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plc
自动控制可编程序控制器系统设计、应用
在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的起停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,工业现场中的这些自动控制问题,可编程控制器(PLC)已成为解决的最有效的工具之一。
PLC控制系统设计时应注意以下几点。
一、 可编程序控制器(PLC)及编程器的选购:
目前市场上的PLC产品众多,除国产品牌以外,国外的品牌有:
日本OMRON、MITSUBISHI、FUJI、IDEC、HITACHI、松下,德国的西门子,韩国的LG等,如何选购PLC产品呢?
1. 系统首先应确定系统用PLC单机控制还是用PLC形成网络,由此计算输入、输出(I/O)点数,并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上预留10%的余量。
2. 确定负载类型根据PLC输出端所带负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出还是晶体管输出,或是晶闸管输出。
不同的负载选用不同的输出方式对系统的稳定运行是很重要的。
3. 存储容量与指令的执行速度是PLC选型的重要指标,一般存储量越大、速度越快的PLC价格就越高,尽管国外各厂家产品大体相同,但也有一定区别。
4. "COM"点的选择,
不同的PLC产品,其"COM"点的数量是不一样的,有的一个"COM"点带8个输出点,有的带4个输出点,也有带1个或2个输出点。
当负载的种类多且电流大时,采用一个"COM"点带1-2个输出点的产品,当负载种类少数量多时,采用一个"COM"点带4-8个输出点产品。
5. 因为各生产厂家的开发软件不同,系统地兼容性也是选购时的重点,目前还没有发现完全兼容的产品,应根据系统合理选用PLC产品。
6. 编程器的选购:
PLC编程可采取三种方式:
一是用一般的手持式编程器,它只能用厂家规定的语句表中的语句编程。
正中方式易于现场调试并且体积小成本低,但它的效率低适应机种类型少,比较适用于系统容量小、用量少的系统中。
二是图形编程器编程,这种方式采用图形方式编程,方便直观,一般电气人员短期就可以应用自如,但编程器价格较高。
三是用IBM及其兼容个人计算机+PLC软件包编程,这种方式是效率最高的一种方式,也是最常用的一种方式,但大部分软件包价格昂贵。
7.尽量选用大公司的产品,因为其产品质量有保障,且技术支持好,一般售后服务也较好,有利于以后产品的扩展与软、硬件升级。
二、输入、输出回路的设计
1.电源回路
PLC供电一般为AC85-240V(也有DC24V),适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:
1隔离变压器等)
2.PLC上DC24V电源的使用
各公司PLC产品上一般都有DC24V电源,但该电源容量小,为几十毫安至几百毫安,用其带负载时应注意容量,同时做好防短路措施(因为该电源的过载或短路将影响PLC的运行)。
3.外部DC24V电源
若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等,而PLC上的DC24V电源容量不够时,要从外部提供DC24V电源;但该电源的"一"端不要与PLC的DC24V电源的"一"以及"COM"端相连,否则会影响PLC的运行。
4.输入的灵敏度
各生产厂家对PLC的输入电压和电流都有规定,当输入元件的输入电流大于PLC的最大输入电流或有漏电流时,就会有误动作,降低灵敏度。
所以应适用弱电流输入并对漏电流采取防护措施,并且选用输入为供漏型输入的PLC。
两线式传感器(光电开关、无触点开关)有LED的限位开关时,输入漏电流会产生错误输入或灯亮,对策为连接泄放电阻降低输入阻抗,阻值由图1中公式推导:
晶体管或双向可控硅输出时,若接到一个较大冲击电流的设备上,就必须考虑保护晶体管和可控硅。
晶体管和可控硅可以经受额定电流10倍的冲击电流,如果超出,可按图2、图3之一来减少它:
5. 对感性负载处理
在输入、输出端接感性负载时,要在负载两端并联一个冲击抑制器或二极管,二极管的阴极与电压十极侧连接。
6. 外部互锁与接地
利用PLC控制电机正反转等正、反动作时,为避免PC的异常动作引起事故及机械损坏,应在外部组成一个连锁回路。
接地:
GR端子是大地接地端子。
用防止感应电的专用接地线(截面积2mm2以上的电线)采用第三种接地方式(接地电阻100Ω以下)。
LG是噪音滤波器中性端子,若因噪音大而产生误动作,或为了防止电击,把LG与GR短接,采用第三种接地方式。
接地线的长度在20m以内为宜。
接地线与其它设备共用或与建筑物的金属结构连接会适得其反,受到恶劣影响。
7. PLC外部驱动电路
对于PLC输出不能直接带动负载的情况下,必须在外部采用驱动电路,可以用固态继电器或晶闸管电路驱动,同时应采用保护电路和浪涌吸收电路。
另外PLC的输入输出布线也有一定要求,请参照各公司的使用说明书。
三、 扩展模块的选用
对于小的系统,如80点以内的系统,一般不需要扩展;当系统较大时,就要扩展。
不同公司的产品,对系统总点数及扩展模块数量都有限制,当扩展仍不能满足需要时,可采用网络结构。
同时,有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块,因此,在进行软件编程时要注意。
当采用温度等模拟模块时,各厂家也有一些规定,请参阅相关技术手册。
四、 PLC的网络设计
当用PLC进行网络设计时,其难度比PLC单机控制大得多,首先应选用自己比较熟悉的机型,对其基本指令和功能指令有较深入的了解,并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。
否则不能适应实时要求,造成系统崩溃。
另外对通信接口,通信协议、数据传送速度等也要考虑。
最后还要向PLC的厂家寻求网络设计和软件支持及详细技术资料,至于选用几层工作站,依照系统大小而定。
五、 软件编制
在编制软件前,应首先熟悉所选用的PLC产品说明书,待熟悉后再编程。
若采用图形编程器或软件包编程,则可直接编程,若用手持编程器编程,应先画出梯形图,然后编程,这样可以减少出错,速度也快,编成完成后先空运转,待各个动作正常后,再在设备上调试。
PLC技术发展呈现新的动向:
1:
产品规模向大、小两个方向发展大:
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
小:
由整体结构向小型模块化结构发展,增加了配置的灵活性,降低了成本。
2:
PLC在闭环过程控制中应用日益广泛3:
不断加强通讯功能4:
.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外,还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5:
编程工具丰富多样,功能不断提高,编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件,采用梯形图、功能图、语句表等编程语言,亦有高档的PLC指令系统6:
发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7:
追求软硬件的标准化。
PLC发展历史
起源:
1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。
1969年,美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14,在美国通用汽车公司的生产线上试用成功,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这是第一代可编程序控制器,称Programmable,是世界上公认的第一台PLC。
1969年,美国研制出世界第一台PDP-14
1971年,日本研制出第一台DCS-8
1973年,德国研制出第一台PLC
1974年,中国研制出第一台PLC
发展:
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器,使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后,为了方便和反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController(PLC)。
20世纪70年代中末期,可编程控制器进入实用化发展阶段,计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初,可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30~40%。
在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
设计一个PLC控制系统的七个步骤
设计一个PLC控制系统需要以下七个步骤:
1.系统设计与设备选型
a.分析你所控制的设备或系统。
PLC最主要的目的是控制外部系统。
这个系统可能是单个机器,机群或一个生产过程。
b.判断一下你所要控制的设备或系统的输入输出点数是否符合可编程控制器的点数要求。
(选型要求)
c.判断一下你所要控制的设备或系统的复杂程度,分析内存容量是否够。
2.I/O赋值(分配输入输出)
a.将你所要控制的设备或系统的输入信号进行赋值,与PLC的输入编号相对应。
(列表)
b.将你所要控制的设备或系统的输出信号进行赋值,与PLC的输出编号相对应。
(列表)
3.设计控制原理图
a.设计出较完整的控制草图。
b.编写你的控制程序。
c.在达到你的控制目的的前提下尽量简化程序。
4.程序写入PLC
将你的程序写入可编程控制器。
5.编辑调试修改你的程序
a.程序查错(逻辑及语法检查)
b.在局部插入END,分段调试程序。
c.整体运行调试
6.监视运行情况
在监视方式下,监视一下你的控制程序的每个动作是否正确。
如不正确返回步骤5,如果正确则作第七步。
7.运行程序(千万别忘记备份你的程序)
PID温度控制的PLC程序设计
PID温度控制的PLC程序设计
温度控制是许多机器的重要的构成部分。
它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内,然后进行工件的加工与处理。
PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。
在本文中,将详细讲叙本套系统。
l系统组成
本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。
系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。
l触摸屏画面部分(见图1-a)
1-a
如图所见,数据监控栏内所显示的002代表现在的温度,而102表示输出的温度。
如按下开始设置就可设置参数。
需要设置的参数有六个,分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。
它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。
比例带:
DM51
积分时间:
DM52
微分时间:
DM53
滞后值:
DM54
控制周期:
DM55
偏移量:
DM56
数据刷新:
22905
lPLC程序部分
002:
PID的输入字
102:
PID的输出字
[NETWORK]
Name="ActionCheck"//常规检查
[STATEMENTLIST]
LD253.13//常ON
OUTTR0
CMP002#FFFF//确定温控单元是否完成初始化
ANDNOT255.06//等于
OUT041.15//初始化完成
LDTR0
AND041.15
OUTTR1
ANDNOT040.10//不在参数设置状态
MOVDM0050102//将设置温度DM50传送给PID输出字
LDTR1
MOV002DM0057//将002传送到DM57
[NETWORK]
Name="SettingStart"//设置开始
[STATEMENTLIST]
LD253.13
OUTTR0
AND229.05//触摸屏上的开始设置开关
DIFU080.05//设置微分
LDTR0
AND041.15
AND080.05
SET040.01//开始设置标志位1
SET040.10//开始设置标志位2
[NETWORK]
Name="Poportion"//比例带设置
[STATEMENTLIST]
LD040.01
OUTTR0
ANDNOT042.01
MOV#C110102//读输出边与输入边的比例带
CMP002#C110//比较输入字是否变成C110
AND255.06//等于
SET042.01//设置比例带标志
LDTR0
AND042.01
MOVDM0051102//将比例带的设定值写入输出字
CMP002DM0051//是否写入
AND255.06
RSET040.01//复位标志1
RSET042.01//复位比例带标志
SET040.02//向下继续设置标志
[NETWORK]
Name="Integral"//积分时间设置
[STATEMENTLIST]
LD040.02
OUTTR0
ANDNOT042.02
MOV#C220102//读输出边与输入边的积分
CMP002#C220//比较输入字是否变成C220
AND255.06
SET042.02//设置积分标志
LDTR0
AND042.02
MOVDM0052102//将积分的设定值写入输出字
CMP002DM0052//是否写入
AND255.06
RSET040.02
RSET042.02
SET040.03//向下继续设置标志
[NETWORK]
Name="differential"//微分时间设置
[STATEMENTLIST]
LD040.03
OUTTR0
ANDNOT042.03
MOV#C330102//读输出边与输入边的微分
CMP002#C330//比较输入字是否变成C330
AND255.06
SET042.03//设置微分标志
LDTR0
AND042.03
MOVDM0053102/将微分的设定值写入输出字
CMP002DM0053//是否写入
AND255.06
RSET040.03
RSET042.03
SET040.04//向下继续设置标志
[NETWORK]
Name="Hysteresis"//滞后值设置
[STATEMENTLIST]
LD040.04
OUTTR0
ANDNOT042.04
MOV#C440102//读输出边与输入边的滞后值
CMP002#C440//比较输入字是否变成C440
AND255.06
SET042.04设置滞后值标志
LDTR0
AND042.04
MOVDM0054102/将滞后值的设定值写入输出字
CMP002DM0054//是否写入
AND255.06
RSET040.04
RSET042.04
SET040.05//向下继续设置标志
[NETWORK]
Name="Period"//控制周期设置
[STATEMENTLIST]
LD040.05
OUTTR0
ANDNOT042.05
MOV#C550102//读输出边与输入边的控制周期
CMP002#C550//比较输入字是否变成C550
AND255.06
SET042.05//设置控制周期标志
LDTR0
AND042.05
MOVDM0055102将控制周期的设定值写入输出字
CMP002DM0055是否写入
AND255.06
RSET040.05
RSET042.05
SET040.06//向下继续设置标志
[NETWORK]
Name="Shift"//偏移量设置
[STATEMENTLIST]
LD040.06
OUTTR0
ANDNOT042.06
MOV#C660102//读输出边与输入边的偏移量
CMP002#C660//比较输入字是否变成C660
AND255.06
SET042.06//设置偏移量标志
LDTR0
AND042.06
MOVDM0056102//将偏移量的设定值写入输出字
CMP002DM0056//是否写入
AND255.06
RSET040.06
RSET042.06
SET040.00
[NETWORK]
Name="Return"//返回
[STATEMENTLIST]
LD040.00
OUTTR0
ANDNOT042.00
MOV#C070102//读输入边的处理值
CMP002#C070比较输入字变成C070
AND255.06
SET042.00//返回标志
LDTR0
AND042.00
MOVDM0050102将设定温度值写入输出字
RSET040.00
RSET042.00
RSET040.10
以上是本套系统的全部内容,经过反复试验,此系统可以维持温度在1°C之间变化。
保证了好的生产状况,减少不合格品发生的几率。
`
步进电机的PLC直接控制
1 概 述
在组合机床自动线中,一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台
(1)液压滑台,用于切削量大,加工精度要求较低的粗加工工序中;
(2)机械滑台,用于切削量中等,具有一定加工精度要求的半精加工工序中;(3)数控滑台,用于切削量小,加工精度要求很高的精加工工序中。
可编程控制器(简称PLC)以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点,被广泛应用于工业自动控制中。
特别是在组合机床自动生产线的控制及CNC机床的S、T、M功能控制更显示出其卓越的性能。
PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制,可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低70~90%,甚至只占用自动线控制单元PLC的3~5个I/O接口及<1KB的内存。
特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。
2 PLC控制的数控滑台结构
一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。
采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成,伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2应该采取消隙措施,避免产生反向死区或使加工精度下降;而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求,确定是否选用滚珠丝杠副。
采用滚珠丝杠副,具有传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点,但成本较高且不能自锁。
3 数控滑台的PLC控制方法
数控滑台的控制因素主要有三个:
3.1 行程控制
一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器(行程开关/死挡铁)来实现;而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。
由数控滑台的结构可知,滑台的行程正比于步进电机的总转角,因此只要控制步进电机的总转角即可。
由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数;因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数:
n=DL/d
(1)
式中DL——伺服机构的位移量(mm)
d——伺服机构的脉冲当量(mm/脉冲)
3.2 进给速度控制
伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速,而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率:
f=Vf/60d (Hz)
(2)
式中Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)
3.3 进给方向控制
进给方向控制即步进电机的转向控制。
步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。
因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现,或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。
4 PLC的软件控制逻辑
由滑台的PLC控制方法可知,应使步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的控制。
因此在控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器;对于频率较低的控制脉冲,可以利用PLC中的定时器构成,如图2所示。
脉冲频率可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期,脉冲总数控制则可以设置一脉冲计数器C10。
当脉冲数达到设定值时,计数器C10动作切断脉冲发生器回路,使其停止工作。
伺服机构的步进电
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