PLC编程与应用技术（三菱FX3U）（第二版）课件 项目11、12 装配流水线的PLC控制、生产流水线的伺服控制系统设计与调试

项目十一

装配流水线的PLC控制一、项目内容一、项目内容1.项目描述总体控制要求：如图11-2面板图所示，系统中的操作工位A、B、C，运料工位D、E、F、G及仓库操作工位H能对工件进行循环处理。（1）闭合“启动”开关，工件经过传送工位D送至操作工位A，在此工位完成加工后再由传送工位E送至操作工位B……，依次传送及加工，直至工件被送至仓库操作工位H，由该工位完成对工件的入库操作，循环处理。（2）断开“启动”开关，系统加工完最后一个工件入库后，自动停止工作。（3）按“复位”键，无论此时工件位于任何工位，系统均能复位至起始状态，即工件又重新开始从传送工位D处开始运送并加工。（4）按“移位”键，无论此时工件位于任何工位，系统均能进入单步移位状态，即每按一次“移位”键，工件前进一个工位。一、项目内容图11-2实训面板图二、相关知识1．数据传送指令（1）传送指令（MOVFNC12）传送指令在项目九中已作介绍，此处略。（2）块传送指令（BMOVFNC15）BMOV指令用于将从源操作数指定的元件开始的n个数据组成的数据块传送到指定的目标。如果元件号超出允许元件号的范围，数据仅送到允许范围内。如果源元件与目标元件的类型相同，传送顺序如图11-3所示(既可从高元件号开始，也可从低元件号开始)。传送顺序是自动决定的，以防止源数据被这条指令传送的其他数据冲掉。如果用到需要制定位数的位元件，则源和目标的指定位数必须相同。二、相关知识图11-3块传送指令BMOV的使用当M8024为ON时，数据传送方向反转，如图11-4所示。图11-4数据反向传送二、相关知识（3）多点传送指令（FMOVFNC16）FMOV指令是将源操作数指定的软元件的内容向以目标操作数指定的软元件开头的n点软元件传送。n点软元件的内容都一样，如图11-5所示，KO传送到DO～D9。图11-5多点传送指令FMOV的使用如果元件号超出允计的元件号范围，数据仅传送到允计的范围内。二、相关知识（4）BCD(FNC18)转换指令、二进制转换指令BIN(FNC19)功能编号助记符功能操作软元件SD

18

BCD将源操作软元件的二进制数据转换成BCD码传送到指定的目标操作元件中KnX、KnY、

KnM、

KnS、

T、C、D、V、ZKnY、

KnM、

KnS、

T、C、D、V、Z

19

BIN将源操作元件的BCD码转换成二进制数据传送到指定的目标操作元件中KnX、KnY、

KnM、

KnS、

T、C、D、V、ZKnY、

KnM、

KnS、

T、C、D、V、Z二、相关知识指令使用说明：1）使用BCD、BCD（Ｐ）指令时，如BCD转换结果超出０～9999范围会出错。2）当使用（D）BCD、（D）BCDP指令时，如BCD转换结果超出0～99999999范围会出错。3）将可编程控制器内的二制数据变为七段显示等的BCD码而向外部输出时使用该指令。BCD码到二进制数转换指令使用如图11-7所示。二、相关知识指令使用说明：可编程控制器获取BCD数字开关的设定值时使用。源数据不是BCD码时，会发生M8067（运算错误）,M8068（运算错误锁存）将不工作。因为常数K自动地转换成二进制数，所以不成为这个指令适用软元件。四则运算（＋-x÷）与增量指令、减量指令等编程控制器内的运算都用BIN码进行。因此可编程控制器获取BCD的数字开关信息时，要使用FNC19(BCD→BIN）转换传送指令。另外向BCD的七段显示器输出时请使用FNC18(BIN→BCD）转换传送指令。但是一些特殊指令能自动地进行BCD/BIN转换。（5）数据交换指令（XCHFNC17）数据交换指令是将数据在指定的目标元件之间交换。如图11-8所示，当X0为ON时，将D1和D19中的数据相互交换。二、相关知识1．数据处理指令（FNC40～FNC49）（1）区间复位指令（ZRST(P)FNC40）它是将指定范围内的同类元件成批复位。如图11-9所示，当X0由OFF→ON时，位元件M500～M599成批复位，字元件C225～C255也成批复位。二、相关知识使用区间复位指令时应注意：1）[D1.]和[D2.]可取Y、M、S、T、C、D，且应为同类元件，同时[D1]的元件号应小于[D2]指定的元件号，若[D1]的元件号大于[D2]元件号，则只有[D1]指定元件被复位。2）ZRST指令只有16位处理，占5个程序步，但[D1.][D2.]也可以指定32位计数器。（2）译码指令（DECOFNC41）

译码指令相当于数字电路中译码电路的功能。如图11-10所示，n=3则表示[S.]源操作数为3位，即为X0、X1、X2。其状态为二进制数，当值为011时相当于十进制3，则由目标操作数M7～M0组成的8位二进制数的第三位M2被置1，其余各位为0。如果为000则M0被置1。用译码指令可通过[D.]中的数值来控制元件的ON/OFF。二、相关知识使用译码指令时应注意：1）位源操作数可取X、T、M和S，位目标操作数可取Y、M和S，字源操作数可取K，H，T，C，D，V和Z，字目标操作数可取T，C和D。2）若[D.]指定的目标元件是字元件T、C、D，则n≦4；若是位元件Y、M、S，则n=1～8。译码指令为16位指令，占7个程序步。（3）编码指令（ENCOFNC42）编码指令相当于数字电路中编码电路的功能。如图11-11所示，当X1有效时执行编码指令，将[S.]中最高位的1（M2）所在位数（3）放入目标元件D10中，即把011放入D10的低2位。二、相关知识

使用编码指令时应注意：1）源操作数是字元件时，可以是T、C、D、V和Z；源操作数是位元件，可以是X、Y、M和S。目标元件可取T、C、D、V和Z。编码指令为16位指令，占7个程序步。2）操作数为字元件时应使用n≦4，为位元件时则n=1～8，n=0时不作处理。3）若指定源操作数中有多个1，则只有最高位的1有效。（4）ON总数指令（SUMFNC43）二、相关知识ON总数指令用于求和。SUM指令执行时，将[S.]中1的位数总和存入[D.]中，无1时，零标志位M8020置“1”。当使用32位指令时，将[S.]开始的连续32位中1的位数总和存入[D.]开始的连续32位中。指令应用如图11-12所示。二、相关知识（5）ON位判别指令（BONFNC44）ON位判别指令应用如图11-13所示。若D10中的第15位为ON，则M0变为ON。即使 X0变为OFF，M0也保持不变。二、相关知识（6）求平均值指令（MEANFNC45）求平均值指令MEAN用于求平均值，应用如图11-14所示。图11-14求平均值指令MEAN的使用MEAN指令执行时，将[D0.]开始的连续3个元件中的数据求平均值，结果存放到[D10]中。三、项目实施项目评价和总结项目调试项目软件设计项目硬件接线图设计项目方案设计项目分析四、项目方案设计2.

硬件配置3.梯形图设计

1.

输入输出地址分配五、任务实施输入输出分配表装配流水线的PLC控制系统输入/输出分配见表11-1。表11-1装配流水线的PLC控制系统输入/输出分配表序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明

X00SD启动（SD）

X01RS复位（RS）

X02ME移位（ME）

Y00A工位A动作

Y01B工位B动作

Y02C工位C动作

Y03D运料工位D动作

Y04E运料工位E动作

Y05F运料工位F动作

Y06G运料工位G动作

Y07H仓库操作工位H动作五、任务实施输入/输出接线图用三菱FX2N型可编程控制器实现装配流水线的PLC控制系统输入/输出接线，如图11-15所示。图11-15装配流水线的PLC控制输入/输出接线图五、任务实施五、任务实施五、任务实施五、任务实施4．系统调试（1）在断电状态下，连接好PC/PPI电缆。（2）将PLC运行模式选择开关拨到STOP位置，此时PLC处于停止状态，可以进行程序编写。（3）在作为编程器的计算机上，运行GXDeveloper编程软件。（4）将图11-11所示的梯形图程序输入到计算机中。（5）将程序文件下载到PLC中。（6）将PLC运行模式的选择开关拨到RUN位置，使PLC进入运行方式。五、任务实施4．系统调试（7）在教师的现场监护下进行通电调试，验证系统功能是否符合控制要求。（8）打开“启动”按钮后，系统进入自动运行状态，调试装配流水线控制程序并观察自动运行模式下的工作状态。（9）按“复位”键，观察系统响应情况。（10）按“移位”键，系统进入单步运行状态，连续按“移位”键，调试装配流水线控制程序并观察单步移位模式下的工作状态。（11）如果出现故障，应分别检查硬件接线和梯形图程序是否有误，修改完成后应重新调试，直至系统能够正常工作。

（12）记录程序调试的结果。拓展训练试用功能指令构成移位寄存器，实现广告牌的闪耀控制。用HL1~HL4四只灯分别照亮“欢迎光临”四个字。其控制流程要求如下表所示，要求每步隔1S，不断循环。步序12345678HL1×

×

×

HL2

×

×

×

HL3

×

×

×

HL4

××

×

项目十二

生产流水线的伺服控制系统设计与调试一、项目内容要求当光电开关感应到有产品进入传送带时，伺服电机旋转5圈，将产品送到盖章处进行盖章，盖章动作持续时间为2S。请完成上述生产流水线系统的安装与调试。二、相关知识1．认识伺服（1）伺服的来源伺服的意思就是依指令确实执行动作的驱动装置；具有高精度的灵敏动作，自我动作状态常时确认。具有这种功能的装置就称为“伺服”。（2）伺服系统的基本工作原理伺服系统是自动控制系统的一种，它的输出变量通常是机械或位置的运动，它的根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化。由图2-12-1可以看出，输入给控制器PLC后，PLC发命令（如脉冲个数，固定频率的脉冲等）给伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机按命令执行，通过旋转编码器反馈电机的执行情况与接收到的命令进行对比并在内部进行调整，使其与接收到的命令一致，从而实现精确的定位。而负载的运动情况（位置、速度等）通过相应传感器反馈到控制器输入端与输入命令进行比较，实现闭环控制。当然，伺服系统也可以是半闭环控制。它与一般的反馈控制系统一样，也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。其结构如图2-12-2所示：二、相关知识二、相关知识（3）伺服系统的应用领域在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确的跟随输入量的变化，即控制信号到来之前，被控对象是静止不动的；接收到控制信号以后，被控对象则按照要求动作；控制信号消失后，被控对象应立即停止。因此又称为随动系统或自动跟踪系统，适用于快速、精密的位置控制和速度控制的场合。

现代交流伺服系统最早被应用到宇航和军事领域，比如火炮、雷达控制等，后期逐渐进入到工业领域和民用领域。工业应用主要包括高精度数控机床、机器人和其他广义的数控机械，比如纺织机械、印刷机械、包装机械、医疗设备、半导体设备、邮政机械、冶金机械、自动化流水线、各种专用设备等。其中伺服用量最大的行业依次是：机床、食品包装食品、纺织、电子半导体、塑料、印刷和橡胶机械等，合计超过75％。二、相关知识（4）伺服的命名规则1）伺服电机型号命名如图2-12-3所示。二、相关知识2）伺服驱动型号命名如图2-12-4所示。二、相关知识2．伺服的常见用法（1）伺服外观说明（如图2-12-5）二、相关知识（2）伺服系统配线以位置控制接线为例，如图2-12-6所示。二、相关知识1）主回路电源：R、S、T连接在电源上,AC200～230V，50/60Hz电源,在一般情况下连接三相交流电源，但在小功率伺服中，也可连接单相220V电源，即R与L1C连接，S与L2C连接。2）U、V、W与伺服电机三相主电源连接，FG连接至伺服驱动器接地端（一般情况下U、V、W对应电机电源线的红、白、黑），不可与主回路电源相连，连接错误会造成驱动器损坏。3）L1C、L2C是控制回路电源的输入端，连接单相交流电，根据产品型号选择不同的电压规格，台达ASDA-B2所用的是AC220V电源。4）P+、C、D回生电阻端子，在使用外部电阻时，P+、D短路，P+、C开路。使用外部电阻时，电阻接于P+、C两端，且P+、D端开路。5）CN1为I/O连接器，用于连接上位控制器（如PLC、单片机等），端脚意义如图2-12-7所示。二、相关知识二、相关知识6）CN2为电机编码器连接线，一般电机会有配套的编码线，直接与伺服驱动器CN2端连接即可。7）CN3通信接口连接线，连接RS-485或者RS-232。（3）控制模式驱动器提供位置、速度、扭矩三种基本操作模式，可以用单一控制模式，即固定在一种模式控制，也可选择用混合模式来进行控制，表2-12-1列出了所有的操作模式与说明。模式名称模式代码说明单一模式位置模式（端子输入）P驱动器接受位置命令，控制电机至目标位置。位置命令由端子输入，信号型态为脉冲。速度模式S驱动器接受速度命令，控制电机至目标转速。速度命令可由内部缓存器提供（共三组缓存器），或由外部端子输入模拟电压（-10V～

+10V）。命令的选择是根据

DI信号来选择。速度模式（无模拟输入）Sz驱动器接受速度命令，控制电机至目标转速。速度命令仅可由内部缓存器提供（共三组缓存器），无法由外部端子提供。命令的选择可根据

DI信号来选择。原

S模式中的外部输入的

DI状态为速度命令零。扭矩模式T驱动器接受扭矩命令，控制电机至目标扭矩。扭矩命令可由内部缓存器提供（共三组缓存器），或由外部端子输入模拟电压（-10V～

+10V）。命令的选择可根据

DI信号来选择。扭矩模式（无模拟输入）Tz驱动器接受扭矩命令，控制电机至目标扭矩。扭矩命令仅可由内部缓存器提供（共三组缓存器），无法由外部端子提供。命令的选择可根据

DI信号来选择。原

T模式中的外部输入的

DI状态为扭矩命令零。混合模式S-PS与

P可通过

DI信号切换。T-PT与

P可通过

DI信号切换。S-TS与

T可通过

DI信号切换。二、相关知识（4）伺服驱动参数设置方式操作说明ASD-B2伺服驱动器的参数共有187个，P0-xx，P1-xx，P2-xx，P3-xx，P4-xx，可以在驱动器上的面板上进行设置，面板各部分名称如图2-12-8所示，各个按钮的说明如表2-12-2所示。二、相关知识1）面板操作说明：①驱动器电源接通时，显示器会先持续显示监控显示符号约一秒钟。然后才进入监控显示模式。②在监控模式下若按下UP或DOWN键可切换监控参数。此时监控显示符号会持续显示约一秒钟。③在监控模式下若按下MODE键可进入参数模式。按下SHIFT键时可切换群组码。UP／DOWN键可变更后二字符参数码。④在参数模式下按下SET键，系统立即进入设定模式。显示器同时会显示此参数对应的设定值。此时可利用UP／DOWN键修改参数值或按下MODE键脱离设定模式并回到参数模式。⑤在设定模式下可按下SHIFT键使闪烁字符左移，再利用UP／DOWN快速修正较高的设定字符值。⑥设定值修正完毕后按下SET键，即可进行参数储存或执行命令。⑦完成参数设定后显示器会显示结束代码「-END-」，并自动回复到监控模式。名称功能显示器五组七段显示器用于显示监视值、参数值及设定值电源指示灯主电源回路电容量的充电显示MODE键切换监视模式

/参数模式

/异警显示，在编辑模式时，按

MODE键可跳出到参数模式。SHIFT键参数模式下可改变群组码。编辑模式下闪烁字符左移可用于修正较高的设定字符值。监视模式下可切换高/低位数显示。UP键变更监视码、参数码或设定值。DOWN键变更监视码、参数码或设定值。SET键显示及储存设定值。监视模式下可切换

10/16进制显示。在参数模式下，按SET键可进入编辑模式。二、相关知识2）寸动模式操作：进入参数模式P4-05后，可依下列设定方式进行寸动操作模式①按下SET键，显示寸动速度值。初值为20r/min。②按下UP或DOWN键来修正希望的寸动速度值。范例中调整为100r/min。③按下SET键，显示JOG并进入寸动模式。④进入寸动模示后按下UP或DOWN键使伺服电机朝正方向旋转或逆方向旋转﹐放开按键则伺服电机立即停止运转。寸动操作必须在SERVOON时才有效。3）部分参数说明：根据项目要求伺服驱动装置工作于位置控制模式，FX3U-32MT的Y0输出脉冲作为伺服驱动器的位置指令，脉冲的数量决定伺服电机的旋转位移，脉冲的频率决定了伺服电机的旋转速度。对于控制要求较为简单，伺服驱动器可采用自动增益调整模式。根据上述要求，伺服驱动器参数设置如表2-12-3所示。二、相关知识序号

参数设置数值功能和含义参数编号参数名称1P0-02LED初始状态00显示电机反馈脉冲数2P1-00外部脉冲列指令输入形式设定22：脉冲列“+”符号3P1-01控制模式及控制命令输入源设定00位置控制模式（相关代码

Pt）4P1-44电子齿轮比分子（N）16指令脉冲输入比值设定指令脉冲输入比值范围：1／50＜N／M＜256005P1-45电子齿轮比分母（M）16P2-00位置控制比例增益35位置控制增益值加大时，可提升位置应答性及缩小位置控制误差量。但若设定太大时易产生振动及噪音。7P2-02位置控制前馈增益5000位置控制命令平滑变动时，增益值加大可改善位置跟随误差量。若位置控制命令不平滑变动时，降低增益值可降低机构的运转振动现象。8P2-08特殊参数输入010：参数复位二、相关知识晶体管输出的FX3U系列PLCCPU单元支持高速脉冲输出功能，输出脉冲的频率最高可达到100KHZ。伺服电机的控制可以使用FX3U的脉冲输出指令FNC57（PLSY），带加减速的脉冲输出指令FNC59（PLSR）、可变速脉冲输出指令FNC157（PLSV）、原点回归指令FNC156（ZRN）、相对位置控制指令FNC158(DRVI)、绝对位置控制指令FNC159(DRVA)来实现。（1）脉冲输出指令FNC57（PLSY）、FNC57（DPLSY）指令格式说明。（如图2-12-9、图2-12-10所示）在定位控制中，电动机的转速是由脉冲的频率所决定的，电动机的总回转角度则由输出脉冲的个数决定。PLSY指令是一个能发出指定脉冲频率及指定脉冲个数的脉冲输出指令。二、相关知识二、相关知识2)相关特殊软元件脉冲输出指令在执行时涉及一些特殊继电器M和数据寄存器D，它们的含义和功能如表2-12-4及表2-12-5。特殊辅助继电器名称内容M8029指令执行结束ON:指定的脉冲数发生结束OFF：不到指定脉冲量时的中断以及停止发出连续脉冲时(本指令的正确位置是紧随其监控指令的正下方)M8349停止脉冲输出停止Y000脉冲输出(立即停止)M8359停止Y001脉冲输出(立即停止)M8340脉冲输出监控监控Y000脉冲输出状态M8350监控Y001脉冲输出状态软元件内容指令名称高位低位D8141D8140Y000的输出脉冲数累计使用PLSY,PLSR指令从Y000输出的脉冲数的累计D8143D8142Y001的输出脉冲数累计使用PLSY,PLSR指令从Y001输出的脉冲数的累计D8137D8136Y000、Y001的输出脉冲数累计总和使用PLSY,PLSR指令从Y001输出的脉冲数的合计累计数表2-12-5相关数据寄存器二、相关知识（2）带加减速的脉冲输出指令FNC59（PLSR）、FNC59（DPLSR）指令格式说明。（如图2-12-11、图2-12-12和图2-12-13所示）脉冲输出指令PLSY是不带加减速控制的脉冲输出。当驱动条件成立时，在很短的时间里脉冲频率上升到指定频率。如果指定频率大于系统的极限启动频率，则会发生失步和过冲现象。为此，三菱FX系列PLC开发出了带加/减速控制的脉冲输出指令PLSR。二、相关知识二、相关知识二、相关知识三、项目实施项目评价和总结项目调试项目软件设计项目硬件接线图设计项目方案设计项目分析四、项目方案设计2.

硬件配置3.梯形图设计

1.

输入输出地址分配五、任务实施1．设计思路由任务要求可知，本项目对速度的控制要求并不高，主要体现在位置控制上，因此选用伺服的位置控制模式，光电感应开关则作为伺服运转的启动条件。但是在编写程序时需考虑一种情况，即前一个工件正在盖章时，下一个工件已经到达光电感应处，此时要求处理完上一个工件，皮带轮再开始转动。2．伺服电机的参数设定（1）P2-08恢复出厂设置（10）注：断开使能时且需恢复出厂设置后断电；（2）P1-00设置为2，表示脉冲+方向的控制方式；（3）P1-01设置为00表示位置控制；（4）P1-32设置为0表示停止方式为立即停止；（5）P1-44设置为16，P1-45设置为1，PLC发出10000个脉冲，伺服电机转一圈。3.输入输出分配表根据系统的控制要求，设计思路和伺服电机的设定参数，PLC的输入输出分配表见表2-12-6。五、任务实施输入输出名称PLC地址名称PLC地址光电传感器X0脉冲输出Y0

盖章动作Y2五、任务实施4.