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可编程控制器PLC与电动机控制
第十二章可编程控制器(PLC)与电动机控制
§12—1PLC的发展概况和主要特点
与继电器系统相比,PLC的特点表现为:
·PLC采用程序存储式控制。
·PLC内部处理采用无触点方式。
·PLC具有自诊断功能。
·PLC采用微电子高集成技术。
·PLC内采用了专门的抗干扰措施。
与通用微行机相比,PLC的特点表现为:
·PLC采用专用语言编程。
·PLC的输入输出可与生产设备和各种现场信号直接连接,扩充也很容易。
·现场环境适应能力比普通微型机高得多。
但一般PLC的运算速度、数据处理和科学计算能力不如普通微型机。
§12—2PLC的硬件结构配置与工作原理
一、基本结构
二、PLC的工作过程
工作特点是以周期循环顺序执行三个批处理:
1.输入扫描
按扫描方式将输入端子上的信号顺序读入缓冲区,
在本周期内不再改变。
2.程序执行扫描
按用户程序从上到下、从左到右逐一扫描执行。
结果送输出映象区存放。
不送输出端口。
3.输出扫描
执行完所有程序后,将输出映象区的内容送往输出锁存器,
对物理输出进行刷新。
输出刷新完成之后,又返回到输入扫描进入下一工作循环。
在一个PLC的工作周期中,可插入其它的工作到
输入扫描完成后进行。
·系统自监测当系统的Watchdog超时动作时,
转向执行复位程序。
·有编程请求时,插入执行与编程器数据交换程序。
·PLC含数字处理器时,插入执行与数字处理器进行
数据交换程序。
·有通讯请求时,插入通讯处理程序。
一个工作周期中,输入和输出扫描刷新的时间固定,程序执行时间则因程序的长短而不同。
一般情况下,PLC可在100毫秒内完成一次工作循环。
§12—3PLC的指令与编程
一、PLC的编程语言
1.梯形图语言
特点:
水平绘制,按自上而下、从左到右排列;
只有常开(
)和常闭(
)两种接点。
接点可任意进行串并联,每一接点可以任意反复使用。
线圈只能并联、不能串联,线圈的一端必须与右母线连接。
内部电器不能直接作输出,
只能用输出继电器输出完成控制动作。
最后必须用“END”表示控制程序的结束。
逻辑代数表示法
形如方程,左侧为某线圈符号,右侧为该线圈的通电条件。
运算结果为“1”线圈通电、“0”线圈失电;
对触点,“1”接通、“0”断开。
常开触点采用与线圈相同的逻辑符号A,常闭触点采用
。
用符号“与”表示触点的串联,“或”表示触点的并联。
例:
2.助记符语言:
英文缩写字母构成的编程指令代码。
上述控制逻辑用助记符语言(三菱F1PLC语言)则写成
0LDX400
1ANIX401;触点串联
2OUTY433;线圈驱动
3LDX400
4ORIY433;触点并联
5ANDX402;串联
6OUTY430
7END
助记符编程时所用的每条语句称为PLC的程序步。
二、基本指令和编程方法
1、器件与编号按照八进制编号。
·输入输出接口继电器
PLC通过输入输出接口继电器实现对生产现场信号的采集与控制。
①输入继电器X
输入继电器采用的编号为
基本单元
扩展单元
X400-X413
X414-X427
X500-X513
X514-X527
X000-X013
X014-X027
每个继电器都“带有”常开、常闭的内部软接点。
输入继电器线圈只能由外部电路驱动,不受PLC控制。
当外部输入信号有效时,逻辑值=1,否则逻辑值=0。
②输出继电器Y
每输出继电器提供一个对外常开物理接点,
输出继电器编号以字母Y开头如下表:
基本单元
扩展单元
Y430-Y437
Y440-Y447
Y530-Y537
Y540-Y547
Y030-Y037
Y040-Y047
·内部继电器
供编程使用。
用于构造各种控制逻辑,
不能直接用于控制生产现场。
③辅助继电器M
普通辅助继电器
电池支持保护继电器
M100-M177
M300-M377
M200-M277
④专用辅助继电器M
⑤移位寄存器M
⑥定时器T32个
⑦计数器C32个
⑧状态继电器S40个,掉电保护。
主要在步进控制中使用。
⑨数据寄存器D64个,主要用于算术运算、数据传送及比较。
2、基本指令与编程
(1)基本逻辑指令
设PLC内逻辑运算器用符号A表示
·LD将常开接点的逻辑值装入A。
通为“1”,断为“0”。
·LDI将常闭接点的逻辑值装入A。
·OUT将运算结果赋给指定线圈。
OUT指令后出现LD或LDI,A的值将被LD、LDI所刷新。
OUT可连续使用,即可将A的值赋给不同的线圈,形成线圈并联。
·AND指令“与”,取后跟标号值和A进行“与”运算。
用于串联常开接点。
·ANI指令“与非”,取后跟标号值的非和A进行“与”运算。
用于串联常闭接点。
·OR指令“或”,取后跟标号值和A进行“或”运算。
用于并联单个常开接点。
·ORI指令“或非”,取后跟标号值的非和A进行“或”运算。
用于并联单个常闭接点。
·ORB指令“块或”,并联连接接点块,
把前面两个以LD或LDI指令开始的接点块并联成一个新接点块,
ORB指令后不带任何编号。
连续使用次数不能多于7次。
0
逻辑运算器A取值
A=X400
1
与运算
A=X400*X401
2
没有OUT又出现LD指令,保持A不变,将X402值取入新逻辑运算器B
B=X402
3
对B与运算
B=X402*X403
4
ORB指令:
A=A+B,B放弃
A=X400*X401+X402*X403
5
没有OUT再次出现LDI指令,保持A不变,将/X404赋给B
B=/X404
6
对B与运算
B=/X404*X405
7
ORB指令:
A=A+B,B放弃
A=X400*X401+X402*X403+/X404*X405
8
OUT指令,将A赋给Y436,A放弃但A值未改变。
Y436=X400*X401+X402*X403+/X404*X405
9
LD指令,A被刷新=X400
A=X400
10
……
·ANB指令“块与”,串联连接接点块。
把以LD或LDI指令开始的接点块串联到该块前的接点或块上,
ANB指令后不带编号。
连续使用不能多于7次。
例:
采用PLC控制工作台自动往返。
(2)常用指令与编程
·MC/MCR主控/主控返回指令。
使用对象:
M100—M177。
MC指令后连接的接点必须用LD、LDI指令编程。
主控程序块后必须用主控返回指令MCR撤销临时母线。
主控指令MC可嵌套,这时B'前的M101常开要接起始母线。
B'所代表的临时母线起源于M101线圈前的接点X403处。
不论使用了多少次MC,最后只用一条MCR指令返回起始母线。
一个完整的主控程序由OUT、MC、和MCR三条指令组合构成。
·S/R位置位/复位指令。
应用对象M200—M377、Y和S。
·PLS微分指令。
它在输入信号上升沿接通一个T后断开。
·RST字节、字复位指令。
用于计数器和移位寄存器的复位。
使用对象为:
C600—C667、M100—M360。
·NOP空操作指令。
·END程序结束指令。
执行时刷新所有输出,然后开始下一扫描循环。
·SFT移位指令。
用于对寄存器内容作移位操作。
〖略〗
·CJP/EJP条件转移指令。
跳转目的代码可在64个编号中选用:
700—777。
(3)定时、计数指令与编程
32个通电延时定时器,两种定时范围如下表所示。
定时器编号
定时范围
设定格式1
设定格式2
T050–T057
T450–T457
T550–T557
0.1–999s
K0.1=0.1sec
K99.9=99.9sec
3位10进制1位小数
K1=1sec
K999=999sec
3位十进制整数
T650-T657
0.01-99.9s
K0.01=0.01sec
K99.9=99.9sec
K1=0.01sec
K999=9.99sec
起动条件有效时开始计时,到达设定值时,接点动作。
起动条件失效定时器立即复位,接点恢复初始状态。
定时完成后若想再次起动该定时器,必须先使起动条件失效。
如果要求断电延时,可以采用图示的电路。
异步电动机串电阻起动定时器的使用方法。
设电动机串电阻起动后转入全压起动的时间为0.5秒。
原电路的逻辑表达式为
KM1=/FR*/SB1*(SB2+KM1+KM2*KT)*/KM2
KT=/FR*/SB1*(SB2+KM1+KM2*KT)*KM1
KM2=/FR*/SB1*(KM2+KT*(SB2+KM1))
通断条件分析简化:
KT=KM1;顺序联锁,KT后动
KM1=/FR*/SB1*(SB2+KM1)*/KM2;KM1=1才可能有KT*KM2=1
KM2=/FR*/SB1*(KM2+KT);KT=1隐含KM1=1
例:
直流电动机的运行控制
分析:
原电气控制线路定时器采用断电延时动作触点,
不便用直接代换方法编程。
动作分析:
·起动前须先有励磁:
电流继电器KA2动作;
顺序联锁
·起动时串R1、R2,KM1动作、KM2、KM3不动作;
·经定时先KM2动作切除R1,再定时KM3动作切除R2;
采用两个定时器:
T450(设定时2s)、T451(设定时1s);
·起动、运行中若发生过电流,KA1动作则断电停车;
·KM1断开时KM2、KM3均应断开;
·现场输入信号有:
按钮:
SB1、SB2;
电流继电器触点:
KA1、KA2;
分配:
X400(停车)、X401(起动)、
X402(过流)、X403(无励磁)
·需输出控制的接触器:
KM1、KM2、KM3。
分配:
Y431、Y432、Y433
TOFFD.PLC
·起动动作时序:
·逻辑表达式:
KM1:
Y431=(X401+Y431)*X403*/X402*/X400
;原控制不含定时器,可直接代换
KT1:
T450=Y431,K=2
KM2:
Y432=T450
KT2:
T451=Y432=T450,K=1
KM3:
Y433=T451
说明:
当有停车(X400)、过流(X402)
或欠励磁(X403)发生使
Y431(KM1)释放时,T450释放;Y432也释放;
进而T451释放,Y432释放。
·PLC编程
dcm.plc
定时器实现振荡(TZDANG.PLC)
·计数器C累计输入脉冲的个数,达到设定值时计数器接点动作。
计数值减为0后一直保持为0不变,直到计数器被复位为止。
除C660与C661外,均为减计数器,计数范围为0—999;
有掉电保护。
掉电时保持当前计数值,电源恢复后继续计数。
若不需要保留当前值,须用M71初始化脉冲使计数器在上电时复位。
COUNT.PLC
CZDANG.PLC
6位计数器编程方法(内部计数模式)〖略〗
1)习题12-6、
2)习题12-8、
3)若12-8中要求间歇油泵工作20次后停止,试编制其PLC程序。
(3)步进指令与编程
能使生产机械按预定顺序依次动作的控制称为
顺序控制。
步进指令是专门针对这种控制要求设置的指令。
步进的概念
(3.1)步进指令的一般使用方法
STL/RET称为步进指令。
对象为S600—S647,均有掉电保护。
步进程序用状态转换图或步进梯形图表示。
每个状态对应顺序控制中的一个动作(一步)。
在每个状态中,包含三项内容:
完成本步驱动处理Y***(包括所有用到的Y、M、S、T等继电器)、
转步条件X***判断、
实现转步—置位新状态Sm同时自动复位原状态Sn。
当步进接点Sn接通时,Sn后的Y***投入运行。
当转步条件接点X***接通时,原步进接点Sn自动断开,
除以S指令置位的继电器外,所有Y***断电;
新状态Sm置位,步进接点Sm接通,从状态Sn转向Sm。
步进接点只有常开接点,用
符号表示。
步进接点与起始母线相连,接点后相当于临时母线,
所有连接必须使用LD或LDI指令。
结束步进工作时,必须使用RET指令返回起始母线,
但在各步进接点(步进程序块)之间不必使用RET指令,
只在最后返回时才使用RET。
如果在步进程序块间插有其它非步进程序,
在前一步进程序结束时必须使用RET指令
才能使其它程序连接到起始母线上。
状态继电器在使用S指令后才具有步进功能,
除步进接点外,还提供普通常开、常闭接点。
STL指令只适用于步进接点。
工作特点:
步进接点接通时,接点后电路才投入运行,
如果步进接点断开,后面电路全部断开。
如果需要在断开时保留输出结果,可以用S指令。
但需考虑何时用R指令对它复位。
在步进接点后不能使用主控指令MC/MCR,但可以使用CJP/EJP指令。
(2)多流程步进的编程方法
条件分支回到汇合点的转步条件不能使用ANB、ORB指令。
对并行分支程序,应在设置转步条件(如图中的X401)
后从左到右依次设定各分支状态(如图中的S621、S623)。
并行分支汇合时只能设置一个共同的转步条件(如图中的X404),
但条件前应使用相汇合的步进接点串联,如S622和S625,
以代表置位S626时同时复位S622和S625。
其它较复杂的多流程编程
(条件转条件、并行转并行、条件转并行、并行转条件、条件并行重叠)〖略〗
三、其它功能指令简介
格式:
用字母F为标志的功能号表示;
由输入条件、设定线圈和执行线圈三部分构成。
输入条件用常开接点。
执行线圈用功能号F670表示。
后的K值代表指令的含义。
设定线圈用F671—F675表示。
后的K值表明指令执行过程中的具体条件。
在使用步进指令时,应将所需使用的状态寄存器清零,
并将起始状态置位。
功能指令F670K26(K103)可用于将指定范围的寄存器复位。
复位范围从F671线圈的K编号开始到F672线圈的K编号结束。
例
四、控制程序设计的一般步骤与设计举例
在应用PLC编制控制程序时,一般应按照以下几个步骤进行。
·确定控制系统必须完成的动作和完成这些动作的顺序与所需的条件。
·分配I/O,确定系统有哪些现场信号要送到PLC输入端,PLC需送出哪些控制信号到现场。
为所有I/O信号分配PLC的I/O编号。
·画出梯形图。
对有步进要求的控制首先画出状态图,确定转步条件,然后再画出梯形图。
·利用编程器将梯形图程序输入开发系统进行编译后传送给PLC,或人工将梯形图转换成助记符语言再利用简易编程器将程序键入PLC。
·调试、修改程序。
·程序固化保存在PLC中。
例2搬运机械手的控制
1>动作要求
手动
·独立:
非步进状态。
·原点返回:
从当前位置返回到左上原点位置停止。
自动
·单步:
每按一次起动按钮(X506),程序步转向下一步。
·单次:
原位时每按一次起动,执行一个循环后停在原位。
·自动循环:
原位时起动后,程序不断循环直到停止被按下
才能在到达原位时停止。
2>I/O编号分配
输入
·按钮起动:
X506、停止:
X507、原点返回:
X505
·独立操作按钮
夹紧:
X412、松开:
X407、升:
X405、
降:
X410、左:
X406、右:
X411
·工作方式选择(五选一)
独立:
X500、原点返回:
X501、单步:
X502、
单次:
X503、循环:
X504
·位置开关左:
X404、右:
X403、上:
X402、下:
X401
输出
·下移:
Y430、夹紧:
Y431、上移:
Y432、
右移:
Y433、左移:
Y434
·夹紧延时:
T450、松开延时T451
3>编制梯形图
·总控制框架梯形图
在系统控制工作方式较多、程序比较复杂时,
可首先编制程序总体框架梯形图,
安排好各子功能程序的转换衔接,
然后再编制各子功能程序。
步进控制的设计要点。
(1)步进状态的初始化
步进工作必须首先正确地建立初始状态。
机械手步进状态转移图如图。
S600为初始状态。
初始状态时其余状态应当全部处在0状态。
系统在原点返回方式且原点返回按钮按下时进入步进初始状态,
S600置位、其余状态复位;在独立操作时取消步进、S600被复位。
(2)步进使能
辅助内部寄存器M575:
步进状态转移使能控制。
(3)步进的禁止
从状态转换图,M575接通意味状态由S600转入S601,
将执行下降程序,按照各转步条件自动进行步进工作循环
如果不加干涉,它将至少执行一次工作循环。
但自动方式中还有单步操作,要求每按一次起动按钮只前进一步。
状态转移禁止寄存器M574
接通时步进转移被自动禁止,释放时才允许步进转步。
系统在上电、手动、单步、单次且停止按钮按下时接通M574禁止步进,
按下起动按钮可通过脉冲短时接通M101释放M574,
对手动、单步,M574仅在按钮按下时可短时释放使单步方式完成转步,
对循环方式则不再接通以使能步进功能。
(4)控制程序梯形图
例3人行道交通灯管理程序的步进编程。
设有人行横道交通灯采用下列方法管理:
·在道路两旁设有通过请求按钮X400和X401;
·无人请求通过时,车道为绿灯,人行道为红灯;
·有人按下请求按钮时,车道保持绿灯30秒后变黄灯,
·再过10秒后变红灯。
·车道红灯亮3秒后,人行道绿灯亮,允许行人通过。
·20秒后人行道绿灯以每秒1次速率闪动5次然后转为红灯,
·过5秒后车道转为绿灯,恢复初始状态。
编程分析:
对两通道信号灯可采用两并行状态来处理。
初态时车道为绿、人行道为红;
转步条件为有请求信号,即X400或X401有效。
转步后两通道灯保持不变30秒,然后车道等转黄,
因此可在转步时起动一30秒定时器作转步条件;
依次类推可编制出程序状态转换图。
在人行道分支中使用了一个计数器来控制绿灯闪动次数,
请注意它的编程方法,特别要注意计数器使用完后
应在下一步进状态中安排复位,以保证再次使用它时
程序的运行与第一次相同。
例4笼型异步电动机自耦降压起动的步进控制编程
在步进程序前用初始化程序,置位初状态并复位所有后续状态。
初始化条件通常都采用M71
自耦降压起动仅有两步动作,即低压起动和全压起动,
靠时间继电器转换。
在过载FR或停车SB1动作时,电动机断电自由停车。
根据工作要求,首先分配I/O如下:
输入:
过载X400、停车X401、起动X402;
输出:
KM1由Y431、KM2由Y432控制。
程序分为三个状态即
停车状态S600、
降压起动状态S601
全压起动运行状态S602。
编程时首先根据转步条件画出状态转换图,统计所需使用的状态,
然后在梯形图中先安排对所用状态的初始化,
最后再编制步进控制程序,程序的末尾注意不要遗漏步进返回指令RET。
§12—4小结
PLC采用循环扫描工作方式,输出刷新一般仅在全部程序执行完成时才进行。
PLC控制程序语言主要有梯形图语言和助记符语言。
继电接触器控制系统的各种基本控制规律如自锁、互锁、顺序联锁等同样适用于PLC系统。
PLC主要用于构造各种控制逻辑、规律,对主电路的通断如电动机电源仍需由接触器类电磁开关来完成,PLC仅控制接触器或电磁阀等线圈电源的通断。
在PLC控制程序的编制中,应注意以下几点:
1.外部现场信号只能通过输入接点X***采入,而输入接点也只受外部现场信号驱动,不能试图用程序来改变输入继电器的状态。
对非机械自锁按钮类信号应注意考虑自锁,对行程信号应注意它的动作、释放条件,必要时应考虑自锁。
2.所有控制输出只能通过输出继电器Y***实现,任何其它的继电器、寄存器都不能直接用于驱动外部器件如接触器、电磁阀等。
3.PLC内部各器件的触点使用次数可不受限制。
4.控制程序可采用逻辑代数表达式和逻辑代数运算定律进行简化,使程序指令量达到最小。
5.对计数器的使用要注意适时对它复位。
6.步进状态寄存器属于电池支持型寄存器,使用前要注意复位和预置初态。
7.实现同一控制的PLC程序可以不同。
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