《PLC原理及应用》教材模块5扩展应用模块

1、PLC原理及应用教材编写参考资料模块4 综合应用模块学习目标在人门应用、基本应用、提高应用三个模块,分别学习了三菱FX2N系列PLC的基本指令、步进指令和常用功能指令的应用及PLC常用的基本编程方法。综合应用模块将通过电镀生产线的PLC控制、自动售货机的PLC控制、自动焊锡机的PLC控制三个典型项目,学习基本指令、步进指令和功能指令的综合应用。要求达到以下学习目标:u 能选择项目所需器材。u 正确使用常用工具,对系统进行硬件安装。u 会灵活运用PLC的基本指令、步进指令、常用功能指令解决实际问题。u 进一步掌握PLC项目开发的一般方法。项目1 电镀生产线的PLC控制一、项目描述某企业电镀生产线

2、及其工艺流程如图4-1-1所示。生产线有三个槽,分别是电镀槽、回收液槽、清洗槽。机械工件由吊钩电动机控制升降,由行车电动机控制前进和后退,经过电镀、电镀液回收、清洗等工序,成电镀过程。现要求用PLC控制电镀过程,具体工艺流程是:工件电镀300s后提升,停留32s使过量的电镀液滴回镀槽;放入回收槽325,使电镀更光洁,提起滴液20s;放入清水槽中清洗32s,提起滴液20s;行车回原位,完成一个工件的电镀过程。原位调整可用于动点动控制,电镀过程必须自动进行。图4-1-1电镀生产线及其工艺流程二、项目目标·根据电镀生产线的要求对项目所需器材进行选型,按电气控制线路接线。·合理对P

3、LC进行I/O分配,编写程序。·对硬件和编写的程序进行综合调试。·正确使用工具,规范操作。三、项目分析本项目属于顺序控制任务,电镀生产线要求能点动控制行车的进退和吊钩的升降,实现对设备进行位置调整和检修。本项目装卸工件为人工完成,每按下启动按钮SB1,可完成一个工件的电镀全过程。(1)吊钩在最下方,行车电动机停在最左边(为原位),SQl、SQ3被压合,原位指示灯亮,若不在原位可通过SB4、SB6进行于动调整。(2)压下启动按钮SB1,其工作流程如图4-1-2所示。四、项目准备1.区间复位指令应用FNC40(ZRST):对设定范围内的软元件全部清零,操作对象为X、Y、M、S、

4、T、C、D等。在图4-1-3所示清零指令的应用梯形图中,当程序运行时,特殊功能寄存器M8002提供上电初始脉冲,只接通一个扫描周期,将Kl、K2、K4送到数据寄存器DO、Dl、D2中,按顺序“ON-OFF”Xl、X2,将D0-D2中的内容相加保存到D2中,“ON-OFF”X3,将D2中的内容K7送到YO_Y7显示,运行后能看到YO-Y2有输出,“ON-OFF”X4对D0-D2、K2YO清零。图4-1-2电镀生产线的PLC控制项目工作过程2.定时与复位技巧图4-1-4所示为定时指令应用梯形图,程序运行时,当Xl“ON-OFF”后,继电器M14、Y1得电,M14的一个动合触点闭合自锁,另一个动合触

5、点M14闭合使定时器T1得电开始计时,300s时间到,T1的动断触点断开,M14复位,T1也复位,Yl指示灯熄灭。五、项目实施(一)确定PLC的I/O分配表本项目中PLC的I/O分配见表4-1-1。图4-1-3区间复位指令的应用梯形图 图4-1-4定时指令应用表4-1-1电镀生产线的PLC控制项目I/O分配表(二)画出PLC的I/O接线图根据I/O分配表,画出PLC的I/O接线原理图,如图4-1-5所示。图4-1-5电镀生产线PLC控制项目接线原理图（三）项目器材项目所用器材见表4-1-2。表4-1-2电镀生产线的PLC控制项目器材表(四)按I/O接线图完成接线按图4-1-5接好线路。(1)连

6、接PLC的输入、输出端外接元件。(2)连接主电路。(3)连接PLC、电动机的接地线。PLC的I/O实物模拟接线图如图4-1-6所示。图4-1-6电镀生产线的PLC控制项目实物模拟接线图(五)程序编写根据项目分析,本项目属于顺序控制任务,用功能指令与基本指令配合来实现编程。梯形图程序如图4-1-7所示。梯形图分析:0-10步:特殊功能寄存器M8002提供上电初始脉冲,对MI0-M29批量清零,按下停止按钮SB2或移位循环一次M29接通,也可对Ml0-M29批量清零;11-89步:行车电动机由原位(SQl、SQ3压合)出发,按下SBl启动按钮后,实现MI0-M29移位;90-91步:原位指示；92

7、-99步:吊钩上升控制；100-107步:吊钩下降控制;108-112:行车电动机前进控制；113-119步:行车电动机后退控制;120-146步:各种延时的实现。对应的指令程序如图4-1-8所示。(六)程序调试在计算机中输入程序,并传送到PLC,然后运行调试,观察是否符合要求,如否则检查接线及PLC程序,直至按要求运行。(1)手动原位调整:按下下降按钮SB4,吊钩下降碰到下限位开关SQ1,停止下降;按下后退按钮SB6,行车后退碰到SQ3,停止后退。运行时观察能否达到要求。图4-1-7电镀生产线的PLC控制项目梯形图程序图4-1-8电镀生产线PLC控制项目指令程序(2)于动调整行车前进,吊钩上

8、升:按下SB3,吊钩上升,碰到SQ2停止上升;按下SB5,于动调整行车前进,碰到SQ6停止前进。运行时观察能否按要求运行。(3)自动运行:按下启动按钮SB1,程序按流程运行。按停止按钮SB2,电动机停止。六、项目拓展顺序结构的工作过程用步进指令实现更加清晰明了,本项目很适合用步进指令编写程序,同学们可以根据电镀生产线的PLC控制项目工作过程设计SFC状态图。然后编写程序,设计时将图4-1-7所示的MI0-M29改为SO、S20-S380图4-1-9所示是用步进指令编写的一段程序,同学们可接着编写程序。七、思考与练习一机械加工设备动作过程如图4-1-10所示,要求用PLC实现以下控制:(1)能用

9、按钮实现原位调整,包括向左和向上的调整。图4-1-9电镀生产线的PLC控制项目步进指令程序片段图4-1-10习题图(2)由原位出发,能实现“下降、上升、右行、左行、延时28"自动运行。(3)自动操作时有启动和停止控制。(4)用基本指令和功能指令配合实现。列出所需器材,设计1/0分配,画出接线图,编程,并上机调试。八、项目评估1.以小组为单位对本项目的知识、技能、方法及项目实施情况等进行展示、交流、讨论、总结。2.填写项目评估表(见表4-1-3)。表4-1-3项目评估表项目2 自动售货机的PLC控制一、项目描述随着科技的发展和人们生活水平的提高，自动化商业机械的应用越来越广泛，自动售货

10、机被广泛用于公共场所。现要求用PLC设计两种饮料的自动售货机，系统可识别多种人民币，能根据投币数量出售可乐、橙汁等饮料。若投币少于购买饮料的费用或有找零时，则退币指示灯发光，其示意图如图4-2-1所示。图4-2-1 自动售货机示意图二、项目目标l 能对自动售货机的PLC控制项目所需的器材进行选型。l 掌握PLC项目开发的一般方法。l 会应用加法指令、减法指令、比较指令等功能指令解决工程问题。l 安全规范操作，学会独立学习、合作学习。三、项目分析本项目要求实现两种饮料的自动销售，系统能统计投币的数量，根据所购饮料进行比较判断，然后输出并执行相应的操作：当投币大于或等于3.5元时，按下“可乐按钮”

11、，可乐电磁阀打开8s，实际应用中电磁阀打开时间可按接满一杯饮料的时间来调试，指示灯闪烁8s。当投币大于或等于5.5元时，按下“橙汁按钮”，橙汁电磁阀打开8s，指示灯闪烁8s。当有找零或投币不够时，退币指示灯亮。四、项目准备加、减法指令的应用如图4-2-2所示。运行程序时，D20中的值为0，若X2“ON-OFF”两次，D20的值为K20，接通X4时，K20小于K25，M20得电，Y2有输出；若重新运行，X2“ON-OFF”三次，D20的值为K30，接通X4时，K30大于K25，M20不能得电，Y1有输出，同时D20中的值K30减去K25等于K5并送到D20中保存。图4-2-2 加、减法指令的应用

12、五、项目实施(一) 确定PLC的I/O分配表本项目中PLC的I/O分配见表4-2-1。表4-2-1 自动售货机的PLC控制项目I/O分配表输入端(I)输出端(o)外接元件输入端子功能外接元件输出端子功能SQ1XO015角投币传感器KA1Yl可乐输出控制SQ2X0021元投币传感器HL1Y2可乐输出指示灯SQ3X35元投币传感器KA2Y3橙汁输出控制SB1X4可乐按钮HL2Y4橙汁输出指示灯SB2X5橙汁按钮HL3Y5退币指示SB3X6退币按钮(二) 画出PLC的I/O接线图根据I/O分配表，画出PLC的I/O接线原理图，如图4-2-3所示。图4-2-3 自动售货机的PLC控制项目接线原理图(三

13、) 项目器材项目所用器材见表4-2-2。表4-2-2 自动售货机的PLC控制项目器材表序号符号器材名称型号、规格、参数单位数量备注lPLC可编程控制器FX2N -16MR台12FU熔断器RT18 -15/3A个23QF空气断路器D247 - D25/3 P个14SQ检测开关GF70个35SB按钮开关LA39 -11个36HL指示灯AD16-22S只3220V7KA继电器JQX-14FC只2220V8计算机装有SWOPC-FXCP/WIN-C或GX Developer软件台l9常用电动工具套110连接导线条若干(四) 按I/O接线图完成接线按图4-2-3接好线路。(1)连接PLC的输入、输出端外

14、接元件。(2)连接好主电路。PLC的I/O实物模拟接线图如图4-2-4所示。图4-2-4 自动售货机的PLC控制项目实物模拟接线图(五) 程序编写本项目要实现投币统计、数据比较与识别、输出及指示等功能，所以用功能指令和基本指令编写程序，项目的控制流程如图4-2-5所示。图4-2-5 自动售货机的PLC控制项目控制流程图步进梯形图程序如图4-2-6所示。梯形图分析：010步：通电淆零；1137步：投币计数，能投5角、1元或5元纸币；3853步：比较，币值不足，置位M20或M21;5463步：币值大于饮料费用，相减确定找零存于D20中；74 94步：出可乐或橙汁8s及指示；95100步：币值与购物

15、额相等，对MO置1;101108步：有找零或投币不足，Y5退币指示；109118步：退币及复位。对应的指令程序如图4-2-7所示。图4-2-6 自动售货机的PLC控制项目梯形图程序(六) 程序测试在计算机中输入程序，并传送到PLC，运行调试。(1)购买可乐：按投币按钮X3“ON-OFF”一次，D20中的值为50，即投币5元；按“可乐按钮”X4“ON-OFF”，执行减法指令，D20中的值变为15(50-35 =15)，同Y1有输出，出可乐8s，Y2输出作可乐指示，8s后Y5接通，退币指示。(2)购买橙汁：按投币按钮X2“ON-OFF”、X3“ON-OFF”各一次，D20中的值为60，即投币6元；

16、按“橙汁按钮”X5“ON-OFF”，执行减法指令，D20中的值变为5(60-55 =5)，同时Y3有输出，出橙汁8s，Y4输出作橙汁指示，8s后Y5接通，退币指示。图4-2-7 自动售货机的PLC控制项目指令程序(3)投币不需要找零的情况：如投币3.5元，按“可乐按钮”X4“ON-OFF”，8s后Y5不接通，退币灯不亮。(4)投币不足：如投入1元，按“橙汁按钮”X5“ON -OFF”，S21被置位，Y5有输出，退币指示。(5)其他投币组合购物方式调试略，请自行分析。六、项目拓展自动售货机的PLC控制项目只设计了两种饮料的购物方式，如果要设计三种或四种物品的售货机，应如何设计程序呢？分析：投入的

17、币种可以不变；购物按钮数量要增加，输出控制也要相应的增加，请自行设计。七、思考与练习有一个刀具选择系统，要求用PLC实现以下控制：(1)该系统有4种刀具，分别由SBlSB4进行控制选择。(2)选定某种刀具时，对应位置检测开关压合(SQlSQ4)。设正在使用位置上的刀具编号为N，希望换上的刀具编号为M。(3)当M>N时，刀盘正转；当M<N时，刀盘反转；当M=N时，刀盘不转动。(4)综合运用PLC的指令设计该控制系统，列出所需器材，设计I/O分配，画出接线图，编程，并上机调试。八、项目评估1 以小组为单位对本项目的知识、技能、方法及项目实施情况等进行展示、交流、讨论、总结。2 完成本项

18、目的功能拓展任务。3 填写项目评估表（见表4-2-3）。表4-2-3项目评估表班级学号姓名项目名称评估项目评估内容评估标准配分学生自评学生互评教师评分专业能力知识掌握情况能上机调试清零及应用技巧10I/O分配及接线图I/O分配合理，PLC选型5项目接线图清晰、规范、正确5项目接线能按接线图正确接线5符合布线工艺标准5程序编写、调试与运行程序符合项目要求5操作正确5能排除故障5安全文明生产正确使用设备、仪器仪表及工具5仪器仪表、工具摆放整齐殁料处置合理5方法能力自主学习能力预习效果好5分析理解能力能正确分析理解任务5综合归纳能力综合归纳能力强，自我评价合理5创新拓展能力编程思路新，方法多5积极参

19、与拓展任务，效果好5社会及个人能力团队协作能力积极参与，团结协作，有合作精神5语言沟通表达能力清楚表达观点，展（演）示效果好5责任心态度端正，完成项目认真5承受挫折、批评能力勇于克服困难，自我反思5合计100教师签名日期项目3 自动焊锡机的PLC控制一、项目描述自动焊锡机如图4-3-1所示，由锡炉、除渣机械手和工作托盘机械手组成。要求用PLC控制。具体要求是：除渣机械手动作顺序为上升、左行、右行、下降；工作托盘机械手动作顺序为上升、右行、下降、焊接、上升、左行、下降。除渣机械手完成清理工作后，接下来工作托盘机械手完成焊接过程，程序设计要求能完成单件焊接，也可进行批量焊接。(a)自动焊锡机外观(

20、b)自动焊锡机控制示意图图4-3-1 自动焊锡机二、项目目标l 能根据自动焊锡机的要求对项目所需器材进行选型、接线。l 合理进行I/O分配，编写程序。l 能根据需要对硬件和程序进行调试。l 安全规范操作，学会独立学习、合作学习。三、项目分析自动焊锡机的控制过程如图4-3-1(b)所示：起动设备，除渣机械手上升电磁阀得电，机械手上升到位后碰到SQ7，上升结束；除渣机械手左行电磁阀得电，机械手左行到位后碰到SQ5，停止左行，除渣2s；除渣机械手下降电磁阀得电，陈渣机械手下降到位碰到SQ8，停止下降；除渣机械手右行电磁阀得电，机械手右行到位后碰到SQ6，停止右行；托盘机械手上升电磁阀得电，机械手上升

21、到位后碰到SQ2，上升结束；托盘机械手右行电磁阀得电，机械手右行到位后碰到SQ4，停止右行，托盘机械手下降电磁阀得电托盘机械手下降到位后碰到SQ1，停止下降；焊接2.5s;托盘机械手上升电磁阀得电，机械手上升到位后碰到SQ2，上升结束；托盘机械手左行电磁阀得电，机械手左行到位后碰到SQ3，停止左行；托盘下降电磁阀得电，下降到位后碰到SQ1，托盘停止下降，延时Ss，取出工件，然后进入下一循环。X13为单次焊接和多次焊接控制，其工作流程如图4-3-2所示。四、项目准备本项目属于步进顺序控制，步进指令在前面的项目中已进行了介绍，这里不再重复。五、项目实施本项目中PLC的I/O分配见表4-3-1。图4

22、-3-2 自动焊锡机的PLC控制项目工作流程表4-3-1 自动焊锡机的PLC控制项目I/O分配表输入端(I)输出端(o)外接元件输入端子功能外接元件输出端子功能行SQIXl工作托盘机械手下限YAOYO除渣机械手上升SQ2X2工作托盘机械手上限YA1Y1除渣机械手下降SQ3X3工作托盘机械手左限YA2Y2除渣机械手左行SQ4X4工作托盘机械手右限YA3Y3除渣机械手右行SQ5x5除渣机械手左限YA4Y4工作托盘机械手上升SQ6X6除渣机械手右限YA5Y5工作托盘机械手下降SQ7X7除渣机械手上限YA6Y6工作托盘机械手左行SQ8Xl0除渣机械手下限YA7Y7工作托盘机械手右行SB1X11停止按钮

23、SB2X12启动按钮（二）画出PLC的I/O接线图根据I/O分配表，画出PLC的I/O接线原理图，如图4-3 -3所示。图4-3-3 自动焊锡机的PLC控制项目接线原理图(三) 项目器材项目所用器材见表4-3-2。表4-3-2 自动焊锡机的PLC控制项目器材表序号符号器材名称型号、规格、参数单位数量备注1PLC可编程控制器FX2N -48MR台122位5通双线圈气缸SY9220-03/02个4220V3QF空气断路器D247 - D25/3 P个14SB按钮开关LA39 -11个1动合5SB按钮开关LA39-11个1动断6SQ位置检测J0230个87FU熔断器RT18 -10/3A个28电磁阀

24、DF-50-AC个89计算机装有SWOPC-FXCP/WIN-C或CX Developer软件台110常用电动工具套111连接导线条若干(四) 按I/O接线图完成接线按图4-3 -3接好线路。(1)连接PLC的输入端、输出端外接元件。(2)连接主电路。(3)连接PLC、电动机的接地线。PLC的1/0实物模拟接线图如图4-3-4所示。图4-3-4 自动焊锡机的PLC控制项目实物模拟接线图(五) 程序编写根据项目分析，本项目属于顺序控制任务，采用自动连续运行方式，用步进指令来编写程序。梯形图程序如图4-3-5所示。（a）图4-3-5 自动焊锡机的PLC控制项目梯形图程序对应的指令程序如图4-3-6

25、所示。(六) 程序测试在计算机中输入程序，并传送到PLC，然后运行调试。03步：上电或按停止按钮SB1，对SO置1;412步：复位S20S29，按启动按钮，SO自动复位，置位S20；1317步：YO得电，除渣机械手上升，碰到除渣机械手上限SQ7，停止上升，S20自动复位，置位S21；1826步：Y2得电，除渣机械手左行，碰到除渣机械手左限SQ5，停止左行，除渣2s，S21自动复位，置位S22；2731步：Y1得电，除渣机械手下降，碰到除渣机械手下限SQ8，停止下降，S22自动复位，置位S23；3236步：Y3得电，除渣机械手右行，碰到除渣机械手右限SQ6，停止右行，S23自动复位，置位S24；

26、37 41步：Ml得电，Y4得电，工作托盘机械手上升，碰到工作托盘机械手上限SQ2，停止上升，S24自动复位，置位S25；4246步：Y7得电，工作托盘机械手右行，碰到工作托盘机械手右限SQ4，停止右行，S25自动复位，置位S26；4755步：M3得电，工作托盘机械手下行，碰到工作托盘机械手下限SQ1，停止下降，焊接2.5s，S26自动复位，置位S27；5660步：M2得电，Y4得电，工作托盘机械手上升，碰到工作托盘机械手上限SQ2，停止上升，S27自动复位，置位S28；6165步：Y6得电，工作托盘机械手左行，碰到工作托盘机械手左限SQ3，停止左行，S28自动复位，置位S29；6670步：M