《機床電氣與PLC》課件第9章

第9章可編程控制器應(yīng)用舉例9.1三相異步電動機的Y-△減壓啟動控制9.2交通信號燈控制

9.3電梯的自動控制

9.4機械手的步進控制

9.5全自動洗衣機的自動控制

思考題與習(xí)題九

9.1三相異步電動機的Y-△減壓啟動控制9.1.1控制要求某電動機Y-△啟動控制時的時序圖如圖9-1所示,當(dāng)主接觸器KM1與Y連接接觸器KM2同時接通時,電動機工作在Y形啟動狀態(tài);而當(dāng)主接觸器KM1與△連接接觸器KM3同時接通時,電動機就工作在△形接法的正常運行狀態(tài)。由于PLC內(nèi)部切換時間很短,必須有防火花的內(nèi)部鎖定。TA為內(nèi)部鎖定時間。當(dāng)電機繞組從Y形切換到△形時,從KM2完全截止到KM3接通這段時間即為TA,其值過長、過短都不好,應(yīng)通過實驗確定。從KM3接通到KM1接通這段時間為TM,TM一般小于TA。Y形啟動時間為TS。本例分別設(shè)定TS、TA、TM為10s、0.3s、0.2s。圖

9-1某電動機Y-△啟動控制時的時序圖

9.1.2I/O通道分配及PLC的I/O接線圖

1.I/O通道分配

表

9-1I/O通道分配

2.PLC的I/O接線圖

圖

9-2電動機Y-△啟動控制的I/O接線圖

9.1.3梯形圖程序設(shè)計

電動機Y-△啟動控制的梯形圖見圖9-3。電動機Y-△啟動控制是一個典型的時間、順序控制,通過本例我們可進一步熟悉定時器的應(yīng)用,如什么時候開始計時,定時時間到后應(yīng)執(zhí)行的下一步動作是什么,定時器要否復(fù)位以及什么時候復(fù)位等等。此外,本例中停止按鈕SB2和熱繼電器FR分別采用的是其動合觸點和動斷觸點,故梯形圖中0002采用動斷觸點,而0003采用動合觸點。如果SB2采用的是動斷觸點,則0002應(yīng)采用動合觸點。

圖

9-3電動機Y-△啟動控制的梯形圖

9.2交通信號燈控制

9.2.1控制要求十字路口交通信號燈的控制要求如下：

(1)南北向較繁忙,過往車輛較多,故取南北向紅燈亮的時間為30s。

(2)東西向較輕閑,過往車輛較少,故取東西向紅燈亮的時間為60s。

(3)在東西向紅燈亮的同時,南北向的綠燈也亮,并維持55s;到55s時,南北向的綠燈閃亮3s后熄滅。

(4)在南北向綠燈熄滅后,南北向黃燈亮,并維持2s。2s后南北向黃燈熄滅,東西向紅燈也熄滅。

(5)在東西向紅燈熄滅的同時,東西向的綠燈亮,南北向的紅燈也亮。

(6)在南北向紅燈亮25s后,東西向綠燈閃亮3s后熄滅。

(7)在東西向綠燈熄滅后,東西向黃燈亮,維持2s后熄滅。

(8)在東西向黃燈熄滅后,東西向紅燈亮,南北向綠燈也亮,進入下一個循環(huán)。交通燈的控制時序圖見圖9-4。

圖

9-4交通燈的控制時序圖

9.2.2I/O通道分配本例中沒設(shè)外部輸入,只要PLC一通電,信號燈即開始循環(huán)工作。由于定時器較多,為避免混亂,其通道分配也一并列出。

表

9-2

I/O通道分配

表

9-3定時器通道分配

9.2.3

I/O接線圖

圖

9-5交通燈的I/O接線圖

9.2.4梯形圖程序設(shè)計

圖

9-6交通燈的梯形圖9.3電梯的自動控制

圖9-7所示為電梯控制原理圖。電梯控制的核心是對拖動系統(tǒng)的控制,類似三相異步電機的正反轉(zhuǎn)和啟動/停止控制,只不過控制所需的條件要多得多。如電梯的啟動所需的條件為:安全保護系統(tǒng)正常、門鎖鎖閉、定向部分選擇好電梯運行方向等。電梯停車過程可分為兩部分,其所需的條件為選層部分選擇好停車樓,而且電梯必須到達要停車的樓層的減速點,此時電梯方可減速。當(dāng)電梯到達目標(biāo)樓層的平層位置時,電梯方可作停車動作。此外,樓層信號(電梯當(dāng)前位置)、轎內(nèi)指令、廳外召喚、減速點信號、平層信號、安全保護信號、門鎖信號以及其他相關(guān)信號的取得和處理都屬于電梯控制的內(nèi)容。這里我們只介紹三層電梯的廳外召喚的程序。電梯示意圖如圖9-8所示。

圖

9-7電梯控制原理圖

圖

9-8電梯示意圖

9.3.1控制要求

(1)當(dāng)電梯不在三樓時,按SB3,則電梯上升,碰到SQ3停止。

(2)當(dāng)電梯不在一樓時,按SB1,則電梯下降,碰到SQ1停止。

(3)當(dāng)電梯停于一樓時,按SB2,則電梯上升,碰到SQ2停止。

(4)當(dāng)電梯停于三樓時,按SB2,則電梯下降,碰到SQ2停止。

(5)當(dāng)電梯停于一樓,而二樓、三樓均有人呼叫時,電梯上升,碰到SQ2時,停5s,然后繼續(xù)上升,碰到SQ3停止。

(6)當(dāng)電梯停于三樓,而一樓、二樓均有人呼叫時,電梯下降,碰到SQ2時,停5s,然后繼續(xù)下降,碰到SQ1停止。

(7)在電梯上升或下降途中,任何反方向的下降呼叫信號無效。

9.3.2I/O通道分配及I/O接線圖

表

9-4I/O通道分配

圖

9-9電梯的I/O接線圖

9.3.3梯形圖程序設(shè)計廳外召喚指令的記憶和消除功能可以用鎖存器KEEP指令。將廳外召喚的啟動保持信號端接S端,消除信號接R端。在實現(xiàn)廳外召喚的記憶和消除功能時必須注意其記憶和消除條件。當(dāng)按下一個指令按鈕或召喚按鈕,且電梯不在本樓層時,對應(yīng)的PLC內(nèi)部繼電器應(yīng)保持該信號,而且通過PLC的輸出點亮相應(yīng)的按鈕指示燈。當(dāng)電梯正常到達樓層時,如果滿足該指令或召喚信號的停車條件時,電梯在該層停車,并且消除對應(yīng)的指令或召喚信號。在圖9－10所示梯形圖中,內(nèi)部輔助繼電器1000、1002用來處理在同方向同時有兩層樓呼叫的情況:1002用來記憶二樓的呼叫信號;在電梯運行到二樓時,1000得電5s,使電梯停5s后自行啟動。

圖

9-10電梯梯形圖9.4機械手的步進控制

圖9-11是某搬運機械手的工作示意圖,其任務(wù)是將傳送帶A上的物品搬送至傳送帶B上。該機械手有三個動作:升降運動由液壓缸驅(qū)動,回轉(zhuǎn)運動由液壓馬達驅(qū)動,手爪的松夾運動由另一液壓缸驅(qū)動。三個動作的正反向運動均由電磁換向閥來改變液流的方向來控制。傳送帶A和B均由電動機通過機械裝置來驅(qū)動。機械手一個動作循環(huán)的動作順序如下:原位→下降→抓緊→上升→正轉(zhuǎn)→下降→松開→上升→反轉(zhuǎn)→原位機械手的每次循環(huán)動作均從原位開始。動作的切換除抓緊/松開由壓力繼電器和時間控制外,機械手的升降和回轉(zhuǎn)運動均由限位開關(guān)控制。

圖

9-11某搬運機械手的工作示意圖

9.4.1控制要求

(1)機械手在原位時,按下啟動按鈕,系統(tǒng)啟動,傳送帶A運轉(zhuǎn)。當(dāng)裝在傳輸帶A端部的光電開關(guān)檢測到物品后,傳送帶A停止。

(2)傳輸帶A停止后,機械手進行一次循環(huán)動作,把物品從傳送帶A上搬到連續(xù)運轉(zhuǎn)的傳送帶B上。

(3)機械手返回原位后,自動啟動傳送帶A運轉(zhuǎn),進行下一個循環(huán)。

(4)按下停止按鈕后,待整個循環(huán)完成后,機械手返回原位,才能停止工作。

9.4.2I/O通道分配

表

9-5I/O通道分配

9.4.3I/O接線圖

圖

9-12機械手的I/O接線圖

9.4.4梯形圖程序設(shè)計

(1)將整個工作過程分為若干個獨立的控制功能步,簡稱步(本例中機械手的工作過程就可以分解成九個獨立的步),它是為完成相應(yīng)的控制功能而設(shè)計的獨立的控制程序或程序段。

(2)每個獨立的步分別用一個方框表示,然后根據(jù)動作順序?qū)⒏鱾€步用箭頭連接起來。

(3)在相鄰的兩個步之間畫上一條短橫線,表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時上一步被封鎖,下一步被激活,轉(zhuǎn)向執(zhí)行新的控制程序,若不滿足轉(zhuǎn)換條件,則繼續(xù)執(zhí)行上一步的控制程序。

(4)在每個步的右側(cè)畫上要被執(zhí)行的控制程序。

機械手步進控制的狀態(tài)流程圖如圖9-13所示。步進控制在OMRONC系列機型中采用移位寄存器SFT很容易實現(xiàn),當(dāng)然不用SFT指令也能實現(xiàn)。圖9-14是用SFT指令來設(shè)計的梯形圖。機械手原位時,按下啟動按鈕SB1,與其對應(yīng)的輸入點0000為ON,使0500為ON,傳送帶A運轉(zhuǎn);當(dāng)光電開關(guān)PS檢測到有物品后,0007為ON,使0500為OFF,傳送帶A停止運行。在0500的后沿,MOV指令將＃0001送入HR0通道中,使HR000位為“1”而其余位為“0”,使機械手執(zhí)行下降的動作。同時,為移位脈沖的產(chǎn)生做好準(zhǔn)備。

機械手下降到位時,下降限位開關(guān)0003為ON,發(fā)出移位脈沖,使HR001為“1”,HR000為“0”(因為1812為常開繼電器),機械手停止下降。此時0503為ON,開始執(zhí)行抓緊動作。同時,為下一個移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。機械手抓緊到位時,壓力繼電器K的動合觸點閉合,0006為ON,又發(fā)出一個移位脈沖,使HR002為“1”,HR001為“0”。此時,0504為ON,機械手緊抓著物品上升。同時,為下一個移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。機械手上升到位時,上升限位開關(guān)0002為ON,又發(fā)出一個移位脈沖,使HR003為“1”,HE002為“0”,使0504為OFF,機械手停止上升。此時0501為ON,機械手執(zhí)行正轉(zhuǎn)動作。同時,為下一個移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。

械手正轉(zhuǎn)到位時,正轉(zhuǎn)限位開關(guān)0004為ON,又發(fā)出一個移位脈沖,使HR004為“1”,HR003為“0”,使0501為OFF,機械手停止正轉(zhuǎn)。此時0505為ON,機械手執(zhí)行下降動作。同時，為下一個移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。機械手下降到位時,下降極限開關(guān)0003為ON,又發(fā)出一個移位脈沖,使HR005為“1”,HR004為“0”,使0505為OFF,機械手停止下降。此時0503被復(fù)位,機械手執(zhí)行放松動作,并且啟動定時器TIM01。同時,為下一個移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。在TIM01的定時時間到時,機械手放松到位,又發(fā)出一個移位脈沖,使HR006為“1”,HR005為“0”。此時,0504為ON,機械手執(zhí)行上升動作。同時,為下一個移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。

圖

9-13狀態(tài)流程圖圖

9-14機械手梯形圖

機械手上升到位時,上升限位開關(guān)0002為ON,又發(fā)出一個移位脈沖,使HR007為“1”,HR006為“0”,使0504為OFF,機械手停止上升。此時,0502為ON,機械手執(zhí)行反轉(zhuǎn)動作。同時,為下一個移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。機械手反轉(zhuǎn)到位時,反轉(zhuǎn)限位開關(guān)0005為ON,又發(fā)出一個移位脈沖,使HR008為“1”,HR007為“0”,使0502為OFF,機械手停止反轉(zhuǎn)。此時,機械手已回到原位,只要在此之前沒有按下停止按鈕,HR008再次將0500置位,傳送帶A重新運行,等待物品檢測信號0007的到來。同時,為下一個移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。

無論何時按下停止按鈕,鎖存器1200被置位,使得串接在鎖存器0500的置位輸入端的1200的動斷觸點斷開,只有在當(dāng)前循環(huán)全部完成后,機械手才能停于原位。機械手的每次循環(huán)均是根據(jù)光電開關(guān)檢測到物品后,使傳送帶A停轉(zhuǎn),由MOV指令將＃0001傳送到HR000,開始循環(huán)。

9.5全自動洗衣機的自動控制

全自動洗衣機的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內(nèi)桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用;內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn),作脫水(甩干)用。內(nèi)桶的周圍有很多小孔,使內(nèi)桶和外桶的水流相通。洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時,通過控制系統(tǒng)將進水電磁閥打開,經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時,通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開,將水由外桶排到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電機驅(qū)動波盤的正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn),此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時,控制系統(tǒng)將離合器合上,由洗滌電機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、低水位控制開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作,停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。其示意圖如圖9-15所示。

圖

9-15全自動洗衣機示意圖

9.5.1控制要求

圖

9-16全自動洗衣機流程圖

按下啟動按鈕后,洗衣機開始進水。水滿時(即水位到達高水位,高水位開關(guān)由OFF變?yōu)镺N),PLC停止進水,并開始洗滌正轉(zhuǎn),正轉(zhuǎn)洗滌15s后暫停,暫停3s后開始洗滌反轉(zhuǎn)。反洗15s后暫停。暫停3s后,若正、反洗未滿3次,則返回從正洗開始的動作;若正、反洗滿3次時,則開始排水。水位下降到低水位時(低水位開關(guān)由ON變?yōu)镺FF)開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10s即完成一次從進水到脫水的大循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán),則返回從進水開始的全部動作,進行下一次大循環(huán);若完成了3次大循環(huán),則進行洗完報警。報警10s后結(jié)束全部過程,自動停機。此外,還要求可以按排水按鈕以實現(xiàn)手動排水;按停止按鈕以實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。

9.5.2通道分配

1.I/O通道分配

表

9-6I/O通道分配

2.定時器/計數(shù)器通道分配

表

9-7定時器/計數(shù)器通道分配

9.5.3I/O接線圖

根據(jù)I/O通道分配,I/O接線圖如圖9-17所示。

圖

9-17洗衣機的I/O接線圖

9.5.4梯形圖程序設(shè)計

圖

9-18全自動洗衣機控制的梯形圖

按下啟動按鈕,0000為ON,1000為ON并自鎖,0500為ON,打開進水電磁閥。當(dāng)水位到達高水位時,0003為ON,斷開進水電磁閥,同時0501為ON,電動機正轉(zhuǎn),開始正向洗滌,并啟動定時器TIM00。15s后TIM00動作,使0501為OFF,停止正向洗滌,并啟動定時器TIM01,3s后TIM01動作,0502為ON,電動機反轉(zhuǎn),開始反向洗滌,并啟動定時器TIM02。反洗15s后,TIM02動作,使0502為OFF,停止反向洗滌,并啟動定時器TIM03。經(jīng)過3s的暫停,TIM03動作,使定時器TIM00、TIM01、TIM02、TIM03復(fù)位;使計數(shù)器CNT06計一次數(shù),此時0501又為ON,重新進行從正向洗滌開始到反向洗滌結(jié)束的小循環(huán)。

直到計數(shù)器CNT06計滿3次數(shù)時,CNT06為ON,第一次洗滌過程結(jié)束,同時使計數(shù)器CNT06復(fù)位,為下一次洗滌過程的計數(shù)做好準(zhǔn)備。在CNT06為ON的當(dāng)前掃描周期,0503為ON,開始排水。當(dāng)水位到達低水位時,0004由ON變?yōu)镺FF,使0504為ON,接通脫水電磁離合器,并再次使0501為ON,使電動機正轉(zhuǎn),開始脫水,并啟動定時器TIM04。10s后,TIM04動作,使脫水計數(shù)器CNT07計數(shù)一次,并使0503、0504為OFF,停止排水和脫水,結(jié)束從進水到脫水的一次大循環(huán)。兩個掃描周期后,0501再次為ON,重新進行從進水到脫水的下一次大循環(huán),直到CNT07計滿3次后,使1000為OFF,結(jié)束洗衣的全部過程,0505為ON,報警蜂鳴器響10s后,停止報警。在洗滌、排水和脫水的過程中,可隨時按下停止按鈕0001,停止操作。

思考題與習(xí)題九

9-1數(shù)控車床的自動回轉(zhuǎn)刀架接到換刀指令后其動作過程為“刀架松開→上升→回轉(zhuǎn)規(guī)定的角度→下降→夾緊”,刀架的松夾、升降由同一液壓缸驅(qū)動,正反向運動由電磁換向閥來控制;回轉(zhuǎn)運動由液壓馬達驅(qū)動,其運動和停止由電磁換向閥來控制。動作的切換除夾緊用壓力繼電器控制外其余均由微動開關(guān)控制?，F(xiàn)假設(shè)其為方刀架(4把刀),用按鈕SB1～SB4來代替系統(tǒng)換刀指令,即按下SB1、SB2、SB3和SB4分別表示要用1、2、3和4號刀,SQ1～SQ4分別是4把刀旁邊的微動開關(guān)?？刂埔笕缦?

如現(xiàn)在用的是1號刀,則按SB1時刀架不執(zhí)行任何動作,如按SB2、SB3或SB4則執(zhí)行上述動作循環(huán),但回轉(zhuǎn)角度分別為90°、180°和270°(即壓下SQ2、SQ3或SQ4表示回轉(zhuǎn)到位)。

其它情況依此類推。

9-2如上題中的刀架可就近轉(zhuǎn)位(即刀架可正反轉(zhuǎn),如現(xiàn)在是1號刀,要換4號刀時無須轉(zhuǎn)270°,只需反轉(zhuǎn)90°即可)。試設(shè)計該控制程序。

9-3試設(shè)計一個4層電梯PLC控制系統(tǒng),要求:

某層樓有呼叫信號時,電梯自動運行到該層后停止;如果同時有二層或三層樓呼叫時,以先后順序排列,但同方向就近樓層優(yōu)先,電梯運行到就近樓層后暫停運行,停止后,門打開10s后自動關(guān)閉,待門關(guān)嚴(yán)后,電梯自行啟動,運行至下一個樓層。

9-4試設(shè)計一個油循環(huán)控制系統(tǒng)(如圖9-19所示),要求:

(1)按下啟動按鈕SB1后,泵1、泵2通電運行,由泵1將油從循環(huán)槽打入淬火槽,經(jīng)沉淀槽,再由泵2打入循環(huán)槽,運行15min后,泵1、泵2停。

(2)在泵1、泵2運行期間,如果沉淀槽的水位到達高水位,液位傳感器SL1接通,此時泵1停,泵2繼續(xù)運行1min。

(3)在泵1、泵2運行期間,如果沉淀槽的水位到達低水位,液位傳感器SL2由接通變?yōu)閿嚅_,此時泵2停,泵1繼續(xù)運行1min。

(4)當(dāng)按下停止按鈕SB2時,泵1、泵2同時停。

圖

9-19習(xí)題9-4圖

9-5試設(shè)計一個如圖9-20所示的料車自動循環(huán)送料控制系統(tǒng),要求:

(1)初始狀態(tài):小車在起始位置時,壓下SQ1。

(2)啟動:按下啟動按鈕SB1,小車在起始位置裝料,10s后向右運動