PLC系列控制系統(tǒng)中設(shè)備手動和自動切換功能的實(shí)現(xiàn)

三菱PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例（3）PLC程序設(shè)計(jì)

1.程序的總體結(jié)構(gòu)

如圖6-22所示為機(jī)械手系統(tǒng)的PLC梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)，將程序分為公用程序、自動程序、手動程序和回原位程序四個部分，其中自動程序包括單步、單周期和連續(xù)工作的程序，這是因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鞫际前凑胀瑯拥捻樞蜻M(jìn)行，所以將它們合在一起編程更加簡單。梯形圖中使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動程序、手動程序和回原位程序不會同時執(zhí)行。假設(shè)選擇“手動”方式，則X0為ON、X1為OFF，此時PLC執(zhí)行完公用程序后，將跳過自動程序到P0處，由于X0常閉觸點(diǎn)為斷開，故執(zhí)行“手動程序”，執(zhí)行到P1處，由于X1常閉觸點(diǎn)為閉合，所以又跳過回原位程序到P2處；假設(shè)選擇分“回原位”方式，則X0為OFF、X1為ON，跳過自動程序和手動程序執(zhí)行回原位程序；假設(shè)選擇“單步”或“單周期”或“連續(xù)”方式，則X0、X1均為OFF，此時執(zhí)行完自動程序后，跳過手動程序和回原位程序。圖6-22機(jī)械手系統(tǒng)PLC梯形圖的總體結(jié)構(gòu)2.各部分程序的設(shè)計(jì)（1）公用程序

公用程序如圖6-23所示，左限位開關(guān)X12、上限位開關(guān)X10的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的Y4的常開觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機(jī)械手在原位。

公用程序用于自動程序和手動程序相互切換的處理，當(dāng)系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應(yīng)的輔助繼電器（M11-M18）復(fù)位，同時將表示連續(xù)工作狀態(tài)的M1復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。

當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)（M0為ON），在開始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（X0或X1為ON）時，初始步對應(yīng)的M1O將被置位，為進(jìn)入單步、單同期和連續(xù)工作方式作好準(zhǔn)備。如果此時M0為OFF狀態(tài)，M1O將被復(fù)位，初始步為不活動步，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。圖6-23

公用程序（2）手動程序

手動程序如圖6-24所示，手動工作時用X14～X21對應(yīng)的6個按鈕控制機(jī)械手的上升、下降、左行、右行、松開和夾緊。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖，例如上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖；上升、下降、左行、右行的限位；上限位開關(guān)X10的常開觸點(diǎn)與控制左、右行的Y2和Y3的線圈串聯(lián)，使得機(jī)械手升到最高位置才能左右移動，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時與別的物體碰撞。圖6-24

手動程序（3）自動程序

如圖6-25所示為機(jī)械手系統(tǒng)自動程序的功能表圖。使用通用指令的編程方式設(shè)計(jì)出的自動程序如圖6-26所示，也可采用其它編程方式編程，在此不再贅述。

圖6-25

自動程序的功能表圖

圖6-26

自動程序系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期（非單步）工作方式時，X2的常閉觸點(diǎn)接通，使M2（轉(zhuǎn)換允許）ON，串聯(lián)在各步電路中的M2的常開觸點(diǎn)接通，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。假設(shè)選擇的是單周期工作方式，此時X3為ON，X1和X2的常閉觸點(diǎn)閉合，M2為ON，允許轉(zhuǎn)換。在初始步時按下起動按鈕X5，在M11的電路中，M1O、X5、M2的常開觸點(diǎn)和X12的常閉觸點(diǎn)均接通，使M11為ON，系統(tǒng)進(jìn)入下降步，Y1為ON，機(jī)械手下降；機(jī)械手碰到下限位開關(guān)X11時，M12變?yōu)镺N，轉(zhuǎn)換到夾緊步，Y4被復(fù)位，工件被夾緊；同時TO得電，2s以后TO的定時時間到，其常開觸點(diǎn)接通，使系統(tǒng)進(jìn)入上升步。系統(tǒng)將這樣一步一步地往下工作，當(dāng)機(jī)械手在步M18返回最左邊時，X4為ON，因?yàn)榇藭r不是連續(xù)工作方式，M1處于OFF狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件·X12滿足，系統(tǒng)返回并停留在初始步M10。

連續(xù)工作方式，X4為ON，在初始狀態(tài)按下起動按鈕X5，與單周期工作方式時相同，M11變?yōu)镺N，機(jī)械手下降，與此同時，控制連續(xù)工作的M1為ON，往后的工作過程與單周期工作方式相同。當(dāng)機(jī)械手在步M18返回最左邊時，X12為ON，因?yàn)镸1為ON，轉(zhuǎn)換條件M7·X4滿足，系統(tǒng)將返回步M11，反復(fù)連續(xù)地工作下去。按下停止按鈕X6后，M1變?yōu)镺FF，但是系統(tǒng)不會立即停止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部動作后，在步M18返回最左邊，左限位開關(guān)X12為ON，轉(zhuǎn)換條件·X12滿足，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。如果系統(tǒng)處于單步工作方式，X2為ON，它的常閉觸點(diǎn)斷開，“轉(zhuǎn)換允許”輔助繼電器M2在一般情況下為OFF，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。設(shè)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，M10為ON，按下起動按鈕X5，M2變?yōu)镺N，使M11為ON，系統(tǒng)進(jìn)入下降步。放開起動按鈕后，M2馬上變?yōu)镺FF。在下降步，YO的得電，機(jī)械手降到下限位開關(guān)X11處時，與YO的線圈串聯(lián)的X11的常閉觸點(diǎn)斷開，使YO的線圈斷電，機(jī)械手停止下降。X11的常開觸點(diǎn)閉合后，如果沒有按起動按鈕，

X5和M2處于OFF狀態(tài)，一直要等到按下起動按鈕，M5和M2變?yōu)镺N，M2的常開觸點(diǎn)接通，轉(zhuǎn)換條件X11才能使M12接通，M12得電并自保持，系統(tǒng)才能由下降步進(jìn)入夾緊步。以后在完成某一步的操作后，都必須按一次起動按鈕，系統(tǒng)才能進(jìn)入下一步。

在輸出程序部分，X10～X13的常閉觸點(diǎn)是為單步工作方式設(shè)置的。以下降為例，當(dāng)小車碰到限位開關(guān)X11后，與下降步對應(yīng)的輔助繼電器M11不會馬上變?yōu)镺FF，如果YO的線圈不與X11的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，機(jī)械手不能停在下限位開關(guān)X11處，還會繼續(xù)下降，這種情況下可能造成事故。

（4）回原點(diǎn)程序

如圖6-27所示為機(jī)械手自動回原點(diǎn)程序的梯形圖。在回原點(diǎn)工作方式（X1為ON），按下回原點(diǎn)起動按鈕X7，M3變?yōu)镺N，機(jī)械手松開和上升，升到上限位開關(guān)時X10為0N，機(jī)械手左行，到左限位處時，X12變?yōu)镺N，左行停止并將M3復(fù)位。這時原點(diǎn)條件滿足，M0為ON，在公用程序中，初始步M0被置位，為進(jìn)入單周期、連續(xù)和單步工作方式作好了準(zhǔn)備。圖6-27

回原位程序3.程序綜合與模擬調(diào)試

由于在分部分程序設(shè)計(jì)時已經(jīng)考慮各部分之間的相互關(guān)系，因此只要將公用程序（圖6-23）、手動程序（圖6-24）、自動程序（圖6-26）和回原位程序（圖6-27）按照機(jī)械手程序總體結(jié)構(gòu)（圖6-22）綜合起來即為機(jī)械手控制系統(tǒng)的PLC程序。

模擬調(diào)試時各部分程序可先分別調(diào)試，然后再再進(jìn)行全部程序的調(diào)試，也可直接進(jìn)行全部程序的調(diào)試。PLC系列控制系統(tǒng)中設(shè)備手動和自動切換功能的實(shí)現(xiàn)

來源：北京冶金自動化院,PLC引言

在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，普遍采用了PLC控制系統(tǒng)，通過軟件程序來實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備之間的聯(lián)鎖控制也就是自動控制，由控制設(shè)備驅(qū)動的工廠機(jī)械設(shè)備來完成滿足工藝要求的生產(chǎn)過程。這里，設(shè)備的運(yùn)行分為單體手動操作和自動控制運(yùn)行兩種方式。在單體手動操作中，一般是在設(shè)備就地（機(jī)旁）操作。PLC的程序控制主要是進(jìn)行自動控制，但其中也包括單體手動操作，其完成的功能和就地（機(jī)旁）操作是一樣的，不同之處在于，它是通過程序的方式來實(shí)現(xiàn)，并且一般是在上位機(jī)的監(jiān)控畫面中通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)的方式進(jìn)行，也就是在機(jī)房或控制室中進(jìn)行而不是就地（機(jī)旁）。手動操作（包括程序中的手動單體操作）和自動控制程序的主要區(qū)別在于，自動控制程序是在正式投產(chǎn)后，各個設(shè)備沒有故障可正常工作時運(yùn)行。而手動操作是在調(diào)試期間用于俗稱的“打點(diǎn)”時用，或正常運(yùn)行時，有設(shè)備出現(xiàn)故障時用。例如，某供水水箱的液位控制，水位高時，啟動出水泵供水，水位低時，停止泵供水，假如水箱的液位傳感器出現(xiàn)故障，自動控制就無法進(jìn)行，那么為了繼續(xù)維持生產(chǎn)，就需要操作人員現(xiàn)場手動操作，根據(jù)水箱的液位指示器來手動啟動和停止出水泵的運(yùn)行及相應(yīng)閥門的開關(guān)。需要指出的是，本文所指的設(shè)備是PLC輸出控制的開關(guān)量設(shè)備，模擬量設(shè)備不在本文的討論之列。

設(shè)備手動和自動切換的方式

在本文中，設(shè)備是指工廠機(jī)械設(shè)備及其控制設(shè)備?？刂圃O(shè)備是指電機(jī)，閥門等等，而設(shè)備的手動和自動運(yùn)行，主要體現(xiàn)在控制設(shè)備的手動和自動運(yùn)行。例如，對于電機(jī)的控制一般是通過MCC（電機(jī)控制中心）電氣控制系統(tǒng)來進(jìn)行的，電機(jī)的遠(yuǎn)程和就地信號，即自動和手動的切換信號，以及啟動、停止、故障等信號均由MCC提供并接到PLC硬件系統(tǒng)。在MCC柜上的遠(yuǎn)程就地轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地時，進(jìn)行就地手動操作；打到遠(yuǎn)程時，進(jìn)行PLC的程序自動控制，或在上位機(jī)畫面上進(jìn)行點(diǎn)擊鼠標(biāo)式的手動操作。我們可以這樣來理解PLC控制系統(tǒng)、就地電氣控制系統(tǒng)、控制設(shè)備和工廠機(jī)械設(shè)備之間的關(guān)系，即自動控制（包括PLC程序中的手動操作）是由PLC控制系統(tǒng)通過電氣控制系統(tǒng)，由電氣控制系統(tǒng)來控制像電機(jī)一樣的控制設(shè)備，最后由控制設(shè)備來驅(qū)動工廠機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行。而電氣控制系統(tǒng)像MCC柜本身，就可以直接進(jìn)行手動就地操作。

對于電機(jī)的控制來說，正常運(yùn)行時，首先是PLC程序的自動控制，此時的遠(yuǎn)程就地轉(zhuǎn)換開關(guān)處于遠(yuǎn)程的位置，然后如果出現(xiàn)PLC無法處理的問題或故障，則需要在上位機(jī)的畫面上，人工進(jìn)行單體設(shè)備的操作，以維持生產(chǎn)或進(jìn)行安全聯(lián)鎖操作。最后如果依然不能解決問題，則需要在就地（機(jī)旁）進(jìn)行操作，一般是進(jìn)行電機(jī)停止的操作。

對于閥門來說，一般也有相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)，就像MCC一樣，其一般是就地的現(xiàn)場電磁閥控制柜（箱），一般都有遠(yuǎn)程就地的轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于手動和自動運(yùn)行的切換。和電機(jī)控制一樣，正常運(yùn)行時，首先是PLC的自動控制，此時的遠(yuǎn)程就地的轉(zhuǎn)換開關(guān)處于遠(yuǎn)程的位置，然后如果出現(xiàn)PLC無法處理的問題或故障，則需要在上位機(jī)的畫面上，人工進(jìn)行單體設(shè)備的操作，以維持生產(chǎn)或進(jìn)行安全聯(lián)鎖操作。最后如果依然不能解決問題，遠(yuǎn)程就地轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地位置，進(jìn)行現(xiàn)場的就地控制。如果還不能解決問題，則只能使用手動閥門進(jìn)行安全操作。

顯然，就地手動和遠(yuǎn)程自動運(yùn)行，是通過就地控制柜（箱）上的轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。PLC程序中的手動和自動的切換功能，也可以這樣做，在程序中實(shí)現(xiàn)類似于轉(zhuǎn)換開關(guān)這樣的操作是沒有問題的。

設(shè)備手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法1

當(dāng)遠(yuǎn)程就地信號為1時，即表示現(xiàn)場的控制柜（箱）上的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到了遠(yuǎn)程位置，可進(jìn)行PLC的自動控制；當(dāng)其為0時，則表示是現(xiàn)場手動操作。為了實(shí)現(xiàn)程序內(nèi)部的手動自動切換，就像遠(yuǎn)程就地信號一樣，設(shè)置一個中間變量，這個中間變量作為程序手動單體設(shè)備操作的標(biāo)志，是由上位機(jī)監(jiān)控程序來賦值的，其值為1時，進(jìn)行程序的單體設(shè)備手動操作；為0時PLC程序進(jìn)行自動控制。由此可見，每一個自動控制中的設(shè)備都是在這兩個條件下運(yùn)行的。

我們用梯形圖來實(shí)現(xiàn)一個電機(jī)和一個閥門的手自動切換功能，設(shè)置如下輸入、輸出IO標(biāo)簽和中間變量：

輸出：電機(jī)啟動START

電機(jī)停止STOP

閥門打開OPEN

閥門關(guān)閉CLOSE

輸入：電機(jī)MCC柜遠(yuǎn)程就地信號RL_M

閥門控制柜遠(yuǎn)程就地信號RL_V變量：電機(jī)啟動條件A

電機(jī)停止條件B

閥門打開條件C

閥門關(guān)閉條件D

電機(jī)的上位機(jī)手動操作中間變量UP_MAN_M

電機(jī)的上位機(jī)手動操作啟動UP_START_M

電機(jī)的上位機(jī)手動操作停止UP_STOP_M

閥門的上位機(jī)手動操作中間變量UP_MAN_V

閥門的上位機(jī)手動操作打開UP_OPEN_V

閥門的上位機(jī)手動操作關(guān)閉UP_CLOSE_V

使用美國A-B公司用于Logix5000系列PLC的RSLogix5000編程軟件的梯形圖，程序如圖1：

圖1

其中（L）為置位指令，（U）為復(fù)位指令。這里之所以用置位、復(fù)位指令，主要是考慮到啟動（打開）條件和停止（關(guān)閉）條件可能是脈沖型的（例如上升沿脈沖），需要保持（注：如果MCC中的控制回路使用了“啟動-保持-停止”方式，那么采用脈沖輸出比較合適，就像自復(fù)位式按鈕一樣。這里為了簡化梯形圖程序，沒有這樣做。有興趣的讀者不妨一試）。電機(jī)啟動或停止條件是自動控制時的聯(lián)鎖條件，上位機(jī)進(jìn)行手動操作時，自動控制程序不能執(zhí)行。同樣就地操作時，PLC的程序控制也不能執(zhí)行，程序可以根據(jù)需要將此時的電機(jī)啟動和停止控制信號復(fù)位。閥門的控制也是一樣。這樣各個設(shè)備均可根據(jù)情況進(jìn)行自動運(yùn)行或手動操作。

設(shè)備手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法2

上面的方法對手自動切換時的各種情況都進(jìn)行了考慮，程序進(jìn)行設(shè)計(jì)時需要時時刻刻注意手自動切換問題，程序量相對于沒有手自動切換時也有所增加。如果把程序中的手動程序同自動程序分開，程序就會顯得更加清晰明了，同時設(shè)計(jì)自動程序時也不必時時刻刻注意手自動切換問題。這樣是否可行呢？我們不妨將上面的梯形圖程序改造成如圖2所示。

圖2

顯然，這是可行的，由于手動程序最后執(zhí)行，電機(jī)或閥門的啟動、停止或打開、關(guān)閉，由手動程序決定。也就是說，當(dāng)自動控制程序運(yùn)行時，如果有上位機(jī)手動操作，則上位機(jī)手動操作優(yōu)先。例如當(dāng)自動程序要求電機(jī)停止時，如果上位機(jī)手動操作讓其啟動，則電機(jī)啟動。其中的原因是，程序?qū)ο嗤兞炕騃O標(biāo)簽的賦值操作，最后執(zhí)行的程序有效。例如下面的例子：

IFATHEN

Y:=0;

END_IF;

IFBTHEN

Y:=1;

END_IF;

在A，B都為1時，Y=1。因?yàn)樽詈髨?zhí)行的語句有效，不管是PLC梯形圖程序還是其他計(jì)算機(jī)程序都是這樣。

對于遠(yuǎn)程就地的現(xiàn)場手動操作來說，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地時，PLC梯形圖程序繼續(xù)根據(jù)聯(lián)鎖條件執(zhí)行，但輸出將不起作用，設(shè)備的狀態(tài)由現(xiàn)場操作決定。轉(zhuǎn)換開關(guān)再次打到遠(yuǎn)程時，PLC程序的輸出才能真正控制設(shè)備的運(yùn)行。

設(shè)備組手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法

在上面我們主要介紹了單體設(shè)備的手動自動的切換問題，那么在工業(yè)生產(chǎn)過程的控制中，不少設(shè)備是一同完成某種功能的，這些設(shè)備一起組成一個設(shè)備組，可以把它們當(dāng)作一個單體設(shè)備來考慮。這樣就可以利用上面的方法來實(shí)現(xiàn)