機(jī)電一體化技術(shù) -課件 項(xiàng)目七

機(jī)電一體化技術(shù)主編

張奇良

魯佳

王紅錦PARTONE項(xiàng)目七數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)方法目錄/CONTENTS任務(wù)一梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法任務(wù)二順序控制設(shè)計(jì)法與順序功能圖任務(wù)三順序控制梯形圖的設(shè)計(jì)方法行業(yè)PPT模板/hangye/PARTONE任務(wù)一梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法一、啟動(dòng)保持停止電路

啟動(dòng)保持停止電路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)啟保停電路)在梯形圖中的應(yīng)用很廣,如圖7-1所示。圖中的啟動(dòng)信號(hào)I0.0和停止信號(hào)I0.1(如啟動(dòng)按鈕和停止按鈕提供的信號(hào))持續(xù)為ON的時(shí)間一般都很短。啟保停電路最主要的特點(diǎn)是具有“記憶”功能,按下啟動(dòng)按鈕,I0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)接通。二、定時(shí)器應(yīng)用電路

例7.1用定時(shí)器設(shè)計(jì)延時(shí)接通/斷開(kāi)電路,要求輸入I0.0和輸出Q0.1的波形,如圖7-2所示。

圖7-2中的電路用I0.0控制Q0.1,I0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)接通后,T37開(kāi)始定時(shí),9s后T37的常開(kāi)觸點(diǎn)接通,使斷開(kāi)延時(shí)定時(shí)器T38的線圈通電,T38的常開(kāi)觸點(diǎn)接通,使Q0.1的線圈通電。I0.0變?yōu)?狀態(tài)后,T38開(kāi)始定時(shí),7s后T38的定時(shí)時(shí)間到,其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi),使Q0.1變?yōu)?狀態(tài)。

例7.2用計(jì)數(shù)器擴(kuò)展定時(shí)器的定時(shí)范圍。

S7-200的定時(shí)器最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間為3276.7s,如果需要更長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間,則可以使用如圖7-3所示的定時(shí)器范圍擴(kuò)展電路。當(dāng)I0.2為OFF時(shí),100ms定時(shí)器T37和加計(jì)數(shù)器C4處于復(fù)位狀態(tài),它們不能工作。當(dāng)I0.2為ON時(shí),其常開(kāi)觸點(diǎn)接通,T37開(kāi)始定時(shí),3000s后T37的定時(shí)時(shí)間到,其當(dāng)前值等于設(shè)定值,它的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),使它自己復(fù)位。復(fù)位后T37的當(dāng)前值變?yōu)?,同時(shí)它的常閉觸點(diǎn)接通,使它自己的線圈重新“通電”,又開(kāi)始定時(shí)。T37就這樣周而復(fù)始地工作,直至I0.2變?yōu)镺FF。從上面的分析可知,圖7-3中最上面一行的電路是一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生器,脈沖周期等于T37的設(shè)定值(3000s)。三、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法舉例

小車(chē)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的繼電器控制電路圖如圖7-4所示,其中KM1和KM2分別是控制正轉(zhuǎn)運(yùn)行和反轉(zhuǎn)運(yùn)行的交流接觸器。用KM1和KM2的主觸點(diǎn)改變進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的三相電源的相序,即可改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。圖中的FR是熱繼電器,當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí),它的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),使KM1或KM2的線圈斷電,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

如圖7-5所示和如圖7-6所示分別是功能與圖7-4所示系統(tǒng)相同的PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖和梯形圖。四、常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)的處理

在介紹梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法時(shí),實(shí)際上有一個(gè)前提,就是假設(shè)輸入的數(shù)字量信號(hào)均由外部常開(kāi)觸點(diǎn)提供,但是在實(shí)際操作中有些輸入信號(hào)只能由常閉觸點(diǎn)提供。在繼電器電路圖中,熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)與接觸器KM1和KM2的線圈串聯(lián),當(dāng)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載時(shí),FR的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),使KM1和KM2的線圈斷電。

為了使梯形圖與繼電器電路圖中觸點(diǎn)的類(lèi)型相同,通常應(yīng)盡可能地用常開(kāi)觸點(diǎn)作為PLC的輸入信號(hào)。如果某些信號(hào)只能用常閉觸點(diǎn)輸入,則可以按輸入全部為常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì),然后將梯形圖中相應(yīng)的輸入位的觸點(diǎn)改為相反的觸點(diǎn),即常開(kāi)觸點(diǎn)改為常閉觸點(diǎn),常閉觸點(diǎn)改為常開(kāi)觸點(diǎn)。PARTTWO任務(wù)二順序控制設(shè)計(jì)法與順序功能圖一、順序控制設(shè)計(jì)法

順序控制是指按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序,在各輸入信號(hào)的作用下,根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序,各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)地、有秩序地進(jìn)行操作。在使用順序控制設(shè)計(jì)法時(shí),首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程,畫(huà)出順序功能圖(SequentialFunctionChart),然后根據(jù)順序功能圖畫(huà)出梯形圖。順序功能圖是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形,也是設(shè)計(jì)PLC順序控制程序的有力工具。二、步與動(dòng)作1.步的基本概念

順序控制設(shè)計(jì)法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段,這些階段稱(chēng)為步(Step),并用編程元件(如位存儲(chǔ)器M和順序控制繼電器S)來(lái)代表各步。

如圖7-7所示的波形圖給出了控制鍋爐的鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的要求。按下啟動(dòng)按鈕I0.0后,應(yīng)先開(kāi)引風(fēng)機(jī),延時(shí)12s后再開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)。按下停止按鈕I0.1后,應(yīng)先停鼓風(fēng)機(jī),10s后再停引風(fēng)機(jī)。

根據(jù)Q0.0和Q0.1的ON/OFF狀態(tài)的變化,顯然一個(gè)工作期間可以分為3步,分別用M0.1~M0.3來(lái)代表這3步,另外還應(yīng)設(shè)置一個(gè)等待啟動(dòng)的初始步。該系統(tǒng)的順序功能圖如圖7-8所示,圖中用矩形方框表示步,方框中可以用數(shù)字表示該步的編號(hào),也可以用代表該步的編程元件的地址作為步的編號(hào),如M0.0,這樣再根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)較為方便。3.與步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作或命令可以將一個(gè)控制系統(tǒng)劃分為被控系統(tǒng)和施控系統(tǒng)。例如,在數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)中,數(shù)控裝置是施控系統(tǒng),而車(chē)床是被控系統(tǒng)。對(duì)于被控系統(tǒng),在某一步中要完成某些“動(dòng)作”(action);對(duì)于施控系統(tǒng),在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”(command)。2.初始步與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱(chēng)為初始步,初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待啟動(dòng)命令的相對(duì)靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示,每一個(gè)順序功能圖中至少應(yīng)該有一個(gè)初始步。

如果某一步有幾個(gè)動(dòng)作,則可以用如圖7-9所示的兩種畫(huà)法來(lái)表示,但是并不隱含這些動(dòng)作之間的任何順序。說(shuō)明動(dòng)作的語(yǔ)句應(yīng)清楚地表明該動(dòng)作是存儲(chǔ)型的還是非存儲(chǔ)型的。例如,某步的存儲(chǔ)型動(dòng)作“打開(kāi)1號(hào)閥并保持”,是指該步活動(dòng)時(shí)1號(hào)閥打開(kāi),該步不活動(dòng)時(shí)繼續(xù)打開(kāi);非存儲(chǔ)型動(dòng)作“打開(kāi)1號(hào)閥”,是指該步活動(dòng)時(shí)1號(hào)閥打開(kāi),不活動(dòng)時(shí)關(guān)閉。

圖7-8中在連續(xù)的3步內(nèi)輸出位Q0.0均為1狀態(tài),為了簡(jiǎn)化順序功能圖和梯形圖,可以在第2步將Q0.0置位,返回初始步后將Q0.0復(fù)位,順序功能圖如圖7-10所示。4.活動(dòng)步

當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時(shí),該步處于活動(dòng)狀態(tài),稱(chēng)該步為“活動(dòng)步”,當(dāng)步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí),相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行;處于不活動(dòng)狀態(tài)時(shí),相應(yīng)的非存儲(chǔ)型動(dòng)作被停止執(zhí)行。三、有向連線與轉(zhuǎn)換條件1.有向連線

在順序功能圖中,隨著時(shí)間的推移和轉(zhuǎn)換條件的實(shí)現(xiàn),將會(huì)發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展,這種進(jìn)展按有向連線規(guī)定的路線和方向進(jìn)行。在畫(huà)順序功能圖時(shí),將代表各步的方框按它們成為活動(dòng)步的先后次序排列,并用有向連線將它們連接起來(lái)。2.轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換用有向連線上與該連線垂直的短畫(huà)線來(lái)表示,轉(zhuǎn)換將相鄰兩步分隔開(kāi)。狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來(lái)完成的,并與控制過(guò)程的發(fā)展相對(duì)應(yīng)。3.轉(zhuǎn)換條件

使系統(tǒng)由當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號(hào)稱(chēng)為轉(zhuǎn)換條件,轉(zhuǎn)換條件可以是外部的輸入信號(hào),如按鈕、指令開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)等,也可以是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號(hào),如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器常開(kāi)觸點(diǎn)的接通等,轉(zhuǎn)換條件還可能是若干個(gè)信號(hào)的與、或、非邏輯組合。

轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題,轉(zhuǎn)換條件可以用文字語(yǔ)言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號(hào)標(biāo)注在表示轉(zhuǎn)換的短線的旁邊,使用的較多的是布爾代數(shù)表達(dá)式,轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件如圖7-11所示。四、順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)

單序列、選擇序列與并行序列的結(jié)構(gòu)如圖7-12所示。1.單序列

單序列由一系列相繼激活的步組成,每一步的后面僅有一個(gè)轉(zhuǎn)換,每一個(gè)轉(zhuǎn)換的后面只有一個(gè)步,單序列結(jié)構(gòu)如圖7-12(a)所示。2.選擇序列

選擇序列的開(kāi)始稱(chēng)為分支,轉(zhuǎn)換符號(hào)只能標(biāo)在水平連線之下。選擇序列結(jié)構(gòu)如圖7-12(b)所示,如果步5是活動(dòng)步,并且轉(zhuǎn)換條件h=1,則發(fā)生由步5→步8的進(jìn)展;如果k=1,則發(fā)生由步5→步10的進(jìn)展。3.并行序列

并行序列的開(kāi)始稱(chēng)為分支,當(dāng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)引起幾個(gè)序列同時(shí)激活時(shí),這些序列稱(chēng)為并行序列。并行序列結(jié)構(gòu)如圖7-12(c)所示,當(dāng)步3是活動(dòng)步,并且轉(zhuǎn)換條件e=1時(shí),步4和步6同時(shí)變?yōu)榛顒?dòng)步,同時(shí)步3變?yōu)椴换顒?dòng)步。

4.復(fù)雜的順序功能圖舉例

剪板機(jī)示意圖如圖7-13所示,開(kāi)始時(shí)壓鉗和剪刀在上限位置,限位開(kāi)關(guān)I0.0和I0.1為ON。

剪板機(jī)順序功能圖如圖7-14所示。圖中有選擇序列、并行序列的分支與合并。步M0.0是初始步,加計(jì)數(shù)器C0用來(lái)控制剪料的次數(shù),每次工作循環(huán)中C0的當(dāng)前值加1。沒(méi)有剪完10塊板料時(shí),C0的當(dāng)前值小于設(shè)定值10,其常閉觸點(diǎn)閉合,轉(zhuǎn)換條件C0滿足,將返回步M0.1重新開(kāi)始下一周期的工作。五、順序功能圖中轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則1.轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件

在順序功能圖中,步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來(lái)完成的。轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件。(1)該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步都是活動(dòng)步。(2)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。

這兩個(gè)條件是缺一不可的。以剪板機(jī)為例,如果取消了第一個(gè)條件,假設(shè)在板料被壓住時(shí)因誤操作按了啟動(dòng)按鈕,則也會(huì)使步M0.1變?yōu)榛顒?dòng)步,從而使板料右行,因此造成設(shè)備的誤動(dòng)作。

如果轉(zhuǎn)換的前級(jí)步或后續(xù)步不止一個(gè),則轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)稱(chēng)為同步實(shí)現(xiàn),轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)如圖7-15所示。為了強(qiáng)調(diào)同步實(shí)現(xiàn),有向連線的水平部分用雙線表示。2.轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作

轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成以下兩個(gè)操作。

(1)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒?dòng)步。

(2)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的前級(jí)步都變?yōu)椴换顒?dòng)步。3.繪制順序功能圖時(shí)的注意事項(xiàng)

下面是針對(duì)繪制順序功能圖時(shí)常見(jiàn)的錯(cuò)誤提出的注意事項(xiàng)。

(1)兩個(gè)步絕對(duì)不能直接相連,必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換將它們分隔開(kāi)。

(2)兩個(gè)轉(zhuǎn)換也不能直接相連,必須用一個(gè)步將它們分隔開(kāi)。以上兩條可以作為檢查順序功能圖是否正確的依據(jù)。

(3)順序功能圖中的初始步一般對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)等待啟動(dòng)的初始狀態(tài),這一步可能沒(méi)有輸出處于ON狀態(tài),因此,有的初學(xué)者在畫(huà)順序功能圖時(shí)很容易遺漏這一步。

(4)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過(guò)程,因此,在順序功能圖中一般應(yīng)有由步和有向連線組成的閉環(huán),即在完成一次工藝過(guò)程的全部操作之后,應(yīng)從最后一步返回初始步,系統(tǒng)停留在初始狀態(tài)(單周期操作,參見(jiàn)圖7-8)。六、順序控制設(shè)計(jì)法的本質(zhì)

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法實(shí)際上是嘗試用輸入信號(hào)I直接控制輸出信號(hào)Q,其信號(hào)關(guān)系圖如圖7-16(a)所示。如果無(wú)法直接控制,或者為了實(shí)現(xiàn)記憶、連鎖、互鎖等功能,則只能被動(dòng)地增加一些輔助元件和輔助觸點(diǎn)。

順序控制設(shè)計(jì)法則是用輸入量I控制代表各步的編程元件(如內(nèi)部存儲(chǔ)器位M),再用它們控制輸出量Q,如圖7-16(b)所示。PARTTHREE任務(wù)三順序控制梯形圖的設(shè)計(jì)方法1.單序列的編程方法

啟保停電路僅使用與觸點(diǎn)和線圈有關(guān)的指令,任何一種PLC的指令系統(tǒng)都有這一類(lèi)指令,因此,這是一種通用的編程方法,可以用于任意型號(hào)的PLC。

控制鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的順序功能圖如圖7-18所示。設(shè)計(jì)啟保停電路的關(guān)鍵是找出它的啟動(dòng)條件和停止條件。

如圖7-19所示。以初始步M0.0為例,由順序功能圖可知,M0.3是它的前級(jí)步,T38的常開(kāi)觸點(diǎn)是接通兩者之間的轉(zhuǎn)換條件,所以,應(yīng)將M0.3和T38的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián),作為M0.0的啟動(dòng)電路。PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)應(yīng)將M0.0設(shè)置為1,否則系統(tǒng)無(wú)法工作,故將僅在第一個(gè)掃描周期接通的SM0.1的常開(kāi)觸點(diǎn)與上述串聯(lián)電路并聯(lián),啟動(dòng)電路還并聯(lián)了M0.0的自保持觸點(diǎn)。2.選擇序列的編程方法

(1)選擇序列的分支的編程方法。選擇序列與并行序列如圖7-20所示,步M0.0之后有一個(gè)選擇序列的分支,設(shè)M0.0為活動(dòng)步,當(dāng)它的后續(xù)步M0.1或M0.2變?yōu)榛顒?dòng)步時(shí),它都應(yīng)變?yōu)椴换顒?dòng)步,即M0.0變?yōu)?狀態(tài),所以應(yīng)將M0.1和M0.2的常閉觸點(diǎn)與M0.0的線圈串聯(lián)。

2.選擇序列的編程方法

(2)選擇序列的合并的編程方法。在圖7-20中,步M0.2之前有一個(gè)選擇序列的合并,當(dāng)步M0.1為活動(dòng)步(M0.1為1狀態(tài)),并且轉(zhuǎn)換條件I0.1滿足,或者步M0.0為活動(dòng)步,并且轉(zhuǎn)換條件I0.2滿足(3)僅有兩步的閉環(huán)的處理。僅有兩步的閉環(huán)的處理如圖7-21所示,如果在順序功能圖中存在僅由兩步組成的小閉環(huán),則用啟保停電路設(shè)計(jì)的梯形圖不能正常工作。

(4)選擇序列應(yīng)用舉例。液體混合系統(tǒng)的順序功能圖和梯形圖如圖7-22所示,上限位、下限位和中限位液位傳感器被液體淹沒(méi)時(shí)均為1狀態(tài),閥A、閥B和閥C為電磁閥,線圈通電時(shí)打開(kāi),線圈斷電時(shí)關(guān)閉。3.并行序列的編程方法

(1)并行序列的分支的編程方法。圖7-20中的步M0.2之后有一個(gè)并行序列的分支,當(dāng)步M0.2為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)換條件I0.3滿足時(shí),步M0.3與步M0.5應(yīng)同時(shí)變?yōu)榛顒?dòng)步,這是用M0.2和I0.3的常開(kāi)觸點(diǎn)組成的串聯(lián)電路分別作為M0.3和M0.5的啟動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的,與此同時(shí),步M0.2應(yīng)變?yōu)椴换顒?dòng)步。步M0.3和步M0.5是同時(shí)變?yōu)榛顒?dòng)步的,只需將M0.3或M0.5的常閉觸點(diǎn)與M0.2的線圈串聯(lián)即可。

(2)并行序列的合并的編程方法。圖7-20中的步M0.0之前有一個(gè)并行序列的合并,該轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件是所有的前級(jí)步(即步M0.4和M0.6)都是活動(dòng)步和轉(zhuǎn)換條件I0.6滿足。由此可知,應(yīng)將M0.4、M0.6和I0.6的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián),作為控制M0.0的啟保停電路的啟動(dòng)電路。

任何復(fù)雜的順序功能圖都是由單序列、選擇序列和并行序列組成的,掌握了單序列的編程方法和選擇序列及并行序列的分支、合并的編程方法,就不難迅速地設(shè)計(jì)出由任意復(fù)雜的順序功能圖描述的數(shù)字量控制系統(tǒng)的梯形圖。

(3)并行序列應(yīng)用舉例。某專(zhuān)用鉆床用兩只鉆頭同時(shí)鉆兩個(gè)孔。開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行之前兩只鉆頭在最上面,上限位開(kāi)關(guān)I0.3和I0.5為ON。操作人員放好工件后,按下啟動(dòng)按鈕I0.0,工件被夾緊后兩只鉆頭同時(shí)開(kāi)始工作,鉆到由限位開(kāi)關(guān)I0.2和I0.4設(shè)定的深度時(shí)分別上行,回到由限位開(kāi)關(guān)I0.3和I0.5設(shè)定的起始位置時(shí)分別停止運(yùn)行。兩只鉆