可编程序控制器应用第三章2-2

后一页返回PLC编程及应用S—200安徽理工大学电信学院后一页返回数字量控制系统梯形图程序设计方法1梯形图的经验设计法2根据继电器电路图设的梯形图的方法3顺序控制设计法与顺序功能图返回后一页前一页1.1起动保持和停止电路1梯形图的经验设计法1.2延时接通／断开电路1.3定时范围的扩展1.4闪烁电路1.5小车自动往返运动的梯形图设计1.6常闭触点输人信号的处理返回后一页前一页数字量控制系统又称开关量控制系统，继电器控制系统就是典型的数字量控制系统。可以用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的数字量控制系统的梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，它可以用于较简单的梯形图(如手动程序)的设计。下面先介绍经验设计法中一些常用的基本电路。返回后一页前一页起动、保持和停止电路(简称为起保停电路)，电路在梯形图中的应用很广。图中的起动信号I0.1和停止信号I0.2(例如起动按钮和停止按钮提供的信号)持续为ON的时间一般都很短，这种信号称为短信号。1.1起动保持和停止电路返回后一页前一页起保停电路最主要的特点是具有“记忆”功能，按下起动按钮，I0.1的常开触点接通，如果这时未按停止按钮，I0.2的常闭触点接通，Q0.0的线圈“通电”，它的常开触点同时接通。放开起动按钮，I0.1的常开触点断开，“能流”经Q0.0的常开触点和I0.2的常闭触点流过Q0.0的线圈，Q0.0仍为ON，这就是所谓的“自锁”或“自保持”功能。按下停止按钮，I0.2的常闭触点断开，使Q0.0的线圈“断电”，其常开触点断开，以后即使放开停止按钮，I0.2的常闭触点恢复接通状态，Q0.0的线圈仍然“断电”。在实际电路中，起动和停止信号可能由多点组成串、并联电路提供。返回后一页前一页电路用I0.0控制Q0.1，I0.0的常开触点接通后，T37开始定时，9s后T37的常开触点接通，使Q0.1变为ON，I0.0为ON时其常闭触点断开，使T38复位。I0.0变为OFF后T38开始定时，7s后T38的常闭触点断开，使Q0.1变为OFF，T38亦被复位。1.2延时接通／断开电路返回后一页前一页S7-200的定时器的最长定时时间为3276.7S，如果需要更长的定时时间，可使用图示的电路。I0.2为OFF时，l00ms定时器T37和计数器C4处于复位状态，它们不能工作。I0.2为ON时，其常开触点接通，T37开始定时，60S后T37的定时时间到，其当前值等于设定值，它的常闭触点断开，使它自己复位，1.3定时范围的扩展返回后一页前一页复位后T37的当前值变为0，同时它的常闭触点接通，使它自己的线圈重新“通电”又开始定时，T37将这样周而复始地工作，直到I0.2变为OFF。从上面的分析可知，图.中最上面一行电路是一个脉冲信号发生器，脉冲周期等于T37的设定值(60s)。T37产生的脉冲送给C4计数，计满60个数(即1h)后，C4的当前值等于设定值60，它的常开触点闭合。设T37和C4的设定值分别为Kt和Kc，对于l00ms定时器总的定时时间为：T=0.1KtKc(s)返回后一页前一页图中I0.0的常开触点接通后，T37的IN输入端为1状态，T37开始定时。2s后定时时间到，T37的常开触点接通，使Q0.0变为ON，同时T38开始定时。3s后T38的定时时间到，它的常闭触点断开，使T37的IN输入端变为0状态，T37的常开触点断开，使Q0.0变为OFF，同时使T38的IN输入端变为0状态，1.4闪烁电路返回后一页前一页其常闭触点接通，T37又开始定时，以后Q0.0的线圈将这样周期性地“通电”和“断电”，直到I0.0变为OFF，Q0.0线圈“通电”和“断电”的时间分别等于T38和T37的设定值。闪烁电路实际上是一个具有正反馈的振荡电路，T37和T38的输出信号通过它们的触点分别控制对方的线圈，形成了正反馈。特殊存储器位SM0.5的常开触点可提供周期为1s、占空比为0.5的脉冲信号，可以用它来驱动需要闪烁的指示灯。返回后一页前一页1.5小车自动往返运动的梯形图设计返回后一页前一页图是三相异步电动机正反转控制的主电路和继电器控制电路图，其中KM1和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。用KM1和KM2的主触点改变进入电动机的三相电源的相序，即可改变电动机的旋转方向。图中的FR是热继电器，在电动机过载时，它的常闭触点断开，使KM1或KM2的线圈断电，电动机停转。按下右行起动按钮SB2或左行起动按钮SB3后，要求小车(或设备的运动部件，如机床的工作台)在左限位开关SQ1和右限位开关SQ2之间不停地循环往返，直到按下停止按钮SB1。返回后一页前一页图4-6和图4-7分别是功能与图4-5所示系统相同的可编程序控制器控制系统的外部接线图和梯形图，在梯形图中，用两个起保停电路来分别控制电动机的正转和反转。返回后一页前一页按下正转起动按钮SB2，10.0变为ON，其常开触点接通，Q0.0的线圈“得电”并自保持，使KM1的线圈通电，电动机开始正转运行。按下停止按钮SB1，10.2变为ON，其常闭触点断开，使Q0.0线圈“失电”电动机停止运行。在梯形图中，将Q0.0和Q0.1的常闭触点分别与对方的线圈串联，可以保证它们不会同时为ON，因此KM1和KM2的线圈不会同时通电，这种安全措施在继电器电路中称为“互锁”。除此之外，为了方便操作和保证Q0.0和Q0.1不会同时为ON，在梯形图中还设置了“按钮联锁”，即将左行起动按钮控制的I0.1的常闭触点与控制右行的Q0.0的线圈串联，将右行起动按钮控制的I0.0的常闭触点与控制左行的Q0.1的线圈串联。返回后一页前一页设Q0.0为ON，小车右行，这时如果想改为左行，可以不按停止按钮SB1，直接按左行起动按钮SB3，I0.1变为ON，它的常闭触点断开，使Q0.0的线圈“失电”，同时I0.1的常开触点接通，使Q0.1的线圈“得电”，小车由右行变为左行。梯形图中的互锁和按钮联锁电路只能保证输出模块中与Q0.0和Q0.1对应的硬件继电器的常开触点不会同时接通，如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触点被断电时产生的电弧熔焊而被粘结，其线圈断电后主触点仍然是接通的，这时如果另一接触器的线圈通电，仍将造成三相电源短路事故。返回后一页前一页为了防止出现这种情况，应在可编程序控制器外部设置由KM1和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路(见图4-6)，假设KM1的主触点被电弧熔焊，这时它的与KM2线圈串联的辅助常闭触点处于断开状态，因此KM2的线圈不可能得电。为使设备的运动部件自动停止，将右限位开关10.4的常闭触点与控制右行的Q0.0的线圈串联，将左限位开关10.3的常闭触点与控制左行的Q0.1的线圈串联。为使小车自动改变运动方向，将左限位开关I0.3的常开触点与手动起动右行的I0.0的常开触点并联，将右限位开关I0.4的常开触点与手动起动左行的I0.1的常开触点并联。返回后一页前一页假设按下左行起动按钮I0.1，Q0.1变为ON，小车开始左行，碰到左限位开关时，I0.3的常闭触点断开，使Q0.1的线圈“断电”，小车停止左行。I0.3的常开触点接通，使Q0.0的线圈“通电”，开始右行。以后将这样不断地往返运动下去，直到按下停止按钮I0.2。这种控制方法适用于小容量的异步电动机，且往返不能太频繁，否则电动机将会过热。返回后一页前一页前面在介绍梯形图的设计方法时，实际上有一个前提，就是假设输入的数字量信号均由外部常开触点提供，但是有些输入信号只能由常闭触点提供。在继电器电路图中，FR的常闭触点与接触器KM1和KM2的线圈串联。电动机长期过载时，FR的常闭触点断开，使KM1和KM2的线圈断电。图4-6中的热继电器FR的常闭触点接在可编程序控制器的输人端10.5处，FB的常闭触点断开时，I0.5在梯形图中的常开触点也断开。显然，为了在过载时断开Q0.0或Q0.1的线圈，应将I0.5的常开触点而不是常闭触点与Q0.0和Q0.1的线圈串联。这样继电器电路图中FB的触点类型常闭和梯形图中对应的I0.5的触点类型常开刚好相反。1.6常闭触点输人信号的处理返回后一页前一页为了使梯形图和继电器电路图中触点的类型相同，建议尽可能地用常开触点作可编程序控制器的输入信号。如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入全部为常开触点来设计，然后将梯形图中相应的输入位的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点。返回后一页前一页可编程序控制器使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言。如果用可编程序控制器改造继电器控制系统，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。这是因为原有的继电器控制系统经过长期使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用可编程序控制器的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器系统的功能。这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了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。下面介绍其基本设计方法。2根据继电器电路图设的梯形图的方法返回后一页前一页在分析可编程序控制器控制系统的功能时，可以将它想像成一个继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图中的输入位(I)和输出位(Q)是这个控制箱与外部世界联系的“中间继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析可编程序控制器控制系统。在分析时可以将梯形图中输入位的触点想像成对应的外部输入器件的触点，将输出位的线圈想像成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还可能受外部触点的控制。返回后一页前一页将继电器电路图转换为功能相同的可编程序控制器的外部接线图和梯形图的步骤如下：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，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数。2)确定可编程序控制器的输入信号和输出负载，以及与它们对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出可编程序控制器的外部接线图。3)确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器位(M)和定时器(T)的地址。这两步建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的位地址之间的对应关系。返回后一页前一页4)根据上述对应关系画出梯形图。图4-8是某三速异步电动机起动和自动加速的继电器控制电路图，图4-9和图4-10是实现相同功能的可编程序控制器控制系统的外部接线图和梯形图。继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如用可编程序控制器的输出位来控制，它们的线圈接在可编程序控制器的输出端。按钮、控制开关、限位开关、光电开关等用来给可编程序控制器提供控制命令和反馈信号，它们的触点接在可编程序控制器的输入端，一般使用常开触点。继电器电路图中的中间继电器和时间继电器(如图4-8中的KA、KT1和KT2)的功能用可编程序控制器内部的存储器位和定时器来完成，它们与可编程序控制器的输入位、输出位无关。返回后一页前一页图4-8中左边的时间继电器KT2的触点是瞬动触点，即该触点在KT2的线圈通电的瞬间接通，在梯形图中，在与KT2对应的T38功能块的两端并联有M0.2的线圈，用M0.2的常开触点来模拟KT2的瞬动触点。返回后一页前一页在设计时应注意梯形图与继电器电路图的区别，梯形图是一种软件，是可编程序控制器图形化的程序。在继电器电路图中，各继电器可以同时动作，而可编程序控制器的CPU是串行工作的，即CPU同时只能处理1条指令。根据继电器电路图设计可编程序控制器的外部接线图和梯形图时应注意以下问题：(1)应遵守梯形图语言中的语法规定