电气控制与plc技术ppt课件第8章 可编程序控制器应用

,电气控制与PLC技术（第2版）,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第8章 可编程序控制器应用,8.1 应用设计步骤,在掌握了PLC的基本工作原理及指令系统后，就可以把PLC应用在实际的工程项目中。不论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图8-1所示的设计步骤进行系统设计。,8.1.1 评估控制任务,随着PLC功能的不断完善，几乎可以用PLC完成所有的工业控制任务。但是，是否选择PLC控制？选择单台PLC控制，还是多台PLC的分散控制或分级控制？还应根据该系统所需完成的控制任务、对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几方面给以考虑。 1.控制规模 一个控制系统的控制规模可用该系统的输入、输出设备总数来衡量。当控制规模较大时，特别是开关量控制的输入、输出设备较多且联锁控制较多时，最适合采用PLC控制。 2.工艺复杂程度 当工艺要求较复杂时，用继电器系统控制极不方便，而且造价会相应提高，甚至会超过PLC控制的成本。因此，采用PLC控制将有更大的优越性。特别是如果工艺要求经常变动或控制系统有扩充功能的要求时，则只能采用PLC控制。,3.可靠性要求 虽然有些系统不太复杂，但对可靠性、抗干扰能力要求较高时，也需采用PLC控制。在70年代，一般认为I/O总数在70点左右时，可考虑PLC控制；到了80年代，一般认为I/O总数在40点左右就可以采用PLC控制；目前，由于PLC性能价格比的进一步提高，当I/O点总数在20点甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。 4.数据处理速度 当数据的统计、计算及规模较大，需很大的存贮器容量，且要求很高的运算速度时，可考虑带有上位计算机的PLC分级控制；如果数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜。 总之，PLC最适合的控制对象是：工业环境较差，而对安全性、可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业自控系统或装置。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC完成。另外一部分，如果紧急停车等环节，对主要控制对象还要加上手动控制功能，这就需要在设计电气系统原理图与编程时统一考虑。,8.1.2 PLC选型,1.PLC的型号 在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体应考虑以下几点。 （1）性能与任务相适应 对于开关量控制的应用系统，当对控制速度要求不高时，可选用小型PLC(如OMRON公司C系列CPMlA/CPM2A型PLC)就能满足要求。如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。 对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器(对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块)和驱动装置，并且选择运算功能较强的小型PLC，如OMRON公司的CQM1/CQM1H型PLC。 对于控制比较复杂的中大型控制系统，如闭环控制、PID调节、通信联网等，可选用中、大型PLC(如OMRON公司的C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVMl等PLC )。当系统的各个控制对象分布在不同的地域时，应根据各部分的具体要求来选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。,（2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求 PLC工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，即输入量的变化，一般要在12个扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般的工业控制是允许的。但有些设备的实时性要求较高，不允许有较大的滞后时间。例如PLC的I/O点数在几十到几千点范围内，这时用户应用程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别。滞后时间应控制在几十毫秒之内，应小于普通继电器的动作时间(普通继电器的动作时间约为100毫秒)，否则就没有意义了。通常为了提高PLC的处理速度，可以采用以下几种方法： 1）选择CPU处理速度快的PLC，使执行一条基本指令的时间不超过0.5微秒。 2）优化应用软件，缩短扫描周期。 3）采用高速响应模块，例如高速计数模块，其响应的时间可以不受PLC扫描周期的影响，而只取决于硬件的延时。,（3）在线编程和离线编程的选择 小型PLC一般使用简易编程器。它必须插在PLC上才能进行编程操作，其特点是编程器与PLC共用一个CPU，在编程器上有一个“运行监控编程(RUNMONITORPROGRAM)”选择开关，当需要编程或修改程序时，将选择开关转到“编称(PROGRAM)”位置，这时PLC的CPU不执行用户程序，只为编程器服务，这就是“离线编程”。当程序编好后再把选择开关转到“运行(RUN)”位置，CPU则去执行用户程序，对系统实施控制。简易编程器结构简单、体积小，携带方便，很适合在生产现场调试、修改程序用。 图形编程器或者个人计算机与编程软件包配合可实现在线编程。PLC和图形编程器各有自己的CPU，编程器的CPU可随时对键盘输入的各种编程指令进行处理；PLC的CPU主要完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾与编程器通信，编程器将编好或修改好的程序发送给PLC，在下一个扫描周期，PLC将按照修改后的程序或参数控制，实现“在线编程”。图形编程器价格较贵，但它功能强，适应范围广，不仅可以用指令语句编程，还可以直接用梯形图编程，并可存入磁盘或用打印机打印出梯形图和程序。一般大、中型PLC多采用图形编程器。使用个人计算机进行在线编程，可省去图形编程器，但需要编程软件包的支持，其功能类似于图形编程器。,2.PLC容量估算 PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数，二是用户存储器的容量。 （1）I/O点数的估算 根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后调整和扩充，一般应加上1015的备用量。 （2）用户存储器容量的估算 用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。根据经验，每个I/O点及有关功能器件占用的内存大致如下。 开关量输入：所需存储器字数输入点数10； 开关量输出：所需存储器字数输出点数8； 定时器/计数器：所需存储器字数定时器计数器数量2； 模拟量：所需存储器字数模拟量通道数100； 通信接口：所需存储器字数接口个数300。 根据存储器的总字数再加上一个备用量。,3.I/O模块的选择 （1）开关量输入模块的选择 PLC的输入模块用来检测来自现场(如按钮、行程开关、温控开关、压力开关等)的高电平信号，并将其转换为PLC内部的低电平信号。 按输入点数分：常用的有8点、12点、16点、32点等。 按工作电压分：常用的有直流5V、12V、24V，交流110V、220V等。 按外部接线方式又可分为；汇点输入、分隔输入等。 选择输入模块主要考虑以下两点： 1）根据现场输入信号(如按钮、行程开关)与PLC输入模块距离的远近来选择电压的高低。一般24V以下属低电平，其传输距离不宜太远。如12V电压模块一般不超过10m。距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。 2）高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60。,（2）开关量输出模块的选择 输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号，转换为外部所需电平的输出信号，驱动外部负载。输出模块有3种输出方式：继电器输出、双向可控硅输出、晶体管输出。 1）输出方式的选择 继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1Hz。 晶闸管输出(交流)和晶体管输出(直流)都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高的反压，必须采取抑制措施。 2）输出电流的选择 模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。,3）允许同时接通的输出点数 在选用输出模块时，不但要看一个输出点的驱动能力，还要看整个输出模块的满负荷能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流。如OMRON公司的CQMl-OC222是16点输出模块，每个点允许通过电流2A(AC250V/DC24V)。但整个模块允许通过的最大电流仅8A。 （3）特殊功能模块 除了开关量信号以外，工业控制中还要对温度、压力、物位、流量过程变量进行检测和控制。模拟量输入、模拟量输出以及温度控制模块就是用于将过程变量转换为PLC可以接受的数字信号以及将PLC内的数字脉冲计数以及联网，与其他外部设备连接等等都需要专用的接口模块，如传感器模块，I/O链接模块等等。这些模块中有自己的CPU、存储器，能在PLC的管理和协调下独立地处理特殊任务，这样既完善了PLC的功能，又可减轻PLC的负担，提高处理速度。有关特殊功能模块的应用参见PLC产品手册。,4.分配输入输出点 一般输入点与输入信号、输出点与输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。 在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线(如两个触点先串联或并联)，然后再接到输入点。 （1）明确I/O通道范围 不同型号的PLC，其输入/输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”。 （2）内部辅助继电器 内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器/计数器时作数据存储或数据处理用。从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。根据程序设计的需要，应合理安排PLC的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。 （3）分配定时器/计数器 注意定时器和计数器的编号不能相同。对高速定时，如果扫描时间超过10ms，必须使用TIM/CNT000015以保证计时准确，而其他编号不能作中断处理，在扫描时间长时，计时不够准确。,（4）数据存储器（DM） 在数据存储、数据转换以及数据运算等场合，经常需要处理以通道为单位的数据，此时应用数据储器是很方便的。数据存储器中的内容，即使在PLC断电、运行开始或停止时也能保持不变。数据存储器也应根据程序设计的需要来合理安排，详细列出各DM通道在程序中的用途，以避免重复使用。,8.1.3 系统设计,系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC梯形图的设计。 在硬件设计中，要进行输入设备的选择(如操作按钮、转换开关及计量保护的输入信号等)，执行元件(如接触器、电磁阀、信号灯等)的选择，以及控制台、柜的设计等。应根据PLC用户使用手册的说明，对PLC进行输入输出通道分配，及外部接线设计。在进行I/O通道分配时应做出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能，且应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号排在一起，以便于施工。对于较大的控制系统，为便于软件设计，可根据工艺流程，将所需的计数器、定时器及内部辅助继电器也进行相应的分配。这些工作完成之后，就可以进行软件设计了。 系统软件设计的难易程度因控制任务而异，也因人而异。对经验丰富的工程技术人员来说，他在长时间的专业工作中，受到过各种各样的磨练，积累了许多经验，除了一般的编程方法外，更有他自己的编程技巧和方法。但不管怎么说，平时多注意积累和总结是很重要的。,在程序设计时，除I/O地址列表外，有时还要把在程序中用到的中间继电器、定时器、计数器和存储单元以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。 在编程语言的选择上，具体是用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点： （1）有些PLC使用梯形图编程不是很方便(例如书写不便)，则可用语句表编程；但梯形图总比语句表直观。 （2）经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。 （3）如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好用功能图来设计程序。 软件设计可以与现场施工同步进行，即在硬件设计完成以后，同时进行软件设计和现场施工、以缩短施工周期。,8.1.4 系统调试,1. 程序调试前的准备工作 可编程序控制器的程序安装后，需对所编写的程序进行调试。调试前的准备工作包括下列内容。 （1）外部接线的检查 外部接线的检查包括对输人输出接线的正确性检查，对地的绝缘性检查，屏蔽接线检查等。 （2）供电系统的检查 供电系统的检查包括对可编程序控制器的供电电源接线的检查和电压检查、外部供电电源的检查等。 （3）执行机构的运行检查 执行机构的运行检查包括执行机构对输入信号的响应时间和运转正反等状态检查。有时要和检测元件和开关的运行检查起进行，以便了解执行机构运行后检测元件和开关是否有相应的输出信号等。 （4）检测元件和开关的运行检查 检测元件和开关是可编程序控制器输入信号的来源。要对检测元件、开关、按钮等信号在运行后的响应进行检查，了解它们的状态是否有相应的变化等。 程序调试前准备工作的好坏与程序调试有很大的关系，准备工作做得好，程序调试时就可以只考虑是程序方向的出错原因，使程序的调试时间缩短。,2. 程序调试 程序调试前应把编程器与可编程序控制器相连，并接好供电电源。编程器可以是小型手行式编程器或微型计算机等。程序的调试包括输入信号的调试、输出信号的调试、通信系统调试及总调试等。 （1）输入信号调试 输入信号调试前，对信号的供电应再次进行检查、防止因供电电压不符造成元件的损坏。对输入端的熔断器等外部元器件的检查也是极重要的。 对可编程序控制器的各个开关量输入点，用手动的方法使这些输入点分别动作观察相应的输入信号灯是否点亮或在编程器的屏幕上检查信号的状态，如果信号灯不亮或信号状态不变化，则应检查外部的线路和接线是合良好和正确，对模拟量的输入信号，可在现场连接信号发生器，根据信号的大小，在屏幕上检查信号转换是否正确，显示的数据与相应的信号是否一致，否则，应检查外部线路和接线是否良好和正确。,（2）输出信号调试 对执行机构的供电应在调试前再一次检查，用于防止因供电电电压不符造成的事故，在有中间继电器转换的场合，对中间继电器的供电电压也要进行次再检查。 对可编程序控制器的各个开关量输出点，采用在编程器内强制输出信号的方法，对各开关量输出点发出动作信号，检查相应的输出信号灯是含点亮或熄灭或在监视器的屏幕上检查输出信号状态的变化，此外，应对相应的输出设备状态进行检查，如果某输出设备不动作，则应检查输出模块、相应的输出设备和外部接线。对模拟量输出信号，可检查强制输出信号是台输出，执行机构是否动作，对应关系是否一致等。否则，应检查输出模块、输出设备和外部接线。 （3）通信系统调试 当各个可编程序控制器有通信联系或可编程序控制器与上位机，例如，与DCS系统或微机有通信联系时，应进行通信系统的调试。通信系统的调试包括向上和向下的通信。 可编程序控制器之间的通信调试是在连接好通信线路后进行的。根据通信系统的要求，从一个可编程序控制器发出数据信号，在一定的时间内，与它通信的另一可编程序控制器应能接收到有关的数据情号。否则，应检查通信软件、相应的通信线和通信设备。,可编程序控制器与上位机的通信调试包括程序的下装、调试和数据的通信。可按照产品说明书的要求，进行程序的下装，并在上位机对程序进行修改和存取。通常，在编程时这部分的调试工作已经完成。实际调试的内容主要是数据传送的调试。可根据说明书的操作方法进行数据的发送和接收。发现出错时应检查应用程序、相应的通信线路和通信设备，对通信系统的软件有时也应检查。例如，对通信时间的设置是否止确，程序书写的格式是否符合通信协议的要求等。 （4）总调试 系统的总调试应在工艺过程不供电的情况下进行。根据程序的执行次序先后，分别用手动的方法对各输入点进行开闭的动作，检查程序是否按照过程控制的要求进行动作、相应的输出信号是否存在，延时的时间是否正确，对一些输出通道的反馈信号也应根据是否有系统输出，再用手动给出相应的反馈输入信号，直到整个程序正确运行。 在系统的总调试时，对输入信号的常开和常闭状态常常会弄错，因此，要根据过程操作的要求、接点的正常状态来确定并及时更改。,为了对过程控制有一定的感性认识，有时，也可制作 一 个模拟的物理系统，称为仿真系统，系统的调试是对该仿真系统进行总的程序调试检查程序的执行情况。这种方法对缩短投运时间，操作人员的培训和沟通设计人员和操作人员的设计思想是十分有利的，对仿真系统的调试可以在整个系统投运前进行。有时，采用部分仿真和部分实际系统相结合的方法，对有定危险的部分设备先采用仿真系统进行模拟运行，这时，调试工作常在现场进行采用半离线半在线的方式进行调试。 为了便于程序的调试，在程序中设置断点是必要的。与计算机的程序调试方法相似，断点的设置可以使调试人员对各个分程序的运行进行检查。有利于及时发现运行中的问题在设置断点后，不要忘记在调试结束后把断点清除。 总测试结束后，应把调试后的最终程序存储，并做好备份，对小型系统，要把最终程序记录下来，并整理归档。对中大型系统，可以用软盘存放程序，并制作备份，程序应打印整理并归档。调试中的问题和更改情况要记录在案，此外，应编制程序说明书。,8.2 应用程序举例,8.2.1 两种液体混合装置 1.分析工艺过程，明确控制要求 某液体混合装置如图8-2所示，按起动按钮SB1后，电磁阀YV1通电打开，液体A流入容器。当液位高度到达I时，液位传感器I接通，此时电磁阀YVl断电关闭，而电磁阀YV2通电打开，液体B流入容器。当液位高度到达H时，液位传感器H接通，这时电磁阀YV2断电关闭，同时起动电动机M搅拌。60s后电动机M停止搅拌，这时电磁阀YV3通电打开，放出混合液去下道工序。当液位高度下降到L后，再延时2s使电磁阀YV3断电关闭，并自动开始新的周期。 该液体混合装置在按下停机按钮SB2时，要求不要立即停止工作，而是将停机信号记忆下来，直到完成一个工作循环时才停止工作。 2.统计输入、输出点数并选择PLC型号 输入信号有按钮2个，液位传感器3个，共5个输入信号。考虑到留有15的备用点，即5(1+15)5.75，取整数6，因此共需6个输入点。 输出信号有电磁阀3个，电动机接触器1个，共4个输出点，考虑留15的备用点，则4(1+15)4.6，取整后共需5个输出点。 因此可选用C20PCPU类型可编程序控制器，它有12个输入点，8个输出点，满足本例的要求。,3. 分配PLC的输入输出端子 本例中PLC的输入输出端子分配，见表8-1。,表8-1 液体混合装置PLC输入/输出端子分配表,4.PLC控制程序设计 本例动作要求简单，可采用经验设计法。根据被控对象的控制功能，首先选择典型控制环节程序段。由于所选择的程序段通常并不能完全满足实际控制的要求，所以还应对这些程序段进行组合、修改，以满足本装置的控制要求。本例中电磁阀的控制应选择自锁环节。 当按下起动按钮SB1时，输入继电器0000接通，此时输出继电器0501应接通并自锁，从而在放开按钮SB1后，电磁阀YV1仍能保持通电状态。而当液位高度上升到I时，液位传感器I闭合，输入继电器0003接通，其常闭触点断开，使输出继电器0501断开，从而使电磁阀YV1断电。如图8-3中所示的第1个梯级。 当液位高度到达I时，输入继电器0003接通，此时输出继电器0502应接通，使电磁阀YV2通电。当液位高度到达H时，输入继电器0002接通，此时输出继电器0500应接通，使接触器KM线圈通电，其主触点控制电动机起动运转，开始搅拌。同时输出继电器0500的常闭触点断开，使输出继电器0502断开，使电磁阀YV2断电。在输出继电器0500通电的同时接通定时器TIM00线圈，使之开始定时。如图8-3所示中的第2、3两个梯级。,当定时器TIM00定时60s时间到时，其常闭触点断开使输出继电器0500断开，电动机停止搅拌。同时TIM00的常开触点闭合，使输出继电器0503接通并自锁，电磁阀YV3 通电打开，混合后的液体排放到下道工序去。当液位下降到L以下时，液位传感器L断开，输入继电器0004断开，其常闭触点闭合，定时器TIM01开始延时，2s定时时间到，其常闭触点断开，使输出继电器0503断开，电磁阀YV3断电，这部分梯形图如图8-3所示中的第4、5两个梯级。 至此，该液体搅拌装置工作了一个循环，初步设计的整个梯形图程序如图8-3所示。 上述初步设计的梯形图还不能完全满足控制要求，还需进一步完善。,根据控制要求，当一个工作循环完成后，不必再按按钮就自动开始下一个循环。为此，可利用定时器TIM01的常开触点并联到输入继电器0000的常开触点上，这样，当定时器TIM01定时时间到时，一方面其常闭触点将电磁阀YV3关闭，同时其常开触点将输出继电器0501接通并自锁，从而又开始了新的循环。 根据该混合装置的停机控制要求，应将停机信号记忆下来，待一个工作循环结束时再停止工作，因此应选择一个自锁环节。当按下停止按钮SB2时，输入继电器0001接通，使内部辅助继电器1000接通并自锁，如图8-4所示的第6梯级。而将内部辅助继电器1000的常闭触点与第1梯级中TIM01的常开触点相串联，按过停止按钮SB2后，内部辅助继电器1000的常闭触点断开，从而在TIM01延时到的时候不再接通输出继电器0501，即不再开始下一个循环，达到了对停机控制的要求。 另外，在第2梯级中串入输出继电器0503的常闭触点，以避免在放液体过程中，当液位低于H而高于I时，输出继电器0502又接通的现象。在第5梯级中串入输出继电器0503的常开触点，以避免在液位上升过程中而液位尚低于L时，定时器TIM01线圈通电的现象。 在程序的最后应有结束指令END。 修改后整个梯形图程序如图8-4所示。,5.将梯形图转换成指令表程序图8-4梯形图程序所对应的指令表程序如下： 0000 LD 0000 0014 OUT 0500 0001 OR 0500 0015 LD TIM00 0002 LD TIM01 0016 OR 0503 0003 AND-NOT 1000 0017 AND-NOT TIM01 0004 OR-LD 0018 OUT 0503 0005 AND-NOT 0003 0019 LD-NOT 0004 0006 OUT 0501 0020 AND 0503 0007 LD 0003 0021 TIM 01 0008 AND-NOT 0500 #0020 0009 AND-NOT 0503 0022 LD 0001 0010 OUT 0502 0023 OR 1000 0011 LD 0002 0024 AND-NOT 0000 0012 TIM 00 0025 OUT 1000 #0600 0026 END(01) 0013 AND-NOT TIM00,6.将程序输入到PLC中并调试程序 可用简易编程器插到PLC的外设端口，按照指令表程序逐条输入程序，具体操作方法参见编程器及其使用。 如果是在个人计算机上用CPX支持软件编程，在编好程序后可下装到PLC中去。但由于PLC没有RS232C接口，所以个人计算机的RS232C接口不能直接与PLC相连接，必须通过带变换器的电缆线CQMl-CIF01或CQMl-CIF02连接到PLC的外设端口上。在CPX中设置好通信格式后，即可将个人计算机中的梯形图程序直接下装到可编程序控制器中。 程序输入到PLC中后即可进行调试工作。先进行模拟调试，即不将PLC的输出接到设备上，按控制要求在各指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，则应借助于简易编程器或个人计算机联机查找原因，并排除之。 不论系统如何复杂，都可以仿照上面方法进行模拟调试，下面各例省略该过程。,8.2.2 十字路口交通信号灯控制,1.控制要求 （1）起动正常程序时，将起停开关SA0置于接通位置；把SA0置于断开位置，当前循环结束后停止工作。 （2）东西方向绿灯HL11亮(车辆通行)20s，闪烁3s后黄灯HL12亮2s（东西与南北两个方向都停止通行，准备换向），接着红灯HL13亮（车辆停止）25s。 （3）南北方向与东西方向相反，如图8-5所示。（4）有应急控制功能，若东西方向需应急强通，将开关SA1置于接通位置，东西方向绿灯HL11亮，南北方向红灯HL23亮，应急强通结束，将开关SA1复位置断开状态，自动转入正常程序的下一个动作，若需南北方向应急强通，则使用开关SA2。,2.统计输入、输出点数并选择PLC型号 输入信号有3个，考虑到有15的备用点，即3(1+15)3.45，取整数4，因此共需4个输入点。 输出信号有6个，考虑到有15的备用点，即6(1+15)6.9，取整数7，因此共需7个输出点。 因此可选用C28PCPU类型可编程序控制器，它有16个输入点，12个输出点，满足本例的要求。 3.分配PLC的输入/输出端子,表8-2 交通信号灯PLC输入/输出端子分配表,4.交通信号灯控制系统功能表图 功能表图采用并行序列结构图形式如图8-6所示，左列为东西方向，右列为南北方向。,5.交通信号灯控制系统梯形图 图8-7、图8-8、图8-9组合为交通信号灯控制系统梯形图，为便于分析将其分割为图8-7、图8-8、图8-9三部分。 图8-7为起停正常程序、强通操作和闪烁信号控制，第1、2行组成闪烁信号发生器，1200产生周期1s，占空比1:1的连续脉冲，改变TIM06预置数，可调整绿灯HL11和HL21的闪烁频率，以获得满足的视觉效果。把起停开关SA0(0000)置于接通位置，信号灯按图8-5正常程序运行，SA0置于断开位置，当前循环结束工作。 东西方向应急强通操作：SA1(0001)置于通电位置，图8-7中1201导通，1300通电一个扫描周期。如图8-8、图8-9将有关工步1002、1003、1103、1104复位，1201常闭触点断开定时器TIM00线圈，锁住南北方向1102工步。无论运行在何种状态，继电器1201迫使东西方向工步1001导通，绿灯HL11(0502)亮，南北方向工步1101导通，HL21(0505)亮。应急强通结束，SA1(0001)断电复位，1201复位断开，如图8-7所示。1401接通一个扫描周期，作为强通结束后的转移信号，如图8-8开通工步1002，转入正常程序,8.2.3 机械手步进控制,1.控制要求 图8-10所示为一机械手结构示意图，用于将左工作台上的工件搬运到右工作台上。机械手的全部动作由气缸驱动。气缸由电磁阀控制，其上升/下降、左移/右移运动由双线圈两位电磁阀控制，即上升电磁阀得电时机械手上升，下降电磁阀得电时机械手下降。其夹紧/放松运动由单线圈两位电磁阀控制，线圈得电时机械手夹紧，断电时机械手放松。 为便于控制系统调试和维护，本控制系统应有手动功能和显示功能。当手动/自动转换开关置于“手动”位置时，按下相应的手动操作按钮，可实现上升、下降、左移、右移、夹紧、放松的手动控制，同时“手动”指示灯亮。当机械手处于原位时，将手动/自动转换开关置于“自动”位置时，“自动”指示灯亮，进入自动工作状态，手动按钮无效。,2.统计输入、输出点数并选择PLC型号 输入信号有14个，考虑到有15的备用点，即14(1+15)16.1，取整数17，因此共需17个输入点。输出信号有7个，考虑到有15的备用点，即7(1+15)8.05，取整数9，因此共需9个输出点。 因此可选用C40PCPU类型可编程序控制器，它有24个输入点，16个输出点，满足本例的要求。 3.动作分析及分配PLC的输入/输出端子 将机械手的原位定为左位、高位、放松状态。在原始状态下，当检测到左工作台上有工件时，机械手才下降到位，夹紧工件，上升到高位，右移到右位。当右工作台上无工件时，机械手下降到低位并且放松，然后上升到高位，左移回原位。当右工作台上有工件时，在右、高位等待。 动作过程中，上升、下降、左移、右移、夹紧及状态指示为输出信号。放松和夹紧共有一个线圈，线圈得电时夹紧，失电时放松，故放松不作为单独的输出信号。机械手的位置检测用行程开关，有无工件检测用光电开关来实现。手动操作按钮当然也是输入信号。工件的夹紧与放松采用延时来实现，不再设置检测装置。其动作顺序如图8-11所示。,表8-3 机械手控制PLC输入/输出端子分配表,4.输入/输出端子配线图 从以上方向可知，该系统有14个输入信号，7个输出信号，输入全部采用动合触点。系统I/O配线图如图8-12所示。,5.梯形图设计,8.2.4 三层楼电梯PLC控制系统,1.控制要求 （1）电梯运行到位后，具有手动及自动开、关门功能。 （2）利用指示灯显示轿箱外呼叫信号、轿箱内指令信号，以及电梯到达楼层信号。 （3）能自动判别电梯运行方向，并发出响应的指示信号。 （4）电梯能在一定条件下进行启动、加速和换速。 2.分配PLC的输入/输出端子,表8-4 三层楼电梯PLC输入/输出端子分配表,3.统计输入、输出点数并选择PLC型号 输入信号有21个，考虑到有15的备用点，即23(1+15)24.15，取整数25，因此共需25个输入点。输出信号有19个，考虑到有15的备用点，即19(1+15)21.85，取整数22，因此共需22个输出点。 因此可选用C60PCPU类型可编程序控制器，它有32个输入点，28个输出点，满足本例的要求。 4.输入/输出端子接线图 根据通道分配情况，可画出PLC外部接线图，如图8-14所示。,5.梯形图设计 为了叙述方便，把梯形图分为开关门的手动/自动控制、电梯到站指示、各层呼叫指示、电梯起动和运行方向选择、电梯速度的变换五个部分。 （1）开、关门的手动/自动控制如图8-15所示。 手动开门时：当电梯运行到位后（运行继电器1000为OFF），按开门按钮0000，使输出线圈0504有效，驱动开门接触器，打开轿门，直至到位，开门行程开关动作，即0002动断触点打开，开门过程结束。 自动开门时：电梯运行到位后，相应的楼层接近开关闭合，即0007或0008或0009接点闭合，时间继电器TIM00开始计时，计到3s时，TIM00触点闭合，使0504线圈有效。 手动关门时：按下关门按钮，即0001闭合，0505有效，驱动关门接触器、关闭轿门，直至到位，行程开关0003动作，关门动作结束。 自动关门时：开门到位后，经5s延时，使TIM01触点闭合，关门。 关门保护：自动关门时，可能夹住乘客，可在门上装设红外传感器。 当有人进出时，0004或0005闭合，关门被禁止，同时开门接触器工作，把门打开，至限位位置后，重新执行关门动作。,（2）电梯到站指示如图8-16所示，其中，1003、1004分别为单、双数楼层联锁保护中间继电器。,（3）各层呼叫指示如图8-17所示。当乘客按下某层的呼叫按钮时（0100、0101、0102、0103中的一个），相应的指示灯亮，告诉司机某层有人呼叫，但不能起动电梯，呼叫信号一直保持到电梯到达该楼层，相应层的接近开关动作时才被撤消。,（4）电梯起动和运行方向选择如图8-18所示。当二、三层有呼叫信号时，0604或0605为ON，电梯选择上行方向，而一、二层有呼叫信号时，0603或0604为ON，电梯选择下行方向；如果此时关门信号和门锁信号符合要求，则电梯起动运行。 当电梯运行到所选楼层时，1005为ON一个扫描周期，用以切断起动控制信号，停止运行。起动控制由中间继电器1006来完成。,（5）电梯速度的变换如图5-19所示。电梯起动后快速运行，2s后开始加速；在接近目标楼层时，相应的接近开关（0104、0105、0106或0107）动作，电梯开始减速，直至达到目标楼层时停止。,8.2.5 钻床钻深精度控制,1.设备概况和控制要求 钻床结构如图8-20所示，主要由进给电机M1、切削电机M2、进给丝杆、上限和下限行程开关(SQ1，SQ2)、旋转编码器和光电开关组成。,M1转动，通过进给丝杆传动，使M2和钻头产生位移，M1正转为进刀，反转为退刀。SQ1、SQ2之间的距离即为钻头的移动范围，并且SQ2提供下限位的超行程安全保护。安装于进给丝杆末端的旋转编码器MD。是将进给丝杆的进给转数转换成电脉冲数的元件，可对进给量即钻头移动距离进行精确控制。光电开关SPH是钻头的检测元件，从SPH光轴线至工件表面的距离称为位移值，工件上的钻孔深度称为孔深值，位移值和孔深值之和就是脉冲数的控制值。如进给丝杆的螺距为10mm，MD的转盘每转一周产生1000个脉冲，可知对应于1个脉冲的进给量就是10/10000.01mm。如果我们要求孔深为15.75mm，又已知工件表面至SPH光轴线的距离为10mm，那么将控制值设为(15.75+10)/0.012575个脉冲数就可以了。可见钻孔的深度可控制在0.01mm的精度内。 该钻床的工作方式除自动控制功能外，还要求设置手动控制环节，以便进行机械调整，或在可编程序控制器故障时改用手动操作。自动钻削的控制要求如图8-21的时序图所示。,具体工作步骤如下： （1）按下启动按钮SB3，正转用接触器KM3导通，进给电机M1正向启动，钻头下降，进刀，旋转编码器开始产生脉冲。 （2）在光电开关SPH检测到钻头尖的瞬间，便有导通信号输出，使切削电机M2启动，同时，可编程序控制器内部计数器开始计数。 （3）当统计出的脉冲数达到所需“控制值”对应的设定值时，KM3断电，M1停转，进刀结束。 （4）正反转用KM3和KM4经过延时电弧互锁切换后，KM4接通，M1停转，M1反向启动后退，钻头上升退刀。 （5）上升