机械手-工业机械手模型-基于PLC的控制系统软硬件设计
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机械手-工业机械手模型-基于PLC的控制系统软硬件设计,机械手,工业,模型,基于,PLC,控制系统,软硬件,设计
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FX-20P-EFX-20P-EMELSEC-FXFXFX-1-2-3-4-123x45678910PLC111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxX 71727374757677FX-20P-RWM78794041424344454647484950515253545556575859ZRSTDECOENCOSUMBONMEANANSANRREFREFFMTRHSCSHSCRHSZSPDPLSYPWM60616263646566676869ISTABSDINCDTTMRSTMRALTRAMPROTC707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899TKYHKYDSWSEGDSEGLARWSASCPRPRUNVRRDVRSCMNETANRDANWRRMSTRMWRRMRDRMMNBLKMCDE80FX2N-80MFX2N-64MFX2N-48MFX2N-32MFX2N-24MFX2N-16M818283610161026103620162026203620462058485868788G O89P21P22P26P259091929394第八章 PLC应用实践 掌握PLC技术的关键在于动手实践，因此本章从PLC应用实践指导的角度出发，主要介绍PLC的基本实验、提高实验、综合工程实践以及施工设计等内容。第一节 PLC编程器的使用一、FX-20P-E简易编程器的使用（一）概述FX-20P-E简易编程器（Handy Programming Panel，简称HPP）适用于FX系列PLC，也可以通过转换器FX-20P-E-FKIT用于F系列PLC。FX-20P-E编程器有联机（Online）和脱机（Offline）两种操作方式。（1）联机方式 编程器对PLC的用户程序存储器进行直接操作、存取的方法。在写入程序时，若PLC内未装EEPROM存储器，程序写入PLC内部RAM，若PLC内装有EEPROM存储器，程序写入该存储器。（2）脱机方式 脱机方式是对HPP内部存储器的存取方式。编制的程序先写入HPP内部的RAM，再成批地传送到PLC的存储器中，也可以在HPP和ROM写入器之间进行程序传送。（二）HPP的组成与操作面板1HPP的组成HPP由液晶显示屏（16字符4行，带后照明）、ROM写入器等模块接口、安装存储器卡盒的接口，以及专用的键盘（功能键、指令键、软元件符号键、数字键）。HPP配有FX-20P-CAB电缆（适用于FX2系列PLC）或FX-20P-CABO电缆（适用于FX0系列PLC），用来与PLC连接；还有系统的存储卡，用来存放系统软件（在系统软件修改版本时更换）；其它如ROM写入器模块、PLC存储器卡盒等均为选用件。2HPP的操作面板HPP的操作面板如图8-1所示，键盘上各键的作用如下：图8-1 HPP操作面板（1）功能键 功能键有三个：RD/WR（读出/写入）、INS/DEL（插入/删除）、MNT/TEST（监视/测试）。每个功能键均有两个功能并交替起作用：按一次时选择第1功能；再按一次，则选择第2功能。（2）其它键 其它键OTHER，在任何状态下按该键，将显示方式项目单（菜单）选择画面。安装ROM写入器模块时，在脱机方式项目单上进行项目选择。（3）清除键CLEAR 如果在按GO键以前（确认前）按此键，则清除键入的数据。此键也可以用于清除错误信息，恢复原来的画面。（4）帮助键HELP 显示功能指令一览表；在监视时，进行十进制数和十六进制数的转换，起到键输入时的辅助功能。（5）空格键SP 在输入时，用该键指定软元件的编号和常数。（6）步序键STEP 设定步序号时。（7）光标键、 用此键来移动光标和提示符，指定当前元件的前一个或后一个地址号元件，作行滚动。（8）执行键GO 此键用于指令的确认、执行，显示后面的画面（滚动）以及再检索。（9）指令、元件符号及数字键 共24个，都是双功能（指令/元件符号及数字）复用键，用于程序的输入、读出或监视。两种功能是根据当前所执行的操作自动进行切换，其中元件符号Z/V、K/H、P/I交替起作用（反复按键时互相交替切换）。（三）HPP的操作过程HPP的操作过程主要包括：操作准备、方式选择、编程、监视与测试等。1 操作准备打开PLC上部的插座盖板，将HPP所带的FX-20P-CAB型电缆（对FX2系列PLC）接到PLC的连接HPP专用插座上，并将左右两边的螺钉拧紧，然后接通PLC电源。HPP本身不带电源，只能通过电缆由PLC供电。2 方式选择在方式选择时，用HPP的键操作进行联机/脱机方式的选择及功能选择。接通PLC电源后，HPP显示屏上将显示如图8-2上部所示的画面，2秒钟后将自动转入下一个画面。画面初始状态时，光标显示联机方式，按GO键，则确认为联机方式。如选择脱机方式，将光标移到OFF LINE位置，再按GO键。方式选择完后，再进行功能选择。图8-2 方式选择3 编程操作前，首先确认PLC的RUN/STOP开关为“STOP”位置，然后在指定的范围内成批写入NOP指令，将PLC内部用户存储器的程序全部清除，再用编程器的编辑功能进行编程。4 监视监视功能是通过HPP的显示屏监测和确认联机方式下PLC的动作和控制状态。如指定元件的ON/OFF状态，T、C、D及文件寄存器的设定值和当前值。5 测试测试功能是由HPP对指定元件的触点和线圈进行强制ON/OFF，以及进行常数变更。（四）编程操作以下分别说明在联机方式下，程序读出、写入、插入、删除等操作方法。在联机方式下，是直接对PLC内部的用户程序存储器进行操作，所以编程结束后，不必再向PLC传送。在编程操作时，HPP显示屏上显示的画面如图8-3所示。按功能键或OTHER键，可切换到其他功能或项目单。图8-3 编程操作时显示的画面 编程时按指令清单进行。基本逻辑指令和步进指令在HPP上有对应的指令键，但没有逐一对应的功能指令键，需通过FNC和数字、字母键键入。1 读出在联机方式下，当PLC处于RUN状态时，只能根据步序号读出指令；PLC处于STOP状态时，还可根据指令、元件以及指针读出指令。在脱机方式下，不管PLC处于“RUN”状态还是“STOP”状态，所有读出方式有效。（1）根据步序号读出 指定步序号，从用户程序存储器中读出并显示程序，其基本操作如图8-4所示。图8-4 根据步序号读出程序的基本操作例如：读出第55步的程序指令，其操作步骤如下：RD功能下STEP55GO。HPP以指定的步序号指令为第1行，读出并显示4行程序。若反复按GO键，则显示指令的第5行以后的画面并滚动进行。（2）根据指令读出 PLC处于STOP状态时，指定指令，从用户程序存储器读出并显示程序，其基本操作如图8-5所示。图8-5 根据指令读出的基本操作例如：读出指令PLS M104，操作如下：RD功能下PLSM104GO。HPP从0步依次搜索所指定的指令，并显示以最先搜索到的指令为首行的4行程序；反复按GO键，从所搜索出的下一步开始，搜索同样指令，若没有发现指定的指令，则显示“NOT FOUND”信息。（3）根据指针读出 当PLC处于STOP状态时，指定指针，从用户程序存储器中读出并显示程序，其基本操作如图8-6所示：图8-6 根据指针读出的基本操作例如：读出指针编号为3的标号，其操作步骤如下：RD功能下P3GO。（4）根据元件读出 PLC处于STOP状态时，指定元件符号和地址号，从用户程序存储器中读出并显示程序，其基本操作如图8-7所示。图8-7 根据元件读出的基本操作例如：读Y100，其操作为：RD功能下SPY100GO。2写入写入操作有基本指令、功能指令、元件、指针标号等的输入。（1）基本指令的写入基本指令（含步进指令）的写入的基本操作如图8-8所示。图8-8 基本指令的写入操作例1：写入ORB指令，其操作为：WR功能下ORBGO。例2：写入LD X0 指令，其操作为：WR功能下LDX0GO。例3：写入OUT T100 K19 指令，其操作为：WR功能下OUTT100SPK19GO。在指令输入过程中，如需要修改，可按图8-9所示的操作进行。图8-9 修改的基本操作例如，输入指令OUT T0 K10，按GO键前（确认前），欲将K10改为D9，其操作为：WR功能下OUTT10SPK10CLEARD9GO。如在确认后（按GO键后）修改上例，其操作为：WR功能下OUTT10SPK10GOD9GO。（2）功能指令的输入 在写入功能指令时，先按FNC键，再写入功能指令编号，不能像输入基本指令那样，使用元件符号键。写入功能指令编号有两种方法：直接输入指令编号，或借助于HELP键的功能，在所显示的指令一览表中检索指令编号，再写入。功能指令写入的基本操作如图8-10所示。图8-10 功能指令输入的基本操作例如：输入D MOV P D0 D2 指令，用直接输入功能指令编号的方法，操作为：WR功能下FNCD12PSPD0SPD2GO。（3）元件和指针的输入 在基本指令和功能指令的输入中，往往涉及到元件的输入。例如：写入MOV K1 X10Z D1指令，其操作为：WR功能下FNC122SPK1X10ZSPD1GO。程序中的P（指针）、I（中断指针）作为标号使用时，其输入方法和指令相同。例如:写入标号编号为P5，其操作为：WR功能下P5GO。（4）程序的修改在指定的步序上修改指令。例如，在第100步上写入指令OUT T50 K30，其操作为：RD功能下STEP100GOWR功能下OUTT50SPK30GO。如果要修改功能指令中的操作数，读出该操作数后，将光标移到欲修改的操作数所在的行，然后修改该行的参数。（5）NOP成批写入 在指定范围内，将NOP成批写入，其操作如图8-11所示。图8-11 NOP成批写入的基本操作例如：在1000步到1024步范围内成批写入NOP，其操作为：WR功能下找到1000步NOPK1024GO。（6）NOP全部写入 NOP全部写入即将PLC内部原程序清除，其操作为：WR功能下NOPAGOGO。3插入如果需要在某条指令之前插入一条指令，按照前述指令读出的方法，先将某条指令显示在屏幕上，此时，光标指向该指令，（无步序号的行不能插入）。然后，按INS/DEL键，使编程器处于I（插入INS）工作方式，接着按照指令写入的方法，将该指令写入，按GO键后写入的指令插在原指令之前，后面的指令依次向后推移，其操作如图8-12所示。图8-12 插入的基本操作例如：在200步前面插入指令AND M5，其操作为：读出200步指令INS功能下ANDM5GO。4删除删除可分为逐条删除、指定范围删除和NOP的成批删除。（1）逐条删除 按照指令读出的方法，逐条删除用光标指定的指令或指针，其基本操作如图8-13所示。图8-13 逐条删除的基本操作例如：删除第100步的OR指令，其操作为：读出100步指令DEL功能下GO。（2）指定范围的删除 将指定的起始步序号到终止步序号之间的程序成批删除，其操作如图8-14所示：图8-14 指定范围删除的基本操作（3）NOP的成批删除 其操作为：DEL功能下NOPGO。（五）监视/测试操作使用HPP可以对位编程元件的状态和字编程元件内的数据进行监视和测试。监视功能可监视和确认联机方式下PLC编程元件的动作和控制状态，包括对编程元件的监视和对基本逻辑运算指令通/断状态的监视。测试功能是由HPP对PLC的位元件的触点和线圈进行强制ON/OFF以及常数的修改，包括修改T、C、D、Z、V的当前值和T、C的设定值，文件寄存器的写入等内容。1元件监视元件监视即监视指定元件的ON/OFF状态、设定值及当前值，其操作如图8-15所示。图8-15 元件监视的基本操作例如，依次监视X0及其以后的元件，其操作和显示如图8-16所示。图8-16 监视X0等元件的操作及显示a)操作 b)显示 按MNT键后，按SP键，键入元件符号及编号。 按GO键，根据有/无标记，监视所键入元件的ON/OFF状态（见图8-16）。如果编程元件左侧有“”，表示该编程元件处于ON状态；如果没有，表示它处于OFF状态。最多可监视8个元件。 通过按、键，监视前后元件的ON/OFF状态。2.导通检查在监视状态下，根据步序号或指令读出指令，可监视指令中元件触点的通/断和线圈动作状态，其操作如图8-17所示。图8-17 导通检查的基本操作例如：读出第126步，作导通检查，其操作和显示如图8-18所示。图8-18 通/断检查读出以指定步序号为首的4行指令，根据各行是否显示“”，就可以知道触点和线圈的状态。但是对定时器和计数器来说，若OUT T或OUT C指令所在行显示“”仅表示定时器或计数器分别处于定时或计数工作状态（其线圈“通电”），并不表示其输出常开触点接通。3.活动状态的监视用指令或编程元件的测试功能使M8047（STL监视有效）为ON，先按MNT/TEST键，使编程器处于M工作方式，再按STL键和GO键，可以监视最多8点为ON的状态器S，它们按元件号从大到小的顺序排列。可监视状态器的范围：S0-S899（当M8049为ON，可监视S900-S999），如M8047不处于ON时，则状态监视无效。4.强制ON/OFF元件的强制ON/OFF，先进行元件监视，而后进行测试功能，其基本操作如图8-19所示。图8-19 强制ON/OFF的基本操作5修改T、C的设定值元件监视或导通检查后，转到测试功能，可修改T、C的设定值。其基本操作如图8-20所示。图8-20 修改T、C设定值的基本操作例如：将T5的设定值K300修改为K500，其操作为：对T5元件监视TEST功能下SPSPK500GO。6修改T、C、D、Z、V的当前值先进行元件监视后，再进入测试功能，修改T、C、D、Z、V的当前值。其基本操作如图8-21所示。图8-21 修改T、C等当前值的基本操作例如：将32位计数器的设定值寄存器（D1 D0）的当前值K12345修改为K10，其键操作为：对元件监视TEST功能下SPK10GO。（六）脱机（OFFLINE）编程操作1概述脱机方式下编制的程序存放编程器（HPP）的RAM中，联机方式输入的程序存放在PLC的RAM中，HPP内部RAM中的程序不变。HPP 的RAM中程序可成批地传送到PLC的RAM，也可成批地传送到装在PLC上的存储器卡盒。往ROM写入器的传送，在脱机方式下进行。HPP的RAM采用超级电容器作断电保护，充电1小时，可保持3天以上。因此，可将在实验室里脱机生成的装在HPP 的RAM中程序，传送给安装在现场的PLC。2进入脱机方式的方法有两种方法可以进入脱机（OFFLINE）编程方式：（1）FX-20P-E型编程器上电后，按“”键，将闪烁的符号“”移动到OFFLINE（HPP）位置上，然后再按GO键，就进入脱机编程方式。（2）FX-20P-E型编程器处于联机（ONLINE）编程方式时，按功能键OTHER，进入工作方式选择，此时，闪烁的符号“”处于OFFLINE MODE位置上，接着按GO键，进入脱机（OFFLINE）编程方式。（七）其它操作1.工作方式的切换处于脱机方式时，所编制的用户程序存入HPP内的RAM中，与PLC的用户程序存储器以及PLC的运行方式都无关。除了联机编程方式中的M和T两种工作方式不能使用以外，其余的工作方式（R，W，I和D）以及操作步骤均适用于脱机编程。按OTHER键后，即进入工作方式选择的操作。此时，液晶屏显示的内容如图8-22所示。图8-22 屏幕显示在脱机方式下，可供选择的工作方式共有7种，它们依次是：ONLINE MODE、PROGRAM CHECK、HPPFX、PARAMETER、XYM.NO.CONV、BUZZER LEVEL、MODULE。联机方式下PROGRAM CHECK、PARAMETER、XYM. NO.CONV.和BUZZER LEVEL的操作与联机编程方式下相同。2程序传送选择HPPFX时，若PLC内没有安装存储器卡盒，屏幕上显示的内容如图8-23所示。图8-23 屏幕显示按功能键“”或“”将“”移到需要的位置上，再按功能键GO，就执行相应的操作。其中“HPPRAM”表示将编程器RAM中的用户程序传送到PLC的用户程序存储器中去，此时PLC必须处于STOP状态；“HPPRAM”表示将PLC存储器中的用户程序读入编程器的RAM中；“HPP：RAM”表示将编程器内RAM中的用户程序与PLC的存储器中的用户程序进行比较。PLC处于STOP或RUN状态都可以进行后两种操作。若PLC内安装了RAM、EEPROM或EPROM扩展存储器卡盒，屏幕显示的内容类似图8-23，但图中的RAM分别为CSRAM，EEPRAM和EPROM，且不能将编程器内RAM中的用户程序传送到PLC内的EPROM中去。3MODULE功能MODULE功能用于EEPROM和EPROM的写入，先将FX-20P-RWM型ROM写入器插在编程器上，开机后进入OFFLINE（脱机）方式，选中MODULE功能，按功能键GO后屏幕显示的内容如图8-24所示。图8-24 屏幕显示在MODULE方式下，共有四种工作方式可供选择：（1）HPPROM 将编程器内RAM中的用户程序写入器插在ROM写入器上的EPRON或EEPROM内。写操作之前必须先将EPROM中的内容全部擦除或先将EEPROM的写保护开关置于OFF位置。（2）HPPROM 将EPROM或EEPROM中的用户程序读入编程器内的RAM。（3）HPP ：ROM 将编程器内RAM中的用户程序与插在ROM写入器上的EPROM或EEPROM内的用户程序进行比较。（4）ERASE CHECK 用来确认存储器卡盒中的EPROM是否已被擦除干净。如果EPROM中还有数据，将显示“ERASE ERROR”（擦除错误）。如果存储器卡盒中是EEPROM，将显示“ROM MISCONNECTED”（ROM连接错误）。二、SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的使用（一）概述1SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的功能SWOPC-FXGP/WIN-C是应用于FX系列PLC的编程软件，可在Windows下运行。在该软件中，可通过梯形图、指令表及SFC符号来编写PLC程序，建立注释数据及设置寄存器数据等。创建的程序可在串行系统中与PLC进行通讯、文件传送、操作监控以及完成各种测试功能。也可将其存储为文件，用打印机打印出来。2编程系统的构成与配置SWOPC-FXGP/WIN-C主要由以下部分构成：系统操作软件（用两张1.44MB的3.5英寸软盘装载）、操作手册、软件登记卡、接口单元及电缆线（任选）。可供选择的接口单元与电缆线有：1） FX-232AWC型RS-232C/RS-422转换器（便携式）；2）FX-232AW型RS-232C/RS-422转换器（内置式）；3）F2-232CAB型RS-232C缆线（用于PC-9800，25针D型接头，3米）；4）F2-232CAB-2 型 RS-232C 缆线（用于PC-9800，14针接头，3米）； 5）F2-232CAB-1 型 RS-232C 缆线 (用于PC/AT，9针D型接头，3米)； 6）FX-422CAB0型RS-422缆线 用于 FX0， FX0S， FX0N型PLC， 1.5米；7）FX-422CAB型RS-422 缆线 用于 FX1， FX2， FX2C型PLC， 0.3米；8）FX-422CAB-150 型 RS-422 缆线 用于 FX1， FX2， FX2C型PLC， 1.5米。SWOPC-FXGP/WIN-C软件运行所要求的PC（个人电脑）环境如下：IBM PC/AT （兼容）；CPU：i486SX或更高；内存：8兆或更高（推荐16兆以上）；硬盘、软驱、鼠标；显示器：解析度为800x600点，16色或更高。3. SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的运行安装好软件后，在计算机桌面上自动行成FXGP/WIN-C的图标，用鼠标双击该图标，可打开编程软件。执行菜单中文件-退出，将退出编程软件。执行菜单中文件-新建，可创建一个新的用户程序，在弹出的窗口中选择PLC的型号后单击确认，此时计算机屏幕的显示如图8-25所示。文件菜单中的其它命令与Windows软件的操作相似，不再说明。图8-25 打开新文件时的屏幕显示SWOPC-FXGP/WIN-C软件的主要功能有梯形图编辑、指令表编辑、SFC编辑、注释编辑、寄存器编辑以及文件打印、PLC操作、监控、检测和帮助等等。（三）梯形图编程操作下面着重介绍梯形图编辑功能的具体操作方法。 1梯形图剪切 功能：将电路块单元剪切掉。操作方法：通过编辑-块选择菜单操作选择电路块，再通过编辑-剪切菜单操作或Ctrl + X键操作，被选中的电路块被剪切并保存在剪切板中。 2梯形图粘贴功能：粘贴电路块单元。操作方法：通过编辑-粘贴 菜单操作或Ctrl+V键操作，把选择的电路块粘贴上去；被粘贴上的电路块数据来自于执行剪切或拷贝命令时存储在剪切板中的数据。 3 梯形图的行删除功能：在行单元中删除线路块。操作方法：通过执行编辑-行删除菜单操作或Ctrl+Delete键盘操作，把光标所在行的线路块删除。 4 梯形图的行插入功能：在梯形图中插入一行。操作方法：通过执行编辑-行插入菜单操作，在光标位置上插入一行。5元件名功能：在进行线路编辑时输入一个元件名.操作方法：在执行编辑-元件名菜单操作时，屏幕显示元件名输入对话框，在输入栏输入元件名并按Enter键或确认按钮，光标所在电路符号的元件名即被登录。必须指出的是元件名可为字母数字及符号，但长度不得超过8位；复制时不得同名。6元件注释功能：在进行电路编辑时输入元件注释。操作方法：在执行编辑 - 元件注释菜单操作时，元件注释输入对话框被打开。元件注释被登录后即被显示；在输入栏中输入元件注释再按Enter键或按确认按钮，光标所在电路符号的元件注释便被登录。注意元件注释不得超过50字符。 7线圈注释功能：在进行电路编辑时输入线圈注释。操作方法：在执行编辑 - 线圈注释菜单操作时，线圈注释输入对话框被显示；当线圈注释被登录时即被显示，在输入栏中输入线圈注释并按Enter键或确认按钮，光标所在处线圈的注释即被登录；以备线圈命令或其他功能指令应用。8触点功能：输入电路符号中的触点符号。操作方法：在执行工具 - 触点 - -| |- 菜单操作时，选中一个触点符号，显示元件输入对话框，执行工具 - 触点 - -|/|- ；菜单操作选中B触点，执行工具 - 触点 - -|P|-菜单操作选择脉冲触点符号；或执行工具 - 触点 - -|F|- 菜单操作选择下降沿触发触点符号，在元件输入栏中输入元件，按Enter键或确认按钮后，光标所在处的便有一个元件被登录。若点击参照按钮，则显示元件说明对话框，可完成更多的设置。9线圈功能：在电路符号中输入输出线圈。操作方法：在进行工具 - 线圈 菜单操作时，显示元件输入对话框，在输入栏中输入元件，按Enter键或确认按钮，于是光标所在地的输出线圈符号被登录。点击参照按钮显示元件说明对话框，可进行进一步的特殊设置。10功能功能：输入功能线圈命令等。操作方法：在执行工具-功能菜单操作时，示命令输入对话框显。在输入栏中输入元件，按Enter键或确认按钮， 光标所在地的应用命令被登录；再点击参照按钮，命令说明对话框被打开，可进行进一步的特殊设置。11连线功能：输入垂直及水平线，删除垂直线。操作方法：垂直线由菜单操作工具- 连线 - | 登录；水平线由菜单操作工具 - 连线 - -登录；翻转线由菜单操作被工具 - 连线 - - / -登录；垂直线删除由菜单操作工具 - 连线 - | 删除删除。12元件名查找功能：在字符串单元中查找元件名。操作方法：通过查找-元件名查找菜单操作，显示元件名查找对话框，输入待查找的元件名，点击运行按钮或Enter键，执行元件名查找操作，光标移动到包含元件名的字符串所在的位置，此时显示已被改变。13触点/线圈查找功能：确认并查找一个任意的触点或线圈。操作方法：在执行查找 - 触点/线圈查找菜单操作时，触点/线圈查找对话框显示。 键入待查找的触点或线圈；点击运行按钮或按Enter键，执行指令，光标移动到已寻到的触点或线圈处，同时改变显示。14到指定步数查找功能：确认并查找一个任意程序步。操作方法：在执行查找 - 到指定步数菜单操作时，屏幕上显示程序步查找对话框， 输入待查的程序步，点击运行按钮 或按Enter键，执行指令，光标移动到待查步处同时改变显示。15改变元件号功能：改变特定软元件地址。操作方法：执行查找 - 改变元件号菜单操作，屏幕显示改变元件的对话框， 设置好将被改变的元件及范围范围，敲击运行按钮或Enter键执行命令。例如，用X20至X25替换X10至X15，操作为在被代换元件输入栏中输入X10至X15，并在代换起始点处输入X10。在此功能下，用户可设定顺序替换或成批替换，还可设定是否同时移动注释以及功能指令元件。不过被指定的元件仅限于同类元件。16改变位元件功能：将A触点与B触点互换.操作方法：执行查找-改变位元件菜单操作，改变A，B触点的对话框出现；指定待换元件范围，点击运行按钮 或按Enter键，即执行改变A，B触点（触点互换）。可选择顺序改变或成批改变。但被指定互换的元件仅限于同类元件。17梯形图视图功能：打开电路图视图或激活已打开的电路图视图。操作方法：点击视图 - 梯形图视图菜单，窗口显示被改变。18指令表视图功能：打开指令表视图或激活已被打开的指令表视图。操作方法：点击视图 - 指令表视图菜单，窗口显示被改变。19运行时程序改变功能：将运行中的与计算机相连的PLC的程序作部分改变。操作方法：在线路编辑中，执行PLC - 运行时改变程序菜单操作，或Shift + F4键操作时出现确认对话框，点击确认按钮或Enter键，执行命令。必须注意 ：该功能改变了PLC操作，应对其改变内容认真加以确认；计算机的RS232C端口及PLC之间必须用指定的缆线及转换器连接；PLC程序内存必为RAM；可被改变的程序仅为一个电路块，且限于127步；被改变的电路块中应无高速计数器的功能指令或标签。20梯形图监控 监控/测试(Alt + M) - 开始监控(Alt + S)。功能：在显示屏上监视PLC的操作状态，从电路编辑状态转换到监视状态，同时在显示的电路图中显示PLC操作状态(ON/OFF)。操作方法：激活梯形图视图，通过进行菜单操作进入监控/测试-开始监控。需要注意：在梯形图监控中，电路图中只有ON/OFF状态被监控；当监控当前值以及设置寄存器、定时器、计数器数据时，应使用依据登录监控功能。（四）文件操作1新文件功能：创建一个新的应用程序。操作方法：通过选择文件-新文件菜单项，或者Ctrl+N键操作，在PC模式设置对话框中选择应用程序的目标PC模式。注意当操作新文件时，如果应用程序已被打开，应用S/W重新启动，产生一个新的应用指令程序。2打开功能：从一个文件列表中打开一个新的应用程序以及诸如注释数据之类的数据。操作方法：先选择文件-打开菜单或按Ctrl+O键，再在打开的文件菜单中选择一个所需的应用程序。注意：当应用程序已被打开，操作打开时，相应的应用S/W为重新启动，说明指定的应用程序已准备好。应用程序、以及诸如注释数据等享有同样文件名的数据被集成为一个数据。3保存功能：保存当前应用程序、注释数据以及其它在同一文件名下的数据。如果是第一次保存，屏幕显示赋名及保存对话框，可通过该对话框将它们保存下来。操作方法：执行文件 - 保存菜单操作或Ctrl + S键操作即可。 4赋名及保存功能：指定保存文件的文件名及路径，保存应用程序以及诸如注释文件之类的数据。操作方法：选择文件-赋名并且保存操作，保存文件对话框将被打开；指定好文件名及路径。可同时在对话框程序写入器中登录注释数据。当PMC被录入文件目录，数据以及可被DOS环境使用的程序文件格式存入。注意：在输入文件名时可不必输入文件扩展名，所有文件被自动加以扩展名；只有程序+参数(PMC)数据才能以DOS文件格式存储，注释文件不在此列。（五）打印操作 1打印功能：依据已有格式打印应用程序及其注释。操作方法：执行文件 - 打印菜单操作或Ctrl + P键操作，在打印条件对话框中可设定诸如连带注释打印等打印条件，点击确认按钮或按Enter键开始打印。 如果要终止打印，可点击在正在打印对话框中的取消键或敲击Esc键。注意：在打印过程中，确认打印机与计算机或网络相连，在打印设置中设置好驱动程序；当需要连续打印线路图、指令表或打印诸如寄存器数据之类的特殊数据时，可在批量打印中设置。2全部打印功能：可以以一种已存在的格式，指定的打印项目及按照顺序批量打印电路图、指令表、SFC、寄存器数据及其他特殊数据。操作方法：执行文件 - 全部打印菜单操作，在批量打印对话框中设置打印项目及说明，依照打印项目登录顺序依次打印，点击确认按钮或按Enter键后开始打印。如要中断打印，只要点击打印对话框中取消按钮或按Esc键即可。注意：应将打印机与计算机或网络相连，在打印设置中加以确认。（六）PLC操作 当计算机屏幕处于图8-25状态时，将光标指向PLC位置，此时计算机屏幕显示如图8-26所示。在此状态下，可进行PLC操作。图8-26 选择“PLC”时的屏幕显示1 程序传送功能：将已创建的应用程序成批传送到PLC中，包括读出、写入和校验。（1）读出 将PLC中的应用程序传送到计算机中。（2）写入 将计算机中的应用程序发送到PLC（PLC）中。（3）校验 将在计算机及PLC中的应用程序加以比较校验。操作方法：由执行PLC - 传送 - 读出或写入或校验菜单操作而完成.。当选择读出时，应在PLC模式设置对话框中将已连接的PLC模式设置好。操作时应注意：计算机的RS232C端口及PLC之间必须用指定的缆线及转换器（专用）连接；执行完读出后，PLC模式被改变成被设定的模式，现有的应用程序被读入的程序所替代；在写入时，PLC应停止运行，程序必须在RAM或EE-PROM内存保护关断的情况下写入，然后再进行校验。2寄存器传送功能：将已创建的寄存器数据成批传送到PLC中，包括读出、写入和校验。（1）读出 将设置在PLC中的寄存器数据读出并存入计算机中。（2）写入 将计算机中的寄存器数据写入PLC中。（3）校验 将计算机中的数据与PLC中的数据进行校验。操作方法：选择PLC - 寄存器传送 - 读出或写入或校验 菜单操作。在各种功能对话框中设置寄存器类型。操作时应注意：计算机的RS232C端口及PLC之间必须用指定的缆线及转换器连接； PLC的模式必须与计算机中设置的PLC模式一致。3PLC存储器清除功能：为了使PLC中的程序及数据初始化，必须清除以下三项内容：（1）PLC储存器 应用程序为NOP，参数设置为缺省值。（2）数据元件存储器 数据文件缓冲器中数据置零。（3）位元件存储器 X、Y、M、S、T、C的值被置零。操作方法：执行PLC - PLC存储器清除菜单操作，再在PLC存储器清除中设置清除项。必须指出的是特殊数据寄存器数据不被清除。（七）监控操作 1元件监控功能：监控元件单元。操作方法：执行监控/测试-元件监控菜单操作命令，屏幕显示元件登录监控窗口，在此登录元件，双击鼠标或按Enter键显示元件登录对话框；设置好元件及显示点数，再按确认按钮或Enter键即可。2强制Y输出功能：强制PLC输出端口(Y)输出ON/OFF。操作方法：执行监控/测试-强制Y输出操作，出现强制Y输出对话框，设置元件地址及ON/ OFF，点击运行按钮 或按Enter键，即可完成特定输出。3强制ON/OFF功能：强行设置或重新设置PLC的位元件。操作方法：执行监控/测试- 强制设置、重置菜单命令，屏幕显示强制设置、重置对话框；在此对话框内设置元件SET/RST，点击运行按钮或按Enter键，使特定元件得到设置或重置。（1）SET有效元件 X、Y、M、特殊元件M、S、T、C。（2）RST有效元件 X、Y、M、特殊元件M、S、T、C、D、特殊元件 D、V、Z。（3）RST字元件 当T或C被重置，其位信息被关闭，当前值被清零。如果是D、V、或Z，仅仅是当前值被清零。4改变当前值功能：改变PLC字元件的当前值。操作方法：执行监控/测试 - 改变当前值菜单选择，屏幕显示改变当前值对话框。在此对话框内选定元件及改变值，点击运行按钮或按Enter键，选定元件的当前值即被改变。4改变设置值功能：改变PLC中计数器或定时器的设置值。操作方法：在电路监控中，如果光标所在位置为计数器或定时器的输出命令状态，执行监控/测试 - 改变设置值菜单操作命令，屏幕显示改变设置值对话框。 在此对话框内，设置待改变的值并点击运行按钮或按Enter键，指定元件的设置值被改变。 如果设置输出命令的是数据寄存器，或光标正在应用命令位置并且D， V或Z当前可用，该功能同样可被执行。在这种情况下，元件号可被改变。注意：本功能必须在PC机中的程序与在PLC中的程序一致且PLC的内存为RAM或EEPROM时才可执行。另外该功能仅仅在监控线路图时有效。（八）选项操作当计算机屏幕处于图8-25状态时，将光标指向“选项”位置， 此时计算机屏幕显示如图8-27所示。在此状态下，可进行选项操作。图8-28 选择“选项”时的屏幕显示1程序检查功能：检查语法、双线圈及创建的应用程序电路图并显示结果。（1）语法检查 检验命令码及其格式。（2）双线圈检查 检查同一元件或显示顺序输出命令的重复使用情况。（3）线路检查 检查梯形图电路中的缺陷。操作方法：执行选项 - 程序检查菜单操作，在程序检查对话框中进行设置，再点击确认按钮或按Enter键，命令被执行。注意：如果在双线圈检查或线路检查检出错误，并不一定导致PLC或操作方面的错误。特别是在PLC方面，双线圈并不都认为是错误的，在步进梯形图中，它是被允许的或有特殊用途。2EPROM传送功能：传送应用程序至与计算机RS232C端口相连的ROM写入器，包括设置、读出、写入和校验。（1）设置 设置与ROM写入器相连的跳向格式，它必须与ROM写入器方的设置相符。（2）读出 将ROM写入器上磁带盒中应用程序读出存入到计算机中。（3）写入 将存在计算机中的应用程序写入到ROM写入器的磁带盒中。（4）校验 将计算机中存储的应用程序与ROM写入器磁带盒中的内容加以比较。操作方法：执行选项 - EEPROM传送 - 设置或读入或写出或校验菜单操作。当选中读入时，在PC模式设置对话框中设置被连接的PLC模式。注意：ROM写入器必须能提供RS232传送功能，并支持相应格式；ROM写入器的传送格式为十六进制；当使用EPROM-8型ROM磁带盒时，需要ROM适配器。第二节 PLC基本实验一、PLC简易编程及定时器、计数器应用实验（一）实验目的1）通过实验了解和熟悉PLC的结构和外部接线方法；2）了解和熟悉简易编程器或编程软件的使用方法；3）掌握简单程序的写入、编辑、监视和模拟运行的方法，熟悉PLC的基本指令，掌握定时器、计数器的工作原理。（二）实验装置1）FX系列PLC1台；2） FX-20P-E简易编程器1只或装有编程软件的计算机1台（附连接电缆）；3）开关量输入电路板1块。（三）实验内容1PLC外部接线PLC外部接线图如图8-28所示，用开关量输入电路板上的按钮或开关信号作为PLC的输入，PLC输出可不接，直接通过在PLC输出指示灯上观察输出情况。图8-28 PLC的外部接线图2程序的写入、检查及修改将编程器或装有编程软件的计算机接到PLC上，并将PLC上的“RUN”开关拨到“STOP”位置，接通PLC的电源。选择联机方式，按RD/WR键，使编程器处于W（WR）工作方式，再按以下顺序操作：NOP-A-GO-GO，将PLC用户程序存储器中的内容全部清除。同样，也可按编程软件的操作方法将用户程序清除。用编程器或计算机写入图8-30（a）对应的梯形图或指令表程序，写入后从第0步开始逐条检查程序；如发现错误，显示出错误指令后再写入正确的指令。 图8-30 简单PLC程序梯形图3模拟运行程序写入的程序经检查无错误后，断开实验板上的全部输入开关，将“RUN”开关拨到RUN位置，写入的程序开始运行，同时“RUN”的LED灯亮。 按照表8-1所示操作X0-X2对应的钮子开关，通过PLC上的LED观察Y0和Y1的状态，并填入表中。表中的脉冲波形表示开关接通后马上断开（模拟按钮的操作），0、1分别表示开关断开和接通。 表8-1 信号状态表3指令的读出、删除、插入和修改将“RUN”开关拨到“STOP”位置，将图8-30（a）对应的梯形图程序改为图8-30（b）对应的梯形图程序，按下述步骤进行操作：（1）删除指令AND X2和OUT Y1。（2）在ANI XI之前插入ANI X3。（3）将OR Y0改为OR Y2，将OUT Y0改为OUT Y2。完成上述操作后，检查修改后的程序是否与梯形图一致；不一致，则按梯形图改正。运行修改后的程序，检查程序是否能完成修改后的功能。4清除已运行的程序，然后写入图8-31所示的定时器、计数器程序，检查无误后进行运行，并用编程器或计算机完成以下监视工作： 图8-31 定时、计数器程序梯形图（1）改变X0和X1的状态，监视M10和M11的状态。（2）用X1控制T1的线圈，监视T1的当前值和触点的变化情况。（3）在下述情况下监视C1的当前值、触点和复位电路的变化情况：先接通X2对应的开关，并用X3对应的开关给C1提供计数脉冲；然后断开X2对应的开关，用X3对应的开关发出8个计数脉冲；最后重新接通X2对应的开关，记录上述各步观测到的现象。（四）实验报告内容（1）整理出模拟运行各程序及监视操作时所观察到的现象。（2）分析定时器T1、计数器C1的工作原理及相应触点动作的时序。 第三节 PLC提高实验 一、自动往返小车控制程序的设计与调试实验(一)实验目的1进一步熟悉FX系列PLC的基本指令。2学会用经验设计法编制一般顺序控制的梯形图程序。3进一步掌握编程器或编程软件的使用方法和程序调试方法。（二）实验内容1自动往返小车顺序控制程序实验自动往返小车的工作过程及程序梯形图如图8-32所示。 图8-32 自动往还小车顺序控制程序梯形图按下正转起动按钮X0或反转起动按钮X1后，要求小车在左限位开关X3和右限位开关X4之间不停地循环往返，直到按下停止按钮X2。图中Y0控制右行，Y1控制左行。Y2为制动电磁阀。 将图8-32所示的程序写入PLC，检查无误后开始运行。用实验板上的钮子开关模拟起动、停止按钮信号和限位开关信号，通过观测与Y0、Y1、Y2对应的LED，检查小车的工作情况。注意按以下步骤操作，检查程序是否正确：（1）用接在X0的钮子开关模拟右行起动按钮信号，即将开关接通后立即断开，观测控制右行的输出继电器Y0是否ON。（2）用接在X4的钮子开关模拟右限位开关信号，即将开关接通后立即断开，观测控制右行的输出继电器Y0是否OFF，控制左行的输出继电器Y1是否ON。（3）用接在X3的钮子开关模拟左限位开关信号，即将开关接通后立即断开，观测控制左行的输出继电器Y1是否OFF，控制右行的输出继电器Y0是否ON。（4）重复第（2）步和第（3）步的操作。（5）用接在X2的钮子开关模拟停止按钮信号，即将开关接通后立即断开，观测Y0或Y1是否OFF，控制制动的输出继电器Y2是否ON。（6）观测6秒后Y2是否自动OFF。如果发现PLC的输入输出关系不符合上述要求，检查程序，改正错误。2较复杂的自动小车往返运动控制程序实验在图8-32所示系统的基础上，增加延时功能，即小车碰到限位开关X4后停止运行，延时5秒后自动左行；小车碰到限位开关X3后停止左行，延时3秒后自动右行。编制上述动作的控制程序并写入PLC，运行并调试程序，观察运行结果。（三）预习要求仔细阅读实验指导书，根据要求设计出有延时功能的自动往返小车的控制程序梯形图。掌握互锁、按钮互锁等保护环节的硬、软件设计方法。（四）实验报告要求（1）写出程序调试过程中出现的故障，并分析故障产生的原因及排除方法，记录调试结果。（2）整理出较复杂程序的梯形图程序和运行结果。（3）整理出上述程序的调试步骤。二、冲床顺序控制程序的编制与调试实验 （一）实验目的 1掌握顺序控制程序设计中功能表图的设计方法。 2进一步掌握PLC顺序控制程序的设计与调试方法。 （二）实验内容 冲床控制系统运动示意图如图8-33所示： 图8-33冲床控制系统示意图在初始状态时，机械手在最左边，X0接通；冲头在最上面，X3接通；机械手松开（Y0）断开。按下起动按钮X4，Y0接通，工件被夹紧并保持，1秒钟后，Y1接通，机械手右行并碰到行程开关X1，以后将顺序完成以下动作：冲头下行，冲头上行，机械手左行，机械手松开，系统最后返回初始状态。各限位开关提供的信号是相应步之间的转换条件。在预习时画出控制系统的功能表图，编制出相应的顺序控制梯形图。调试时根据功能表图，用实验箱上的按钮或开关模拟各限位开关以提供转换条件，注意各开关接通后应马上断开。观察步的活动状态的进展是否符合功能表图的规定，某一步是活动步时该步应接通的负载是否接通，相应的转换条件满足时是否能转换到后续步。从初始步开始，直到完成一次工作循环，返回初始状态为止。（三）预习要求 1复习教材中有关功能表图和顺序控制程序的编程方式部分。 2仔细阅读本实验指导书。 3根据冲床的工作过程和控制要求画出系统的功能表图，设计出相应的梯形图。（四）实验报告要求 1写出程序调试过程中出现的故障现象、原因、排除方法及调试结果。 2整理出调试后满足要求的功能表图和带注释的梯形图。 3总结顺序控制程序的设计和调试方法。三、彩灯控制程序的编程实验（一）实验目的1进一步熟悉FX系列PLC的基本指令和功能指令系统。2进一步熟悉PLC的程序设计和调试方法。（二）实验内容图8-34为16位循环移位彩灯控制程序图，图中彩灯是否移位由X20来控制，移位的方向由X21来控制，其中X0-X21可用实验箱上的钮子开关来模拟，Y0-Y16用实验箱上的信号等来表示。在X20由OFF转到ON时，根据X0-X16的状态给Y0-Y16置初值。 图8-34 彩灯控制程序梯形图将图8-34所示的控制程序写入PLC，检查无误后开始运行。通过观测与Y0-Y17对应的LED，检查彩灯的工作情况。按以下步骤操作，检查程序是否正确：1观察移位寄存器的循环移位功能是否正常，初始值是否与设定值相同。2改变初始值设定开关X0-X16的状态，断开开关X20，然后将它接通，观察是否在X20接通时，移位寄存器按新的初始值运行，其初始值是否符合新的设定值。3改变T0的设定值年，观察移位速率是否变化。4改变X21的状态，观察能否改变移位的方向。（三）预习要求1仔细阅读实验指导书，了解移位寄存器的工作原理。2写出图8-34所对应的指令表程序。（四）实验报告要求1写出本程序的调试步骤和观察结果。2自己用相关指令重新设计一个彩灯控制程序。并上机调试、观测实验结果。四、复杂的顺序控制程序的编制与调试（一）实验目的1 通过设计和调试复杂系统的顺序控制程序，熟悉复杂的顺序控制程序的设计和调试方法。2 通过设计复杂顺序控制程序的功能表图，熟悉和掌握选择序列的分支编程方法、选择序列的合并编程方法。3 熟练掌握复杂顺序控制程序的调试方法。（二）实验内容某专用钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔，操作人员放好工件后，按下起动按钮X0，Y0变为ON，工件被夹紧，夹紧后压力继电器X1为ON，Y1和Y3使两个钻头同时开始工作，钻到由限位开关X2和X4设定的深度时，Y2和Y4使两个钻头同时上行，升到由限位开关X3和X5设定的起始位置时停止上行。两个都到位后，Y5使工件旋转600，旋转到位时，X6为ON，同时设定值为3的计数器C0的当前值加1，旋转结束后，又开始钻第二对孔。3对孔都钻完后，计数器的当前值等于设定值3，Y6使工件松开，松开到位时，限位开关X7为ON，系统返回初始状态。系统的顺序控制功能表图如图8-35所示，画出PLC的外部接线图。 图8-35 专用钻床的顺序功能表图根据上图，设计出相应的梯形图，将梯形图程序写入PLC，检查无误后开始调试。调试时应注意以下问题：（1）检查旋转到位但是未到设定的循环次数时，系统是否能返回步M2和步M5。（2）检查经过设定的循环次数后，系统是否能转换到步M9和返回初始步M0。（3）检查选择序列的每一条支路的运行情况是否符合功能表图的要求。（4）注意并行序列中的步M2和M5是否同时变为活动步，步M4和M7是否同时变为不活动步。（三）预习要求仔细阅读本实验的内容，按要求设计出梯形图，写出相应的指令表。（四）实验报告要求（1）写出程序调试过程中出现的故障现象、原因、排除方法和调试结果。（2）整理出调试后的梯形图程序。（3）整理出调试该程序的步骤。五、具有多种工作方式的控制系统的编程与调试实验 （一）实验目的 （1）掌握具有多种工作方式的控制系统的PLC程序设计步骤。（2）通过设计和调试公用程序、手动程序、自动程序及回原点程序。熟练掌握具有多种工作方式的系统的顺序控制程序的设计和调试方法。（二）实验内容将第六章第六节第二部分中具有多种工作方式的系统各部分的梯形图程序转换成指令表，用编程器或编程计算机（用计算机时可直接输入梯形图），逐条进行检查和核对，确认无误后开始调试。调试时应注意以下问题：1检查在手动工作方式时，手动按钮是否能控制相应的输出动作，限位开关是否与输出动作有关，各联锁保护功能是否有用。2在单周期工作方式时按顺序功能表图的要求，用钮子开关提供相应的转换条件，观察步与步之间的转换是否符合顺序功能图规定的顺序，在各步上是否输出规定的动作，工作完一个周期后是否能返回并停留在初始步。3在连续工作方式时，按下起动按钮，以后按顺序功能表图的要求，用实验箱上的钮子开关提供相应的转换条件，观察步与步之间的转换是否正常，是否能多周期连续运行，按下停止按钮后是否在完成最后一个周期的工作后才停止工作。4在单步工作方式时，检查是否在转换条件满足且按下起动按钮时才能转换到下一步。5在回原点工作方式时，检查按下回原点起动按钮后，是否能按回原点的顺序功能表图进行。（三）预习要求1仔细阅读第六章第六节的内容，将各部分梯形图进行认真的分析，并写出相应的指令表程序。2将各转换条件及操作元件和输出元件的地址分别列表，以便系统的调试。（四）实验报告要求整理出调试该程序的步骤和调试过程中观察到的现象。具体声明具有多种工作方式的控制系统的操作步骤。第四节 PLC综合工程实践一、PLC在四工位组合机床控制系统中的应用（一 ） 概述 四工位组合机床由四个工作滑台各载一个加工动力头，组成四个加工工位完成对零件进行铣端面、钻孔、扩孔和攻丝等工序的加工，采用回转工作台传送零件，有夹具、上、下料机械手和进料器四个辅助装置以及冷却和液压系统。系统中除加工动力头的主轴由电动机驱动以外，其余各运动部分均由液压驱动。机床的四个动力头同时对一个零件进行加工，一次加工完成一个零件。 （二）控制要求和工作方式 本机床共有连续全自动工作循环、单机半自动循环和手动调整三种工作方式。连续全自动和单机半自动循环的控制要求为：按下启动按钮，上料机械手向前，将待加工零件送到夹具上，同时进料装置进料，然后上料机械手退回原位，进料装置放料，回转工作台自动微抬并转位，接着四个工作滑台向前，四个动力头同时加工，加工完成后，各工作滑台退回原位，下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手退回原位并取走已加工完的零件，完成一个工作循环，并开始下一个工作循环，实现全自动工作方式。如果选择预停，则每个工作循环完成后，机床自动停止在初始位置，等到再次发出启动命令后，才开始下一个循环，这就是半自动循环工作方式。（三）系统的硬件构成本组合机床由PLC组成的电控系统共有各种输入信号约37个，输出信号25个。输入元件中包括工作方式选择开关、启动、预停、急停按钮，用于检测各工位工作进程的行程开关和压力继电器等等。输出元件包括控制各动力头主轴电动机运行的接触器线圈，控制各工位向前与向后、快速以及攻丝、退丝、夹紧、松开的电磁换向阀线圈。根据组合机床的工作特点，选用三菱FX2N64MR型PLC，即可满足输入输出信号的数量要求，同时由于各工位动作频率不是很高，但控制线路电流较大，故选用继电器输出方式的PLC，系统的输入输出信号地址分配表如表8-2所示。（四）PLC控制系统的软件设计 本机床PLC控制系统的软件由公用程序、全自动程序、半自动程序、手动程序、全线自动回原点程序以及故障报警程序等六部分组成，程序总体结构图如图8-36所示。 图8-36 PLC的总体结构图公用程序主要用来处理组合机床的各种操作信号，如启动、预停、紧急停止以及各工位的原位信号、机床启动前应具备的各种初始信号、工作方式选择信号、各种复位信号，并将处理结果作为机床启动、停止、程序转换或故障报警等的依据，公用程序一般采用经验法设计，其流程图如图8-37所示。 图8-37 公用程序梯形图故障报警程序包括故障的检测与显示，故障检测由传感器完成，再送入PLC，故障显示采取分类组合显示的方法，将所有的故障检测信号按层次分成组，每组各包括几种故障，本系统分为：故障区域，故障部件（动力头、滑台、夹具等），故障元件三个层次。当具体的故障发生时，检测信号同时送往区域、部件、元件三个显示组。这样就可以指示故障发生在某区域、某部件、某元件上。全自动程序是软件中最重要的部分，它用来实现组合机床在无人参与的情况下对成批工件进行自动地连续加工。在全自动工作方式下，当机床具备所有初始条件后，按下启动按钮（X12），机床即按控制要求所述工艺过程工作，各动力头进行各自的工作循环，循环结束时重新回到各自的初始位置并停止。本文以铣端面和钻孔工位为例，着重分析全自动程序的设计，结合表1I/O地址的分配，可以画出这两个工位的状态流程图如图8-38所示。需要指出的是：在图8-38中，我们设置了预停功能和超节拍保护功能。（1）预停功能：当按下预停按钮X13，M500为“1”态，M503为“0”态（图8-37）这样当组合机床进展到S513步且X21=1，将转入初始步S2，并自动停止，而不会转入S500进入下一个循环。 （2）超节拍保护：当组合机床进行超节拍保护时，超节拍监控定时器T0将动作，（由S500置位M504），使M501为“1”态，M502为“0”态，（如图8-37），当机床进行到S511步时，将转入初始步（S2）停止，不会继续往下运动。依照上述方法，同样可以把其他几部分的程序流程图设计出来。（五）系统调试与运行 系统调试将手动与自动操作控制独立分开，自动操作控制首先保证单机程序调试成功后，再转入连续控制，最后连接整个系统试运行。由于PLC可灵活、方便地通过编程来改变控制过程，使调试变得更简单。本系统经过一段时间运行表明，该系统性能可靠，自动化程度高，完全能满足生产工艺要求，它不仅提高了生产效率，而且大大减轻了劳动强度，改善了工作环境。（六）结束语 PLC作为新一代的工业控制装置，具有开发柔性好，接线简单，安装方便，抗干扰性强等特点，用它来控制四工位组合机床这样复杂的生产设备，是理想的选择。在实际应用中，对这样理想的控制器我们也采取了一定的保护措施。如本系统中，由于接触器和电磁阀较多，为防止电磁干扰，在PLC的输出端与电磁阀、接触器线圈之间增加了固态继电器进行隔离，这样就避免了可能产生的误动作。实践证明，这种隔离措施是行之有效。 图8-38 全自动/半自动程序流程图二、PLC在压滤机控制系统中的应用（一） 概述压滤机是食品、酿造、制糖等自动化生产线中进行固液分离的关键设备，是一种间歇性的过滤装置。传统压滤机通常采用继电器接触器式的控制系统，这种控制系统存在结构复杂，触点数量多，故障率高等缺点。PLC（PLC）作为新一代的工业控制装置，具有丰富的功能指令，完善的抗干扰措施和高可靠性等优点，用它来控制压滤机，不仅可大大提高系统的自动化程度，同时也减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。（二） 系统的工作原理 压滤机的工作过程分“保压”、“回程”、“拉板”三个阶段，工作时，油泵电机先启动，主接触器和压紧电磁阀得电，将板框压紧，同时进料泵将固液混合物输入各个板框内进行过滤，滤渣留在滤室内，滤液经滤布排出，此时系统压力开始上升。当液压系统达到上限压力25Mpa时，油泵电机自动停机，此时压滤机进入自动保压状态，保压期间，当下限压力低于21Mpa时，油泵电机自动启动，压紧电磁阀动作，压力回升，达到25Mpa时，油泵电机又停止，如此循环。 进料过滤后，按下“回程”按钮，油泵电机重新启动，回程电磁阀动作，活塞回程，滤板松开，当活塞碰到回程限位开关后，回程电磁阀断电。固液混合物过滤后，须将固体滤渣卸下，此时系统进入拉板阶段。先将工作方式开关拨到“拉板”位置，按下按钮，启动油泵电机，同时前进电磁阀得电，液压系统驱动拉板架前进，定时时间到后（一般为5S，期间卸下滤渣），后退电磁阀自动得电，驱动拉板架后退，同时启动第二个定时器，第二个定时器定时时间到后，拉板机构再自动返回拉第二块滤板，如此循环往返，直到拉完全部滤板，碰到前端限位开关后，后退电磁阀动作，拉板架后退，碰到末端限位开关自动停机。 （三） 控制系统设计 根据上述工作原理，压滤机控制系统的操作元件主要有转换开关、起停按钮、行程开关、压力限位开关等，PLC的输入点数为15个，控制元件主要为接触器线圈、电磁阀等，PLC的输出点数为5个，根据控制系统的工作电流较大、动作频率不是很高的特点，同时适当留有一定的裕量，可选用三菱FX2N32MR型PLC。其I/O地址分配如表8-3所示： 根据系统工作原理，可以设计出压滤机的PLC梯形图如图8-39所示，图8-39中，辅助继电器M100为操作保压时启动，Y0控制油泵电机的主接触器KM的断合。T0设定定时时间为5S，前进定时。T1定时时间同样为5S，为后退定时。M101用来控制现场操作拉板。M102控制拉板限位，为了提高操作可靠性，在图8-39中设置了“软件保护”，即只有当SA转换到“操作”位置，X0为“1”状态，按下压紧和回程按钮才有效，同时为了避免油泵电机频繁启动，便于工人连续操作，程序设计中，当SL3（X13）得电时，回程电磁阀YV2（Y2）断电，但油泵电机不停止，直到卸下滤渣后，电机才停下来。 图8-39 压滤机程序梯形图(四) 抗干扰措施本系统中，由于PLC的驱动元件主要是电磁阀和交流接触器线圈，外界环境对这些元件的干扰较大，直接影响系统正常的工作，为此在PLC输出端与驱动元件之间增加光电隔离的过零型固态继电器ACSSR如图8-40所示。从图8-40可以看出，从PLC输出的控制信号经晶体管放大，去驱动ACSSR，ACSSR的输出经驱动元件连接AC220V电压，图中MOV为金属氧化物压敏电阻，用于保护ACSSR，其中电压在标称值电压以下时，MOV阻值很大，当超过标称值时，阻值很小，在电压断开的瞬间，正好可以吸收线圈存储的能量，实践证明，这种抗干扰措施是非常有效的。 图8-40 电磁阀及交流接触器的驱动电路 （五）结束语对于本系统自动控制操作的调试，首先应保证手动调试成功后，再转入连续控制，且调试应在低压下进行，待上述步骤均调好后，再连接整个系统升压运行。由于PLC开发柔性好，可以灵活方便地进行编程和改变参数，因此，通过改变时间，压力使调试变得更简单。本系统已运行了多年，据我们跟踪调查，系统自动化程度高，抗干扰能力强，不仅提高了劳动生产率，而且大大减轻了劳动强度，得到了用户的好评，三、基于PROFIBUS总线的陶瓷压砖机PLC控制系统（二）陶瓷压砖机控制系统及硬件配置压砖机是建筑陶瓷行业至关重要的设备，陶瓷粉末经压制成型、再烘干、施釉即为日常用的墙地砖，压砖机主要实现生产过程各工步的顺序控制。如推坯、装料、一次加压、二次加压、减压、脱模、出坯等动作。对各工步的时间、温度、压力额定值进行设置，对冲压过程进行在线温度/压力检测及控制，并显示实时温度/压力值。因此，压砖机控制系统主要由送料系统、压制系统、翻坯系统等部分组成。其中送料系统由SIMOVERT MASTER DRIVERS系列交流变频器和旋转编码器组成闭环控制系统，控制送料电机。CBI为与之配套的通讯处理器。CB1通过双口RAM与变频器内闭环控制电子板CU2接口。6SE7024型矢量变频器配置CB1板后，可通过PROFIBUS-DP总线接口，与PLC之间高速传送命令与状态等信息。与送料电机同轴的光电编码器的输出脉冲信号通过CU2板送变频器。压制系统选用S7-400系列PLC，该PLC同时用作PROFIBUS主站，CPU选型为CPU414-2DP，该型CPU数字处理能力极强，带有内部集成的PROFIBUS-DP接口，其组态灵活、速度快、操作简捷。同时，PLC中还配置数块SM422、SM421模块，完成压砖机在网络状态下的顺序控制和闭环控制。PLC4还配置有FM455闭环控制模块和SM431、SM432模拟量模块，以实现对温度、压力的控制。翻坯系统输入输出量均为数字量，采用分布式I/O ET200M，ET200M通过IM-153接口与PROFIBUS-DP现场总线连接。本系统用屏蔽双绞线将主站接口模块与ET200M从站DP串联。另外，在主控室设有工程师站，配有SIEMENS公司P工控机，操作面板采用SIEMENS公司的PP17，监控画面采用Wincc5.0软件编制。在S7-400做硬件配置时，STEP7为各个I/O模块自动分配地址。STEP7为PP17模块同样自动分配I/O地址，其I/O模块地址与主站机架上的I/O模块地址具有相同意义。这样，在编程时无需考虑输入输出点是在主站上还是在从站上，也不必考虑数据的发送与接收。控制系统的拓扑结构图如图8-41所示。图8-41 控制系统拓扑结构图本系统采用单主站的线型网络拓扑结构（图8-41），采用后一种存取方式，因此只讨论数据链路中帧的传输过程、主站与从站之间的介质存取控制规约。正常响应模式主站与从站之间HDLC传送帧的结构如图8-43所示。图8-43 PROFIBUS-DP的HDLC帧结构 其中F为标志字段（8位），A为地址字段，从站地址，控制字段C作为HDLC帧的关键字段表示了帧的类型、编号、命令和控制信息。本系统C将HDLC的LLC分成3种类型：信息帧（I）、监控帧（S）和无编号帧（U），如图8-44所示。 图8-44 LLC控制字段的3种格式信息帧中N（S）表示当前发送数据帧的顺序号，N（R）表示该站下一接收帧的序号信息帧中的探询/终止（P/F）位与U、S帧中的相同。监控帧不带数据信息，只用于监控，由S（2位）表示；S=00 接收准备好，S=10接收未准备好，S=01拒绝，S=11选择拒绝。无编号帧U的类型由M来表示，典型的无编号帧有两种：SNRM: 置正常响应模式，SARM：置异步响应模式，SABM：置异步平衡模式。DISC：断开连接，UP：无编号探询，UA：无编号确认，FRMR：帧拒绝。信息字段由PKW+PZD的应用数据构成，PKW用于读写参数值，如写入控制字或读出状态字等，而PZD用于存放控制器的具体控制值、设置站点或状态字的参数。FCS为帧检验字段，它对整个帧的内容进行循环冗余码（CRC）校验。图8-41中S7 PLC（主站）在获得总线控制权将与网中的CB1+SIMOVERT Master drives(从站A)，ET200M（从站B）构成纯主-从方式，主站发出命令，从站给出响应，配合主站完成对数据链路的控制。主站和从站A在半双工方式下非平衡正常响应模式下的通信过程具体分为三个阶段：数据链路的建立，数据传输和数据链路的释放，如图8-45所示： 图8-45 PROFIBUS-DP数据链路的工作过程第1阶段为数据链路的建立。首先主站S7 PLC使用U帧的置正常响应模式SNRM命令，在地址字段A中填入从站A的地址，表示在多个从站结构中选择Slave A为与之连接的从站，探询位P为1，记为U：A，SNRM，P。从站A接到SNRM命令后，用U帧的无编号确认命令UA作为响应主站建立数据链路的确认，记为U：A，UA，F。终止位F用于从站对主站探询P的应答。这一过程在实际操作过程中是通过专有的DVA S7通信软件包来实现的，系统网络中上位机将组态好的主站SIMATIC S7 PLC 从站A的地址和特性参数量传送给主站，由主站向从站分配地址和组态，若从站的特性与主站分配的特性相同，便确认自己是该从站，并开始与主站建立数据链路的连接。第2阶段为数据帧的传输。由于主站中的固有程序是循环执行的，向特定的数据块DBi中写入指令参数，特定的功能块FBj从数据块中读取参数并向从站A发送，第一个编号为0的信息帧中N（S）=0由于未接到A的从站帧，N（R）=0，则此I帧记为I：A，N（S）=0，N（R）=0。第2、3个从主站连续发送的信息帧则记为I：A，N（S）=1，N（R）=0与I：A，N（S）=2，N（R）=0。如果主站在发送第3个帧时使用了探询位P，而且从站也有信息帧要发送，则此I帧记为I：A，N（S）=0，N（R）=3。其中N（S）=0表示从站A发送的I帧序号为0；N（S）=3表示从站A已正确接收序号为2及其以前的I帧。若从站只有一帧发送，则应用终止符F标记，此时的I帧为I：A，N（S）=0，N（R）=3，F。最后，当主站和从站A都没有信息帧要发送，或主站与从站B建立链路连接时，则释放此链路连接。此时，主站使用U帧释放连接命令DISC，从站A用U帧的UA予以确认，至此，一次完整的数据链路中帧的传输过程完成了，这一阶段称为数据链路的释放。PROFIBUS-DP并未采用ISO/OSI的应用层，而是自行设置一用户层，该层定义了DP的功能、规范与扩展要求等。（四）程序设计本系统采用SIMATIC S7-PLC的配套编程工具STEP7完成系统参数设置、PLC程序编制、测试、调试和文档处理。根据工艺及控制要求和结构化编程的原则，系统的控制程序主要完成以下几大功能：1）压制系统的运行；2）翻坯系统的运行；3）网络通讯；4）工作方式的选择；5）数值控制。其中数值控制主要包括模具的温度、压制次数的设定及累计、压力值的设定、各动作延时时间等。用户程序由组织块（OB）、功能块（FB、FC）和数据块（DB）构成。其中，OB是系统操作程序与应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。FB、FC是用户子程序。DB是用户定义的用于存取数据的存储区。它是上位机监控软件与STEP7程序的数据接口点。本系统中的压制次数、各动作的延时时间等均存放在DB中。下面着重分析压制系统的运行主程序设计：压制系统主程序主要包括模具顶出单步、横梁单步、料车单步、一次加压、二此加压等部分。具有手动、自动等工作方式。系统输入点数（DI）为32点，输出点数（DO）为等部分。具有手动、自动等工作方式。系统输入点数（DI）为32点，输出点数（DO）为24点，其动作过程如图8-46所示：用STEP7设计顺序控制程序时，结构化程序使用块指令来提供控制过程的逻辑状态，块调用优先级组成了程序的结构，系统程序结构如图8-47所示。 图8-47系统程序结构图在图8-47中，程序结构由存储在组织块内的程序指令决定，基于这些指令状态，OB1调用功能块FB1和FC1，并通过DB1传递控制过程中所需要的具体参数。如压力值、模具温度、延时时间等，从而实现图8-46所示的动作。本系统压砖机控制主程序具有以下几个特点：1）按顺序的单步选择功能和执行功能（无论是手动还是自动），上步操作选择标志是下步选择操作的条件逻辑；本步选择标志是本步执行的条件逻辑，先选择后执行；同时下步选择后抑制上步选择，为工艺操作提供了很大的灵活性；2）从任何一步起都可以进行自动/手动的切换，进行下步选择/执行下步；3）每步选择之间，为消除操作按键可能引起的抖动，确保每一步的可靠，上步标志建立后经一定延时（具体时间现场调试）才接通下一步，具体设计中通过定时器来实现。（五）监控系统 本系统采用Wincc5.0在中文Window2000下，其组态界面全部汉化。工艺画面监视包括总的工艺流程动态画面和局部动态画面，动态画面给出实际的运行工况（电机、电磁阀等），并在工艺检测点通过虚拟仪表显示实时参数。Wincc通过短期归档（记录间隔可达500ms），环行对列，先入先出，动态刷新不同的静态画面，加上新的动态实时数据，构成了带动态显示点的工艺画面；工艺控制趋势图包括历史工艺曲线和实时工艺曲线图、模拟量棒图，通过Wicc的历史趋势控件来实现。通过点击虚拟仪表可得到相应的趋势图，也可在一个画面中对多条关键工艺曲线（最多4条）进行实时监视。故障报警信息：画面上虚拟仪表显示闪烁，报警表中记录有（包括历史记录）对故障发生的时间、工位、故障类型等。便于查询和处理，并通过历史查询获得故障前后较为详细的信息。报表功能：生产日报表，历史曲线图，历史数据等，通过Wincc的报表编辑器实现。工艺及控制参数：包括工艺参数和工艺曲线。利用画面编辑器，通过与PLC连接的外部变量来实现该功能。设定好后，经确认，下载到PLC。工艺参数包括：温度、压力、厚度及动作时间等。 图8-46 压砖机的工作流程 第五节 PLC控制系统的施工设计 PLC控制系统在完成原理设计和程序模拟调试之后，就要进入施工设计阶段，施工设计的目的是为了满足电气控制设备的制造和使用要求。PLC控制系统施工设计内容包括PLC与其它电器元件的布置、电气接线图的绘制、电气控制柜箱的设计等，它是PLC控制系统的非常关键的设计环节。一、绘图原则为了便于电气控制系统的设计、分析、安装、调整、使用和维修，需要将电气控制系统中各电气元件及其连接，用一定的图形表达出来。电气图的种类很多，不同种类电气图的表达方式和适用范围，国标GB6
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