课题九:PLC 编程方法
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PLC 程序设计方法:
经验设计法 继电器控制线路移植法 顺序控制法 经验设计法 程序的经验设计法是根据被控对象的要求,在典型单元程序的基础上,做一定的修改和完善。适用于简单梯形图程序的设计。
特点:程序的设计质量和耗费的时间与设计者的经验有很大关系,同时梯形图的可读性差。
一、运料小车控制系统的梯形图设计 要求:运料小车在 SQ1 处装料(20s),然后开始右行;到达 SQ2 后卸料(15s),然后开始左行;这样不停往复工作,直到按下停止按钮。
1、分析控制要求,确定输入、输出设备,绘制 I/O 接线图:
1)要实现小车的左右往复运动,只要对小车的拖动电动机实现正反转控制即可。这里用两个接触器分别控制小车左行(KM2)右行(KM1)。
2)系统的起动(左 SB2、右 SB1)、停止(SB3)需要三个按钮,起点和终点处的两个行程开关是用来自动控制小车的往复运动的,也应作为输入设备。
即:SB1—小车右行起动按钮
SB2—小车左行起动按钮 SB3—小车停止按钮
SQ1—左终点行程开关
SQ2—右终点行程开关 2、典型单元梯形图程序的引入 小车的左右往复运动控制就是电动机的正反转控制(软件互锁、硬件互锁)。
3、修改、完善以满足控制要求:
1)小车在两处装料、卸料需要延时,应增加定时器。
2)延时结束,小车要能自动继续左行或右行,应在 Y2 和 Y3 线圈前加入定时器的
延时触点。
3)小车到达 SQ1 或 SQ2 处要能自动停下,应在 Y2 和 Y3 线圈前加入相应行程开关的常闭触点。
4)若小车停在 SQ1 或 SQ2 处,就算曾经按下停止按钮,小车仍然会自行起动。
解决方法:增加辅助继电器记忆起动信号。
二、两处卸料的小车控制系统的梯形图设计:
要求:运料小车第一次右行在 SQ3 处卸料;第二次右行在 SQ2 处卸料。
1、分析控制要求,确定输入、输出设备,绘制 I/O 接线图:与上例比较可知,要实
现两处卸料,增加了行程开关 SQ3,故只要在上例 I/0 图的基础上将 SQ3 连接到 PLC的输入端 X5。
2、修改、完善以满足控制要求:
1)要实现两处卸料,重要的是判断小车右行时在 SQ3 处是否需要停。可增加一个辅助继电器(M1)来记忆小车是否到过 SQ3(M1 + ),或 SQ2(M1 — )。
2)小车到达 SQ2 处,回头左行时会压下 SQ3,使 M1 + ,导致小车第三次右行压下SQ3 时不停。
3)小车左行或第二次右行经过 SQ3 时会使 T1 瞬间得电,非控制要求。
4)若小车停在 SQ1 或 SQ2 处,就算曾经按下停止按钮,小车仍然会自行起动。
解决方法:增加辅助继电器记忆起动信号
设计法的缺点:易漏掉某些环节,设计出的梯形图可读性差,只适用来设计一些简单的程序。
继电器控制线路移植法 将继电器控制电路直接转换为具有相同功能的 PLC 的外部硬件接线图和梯形图。
特点:一般不需要更改控制面板,保持系统原有的外部特性,操作人员不用改变长期形成的操作习惯。
例:用继电器控制线路移植法设计某摇臂钻床的 PLC 外部硬件接线图和梯形图。
摇臂钻床的继电器控制电路 主轴电动机——接触器 KM1 控制;
摇臂升降电动机——接触器 KM2、KM3 控制; 松开、夹紧(立拄、主轴箱)电动机——KM4、KM5 控制
一、基本方法和步骤 1、 了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况,根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。
2、 确定 PLC 的输入信号和输出负载,画出 PLC 的外部接线图。
3、 确定与继电器电路图中的中间继电器和时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时器的元件号。
4、 根据上述对应关系画出梯形图。
二、设计注意事项 1、应遵守梯形图语言中的语法规定 2、设置中间单元 在梯形图中,若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制,为简化电路,在梯形图中可设置用该电路控制的辅助继电器,类似于继电器电路中的中间继电器。
3、分离交织在一起的电路 设计梯形图时以线圈为单位,分别考虑继电器电路图中每个线圈受到那些触点和电路的控制,然后画出相应的等效梯形图电路。
4、常闭触点提供的输入信号的处理 设计输入电路时,应尽量采用常开触点,如果只能用常闭触点,梯形图中对
应触点的常开/常闭类型应与继电器电路相反。
5、 时间继电器的瞬动触点的处理 对于有瞬动触点的时间继电器,可以在梯形图中对应的定时器的线圈两端并联辅助继电器,后者的触点相当于时间继电器的瞬动触点。
6、 断电延时的时间继电器的处理 用通电后延时的定时器来实现断电延时功能。
7、 外部联锁电路的设计 在梯形图中设置对应的输出继电器的线圈串联的常闭触点组成的软件互锁外,还应在 PLC 外部设置硬件互锁电路。
8、 热继电器过载信号的处理 1)自动复位型热继电器,其触点提供的过载信号必须通过输入电路提供给PLC,用梯形图实现过载保护; 2)手动复位型热继电器,其常闭触点可以在 PLC 的输出电路中与控制电机的交流接触器的线圈串联。
9、 尽量减少 PLC 的输入信号和输出信号 10、注意 PLC 输出模块的驱动能力能否满足外部负载的要求。
PLC 一般只能驱动额定电压在 AC220V 以下的负载,如果系统原来的交流接触器的线圈电压为 380V 的,应将线圈换成 220V 的,或者在 PLC 外部设置中间继电器。
顺序控制设计法
在工业领域中,许多的控制对象(过程)都属于顺序控制,其特点是整个控制过程可划分为几个工步,每个工步按顺序轮流工作,而且任何时候都只有一个工步在工作。根据这种控制特点,开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图,这种先进的设计方法已成为PLC 程序设计的最主要方法。
二、顺序控制设计法 状态流程(转移)图:描述控制系统的控制过程、功能和特性,又称状态图、流程图、功能图。
状态转移图的特点:具有直观、简单,是设计 PLC 顺序控制程序的一种有力工具。
(一)顺序控制设计基本概念 1、步 步:根据系统输出量的变化,将系统的一个工作循环过程分解成若干个顺序相连的阶段。
“步”在状态流程图中用方框来表示。编程时一般用 PLC 内部的软继电器表示各步,如
或
。
注意:步是根据 PLC 的输出量是否发生变化来划分的,只要系统的输出量状态发生变化,系统就从原来的步进入新的步。
举例:液压工作台的工作过程的分步。
液压工作台的工作过程示意图
液压工作台的整个工作过程可划分为:原位(SB1)、快进(SQ2)、工进(SQ3)和快退(SQ1)四步;各步电磁阀 YA1、YA2、YA3 的状态如图所示。
(1)液压工作台初始状态:停在原位(压合 SQ1)—YA1 - 、YA2 - 、YA3 -(输出)。
(2)按 SB:快进—YA1 + 、YA2 - 、YA3 + (输出)。。
(3)压合 SQ2:工进—YA1 + 、YA2 - 、YA3 - (输出)。。
(4)压合 SQ3:快退,快退回原位停止—YA1 - 、YA2 + 、YA3 - (输出)。
YA1 YA2 YA3 转换主令 快进 + — + SB1 工进 + — — SQ2 快退 — + — SQ3 停止 — — — SQ1 结论:
PLC 输出量发生变化时产生新的一步。
1)初始步:刚开始阶段所处的步,每个功能表图必须有一个。
在状态转移图中,初始步用双线框表示,如
。
2)活动步:当前正在执行的步。
2、有向连线:步与步之间的连线,表示步的活动状态的进展方向。
注:无箭头的有向连线表示转换方向为上→下,左→右。
3、转移:从当前步进入下一步。转移是用与有向连线垂直的短划线表示。
转移的实现:
① 前级步必须是“活动步”; ② 对应的转换条件成立。
转移的特点:当前步转移到下一步后,前一步自动复位。
4、转移条件 转移条件:使系统从上一工步向下一工步转换时应该满足的条件。
通常转换条件:按钮、行程开关、定时器或计数器等。
说明:转换条件可以是文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短划线旁边。
5、动作(输出)
动作(输出):指某步活动时,PLC 向被控系统发出的命令,或系统应执行的动作。
动作用矩形框或圆,中间用文字或符号表示,如果某一步有几个动作,则可如下图方法表示:
注:动作 A 和动作 B 没有顺序之分。
(二)状态转移图的基本结构:
1、 单序列结构:
特点:每个前级步的后面只有一个转换,每个转换的后面只有一步。
每一步都按顺序相继激活。
2、 选择序列结构:
特点:一个前级步的后面紧跟着若干后续步可供选择,但一般只允许选择其中的一条分支。
3、并列序列结构:
特点:一个前级步的后面紧跟着若干后续步,当转换实现时将后续步同时激活。
注:用双线表示并进并出。
4、跳步、重复和循环序列结构:
1)跳步序列:
特点:当转换条件满足时,跳过几个后续步不执行。
2)重 复序列:
特 点:当转换条件满足时,重新返回到前级步执行。
3)循环序列:
特点:当转换条件满足时,用重复的办法直接返回到初始步。
(三)状态转移图编程举例 1、单序列结构 单序列结构:状态转移只有一种顺序。
例:某组合机床液压工作台的自动工作过程,要求用状态流程图来编制程序实现工作台的工作循环。
YA1 YA2 YA3 转换主令
1)状态转 移图中步的确定与绘制; ①步序的确定:原位、快进、工进、快退 初始步激活:特殊继电器 M8002。
M0~M3:原位、快进、工进、快退。
②状态转移图中步的绘制
快进 + — + SB1 工进 + — — SQ2 快退 — + — SQ3 停止 — — — SQ1
2)转换条件和动作的绘制;
3)PLC 接线图的绘制和状态转移图的改画; ①PLC 接线图的绘制;
②状态转移图的改画;
4)初始条件的确定。
当 PLC 刚进入程序运行状态时,由于 M0 的前步 M3 还未曾得电,虽然 SQ1 已满足,故M0 无法得电,其所有的后续步均无法工作。因此刚开始时应该给初始步一个激活信号,且此信号在激活初始步以后就不能再出现,否则会同时出现两活动步。
初始激活信号可以用 M8002,或其它满足要求的脉冲信号。
基本逻辑指令顺序程序的编写:利用 PLC 基本逻辑指令按状态转移编写程序。
编程步骤:
第一步:画出控制每一步激活的电路 激活下一步的两个条件:
① 前一步为活动步。
② 满足转换条件。
步的绘制 转换条件和动作的绘制 PLC 接线图 初始条件的确定 状态转移图的改画
例如:假定当前步为 m,下一步为 m+1,从步 m 到步 m+1 的转换条件为a,则有布尔表达式 m+1 = m * a。
A、将前一步的辅助继电器和转换条件串联作为激活下一步的条件。
B、将下一步的辅助继电器常闭触点串入前一步的激活电路中,作为步结束的条件。
注意:激活条件必须加自锁。
第二步:每一步对应的辅助继电器控制相应的动作。
注意:要避免双线圈输出。
若出现双线圈现象,则要将其合并,合并的办法是将驱动同一线圈前面的触点并联,如图 M1、M2。
用基本逻辑指令编程时可以按下图梯形图套用格式:
其中:R i-1 ——前一步继电器 R i
——当前步继电器 R i+1 ——下一步继电器 C i
——R i 步的转换条件 C i+1 ——R i+1 步的转换条件
例:“液体混合装置”的工艺要求如下:
按下启动按钮 SB 后,电磁阀 YV1 得电,液体 A 流入;当液位达到传感器S1 的高度,S1 发出信号,关断 YV1 按通 YV2,液体 B 流入;当液位达到传感器 S2 的高度,关断 YV2,按通搅拌机 M;搅拌 5 分钟后,停止搅拌,同时打开出口电磁阀 YV3,排出液体;液体排完(定时 2 分钟)后,关断 YV3,一个工作循环结束。
1、确定系统的输入输出设备,绘制 I/O 接线图。
说明:电动机的起停由接触器控制,但接触器一般用交流电源,电磁阀用直流电源,这两种设备应接在 PLC 的不同 COM 端的输出点上。
2、 功能表图中步的确定与绘制(输出量是否变化)。如左图 3、转换条件和动作的绘制。如右图
使用通用逻辑指令编程注意的问题:
1、 不允许出现双线圈输出。
2、 对仅由两步组成的小循环,为到达控制要求应增设一小延时步。
1)
存在问题:M11 既是 M12 的前续步,又是后续步,因此 M11 既是 M12 的得电条件,又是失电条件,互为矛盾。
2)
解决方法:增设一步小延时。
注:T32 的定时常数可取 K=1(M8028=1)
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