可編程序控制器應(yīng)用

1、第四章可編程序控制器的應(yīng)用 主編第一節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和PLC選型1. 分析被控對(duì)象，明確控制要求一般地說(shuō)，應(yīng)首先向有關(guān)工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)人員和操作維修人員詳細(xì)了解被控設(shè)備的工作原理、工藝流程和操作方法，了解被控對(duì)象機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)之間的配合關(guān)系，確定被控制對(duì)象的控制要求。在此基礎(chǔ)上畫(huà)出被控制對(duì)象的工作流程圖，并送相關(guān)部門(mén)會(huì)審、認(rèn)可。第一節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和PLC選型2. 確定輸出/輸入設(shè)備及信號(hào)特點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)的輸入設(shè)備數(shù)量及種類(lèi)，如按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器等；明確各輸入信號(hào)的特點(diǎn)，如是開(kāi)關(guān)量還是模擬量、直流還是交流、電壓等級(jí)、信號(hào)幅度等；確定系統(tǒng)的輸出設(shè)備數(shù)量及種類(lèi)，如接觸器

2、、電磁閥、信號(hào)燈等；明確這些設(shè)備對(duì)控制信號(hào)的要求，如：電壓電流的大小、直流還是交流、電壓等級(jí)、開(kāi)關(guān)量還是模擬量等。據(jù)此確定PLC的I/O設(shè)備的類(lèi)型及數(shù)量。第一節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和PLC選型3. 選擇可編程序控制器PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿(mǎn)足控制要求的前提下力爭(zhēng)最好的性能價(jià)格比，并有良好的售后服務(wù)。在選擇時(shí)，有以下幾點(diǎn)事項(xiàng)可供參考：(1)輸出/輸入類(lèi)型根據(jù)輸入信號(hào)的類(lèi)型是開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量還是模擬量，選擇與之相匹配的輸入單元。(2)結(jié)構(gòu)形式小型PLC中，整體式比模塊式便宜，體積也較小，只是硬件配置不如模塊式靈活。(3)I/O的點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)要符合生產(chǎn)要求，并有一定的余量，考慮到增加點(diǎn)數(shù)的成本，

3、在選型前應(yīng)將輸入、輸出點(diǎn)作合理的安排，從而實(shí)現(xiàn)用較少的點(diǎn)數(shù)來(lái)保證設(shè)備的正常操作。(4)內(nèi)存容量PLC的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量以步為單位，每步可儲(chǔ)存一條指令。第一節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和PLC選型(5)響應(yīng)速度PLC輸入信號(hào)與相應(yīng)的輸出信號(hào)間有一定的時(shí)間延遲，稱(chēng)響應(yīng)延遲時(shí)間。(6)通信功能如果要求多臺(tái)PLC或PLC與其他智能化控制設(shè)備組成自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，則應(yīng)考慮選擇有相應(yīng)通信聯(lián)絡(luò)功能的PLC。(7)編程軟件目前通常采用計(jì)算機(jī)配以各種編程軟件，能適用于不同類(lèi)型的PLC，可明顯提高程序的編寫(xiě)和調(diào)試速度。(8)系列化從長(zhǎng)遠(yuǎn)和整體觀點(diǎn)出發(fā)，一個(gè)企業(yè)最好優(yōu)選一個(gè)PLC廠家的系列化產(chǎn)品，這樣可以減少PLC的備件，以

4、后建立自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)也較方便，而且只需購(gòu)置一套編程軟件，可實(shí)現(xiàn)資源共享。(9)售后服務(wù)供應(yīng)廠商能否幫助培訓(xùn)人員，幫助安裝、調(diào)試，提供備件、備品，并且保證維修等，以減少后顧之憂(yōu)。第一節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和PLC選型4. 分配I/O點(diǎn)地址根據(jù)已確定的I/O設(shè)備和選定的可編程序控制器，列出I/O設(shè)備與PLC的I/O點(diǎn)的地址對(duì)照表，以便于編制控制程序和設(shè)計(jì)接線圖及進(jìn)行硬件安裝。所以輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)分配時(shí)要有規(guī)律，并考慮信號(hào)特點(diǎn)及PLC公共端（COM端）的電流容量。5. 設(shè)計(jì)電路電路包括被控制設(shè)備的主電路及PLC外部的其他控制圖、PLC I/O接線圖、PLC主機(jī)、擴(kuò)展單元及I/O設(shè)備供電系統(tǒng)圖、電氣控制柜結(jié)構(gòu)

5、及電器設(shè)備安裝圖等。第一節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和PLC選型6. 設(shè)計(jì)控制程序控制程序的設(shè)計(jì)包括狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、梯形圖、指令表等。7. 調(diào)試調(diào)試包括模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。模擬調(diào)試是根據(jù)I/O單元指示燈顯示、不帶輸出設(shè)備的調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試分兩步進(jìn)行，首先連接電氣柜，不帶負(fù)載（如：電動(dòng)機(jī)、電磁閥等），檢查各輸出設(shè)備的工作情況。待各部分調(diào)試正常后，再帶上負(fù)載運(yùn)行調(diào)試。第一節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和PLC選型8. 技術(shù)文件整理技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、電器元件明細(xì)表、電氣原理圖和安裝圖、狀態(tài)表、梯形圖及軟件資料、使用說(shuō)明書(shū)等。圖4-1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)一、PLC輸入電路的設(shè)計(jì)1. 根

6、據(jù)輸入信號(hào)類(lèi)型合理選擇輸入單元在生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中，常用的輸入信號(hào)有開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量和模擬量等。若為開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，應(yīng)注意開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率。當(dāng)頻率較高時(shí)，應(yīng)選用高速計(jì)數(shù)模塊。若為數(shù)字量輸入信號(hào)，應(yīng)合理選擇電壓等級(jí)。按電壓等級(jí)一般可分為交、直流24V，交、直流120V和交、直流230V或使用TTL及與TTL兼容的電平。若為模擬量輸入信號(hào)，應(yīng)首先將非標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)范圍的模擬量信號(hào)，如15V、420mA，然后選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換模塊。當(dāng)信號(hào)長(zhǎng)距離傳送時(shí)，使用420mA的電流信號(hào)為佳。第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)2. 輸入元件的接線方式開(kāi)關(guān)元件的輸入接線如圖4 2所示。一般要求所有開(kāi)關(guān)、按鈕均為常開(kāi)

7、狀態(tài)。它的常閉觸點(diǎn)可通過(guò)軟件在程序中反映，從而使程序清晰明了。圖4 2a所示為PLC輸入單元中含有內(nèi)部電源的情況；圖4 2b為輸入單元中無(wú)內(nèi)部電源，由用戶(hù)外接電源的情況。圖4-2開(kāi)關(guān)元件的輸入接線圖第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)圖4-3模擬量輸入的接線圖3. 防止輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)抖動(dòng)的方法輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)的抖動(dòng)有可能造成內(nèi)部控制程序的誤動(dòng)作。防止輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)抖動(dòng)可采用外部RC電路進(jìn)行濾波，也可在控制程序中編制一個(gè)防止抖動(dòng)單元程序，以濾除抖動(dòng)造成的影響。其單元程序圖見(jiàn)第三章單穩(wěn)態(tài)控制程序，延時(shí)時(shí)間可視開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的情況而定。第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)4. 減少輸入點(diǎn)的方法減少系統(tǒng)所需的PLC輸入點(diǎn)是降低硬件成本的常

8、用措施，具體方法有：1)某些具有相同性能和功能的輸入觸點(diǎn)可串聯(lián)或并聯(lián)后再輸入PLC，這樣它們只占PLC的一個(gè)輸入點(diǎn)。圖4-4傳感器輸出為集電極開(kāi)路門(mén)開(kāi)關(guān)信號(hào)的接線圖第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)2)某些功能比較簡(jiǎn)單、與系統(tǒng)控制部分關(guān)系不大的輸入信號(hào)可放在PLC之外，如圖4-5所示，例如某些負(fù)載的手動(dòng)按鈕就可設(shè)置在PLC之外，直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。3)若系統(tǒng)具有兩種不同的工作方式，這兩種工作方式不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，若一種方式工作時(shí)使用某個(gè)輸入點(diǎn)，那么，這個(gè)輸入點(diǎn)可以被另一種方式工作時(shí)使用。圖4-5輸入信號(hào)設(shè)置在PLC之外第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)4)利用軟件，使一個(gè)按鈕具有多種功能。5)用矩陣輸入的方法擴(kuò)展輸入點(diǎn)。P

9、LC的輸入端采用矩陣的輸入方式后，其輸入繼電器就不得再與輸入信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，必須通過(guò)梯形圖附加解碼電路，用PLC輔助繼電器代替原輸入繼電器，使輸入信號(hào)和輔助繼電器逐個(gè)對(duì)應(yīng)。梯形圖如圖4 7所示。圖4-6用矩陣輸入擴(kuò)展輸入端圖4-7解碼用梯形圖第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)5. 留有余量 在設(shè)計(jì)中對(duì)I/O點(diǎn)的安排，應(yīng)有一定的余量。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程需要修改控制方案時(shí)，可使用備用的I/O點(diǎn)；當(dāng)I/O單元中某一點(diǎn)損壞時(shí)，也可使用備用點(diǎn)，并在程序中作相應(yīng)修改。第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)二、PLC輸出電路的設(shè)計(jì)1. 根據(jù)負(fù)載類(lèi)型確定輸出方法對(duì)于只接受開(kāi)關(guān)量信號(hào)的負(fù)載，根據(jù)其電源類(lèi)型及對(duì)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率要求，選擇繼電

10、器輸出、晶體管輸出或雙向晶閘管輸出模塊。繼電器輸出電路可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，也可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，承受瞬間過(guò)電流、過(guò)電壓的能力較強(qiáng)，但響應(yīng)速度較慢，其開(kāi)通與關(guān)斷延遲時(shí)間約為10ms；雙向晶閘管輸出電路的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間約為1ms和10ms，它只能帶交流負(fù)載；晶體管輸出電路的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間均小于1ms，但它只能帶直流負(fù)載。對(duì)于需要模擬量驅(qū)動(dòng)的負(fù)載，則應(yīng)選用合適的D/A模塊。第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)2. 輸出負(fù)載的接線方式輸出負(fù)載和PLC的輸出端相連接，其接線方式如圖4 8所示。圖4 8a為交流負(fù)載的接法：相線L進(jìn)公共端COM，受PLC控制，從Y001Y004輸出；負(fù)載的另一端相連，接零線N。圖4 8b為直流

11、負(fù)載的接法，電源的正負(fù)極根據(jù)輸出模塊的極性，千萬(wàn)不能接錯(cuò)。不同電壓等級(jí)的負(fù)載，應(yīng)分組連接，共用一個(gè)公共點(diǎn)的輸出端只能驅(qū)動(dòng)同一電壓等級(jí)的負(fù)載。圖4-8輸出負(fù)載的接線圖第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)3. 選擇輸出電流、電壓輸出模塊的額定輸出電流、電壓必須大于負(fù)載所需求的電流和電壓。如果負(fù)載實(shí)際電流較大，輸出單元無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)，可以加中間驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。在安排負(fù)載的接線時(shí)，還應(yīng)考慮在同一公共端所屬輸出點(diǎn)的數(shù)量，同時(shí)輸出負(fù)載的電流之和必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值。第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)4. 輸出電路的保護(hù)在輸出電路中，當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，為避免PLC內(nèi)部輸出元件的損壞，應(yīng)在輸出負(fù)載回路中加裝熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。圖

12、4-9輸出電路的保護(hù)第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)5. 減少輸出點(diǎn)的方法(1)分組輸出當(dāng)兩組負(fù)載不同時(shí)工作時(shí)，可通過(guò)外部轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或通過(guò)受PLC控制的繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行切換，如圖4-10所示。圖4-10分組輸出接線圖第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)(2)并聯(lián)輸出當(dāng)兩負(fù)載處于相同的受控狀態(tài)時(shí)，可將兩負(fù)載并聯(lián)后接在同一個(gè)輸出端上。圖4-11矩陣輸出接線圖第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)(3)矩陣輸出矩陣輸出如圖所示。1)矩陣輸出中的負(fù)載和輸出觸點(diǎn)不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如若要求接觸器KM4得電，則需要Y003和Y007同時(shí)有輸出。2)矩陣輸出也存在著和矩陣輸入同樣的問(wèn)題，即要求在某一時(shí)刻同時(shí)有輸出的負(fù)載必須有一條公共的輸出線，否

13、則會(huì)帶來(lái)控制錯(cuò)誤。(4)用普通繼電器直接控制某些相對(duì)獨(dú)立的受控設(shè)備也可用普通繼電器直接控制。第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)三、供電設(shè)計(jì)與接地在實(shí)際的控制中，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的供電與接地系統(tǒng)，是保證控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。雖然PLC本身允許在較為惡劣的供電環(huán)境下運(yùn)行。但是，整個(gè)控制系統(tǒng)的供電和接地設(shè)計(jì)不合理，也是不能投入運(yùn)行的。第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)1.供電設(shè)計(jì)在一般情況下，為PLC供電回路是交流220V、50Hz普通市電，因此應(yīng)考慮電網(wǎng)頻率不能有很大波動(dòng)，在供電網(wǎng)路上也不應(yīng)有大用電量用戶(hù)反復(fù)啟停設(shè)備，以造成較大的電網(wǎng)沖擊。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，為PLC供電的回路可采用隔離變壓器、交

14、流穩(wěn)壓器、UPS等設(shè)備。圖4-12PLC供電系統(tǒng)示意圖第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)2.接地處理 在以PLC為核心的控制系統(tǒng)中，有多種接地方法。為了安全使用PLC，應(yīng)正確區(qū)分?jǐn)?shù)字地、信號(hào)地、模擬地、交流地、直流地、屏蔽地、保護(hù)地等接地方法。在工程施工時(shí)，應(yīng)很好地連接地線。它一般遵循以下幾項(xiàng)原則：1)采用專(zhuān)用接地或共用接地方式，如圖4-13a、b所示,但不能使用串聯(lián)接地的方式，如圖4-13c所示。圖4-13接地方式第二節(jié)PLC外圍電路設(shè)計(jì)2)交流地和信號(hào)地不能使用同一根地線。3)屏蔽地和保護(hù)地應(yīng)各自獨(dú)立地接到接地銅排上。4)模擬信號(hào)地、數(shù)字信號(hào)地、屏蔽地的接法，按PLC廠商操作手冊(cè)的要求連接。 由于篇

15、幅所限，供電設(shè)計(jì)和接地可參考有關(guān)資料，這里不再詳細(xì)敘述。第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)一、基本電氣控制對(duì)于各種開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)，一般可分為聯(lián)鎖控制和按變化參量控制的兩條基本控制原則。(一)圖形轉(zhuǎn)換法圖形轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是繼電器控制電路圖，第一章中曾講到繼電器控制電路圖和PLC控制梯形圖都表示了輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系，因此在小設(shè)備改造時(shí)，可將原繼電接觸器控制電路直接“轉(zhuǎn)換”成梯形圖?，F(xiàn)以“串電阻減壓起動(dòng)和反接制動(dòng)的PLC控制”為例，作一簡(jiǎn)單介紹。第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)1.分清主電路和控制電路圖4-14串電阻減壓起動(dòng)和反接制動(dòng)控制電路第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)2.確定I/O元件，分配地址考慮到熱繼電器的觸點(diǎn)不接入PLC的輸

16、入點(diǎn)，中間繼電器KA用PLC的輔助繼電器代替，所以PLC的輸入元件為SB1、SB2和KS，輸出元件為KM1、KM2和KM3。地址分配見(jiàn)表4 1。表4-1地址分配表第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)3.主電路、PLC的供電和I/O接線設(shè)計(jì)去掉圖4 14中點(diǎn)畫(huà)線框中的控制電路，保留主電路；PLC的供電和I/O接線如圖4 15a所示，圖中PLC的供電電壓為交流220V，所以通過(guò)熔斷器FU3接到電源的L和N端；熱繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)連接在相線L和PLC的公共端COM，起到過(guò)載保護(hù)的作用；由于KM1、KM2不能同時(shí)得電，所以KM1、KM2的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)互鎖。圖4-15改造后的控制部分第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)4.設(shè)計(jì)梯形圖將點(diǎn)畫(huà)線

17、框內(nèi)的控制電路除熱繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)外，按照表41“轉(zhuǎn)換”成梯形圖，如圖4 15b所示，讀者可分析經(jīng)PLC改造后的控制電路功能是否和改造前一致。圖4-15改造后的控制部分第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)(二)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是目前使用較為廣泛的設(shè)計(jì)方法。所謂經(jīng)驗(yàn)，即需要兩個(gè)方面較為豐富的知識(shí):一是熟悉繼電器控制電路，能抓住控制電路的核心所在，能將一個(gè)較復(fù)雜的控制電路分解成若干個(gè)分電路，能熟練分析各分電路的功能和各分電路之間的聯(lián)系；二是熟悉梯形圖中一些典型的單元程序，如定時(shí)、計(jì)數(shù)、單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)、互鎖、起停保、脈沖輸出等。根據(jù)控制要求，運(yùn)用已有的知識(shí)儲(chǔ)備，設(shè)計(jì)控制梯形圖。第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)1.繪制主電路和I

18、/O接線圖I/O元件地址分配，主電路、PLC供電和I/O接線設(shè)計(jì)均同圖形轉(zhuǎn)換法所述。2.分析電路原理，明確控制要求1)在起動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕SB2， KM1線圈得電，KM1主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)串入限流電阻R開(kāi)始起動(dòng)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到某一定值(如120r/min)時(shí)，KS的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，中間繼電器KA得電并自鎖，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使得接觸器KM3得電，KM3主觸頭閉合，短接起動(dòng)電阻，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，直至穩(wěn)定運(yùn)行。2)制動(dòng)時(shí)，按下停止按鈕SB1，使得接觸器KM1失電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，因中間繼電器KA得電并保持，所以KM2得電、KM3失電，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)，并串入電阻限制制動(dòng)電流；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

19、速快速下降到某一定值(如100r/min)時(shí)，KS動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)， KM2釋放，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入自由停車(chē)。第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)3.根據(jù)控制要求編寫(xiě)梯形圖根據(jù)控制要求編寫(xiě)的梯形圖如圖4 16所示，從圖中看出梯形圖分三條:第一條是按下SB2，KM1得電并自鎖，進(jìn)入起動(dòng)狀態(tài)；第二條是在KM1得電起動(dòng)后，轉(zhuǎn)速上升到設(shè)定值時(shí)，KS閉合，KM3得電，短接起動(dòng)電阻，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；第三條是按下SB1，KM2得電（此時(shí)在第一條中KM1失電，第二條中KM3 失電），進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定值時(shí)，KS斷開(kāi)，KM2失電，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入自由停車(chē)。圖4-16用經(jīng)驗(yàn)法編寫(xiě)的梯形圖第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)(三)邏輯函數(shù)設(shè)計(jì)法邏輯函數(shù)設(shè)計(jì)法

20、就是采用數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)PLC控制程序，現(xiàn)以指示燈程序的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明其設(shè)計(jì)過(guò)程。1.根據(jù)控制要求建立真值表將PLC的輸入繼電器作為真值表的邏輯變量，得電時(shí)為“1”，失電時(shí)為“0”；將輸出繼電器作為真值表的邏輯函數(shù)，得電時(shí)為“1”，失電時(shí)為“0”；邏輯變量（輸入繼電器）的組合和相應(yīng)邏輯函數(shù)（輸出繼電器）的值見(jiàn)表4 2。第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)表4-2真值表2.按真值表寫(xiě)出邏輯表達(dá)式并化簡(jiǎn)Y000=X002+X001+X000第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)3.按邏輯表達(dá)式畫(huà)出梯形圖上述邏輯表達(dá)式中等號(hào)右邊的是輸入觸點(diǎn)的組合，“ ”為觸點(diǎn)的串聯(lián)，“+”為觸點(diǎn)的并聯(lián)，“非”號(hào)表示為常閉觸點(diǎn)；等號(hào)左邊的邏輯

21、函數(shù)就是輸出線圈。將、等用它們的常閉觸點(diǎn)表示，符合上述邏輯表達(dá)式的梯形圖如圖4 17所示。圖4-17符合指示要求的梯形圖第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)二、順序控制(一)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1. 熟悉被控對(duì)象的工作過(guò)程現(xiàn)以送料小車(chē)的工作過(guò)程為例予以說(shuō)明，如圖4 18所示，熟悉被控對(duì)象工作過(guò)程的目的是將工作過(guò)程分解成若干個(gè)狀態(tài)。圖4-18小車(chē)送料示意圖第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)圖4-19小車(chē)送料流程圖第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)圖4-20狀態(tài)流程及轉(zhuǎn)換條件2. 確定相鄰狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)3. 對(duì)I/O設(shè)備按PLC的I/O點(diǎn)進(jìn)行分配 I/O點(diǎn)的分配見(jiàn)表4 3。應(yīng)注意，PLC的時(shí)間繼電器由軟件構(gòu)成，這里用內(nèi)部定時(shí)器T1、T2分別

22、表示裝料延時(shí)繼電器KT1和卸料延時(shí)繼電器KT2，因?yàn)樗鼈儾恢苯酉蛲廨敵?，所以不列在? 3中。表中增加了一個(gè)起動(dòng)按鈕，用于起動(dòng)送料小車(chē)的工作，停止和其他動(dòng)作隨后介紹。表4-3I/O點(diǎn)地址分配表4. 畫(huà)出狀態(tài)表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì) 用PLC中的6個(gè)輔助繼電器(M1M6)分別作為相應(yīng)6個(gè)狀態(tài)(裝料左慢行)的狀態(tài)標(biāo)志，列出狀態(tài)表，見(jiàn)表4 4，表中“輸出”欄中的“+”表示繼電器線圈得電。表4-4狀態(tài)表第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)圖4-21狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的格式第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)圖4-22狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖5. 使用步進(jìn)指令編寫(xiě)梯形圖“狀態(tài)”在工業(yè)控制中又稱(chēng)為“步”，PLC中的步進(jìn)指令是編寫(xiě)順序控制最直接和有效的工具

23、，結(jié)合圖4-22所示狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖4-22狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，采用步進(jìn)指令編寫(xiě)的梯形圖如圖4-23所示。從圖中看出，使用步進(jìn)指令編寫(xiě)的梯形圖不受同名雙線圈的影響，不需要組合輸出，可以在每個(gè)狀態(tài)下直接輸出，非常直觀，其缺點(diǎn)是不夠靈活。第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)6. 使用基本指令編寫(xiě)梯形圖根據(jù)上面介紹的狀態(tài)表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖都可以編制出用戶(hù)程序，當(dāng)使用基本指令編寫(xiě)梯形圖時(shí)，可參考以下方法。用基本指令編寫(xiě)的梯形圖也有一定規(guī)律，且比較靈活，能適應(yīng)各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。圖4-23使用步進(jìn)指令編寫(xiě)的梯形圖第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)圖4-24使用基本指令的設(shè)計(jì)方法圖4-25模板的運(yùn)用第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì) 輸出Y005為例，參照狀態(tài)表的“輸出”欄

24、代入“組合輸出模板”，如圖4-25b所示。 對(duì)每一個(gè)狀態(tài)運(yùn)用“狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板”，對(duì)每一個(gè)輸出運(yùn)用“組合輸出模板”，就可得到圖4-22所示狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的梯形圖，如圖4-26所示。在裝料狀態(tài)的這一條梯形圖上增加了點(diǎn)畫(huà)線框內(nèi)的內(nèi)容，用于起動(dòng)，其作用是小車(chē)在最左面裝料點(diǎn)時(shí)，壓合行程開(kāi)關(guān)SQ3(X003)是起動(dòng)的條件，也就是說(shuō)小車(chē)只有在裝料位置時(shí)才能起動(dòng)。第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)圖4-26基本指令設(shè)計(jì)的梯形圖第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)(二)綜合設(shè)計(jì)考慮到各種控制的需要，增加輸入轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)切換多循環(huán)狀態(tài)和單循環(huán)狀態(tài)、手動(dòng)狀態(tài)和自動(dòng)狀態(tài)；增加按鈕來(lái)控制起動(dòng)、停止和手動(dòng)操作。圖4-27PLC的I/O接線圖第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)圖4

25、-28系統(tǒng)操作面板示意圖在圖4-27左邊的輸入端，當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA2觸點(diǎn)閉合時(shí)，使系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)，反之為手動(dòng)狀態(tài)；SA1觸點(diǎn)閉合時(shí)，系統(tǒng)處于多循環(huán)狀態(tài)，反之為單循環(huán)狀態(tài)；SA3觸點(diǎn)閉合時(shí)為不計(jì)數(shù)狀態(tài)，反之為計(jì)數(shù)狀態(tài)。第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)表4-5輸入點(diǎn)分配表第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)1. 起動(dòng)與急停(1)起動(dòng)設(shè)計(jì)起動(dòng)設(shè)計(jì)主要考慮的是起動(dòng)條件，送料小車(chē)起動(dòng)的條件是小車(chē)在裝料位置，即壓合行程開(kāi)關(guān)SQ3(003)，否則，按下起動(dòng)按鈕SB1(X000)無(wú)效，不能起動(dòng)，因此要將X003和X000串聯(lián)。(2)急停設(shè)計(jì)1)將X005(急停按鈕SB2)常閉觸點(diǎn)設(shè)置在循環(huán)程序段的最前面，與MC指令聯(lián)合使用，最后面使用MCR

26、指令，如圖4-29a所示。2)將X005(急停按鈕SB2)常閉觸點(diǎn)設(shè)置在組合輸出程序段的最前面，與MC指令聯(lián)合使用，最后面使用MCR指令，如圖4-29b所示。圖4-29急停設(shè)計(jì)2.單循環(huán)和多循環(huán)所謂單循環(huán)就是在設(shè)備完成一個(gè)循環(huán)后，回到起點(diǎn)并自動(dòng)停止；所謂多循環(huán)就是在設(shè)備完成一個(gè)循環(huán)后，回到起點(diǎn)且自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。圖4-30多循環(huán)/單循環(huán)轉(zhuǎn)換3.循環(huán)停止和急返系統(tǒng)除緊急停止（急停）外，還有其他停止方式,如循環(huán)停止，按下循環(huán)停止按鈕，系統(tǒng)并非立即停止，而是在系統(tǒng)做完一個(gè)循環(huán)才停止；又如急返，按下急返按鈕，系統(tǒng)循原路返回，回到起始位置時(shí)停止。(1)循環(huán)停止設(shè)計(jì)根據(jù)循環(huán)停止的要求，循環(huán)停止其實(shí)就是在

27、送料小車(chē)多循環(huán)的運(yùn)行過(guò)程中，將多循環(huán)/單循環(huán)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)從“多循環(huán)”切換到“單循環(huán)”處，使小車(chē)在一個(gè)循環(huán)后自動(dòng)停止。(2)急返設(shè)計(jì)急返時(shí)需增加一個(gè)急返按鈕，再加寫(xiě)一段急返程序，因篇幅限制，這里不再介紹。圖4-31循環(huán)停止和緊急停止4.計(jì)數(shù)循環(huán)和不計(jì)數(shù)循環(huán)所謂不計(jì)數(shù)循環(huán)就是上述多循環(huán)的例子,所謂計(jì)數(shù)循環(huán)就是在多循環(huán)的狀態(tài)下，記錄循環(huán)的個(gè)數(shù)，當(dāng)循環(huán)個(gè)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停止。圖4-32計(jì)數(shù)/不計(jì)數(shù)的切換控制5.自動(dòng)和手動(dòng)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制是控制系統(tǒng)中的兩大控制方法。它們的關(guān)系可以是互逆的，不是自動(dòng)，就是手動(dòng)；也可以同時(shí)存在，但有優(yōu)先關(guān)系。本節(jié)只介紹互逆關(guān)系的自動(dòng)和手動(dòng)控制。圖4-33手動(dòng)和自動(dòng)程序控制6

28、.多工位循環(huán)的連接圖4-34考慮到相鄰循環(huán)的順序功能圖三、程序設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1.采用模塊化編程方法各模塊的功能在邏輯上盡可能單一化、明確化，做到模塊和功能一一對(duì)應(yīng)。模塊之間的聯(lián)系及互相影響應(yīng)盡可能地減少，對(duì)必要的聯(lián)系應(yīng)進(jìn)行明確的說(shuō)明。2.程序的編寫(xiě)要有可讀性圖4-35具有分支的狀態(tài)流程圖3.注意梯形圖的特殊性正確處理在單元程序中講到的一些問(wèn)題。如：雙重輸出、不能編程序的電路轉(zhuǎn)換等。4.關(guān)于分支程序具有分支的狀態(tài)流程圖如圖4 35所示。圖中M2、M5為選擇條件，狀態(tài)寄存器S3或S5置位時(shí)，S2將自動(dòng)復(fù)位。如果S3置位，執(zhí)行S3開(kāi)始的步進(jìn)過(guò)程；如果S5置位，則執(zhí)行S5開(kāi)始的步進(jìn)程序。狀態(tài)寄存器S7由

29、狀態(tài)S4和S6中相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件置位。當(dāng)S7置位時(shí)，S4和S6被復(fù)位。具有分支的狀態(tài)流程可用基本指令或步進(jìn)指令編寫(xiě)。第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例圖4-36開(kāi)關(guān)站面板示意圖1單項(xiàng)調(diào)整或自動(dòng)循環(huán)開(kāi)關(guān)2一次循環(huán)或連續(xù)循環(huán)開(kāi)關(guān)3油泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和指示燈按鈕4電源指示燈5主軸調(diào)整或工作開(kāi)關(guān)6夾具調(diào)整或工作開(kāi)關(guān)7機(jī)械手調(diào)整或工作開(kāi)關(guān)8橫刀架調(diào)整或工作開(kāi)關(guān)9縱刀架調(diào)整或工作開(kāi)關(guān)10機(jī)床各部急返按鈕11機(jī)床循環(huán)起動(dòng)按鈕12油泵停止按鈕第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例一、被改造設(shè)備概況圖4-38機(jī)床動(dòng)作示意圖第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例表4-6元器件明細(xì)表第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例1.初始狀態(tài)1)機(jī)械手在原始位置，爪部持待加工件，行程開(kāi)關(guān)SQ4、S

30、Q5均處于壓合狀態(tài)，電磁鐵YC5失電。2)縱刀架、橫刀架均在初始位，行程開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2釋放，SQ3、SQ6受壓，電磁鐵YC3、YC4失電。3)夾具處于張開(kāi)狀態(tài)，YC1、YC2失電。4)開(kāi)關(guān)位置：SA1指向“自動(dòng)”位置，SA2指向“多循環(huán)”位置，SA3、SA4、SA5、SA6、SA7均指向“工作”位置。第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例2.循環(huán)操作原理按SB4夾具張開(kāi)機(jī)械手裝料夾具夾緊機(jī)械手返回初始位并持料縱刀架進(jìn)刀橫刀架進(jìn)刀橫刀架返回至始位縱刀架返回至初始位夾具張開(kāi)（零件落下）循環(huán)操作。3.調(diào)整功能1)機(jī)床各部分需要檢查動(dòng)作或作調(diào)整時(shí)，首先將SA1轉(zhuǎn)向“調(diào)整”位置，然后根據(jù)主軸、夾具、機(jī)械手和刀架的要求

31、進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整或配合調(diào)整。2)在試切削時(shí)，可將SA2轉(zhuǎn)至“單循環(huán)”處，試切完畢，將SA2鈕旋向“多循環(huán)”處，進(jìn)行正常工作。3)SB3為“急返”按鈕，按下后，刀架順原路返回到初始位置，機(jī)械手返回到初始位且持料，正在加工的零件繼續(xù)夾緊，主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例4.循環(huán)起動(dòng)機(jī)床處于初始狀態(tài)，按SB1（油泵起動(dòng)），當(dāng)油壓到達(dá)一定壓力時(shí)，壓力繼電器動(dòng)作，其常開(kāi)觸點(diǎn)BP閉合。按SB4，進(jìn)入循環(huán)操作。5.機(jī)床的電氣保護(hù)1)FU1為主電路的短路保護(hù)；2)FR1、FR2為油泵電動(dòng)機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)；3)FU2、FU3為控制電路的短路保護(hù)，F(xiàn)U4、FU5是照明、信號(hào)燈電路的短路保護(hù)。第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí)

32、 例二、設(shè)備改造過(guò)程1.熟悉設(shè)備首先讀通電氣原理圖、液壓原理圖，明確各按鈕、開(kāi)關(guān)、電磁閥、限位開(kāi)關(guān)等的功能。到現(xiàn)場(chǎng)觀察機(jī)床的動(dòng)作，對(duì)循環(huán)過(guò)程中有幾個(gè)狀態(tài)、各電磁閥對(duì)應(yīng)的輸出情況以及各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件做到心中有數(shù)。對(duì)特殊要求，如“急返”、“手動(dòng)”等功能，要一一試驗(yàn)是否符合操作要求。同時(shí)，征求技術(shù)人員、操作工人對(duì)機(jī)床改造的意見(jiàn)，是否有新的動(dòng)作要求，以便在編程時(shí)一并予以考慮。第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例2.選用PLC，分配I/O地址由于該設(shè)備要求輸出/輸入均為開(kāi)關(guān)量，根據(jù)其點(diǎn)數(shù)選用FX2N-32MR可編程序控制器。對(duì)輸入/輸出點(diǎn)分配見(jiàn)表4 7。表4-7輸入/輸出點(diǎn)分配表第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例3. PLC外圍電路

33、設(shè)計(jì)改造后的接線可將圖4 37點(diǎn)畫(huà)線右面部分全部拆去，然后接上PLC主機(jī)，用壓力繼電器的觸點(diǎn)作為PLC的電源開(kāi)關(guān)。輸入開(kāi)關(guān)均為常開(kāi)，輸出應(yīng)在其公共端串入510A熔斷器作為短路保護(hù)，并在交流電感性負(fù)載上并聯(lián)RC浪涌吸收電路（047F+100），以抑制噪聲的發(fā)生。PLC I/O接線圖如圖4 40所示。圖4-40PLC IO接線圖第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例4.編寫(xiě)控制程序根據(jù)控制要求，所編程序應(yīng)符合圖4 41所示的流程框圖。按循環(huán)要求可設(shè)計(jì)狀態(tài)表見(jiàn)表4 8。程序結(jié)構(gòu)框圖如圖4 42所示，圖中前三階梯圖表示了調(diào)整、急返、自動(dòng)間的邏輯關(guān)系，其中自動(dòng)程序段中的順序功能圖如圖4 43所示。詳細(xì)梯形圖不再贅述。圖4

34、-41根據(jù)控制要求建立的流程框圖第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例表4-8機(jī)床動(dòng)作狀態(tài)表第四節(jié)應(yīng) 用 實(shí) 例圖4-42程序結(jié)構(gòu)框圖圖4-43狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖第五節(jié)PLC控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試及維護(hù)一、PLC控制系統(tǒng)的安裝PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可直接用于工業(yè)環(huán)境。但也必須按照操作手冊(cè)的說(shuō)明，在規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)下進(jìn)行安裝、使用。一般來(lái)說(shuō)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。1. PLC控制系統(tǒng)對(duì)布線的要求電源是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑。除在電源和接地設(shè)計(jì)中講到的注意事項(xiàng)外，在具體安裝施工時(shí)還要做到以下幾條：1)對(duì)PLC主機(jī)電源的配線，為防止受其他電器起動(dòng)沖擊電流的影響使電壓下降，應(yīng)與動(dòng)力線分開(kāi)配

35、線，并保持一定距離。2)為防止由于干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作，接地端子必須接地。第五節(jié)PLC控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試及維護(hù)3)輸出/輸入線應(yīng)與動(dòng)力線及其他控制線分開(kāi)走線，盡量不要在同一線槽內(nèi)布線。4)對(duì)于傳遞模擬量的信號(hào)線應(yīng)使用屏蔽線，屏蔽線的屏蔽層應(yīng)一端接地。5)因PLC基本單元和擴(kuò)展單元間傳輸?shù)男盘?hào)小，頻率高，易受干擾，它們之間的連接要采用廠家提供的專(zhuān)用連接線。6)所有電源線、輸出/輸入配線必須使用壓接端子或單線，多股線直接接在端子上容易引起打火。7)系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)足夠粗，以防止大容量設(shè)備起動(dòng)時(shí)引起的線路壓降。第五節(jié)PLC控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試及維護(hù)2.輸出/輸入對(duì)工作環(huán)境的要求良好的工作環(huán)境是保證PLC控制系統(tǒng)正常工作、提高PLC使用壽命的重要因素。PLC對(duì)工作環(huán)境的要求，一般有以下幾點(diǎn)：1)避免陽(yáng)光直射，周?chē)鷾囟葹?55。2)避免相對(duì)溫度急劇變化而凝結(jié)露水，相對(duì)濕度控制在10%90%RH，以保證PLC的絕緣性能。3)避免腐蝕