PLC控制系统应用举例

《电气控制与PLC应用技术》电子教案主编伍金浩曾庆乐中等职业教育机电技术应用专业规划教材丛书主编李乃夫第7章PLC控制系统应用举例7.1机械手控制机械手是工业领域中经常用到的一种控制对象。它可以完成许多工作，如搬物、装配、切割等工作。应用非常广泛。应用PLC能实现所规定的动作，可以简化线路，节省成本，提高劳动生产率。7.1.1控制要求用于将左工作台的工件搬运到右工作台上。机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸由电磁阀控制。其上升/下降、左移/右移运动由双线圈两位电磁阀控制。即当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手停止下降，但要保持现有的工作状态。在上升电磁阀通电时，机械手上升；当电磁阀断电后，机械手停止上升。机械手的放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀控制，线圈通电时，机械手夹紧；线圈断电时，机械手放松。在机械手右移并准备下降时，必须检查右工作台，确认无工件时才允许机械手下降。7.1.1控制要求，动作过程分为8步：从原点→下降→夹紧（T秒）→上升→右移→下降→放松（T秒）→上升→左移到原点。这是一个顺序控制系统。可采用步进梯形指令进行设计7.1.1控制要求7.1.1控制要求为便于控制系统调试和维护，应设置有手动和自动转换功能。当手动/自动转换开关置于“手动”位置时，按下相应的起动按钮可实现上升、下降、左移、右移、夹紧、放松的手动控制和回原点控制两种操作方式。将手动/自动转换开关置于“自动”位置时，可进行机械手自动回归原点控制的“回原点”控制；每按一次起动前进一个工步的“步进操作”；按下起动按钮后自动完成一个周期动作后停止的“单周期操作”以及按下一次起动按钮后从原点开始，自动连续不断地周期性循环。在按下停止按钮，机械手将完成正在进行的这个周期动作，返回原点后停止。7.1.2用户I/O设备及所需PLC的I/O点数在动作过程中，上升、下降、左移、右移、夹紧及原点指示为输出信号。放松和夹紧共用一个线圈，线圈得电时夹紧，失电时放松，故放松不作为单独为输出信号。7.1.2用户I/O设备及所需PLC的I/O点数在工作方式的选择开关一个，控制“手动”、“回原点”、“步进”、“单周期”和“连续”5个输入点，这5个输入不能同时为ON；在手动时运动选择“左右”、“上/下”、“夹/松”用三个输入点，有无工件检测开关用光电开关用光电开关实现，占一个输入点；原点、起动、停止3个按钮，占用3个输入点；用行程开关分别控制上、下、左、右位置检测，占4个输入点工件的夹紧与放松采用延时控制，不再设置检测装置。系统的输入全部采用动合触点。输入/输出点应考虑有15%的余量。7.1.3分配PLC的输入、输出端子，PLC的输入、输出接线图1．输入/输出端口分配输入输出输入继电器作用输出继电器控制对象X000下限位开关SQ1Y000下降电磁阀X001上限位开关SQ2Y001上升电磁阀X002右限位开关SQ3Y002夹紧电磁阀X003左限位开关SQ4Y003右行电磁阀X004无工件检测开关SQ6Y004左行电磁阀X005左移/右移SA1-1Y005原点指示灯X006上升/下降SA1-2X007夹紧/放松SA1-3X010手动操作SA2-1X011回原点操作SA2-2X012步时操作SA2-3X013单周期操作SA2-4X014连续操作SA2-5X015原点按钮SB1X016起动按钮SB2X017停止按钮SB32．PLC输入、输出端子接线图7.1.4设计PLC控制程序控制程序主要由手动操作和自动操作两部分组成，自动操作程序包括步进操作、单周期操作和连续操作程序。1．初始化程序初始化指令IST的功能编号为FNC60，它与STL指令一起使用，专门用来设置有多种工作方式的控制系统的初始状态和设置有关的特殊辅助继电器的状态，可以大大简化复杂的顺序控制程序的设计。IST指令只能使用一次，它应放在程序开始的地方，被它控制的STL电路应放在它的后面。1．初始化程序用来设置初始状态和原点位置条件。IST指令中的S20和S27用来指定在自动操作中用到的最小和最大状态继电器的元件号，所以在安排输入继电器的元件号X020~X026应按照设定的顺序来设定。IST中的源操作数可取X、Y和M1．初始化程序IST指令的源操作数X10用来指定与工作方式有关的输入继电器的首元件，它实际上指定X10~X017的八个输入继电器，这八个输入继电器的意义1．初始化程序由原点的各传感器驱动，特殊辅助继电器M8044检测机械手是否在原点。它的ON状态作为自动方式时允许状态转换的条件。由特殊辅助继电器M8000驱动功能指令FNC60（IST），设定为初始状态。使用IST指令后，系统的手动、自动、单周期、步进、连续和回原点这几种工作方式的切换是由系统程序自动完成的。2．手动操作左/右上升/下降夹紧/放松2．手动操作左右复位机械手在上限位2．手动操作左右机械手在上限位复位2．手动操作左右机械手在上限位复位2．手动操作左/右上升/下降夹紧/放松2．手动操作上下复位2．手动操作上下复位2．手动操作上下复位2．手动操作夹紧放松复位2．手动操作夹紧放松复位2．手动操作夹紧放松复位2．手动操作左/右夹紧/放松上升/下降3．回原点初始状态回原点按下原点按钮SB1，通过状态器S10～S12作机械手的回零操作。自动返回原点结束后特殊辅助继电器M8043（回原点完成置1）。3．回原点初始状态回原点到上限位，X001闭合到左限位，X003闭合4．自动操作由于特殊辅助继电器M8041（转换起动）和M8044（原点位置条件）是从自动程序的初始步S2转换到下一步S20的转换条件。M8041和M8044都是在初始化程序设定的，在程序运行中不再改变。4．自动操作机械手在原点位置启动转换机械手下降4．自动操作下降至下限位机械手夹紧开始1秒计时4．自动操作定时时间到机械手上升4．自动操作上升到上限位机械手右移4．自动操作到达右限位检测到有工件机械手下降4．自动操作机械手到达下限位T1开始计时4．自动操作定时时间到机械手上升4．自动操作到达上限位机械手左移4．自动操作到达左限位机械手左移停止机械手完成一个周期动作回到原点7.2洗衣机控制洗衣机代替繁重的手工洗衣，减轻了人们的劳动。随着生活水平的日益提高，全自动洗衣机是通过将人的洗衣动作编制成各种指令，控制各电气部件运行。全自动洗衣机通过可编程序控制器来实现洗涤过程。7.2.1控制要求全自动洗衣机集洗涤、漂洗和脱水于一个桶内。洗涤时，波轮运转，桶不转，内桶起洗涤桶的作用脱水时，脱水桶以约900r/min的速度运转，利用离心力将洗涤物中的水甩出，起到脱水桶的作用。洗涤与脱水由离合器控制。洗涤时，离合器的内轴带动波轮正反向旋转；脱水时，离合器的外轴带动脱水桶单方向旋转，将衣物甩干。进、排水由进水阀、排水阀自动控制。进水水位由水位开关控制。洗涤、漂洗与脱水等全过程由PLC控制.事先选择好某一程序，开启洗衣机电源与水源，即可完成全部洗衣过程。7.2.1控制要求洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水、脱水4个进程组成。在PLC投入运行时，系统处于初始状态。按下起动按钮，准备运行。选择好水位后，按下起动按钮后进始进水，水位达到设定值时，停止进水，并开始洗涤，正转3秒后,暂停1秒,反转2秒，反复循环200次后排水20秒。再进行脱水10秒，即完成一次从进水到脱水的大循环。在选择标准程序则大循环3次；选择简易程序大循环2次。完成全部过程，自动停机。7.2.2用户I/O设备及所需PLC的I/O点数洗衣机的进水、正转、反转、排水和脱水为输出信号.工作方式的选择按钮，有标准程序模式和简易程序模式2个输入点。起动以及高、中、低水位有个输入点，系统的输入点全部采用动合触点。7.2.3分配PLC的输入、输出端子输入输出输入继电器作用输出继电器控制对象X000起动按钮Y000进水阀X001高水位Y001排水阀X002中水位Y002电机正转X003低水位Y003电机反转X004标准程序Y004脱水X005简易程序2.PLC输入、输出端子接线图PLC输入、输出端子接线图如图7.2.4设计PLC控制程序系统包括有标准程序与简易程序控制，控制程序包括步进操作，循环操作程序。1.系统设置及起动初始脉冲M8002使初始状态S0置为1使标准程序和简易程序的循环次数清零。1.系统设置及起动按下X000将系统起动选择运行模式按下X004进行标准设置按下X005进行简易设置1.系统设置及起动调节水位开关（X001、X002、X003）为系统设定初始状态，并为系统的起动提供了条件2.进水在初始条件就绪后。状态器S20置1，进水阀得电。洗衣机进入进水程序。在设定高水位（X001），即M1置1，状态转移S21，进行进水计时25秒设定中水位（X002），即M2置1，状态转移S31进行进水计时15秒设定低水位（X003）即M3置1，状态转移S41，进行进水计时10秒。2.进水在设定时间到后，全部转移状态S22，使Y000失电。进水阀停止进水。3.洗涤进水完毕后，状态转移到S23，将标准程序和简易程序的计数器清零后状态转移到S24输出继电器Y002得电，电机开始正转,定时器T002为正转计时，正转定时时间3秒状态转移到S25，定时器T004计时，电机暂停1秒定时时间到，状态转移到S26输出继电器Y003得电，电机开始反转定时器T005计时，反转时间2秒后.状态转移到S24重复以上过程。计数器C0为标准洗涤程序计数，使以上过程反复200次；C1则为简易洗涤程序计数100次。4.排水与脱水在洗涤完成后，状态转移到S27，输出继电器Y001置1，排水阀得电排水。T7进行排水计时20秒。定时时间到，状态转移到S28。输出继电器Y004置1，进入脱水状态定时器T8进行脱水10秒的计时。在脱水时间到后状态又回复到S20，进行下一次的大循环。计数器C2计算标准程序大循环的次数、C3计算简易程序大循环的次数。在完成所设定的循环次数后，回复到初始状态。洗衣程序结束。7.3恒压变频供水控制.随着变频调速技术的日臻完善,以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备,电机的起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击,而且由于泵的平均转速降低了,又可延长泵与阀门等的使用寿命.更重要的是水泵的耗电功率与电机的转速的三次方成正比关系,所以水泵调速运行的节能效果非常明显.7.3.1控制要求用PLC、变频器设计一个有七段速度的恒压供水系统。该系统有3台水泵，2台用于运行，1台备用，运行与备用7天轮换一次。在用水高峰时，1台水泵工频全速运行，另1台水泵变频运行；用水低谷时，仅1台水泵变频运行。3台水泵分别由电动机M1、M2、M3拖动，而3台电动机又分别由变频接触器KM1、KM3、KM5和工频接触器KM2、KM4、KM6控制。7.3.1控制要求变频器的七段速度及变频与工频切换由管网压力继电器的压力上限接点与下限接点控制。七段速度与变频器的控制端子的对应关系如表7.3所示在水泵投入工频运行时，电动机的过载保护通过热继电器实现，并有报警信号的指示。速度1234567接点RHRHRHRH接点RMRMRMRM接点RLRLRLRLHz152025303540457.3.2用户I/O设备及所需PLC的I/O点数根据控制要求，本系统的调速成主要由变频器七段调速成来控制，变频器的控制端子的信号通过PLC的输出继电器来提供（即通过PLC控制变频器的RL、RM、RH以及STF、MRS端子与SD端子的通和断）6个输出点。另外工频工作状态由KM2、KM4、KM6进行控制，变频工作状态由KM1、KM3、KM5进行控制.都由PLC进行控制。PLC的输出信号的变化是通过管网压力继电器的压力上限接点与下限接点来控制。7.3.3分配PLC的输入、输出端子，PLC的输入、输出接线图输入输出输入继电器作用输出继电器控制对象X000起动