第四章-可编程序控制器系统分析、设计及应用

第四章可编程序控制器系统分析 设计及应用 第一节编程序控制器系统的分析方法 第二节可编程计序控制器系统设计 第三节C650卧式车床的PLC控制 一 可编程序控制器的系统分析的基本内容 第一节可编程序控制器系统的分析方法 图4 1采用可编程序控制器的系统结构图 采用可编程序控制器的系统结构如图4 1 系统分析的基本思路是 从工艺要求出 明确控制要求 搞清机械设备的工作状态与相关信息及操作员的主令信号之间的关系 PLC控制系统分析工作的主要内容 1 了解和掌握PLC控制系统的控制对象的工作过程 工艺要求 这是重要的第一步 2 掌握PLC控制系统的电气 液压或气动系统的组成 分析电气 液压或气动系统的控制原理 要了解各个控制指令 检测信号和控制输出信号的作用和相互关系 了解它们与PLC的端口连接关系 3 控制软件的分析 PLC控制系统分析的核心是其控制软件的分析 应用程序一般是可以从PLC中输出来的 可以在系统分析时加以利用 对于用不同编程语言编制的程序 应采取不同的分析方法 输入 输出接口输入 输出接口亦称I O接口 是PLC与被控对象一机械设备或生产过程联系的纽带与桥梁 现场设备及生产过程的数据信息必须通过输入接口才能送给CPU 而CPU运算的结果 做出的判断 施予现场的控制也必须通过输出接口才能送到有关的设备或现场 输入接口及模块将外部输入的开关信号与PLC的内部信号进行光电隔离 以防干扰信号入侵 并将DC24V的外部输入信号变换成DC5V的内部电平信号 直流输入模块电原理图 输出接口及模块将输出信号变换成能驱动外负载的电压和电流信号 并将PLC的内部信号与驱动外负载的电气元件 晶体管或双向晶闸管或小型继电器 的电源进行隔离 以防输出电源线路夹带的干扰信号入侵 继电器输出模块电原理图 二 可编程序控制器系统分析的常用方法 可编程序控制器系统分析的过程是 首先要从整体上把握编程的总体思路 然后再做细节的分析 分析程序的过程中 应在逐步 反复分析的基础上整理 归纳并绘制出总的 局部的程序框图 分析 整理的过程 就是消化 提高的过程 除此之外 没有捷径 系统分析的主要方法有 1 文字叙述法 用自然语言平铺直叙地依次说明各编程元件的行为和状态 是普遍采用的方法 2 图形分析法 梯形图程序中的编程元件 绝大部分只存在于两种状态 对于逻辑运算值或为 1 或为 0 对于接点或接通或断开 可用简单的线条或符号 图 来标明它们的状态 图形分析法用的较多的是时序图法 3 逻辑函数法 由于梯形图程序中编程元件只存在于两种状态之中 故可以利用逻辑代数来描述其控制规律 三 可编程序控制器系统分析实例 1 分析工艺过程 明确控制要求 某中央空调系统的冷水机组采用4台全封闭制冷压缩机 组成两个相对独立的制冷回路 采用可编程控制器进行控制 以下对本系统控制原理进行分析 1 工艺过程分析两个制冷回路相对独立 两个回路可同时工作 也可以各自单独工作 控制方式有手动和自动两种 对冷水回水温度进行监测 自动增减投入运行的制冷回路数 此外 还有较全面的系统监测 保护 报警及显示等功能 2 控制要求1 4台压缩机电动机起动方式采用满压直接起动 但4台电动机依次起动 并保持一定的时间间隔 2 设有手动 自动两种运行方式 3 设有冷水机组与水泵间的联锁控制 冷水或冷却水断水 冷水出口温度过低 压缩机排气压力过高或吸气压力过低等也设有相应的保护 4 压缩机电动机的缺相 过载等必要保护环节齐全 5 各压缩机状态 机组的运行方式及各种故障状态等有必要的显示 在故障状态时 有声光同时示警 图4 2端子接线图 2 分析PLC的I O端子分配及I O表 I O端子分配本例中选用OMRON公司的C200 H系列产品的5槽母板C200H BC051 两块输入模块分别插在0号槽和1号槽上 对应的输入通道号即为000CH和001CH 两个输出模块分插在3号和4号槽上 则输出模板的通道号为003CH和004CH 输入输出端子分配接线如图4 2 冷却水出口温度 当水温低于设定值时温度继电器处于常态 强调动作时温度高于设定值 其动断 常闭 接点处于通态 PLC的输入继电器00008处于动作状态 回路1温控设定值可高于回路2的温度设定值 当然 也可相反设定 常态时常闭接点接通 对应的PLC的00010和00011均处于动作状态 防冻开关设定值约3摄氏度 常态时常闭接点接通 PLC的00013处于动作状态 回路1和回路2的高低压开关在未达设定值时均为常态 对应PLC的00109 00110 00111 00112均处于动作状态 而两个水流开关在水未断流时动作 所以水未断流时 PLC的00113 00115处于动作状态 水泵联锁开关对应的输入继电器00100 00104处于动作状态 表4 3续 图4 3梯形图程序 3 PLC控制程序分析 1 程序结构分析1 控制功能程序模块2 监控及保护程序模块3 报警及工作状态显示程序模块 2 程序运行原理分析1 系统正常运行的保证条件2 控制程序分析自动 手动开关打 手动 位置自动 手动开关打 自动 位置 图4 3 续 3 监控和保护程序分析4 报警及显示程序开机延时显示工作方式显示 第二节可编程序控制器系统设计 一 可编程序控制器系统的设计内容与步骤 控制系统总体方案选择 软件设计 可编程控制器的机型选择 硬件电路设计 1 可编程序控制器的系统设计的主要内容 图4 4可编程控制器系统设计流程图 2 可编程序控制器的系统设计的主要步骤 确定控制范围 硬件电路设计 用户程序设计 组装调试 撰写说明书等技术文件 二 可编程序控制器系统的硬件电路设计 1 可编程序控制器型号的选择 1 功能及结构 2 输入输出模块的选择 3 I O点数的估算 4 所需内存容量估计 5 响应时间 传感器等检测装置 显示电路 故障保护电路等 可编程序控制器的选型 电源的引入及控制 可编程控制器的输入输出电路 负载驱动回路 功能结构 1 功能及结构 2 输入输出模块的选择 输入模块输出模块 3 I O点数的估算 参考下页表格 4 所需内存容量估计 只有开关量所需内存字数 I O总点数 10 只有模拟量输入时内存字数 模拟量点数 100 模拟量输入输出同时存在时内存字数 模拟量输入输出总点数 200 总的内存容量的经验计算公式为总存储器字数 I O总点数 10 模拟量总点数 150 2 电源的分配及相应保护 拖动系统主电路电源 拖动系统主电路电源一般由系统总断路器承担PLC的工作电源 有直流的也有交流的 而且有不同的电压等级 在选用交流工作电源的PLC时 一般情况下其工作电源可直接引于系统中满足要求的交流电压源 但当可靠性要求更高时 则应采用控制变压器 PLC的工作电源可由专设的断路器提供 兼有多种保护 PLC的输入信号电源 因PLC输入模块的不同而不同 而输入模块的选取通常又取决于各种传感器 在大多数情况下 当只有开关量的逻辑控制时 检测元件只提供无源的接点 常用的是直流24V或交流220V 有些型号的PLC的电源模块本身提供直流24V的传感器工作电源PLC的输出驱动电源 由驱动对象决定 比如接触器的线圈工作电压 电磁换向阀的线圈工作电压 信号灯的工作电压或报警器的工作电压等 输出驱动电源可设熔断器进行短路保护 对于分组输出的模块 每组都要设熔断器做短路保护 3 可编程控制器输入 输出配置及地址编号 4 可编程序控制器输入电路的设计 当检测元件是有触点开关时 只须保证触点的接触电阻很小 确保光敏三极管可靠饱和导通 设计时只要使用质量合格的开关或检测装置但当检测元件的输出为无触点的半导体开关元件时 重点分析开关元件的导通最小饱和电流和关断时的最大漏电流 在采用汇点输入方式 即多个输入点的输入回路共用一个公共端子 COM 时 还应考虑公共母线的电流承载能力 5 可编程序控制器输出驱动电路的设计 驱动能力触点保护 输入配置及地址编号输出点配置及地址编号 图4 5工件搬运机构工作示意图 6 硬件电路设计实例 1 机械结构与工艺要求 图4 6面板布置图 2 控制要求及功能分配 工作方式 操作面板 单操作 步进操作 单周期操作 连续操作 选用OMRON整体式小型可编程控制器CPM1A的30点继电器输出型 3 端子分配 图4 8电源及相应的保护电路 4 硬件电路设计 电源及相应的保护电路 输入和输出电路 三可编程序控制器系统的软件编程 1 可编程序控制器的软件编程内容 设计程序结构 2 可编程控制器应用程序设计的步骤和方法 1 程序设计步骤编程准备工作程序框图设计应用程序的编写程序调试编写程序说明书 2 应用程序设计的常用方法经验设计法逻辑设计法利用状态转移图设计法 编程准备 图4 9整体程序结构 3 可编程序控制器系统的软件编程实例 运输机械手控制软件编程 整体程序结构 程序说明 图4 10单操作程序 单操作程序模块 右行控制 左行控制 夹紧控制 放松控制 下行控制 上行控制 自动操作时的梯型图程序 单周期控制 连续运行控制 图4 12步进操作程序 步进控制程序 控制原理说明 第三节C650卧式车床的PLC控制 C650卧式车床PLC输入 输出及电源配置电路图 用户程序设计 控制功能说明 学习要求 必须弄懂弄通 能熟练和灵活应用 因为PLC应用的典型功能电路是设计PLC控制系统的重要参考电路 4 4PLC应用的典型功能电路 什么叫步进式顺序控制电路 被控设备的动作按预定的顺序一步一步进行的控制电路