《電氣控制與PLC實訓》課件第11章

第11章

PLC在控制系統(tǒng)中的設(shè)計及應(yīng)用

11.1PLC技術(shù)應(yīng)用中的問題11.2PLC在液壓自動循環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用11.3PLC在燃油鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用11.4PLC在橋式起重機檢測控制中的應(yīng)用11.5PLC在多臺電動機啟動控制中的應(yīng)用11.6PLC用于溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計11.7PLC用于自動倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計11.8PLC用于車庫管理控制系統(tǒng)的設(shè)計可編程控制器控制系統(tǒng)包括電氣控制線路(硬件部分)和程序(軟件部分)兩部分。電氣控制線路是以可編程控制器為核心的系統(tǒng)電氣原理圖；程序是以指令為基礎(chǔ)，結(jié)合被控對象工藝過程的控制要求和現(xiàn)場信號，對照PLC的輸入、輸出點編號得出的梯形圖。本章將介紹PLC技術(shù)應(yīng)用的若干問題，并且給出PLC在控制系統(tǒng)中的一些應(yīng)用和設(shè)計實訓，以便運用PLC進行自動化的設(shè)計。11.1PLC技術(shù)應(yīng)用中的問題

PLC是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的控制裝置，一般不需要采取特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但是如果環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就往往不能保證系統(tǒng)的正常運行。為了保證其正常安全運行及提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，在應(yīng)用PLC時還要注意以下問題。11.1.1PLC控制系統(tǒng)的可靠性干擾可能使PLC接收到錯誤的信號，造成誤動作，或使PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)丟失，嚴重時甚至會使系統(tǒng)失控。在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)采取相應(yīng)的可靠性措施，以消除或減少干擾的影響，保證系統(tǒng)的正常運行。

1.?PLC的工作環(huán)境

(1)溫度。PLC要求環(huán)境溫度在0～55°C。安裝時不能把發(fā)熱量大的元件放在PLC下面，PLC四周通風散熱的空間應(yīng)足夠大，開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風的百頁窗。

(2)濕度。為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度一般應(yīng)小于85%(無凝露)。

(3)振動。應(yīng)使PLC遠離強烈的振動源，可以用減振橡膠來減輕柜內(nèi)和柜外產(chǎn)生的振動影響。

(4)空氣。如果空氣中有較濃的粉塵、腐蝕性氣體和煙霧，在溫度允許時可以將PLC封閉，或者將PLC安裝在密閉性較好的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置。

2.對電源的處理在干擾較強或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱龊?，可以在可編程控制器的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。隔離變壓器可以抑制從電源線竄入的外來干擾，提高高頻共模干擾能力，屏蔽層應(yīng)可靠接地。在電力系統(tǒng)中，使用220V的直流電源(蓄電池)給PLC供電可以顯著地減少來自交流電源的干擾，在交流電源消失時，也能保證PLC正常工作；動力部分、控制部分、PLC、I/O電源應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O電源之間應(yīng)采用雙絞線連接；外部輸入電路用的外接直流電源最好采用穩(wěn)壓電源。

3.安裝與布線的注意事項數(shù)字量信號一般對信號電纜無嚴格的要求，可選用一般電纜，信號傳輸距離較遠時，可選用屏蔽電纜。模擬信號和高速信號線(如脈沖傳感器、計數(shù)碼盤等提供的信號)應(yīng)選擇屏蔽電纜。通信電纜對可靠性的要求高，有的通信電纜的信號頻率很高(如大于等于10MHz)，一般應(yīng)選用專用電纜(如光纖電纜)，在要求不高或信號頻率較低時，也可以選用帶屏蔽的多芯電纜或雙絞線電纜。

PLC應(yīng)遠離強干擾源，如大功率晶閘管裝置、變頻器、高頻焊機和大型動力設(shè)備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)，在開關(guān)柜內(nèi)PLC應(yīng)遠離動力線(二者之間的距離應(yīng)大于200mm)。與PLC裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)的電感性元件，如繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。

4.?PLC的接地良好的接地是PLC安全可靠運行的重要條件。PLC一般應(yīng)與其他設(shè)備分別采用各自獨立的接地裝置，接地線的截面積應(yīng)大于2mm2，接地點與PLC的距離應(yīng)小于50m。

5.冗余系統(tǒng)與熱備用系統(tǒng)在冗余控制系統(tǒng)中，整個PLC控制系統(tǒng)由兩套完全相同的“雙胞胎”組成。兩塊CPU模塊使用相同的用戶程序并行工作，其中一塊是主CPU，另一塊是備用CPU，后者的輸出是被禁止的。當主CPU失效時，馬上投入備用CPU，這一切換過程是由所謂冗余處理單元RPU控制的。I/O系統(tǒng)的切換也是用RPU完成的。另一類系統(tǒng)沒有冗余處理單元RPU，兩臺CPU用通信接口連在一起，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，由主CPU通知備用CPU，這一切換過程一般不是太快。這種結(jié)構(gòu)較簡單的系統(tǒng)叫熱備用系統(tǒng)。

6.故障的檢測與診斷

PLC的可靠性很高，本身有很完善的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找出故障部件，更換后就可以恢復(fù)正常工作。大量的工程實踐表明，PLC外部的輸入、輸出元件，如限位開關(guān)、電磁閥、接觸器等的故障率遠遠高于PLC本身的故障率，而這些元件出現(xiàn)故障后，PLC一般不會自動停機，可能使故障擴大，直至強電保護裝置動作后停機，有時甚至會造成設(shè)備和人身事故。為了及時發(fā)現(xiàn)故障和查找故障，提高維修效率，可用梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理。

1)超時檢測機械設(shè)備在各工步的動作所需的時間一般是不變的，即使變化也不會太大，因此可以以這些時間為參考，在PLC發(fā)出輸出信號，相應(yīng)的外部執(zhí)行機構(gòu)開始動作時啟動一個定時器定時，定時器的設(shè)定值比正常情況下的持續(xù)時間長20%左右。例如，設(shè)某些執(zhí)行機構(gòu)在正常情況下運行10s后，它驅(qū)動的部件使限位開關(guān)動作，發(fā)出動作結(jié)束信號。在該執(zhí)行機構(gòu)開始動作時啟動設(shè)定值為12s的定時器定時，若12s后還沒有接收到動作結(jié)束信號，由定時器的常開觸點發(fā)出故障信號，該信號停止正常的程序，啟動報警和故障顯示程序，使操作人員和維修人員能迅速判別故障的種類，及時采取排除故障的措施。

2)邏輯錯誤檢測在系統(tǒng)正常運行時，PLC的輸入、輸出信號和內(nèi)部的信號(如存儲器位的狀態(tài))相互之間存在著確定的關(guān)系，若出現(xiàn)異常的邏輯信號，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為ON狀態(tài)，就按故障處理，例如某機械運動過程先后由兩個限位開關(guān)動作，這兩個信號不會同時為ON。若它們同時為ON，則說明至少有一個限位開關(guān)被卡死，應(yīng)停機進行處理。在梯形圖中，用這兩個限位開關(guān)對應(yīng)的輸入位的常開觸點串聯(lián)來驅(qū)動一個表示限位開關(guān)故障的存儲器位。11.1.2PLC維護與故障診斷

1.日常維護

PLC在設(shè)計時采取了很多保護措施，使它的穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)性都比較強。一般情況下，只要對可編程控制器進行簡單的維護和檢查，就可以保證控制系統(tǒng)長期不間斷地工作。日常維護工作包括以下內(nèi)容。

1)日常清潔與巡查經(jīng)常用干抹布和皮老虎為可編程控制器的表面及導線間除塵除污，以保持工作環(huán)境的整潔和衛(wèi)生；經(jīng)常巡視、檢查工作環(huán)境、工作狀況、自診斷指示信號、編程器的監(jiān)控信息及控制系統(tǒng)的運行情況，并做好記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

2)定期檢查與維修在日常檢查、記錄的基礎(chǔ)上，每隔半年(可根據(jù)實際情況適當提前或推遲)應(yīng)對控制系統(tǒng)做一次全面停機檢查，項目應(yīng)包括工作環(huán)境、安裝條件、電源電壓、使用壽命和控制性能等方面。重點檢查溫度、濕度、振動、粉塵、干擾是否符合標準工作環(huán)境；接線是否安全、可靠；螺絲、連線以及接插頭是否有松動；電氣、機械部件是否有銹蝕和損壞；電壓大小、電壓波動是否在允許范圍內(nèi)；導線及元件是否老化；鋰電池壽命是否到期;繼電器輸出型觸點開合次數(shù)是否已超過規(guī)定次數(shù)；金屬部件是否銹蝕等。在檢查過程中，發(fā)現(xiàn)不符合要求的情況，應(yīng)及時調(diào)整、更換或修復(fù)。

2.故障診斷可編程控制系統(tǒng)的常見故障，一方面可能來自外部設(shè)備，如各種開關(guān)、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)和負載等；另一方面也可能來自系統(tǒng)內(nèi)部，如CPU、存儲器、系統(tǒng)總線、電源等。大量的統(tǒng)計分析與實踐經(jīng)驗已經(jīng)表明：控制器本身一般是很少發(fā)生故障的，控制系統(tǒng)的故障主要發(fā)生在各種開關(guān)、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等外部設(shè)備上。因此，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，首先應(yīng)檢查外部設(shè)備。在檢查時，根據(jù)可編程控制器使用手冊上給出的診斷方法、診斷流程圖和錯誤代碼表，可以很容易地檢查出PLC的故障。另外，也可以利用FX系列PLC基本單元上LED指示燈診斷故障的方法。

PLC電源接通后，若電源指示燈(POWER)LED亮，則說明電源正常；若電源指示燈不亮，則說明電源不通，應(yīng)按電源檢查流程圖檢查。當系統(tǒng)處于運行或監(jiān)控狀態(tài)時，若基本單元上的RUN燈不亮，則說明基本單元出現(xiàn)故障；若鋰電池(BATTERY)燈亮，應(yīng)更換鋰電池；若一路輸入觸點接通，而相應(yīng)的LED燈不亮，或者某一路未輸入信號，但是這一路對應(yīng)的LED燈亮了，則可以判斷是輸入模塊出了問題；若輸出LED燈亮，而對應(yīng)的輸出繼電器觸點不動作，則說明輸出模塊出了故障。若基本單元上CPUERROR燈LED閃亮，則說明PLC用戶程序的內(nèi)容因外界原因發(fā)生了改變，可能的原因有：鋰電池電壓下降；外部干擾的影響和PLC內(nèi)部故障；寫入程序時發(fā)生了語法錯誤。若基本單元上CPUERROR燈LED常亮，則說明PLC的CPU誤動作后，監(jiān)控定時器使CPU恢復(fù)了正常工作。這種故障可能是由于外部干擾和PLC內(nèi)部故障引起的，應(yīng)查明原因，對癥采取措施。11.1.3PLC程序調(diào)試

1.控制系統(tǒng)模擬調(diào)試將設(shè)計好的程序用編程器輸入到PLC中，進行編輯和檢查，改正程序設(shè)計語法錯誤。然后在實驗室里進行用戶程序的模擬運行和程序調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題立即修改和調(diào)整程序，直至滿足工藝流程和狀態(tài)流程圖的要求。模擬調(diào)試時首先根據(jù)順序功能圖，用小開關(guān)和按鈕來模擬PLC實際的輸入信號，例如發(fā)出操作命令，或在適當?shù)臅r候模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。其次通過輸出模塊各輸出繼電器對應(yīng)的發(fā)光二極管，觀察各輸出信號的變化是否滿足設(shè)計的要求。調(diào)試順序控制程序的主要任務(wù)是檢查程序的運行是否符合順序功能圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)時是否發(fā)生步活動狀態(tài)的正確變化，例如該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬剑械暮罄m(xù)步是否變?yōu)榛顒硬?，以及各步被?qū)動的負載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。在調(diào)試時應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、順序功能圖中的每一條支路、各種可能的進展路線逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后及時修改程序，直至在各種可能的情況下輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系完全符合要求。在編程軟件中，可以用梯形圖來監(jiān)視程序的運行，觸點和線圈的導通狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖里的每一活動步都能用顏色表示出來，調(diào)試效果非常明顯，很容易找到故障原因，及時修改程序。用簡易編程器只能看指令表里面觸點的通斷，不如用計算機監(jiān)視梯形圖直觀。

2.現(xiàn)場調(diào)試模擬調(diào)試好的程序要傳送到現(xiàn)場使用的PLC存儲器中，這時可先不帶負載，只帶上接觸器線圈、信號燈等進行調(diào)試，可利用編程器的監(jiān)控功能，或用計算機監(jiān)視梯形圖，采用分段、分級調(diào)試方法進行。待各部分功能都調(diào)試正常后，再帶上實際負載運行。若不符合要求，則可對硬件和程序做調(diào)整，通常只需修改部分程序即可達到調(diào)整目的?，F(xiàn)場調(diào)試后，如果可編程控制器使用的是RAM存儲用戶程序，一般還應(yīng)將程序固化在有長久記憶功能的EPROM中長期保持，由于目前使用的很多機型都是用EEPROM作為基本配置，因此可以減少固化這一步。特別注意如果是批量生產(chǎn)的設(shè)備，應(yīng)該在現(xiàn)場調(diào)試。對調(diào)試好的程序如果需要固化，則直接固化一批，不需固化的也要將程序保存好，因為現(xiàn)場調(diào)試好的程序再次使用時就可以減少最初的程序模擬調(diào)試。11.1.4減少I/O點的措施在可編程控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，經(jīng)常遇到輸入點或輸出點數(shù)量不夠用的問題，最簡單的解決方法就是增加硬件配置，這樣既提高了成本，又使安裝體積增大。因此，在設(shè)計時應(yīng)注意節(jié)省輸入、輸出點數(shù)。

1.減少所需輸入點數(shù)的方法

1)分組輸入很多設(shè)備都有自動控制和手動控制兩種狀態(tài)，自動程序和手動程序不會同時執(zhí)行，把自動和手動信號加起來，按不同控制狀態(tài)要求分組輸入到可編程控制器，可以節(jié)省輸入點數(shù)。分組輸入電路如圖11.1所示。X000用來輸入手動/自動轉(zhuǎn)換命令，供自動和手動切換之用。SB3和SB1按鈕雖然都是使用X001輸入端，但實際代表的邏輯意義不同。圖中的二極管是用來切斷寄生信號的，避免錯誤信號的產(chǎn)生。很顯然，X001輸入端可分別反映兩個輸入信號的狀態(tài)，節(jié)省了輸入端。

2)觸點合并式輸入修改外部電路，將某些具有相同功能的輸入觸點串聯(lián)或并聯(lián)后再輸入可編程控制器，這些信號就只占用一個輸入點了。串聯(lián)時，幾個開關(guān)同時閉合才有效。并聯(lián)時，其中任何一個觸點閉合都有效。例如，一般設(shè)備控制時都有很多保護開關(guān)，任何一個開關(guān)動作都要使設(shè)備停止運行，這樣在設(shè)計時就可以將這些開關(guān)串聯(lián)在一起，用一個輸入點。對同一臺設(shè)備的多點控制一般將多點的控制按鈕并聯(lián)在一起，用一點輸入，如圖11.2所示。圖11.1輸入端分組輸入圖11.2觸點合并的輸入

3)矩陣式輸入當可編程控制器有兩個以上富余的輸出端點時，可將二極管開關(guān)矩陣的行、列引線分別接到I/O端點上。這樣，當矩陣為n行m列時，可以得到n?×?m個輸入信號供可編程控制器組成的控制系統(tǒng)使用。對FX2N系列，使用矩陣輸入指令MTR，只用8個輸入點和8個輸出點就可以輸入64個輸入點的狀態(tài)。

4)充分利用可編程控制器的內(nèi)部功能使用KEY指令，只需4個輸入點、4個輸出點就可以輸入10個數(shù)字鍵和6個功能鍵；使用DSW指令，只需4個或8個輸入點、4個輸出點就可以讀入一個或兩個4位BCD碼數(shù)字開關(guān)信息。利用轉(zhuǎn)移指令，在輸入端上接一開關(guān)，作為自動、手動工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)，用轉(zhuǎn)移指令可以將自動和手動操作加以區(qū)別。利用計數(shù)器計數(shù)或移位寄存器移位，也可以利用交替輸出指令實現(xiàn)單按鈕的啟動停止。

2.減少所需輸出點數(shù)的方法

(1)通斷狀態(tài)完全相同的負載并聯(lián)后，可以共用PLC的一個輸出點。

(2)在采用信號燈作負載時，采用數(shù)碼管作指示燈可以減少輸出點數(shù)。FX2N系列七段譯碼指令SEGD可把十六進制數(shù)譯為七段顯示器所需的代碼，直接控制一只七段顯示器。用7個輸出點及一些數(shù)字顯示的指令，可以減少輸出點的數(shù)量。11.1.5PLC用于繼電-接觸控制系統(tǒng)改造中若干問題的處理可編程控制器使用與繼電-接觸器控制電路極為相似的梯形圖語言。如果用可編程控制器改造繼電器控制系統(tǒng)，根據(jù)繼電器電路圖來設(shè)計梯形圖是一條捷徑。這是因為原有的繼電器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期使用和考驗，已經(jīng)被證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能，而繼電器電路圖又與梯形圖有很多相似之處，所以可以將繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，即可用可編程序控制器的外部硬件接線和梯形圖來實現(xiàn)繼電器系統(tǒng)的功能。根據(jù)繼電器電路設(shè)計可編程控制器的外部接線和梯形圖時應(yīng)注意以下問題：

(1)應(yīng)遵守梯形圖語言的語法規(guī)定。由于工作原理不同，梯形圖不能照搬繼電器電路中的某些處理方法。例如在繼電器電路中，觸點可以放在線圈的兩側(cè)，但是在梯形圖中，線圈必須放在電路的最右邊。

(2)適當分離繼電器電路圖中的某些電路。設(shè)計繼電器電路原理圖時的一個基本原則是盡量減少圖中使用的觸點個數(shù)，但是這往往會使某些線圈的控制電路交織在一起。在設(shè)計梯形圖時，首要的問題是設(shè)計的思路要清楚，設(shè)計出的梯形圖容易閱讀和理解，并不是特別注意是否多用幾個觸點，因為這不會增加硬件的成本，只是在輸入程序時需要多花一點時間。

(3)盡量減少可編程序控制器的輸入信號和輸出信號。PLC的價格與I/O點數(shù)有關(guān)，每一個輸入信號和每一個輸出信號分別占用一個輸入點和一個輸出點，因此減少輸入信號和輸出信號的點數(shù)是降低硬件費用的主要措施。

(4)設(shè)置中間單元。在梯形圖中，若多個線圈都受某一觸點串并聯(lián)電路的控制，為了簡化電路，在梯形圖中可設(shè)置電路控制的存儲器位，在各線圈的控制電路中使用其常開觸點，它類似于繼電器電路的中間繼電器。

(5)設(shè)立外部互鎖電路?？刂飘惒诫妱訖C正反轉(zhuǎn)的交流接觸器如果同時動作，將會造成三相電源短路。為了防止出現(xiàn)這樣的事故，除了在梯形圖中設(shè)置與它們對應(yīng)的輸出線圈串聯(lián)的常閉觸點組成的聯(lián)鎖電路外,還應(yīng)在PLC外部設(shè)置硬件互鎖電路。

(6)變換外部負載的額定電壓。PLC的繼電器輸出模塊和雙向晶閘管輸出模塊一般只能驅(qū)動額定電壓AC220V的負載，如果系統(tǒng)原來的交流接觸器的線圈電壓為380V，則應(yīng)將線圈換成220V，或設(shè)置外部中間繼電器。11.2PLC在液壓自動循環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.實訓目的實訓目的如下：

(1)了解PLC在液壓自動循環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

(2)掌握用PLC基本邏輯指令設(shè)計梯形圖的方法。

2.實訓要求動力滑臺是組合機床加工工件時完成進給運動的動力部件，它由液壓驅(qū)動。這種滑臺具有兩種進給速度，往往先以快速度加工，而后面以較慢的速度加工，如鏜孔、車端面等。圖11.3為二次工進動力滑臺的液壓系統(tǒng)，它的工作狀態(tài)由YA1～YA4四個電磁鐵的通斷來控制。圖11.3二次工進動力滑臺液壓系統(tǒng)圖電磁鐵YA1～YA4的通斷電動作順序見表11-1。

(1)按下啟動按鈕SB1，液壓滑臺從原位快速啟動；

(2)當快進到擋鐵壓動SQ2時，液壓滑臺由快進轉(zhuǎn)為一次工進；

(3)當一次工進到擋鐵壓動SQ3時，液壓滑臺由一次工進轉(zhuǎn)為二次工進；

(4)二次工進到終點死擋鐵處，壓住SQ4；

(5)終點停留6s后，轉(zhuǎn)為反向快退，到達原位后壓下SQ1停止；

(6)系統(tǒng)在控制方式上，能實現(xiàn)自動/單周循環(huán)控制及點動調(diào)整控制。表11-1動作順序表

3.實訓內(nèi)容及步驟實訓內(nèi)容及步驟如下：

1)?I/O地址分配根據(jù)以上液壓系統(tǒng)自動循環(huán)控制要求分析，系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點10個，開關(guān)量輸出點4個?？紤]系統(tǒng)的經(jīng)濟性和技術(shù)指標，擬選用三菱公司的FX2N—24MR機型，該機型基本單元有12點輸入、12點輸出，完全能滿足控制要求。輸入/輸出信號地址分配如表11-2所示。

2)硬件接線根據(jù)控制要求和PLC的I/O定義，畫出硬件接線圖，接線時輸出負載可用指示燈代替。

3)設(shè)計控制程序根據(jù)控制要求和PLC的I/O定義，編制梯形圖程序。

4)系統(tǒng)調(diào)試運行根據(jù)工藝要求，運用PLC的調(diào)試手段對系統(tǒng)進行調(diào)試。表11-2輸入/輸出信號地址分配表11.3PLC在燃油鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.實訓目的實訓目的如下：

(1)了解PLC在燃油鍋爐中的應(yīng)用。

(2)掌握用PLC設(shè)計梯形圖的方法。

2.實訓要求圖11.4為某燃油鍋爐示意圖。燃油經(jīng)燃油預(yù)熱器預(yù)熱，由噴油泵經(jīng)噴油口打入鍋爐進行燃燒。燃燒時，鼓風機送風，噴油口噴油，點火變壓器接通(子火燃燒)，瓦斯閥打開(母火燃燒)，將燃油點燃。點火完畢，關(guān)閉子火與母火，繼續(xù)送風、噴油，使燃燒持續(xù)。鍋爐的進水和排水分別由進水閥和排水閥來執(zhí)行，上、下水位分別由上限、下限水位開關(guān)來檢測，蒸汽壓力由蒸汽壓力開關(guān)來檢測。圖11.4某燃油鍋爐示意圖

(1)啟動。該鍋爐的燃燒按一定時間間隔順序起燃。其起燃順序如下：

(2)停止。停止燃燒時，要求如下：

(3)異常情況自動關(guān)火。鍋爐燃燒過程中，當出現(xiàn)異常情況時(即蒸汽壓力超過允許值、水位超過上限，或水位低于下限)，能自動關(guān)火進行清爐；異常情況消失后，又能按起燃程序重新點火燃燒。即

(4)鍋爐水位控制。鍋爐工作啟動后，當水位低于下限時，進水閥打開，排水閥關(guān)閉；當水位高于上限時，排水閥打開，進水閥關(guān)閉。

3.實訓內(nèi)容及步驟實訓內(nèi)容及步驟如下：

1)?I/O地址分配根據(jù)示意圖和控制要求可知，該系統(tǒng)需要5個輸入點和7個輸出點，其地址分配如表11-3所示。

2)硬件接線根據(jù)控制要求和PLC的I/O定義，畫出硬件接線圖，接線時輸出負載可用指示燈代替。

3)設(shè)計控制程序根據(jù)控制要求和PLC的I/O定義，編制梯形圖程序。

4)系統(tǒng)調(diào)試運行根據(jù)工藝要求，運用PLC的調(diào)試手段對系統(tǒng)進行調(diào)試。表11-3輸入/輸出信號地址分配表11.4PLC在橋式起重機檢測控制中的應(yīng)用

1.實訓目的實訓目的如下：

(1)了解PLC在起重機中的應(yīng)用。

(2)掌握PLC技術(shù)應(yīng)用在起重機檢測設(shè)計中的方法。

2.實訓要求橋式起重機有3個主要的執(zhí)行工作機構(gòu)：升降機構(gòu)、進退機構(gòu)、左右運行機構(gòu)。對橋式起重機的質(zhì)量檢測，主要是針對工作機構(gòu)在空載和加載兩種工況下的運行情況進行檢測。空載檢測時，要求系統(tǒng)運行時間不少于1h；加載檢測要加載到1.1倍額定負載，并按控制要求反復(fù)運行1h。

(1)檢測進退機構(gòu)運行時，機構(gòu)的運動順序是：前進30s，停45s，后退30s，停45s；每一個周期150s。

(2)當進退機構(gòu)一個周期結(jié)束1s后，進行左右檢測，左行14s，停23s，右行14s，停23s，左右行一個周期75s。

(3)檢測升降機構(gòu)運行時，升降機構(gòu)在進退機構(gòu)啟動15s后啟動，即在左右行機構(gòu)工作14s后停止時啟動，上升10s，停15s，下降10s，停15s，一個周期50s。

(4)為了安全，起重機任意兩個機構(gòu)不能同時啟動，但可同時運行；同時，要求3個機構(gòu)不能同時運行。

(5)為了適應(yīng)不同的現(xiàn)場要求，要求檢測設(shè)備有隨機手動控制功能，以保證運行的靈活性和安全性。

3.實訓內(nèi)容及步驟實訓內(nèi)容及步驟如下：

1)?I/O地址分配根據(jù)上述對橋式起重機檢測過程的控制要求，PLC控制系統(tǒng)的輸入包括：自動運行開關(guān)的輸入信號，手動前進、后退開關(guān)信號，手動左行、右行開關(guān)信號，手動上升、下降開關(guān)信號，共計7個開關(guān)量輸入信號。

PIC控制系統(tǒng)的輸出包括：前進、后退接觸器驅(qū)動信號，左行、右行接觸器驅(qū)動信號，上升、下降接觸器驅(qū)動信號，電鈴和指示燈驅(qū)動信號，共計8個開關(guān)量輸出信號。系統(tǒng)I/O地址分配如表11-4所示。表11-4輸入/輸出信號地址分配表

2)硬件接線根據(jù)控制要求和PLC的I/O定義，畫出硬件接線圖，接線時輸出負載可用指示燈代替。

3)設(shè)計控制程序根據(jù)控制要求和PLC的I/O定義，進行系統(tǒng)控制程序設(shè)計，包括進退機構(gòu)、左右運行機構(gòu)和升降機構(gòu)的控制梯形圖設(shè)計。

4)系統(tǒng)調(diào)試運行根據(jù)工藝要求，運用PLC的調(diào)試手段對系統(tǒng)進行調(diào)試。11.5PLC在多臺電動機啟動控制中的應(yīng)用

1.實訓目的實訓目的如下：

(1)了解PLC與軟啟動器在電動機啟動控制中的應(yīng)用。

(2)掌握采用順序控制設(shè)計梯形圖的方法。

2.實訓要求電動機的軟啟動和軟停止是一種新型的啟動方式。軟啟動是電動機的輸入電壓從0V開始，按預(yù)先設(shè)置的方式逐步上升，直到全電壓結(jié)束。電動機的軟停止是電動機從額定轉(zhuǎn)速開始，按預(yù)先設(shè)置的方式逐步減速，直到停止。軟啟動和軟停止依賴于串接在電源和電動機之間的軟啟動器，用它控制軟啟動內(nèi)部晶閘管的導通角，從而控制其輸出電壓或電流，達到有效控制電動機的啟動和停止。軟啟動器標準單元在主電路中的接線如圖11.5所示。圖中，在軟啟動器的輸入和輸出兩端，并聯(lián)接觸器KMn1(n=1，2，3，4)的常開觸點，串聯(lián)接觸器KM和接觸器KMn2的常開觸點。當軟啟動時，觸點KM和觸點KMn2閉合，觸點KMn1斷開，啟動電流經(jīng)軟啟動器流向電動機。軟啟動完成后，觸點KMn1閉合，觸點KM和觸點KMn2斷開，軟啟動器不工作，工作電流通過KMn1送至電動機。當軟停止時，觸點KM和觸點KMn2閉合，觸點KMn1斷開，實現(xiàn)軟停止，直到電動機停止運行，然后斷開觸點KM和觸點KMn2。圖11.5啟動多臺電動機的主回路圖11.5是用一臺軟啟動器啟動4臺風機的線路圖。每臺風機45kW，啟動、停止的控制過程可由PLC的順序控制完成，控制要求如下：

(1)每臺風機都應(yīng)有手動、自動兩種選擇，用開關(guān)人工設(shè)定。

(2)在手動或自動時，風機均由軟啟動器啟動。

(3)?4臺風機為二用二備，在控制程序中要能自動識別。

(4)在自動運行中若兩臺風機風量不夠時，備用風機要能手工啟動并投入運行，其主回路如圖11.7所示。圖中的軟啟動器設(shè)置為軟啟動方式。

若選定風機為自動狀態(tài)，啟動次序如下：KM閉合→KM12閉合→軟啟動觸點閉合(軟啟動開始)→KM11閉合→KM12斷開→軟啟動觸點斷開→KM斷開(1#?風機啟動完畢)→KM閉合→KM22閉合→軟啟動觸點閉合→KM21閉合→軟啟動觸點斷開→KM斷開(2#?風機啟動完畢)。按要求3#、4#?風機為手動啟動，在按下手動啟動按鈕時，也應(yīng)有以上的啟動過程。軟啟動過程由PLC控制。當手動啟動某風機時，本風機應(yīng)在靜止狀態(tài)，其他風機的手動啟動按鈕未按下；同時，其他風機也不在啟動狀態(tài)，自動循環(huán)中也沒有風機啟動，啟動才有效，有效時間為1min，由定時器決定。如3#?風機的手動軟啟動時，必須滿足3#?風機在手動啟動狀態(tài)，3#?風機無運行、啟動反饋信號，1#、2#、4#?風機均無啟動要求，也不在軟啟動過程中。以上條件由常閉觸點的互鎖實現(xiàn)，若條件成立，3#?風機的手動啟動觸點閉合時，進入軟啟動狀態(tài)。

3.實訓內(nèi)容及步驟實訓內(nèi)容及步驟如下：

1)硬件接線根據(jù)控制要求和PLC的I/O定義，畫出硬件接線圖，接線時輸出負載可用指示燈代替。

2)設(shè)計控制程序根據(jù)控制要求和PLC的I/O定義，編制梯形圖程序。

3)系統(tǒng)調(diào)試運行根據(jù)工藝要求，運用PLC的調(diào)試手段對系統(tǒng)進行調(diào)試。11.6PLC用于溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

1.實訓目的實訓目的如下：

(1)掌握模擬量模塊FX2N—4AD、FX2B—4DA的使用。

(2)掌握FX2N系列PLC的PID的應(yīng)用。

(3)了解PLC在溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

2.實訓要求在燒結(jié)配礦試驗與燒結(jié)礦的理化檢驗中，常用到試驗電爐。傳統(tǒng)的試驗電爐只具備恒溫控制，溫度設(shè)定值由人工通過溫度控制器的給定電位器設(shè)定，試驗準確性很難保證。為了得到理想的配礦結(jié)構(gòu)及燒結(jié)工藝，必須對爐膛的溫度、溫度的時間變速及試驗時間進行調(diào)節(jié)與控制。這樣就要求對試驗電爐的溫度進行程序的控制，使爐膛的溫度嚴格按給定的溫控曲線變化，從而保證試驗的準確度。試驗電路的溫控曲線設(shè)定為多段曲線，如圖11.6所示。

1)溫控曲線的形成先求得每段線的斜率，再運用PLC算術(shù)指令，對給定值進行積算累加，當達到某個平臺設(shè)定值時將其保持；到達平臺恒溫時間后，再根據(jù)斜率進行積算累加或遞減。經(jīng)過幾次積算累加或遞減后，可精確逼近溫控曲線。

2)加熱控制溫度控制系統(tǒng)采用PID控制系統(tǒng)。主回路用雙向可控硅對加熱器進行控制，雙向可控硅采用過零觸發(fā)方式，與主回路共同構(gòu)成調(diào)控器。通過溫度變送器將爐膛溫度進行檢測，并將變送器輸出通過FX2N—4AD轉(zhuǎn)換后送給PLC,作為溫度反饋信號。運用PLC的PID指令，將反饋信號與溫度給定曲線進行PID運算后得到控制信號，供給觸發(fā)電路，作為調(diào)功器的給定信號。圖11.6試驗電爐溫控曲線

3.實訓內(nèi)容及步驟實訓內(nèi)容及步驟如下：

1)系統(tǒng)構(gòu)成試驗電路加熱系統(tǒng)如圖11.7所示。

2)元件地址分配軟元件有關(guān)地址分配情況列于表11-5中。圖11.7試驗電路加熱系統(tǒng)表11-5PLC內(nèi)部地址分配表

3)程序設(shè)計根據(jù)控制要求和PLC內(nèi)部軟元件的定義，進行系統(tǒng)控制程序設(shè)計：

(1)溫控曲線的形成。溫控曲線分成兩種情況：一是斜坡部分；二是平臺部分。斜坡部分的主要參數(shù)是斜坡斜率和斜坡時間。平臺部分的主要參數(shù)是平臺溫度值和平臺時間。將兩個平臺的溫差值與斜坡時間相除后，即得斜坡斜率，有了斜率就得到了單位時間溫度的上升(或下降)值。然后利用PLC的MUL和ADD指令按一定斜率進行計算，完成溫度給定值的逼近。當積算值時間達到平臺溫度時，斜坡曲線完成。此時將給定值保持，保持時間為平臺恒溫時間。保持時間一到，再進行下一個斜坡曲線的積算逼近。

(2)模擬量的處理。系統(tǒng)中模擬量有兩個，一是爐膛實際溫度測量的反饋值；二是實際溫度與設(shè)定溫度進行PID運算后的控制信號。測量值為模擬量輸入，采用FX2N—4AD實現(xiàn)。將FX2N—4AD的CH1設(shè)定為電壓輸入方式，將溫度反饋值進行A/D轉(zhuǎn)換，為PID運算提供反饋信號?？刂菩盘枮槟M量輸出，采用FX2N—4DA完成，將FX2N—4DA的CH1設(shè)定為電壓輸出方式，經(jīng)PID運算后產(chǎn)生的溫度控制信號進行D/A轉(zhuǎn)換，作為調(diào)控器過零觸發(fā)電路的給定電壓。

(3)?PID調(diào)節(jié)。FX2N系列PLC提供PID指令(FUN88)。該指令對當前值[S2]和設(shè)定值[S1]進行比較，通過PID回路處理兩者之間的偏差來產(chǎn)生一個調(diào)節(jié)值，存入目標元件[D]中。

4)系統(tǒng)調(diào)試

(1)溫控曲線形成的程序調(diào)試。在程序中設(shè)置斷點，對溫控曲線形成程序逐段進行調(diào)試。調(diào)試時，可將溫度給定值直接送給FX2N—4DA，通過繪圖儀或電壓表和計時儀，觀察給定曲線是否正常。

(2)調(diào)整PID參數(shù)設(shè)置。根據(jù)系統(tǒng)的不同特點，合理調(diào)整PID參數(shù)的設(shè)置，直到符合要求的性能指標。11.7PLC用于自動倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計

1.實訓目的實訓目的如下：

(1)了解PLC在自動倉庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

(2)掌握PLC與上位機及變頻器的配合應(yīng)用。

2.實訓要求隨著我國物流現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，自動倉庫在生產(chǎn)過程中的地位愈顯重要。它能提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理程度，降低產(chǎn)品成本，提升企業(yè)整體素質(zhì)。目前，自動倉庫的建設(shè)在我國經(jīng)濟效益好的中、大型企業(yè)方興未艾。自動倉庫的組成有以下幾部分：①貨架；②堆垛機或自動搬運機構(gòu)；③堆垛機的自動控制；④自動倉庫的計算機管理系統(tǒng)。自動倉庫的布局如圖11.8所示。圖11.8自動倉庫布局

1)取貨用戶發(fā)出取貨要求，給出貨位地址(貨位地址用相應(yīng)的排號、列號、層號組成)后，上位機(計算機)根據(jù)堆垛機當前位置，經(jīng)過貨位地址變換，給出相對于堆垛機當前位置的貨位地址，發(fā)出取貨指令給堆垛機，堆垛機控制系統(tǒng)接收信號后，堆垛機行走，同時安裝在堆垛機上的回轉(zhuǎn)頭沿立柱升降運動，并且回轉(zhuǎn)到位；當運動到達目的貨位時，貨叉開始伸縮運動，執(zhí)行取貨操作；堆垛機將所取貨物送至貨物輸出口；然后在此位待命或返回至規(guī)定位置。

2)存貨用戶發(fā)出存貨要求，系統(tǒng)根據(jù)倉庫貨位情況，給出貨物的存放地址，上位機根據(jù)堆垛機當前位置，經(jīng)過貨位地址變換，給出相對于堆垛機當前位置的貨位地址，發(fā)出存貨指令給堆垛機；堆垛機控制系統(tǒng)接收信號后，在貨物輸入口接收貨物，堆垛機行走，同時回轉(zhuǎn)頭沿立柱升降運動，并且回轉(zhuǎn)到位；當運動到達目的貨位時，貨叉開始伸縮運動，執(zhí)行存貨操作；完成操作后在此位待命或返回至規(guī)定位置。

3)堆垛機的主要運動堆垛機的主要運動包括：

(1)堆垛機沿貨架巷道(列方向)的前后高低速運動；

(2)安裝在堆垛機上的回轉(zhuǎn)頭沿立柱(層方向)的上下升降運動及左右旋轉(zhuǎn)運動(排方向)；

(3)安裝在回轉(zhuǎn)頭上的貨叉伸縮機構(gòu)的伸縮運動。

3.實訓內(nèi)容及步驟實訓內(nèi)容及步驟如下：

1)?I/O地址分配考慮到PLC與上位機的通信，以及所需要的輸入/輸出點數(shù)，其輸入/輸出點接線如圖11.9所示。

2)程序設(shè)計根據(jù)控制要求和PLC輸入/輸出接線圖，進行系統(tǒng)控制程序設(shè)計：

(1)本程序中必須考慮堆垛機的認址問題和堆垛機的速度變換，這兩個問題可利用PLC的數(shù)據(jù)寄存器、計數(shù)器以及比較指令來完成；圖11.9PLC輸入/輸出點配置圖

(2)當堆垛機行走時或回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)時，貨叉不能進行伸出或收縮動作，反之亦然，此問題可利用PLC中輸出繼電器間的互鎖解決。

3)系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)工藝要求，運用PLC的調(diào)試手段對系統(tǒng)進行調(diào)試。11.8PLC用于車庫管理控制系統(tǒng)的設(shè)計

1.實訓目的本實訓以兩層車庫管理的控制系統(tǒng)為例，通過方案論證、系統(tǒng)建立、電氣原理圖設(shè)計、元器件選擇及性能測試和安裝接線圖設(shè)計，訓練應(yīng)用PLC計數(shù)設(shè)計控制系統(tǒng)的思路和方法，并建立設(shè)計實際控制系統(tǒng)的一個完整的概念。設(shè)計分初步設(shè)計和技術(shù)設(shè)計兩個環(huán)節(jié)進行。

2.實訓要求兩層車庫簡圖如圖11.10所示，為了簡化問題，本設(shè)計暫定三個泊車位為一個單元，其中Ⅰ號位置作為車輛存取泊位調(diào)整，以保證在任何情況下均能存取車輛。兩層車庫電氣控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求如下：圖11.10兩層車庫簡圖

(1)泊車駕駛員只需用按鈕操作，系統(tǒng)完成對應(yīng)泊位托板位置調(diào)整，將托板位置調(diào)整到車輛出口處；存取車完畢后，托板自動回復(fù)原位。

(2)系統(tǒng)具有停電時狀態(tài)保持功能，當斷電后恢復(fù)通電，在操作者重新啟動后，系統(tǒng)能按停電前原動作順序繼續(xù)工作。

(3)為防止超長車輛進入車庫造成車輛和車庫損壞，系統(tǒng)應(yīng)具有車輛測長功能，對超長車輛能作超長報警處理。

(4)上層泊位應(yīng)具有防墜落保護裝置。