电力拖动教案第12章.doc

第十二章 可编程控制器(PLC)与电动机控制 121 PLC的发展概况和主要特点 与继电器系统相比，PLC的特点表现为： PLC采用程序存储式控制。 PLC内部处理采用无触点方式。 PLC具有自诊断功能。 PLC采用微电子高集成技术。 PLC内采用了专门的抗干扰措施。 与通用微行机相比，PLC的特点表现为： PLC采用专用语言编程。 PLC的输入输出可与生产设备和各种现场信号直接连接，扩充也很容易。 现场环境适应能力比普通微型机高得多。 但一般PLC的运算速度、数据处理和科学计算能力不如普通微型机。 122 PLC的硬件结构配置与工作原理 一、基本结构 二、PLC的工作过程 工作特点是以周期循环顺序执行三个批处理： 1.输入扫描 按扫描方式将输入端子上的信号顺序读入缓冲区，在本周期内不再改变。 2.程序执行扫描 按用户程序从上到下、从左到右逐一扫描执行。结果送输出映象区存放。不送输出端口。 3.输出扫描 执行完所有程序后，将输出映象区的内容送往输出锁存器，对物理输出进行刷新。 输出刷新完成之后，又返回到输入扫描进入下一工作循环。 在一个PLC的工作周期中，可插入其它的工作到输入扫描完成后进行。 系统自监测 当系统的 Watchdog 超时动作时，转向执行复位程序。 有编程请求时，插入执行与编程器数据交换程序。 PLC含数字处理器时，插入执行与数字处理器进行数据交换程序。 有通讯请求时，插入通讯处理程序。 一个工作周期中，输入和输出扫描刷新的时间固定，程序执行时间则因程序的长短而不同。一般情况下，PLC可在100毫秒内完成一次工作循环。 123 PLC的指令与编程 一、PLC的编程语言 1.梯形图语言 特点： 水平绘制，按自上而下、从左到右排列； 只有常开（）和常闭（）两种接点。 接点可任意进行串并联，每一接点可以任意反复使用。 线圈只能并联、不能串联，线圈的一端必须与右母线连接。 内部电器不能直接作输出， 只能用输出继电器输出完成控制动作。 最后必须用“END”表示控制程序的结束。 逻辑代数表示法 形如方程，左侧为某线圈符号，右侧为该线圈的通电条件。 运算结果为“1”线圈通电、“0”线圈失电； 对触点，“1”接通、“0”断开。 常开触点采用与线圈相同的逻辑符号A，常闭触点采用。 用符号“与”表示触点的串联，“或”表示触点的并联。 例： 2.助记符语言 ：英文缩写字母构成的编程指令代码。 上述控制逻辑用助记符语言（三菱F1PLC语言）则写成 0 LD X400 1 ANI X401 ；触点串联 2 OUT Y433 ；线圈驱动 3 LD X400 4 ORI Y433 ；触点并联 5 AND X402 ；串联 6 OUT Y430 7 END 助记符编程时所用的每条语句称为PLC的程序步。 二、基本指令和编程方法 1、器件与编号 按照八进制编号。 输入输出接口继电器 PLC通过输入输出接口继电器实现对生产现场信号的采集与控制。 输入继电器 X 输入继电器采用的编号为 基本单元 扩展单元 X400X413 X414X427 X500X513 X514X527 X000X013 X014X027 每个继电器都“带有”常开、常闭的内部软接点。 输入继电器线圈只能由外部电路驱动，不受PLC控制。 当外部输入信号有效时，逻辑值1，否则逻辑值0。 输出继电器 Y 每输出继电器提供一个对外常开物理接点， 输出继电器编号以字母Y开头如下表： 基本单元 扩展单元 Y430Y437 Y440Y447 Y530Y537 Y540Y547 Y030Y037 Y040Y047 内部继电器 供编程使用。用于构造各种控制逻辑， 不能直接用于控制生产现场。 辅助继电器 M 普通辅助继电器电池支持保护继电器 M100M177 M300M377 M200M277 专用辅助继电器 M 移位寄存器 M 定时器 T 32个 计数器 C 32个 状态继电器 S 40个，掉电保护。主要在步进控制中使用。 数据寄存器 D 64个，主要用于算术运算、数据传送及比较。 2、基本指令与编程 (1) 基本逻辑指令 设PLC内逻辑运算器用符号A表示 LD 将常开接点的逻辑值装入A。通为“1”，断为“0”。 LDI 将常闭接点的逻辑值装入A。 OUT 将运算结果赋给指定线圈。OUT指令后出现LD或LDI，A的值将被LD、LDI所刷新。OUT 可连续使用，即可将A的值赋给不同的线圈，形成线圈并联。 AND 指令“与”， 取后跟标号值和A进行“与”运算。 用于串联常开接点。 ANI 指令“与非”，取后跟标号值的非和A进行“与”运算。 用于串联常闭接点。 OR 指令“或”， 取后跟标号值和A进行“或”运算。 用于并联单个常开接点。 ORI 指令“或非”，取后跟标号值的非和A进行“或”运算。 用于并联单个常闭接点。 ORB 指令“块或”，并联连接接点块，把前面两个以LD或LDI指令开始的接点块并联成一个新接点块，ORB指令后不带任何编号。连续使用次数不能多于7次。 0逻辑运算器A取值A=X400 1与运算A=X400*X401 2没有OUT又出现LD指令，保持A不变，将X402值取入新逻辑运算器BB=X402 3对B与运算B=X402*X403 4ORB指令：A=A+B,B放弃A=X400*X401+X402*X403 5没有OUT再次出现LDI指令，保持A不变，将/X404赋给BB=/X404 6对B与运算B=/X404*X405 7ORB指令：A=A+B,B放弃A=X400*X401+X402*X403+/X404*X405 8OUT指令，将A赋给Y436，A放弃但A值未改变。Y436= X400*X401+X402*X403+/X404*X405 9LD指令，A被刷新=X400A=X40010 ANB 指令“块与”，串联连接接点块。把以LD或LDI指令开始的接点块串联到该块前的接点或块上，ANB指令后不带编号。连续使用不能多于7次。 例：采用PLC控制工作台自动往返。 （2 ）常用指令与编程MC/MCR主控/主控返回指令。使用对象：M100M177。 MC指令后连接的接点必须用LD、LDI指令编程。主控程序块后必须用主控返回指令MCR撤销临时母线。主控指令MC可嵌套，这时B前的M101常开要接起始母线。 B所代表的临时母线起源于M101线圈前的接点X403处。 不论使用了多少次MC，最后只用一条MCR指令返回起始母线。 一个完整的主控程序由OUT、MC、和MCR三条指令组合构成。S/R 位置位/复位指令。应用对象M200M377、Y和S。 PLS 微分指令。它在输入信号上升沿接通一个T后断开。RST 字节、字复位指令。用于计数器和移位寄存器的复位。 使用对象为：C600C667、M100M360。NOP 空操作指令。END 程序结束指令。执行时刷新所有输出，然后开始下一扫描循环。SFT 移位指令。用于对寄存器内容作移位操作。略CJP/EJP 条件转移指令。跳转目的代码可在64个编号中选用：700777。 （3 ）定时、计数指令与编程 32个通电延时定时器，两种定时范围如下表所示。 定时器编号定时范围设定格式1设定格式2T050T057T450T457T550T5570.1999 sK0.1 =0.1secK99.9 =99.9sec3位10进制1位小数K1 =1secK999 =999sec3位十进制整数T650-T657 0.01-99.9sK0.01 =0.01secK99.9 =99.9secK1 =0.01secK999=9.99sec 起动条件有效时开始计时，到达设定值时，接点动作。 起动条件失效定时器立即复位，接点恢复初始状态。 定时完成后若想再次起动该定时器，必须先使起动条件失效。如果要求断电延时，可以采用图示的电路。 异步电动机串电阻起动定时器的使用方法。 设电动机串电阻起动后转入全压起动的时间为0.5秒。 原电路的逻辑表达式为 KM1=/FR*/SB1*(SB2+KM1KM2*KT)*/KM2 KT=/FR*/SB1*(SB2+KM1KM2*KT)*KM1 KM2=/FR*/SB1*(KM2+KT*(SB2+KM1)通断条件分析简化： KTKM1；顺序联锁，KT后动 KM1=/FR*/SB1*(SB2+KM1)*/KM2 ；KM11才可能有KT*KM21 KM2/FR*/SB1*(KM2+KT) ；KT=1隐含KM11 例：直流电动机的运行控制分析：原电气控制线路定时器采用断电延时动作触点， 不便用直接代换方法编程。 动作分析：起动前须先有励磁：电流继电器KA2动作； 顺序联锁起动时串R1、R2，KM1动作、KM2、KM3不动作；经定时先KM2动作切除R1，再定时KM3动作切除R2； 采用两个定时器： T450（设定时2s）、T451（设定时1s）；起动、运行中若发生过电流，KA1动作则断电停车；KM1断开时KM2、KM3均应断开；现场输入信号有：按钮：SB1、SB2； 电流继电器触点：KA1、KA2； 分配：X400（停车）、X401（起动）、 X402（过流）、X403（无励磁） 需输出控制的接触器：KM1、KM2、KM3。 分配：Y431、Y432、Y433TOFFD.PLC起动动作时序： 逻辑表达式：KM1： Y431(X401+Y431)*X403*/X402*/X400 ；原控制不含定时器，可直接代换KT1： T450Y431，K2KM2： Y432=T450KT2： T451Y432T450，K1KM3： Y433=T451说明：当有停车（X400）、过流（X402） 或欠励磁（X403）发生使 Y431（KM1）释放时，T450释放；Y432也释放； 进而T451释放，Y432释放。PLC编程dcm.plc定时器实现振荡(TZDANG.PLC) 计数器 C 累计输入脉冲的个数，达到设定值时计数器接点动作。 计数值减为0后一直保持为0不变，直到计数器被复位为止。 除C660与C661外，均为减计数器，计数范围为0999； 有掉电保护。掉电时保持当前计数值，电源恢复后继续计数。 若不需要保留当前值，须用M71初始化脉冲使计数器在上电时复位。COUNT.PLC CZDANG.PLC6位计数器编程方法(内部计数模式)略1)习题126、2)习题128、3)若128中要求间歇油泵工作20次后停止，试编制其PLC程序。 （3）步进指令与编程 能使生产机械按预定顺序依次动作的控制称为顺序控制。步进指令是专门针对这种控制要求设置的指令。 步进的概念 （3.1）步进指令的一般使用方法 STL/RET称为步进指令。对象为S600S647，均有掉电保护。 步进程序用状态转换图或步进梯形图表示。 每个状态对应顺序控制中的一个动作（一步）。 在每个状态中，包含三项内容： 完成本步驱动处理Y*（包括所有用到的Y、M、S、T等继电器）、 转步条件X*判断、 实现转步置位新状态Sm同时自动复位原状态Sn。 当步进接点Sn接通时，Sn后的Y*投入运行。 当转步条件接点X*接通时，原步进接点Sn自动断开， 除以S指令置位的继电器外，所有Y*断电； 新状态Sm置位，步进接点Sm接通，从状态Sn转向Sm。 步进接点只有常开接点，用符号表示。 步进接点与起始母线相连，接点后相当于临时母线， 所有连接必须使用LD或LDI指令。 结束步进工作时，必须使用RET指令返回起始母线， 但在各步进接点（步进程序块）之间不必使用RET指令， 只在最后返回时才使用RET。 如果在步进程序块间插有其它非步进程序， 在前一步进程序结束时必须使用RET指令 才能使其它程序连接到起始母线上。 状态继电器在使用S指令后才具有步进功能， 除步进接点外，还提供普通常开、常闭接点。 STL指令只适用于步进接点。 工作特点：步进接点接通时，接点后电路才投入运行， 如果步进接点断开，后面电路全部断开。 如果需要在断开时保留输出结果，可以用S指令。 但需考虑何时用R指令对它复位。 在步进接点后不能使用主控指令MC/MCR，但可以使用CJP/EJP指令。 （2）多流程步进的编程方法 条件分支回到汇合点的转步条件不能使用ANB、ORB指令。 对并行分支程序，应在设置转步条件(如图中的X401) 后从左到右依次设定各分支状态(如图中的S621、S623)。 并行分支汇合时只能设置一个共同的转步条件(如图中的X404)， 但条件前应使用相汇合的步进接点串联，如S622和S625， 以代表置位S626时同时复位S622和S625。 其它较复杂的多流程编程（条件转条件、并行转并行、条件转并行、并行转条件、条件并行重叠）略三、其它功能指令简介 格式：用字母F为标志的功能号表示； 由输入条件、设定线圈和执行线圈三部分构成。 输入条件用常开接点。执行线圈用功能号F670表示。后的K值代表指令的含义。设定线圈用F671F675表示。后的K值表明指令执行过程中的具体条件。 在使用步进指令时，应将所需使用的状态寄存器清零， 并将起始状态置位。功能指令F670 K26（K103）可用于将指定范围的寄存器复位。 复位范围从F671线圈的K编号开始到F672线圈的K编号结束。 例四、控制程序设计的一般步骤与设计举例 在应用PLC编制控制程序时，一般应按照以下几个步骤进行。 确定控制系统必须完成的动作和完成这些动作的顺序与所需的条件。 分配I/O，确定系统有哪些现场信号要送到PLC输入端，PLC需送出哪些控制信号到现场。为所有I/O信号分配PLC的I/O编号。 画出梯形图。对有步进要求的控制首先画出状态图，确定转步条件，然后再画出梯形图。 利用编程器将梯形图程序输入开发系统进行编译后传送给PLC，或人工将梯形图转换成助记符语言再利用简易编程器将程序键入PLC。 调试、修改程序。 程序固化保存在PLC中。 例2 搬运机械手的控制 1动作要求 手动 独立 ：非步进状态。 原点返回：从当前位置返回到左上原点位置停止 。自动 单步 ：每按一次起动按钮（X506），程序步转向下一步。 单次 ：原位时每按一次起动，执行一个循环后停在原位。 自动循环：原位时起动后，程序不断循环直到停止被按下 才能在到达原位时停止。 2I/O编号分配输入按钮 起动：X506、停止：X507 、原点返回：X505 独立操作按钮 夹紧：X412、松开：X407、升：X405、 降：X410、左：X406、右：X411工作方式选择（五选一） 独立：X500 、原点返回：X501、单步：X502、 单次：X503、 循环：X504位置开关 左：X404、右：X403、上：X402、下：X401输出下移：Y430、夹紧：Y431、上移：Y432、 右移：Y433、左移：Y434夹紧延时：T450、松开延时T451 3编制梯形图总控制框架梯形图 在系统控制工作方式较多、程序比较复杂时， 可首先编制程序总体框架梯形图， 安排好各子功能程序的转换衔接， 然后再编制各子功能程序。 步进控制的设计要点。 (1)步进状态的初始化 步进工作必须首先正确地建立初始状态。 机械手步进状态转移图如图。S600为初始状态。 初始状态时其余状态应当全部处在0状态。 系统在原点返回方式且原点返回按钮按下时进入步进初始状态，S600置位、其余状态复位；在独立操作时取消步进、S600被复位。 (2)步进使能 辅助内部寄存器M575：步进状态转移使能控制。 (3)步进的禁止 从状态转换图，M575接通意味状态由S600转入S601， 将执行下降程序，按照各转步条件自动进行步进工作循环 如果不加干涉，它将至少执行一次工作循环。 但自动方式中还有单步操作，要求每按一次起动按钮只前进一步。 状态转移禁止寄存器M574 接通时步进转移被自动禁止，释放时才允许步进转步。 系统在上电、手动、单步、单次且停止按钮按下时接通M574禁止步进，按下起动按钮可通过脉冲短时接通M101释放M574，对手动、单步，M574仅在按钮按下时可短时释放使单步方式完成转步，对循环方式则不再接通以使能步进功能。 (4)控制程序梯形图 例3 人行道交通灯管理程序的步进编程。 设有人行横道交通灯采用下列方法管理：在道路两旁设有通过请求按钮X400和X401；无人请求通过时，车道为绿灯，人行道为红灯；有人按下请求按钮时，车道保持绿灯30秒后变黄灯，再过10秒后变红灯。车道红灯亮3秒后，人行道绿灯亮，允许行人通过。20秒后人行道绿灯以每秒1次速率闪动5次然后转为红灯，过5秒后车道转为绿灯，恢复初始状态。 编程分析：对两通道信号灯可采用两并行状态来处理。初态时车道为绿、人行道为红；转步条件为有请求信号，即X400或X401有效。转步后两通道灯保持不变30秒，然后车道等转黄，因此可在转步时起动一30秒定时器作转步条件；依次类推可编制出程序状态转换图。在人行道分支中使用了一个计数器来控制绿灯闪动次数，请注意它的编程方法，特别要注意计数器使用完后应在下一步进状态中安排复位，以保证再次使用它时程序的运行与第一次相同。 例4 笼型异步电动机自耦降压起动的步进控制编程 在步进程序前用初始化程序