三菱FX3U系列PLC編程技術(shù)與應(yīng)用 第七章

第七章PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計§7.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法7.1.1PLC系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計7.1.2PLC選型與硬件系統(tǒng)設(shè)計7.1.3PLC軟件設(shè)計與程序調(diào)試§7.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法7.2.1基礎(chǔ)知識：節(jié)省輸入點的方法7.2.2基礎(chǔ)知識：節(jié)省輸出點的方法§7.3綜合實例7.3.1PLC傳送、檢測與分揀控制系統(tǒng)7.3.2PLC控制物料搬運流水線7.3.3PLC控制立體倉儲系統(tǒng)§7.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法1．PLC系統(tǒng)的規(guī)劃

設(shè)計前，要深入現(xiàn)場進行實地考察，全面詳細地了解被控制對象的特點和生產(chǎn)工藝過程。

在確定了控制對象和控制范圍之后，需要制定相應(yīng)的控制方案。

在考慮完所有的控制細節(jié)和應(yīng)用要求之后，還必須要特別注意控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

要求在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的時候，應(yīng)考慮到日后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，而適當(dāng)?shù)亓粲幸恍┯嗔?，方便日后的升級?.1.1PLC系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計2．PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計流程（1）分析被控對象，明確控制要求。

（2）確定所需要的PLC機型，以及用戶輸入/輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。（3）分配PLC的輸入/輸出點地址，設(shè)計I/O連接圖。（4）可同時進行PLC的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。（5）進行總裝統(tǒng)調(diào)。（6）修改或調(diào)整軟硬件設(shè)計，使之符合設(shè)計的要求。

（7）完成PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，投入實際使用。總裝統(tǒng)調(diào)后，還要經(jīng)過一段時間的試運行，以檢驗系統(tǒng)的可靠性。（8）技術(shù)文件整理。§7.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法控制系統(tǒng)的設(shè)計流程圖§7.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法1．PLC選型

機型選擇基本原則：在功能滿足的前提下，力爭最好的性價比，并有一定的可升級性。在具體選擇PLC的型號可考慮以下幾個方面：（1）功能的選擇（2）基本單元的選擇（3）編程方式2．PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件設(shè)計：要完成系統(tǒng)流程圖的設(shè)計，詳細說明各個輸入信息流之間的關(guān)系，具體安排輸入和輸出的配置，以及對輸入和輸出進行地址分配。

在進行上述工作的時，也要結(jié)合軟件設(shè)計以及系統(tǒng)調(diào)試等方面的考慮。合理地安排配置與地址分配的工作，會給日后的軟硬件設(shè)計，以及系統(tǒng)調(diào)試等帶來很多方便。§7.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法7.1.2PLC選型與硬件系統(tǒng)設(shè)計1．PLC軟件設(shè)計

軟件設(shè)計：完成參數(shù)表的定義，程序框圖的繪制，程序的編制和程序說明書的編寫。

參數(shù)表的定義包括輸入信號表、輸出信號表、中間標志表和存儲表的定義。

程序框圖描述了系統(tǒng)控制流程走向和系統(tǒng)功能的說明，是全部應(yīng)用程序中各功能單元的結(jié)構(gòu)形式。軟件設(shè)計的主要過程是編寫用戶程序，它是控制功能的具體實現(xiàn)過程。

程序說明書包括程序設(shè)計依據(jù)，程序基本結(jié)構(gòu)，各功能單元詳細分析，所用公式原理，各參數(shù)來源以及程序測試情況等?！?.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法7.1.3PLC軟件設(shè)計與程序調(diào)試2．PLC程序調(diào)試

用裝在PLC上的模擬開關(guān)模擬輸入信號的狀態(tài)，用輸出點的指示燈模擬被控對象，檢查程序無誤后便把PLC接到系統(tǒng)中去，進行調(diào)試。首先對PLC外部接線作仔細檢查，外部接線一定要準確、無誤。

為了安全可靠起見，常常將主電路斷開，進行預(yù)調(diào)，當(dāng)確認接線無誤再接主電路，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲器進行調(diào)試，直到各部分的功能正常，并能協(xié)調(diào)一致成為一個完整的整體控制為止?！?.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法§7.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法1．組合輸入法對于不會同時接通的輸入信號，可采用組合編碼的方式輸入。7.2.1節(jié)省輸入點的方法組合編碼的方式輸入2．分組輸入法一般控制系統(tǒng)都存在多種工作方式，但各種工作方式又不可能同時運行。所以可將這幾種工作分別使用的輸入信號分成若干組，PLC運行時只會用到其中的一組信號。一般常用于有多種輸入操作方式的場合?！?.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法3．矩陣輸入法§7.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法4．輸入設(shè)備多功能化在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，一個主令（按鈕、開關(guān)等）只產(chǎn)生一種功能信號。在PLC系統(tǒng)控制中系統(tǒng)中，一個輸入設(shè)備在不同的條件下可產(chǎn)生不同的信號，如一個按鈕即可用來產(chǎn)生啟動信號，又可用來產(chǎn)生停止信號。一個按鈕產(chǎn)生啟動、停止信號§7.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法5．輸入觸點的合并如果某些外部輸入信號總是以某種“或與非”組合的整體形式出現(xiàn)在梯形圖中，可以將它們對應(yīng)的觸點在PLC外部串、并聯(lián)后作為一個整體輸入PLC，只占PLC的一個輸入點?！?.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法6．將信號設(shè)置在PLC之外系統(tǒng)的某些輸入信號，如手動操作按鈕提供的信號、保護動作后需手動復(fù)位的電動機熱繼電器FR的常閉觸點提供的信號，都可以設(shè)置在PLC外部的硬件電路中，如圖所示。某些手動按鈕需要串接一些安全聯(lián)鎖觸點，如果外部硬件聯(lián)鎖電路過于復(fù)雜，則應(yīng)考慮將有關(guān)信號送入PLC，用梯形圖實現(xiàn)聯(lián)鎖?！?.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法7.2.2節(jié)省輸出點的方法1．分組輸出當(dāng)兩組負載不會同時工作時，可通過外部轉(zhuǎn)換開關(guān)或受PLC控制的電器觸點進行切換，使PLC的一個輸出點可以控制兩個不同時工作的負載?！?.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法2．矩陣輸出

圖中采用8個輸出組成4ⅹ4矩陣，可接16個輸出設(shè)備。要使某個負載接通工作，只要控制它所在的行與列對應(yīng)的輸出繼電器接通即可。

當(dāng)只有某一行對應(yīng)的輸出繼電器接通，各列對應(yīng)的輸出繼電器才可任意接通；或者當(dāng)只有某一列對應(yīng)的輸出繼電器接通，各行對應(yīng)的輸出繼電器才可任意接通的，否則將會出現(xiàn)錯誤接通負載。因此，采用矩陣輸出時，必須要將同一時間段接通的負載安排在同一行或同一列中，否則無法控制。§7.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法3．并聯(lián)輸出通斷狀態(tài)完全相同的負載，可以并聯(lián)后共用PLC的一個輸出點（要考慮PLC輸出點的負載驅(qū)動能力）。例如PLC控制的交通信燈，對應(yīng)方向（東與西對應(yīng)、南與北對應(yīng)）的燈通斷規(guī)律完全相同，將對應(yīng)的燈并聯(lián)后可以節(jié)省一半的輸出點。4．負載多功能化一個負載實現(xiàn)多種用途。例如，在傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)中，一個指示燈只指示一種狀態(tài)。在PLC控制系統(tǒng)中，利用PLC的軟件很容易實現(xiàn)利用一個輸出點控制指示燈的常亮和閃亮，這樣就可以利用一個指示燈表示兩種不同的信息，從而節(jié)省PLC的輸出點。5．某些輸出信號不進入PLC系統(tǒng)中某些相對獨立、比較簡單的部分可以考慮不用PLC來控制，直接采用繼電器控制即可?！?.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法6．外部譯碼輸出

用七段碼譯碼指令SEGD，可以直接驅(qū)動一個七段數(shù)碼管，但需要7個輸出端。如采用在輸出端外部譯碼，則可減少輸出端的數(shù)量。BCD碼驅(qū)動七段數(shù)碼管電路圖

§7.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法7．利用輸出點分時接通擴展輸出點與利用輸出點擴展輸入點相似，也可以用輸出點分時控制一組輸出點的輸出內(nèi)容。例如：在輸出端口上接有多位LED7段碼顯示器時，如果采用直接連接，所需的輸出點是很多的。這時可使用如圖所示的電路利用輸出點的分時接通逐個點亮多位LED7段碼顯示器?！?.2節(jié)省輸入輸出點數(shù)的方法§7.3綜合實例7.3.1PLC傳送、檢測與分揀控制系統(tǒng)

物件傳送、檢測與分揀設(shè)備如圖所示。主要供料部件、機械手搬運部件和皮帶輸送機部件等組成。§7.3綜合實例1．供料部件

由供料盤和供料架組成。供料盤推料撥桿由直流電動機拖動，供料架有光電傳感器作物件到位檢測用。

由手指氣缸、機械手懸臂氣缸、機械手手臂氣缸和擺動氣缸等組成。手指裝有夾緊識別磁性開關(guān)，懸臂氣缸和手臂氣缸兩端安裝有磁性開關(guān)，機械手支架的兩端裝有檢測氣缸左右擺動位置的電容傳感器。2．氣動機械手搬運部件3．進行物件傳送、檢測與分揀的皮帶傳送機部件

皮帶傳送機由三相交流電動機（帶減速箱）拖動，交流電動機轉(zhuǎn)速由變頻器控制§7.3綜合實例控制工藝要求：

設(shè)備能自動完成金屬物件、黑色塑料物件與白色塑料物件（順序不確定）的傳送、分揀與包裝。

系統(tǒng)啟動后，供料盤首先送出一個物件，當(dāng)位置1的光電傳感器檢測到物件后，由機械手搬運到皮帶輸送機位置2的下料孔，再進行檢測和分揀。

若送到輸送帶上的物件為金屬物件，則由傳送帶將金屬物件輸送到位置A，并由氣缸A推入出料斜槽A；若送到輸送帶上的物件為白色塑料物件，則由傳送帶將白色塑料物件輸送到位置B，并由氣缸B推入出料斜槽B；若送到輸送帶上的物件為黑色塑料物件，則由傳送帶將黑色塑料物件輸送到位置C，并由氣缸C推入出料斜槽C。§7.3綜合實例§7.3綜合實例（2）根據(jù)工藝要求畫出機械手控制程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖§7.3綜合實例

傳送帶程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖§7.3綜合實例PLC自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖所示7.3.2PLC控制物料搬運流水線§7.3綜合實例控制工藝要求：1．傳送站的物料斗中有物料時，在物料入口處有一個光電傳感器，檢測到信號后。上料氣缸動作，將物料推出到傳送帶上，之后由電機帶動傳送帶運行。2．物塊在傳送帶的帶動下，依次經(jīng)過可檢測出鐵質(zhì)物塊的電感傳感器；可檢測出金屬物塊的電容傳感器；可檢測出不同的顏色，且色度可調(diào)的顏色傳感器。傳送帶運行5秒物塊到達傳送帶終點后自動停止，電機停止運行。3．在物塊到達終點后，機械手將物塊從傳送帶上夾起，放到貨運臺上，機械手返回等待。機械手由單作用氣缸驅(qū)動，其工作順序為：機械手下降→手爪夾緊→機械手上升→機械手右轉(zhuǎn)→機械手下降→手爪放松→機械手上升→機械手左轉(zhuǎn)回到原位?！?.3綜合實例4．貨運臺得到機械手搬運過來的物塊后，根據(jù)在傳送帶上三個傳感器得到的特性參數(shù)，將物塊運送到相應(yīng)的倉位，并由分揀氣缸將物塊推到倉位內(nèi)，最后貨運臺回到等待位置。物料屬性對應(yīng)的倉儲位置如表所示?！?.3綜合實例§7.3綜合實例根據(jù)工藝要求畫出控制程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖PLC控制立體倉庫系統(tǒng)的示意圖，如圖所示7.3.3PLC控制立體倉儲系統(tǒng)§7.3綜合實例§7.3綜合實例立體倉庫單元入庫平臺檢測到工件后，堆垛機開始進行入庫操作。工件依次存放入倉位1～倉位9。倉位1～倉位9分布位置如圖所示。立體倉庫存儲單元堆垛機工作流程：氣爪伸出——氣爪夾緊——氣爪縮回——堆垛機X/Z軸行走至指定倉格位置——氣爪伸出——氣爪松開——氣爪縮回——堆垛機X/Z軸行走至原位。§7.3綜合實例§7.3綜合實例開機啟動時為保證定位的準確性，首先應(yīng)考慮機械氣抓應(yīng)在原位，若發(fā)現(xiàn)氣抓不在原位，應(yīng)驅(qū)動機械氣抓回原位后再開始工作。測定各倉位與取料平臺及氣抓原位脈沖關(guān)系如圖所示?！?.3綜合實例編寫倉位1存放工件控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖§7.3綜合實例編寫倉位2存放工件控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖§7.3綜合實例編寫倉位3存放工件控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖§7.3綜合實例編寫倉位4存放工件控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖§7.3綜合實例各程序段的連接形式如圖所示?！?.3綜合實例

通過觀察發(fā)現(xiàn)各程序段中有大量的重復(fù)程序，可考慮將各重復(fù)程序合并，而將不同的程序段保留，使用計數(shù)器進行各程序段的切換，可大量節(jié)省程序?！?.3綜合實例§7.3綜合實例還可進一步將倉位1～倉位3的垂直下降程序合并，同理也可將倉位4～倉位6的垂直上升程序合并，倉位7～倉位9的垂直上升程序合并。使控制程序的狀態(tài)進一步減少。但若從本質(zhì)出發(fā)可看出控制程序較復(fù)雜的原因是各倉位的脈沖數(shù)不同，若以D0來替代