寫(xiě)程序說(shuō)明書(shū)。1）程序設(shè)計(jì)前對(duì)系統(tǒng)的理解 和技術(shù)準(zhǔn)備工作 程序設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備 3 個(gè)方面： (1)了解系統(tǒng)概況,對(duì)系統(tǒng)有整體概念 (2)熟悉被控制對(duì)象 (3)硬件電路的詳細(xì)分析 2）軟件工具的應(yīng)用3）程序框圖設(shè)計(jì)4）編寫(xiě)程序5）模擬仿真和測(cè)試6）編寫(xiě)程序說(shuō)明書(shū) 概括上述可給出 PLC 程序設(shè)計(jì)流程圖，如圖9-23所示 圖9-23 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖圖9-23 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖圖9-23 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖二、常用典型電路 例舉部分簡(jiǎn)單組合電路的設(shè)計(jì)方法及梯行圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。1、斷電延時(shí)定時(shí)器 定時(shí)器在 PLC 中的定時(shí)方式是通電延時(shí)定時(shí)器，實(shí)際應(yīng)用中

31、常常需要組成斷電延時(shí)定時(shí)器。對(duì)于西門子S7-200 PLC 已提供了這種功能，設(shè)計(jì)者可以直接引用 對(duì)于 FX2N 系列的斷電延時(shí)定時(shí)器程序如圖9-24所示圖9-24 斷電延時(shí)定時(shí)器梯形圖X002 斷電 Y000 延時(shí)斷開(kāi) 圖9-24中，當(dāng) X002 為 ON 時(shí)，其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，輸出繼電器 Y000 接通并自保持，但定時(shí)器 T5 卻無(wú)法接通。只有 X002 斷開(kāi)（OFF）時(shí)，且斷開(kāi)時(shí)間達(dá)到設(shè)定值 10s時(shí)，輸出 Y000 才由 ON 變 OFF，由此實(shí)現(xiàn)斷電延時(shí)定時(shí)的功能。斷電延時(shí)定時(shí)器的時(shí)序圖如圖9-25所示。圖9-25 斷電延時(shí)定時(shí)器的時(shí)序圖2、雙延時(shí)定時(shí)器 雙延時(shí)定時(shí)器是指 X002 通

32、電和斷電則 Y000 均延時(shí)的定時(shí)器，其電路的梯形圖組成如 圖9-26 所示。時(shí)序圖如 圖9-27 所示。 圖9-26 雙延時(shí)定時(shí)器梯形圖圖9-27 雙延時(shí)定時(shí)器時(shí)序圖3、長(zhǎng)延時(shí)定時(shí)器 FX2N 和 S7-200 系列 PLC 定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間為 3276.7s。如果需要計(jì)時(shí)的時(shí)間超過(guò)了定時(shí)器的最大計(jì)時(shí)時(shí)間，可以考慮將多個(gè)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器聯(lián)合使用，以擴(kuò)大其延時(shí)時(shí)間。 長(zhǎng)延時(shí)定時(shí)器方法之一如 圖9-28 所示（X000接通Y000長(zhǎng)延時(shí)）， 其時(shí)序圖如 圖9-29 所示圖9-28 長(zhǎng)定時(shí)器方 法一梯形圖圖9-29 長(zhǎng)定時(shí)器方法一時(shí)序圖長(zhǎng)延時(shí)定時(shí)器方法之二如圖9-30 所示， X000 接通Y0

33、00 長(zhǎng)延時(shí)接通其時(shí)序圖如 圖9-31 所示 圖9-30 長(zhǎng)定時(shí)器方法二梯形圖圖9-31 長(zhǎng)定時(shí)器方法二時(shí)序圖延時(shí)時(shí)間為：（定時(shí)器設(shè)定時(shí)間t1+掃描周期t）計(jì)數(shù)器 次數(shù)n4、計(jì)數(shù)器擴(kuò)展 計(jì)數(shù)器擴(kuò)展可以將多個(gè)計(jì)數(shù)器串級(jí)組合，以達(dá)到擴(kuò)大計(jì)數(shù)器范圍的目的。其計(jì)數(shù)數(shù)值為多個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的乘積值。FX2N系列和 S7-200 系列 PLC 的計(jì)數(shù)器分為 3 種：遞增計(jì)數(shù)器，遞減計(jì)數(shù)器和遞增/遞減計(jì)數(shù)器。其最大計(jì)數(shù)值為 32767。S7-200 系列 PLC 兩級(jí)計(jì)數(shù)器串級(jí)組合梯形圖如 圖9-32 所示。圖9-32 S7-200 PLC 計(jì)數(shù)器的擴(kuò)展5、分頻電路梯行圖設(shè)計(jì) 分頻電路（頻率降低）是對(duì) PLC

34、的輸入信號(hào)頻率實(shí)現(xiàn)分頻，例如采用 2 分頻電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)頻率的分頻如圖9-33所示。X000 輸入的頻率為“2”則Y000輸出頻率為“1”圖9-33 2分頻的電路工作原理：當(dāng)輸入脈沖信號(hào)加入 X000 端有效時(shí) ON，輔助繼電器 M200 接通一個(gè)掃描周期時(shí)序 T輸出 Y000 也接通并自鎖，當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，輔助繼電器 M200 接通，M200 常開(kāi)接點(diǎn)通過(guò) Y000 的閉合(常開(kāi))接點(diǎn)使 Y001接通 輸出 Y000 常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，使 Y000斷開(kāi)。上述工作過(guò)程循環(huán)往復(fù)，使輸出 Y000 的輸出頻率為輸入端 X000信號(hào)頻率的一半。其時(shí)序圖如 圖9-34 所示圖9-34 2分頻的電路

35、時(shí)序圖 6、閃光電路梯形圖設(shè)計(jì) 閃光電路主要是控制輸出接點(diǎn)的通斷占空比率，從而達(dá)到閃爍的結(jié)果。常用閃光電路的設(shè)計(jì)方法是用兩個(gè)定時(shí)器或兩個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。閃光電路梯形圖如圖9-35所示。圖9-35 閃光電路梯形圖工作原理： X002 為閃光起動(dòng)輸入按鈕，X003 為閃光停止輸入按鈕。當(dāng) X002 為 ON 時(shí)，輸出繼電器 Y000 接通并自鎖，Y000 常開(kāi)接點(diǎn)接通輸出繼電器 Y001（亮）。1s 后，定時(shí)器 T0 動(dòng)作，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)輸出繼電器 Y001（滅），其常開(kāi)接點(diǎn)接通定時(shí)器 T1。又經(jīng)過(guò) 1s，T1 常閉接點(diǎn)斷開(kāi) T0，使 T0 復(fù)位，T0 的常閉接點(diǎn)接通 Y001 ，T0 的常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)

36、 T1，T1 的常閉接點(diǎn)又接通 T0。這樣，輸出繼電器 Y001 所接的負(fù)載（燈）以通電 1s，斷電 1s 的頻率不停的閃爍，直到按下閃光停止輸入按鈕 X003 為止。若要改變閃光電路輸出的頻率，只需改變兩個(gè)定時(shí)器 T0、T1 的時(shí)間常數(shù) K 即可 7、脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì) 改變輸出端子輸出信號(hào)的占空比，即改變輸出端子的頻率和脈沖寬度，其實(shí)質(zhì)就是一種脈沖發(fā)生器的組成輸出方式。圖9-36是單脈沖發(fā)生器產(chǎn)生電路的梯形圖圖9-36 多脈沖發(fā)生器梯形圖圖9-37 是多脈沖發(fā)生器的時(shí)序圖圖8-37 多脈沖發(fā)生器時(shí)序圖 8、多諧振蕩器設(shè)計(jì) 多諧振蕩電路可以產(chǎn)生按特定的通/斷間隔的時(shí)序脈沖，通常用它作為脈沖信號(hào)源

37、，也可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的閃光報(bào)警繼電器，作為閃光報(bào)警。圖9-38、圖9-39、圖9-40為 FX2N及 S7-200 系列 PLC 實(shí)現(xiàn)多諧振蕩的電路梯形圖脈沖信號(hào)的占空比由兩個(gè)定時(shí)器設(shè)定圖9-38 FX2N多諧振蕩電路的梯形圖圖9-39 S7-200多諧振蕩電路的梯形圖T5圖9-40 FX2N多諧振蕩電路的時(shí)序圖 9、比較電路梯行圖設(shè)計(jì) 比較電路是按預(yù)先設(shè)好輸出的要求，然后對(duì)輸入的信號(hào) A、B 進(jìn)行比較，選擇接通某一輸出。電路梯形圖如圖9-41所示當(dāng) X000、Y001 同時(shí)接通，Y000 有輸出當(dāng) X000、Y001 都不接通，Y001 有輸出當(dāng) X000接通、Y001 不接通，Y002有輸出當(dāng)

38、 X000不接通、Y001 接通，Y003有輸出圖9-41 比較電路梯形圖10、優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì) (1)兩個(gè)輸入信號(hào)優(yōu)先級(jí)電路兩個(gè)輸入信號(hào)優(yōu)先級(jí)電路的梯形圖如圖9-42 所示。輸入信號(hào) X000 和 X001 先到者取得優(yōu)先權(quán),后到者無(wú)效圖9-42 優(yōu)先級(jí)電路梯形圖M0M1M1M0M0M0M1M1(2)多個(gè)輸入信號(hào)優(yōu)先級(jí)電路在故障檢測(cè)系統(tǒng)中，故障種類有種，當(dāng)發(fā)生一個(gè)故障時(shí)，可能引起多個(gè)故障，如何準(zhǔn)確判斷是哪一個(gè)故障是最先出現(xiàn)的，則對(duì)于分析和處理故障是極為有利的。4 個(gè)輸入信號(hào)的先輸入優(yōu)先控制電路梯行圖如圖9-43所示圖9-43 4個(gè)輸入信號(hào)的優(yōu)先電路梯形圖M002在 4 個(gè)輸入信號(hào) A、B、C、D

39、中的任何一個(gè)輸入信號(hào)首先出現(xiàn)，例如 B 信號(hào)出現(xiàn)，則 M000 接通，其常閉觸點(diǎn) M001 全部打開(kāi)，這時(shí)后到來(lái)的輸入信號(hào) A、C、D 都無(wú)法使 M000、M002、M003 接通，從而可以迅速判斷出 A、B、C、D 中哪一個(gè)輸入信號(hào)是首發(fā)信號(hào)三、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是 PLC 設(shè)計(jì)人員共同執(zhí)行的統(tǒng)一規(guī)定。 由計(jì)算機(jī)、PLC構(gòu)成的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，PLC 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，程序設(shè)計(jì)必須遵循統(tǒng)一的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。程序設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)只是規(guī)定一些具有公共性的和能夠統(tǒng)一的基本結(jié)構(gòu)，而不是對(duì)程序的細(xì)節(jié)和具體問(wèn)題的處理方法作嚴(yán)格的限制1、程序結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) 主程序基本結(jié)構(gòu)，處理程序的現(xiàn)后順序，程序結(jié)構(gòu)框圖等。

40、2、內(nèi)存分配標(biāo)準(zhǔn) 內(nèi)存要統(tǒng)一分配使用。對(duì)離散量工作區(qū)、數(shù)字量工作區(qū)、隨機(jī)存儲(chǔ)區(qū)和通信接口區(qū)等 3、順序控制標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定一個(gè)完整的順序器結(jié)構(gòu)，各步的內(nèi)容及其間的關(guān)系 4、公共邏輯標(biāo)準(zhǔn) 制定一套統(tǒng)一的控制方法，明確其各信號(hào)之間的邏輯關(guān)系，繪制出程序框圖，供共同參考 5、標(biāo)準(zhǔn)模塊 共有的控制功能進(jìn)行統(tǒng)一程序設(shè)計(jì)， 并制成標(biāo)準(zhǔn)模塊，給出標(biāo)準(zhǔn)模塊的輸入輸出接口，供集體在程序接口調(diào)用。 6、通信標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng) 統(tǒng)一規(guī)定好通信的數(shù)據(jù)格式、通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和通信接口等 7、注釋標(biāo)準(zhǔn) 有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式和編寫(xiě)方法，規(guī)定其內(nèi)容、縮寫(xiě)含義等等 8、文件標(biāo)準(zhǔn) 每個(gè)文件都應(yīng)有統(tǒng)一的格式、統(tǒng)一的編號(hào)、統(tǒng)一的名稱等等，以便于查找和歸檔

41、第三節(jié) PLC控制系統(tǒng)的安裝與布局一、PLC 控制系統(tǒng)電氣 設(shè)備總體布局設(shè)計(jì)PLC 控制系統(tǒng)屬于帶電子控制裝置的低壓電器電控設(shè)備，它的布局首先應(yīng)遵循國(guó)家低壓電器電控設(shè)備布局原則，在控制系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)顧及電子控制裝置的特點(diǎn)，使系統(tǒng)的可靠性和壽命進(jìn)步提高二、低壓電器電控設(shè)備布局基本原則電控系統(tǒng)由電器元件組成，每一器件根據(jù)各自的作用都有一定的裝配位置；有些器件安裝在控制柜中(如繼電器、接觸器、控制器、調(diào)節(jié)器等各種控制電器等)；有些器件安裝在機(jī)械設(shè)備的相應(yīng)部位上(如傳感器、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等)；還有些器件則要安裝在面板或操作臺(tái)上(如各種控制按鈕、指示燈、顯示器等)1、組件劃分 根據(jù)電控設(shè)備的生

42、產(chǎn)、維護(hù)、調(diào)試和運(yùn)行可靠性等因素綜合考慮的。組件劃分原則為： 功能類似的元器件組合在一起 盡可能減少組件間的聯(lián)線數(shù)量，接線關(guān)系密 切的元器件置于同一組件中 強(qiáng)/弱電分開(kāi)，盡量減少系統(tǒng)內(nèi)部干擾影響 力求美觀、整齊、外形尺寸盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化 便于檢查與調(diào)試，經(jīng)常調(diào)節(jié)和維護(hù)的器件應(yīng) 組合在一起 2、組件連接方式 電器板、控制板、設(shè)備電器等部件進(jìn)出線必須通過(guò)接線端子，端子規(guī)格按電流大小、電壓等級(jí)和端子上進(jìn)出線選用。通常，一個(gè)端子接一根導(dǎo)線，最多不超過(guò)兩根。若將 23 根導(dǎo)線壓入同一接線端內(nèi)時(shí)，可看作一根導(dǎo)線，但這種情況應(yīng)考慮其載流量。電氣柜(箱)與被控設(shè)備或電氣柜(箱)間應(yīng)采用多孔接插件連接，以便拆裝和

43、搬運(yùn)。 3、元器件布局原則 電氣柜、電器板的元件布局按下述原則設(shè)計(jì)： 體積大的和份量重的元件宜安裝在控 制柜的下部，以降低柜體重心 發(fā)熱元器件安裝在控制柜上部，以避 免對(duì)其他器件的熱影響；熱敏元器件 應(yīng)盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱元件，減少熱因素對(duì) 熱敏元器件影響需經(jīng)常維護(hù)、調(diào)節(jié)的元器件宜安裝在 便于操作的位置 外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的元器件宜放在一 起，以便安裝、配線，使外觀整齊 電器元件布置不宜過(guò)密，必須根據(jù)低壓 電器安裝標(biāo)準(zhǔn)，留有一定間隙。若采用 板前走線槽配線方式，應(yīng)適當(dāng)加大各排 電器元件的間距，以利于安裝、配線和 維護(hù) 將散熱器和發(fā)熱元器件置于風(fēng)道中，以 得到良好的散熱條件；而熔斷器、熱繼 電器則應(yīng)置于

44、風(fēng)道外，避免改變它們的 保護(hù)特性 4、可編程序控制器布局 可編程序控制器可直接用于工業(yè)環(huán)境下，它對(duì)使用環(huán)境要求不高，但這并非意味 PLC 對(duì)使用環(huán)境沒(méi)要求，若 PLC 在下列任一環(huán)境中使用，都會(huì)影響 PLC 壽命，甚至?xí)绊懫洳僮餍阅?)環(huán)境溫度低于 0 或高于 55的場(chǎng)所2)溫度變化急劇和凝露場(chǎng)所3)環(huán)境濕度低于 10或高于 90的場(chǎng)所4)具有高腐蝕氣體或易燃?xì)怏w的場(chǎng)所5)有過(guò)多塵埃(特別是導(dǎo)電塵埃)或氯化物 的場(chǎng)合6)PLC 會(huì)接觸到水、油或化學(xué)試劑的場(chǎng)合7)直接暴露在陽(yáng)光下的場(chǎng)合第四節(jié) PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例一、開(kāi)關(guān)量邏輯控制 (一)PLC在機(jī)械手搬物控制中的應(yīng)用(順序控制類型)1、裝置

45、簡(jiǎn)介 參照?qǐng)D9-44機(jī)械手動(dòng)作示意圖，機(jī)械手按下述順序周而復(fù)始地搬物 圖9-44 機(jī)械手搬物動(dòng)作示意圖工作過(guò)程如下：1）原位狀態(tài)下(機(jī)械手在右限、下限位置 SQ1 動(dòng)作)，按起動(dòng)按鈕，機(jī)械手松開(kāi)， 傳送帶 B 開(kāi)始運(yùn)行，機(jī)械手從右下限開(kāi) 始上升2）上升到上限行程開(kāi)關(guān) SQ3 動(dòng)作，上升 結(jié)束，機(jī)械手開(kāi)始左旋3）左旋到左限行程開(kāi)關(guān) SQ2 動(dòng)作，左旋動(dòng) 作結(jié)束，機(jī)械手開(kāi)始下降4）下降到下限行程開(kāi)關(guān) SQ4 動(dòng)作，下降動(dòng) 作結(jié)束，傳送帶 A 起動(dòng)5）傳送帶A向機(jī)械手方向前進(jìn)一個(gè)物件 的距離后停止，機(jī)械手開(kāi)始抓物6）機(jī)械手抓工件，抓物延時(shí) 1s 時(shí)間， 抓物動(dòng)作結(jié)束，上升運(yùn)動(dòng)開(kāi)始7）上升到上限行程開(kāi)

46、關(guān) SQ3 受壓動(dòng)作， 上升運(yùn)行結(jié)束，機(jī)械手開(kāi)始右旋8）右旋到右限行程開(kāi)關(guān) SQ1 受壓動(dòng)作， 右旋運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手開(kāi)始下降9）下降到下限行程開(kāi)關(guān) SQ4 受壓動(dòng) 作，下降運(yùn)動(dòng)結(jié)束，放松物件10）經(jīng) t 延時(shí)，放物動(dòng)作結(jié)束， 個(gè)工作循環(huán)完畢。系統(tǒng)中傳送 帶 B 隨機(jī)械手起動(dòng)而開(kāi)始連續(xù) 運(yùn)行，隨工作結(jié)束而停止2、輸入輸出分析 分析系統(tǒng)信號(hào)輸入輸出要求，系統(tǒng) IO 信號(hào)全部為開(kāi)關(guān)量，其中：1) 輸入信號(hào)為 9 個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，它們 分別為：起動(dòng)、停止、連續(xù)單循環(huán) 選擇、左限、右限、上限、下限、抓 物測(cè)量和物體測(cè)量。2) 輸出信號(hào)為 8 個(gè)開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)， 它們分別為：傳送帶 A、傳送帶 B、 左旋、

47、右旋、上升、下降、抓物和放 物3、用戶程序容量估計(jì) 分析系統(tǒng)控制要求，一個(gè)工作循環(huán)分成10 個(gè)工步，每工步完成一些簡(jiǎn)單動(dòng)作。因此，控制用的程序估計(jì)較短，約在兩百步4、PLC選型 綜合分析系統(tǒng)要求，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)，選用三菱公司微型 PLC，任何機(jī)型都可以5、安排IO端口及所用內(nèi)部元件地址 機(jī)械手控制系統(tǒng)I/O地址表如表9-2所示表9-2 機(jī)械手PLC控制的I/O地址表輸 入 輸 出器件代號(hào)地址號(hào)功能說(shuō)明器件代號(hào)地址號(hào)功能說(shuō)明SQ1X0回轉(zhuǎn)缸右限/左限開(kāi)關(guān)YV1Y1氣缸右旋SQ2X1YV2Y2氣缸左旋SQ3X2手臂上升/下降氣缸開(kāi)關(guān)YV3Y3手臂上升SQ4X3YV4Y4手臂下降開(kāi)關(guān)0X

48、4單步執(zhí)行YV5Y5夾緊與放松開(kāi)關(guān)1X5循環(huán)執(zhí)行M1（KA1）Y0傳送帶A運(yùn)行開(kāi)關(guān)2X6手動(dòng)啟動(dòng)M2（KA2）Y6傳送帶B運(yùn)行開(kāi)關(guān)3X7手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)4X10手動(dòng)到原點(diǎn)開(kāi)關(guān)5X11緊急停止6、PLC的I/O電氣接線圖 機(jī)械手的 PLC I/O 電氣接線圖如圖9-46所示。SQ1SQ2 四個(gè)開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān) 05 分別接 PLC 的 X0X7、X10、X11 10 個(gè)輸入，輸出 Y1Y5分別接電磁閥的 YV1YV5圖9-46 機(jī)械手的PLC I/O電氣接線圖7、PLC順序控制梯形圖 根據(jù)工步及工步轉(zhuǎn)換條件編制LPC順序控制梯形圖(見(jiàn)圖9-47)，由于系統(tǒng)控制規(guī)律是順序控制，后一工步工作條件是以前工步完成

49、為前提，這種控制規(guī)律最適宜采用移位寄存器移位控制方式。圖9-47 機(jī)械手順序控制梯形圖8、程序輸入與調(diào)試 將編制的程序輸入可編程控制器，在 PLC 運(yùn)行狀態(tài)下輸入相應(yīng)控制信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)進(jìn)行程序調(diào)試、修改和完善。一般控制系統(tǒng)中考慮系統(tǒng)調(diào)試、維護(hù)工作，應(yīng)有手動(dòng)控制功能程序執(zhí)行的指令表如下：LD M8002 LD X1 OUT T4 STL S27SET S0 OUT T1 K10 LDI X3STL S0 K10 LD T4 ANI Y3LD X0 LD T1 SET S25 OUT Y4AND X6 SET S22 STL S25 LD X3SET S20 STL S22 LDI X2 OU

50、T T7STL S20 LDI X3 ANI X4 K10SET Y6 ANI Y3 OUT Y3 RST Y6RST Y5 OUT Y4 LD X2 LD T7LDI X2 LD X3 OUT T5 SET S28OUT Y3 SET T2 K10 STL S28LD X2 K10 LD T5 RST Y5OUT Y3 LD T2 SET S26 OUT T8LD X2 SET S23 STL S26 K20OUT T0 STL S23 LDI X0 LD T8 K10 OUT Y0 ANI Y2 AND X4LD T0 OUT T3 OUT Y1 OUT S0SET S21 K20 LD

51、X0 LD T8STL S21 LD T3 OUT T6 AND X5LDI X1 SET S24 K10 OUT S20ANI Y1 STL S24 LD T6 RETOUT Y2 SET Y5 SET S27 RND(二)PLC在數(shù)控加工中心刀具庫(kù)控制中的應(yīng)用 (隨機(jī)信號(hào)控制類型)1、加工中心刀具庫(kù)換刀方式 刀庫(kù)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖9-48所示，刀庫(kù)中存放 20 把刀具供加工時(shí)選用。 換刀一般采用兩種控制方式，即固定存放換刀控制和隨機(jī)存取換刀控制。固定存取換刀控制中： 刀庫(kù)中各刀具的位置是固定的，刀具選擇指令(CNC 來(lái)的 T 代碼)是以刀套編號(hào)為存取地址來(lái)控制存取刀動(dòng)作，即原來(lái)從哪一刀套編號(hào)中取

52、出的刀具，在使用完畢后仍歸還到那刀套中。隨機(jī)換刀控制中： 還刀的位置是隨機(jī)的，刀具選擇指令(CNC 來(lái)的 T 代碼)與刀套編號(hào)無(wú)關(guān)，指令僅以刀具自身的直接編號(hào)為目標(biāo)。這種換刀方式在新刀具取出后，刀庫(kù)不需轉(zhuǎn)動(dòng)，立即隨機(jī)存入原先使用的刀具，即換刀、存刀一次完成，縮短了換刀時(shí)間。圖9-48 機(jī)械手自動(dòng)換刀加工中心圖9-49是以刀套號(hào)編碼的 T 代碼功能處理示意圖圖9-49 T 功能處理示意圖 數(shù)控加工中心在加工過(guò)程中，根據(jù)加工工藝要求，在需要換刀時(shí)送出 T代碼指令給 PLC (見(jiàn)圖9-49)，PLC 接受代碼并經(jīng)譯碼后在數(shù)據(jù)表中搜尋，找到T代碼指定的新刀號(hào)所在的數(shù)據(jù)表地址，將獲取的刀號(hào)與現(xiàn)行使用刀號(hào)

53、比較，如果不符，則將控制信號(hào)送刀庫(kù)回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)，直到新刀號(hào)位置定位在取刀口，刀庫(kù)停止回轉(zhuǎn)后由機(jī)械手換刀2、加工中心刀庫(kù)定位控制應(yīng)用(1)控制要求1)根據(jù)加工要求，自動(dòng)將指定刀具轉(zhuǎn)至換刀位置(取刀口)。2)刀庫(kù)盤(pán)上共有 20 把刀具供選擇。3)為提高換刀效率，要求換刀時(shí)按最小旋轉(zhuǎn)角(180 )轉(zhuǎn)動(dòng)。4)為提高定位精度，當(dāng)指令刀具號(hào)轉(zhuǎn)到距取刀口兩個(gè)位置時(shí)減速。(2)輸入輸出及所用內(nèi)部元件地址分配如表9-3。表9-3 刀庫(kù)輸入輸出及內(nèi)部繼電器地址分配 序號(hào)輸入輸出數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)部繼電器 1X000刀具檢測(cè)Y000正傳D10現(xiàn)值M200軟件換刀命令 2X003復(fù)位按鈕Y001反轉(zhuǎn)D

54、11設(shè)定值M201啟動(dòng)微分信號(hào) 3Y002減速D12差值M202復(fù)位微分信號(hào) 4Y003停車M203正傳標(biāo)志 5M204反傳標(biāo)志 6M205減速標(biāo)志 7M206刀具測(cè)量信號(hào) 8M207停止信號(hào)(3) 自動(dòng)換刀程序流程圖 由系統(tǒng)控制要求，設(shè)計(jì)控制程序流程圖（見(jiàn)圖9-50）。(4) 根據(jù)軟件流程圖設(shè)計(jì)梯形圖1)設(shè) PLC 接受 CNC 的 T 指令，并將經(jīng)譯碼后的刀套設(shè)定值送 DM011，T 指令發(fā)出刀庫(kù)回轉(zhuǎn)控制命令脈沖(1200 接通一個(gè)掃描周期)。2)復(fù)位按鈕按下，立即數(shù) #0001 送 DM011 內(nèi)存，發(fā)出 1# 刀換刀命令。自動(dòng)換刀定位控制梯形圖如 圖9-51所示。3)程序中使用的特殊繼

55、電器說(shuō)明M8000 PLC 運(yùn)行時(shí)為 ON。M8002 初始化繼電器，PLC 運(yùn)行第一個(gè)掃描周期 ON。M8021 算術(shù)減運(yùn)算借位時(shí)為 ON。M8022 算術(shù)加運(yùn)算進(jìn)位時(shí)為 ON。圖9-50 自動(dòng)換刀程序流程圖圖9-51 自動(dòng)換刀程序梯行圖二、帶模擬量控制系統(tǒng)PLC 在瀝青混凝土拌和生產(chǎn)線上的應(yīng)用(帶模擬量及通信類型)裝置及控制要求簡(jiǎn)介：系統(tǒng)要求能連續(xù) 16h 工作；要求瀝青混凝土拌和的油石比精確；要求生產(chǎn)過(guò)程中的每一拌料具有數(shù)據(jù)備查功能等。裝置組成如圖9-52所示這個(gè)應(yīng)用例子主要說(shuō)明 3 個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、AD 轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)通信。為此，我們將系統(tǒng)控制作了較大修正與簡(jiǎn)化，僅將點(diǎn)劃線中部分作為控制

56、對(duì)象，其中四種不同直徑顆粒的石料改成兩種，兩種粉料改為一種。系統(tǒng)根據(jù)工程上瀝青混凝土具體配比要求，由料倉(cāng)將料放入稱料斗稱料，稱料完畢后按一定順序(見(jiàn)圖9-52)放人拌缸攪拌，拌缸攪拌的同時(shí)，料斗又開(kāi)始下一循環(huán)稱料，拌缸中的料經(jīng)一定時(shí)間(30-45s)攪拌后放入小車并存放到貯料罐。簡(jiǎn)化后的控制對(duì)象工作要求如圖9-53所示。圖9-52 瀝青混凝土拌和生產(chǎn)線示意圖圖9-53 生產(chǎn)線稱量控制要求1、控制要求分析 系統(tǒng)稱料分成三路：石料、石粉和瀝青三種材料根據(jù)工程配方開(kāi)始稱料：石料秤斗先稱取 1# 石料，稱量值到，關(guān)閉 1# 石料倉(cāng)門接著秤料斗開(kāi)始稱 2# 石料，直至 2# 稱量值到，關(guān)2#倉(cāng)門粉秤斗稱

57、料過(guò)程與石料類相同而瀝青斗稱料作了技術(shù)處理： 兩步進(jìn)行，第一步與石料、石粉同步稱量，稱瀝青所需量的 80，余下20等石料稱料結(jié)束，第二步根據(jù)石料稱量偏差對(duì)瀝青稱量作修正實(shí)際加人瀝青量的百分比為：式中，X 為瀝青量在一拌料中的百分比。2、系統(tǒng)信號(hào)關(guān)系分析 簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)輸入開(kāi)關(guān)量信號(hào)是 9個(gè)，輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào) 10 個(gè)，模擬量信號(hào) 3 個(gè)。要把模擬量信號(hào)采人可編程序控制器，必須經(jīng)過(guò)模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換，各種 PLC 的轉(zhuǎn)換模塊各有差異，但基本原理是一致的。為掌握模擬信號(hào)采集應(yīng)用，下面介紹 FX2N-4AD 特殊功能模塊的使用方法(1)FX2N-4AD的技術(shù)指標(biāo) 見(jiàn)第五章表5-2(2)模塊編號(hào) FX2N-

58、4AD 需接在FX2N基本單元右邊擴(kuò)展總線上，從最近基本單元的那一個(gè)模塊開(kāi)始，順次地址編號(hào)為 0-7 號(hào)，如下圖所示(非特殊功能模塊不計(jì)人編號(hào)順序)，該編號(hào) 0 將用作 4AD 模塊數(shù)據(jù)讀寫(xiě)地址號(hào) 表5-2 FX2N-4AD技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目電壓輸入電流輸入根據(jù)是電流輸入還是電壓輸入，使用端子有不同模擬量輸入范圍DC-10+10V(輸入電阻200K)絕對(duì)最大輸入15VDC-20+20mA(輸入電阻250)絕對(duì)最大輸入32mA數(shù)字量輸出范圍帶符號(hào)位的16位二進(jìn)制（有效數(shù)值11位）+2047以上固定為+2047，-2048以下固定為-2048分辨力5mV(10V1/2000)20A(20mA1/1000

59、)綜合精確度1%(相對(duì)于最大值)轉(zhuǎn)換速度15ms（14）通道（高速轉(zhuǎn)換方式時(shí)在版本V2.00以下時(shí)為6ms14通道）隔離方式光電隔離及采用DC/DC轉(zhuǎn)換器使輸入和PLC電源間隔離（各輸入端子間不隔離）模擬量用電源DC（24V2.4V），50mA輸入輸出占有點(diǎn)數(shù)程序上為8點(diǎn)（計(jì)輸入或輸出點(diǎn)均可），由PLC供電的消耗功率為5V30mA(3)緩沖寄存器(BFM)分配與說(shuō)明 FX2N-4AD是一可編程模塊，它與基本單元的數(shù)據(jù)通訊是由 FROMTO 指令完成 FROM 是基本單元從 FX2N-4AD 讀取數(shù)據(jù)指令，TO 是基本單元將數(shù)據(jù)寫(xiě)到 FX2N-4AD 模塊的指令。實(shí)際上，這些讀寫(xiě)操作都是對(duì) FX

60、2N-4AD 的緩沖寄存器 BFM 進(jìn)行操作， FX2N-4AD 的緩沖寄存器區(qū)由 32 個(gè) 16bit 的寄存器組成，編號(hào)為 BFM#031，其功能見(jiàn)第五章表5-3FX2N-80MRFX2N-16EXFX2N-8EYFX2N-4AD模塊地址0 表5-3 FX2N-4AD BFM#0BFM#31的分配BFM內(nèi)容*#0通道初始化設(shè)定：默認(rèn)設(shè)定值H0000，BFM0中寫(xiě)入4位十六進(jìn)制分別設(shè)定4個(gè)通道工作方式*#1通道1平均采用次數(shù)設(shè)定14096，默認(rèn)設(shè)定值8。設(shè)定值超出范圍按默認(rèn)值8處理*#2通道2*#3通道3*#4通道4#5通道1存放各通道經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量平均值，數(shù)據(jù)由FROM指令讀取#6通