机床电气控制技术 1

第四章可编程控制器在机床电气控制中的应用,可编程控制器的概述,可编程控制器（ProgrammableController）是计算机编程系列中的一种，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器接触器实现逻辑控制。随着技术的改进，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，被称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。,PLC的特点和优点,1、编程简单易学2、功能齐全3、使用、安装简单4、高可靠性、抗干扰能力强5、体积小，重量轻，维修方便,PLC的发展,2.PLC的发展早期的PLC（20世纪60年代末70年代中期）中期的PLC（20世纪70年代中期80年代中，后期）近期的PLC（20世纪80年代中、后期至今）,8.2可编程控制器的组成及工作原理,PLC组成框图,高可靠性丰富的I/O接口模块采用模块化结构编程简单易学安装简单，维修方便体积小，重量轻，能耗低,8.1.3PLC的特点和应用,二、PLC的基本工作原理,可编程控制器的基本组成和工作原理,1、PLC的组成及各部分的作用组成：中央处理单元（CPU）存储器输入/输出接口编程器电源外部设备,二、PLC的基本工作原理,中央处理单元（CPU，CentralProcessingUnit）存储器（Memory）输入/输出单元（Input/OutputUnit）编程装置电源,中央处理单元(CPU)：是PLC的核心，由运算器和控制器组成。在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。存储器：有系统存储器和用户存储器两种，系统存储器存放系统管理程序。用户存储器存放用户编制的控制程序。输入输出接口（I/O）：用于PLC与工业生产现场之间的连接。I/O扩展接口：用于扩展输入、输出点数。,PLC各部分的作用,直流输入电路,光电耦合,外部开关,输入点的状态显示,输入点,公共端,编程器：是PLC的重要设备，用于实现用户与PLC的人机对话。用户通过编程器不但可以实现用户程序的输入、检查、修改和测试，还可以监视PLC的工作运行。电源：把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部设备：PLC还配有多种外部设备，如EPROM写入器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯。,PLC各部分的作用,晶体管输出电路,光电耦合,输出点的状态显示,公共端,输出点,继电器输出电路,输出点的状态显示,继电器,机械触点,公共端,输出点,用PLC控制外部接线不变，改变用户程序。,用继电器控制要改变控制电路的实际接线。,继电器控制接线,PLC控制外部接线,输出设备,欲改变控制功能：,例如,用助记符表示指令的功能,多条指令语句的组合构成了语句表程序,指令语句是PLC用户程序的基础元素,LDX0ORM1ANDNOTX1OUTM1,梯形图程序语句表程序,读,读,读,写,写,执行用户程序,PLC的工作过程,各部分说明：1、输入部分：这部分作用是收集现场被控制设备的输入信息或操作命令。2、内部控制部分：对输入信号进行信息处理、运算，判断哪些信号需要输出等3、输出部分：将控制部分的运算结果输出到PLC的输出端,PLC的工作方式：采用循环扫描的方式。PLC执行程序的过程分为三个阶段，1、即输入采样阶段，对各个PLC输入端进行扫描，将此状态存入输入状态寄存器中。2、程序执行阶段，逐条进行指令执行，结果送输出状态寄存器3、输出刷新阶段，所有指令执行完后，将输出状态寄存器的内容送输出端驱动线圈进行控制,三、可编程控制器的指令系统,1、梯形图编程语言,梯形图是一种以图形符号及图形符号在图中相互关系表示控制关系的编程语言，它是在继电接触控制系统原理图的基础上演变而来的，简单直观。梯形图沿用了继电接触控制图中的继电器触点、线圈等符号，并增加了许多功能强而又使用灵活的指令符号。梯形图使用的是内部继电器，其接线是通过程序实现的“软连接”，只需改变用户程序，就可以改变控制功能。,梯形图的绘制规则：,（1）梯形图采用自上而下、自左而右的顺序编写，PLC也是按这个顺序执行程序的。（2）梯形图左右两条垂直的线称为母线。母线之间各个触点根据一定逻辑关系进行连接，最后以继电器线圈输出结束。每一逻辑行必须从左母线开始，右母线可以省略不画。（3）梯形图中的触点有常开触点和常闭触点两种。这些触点可以是外部触点，也可以是内部继电器的状态，每一个触点都有一个标号，同一标号的触点可以反复使用。（4）PLC的输入继电器是接收外部的输入信号，由外部信号驱动，在梯形图中只能使用触点，不能出现其线圈。PLC输出继电器的线圈代表逻辑输出的结果，在使用中同一继电器的线圈一般只能出现一次，否则仅最后一次操作有效。（5）梯形图中的触点可以任意串联或并联，一般并联触点多的画在最左端；而输出线圈只可以并联，不能串联。,2、语句表编程语言,语句表是CPU直接执行的语言。语句表的一条指令分为两个部分，一是助记符，用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能；另一部分是操作数，操作数由编程元件及地址组成，指令语句和梯形图有严格的对应关系，可以相互转换。,LDX0ORX1ANDNOTM4OUTY1LDNOTX2ORNOTX3ANDM5OUTNOTY2,梯形图程序,语句表程序,使用指令举例,主要编程元件,（1）输入继电器X（2）输出继电器Y（3）辅助继电器M（4）顺序控制存储器S（5）定时器T（6）计数器C,通用定时器1）100ms通用定时器（T0T199）共200点，其中T192T199为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为0.13276.7s。（2）10ms通用定时器（T200T245）共46点。这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为0.01327.67s。累积定时器（1）1ms累积定时器（T246T249）共4点，是对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.00132.767s。（2）100ms累积定时器（T250T255）共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为0.13276.7s。,16位计数器（1）16位增计数器（C0C199）共200点，其中C0C99为通用型，C100C199共100点为断电保持型（断电保持型即断电后能保持当前值待通电后继续计数）。这类计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。计数器的设定值为132767（16位二进制），设定值除了用常数K设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定。,32位计数器32位增/减计数器（C200C234）共有35点32位加/减计数器，其中C200C219（共20点）为通用型，C220C234（共15点）为断电保持型。这类计数器与16位增计数器除位数不同外，还在于它能通过控制实现加/减双向计数。设定值范围均为-214783648-+214783647（32位）。C200C234是增计数还是减计数，分别由特殊辅助继电器M8200M8234设定。对应的特殊辅助继电器被置为ON时为减计数，置为OFF时为增计数。,32位增/减双向计数器（停电保持用：C200C219；特殊用：C220C234）32位增/减双向计数器的值有效范围为-2147483648+2147483647。,利用计数输入X014驱动C200线圈，可增计数或减计数。（增减可由特殊辅助继电器设置）当前值的增减与输出触点的动作无关，但是如果从2147483647开始增计数，则成为-2147483648，形成循环计数。如果复位输入X013为ON，则执行RST指令，计数器当前值变为0，输出触点也复位。,在计数器的当前值由-6-5增加时，输出触点置位；在由-5-6减少时，输出触点复位，如果从2147483647开始增计数，则成为-2147483648，形成循环计数。,U表示增计数输入；D表示减计数输入；A表示A相输入；B表示B相输入；R表示复位输入；S表示启动输入。,高速计数器通过对特定的输入作中断处理来进行计数，与扫描周期无关，可以执行数KHz的计数。根据不同增/减计数切换及控制的方法，分为1相1计数输入、1相2计数输入以及2相2计数输入三种类型。,内置高速计数器,第三节FX2N系列可编程序控制器的基本指令,FX2N系列PLC有基本指令27条；步进梯形指令2条；应用指令128种，298条。本节介绍其基本顺控指令。,LD、LDI、OUT指令,LD、LDI指令分别用于将常开、常闭触点连接到母线上.OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态器、定时器、计数器的线圈驱动指令。,LD、LDI、OUT指令的使用,AND、ANI指令,AND、ANI指令分别用于单个常开、常闭触点的串联，串联触点的数量不受限制，该指令可以连续多次使用。,AND、ANI指令的应用,OR、ORI指令,OR、ORI指令分别用于单个常开、常闭触点的并联，并联触点的数量不受限制，该指令可以连续多次使用。,OR、ORI指令的应用,LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令,LDP、ANDP、ORP指令是进行上升沿检出的触点指令，仅在指定位元件的上升沿时（OFFON变化时）接通一个扫描周期。LDF、ANDF、ORF指令是进行下降沿检出的触点指令，仅在指定位元件的下降沿时（ONOFF变化时）接通一个扫描周期。,ORB、ANB指令,若有多个串联回路块按顺序与前面的回路并联时，对每个回路块使用ORB指令，则对并联的回路个数没有限制。若成批使用ORB指令并联连接多个串联回路块时，由于LD、LDI指令的重复次数限制在8次以下，因此这种情况下并联的回路个数限制在8个以下。,ORB指令的应用,ANB指令的应用,若有多个并联回路块按顺序与前面的回路串联时，对每个回路块使用ANB指令，则对串联的回路个数没有限制。若成批使用ANB指令串联连接多个并联回路块时，由于LD、LDI指令的重复次数限制在8次以下，因此这种情况下串联的回路个数限制在8个以下。,X000X002由OFFON变化或由ONOFF变化时，M0或M1仅接通一个扫描周期。需要指出的是这些指令的功能有时与脉冲指令的功能相同，另外，在将辅助继电器M指定为这些指令的软元件时，软元件编号范围不同，会造成动作上的差异。,MPS、MRD、MPP指令,MPS指令：将此时刻的运算结果送入堆栈存储。MPP指令：各数据按顺序向上移动，将最上端的数据读出，同时该数据就从堆栈中消失。MRD指令：是读出最上端所存数据的专用指令，堆栈内的数据不发生移动。MPS指令与MPP指令必须成对使用，连续使用的次数应小于11。,一段堆栈与ANB、ORB指令并用,二段堆栈实例,三段堆栈实例,MC、MCR指令,MC为主控指令，用于公共串联触点的连接，MCR为主控复位指令，即MC的复位指令。,应用主控触点可以解决若在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，将多占存储单元。它在梯形图中与一般的触点垂直。它们是与母线相连的常开触点，是控制一组电路的总开关。MC、MCR指令的使用如右图。,SET、RST指令,SET为置位指令，使操作保持；RST为复位指令，使操作保持复位。,RST指令一个重要的用途是对计数器复位,右图中，X000一旦接通后，即使它再断开，Y000仍继续动作，X001接通时，即使它再断开，Y000仍保持不被驱动。对于M、S也是一样。对于同一软元件。SET、RST可多次使用，顺序也随意，但最后执行的有效。使数据寄存器（D）、变址寄存器（V、Z）的内容清零，也可使用RST指令，与用常数K0传送指令的结果一样。,累计定时器T246T255的当前值以及触点复位也可用RST指令。,INV指令,其功能是将INV指令执行之前的运算结果取反，不需要指定软元件号,在梯形图中，只能在能输入AND或ANI、ANDP、ANDF指令步的相同位置处，才可编写INV指令，而不能像LD、LDI、LDP、LDF那样与母线直接相连，也不能像OR、ORI、ORP、ORF指令那样单独使用。,PLS、PLF指令,使用PLS指令时，仅在驱动输入为ON的一个扫描周期内，软元件Y、M动作。使用PLF指令时，仅在驱动输入为OFF的一个扫描周期内，软元件Y、M动作。,指令的应用PLS、PLF,NOP、END指令:,NOP为空操作指令在程序中加入NOP指令，有利于修改或增加程序时，减小程序步号的变化，但是程序要求有余量。END为程序结束指令,第四节基本指令编程举例,保持电路,当X000接通一下，辅助继电器M500接通并保持，Y000有输出。停电后再通电，Y000仍有输出，只有X001接通，其常闭触点断开，才能使M500自保持清除，使Y000无输出。,图5两台电动机自动顺序联动控制的继电器电路图,第一个脉冲到来一个扫描周期后，M100断开，Y000接通，第二个支路使Y0保持接通。,当第二个脉冲到来时，M100再产生一个扫描周期的单脉冲，使得Y000的状态由接通变为断开；通过分析可知，X000每送入两个脉冲，Y000产生一个脉冲，完成对输入X000信号的二分频。,分频电路,下图所示为一个二分频电路。待分频的脉冲信号加在输入X000上，在第一个脉冲信号到来时，M100产生一个扫描周期的单脉冲，使M100常开触点闭合一个扫描周期。,振荡电路,当输入X000接通时，输出Y000闪烁，接通与断开交替运行，接通时间为1s由定时器T0设定，断开时间为2s由定时器T1设定。,PLC程序写入步骤,五步进顺序控制指令,顺序功能图又叫状态转移图：两个关键词，状态和转移条件。状态是指每一个状态完成相应的动作；转移条件是指从上一个状态转移到下一个状态，要相应的转移条件。1、指令格式S为状态继电器，用编程指令时为STLS，RET为返回指令3、指令应用说明（1）状态继电器S不能重复使用（2)在某一个状态时，对应的输出、置位都在条件满足时输出（3）状态由上一个状态移至下一个状态用STL表示，此时前一个状态清除，下一个状态触发。（4）每一个状态先输出后转移,（5）输出要互锁（6)同一状态下不能有相同的输出（7）定时器隔一个状态使用。（8）不能从STL母线端使用MPS/MRD,五步进顺序控制指令,STL触点是与左侧母线相连的常开触点。当某一步为活动步时，对应的STL触点接通，该步的负载被驱动。当该步后面的转换条件满足时，转换实现，即后续步对应的状态寄存器被SET指令置位，后续步变为活动步。同时转换前的活动步对应的状态寄存器被系统程序复位，与其对应的STL触点断开。,SFC图STL/RET梯形图指令表,图5-23机械手工作示意图,图5-24多工作方式操作面板,机械手动作过程,如前所述，具有多种工作方式的控制系统的梯形图总体结构，可采用跳转指令，也可采用子程序调用，现采用子程序调用结构，。,人靠近自动门时，感应器X0为ON，Y0驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关X1时，变为低速开门。碰到开门极限开关X2时电动机停转，开始延时。若在0.5s内感应器检测到无人，Y2起动电动机高速关门。碰到关门减速开关X4时，改为低速关门，碰到关门极限开关X5时电动机停转。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，T1延时0.5s后自动转换为高速开门。,1、选择序列分支的编程方法,如果某一步的后面有一个由N条分支组成的选择序列，该步可能转换到不同的N步去，应将这N个后续步对应的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联，作为结束该步的条件。而该步的常开触点与所对应的转移条件常开触点串联并于相应转移步的的起动环节中.,2、选择序列合并（汇合）的编程方法,对于选择序列的合并，如果某一步之前有N个转换（即有N条分支在该步之前合并后进入该步），则代表该步的辅助继电器的起动电路由N条支路并联而成，各支路由某一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应转换条件对应的触点或电路串联而成。,功能指令的表示形式和含义,1、比较指令CMPCMP指令有三个操作数：两个源操作数S1.和S2.，一个目标操作数D.，该指令将S1.和S2.进行比较，结果送到D.中。CMP指令使用说明如图所示。,2、区间比较指令ZCPZCP指令是将一个操作数S.与两个操作数S1.和S2.形成的区间比较，且S1.不得大于S2.，结果送到D.中。,3、传送指令MOVMOV指令将源操作数的数据传送到目标元件中，即S.D.。MOV指令的使用说明如图所示。当X0为ON时，源操作数S.中的数据K100传送到目标元件D10中。当X0为OFF，指令不执行，数据保持不变。,某车间有6个工作台，送料车往返于工作台之间送料，每个工作台设有一个到位开关（SQ）和一个呼吸按扭（SB）。具体控制要求如下：（1）送料车开始应能停留在6个工作台中任意一个到位开关的位置上。（2）设送料车现暂停于m号工作台（SQm为ON）处，这时n号工作台呼叫（SQn为ON），若：,（a）mn，送料车左行，直至SQn动作，到位停车。即送料车所停位置SQ的编号大于呼叫按扭SB的编号时，送料车往左行运行至呼叫位置后停止。（b）mn，送料车右行，直至SQn动作，到位停车。即送料车所停位置SQ的编号小于呼叫按扭SB的编号时，送料车