《電氣控制》課件第7章

第7章S7-200PLC編程方法及工程實(shí)例7.1梯形圖的編程規(guī)則7.2梯形圖程序的優(yōu)化7.3梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法小結(jié) 7.1梯形圖的編程規(guī)則

梯形圖的編程規(guī)則如下:

(1)每個(gè)梯形圖程序段都必須以輸出線(xiàn)圈或指令框(Box)結(jié)束,比較指令框(相當(dāng)于觸點(diǎn))、中線(xiàn)輸出線(xiàn)圈和上升沿、下降沿線(xiàn)圈不能用于程序段結(jié)束。

(2)指令框的使能輸出端“ENO”可以和右邊的指令框的使能輸入端“EN”連接,如圖7-1所示。圖7－1梯形圖1

(3)下列線(xiàn)圈要求布爾邏輯,即必須用觸點(diǎn)電路控制它們,它們不能與左側(cè)垂直“電源線(xiàn)”直接相連:輸出線(xiàn)圈、置位(

S)、復(fù)位(R)線(xiàn)圈;中線(xiàn)輸出線(xiàn)圈和上升沿、下降沿線(xiàn)圈:

計(jì)數(shù)器和定時(shí)器線(xiàn)圈;邏輯非跳轉(zhuǎn)(JMPN);主控繼電器接通(MCR<);將RLO存入BR存儲(chǔ)器(SAVE)和返回線(xiàn)圈(RET)。

恒“0”與恒“1”信號(hào)的生成如圖7－2所示梯形圖。圖7－2梯形圖2

(4)下列線(xiàn)圈不能用于并聯(lián)輸出:邏輯非跳轉(zhuǎn)(JMPN)、跳轉(zhuǎn)(JMP)、調(diào)用(CALL)和返回(RET)。

(5)如果分支中只有一個(gè)元件,刪除這個(gè)元件時(shí),整個(gè)分支也同時(shí)被刪掉。刪除一個(gè)指令框時(shí),該指令框除主分支外所有的布爾輸入分支都將同時(shí)被刪除。

(6)能流只能從左到右流動(dòng),不允許生成使能流流向相反方向的分支。例如,圖7-3中的I0.3的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí),能流流過(guò)I0.4的方向是從右到左,這是不被允許的。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),該電路不能用觸點(diǎn)的串、并聯(lián)指令來(lái)表示。圖7－3錯(cuò)誤的電路

(7)不允許生成引起短路的分支。

(8)線(xiàn)圈重復(fù)輸出(指同編號(hào)的輸出線(xiàn)圈使用兩次以上時(shí)),最后一個(gè)條件最為優(yōu)先,舉例如圖7－4所示,結(jié)果見(jiàn)表7－1。圖7－4程序?qū)Ρ葓D 7.2梯形圖程序的優(yōu)化

1.并聯(lián)支路的調(diào)整

并聯(lián)支路的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮邏輯運(yùn)算的一般規(guī)則,在若干支路并聯(lián)時(shí),應(yīng)將具有串聯(lián)觸點(diǎn)的支路放在上面。這樣可以省略程序執(zhí)行時(shí)的堆棧操作,減少指令步數(shù),如圖7-5所示。圖7－5并聯(lián)支路的調(diào)整

2.串聯(lián)支路的調(diào)整

串聯(lián)支路的設(shè)計(jì)同樣應(yīng)考慮邏輯運(yùn)算的一般規(guī)則,在若干支路串聯(lián)時(shí),應(yīng)將具有并聯(lián)觸點(diǎn)的支路放在前面。這樣可以省略程序執(zhí)行時(shí)的堆棧操作,減少指令步數(shù),如圖7－6所示。圖7－6串聯(lián)支路的調(diào)整

3.內(nèi)部繼電器的使用

為了簡(jiǎn)化程序,減少指令步數(shù),在程序設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于需要多次使用的若干邏輯運(yùn)算的組合,應(yīng)盡量使用內(nèi)部繼電器。這樣不僅可以簡(jiǎn)化程序,減少指令步數(shù),更重要的是在邏輯運(yùn)算條件需要修改時(shí),只需要修改內(nèi)部繼電器的控制條件,而無(wú)需修改所有程序,為程序的修改與調(diào)整增加了便利,如圖7-7所示。圖7-7程序簡(jiǎn)化 7.3梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

7.3.1啟動(dòng)、保持與停止電路

啟動(dòng)、保持與停止電路簡(jiǎn)稱(chēng)為啟保停電路,在梯形圖中得到了廣泛的應(yīng)用。圖7-8中啟動(dòng)按鈕和停止按鈕提供的啟動(dòng)信號(hào)I4.0和停止信號(hào)I4.1為1狀態(tài)的時(shí)間很短。只按啟動(dòng)按鈕,I4.0的常開(kāi)觸點(diǎn)和I4.1的常閉觸點(diǎn)均接通,Q16.4的線(xiàn)圈“通電”,它的常開(kāi)觸點(diǎn)同時(shí)接通。放開(kāi)啟動(dòng)按鈕,I4.

0的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi),“能流”經(jīng)Q16.4和I4.0的觸點(diǎn)流過(guò)Q16.4的線(xiàn)圈,這就是所謂的“自鎖”或“自保持”功能。只按停止按鈕,I4.1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),使Q16.4的線(xiàn)圈“斷電”,其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi),以后即使放開(kāi)停止按鈕,I4.1的常閉觸點(diǎn)也恢復(fù)

接通狀態(tài),Q16.4的線(xiàn)圈仍然“斷電”。這種功能可以用圖7-9中的S(置位)和R(復(fù)位)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖7-8啟保停電路圖7-9置位復(fù)位電路在實(shí)際電路中,啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)可能由多個(gè)觸點(diǎn)組成的串、并聯(lián)電路提供。

可以用設(shè)計(jì)繼電器電路圖的方法來(lái)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制系統(tǒng)的梯形圖,即在一些典型電路的基礎(chǔ)上,根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求,不斷地修改和完善梯形圖。

有時(shí)需要反復(fù)多次地調(diào)試和修改梯形圖,增加一些中間編程元件和觸點(diǎn),最后才能得到一個(gè)較為滿(mǎn)意的結(jié)果。電工手冊(cè)中常用的繼電器電路圖可以作為設(shè)計(jì)梯形圖的參考電路。

這種方法沒(méi)有普遍的規(guī)律可以遵循,具有很大的試探性和隨意性,最后的結(jié)果不是唯一的,設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系,所以有人把這種設(shè)計(jì)方法叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法,它可以用于較簡(jiǎn)單的梯形圖(例如手動(dòng)程序)的設(shè)計(jì)。7.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制圖7－10異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路圖圖7－11PLC的外部接線(xiàn)圖和梯形圖圖7－12梯形圖7.3.3小車(chē)控制程序的設(shè)計(jì)

圖7－13中的小車(chē)開(kāi)始時(shí)停在左邊,左限位開(kāi)關(guān)SQ1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。要求按下列順序控制小車(chē):

(1)按下右行啟動(dòng)按鈕SB2

,小車(chē)右行。

(2)走到右限位開(kāi)關(guān)SQ2

處停止運(yùn)動(dòng),延時(shí)8s后開(kāi)始左行。

(3)回到左限位開(kāi)關(guān)SQ1

處時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。在異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的滿(mǎn)足上述要求的梯形圖如圖7－14所示。在控制右行的Q4.0的線(xiàn)圈回路中串聯(lián)了I0.4的常閉觸點(diǎn),小車(chē)走到右限位開(kāi)關(guān)SQ2處時(shí),I0.4的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),使Q4.0的線(xiàn)圈斷電,小車(chē)停止右行。同時(shí)I0.4的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,T0的線(xiàn)圈通電,開(kāi)始定時(shí)。8s后定時(shí)時(shí)間到,T0的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,使Q4.1的線(xiàn)圈通電并自保持,小車(chē)開(kāi)始左行。離開(kāi)限位開(kāi)關(guān)SQ2

后,I0.4的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi),T0的常開(kāi)觸點(diǎn)因?yàn)槠渚€(xiàn)圈斷電而斷開(kāi)。小車(chē)運(yùn)行到左邊的起始點(diǎn)時(shí),左限位開(kāi)關(guān)SQ1

的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,I0.3的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。圖7－13PLC的外部接線(xiàn)圖圖7－14梯形圖7.3.4材料分揀控制系統(tǒng)實(shí)例

1.材料分揀裝置的組成

分揀裝置為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備,采用臺(tái)式結(jié)構(gòu),內(nèi)置電源,有豎井式產(chǎn)品輸料槽、滑板式產(chǎn)品輸出料槽,轉(zhuǎn)接板上還設(shè)計(jì)了可與PLC連接的轉(zhuǎn)接口。同時(shí),輸送帶作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu),采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。對(duì)不同材質(zhì)敏感的三種傳感器分別固定在傳送帶上方。整個(gè)控制系統(tǒng)由氣動(dòng)部件和電氣部件兩大部分組成。氣動(dòng)部分由減壓閥、氣壓指示表、氣缸等部件組成;電氣部分由PLC、電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、光電傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、單相交流電機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥等部件組成。

2.材料分揀裝置的工作原理

材料分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7－15所示。它采用臺(tái)式結(jié)構(gòu),內(nèi)置電源,有步進(jìn)電機(jī)、氣缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動(dòng)減壓器、氣壓指示等部件,可與各類(lèi)氣源相連接。圖7－15材料分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如選用顏色識(shí)別傳感器及對(duì)不同材料敏感的電容式和電感式傳感器,分別固定在傳送帶上方的架子上,材料分揀裝置能實(shí)現(xiàn)如下三種基本功能:

(1)分揀出金屬與非金屬。

(2)分揀某一顏色塊。

(3)分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊。系統(tǒng)利用各種傳感器對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行檢測(cè)并分類(lèi)。當(dāng)待測(cè)物體經(jīng)下料裝置送入傳送帶依次接受各種傳感器檢測(cè)時(shí),如果被某種傳感器測(cè)中,通過(guò)相應(yīng)的氣動(dòng)裝置將其推入料

箱;否則,繼續(xù)前行。其控制要求有如下8個(gè)方面(見(jiàn)圖7－16):

(1)系統(tǒng)送電后,光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖。

(2)電機(jī)運(yùn)行,帶動(dòng)傳輸帶傳送物體向前運(yùn)行。

(3)有物料時(shí),倉(cāng)儲(chǔ)氣缸動(dòng)作,將物料送出。

(4)當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到鐵物料時(shí),分揀鐵氣缸動(dòng)作將待測(cè)物料推入下料槽。

(5)當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到鋁物料時(shí),分揀鋁氣缸動(dòng)作將待測(cè)物料推入下料槽。

(6)當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到材料為黃顏色時(shí),分揀黃色氣缸動(dòng)作將待測(cè)物料推入下料槽。

(7)其他物料及藍(lán)色物料被送到末位氣缸位置時(shí),末位氣缸將藍(lán)色物料推入下料槽。

(8)下料槽內(nèi)無(wú)下料時(shí),延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)。

材料分揀裝置的流程圖如圖7－17所示。圖7－16分揀控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖7－17材料分揀裝置的流程圖

3.控制程序分析

1)簡(jiǎn)易調(diào)試程序分析

簡(jiǎn)易調(diào)試程序針對(duì)的是傳送帶上只有一個(gè)物料塊,即傳送帶上的物料被處理后出料倉(cāng)才動(dòng)作的情況,顯而易見(jiàn),此時(shí)的效率非常低,尤其傳送帶的長(zhǎng)度越長(zhǎng),效率越低。分揀系

統(tǒng)的I/O地址分配如表7－2所示。表7－2PLC輸入、輸出分配表分揀系統(tǒng)簡(jiǎn)易程序如下:2)完整程序分析

分揀系統(tǒng)完整程序的I/O地址分配如表7－3所示。表7－3分揀系統(tǒng)完整程序的I/O地址分配分揀系統(tǒng)完整程序如下:

網(wǎng)絡(luò)1當(dāng)自動(dòng)運(yùn)行按鈕被按下、料倉(cāng)有物料時(shí),材料分揀系統(tǒng)開(kāi)始工作。網(wǎng)絡(luò)4利用料倉(cāng)傳感器判斷料倉(cāng)中是否有物料。網(wǎng)絡(luò)5要求料倉(cāng)傳感器的狀態(tài)保持一定時(shí)間,避免料倉(cāng)傳感器的誤判。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)(Q0.5)使旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖輸出I0.0,獲得脈沖計(jì)數(shù)。當(dāng)料倉(cāng)中沒(méi)有物料或者系統(tǒng)重新

啟動(dòng)時(shí),對(duì)傳感器的判斷時(shí)間置零,避免影響下次料倉(cāng)中物料的判斷。網(wǎng)絡(luò)9無(wú)料塊時(shí),系統(tǒng)等待一個(gè)分揀循環(huán)周期后自動(dòng)停機(jī),若在此過(guò)程中出現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)、關(guān)機(jī)(皮帶停止)或料倉(cāng)傳感器的狀態(tài)變?yōu)?的情況,則清除無(wú)料計(jì)數(shù),使下次無(wú)料計(jì)時(shí)從零開(kāi)始。網(wǎng)絡(luò)10一個(gè)分揀過(guò)程時(shí)間內(nèi)料倉(cāng)中都沒(méi)有物料,停止皮帶運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)11當(dāng)料倉(cāng)中有物料時(shí),每隔一定時(shí)間從倉(cāng)中推出一個(gè)物料。出料間隔由C0給出,推出后,使出料計(jì)數(shù)器復(fù)位。網(wǎng)絡(luò)12達(dá)到設(shè)定的出料計(jì)數(shù)值時(shí),氣缸1把物料從料倉(cāng)推到皮帶上。網(wǎng)絡(luò)13皮帶上的物料通過(guò)檢測(cè)傳感器的變化和皮帶運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)的方式被推出。皮帶上同時(shí)存在多個(gè)物料,若皮帶上同時(shí)有多個(gè)藍(lán)色物料,則各個(gè)藍(lán)色物料必須建立各自的皮帶運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器才能保證最后被準(zhǔn)確推出。為使各個(gè)物料的分揀過(guò)程互不干擾,對(duì)每一個(gè)物料的分揀利用一個(gè)組程序模塊來(lái)處理,考慮到皮帶上存在的物料個(gè)數(shù),建立五個(gè)組來(lái)循環(huán)處理物料。網(wǎng)絡(luò)14皮帶上出現(xiàn)第1、6、11等物料時(shí)由第一組程序模塊負(fù)責(zé)分揀處理。當(dāng)?shù)谝唤M的物料完成鐵、鋁、顏色、藍(lán)色的分揀時(shí),第一組處理結(jié)束。

網(wǎng)絡(luò)15分揀系統(tǒng)只設(shè)有電感、電容、色標(biāo)傳感器,藍(lán)色物料不能通過(guò)傳感器的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)分類(lèi),因此考慮料倉(cāng)到藍(lán)色料倉(cāng)之間的距離利用計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)該組發(fā)生推鐵、鋁、

顏色時(shí),說(shuō)明不是藍(lán)色物料,不用繼續(xù)考慮是否是藍(lán)色塊,計(jì)數(shù)器復(fù)位,否則該物料是藍(lán)色物料,通過(guò)計(jì)數(shù)器觸發(fā)氣缸,把它推出皮帶。網(wǎng)絡(luò)16為避免由其他組處理物料引發(fā)的傳感器變化影響到當(dāng)前組處理模塊,在各個(gè)組內(nèi)分別對(duì)傳感器的有效時(shí)間進(jìn)行限定。計(jì)數(shù)器C5的值為70~120,第一組對(duì)電感傳感器

的變化作出反應(yīng),分揀鐵。這種設(shè)定使得其他組的程序模塊即使也檢測(cè)到電感傳感器的變化,但由于各個(gè)組的計(jì)數(shù)器的限定,各組之間的處理不會(huì)相互干擾。網(wǎng)絡(luò)17有效時(shí)間要根據(jù)物料倉(cāng)與鐵倉(cāng)之間的距離設(shè)定。

網(wǎng)絡(luò)18在這段時(shí)間內(nèi),若檢測(cè)到電感傳感器有效,判斷物料為鐵,把鐵塊推出皮帶使其進(jìn)入鐵倉(cāng)庫(kù)。氣缸推鐵的動(dòng)作引發(fā)第一組處理程序的結(jié)束,第一組判斷物料是否為鋁、顏色、藍(lán)色的程序不再執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)19若物料不是鐵塊,則通過(guò)電容傳感器檢測(cè)物料是否為鋁塊。

網(wǎng)絡(luò)21若電容傳感器的電平有效,判斷物料是鋁塊,物料被推出皮帶使其進(jìn)入鋁倉(cāng)庫(kù)。氣缸推鋁的動(dòng)作引發(fā)第一組處理程序的結(jié)束,第一組判斷物料是否為顏色、藍(lán)色的程

序不再執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)22若物料不是鐵塊和鋁塊,繼續(xù)檢測(cè)物料是否是顏色塊。

網(wǎng)絡(luò)24物料是顏色塊,物料被推出皮帶。氣缸推顏色的動(dòng)作引發(fā)第一組處理程序的結(jié)束,第一組判斷物料是否為藍(lán)色的程序不再執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)25若物料不是鐵、鋁和顏色塊,則把它歸為藍(lán)色塊,由最后的氣缸把它推出皮帶進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)。氣缸的動(dòng)作由計(jì)數(shù)器輸出有效引發(fā),因此設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮物料倉(cāng)與藍(lán)色料倉(cāng)之間的距離和皮帶運(yùn)行的速度。

網(wǎng)絡(luò)26第一組模塊的執(zhí)行過(guò)程中,一旦完成鐵、鋁、顏色、藍(lán)色的分揀,第一組處理程序結(jié)束。網(wǎng)絡(luò)27皮帶上出現(xiàn)第2、7、12等物料塊時(shí)由第二組程序模塊