《機(jī)床電氣與PLC》課件第8章

第8章可編程控制器的應(yīng)用設(shè)計(jì)8.1可編程器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則與內(nèi)容8.2PLC的選擇

8.3PLC與輸入/輸出設(shè)備的連接

8.4減少I(mǎi)/O點(diǎn)數(shù)的措施

8.5提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

習(xí)題與思考題八

8.1可編程器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則與內(nèi)容

8.1.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則如下：

(1)最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。

(2)在滿足控制要求的前提下,力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì),使用及維修方便。

(3)保證控制系統(tǒng)的安全可靠。

(4)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn),在選擇PLC容量時(shí)適當(dāng)留有進(jìn)一步擴(kuò)展的余地。

8.1.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶(hù)輸入、輸出設(shè)備連接而成的,因此,PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括:

(1)選擇用戶(hù)輸入設(shè)備(按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等)、輸出設(shè)備(繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件)以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象(電動(dòng)機(jī)、電磁閥等)。

(2)選擇PLC的型號(hào)。

(3)分配I/O點(diǎn),繪制I/O連接圖。

(4)設(shè)計(jì)控制程序，包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表(即程序清單)和控制系統(tǒng)流程圖。

(5)必要時(shí)還需要設(shè)計(jì)控制臺(tái)(柜)。

(6)編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件，

包括說(shuō)明書(shū)、

電氣圖及電氣元件明細(xì)表等。

8.1.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟

(1)根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。如需要完成的動(dòng)作(動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等)、操作方式(手動(dòng)、自動(dòng),連續(xù)、單周期、單步等)。

(2)根據(jù)控制要求確定所需的用戶(hù)輸入、輸出設(shè)備,據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。

(3)選擇PLC系統(tǒng)及型號(hào)。

(4)分配PLC的I/O點(diǎn),設(shè)計(jì)I/O連接圖(這一步也可以結(jié)合第(2)步進(jìn)行)。

(5)進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì),同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái)(柜)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。在設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)時(shí),必須在控制線路設(shè)計(jì)完成后,才能進(jìn)行控制臺(tái)(柜)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。

8.1.4程序設(shè)計(jì)的步驟

(1)對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng),需繪制系統(tǒng)控制流程圖,用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng),也可省去這一步。

(2)設(shè)計(jì)梯形圖。

(3)根據(jù)梯形圖編制程序清單。

(4)用編程器將程序輸入到PLC的用戶(hù)存儲(chǔ)器中,并檢查輸入的程序是否正確。

(5)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改,直到滿足要求為止。

(6)待控制臺(tái)(柜)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后,就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若未滿足要求,再重新修改程序或檢查接線直到滿足要求為止。

(7)編寫(xiě)技術(shù)文件。

8.2PLC的選擇

8.2.1機(jī)型的選擇機(jī)型選擇的基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的前提下,保證性能可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面:

1.結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好(維修量較小)的場(chǎng)合,選用整體式結(jié)構(gòu)PLC,其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)PLC。

2.功能、規(guī)模相當(dāng)對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的工程項(xiàng)目,對(duì)其控制速度無(wú)需考慮,一般的低檔機(jī)就能滿足要求。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主,帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目,可選用低檔機(jī)。對(duì)于控制比較復(fù)雜,控制功能要求更高的工程項(xiàng)目,例如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等,可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、

全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。

3.機(jī)型統(tǒng)一

一個(gè)大型企業(yè)應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因?yàn)橥粰C(jī)型的PLC,其模塊可互換,便于備用品、備件的采購(gòu)和管理;其功能及編程方法統(tǒng)一,有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開(kāi)發(fā);其外部設(shè)備通用,資源可共享,配以上位計(jì)算機(jī)后,可把控制各獨(dú)立的系統(tǒng)的多臺(tái)PLC連成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng),相互通信,集中管理。

4.是否在線編程

PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí),只需用編程器重新修改程序,就能滿足新的控制要求,給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。

PLC的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC的特點(diǎn)是主機(jī)和編程器共用一個(gè)CPU,在編程器上有一個(gè)“編程/運(yùn)行”選擇開(kāi)關(guān)或按鍵,選擇編程狀態(tài)時(shí),CPU將失去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制,只為編程器服務(wù),這就是所謂的離線編程。程序編好后,如選擇運(yùn)行狀態(tài),CPU則去執(zhí)行程序而失去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制。這時(shí)CPU對(duì)編程指令將不作出響應(yīng)。由于此類(lèi)PLC的編程器和主機(jī)共用一個(gè)CPU,因此節(jié)省了大量的硬件和軟件,編程器的價(jià)格也比較便宜。中、小型PLC多采用離線編程。

在線編程的PLC的特點(diǎn)是主機(jī)和編程器各有一個(gè)CPU,編程器的CPU可以隨時(shí)處理由鍵盤(pán)輸入的各種編程指令。主機(jī)的CPU則是完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制,并在一個(gè)掃描周期的末尾和編程器通信,編程器把編好或改好的程序發(fā)送給主機(jī),在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按照新送入的程序控制現(xiàn)場(chǎng),這就是所謂的在線編程。此類(lèi)PLC由于增加了硬件和軟件,因而價(jià)格高,但應(yīng)用領(lǐng)域較寬,大型PLC多采用在線編程。是否在線編程,應(yīng)根據(jù)被控設(shè)備工藝要求的不同來(lái)選擇。對(duì)于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備,應(yīng)選用離線編程的PLC;反之,可考慮選用在線編程的PLC。

8.2.2容量的選擇

PLC的容量包括用戶(hù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量(字?jǐn)?shù))和I/O點(diǎn)數(shù)兩方面的含義。PLC容量的選擇除滿足控制要求外,還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ恳宰鱾溆?。通?一條邏輯指令占存儲(chǔ)器一個(gè)字,計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等指令占存儲(chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。在選擇存儲(chǔ)器容量時(shí),一般可按實(shí)際需要的25%考慮裕量。通常I/O點(diǎn)數(shù)可按實(shí)際需要的10%～15%考慮裕量。

8.2.3指令系統(tǒng)的選擇由于可編程控制器應(yīng)用的廣泛性,各種機(jī)型所具備的指令系統(tǒng)也就不完全相同。從工程應(yīng)用角度看,有些場(chǎng)合僅需要邏輯運(yùn)算,有些場(chǎng)合需要復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算,而且一些特殊場(chǎng)合還需要專(zhuān)用指令功能。從可編程控制器本身來(lái)看,各個(gè)廠家的指令差異較大,但從整體上來(lái)說(shuō),指令系統(tǒng)都是面向工程技術(shù)人員的語(yǔ)言,其差異主要表現(xiàn)在指令的表達(dá)方式和指令的完整性上。有些廠家在控制指令方面開(kāi)發(fā)得較全,有些廠家在數(shù)字運(yùn)算指令方面開(kāi)發(fā)得較全,而大多數(shù)廠家在邏輯指令方面都開(kāi)發(fā)得較完善。在選擇機(jī)型時(shí),應(yīng)從指令系統(tǒng)方面注意下述內(nèi)容:

(1)指令系統(tǒng)的總語(yǔ)句數(shù)。

它反映了整個(gè)指令所包括的全部功能。

(2)指令系統(tǒng)的種類(lèi)。主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和控制指令,具體的需求則與實(shí)際要完成的控制功能有關(guān)。

(3)指令系統(tǒng)的表達(dá)方式。指令系統(tǒng)表達(dá)方式有多種,有的包括梯形圖、控制系統(tǒng)流程圖、語(yǔ)句表、順控圖、高級(jí)語(yǔ)言等多種表達(dá)方式;有的只包括其中一種或兩種表達(dá)方式。

(4)應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)。程序結(jié)構(gòu)有模塊化的程序結(jié)構(gòu)和子程序式的程序結(jié)構(gòu),前一種有利于應(yīng)用軟件編寫(xiě)和調(diào)試,但處理速度慢,后一種響應(yīng)速度快,但不利于編寫(xiě)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

(5)軟件開(kāi)發(fā)手段。在考慮指令系統(tǒng)這一性能時(shí),還要考慮到軟件的開(kāi)發(fā)手段。有的廠家在此基礎(chǔ)上還開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用軟件,可利用通用的微型機(jī)(例如IBM-PC)作為開(kāi)發(fā)手段,這樣就更加方便了用戶(hù)的需要。

8.2.4I/O模塊的選擇

I/O部分的價(jià)格占PLC價(jià)格的一半以上,不同的I/O模塊,由于其電路和性能不同,直接影響著PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格,應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

1.輸入模塊的選擇輸入模塊的作用是接收現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào),并將輸入的高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)。輸入模塊的種類(lèi),按電壓分類(lèi)有直流5V、12V、24V、48V、60V,交流115V、220V。按電路形式不同分為匯點(diǎn)輸入式和分隔輸入式兩種。選擇輸入模塊時(shí)應(yīng)注意:

(1)電壓的選擇。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的距離來(lái)考慮，一般5V、12V、24V屬低電壓,其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如5V模塊最遠(yuǎn)不得超過(guò)10m,距離較遠(yuǎn)的設(shè)備應(yīng)選用較高電壓的模塊。

(2)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。高密度的輸入模塊(32點(diǎn)、64點(diǎn))同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度,一般來(lái)講,同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超過(guò)輸入點(diǎn)數(shù)的60%。

(3)門(mén)檻電平。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性,必須考慮門(mén)檻電平的大小。門(mén)檻電平越高,

抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。

2.輸出模塊的選擇

輸出模塊的作用是將PLC的輸出信號(hào)傳遞給外部負(fù)載,并將PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)。輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出、晶體管輸出和雙向可控硅輸出三種。此外,輸出電壓和輸出電流也各有不同。選擇輸出模塊時(shí)應(yīng)注意:

(1)輸出方式的選擇。繼電器輸出的價(jià)格便宜，適用電壓范圍較寬,導(dǎo)通壓降小。但它是原有觸點(diǎn)元件,其動(dòng)作速度較慢、壽命較短,因此適用于不頻繁通斷的負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)其最大通斷頻率不得超過(guò)1Hz。對(duì)于頻繁通斷的低功率因數(shù)的電感負(fù)載,應(yīng)采用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件,即選用晶體管輸出(直流輸出)或雙向可控硅輸出(交流輸出)。

(2)輸出電流。輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值。模塊輸出電流的規(guī)格很多,應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載電流的大小選擇。

(3)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共端允許通過(guò)的電流值。通常同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不宜超過(guò)輸出點(diǎn)數(shù)的60%。

8.2.5電源模塊的選擇電源模塊的選擇很簡(jiǎn)單,只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于CPU模塊、I/O模塊、專(zhuān)用模塊等消耗電流的總和,并留有一定的裕量。在選擇電源模塊時(shí)一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):

(1)電源模塊的輸入電壓。電源模塊可以包括各種各樣的輸入電壓,有220V交流、110V交流和24V直流等。在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況選擇,確定了輸入電壓后,也就確定了系統(tǒng)供電電源的輸出電壓。

(2)電源模塊的輸出功率。在選擇電源模塊時(shí),其額定輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊等總的消耗功率之和,并且要留有30％左右的裕量。當(dāng)同一電源模塊既要為主機(jī)單元又要為擴(kuò)展單元供電時(shí),從主機(jī)單元到最遠(yuǎn)一個(gè)擴(kuò)展單元的線路壓降必須小于0.25V。

(3)擴(kuò)展單元中的電源模塊。在有的系統(tǒng)中,由于擴(kuò)展單元中安裝有智能模塊及一些特殊模塊,就要求在擴(kuò)展單元中安裝相應(yīng)的電源模塊。這時(shí)相應(yīng)的電源模塊輸出功率可按各自的供電范圍計(jì)算。

(4)電源模塊接線。選定了電源模塊后,還要確定電源模塊的接線端子和連接方式,以便正確地進(jìn)行系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)。一般的電源模塊的輸入電壓是通過(guò)接線端子與供電電源相連的,而輸出信號(hào)通過(guò)總線插座與可編程控制器CPU的總線相連。

(5)系統(tǒng)的接地。電源模塊接地線選擇不小于10mm2的銅導(dǎo)線。與交流穩(wěn)壓器、UPS不間斷電源、隔離變壓器等及系統(tǒng)的接地之連線盡可能短;系統(tǒng)的地線也要和機(jī)殼相連。

(6)使用環(huán)境條件。在選擇PLC時(shí),要考慮使用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。一般要考慮的有:環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、

電源允許波動(dòng)范圍和抗干擾等指標(biāo)。

8.3PLC與輸入/輸出設(shè)備的連接

可編程控制器的輸入形式有多種,正確、合理的連接是PLC正常運(yùn)行的首要條件。輸入端連接不當(dāng),不但會(huì)影響輸入信號(hào)接收,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞PLC的輸入端。PLC輸入端的連接必須根據(jù)它的輸入線路而定,連接時(shí)應(yīng)注意以下幾種情況:

(1)輸入是否需外接電源。

(2)輸入串接電源類(lèi)型:交／直流任意或指定交流。

(3)電源幅值和極性的要求。

輸出端連接與PLC輸入端連接相似,開(kāi)關(guān)量輸出端的連接也取決于輸出電路結(jié)構(gòu)。當(dāng)負(fù)載確定后,由負(fù)載電源的類(lèi)型及控制動(dòng)作頻率選擇PLC相應(yīng)的輸出模塊。一般可供選擇的模塊有三種,即繼電器、晶體管和晶閘管。其中,晶體管的動(dòng)作頻率最高,晶閘管次之,繼電器允許動(dòng)作頻率最低。連接時(shí)應(yīng)引起注意的是:

(1)負(fù)載電源類(lèi)型交／直流任意或指定交流、直流。

(2)負(fù)載電源幅值和極性要求。

(3)負(fù)載容量及性質(zhì)。

下面我們以FX2系列PLC的I/O設(shè)備連接為例來(lái)說(shuō)明。FX2系列PLC的I/O點(diǎn)數(shù)量、類(lèi)別隨型號(hào)不同而不同,但I(xiàn)/O點(diǎn)數(shù)量比例及編號(hào)規(guī)則則完全相同。一般輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)數(shù)量之比為1∶1,FX2系列PLC的I/O點(diǎn)編號(hào)采用八進(jìn)制,即00～07、10～17、20～27輸入點(diǎn)前面加“X”,輸出點(diǎn)前面加“Y”。

1.輸入設(shè)備的連接

輸入回路的連接如圖8-1所示。輸入回路的實(shí)現(xiàn)是COM通過(guò)具體的輸入元件(按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、繼電器的觸點(diǎn)、傳感器等)連接到對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)上,通過(guò)輸入點(diǎn)X將信息送到PLC內(nèi)部,一旦某個(gè)輸入元件狀態(tài)發(fā)生變化,對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)X的狀態(tài)也就隨之變化,這樣PLC可隨時(shí)檢測(cè)到這些信息。

圖

8-1輸入回路的連接

2.輸出設(shè)備的連接輸出回路就是PLC的負(fù)載驅(qū)動(dòng)回路,輸出回路的連接如圖8-2所示。輸出回路的實(shí)現(xiàn)中,PLC僅提供輸出點(diǎn),通過(guò)輸出點(diǎn)將負(fù)載和負(fù)載電源連接成一個(gè)回路。這樣負(fù)載的狀態(tài)就可以由PLC的輸出點(diǎn)進(jìn)行控制,使輸出點(diǎn)動(dòng)作負(fù)載得到驅(qū)動(dòng)。負(fù)載電源的規(guī)格應(yīng)根據(jù)負(fù)載的需要和輸出點(diǎn)的技術(shù)規(guī)格進(jìn)行選擇。

圖

8-2輸出回路的連接

實(shí)現(xiàn)輸出回路時(shí),應(yīng)注意的事項(xiàng)如下:(1)輸出點(diǎn)的共COM問(wèn)題。一般情況下,每個(gè)輸出點(diǎn)應(yīng)有兩個(gè)端子,為了減少輸出端子的個(gè)數(shù),PLC在內(nèi)部將其中的一個(gè)輸出點(diǎn)采用公共端連接的方式連接,即將幾個(gè)輸出點(diǎn)的一端連接到一起,形成公共端COM。FX2系列PLC的輸出點(diǎn)一般采用每4個(gè)點(diǎn)共COM連接,如圖8－3所示。在使用時(shí)要特別注意,否則可能導(dǎo)致負(fù)載不能正確驅(qū)動(dòng)。

圖

8-3輸出點(diǎn)的共COM連接

(2)輸出點(diǎn)的技術(shù)規(guī)格。不同的輸出類(lèi)別有不同的技術(shù)規(guī)格。應(yīng)根據(jù)負(fù)載的類(lèi)別、大小、負(fù)載電源的等級(jí)及響應(yīng)時(shí)間等因素選擇不同類(lèi)別的輸出形式。要特別注意負(fù)載電源的等級(jí)和最大負(fù)載的限制,以防止出現(xiàn)負(fù)載不能驅(qū)動(dòng)或PLC輸出點(diǎn)損壞等情況的發(fā)生。

(3)多種負(fù)載和多種負(fù)載電源共存的處理。同一臺(tái)PLC的負(fù)載,負(fù)載電源的類(lèi)別及電壓等級(jí)可能不同。在連接負(fù)載時(shí),應(yīng)盡量讓負(fù)載電源不同的負(fù)載不使用共COM的輸出點(diǎn)。若要使用,應(yīng)注意干擾和短路等問(wèn)題。

8.4減少I(mǎi)/O點(diǎn)數(shù)的措施

8.4.1減少所需PLC輸入點(diǎn)數(shù)的方法

1.合并輸入擴(kuò)展法

幾個(gè)動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)或動(dòng)合觸點(diǎn)并聯(lián)時(shí),用合并輸入的方法與PLC相連,可有效地減少占用PLC的輸入點(diǎn)數(shù)。例如:一個(gè)兩地控制的繼電器接觸器控制線路如圖8-4所示。從圖8-4中可見(jiàn):有四個(gè)動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián),兩個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)并聯(lián)。在轉(zhuǎn)換成PLC控制時(shí),外部的輸入信號(hào)有多種接線方式,對(duì)應(yīng)的梯形圖也有多種。如果對(duì)輸入信號(hào)不采取任何合并措施,梯形圖形象直觀,對(duì)于判斷外部輸入信號(hào)的故障時(shí)很方便,但是占用了六個(gè)輸入點(diǎn)。如果輸入點(diǎn)比較緊張時(shí),可采取先在PLC外部將四個(gè)動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián),兩個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)并聯(lián)后再接入PLC的輸入端子的方法,只占用兩個(gè)輸入點(diǎn),如圖8-5所示。

圖8-4兩地控制線路圖

8-5輸入觸點(diǎn)的合并

2.機(jī)外設(shè)置輸入擴(kuò)展法對(duì)某些功能簡(jiǎn)單、與其它設(shè)備沒(méi)有聯(lián)鎖的輸入信號(hào),如某些手動(dòng)操作按鈕、熱繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)等,在PLC的輸入點(diǎn)緊張時(shí),可設(shè)置在PLC外部的輸出電路中,見(jiàn)圖8-6。

圖

8-6機(jī)外設(shè)置輸入擴(kuò)展法

3.分組輸入擴(kuò)展法為便于單機(jī)就地操作和調(diào)試,增加系統(tǒng)的可靠性,PLC控制系統(tǒng)一般都要設(shè)置自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式,而自動(dòng)操作程序和手動(dòng)操作程序是不會(huì)同時(shí)執(zhí)行的。因此,可以將這兩種不同操作方式的輸入信號(hào)按自動(dòng)和手動(dòng)分成兩組,用分組輸入的方法由自動(dòng)／手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換,并通過(guò)外部輸入點(diǎn)控制程序的轉(zhuǎn)換,如圖8-7所示。

圖

8-7分組輸入擴(kuò)展法

4.矩陣式輸入擴(kuò)展法

矩陣式輸入擴(kuò)展法可以顯著地減少所需的輸入點(diǎn)數(shù)。這種方法是將m個(gè)輸入點(diǎn)作為行線,將n個(gè)輸出點(diǎn)作為列線,組成m×n矩陣。具體做法如下:①接成二極管開(kāi)關(guān)矩陣,選擇PLC輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)作為二極管開(kāi)關(guān)矩陣的行線與列線,將輸入信號(hào)開(kāi)關(guān)、二極管串聯(lián)后兩端分別接在某行線、某列線上;②設(shè)計(jì)移位寄存器循環(huán)掃描輸出程序,使移位寄存器位數(shù)與選定的輸出點(diǎn)相等,并使各位與輸出點(diǎn)一一對(duì)應(yīng),在移位寄存器循環(huán)移位時(shí),各輸出點(diǎn)在相對(duì)應(yīng)的移位寄存器各位狀態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)下會(huì)依次循環(huán)導(dǎo)通;③用n個(gè)輸入點(diǎn)與m個(gè)輸出點(diǎn)的狀態(tài)兩兩相“與”來(lái)指定一組n×m個(gè)內(nèi)部繼電器,以這n×m個(gè)內(nèi)部繼電器的編號(hào)分別代替對(duì)應(yīng)的n×m個(gè)輸入信號(hào)開(kāi)關(guān)的編號(hào),即可得到n×m個(gè)輸入信號(hào);④編制應(yīng)用程序時(shí)即以n×m內(nèi)部繼電器的編號(hào)作為相應(yīng)的n×m個(gè)輸入信號(hào)開(kāi)關(guān)的地址號(hào)編入程序。這種接法類(lèi)似于計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)掃描電路,只要在n個(gè)輸出點(diǎn)依次輸出編碼,而在m個(gè)輸入點(diǎn)讀入各個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài),就可以判別是哪些開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

圖8-8是3×3矩陣式輸入電路,通過(guò)移位寄存器使0500、0501、0502輪流導(dǎo)通。從輸入點(diǎn)0002、0003、0004分別讀入三組開(kāi)關(guān)的狀態(tài),0002、0003、0004的COM端子與0500、0501、0502的COM端子連接在一起。采用矩陣式輸入擴(kuò)展法。由于輸入信號(hào)是分時(shí)輸入的,外部的連續(xù)信號(hào)讀入后變成了一系列間斷的脈沖信號(hào),為防止丟失輸入信息,應(yīng)保證輸入信號(hào)的寬度大于矩陣輸入的周期(即0500的工作周期)。

圖

8-8矩陣式輸入

5.利用PLC內(nèi)部功能如利用轉(zhuǎn)移指令,在一輸入端接上一開(kāi)關(guān),作為自動(dòng)、手動(dòng)工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),運(yùn)用轉(zhuǎn)移指令,可將自動(dòng)和手動(dòng)操作加以區(qū)別;利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)單按鈕啟動(dòng)和停止;采用編碼譯碼指令將按鈕或開(kāi)關(guān)作編碼處理,在梯形圖中設(shè)計(jì)譯碼操作等等。

8.4.2減少所需PLC輸出點(diǎn)數(shù)的方法

1.共用輸出點(diǎn)擴(kuò)展法如果通斷狀態(tài)完全相同的兩個(gè)或多個(gè)負(fù)載并聯(lián)時(shí),可共用一個(gè)輸出點(diǎn),如圖8-9中的0504;也可以通過(guò)外部的或PLC控制的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),使每個(gè)PLC輸出點(diǎn)可以控制兩個(gè)以上不同時(shí)工作的負(fù)載,如0505和0506。當(dāng)PLC同時(shí)帶動(dòng)多個(gè)并聯(lián)的負(fù)載時(shí),應(yīng)注意校驗(yàn)PLC的帶負(fù)載能力。

圖

8-9共用輸出點(diǎn)擴(kuò)展法

2.機(jī)外設(shè)置輸出擴(kuò)展法

對(duì)某些控制邏輯簡(jiǎn)單,而又不參寫(xiě)工作循環(huán)的設(shè)備,或者在工作循環(huán)開(kāi)始之前必須預(yù)先啟動(dòng)的設(shè)備,可不通過(guò)PLC控制。例如液壓設(shè)備的液壓泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止控制就可以不由PLC來(lái)承擔(dān)。

3.矩陣式輸出擴(kuò)展法

此外,在采用信號(hào)燈做負(fù)載(例如指示不同的工步或電梯中的指示燈)時(shí),采用數(shù)碼管做指示燈可以少用輸出點(diǎn)。一個(gè)七段數(shù)碼管可以顯示0～9這十種不同的狀態(tài),但它只占四個(gè)輸出點(diǎn)。如果用單燈指示10種狀態(tài),則需要10個(gè)指示燈,要占用10個(gè)輸出點(diǎn)。

圖

8-10矩陣式輸出擴(kuò)展法

8.5提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

8.5.1運(yùn)行環(huán)境的改善由于PLC直接用于工業(yè)控制,生產(chǎn)廠商都把它設(shè)計(jì)得能在惡劣條件下可靠地工作。盡管如此,每種控制器都有自己的環(huán)境技術(shù)條件,用戶(hù)在選用時(shí),特別是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí),必須對(duì)環(huán)境條件給予充分的考慮。一般情況下,可編程序控制器及其外部電路,例如I/O模塊、輔助電源等都能在下列環(huán)境條件下可靠地工作。溫度:工作溫度為0～55℃,最高為60℃;保存溫度為-20～80℃。

濕度:相對(duì)濕度為5％～95％(無(wú)凝結(jié)霜)。

振動(dòng)和沖擊:滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。

電源:220V交流電源、允許-15%～15％的變化,頻率47～52Hz,瞬間停電保持10ms。環(huán)境:周?chē)h(huán)境不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體。

1.對(duì)溫度條件的改善可編程控制器及其外部電路都是由半導(dǎo)體集成電路、晶體管和電阻電容等器件構(gòu)成的,溫度的變化將直接影響這些元器件的可靠性和壽命。溫度高時(shí)容易產(chǎn)生下列問(wèn)題:半導(dǎo)體集成電路、晶體管等半導(dǎo)體器件性能惡化,故障率增加,壽命降低;電容器件漏電流增大;模擬回路的漂移增大,精度降低等。如果溫度偏低,模擬回路除精度降低外,回路的安全系數(shù)也變小,超低溫時(shí)可能引起控制系統(tǒng)動(dòng)作不正常。特別是溫度的急劇變化,由于電子器件熱脹冷縮,更容易引起電子器件性能的惡化和溫度特性變壞。

根據(jù)上述溫度情況必須采取相應(yīng)對(duì)策。如果控制系統(tǒng)的極限溫度超過(guò)極限溫度(55℃),必須采取下面的有效措施,迫使環(huán)境溫度低于極限值。

(1)盤(pán)、柜內(nèi)設(shè)置風(fēng)扇或冷風(fēng)機(jī),通過(guò)濾波器把自然風(fēng)引入盤(pán)、柜內(nèi)。由于風(fēng)扇壽命不長(zhǎng),必須和濾波一起定期檢修。使用冷風(fēng)機(jī)時(shí)注意不能結(jié)霜。

(2)把控制系統(tǒng)置于有空調(diào)的控制室內(nèi),不能直接放在陽(yáng)光下。

(3)控制器的安裝要考慮通風(fēng),控制器的上下、左右、前后都要留有約50mm的空間距離,I/O模塊配線時(shí)要使用導(dǎo)線槽,以避免防礙通風(fēng)。

(4)安裝時(shí)要把發(fā)熱體(如電阻器或交流接觸器等)遠(yuǎn)離控制器,或者把控制器安裝在發(fā)熱體的下面。

環(huán)境溫度過(guò)低可采用如下對(duì)策:

(1)盤(pán)、柜內(nèi)設(shè)置加熱器,冬季時(shí)這種加熱特別有效,可使盤(pán)、柜內(nèi)溫度保持在0℃以上,或者在10℃左右。設(shè)置加熱器時(shí)要選擇適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅?以保證能在高溫時(shí)自動(dòng)切斷加熱器電源,低溫時(shí)自動(dòng)接通電源。

(2)停止運(yùn)行時(shí),不切斷控制器和I/O模塊電源,靠其本身的發(fā)熱量維持其溫度,特別是夜間低溫時(shí),這種措施是有效的。

(3)溫度有急劇變化的場(chǎng)合,不要打開(kāi)盤(pán)、

柜的門(mén),以防冷空氣進(jìn)入。

2.對(duì)濕度條件的改善在濕度大的環(huán)境中,水分容易通過(guò)模塊上I/O的金屬表面的缺陷浸入內(nèi)部,引起內(nèi)部元件性能的惡化,印制電路板可能由于高壓或高浪涌電壓而引起短路。在極干燥的環(huán)境下,絕緣物體上可能帶靜電,特別是MOS集成電路,輸入阻抗高,可能由于靜電感應(yīng)而損壞?？刂破鞑贿\(yùn)行時(shí),由于濕度有急劇變化可引起結(jié)霜。結(jié)霜后會(huì)使絕緣電阻大大降低,由于高壓有泄漏,可使金屬表面生銹。特別是交流220V、110V的輸入、輸出模塊,由于絕緣性能的惡化可能產(chǎn)生預(yù)料不到的事故。

對(duì)于上述濕度環(huán)境應(yīng)采用如下對(duì)策:

(1)盤(pán)、柜設(shè)計(jì)成封閉型,并放置吸濕器。

(2)把外部干燥的空氣引入盤(pán)柜內(nèi)。

(3)印制電路板上再覆蓋一層保護(hù)層,如噴松香水等。

(4)在溫度低及干燥的場(chǎng)合進(jìn)行檢修時(shí),人體應(yīng)盡量不接觸集成電路塊和電子元件,以防感應(yīng)電壓損壞器件。

3.對(duì)振動(dòng)和沖擊環(huán)境的改善

一般的可編程控制器能承受的振動(dòng)和沖擊的頻率為10～50Hz,振幅為0.5mm,加速度為20m/s2,沖擊為100m/s2。超過(guò)這個(gè)極限時(shí),可能會(huì)引起電磁閥或斷路器誤動(dòng)作,機(jī)械結(jié)構(gòu)松動(dòng)、

電氣部件疲勞損壞以及連接器的接觸不良等后果。

防振和防沖擊的措施如下:

(1)如果振動(dòng)源來(lái)自盤(pán)、柜之外,可對(duì)相應(yīng)的盤(pán)、柜采用防振橡皮,以達(dá)到減振的目的,