PLC系列控制系統(tǒng)中設備手動和自動切換功能的實現(xiàn)

三菱PLC控制系統(tǒng)設計范例（3）PLC程序設計

1.程序的總體結(jié)構(gòu)

如圖6-22所示為機械手系統(tǒng)的PLC梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)，將程序分為公用程序、自動程序、手動程序和回原位程序四個部分，其中自動程序包括單步、單周期和連續(xù)工作的程序，這是因為它們的工作都是按照同樣的順序進行，所以將它們合在一起編程更加簡單。梯形圖中使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動程序、手動程序和回原位程序不會同時執(zhí)行。假設選擇“手動”方式，則X0為ON、X1為OFF，此時PLC執(zhí)行完公用程序后，將跳過自動程序到P0處，由于X0常閉觸點為斷開，故執(zhí)行“手動程序”，執(zhí)行到P1處，由于X1常閉觸點為閉合，所以又跳過回原位程序到P2處；假設選擇分“回原位”方式，則X0為OFF、X1為ON，跳過自動程序和手動程序執(zhí)行回原位程序；假設選擇“單步”或“單周期”或“連續(xù)”方式，則X0、X1均為OFF，此時執(zhí)行完自動程序后，跳過手動程序和回原位程序。圖6-22機械手系統(tǒng)PLC梯形圖的總體結(jié)構(gòu)2.各部分程序的設計（1）公用程序

公用程序如圖6-23所示，左限位開關X12、上限位開關X10的常開觸點和表示機械手松開的Y4的常開觸點的串聯(lián)電路接通時，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機械手在原位。

公用程序用于自動程序和手動程序相互切換的處理，當系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應的輔助繼電器（M11-M18）復位，同時將表示連續(xù)工作狀態(tài)的M1復位，否則當系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。

當機械手處于原點狀態(tài)（M0為ON），在開始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或回原點狀態(tài)（X0或X1為ON）時，初始步對應的M1O將被置位，為進入單步、單同期和連續(xù)工作方式作好準備。如果此時M0為OFF狀態(tài)，M1O將被復位，初始步為不活動步，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。圖6-23

公用程序（2）手動程序

手動程序如圖6-24所示，手動工作時用X14～X21對應的6個按鈕控制機械手的上升、下降、左行、右行、松開和夾緊。為了保證系統(tǒng)的安全運行，在手動程序中設置了一些必要的聯(lián)鎖，例如上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖；上升、下降、左行、右行的限位；上限位開關X10的常開觸點與控制左、右行的Y2和Y3的線圈串聯(lián)，使得機械手升到最高位置才能左右移動，以防止機械手在較低位置運行時與別的物體碰撞。圖6-24

手動程序（3）自動程序

如圖6-25所示為機械手系統(tǒng)自動程序的功能表圖。使用通用指令的編程方式設計出的自動程序如圖6-26所示，也可采用其它編程方式編程，在此不再贅述。

圖6-25

自動程序的功能表圖

圖6-26

自動程序系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期（非單步）工作方式時，X2的常閉觸點接通，使M2（轉(zhuǎn)換允許）ON，串聯(lián)在各步電路中的M2的常開觸點接通，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。假設選擇的是單周期工作方式，此時X3為ON，X1和X2的常閉觸點閉合，M2為ON，允許轉(zhuǎn)換。在初始步時按下起動按鈕X5，在M11的電路中，M1O、X5、M2的常開觸點和X12的常閉觸點均接通，使M11為ON，系統(tǒng)進入下降步，Y1為ON，機械手下降；機械手碰到下限位開關X11時，M12變?yōu)镺N，轉(zhuǎn)換到夾緊步，Y4被復位，工件被夾緊；同時TO得電，2s以后TO的定時時間到，其常開觸點接通，使系統(tǒng)進入上升步。系統(tǒng)將這樣一步一步地往下工作，當機械手在步M18返回最左邊時，X4為ON，因為此時不是連續(xù)工作方式，M1處于OFF狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件·X12滿足，系統(tǒng)返回并停留在初始步M10。

連續(xù)工作方式，X4為ON，在初始狀態(tài)按下起動按鈕X5，與單周期工作方式時相同，M11變?yōu)镺N，機械手下降，與此同時，控制連續(xù)工作的M1為ON，往后的工作過程與單周期工作方式相同。當機械手在步M18返回最左邊時，X12為ON，因為M1為ON，轉(zhuǎn)換條件M7·X4滿足，系統(tǒng)將返回步M11，反復連續(xù)地工作下去。按下停止按鈕X6后，M1變?yōu)镺FF，但是系統(tǒng)不會立即停止工作，在完成當前工作周期的全部動作后，在步M18返回最左邊，左限位開關X12為ON，轉(zhuǎn)換條件·X12滿足，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。如果系統(tǒng)處于單步工作方式，X2為ON，它的常閉觸點斷開，“轉(zhuǎn)換允許”輔助繼電器M2在一般情況下為OFF，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。設系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，M10為ON，按下起動按鈕X5，M2變?yōu)镺N，使M11為ON，系統(tǒng)進入下降步。放開起動按鈕后，M2馬上變?yōu)镺FF。在下降步，YO的得電，機械手降到下限位開關X11處時，與YO的線圈串聯(lián)的X11的常閉觸點斷開，使YO的線圈斷電，機械手停止下降。X11的常開觸點閉合后，如果沒有按起動按鈕，

X5和M2處于OFF狀態(tài)，一直要等到按下起動按鈕，M5和M2變?yōu)镺N，M2的常開觸點接通，轉(zhuǎn)換條件X11才能使M12接通，M12得電并自保持，系統(tǒng)才能由下降步進入夾緊步。以后在完成某一步的操作后，都必須按一次起動按鈕，系統(tǒng)才能進入下一步。

在輸出程序部分，X10～X13的常閉觸點是為單步工作方式設置的。以下降為例，當小車碰到限位開關X11后，與下降步對應的輔助繼電器M11不會馬上變?yōu)镺FF，如果YO的線圈不與X11的常閉觸點串聯(lián)，機械手不能停在下限位開關X11處，還會繼續(xù)下降，這種情況下可能造成事故。

（4）回原點程序

如圖6-27所示為機械手自動回原點程序的梯形圖。在回原點工作方式（X1為ON），按下回原點起動按鈕X7，M3變?yōu)镺N，機械手松開和上升，升到上限位開關時X10為0N，機械手左行，到左限位處時，X12變?yōu)镺N，左行停止并將M3復位。這時原點條件滿足，M0為ON，在公用程序中，初始步M0被置位，為進入單周期、連續(xù)和單步工作方式作好了準備。圖6-27

回原位程序3.程序綜合與模擬調(diào)試

由于在分部分程序設計時已經(jīng)考慮各部分之間的相互關系，因此只要將公用程序（圖6-23）、手動程序（圖6-24）、自動程序（圖6-26）和回原位程序（圖6-27）按照機械手程序總體結(jié)構(gòu)（圖6-22）綜合起來即為機械手控制系統(tǒng)的PLC程序。

模擬調(diào)試時各部分程序可先分別調(diào)試，然后再再進行全部程序的調(diào)試，也可直接進行全部程序的調(diào)試。PLC系列控制系統(tǒng)中設備手動和自動切換功能的實現(xiàn)

來源：北京冶金自動化院,PLC引言

在當前的工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，普遍采用了PLC控制系統(tǒng)，通過軟件程序來實現(xiàn)控制設備之間的聯(lián)鎖控制也就是自動控制，由控制設備驅(qū)動的工廠機械設備來完成滿足工藝要求的生產(chǎn)過程。這里，設備的運行分為單體手動操作和自動控制運行兩種方式。在單體手動操作中，一般是在設備就地（機旁）操作。PLC的程序控制主要是進行自動控制，但其中也包括單體手動操作，其完成的功能和就地（機旁）操作是一樣的，不同之處在于，它是通過程序的方式來實現(xiàn)，并且一般是在上位機的監(jiān)控畫面中通過點擊鼠標的方式進行，也就是在機房或控制室中進行而不是就地（機旁）。手動操作（包括程序中的手動單體操作）和自動控制程序的主要區(qū)別在于，自動控制程序是在正式投產(chǎn)后，各個設備沒有故障可正常工作時運行。而手動操作是在調(diào)試期間用于俗稱的“打點”時用，或正常運行時，有設備出現(xiàn)故障時用。例如，某供水水箱的液位控制，水位高時，啟動出水泵供水，水位低時，停止泵供水，假如水箱的液位傳感器出現(xiàn)故障，自動控制就無法進行，那么為了繼續(xù)維持生產(chǎn)，就需要操作人員現(xiàn)場手動操作，根據(jù)水箱的液位指示器來手動啟動和停止出水泵的運行及相應閥門的開關。需要指出的是，本文所指的設備是PLC輸出控制的開關量設備，模擬量設備不在本文的討論之列。

設備手動和自動切換的方式

在本文中，設備是指工廠機械設備及其控制設備?？刂圃O備是指電機，閥門等等，而設備的手動和自動運行，主要體現(xiàn)在控制設備的手動和自動運行。例如，對于電機的控制一般是通過MCC（電機控制中心）電氣控制系統(tǒng)來進行的，電機的遠程和就地信號，即自動和手動的切換信號，以及啟動、停止、故障等信號均由MCC提供并接到PLC硬件系統(tǒng)。在MCC柜上的遠程就地轉(zhuǎn)換開關打到就地時，進行就地手動操作；打到遠程時，進行PLC的程序自動控制，或在上位機畫面上進行點擊鼠標式的手動操作。我們可以這樣來理解PLC控制系統(tǒng)、就地電氣控制系統(tǒng)、控制設備和工廠機械設備之間的關系，即自動控制（包括PLC程序中的手動操作）是由PLC控制系統(tǒng)通過電氣控制系統(tǒng)，由電氣控制系統(tǒng)來控制像電機一樣的控制設備，最后由控制設備來驅(qū)動工廠機械設備的運行。而電氣控制系統(tǒng)像MCC柜本身，就可以直接進行手動就地操作。

對于電機的控制來說，正常運行時，首先是PLC程序的自動控制，此時的遠程就地轉(zhuǎn)換開關處于遠程的位置，然后如果出現(xiàn)PLC無法處理的問題或故障，則需要在上位機的畫面上，人工進行單體設備的操作，以維持生產(chǎn)或進行安全聯(lián)鎖操作。最后如果依然不能解決問題，則需要在就地（機旁）進行操作，一般是進行電機停止的操作。

對于閥門來說，一般也有相應的電氣控制系統(tǒng)，就像MCC一樣，其一般是就地的現(xiàn)場電磁閥控制柜（箱），一般都有遠程就地的轉(zhuǎn)換開關，用于手動和自動運行的切換。和電機控制一樣，正常運行時，首先是PLC的自動控制，此時的遠程就地的轉(zhuǎn)換開關處于遠程的位置，然后如果出現(xiàn)PLC無法處理的問題或故障，則需要在上位機的畫面上，人工進行單體設備的操作，以維持生產(chǎn)或進行安全聯(lián)鎖操作。最后如果依然不能解決問題，遠程就地轉(zhuǎn)換開關打到就地位置，進行現(xiàn)場的就地控制。如果還不能解決問題，則只能使用手動閥門進行安全操作。

顯然，就地手動和遠程自動運行，是通過就地控制柜（箱）上的轉(zhuǎn)換開關來實現(xiàn)的。PLC程序中的手動和自動的切換功能，也可以這樣做，在程序中實現(xiàn)類似于轉(zhuǎn)換開關這樣的操作是沒有問題的。

設備手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法1

當遠程就地信號為1時，即表示現(xiàn)場的控制柜（箱）上的轉(zhuǎn)換開關打到了遠程位置，可進行PLC的自動控制；當其為0時，則表示是現(xiàn)場手動操作。為了實現(xiàn)程序內(nèi)部的手動自動切換，就像遠程就地信號一樣，設置一個中間變量，這個中間變量作為程序手動單體設備操作的標志，是由上位機監(jiān)控程序來賦值的，其值為1時，進行程序的單體設備手動操作；為0時PLC程序進行自動控制。由此可見，每一個自動控制中的設備都是在這兩個條件下運行的。

我們用梯形圖來實現(xiàn)一個電機和一個閥門的手自動切換功能，設置如下輸入、輸出IO標簽和中間變量：

輸出：電機啟動START

電機停止STOP

閥門打開OPEN

閥門關閉CLOSE

輸入：電機MCC柜遠程就地信號RL_M

閥門控制柜遠程就地信號RL_V變量：電機啟動條件A

電機停止條件B

閥門打開條件C

閥門關閉條件D

電機的上位機手動操作中間變量UP_MAN_M

電機的上位機手動操作啟動UP_START_M

電機的上位機手動操作停止UP_STOP_M

閥門的上位機手動操作中間變量UP_MAN_V

閥門的上位機手動操作打開UP_OPEN_V

閥門的上位機手動操作關閉UP_CLOSE_V

使用美國A-B公司用于Logix5000系列PLC的RSLogix5000編程軟件的梯形圖，程序如圖1：

圖1

其中（L）為置位指令，（U）為復位指令。這里之所以用置位、復位指令，主要是考慮到啟動（打開）條件和停止（關閉）條件可能是脈沖型的（例如上升沿脈沖），需要保持（注：如果MCC中的控制回路使用了“啟動-保持-停止”方式，那么采用脈沖輸出比較合適，就像自復位式按鈕一樣。這里為了簡化梯形圖程序，沒有這樣做。有興趣的讀者不妨一試）。電機啟動或停止條件是自動控制時的聯(lián)鎖條件，上位機進行手動操作時，自動控制程序不能執(zhí)行。同樣就地操作時，PLC的程序控制也不能執(zhí)行，程序可以根據(jù)需要將此時的電機啟動和停止控制信號復位。閥門的控制也是一樣。這樣各個設備均可根據(jù)情況進行自動運行或手動操作。

設備手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法2

上面的方法對手自動切換時的各種情況都進行了考慮，程序進行設計時需要時時刻刻注意手自動切換問題，程序量相對于沒有手自動切換時也有所增加。如果把程序中的手動程序同自動程序分開，程序就會顯得更加清晰明了，同時設計自動程序時也不必時時刻刻注意手自動切換問題。這樣是否可行呢？我們不妨將上面的梯形圖程序改造成如圖2所示。

圖2

顯然，這是可行的，由于手動程序最后執(zhí)行，電機或閥門的啟動、停止或打開、關閉，由手動程序決定。也就是說，當自動控制程序運行時，如果有上位機手動操作，則上位機手動操作優(yōu)先。例如當自動程序要求電機停止時，如果上位機手動操作讓其啟動，則電機啟動。其中的原因是，程序?qū)ο嗤兞炕騃O標簽的賦值操作，最后執(zhí)行的程序有效。例如下面的例子：

IFATHEN

Y:=0;

END_IF;

IFBTHEN

Y:=1;

END_IF;

在A，B都為1時，Y=1。因為最后執(zhí)行的語句有效，不管是PLC梯形圖程序還是其他計算機程序都是這樣。

對于遠程就地的現(xiàn)場手動操作來說，當轉(zhuǎn)換開關打到就地時，PLC梯形圖程序繼續(xù)根據(jù)聯(lián)鎖條件執(zhí)行，但輸出將不起作用，設備的狀態(tài)由現(xiàn)場操作決定。轉(zhuǎn)換開關再次打到遠程時，PLC程序的輸出才能真正控制設備的運行。

設備組手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法

在上面我們主要介紹了單體設備的手動自動的切換問題，那么在工業(yè)生產(chǎn)過程的控制中，不少設備是一同完成某種功能的，這些設備一起組成一個設備組，可以把它們當作一個單體設備來考慮。這樣就可以利用上面的方法來實現(xiàn)