第八章PLC的应用举例

第8章PLC的应用举例8.1在产品分选装置中的应用8.2在送料车控制上的应用8.3在液体混合装置上的应用8.4在机械手步进控制中的应用8.5在交通灯控制系统中的应用8.6在强答控制上的应用第8章PLC应用实例

随着PLC技术的不断发展，它在工业生产和日常生活中的应用愈来愈广泛。本章将介绍几个PLC的应用实例。8.1在产品分选装置中的应用一、系统说明：现代工业生产中广泛使用流水线作业，其中对成品或半成品进行检验，分选出残次品是一道必不可少的工序。在流水线上，成品或半成品往往要经过若干项检验，符合要求者可以随着流水线进入下一道生产环节；不符合要求者，必须在某处集中地予以排除，不得进入下一道生产环节。成品或半成品在流水线上传递的过程中，对其所进行的检验结果也必须同步地传递，这样，当不符合要求者传递到规定的排除点时，才能正确地加以排除，从而实现质检与分选。

利用PLC提供的移位指令，可以很方便地实现产品的分选。下面说明用PLC实现自动分选的设计方法。图8.1表示流水线上产品分选示意图。图中产品在流水线上步进式传递，由1号站逐步运动到5号站，其间分别在1号站和3号站进行几何尺寸检验和光洁度检验，只有一项检验不合要求，产品就要在5号站被选出排除。1号站2号站3号站4号站5号站步进将步进命令取作移位信号占用输入00000几何尺寸检查占用输入00001光洁度检查占用输入00002排除站占用输出01002图6.1产品分选示意图

由于要进行两种检验，所以采用两组移位寄存器，以便保存两种检验的结果，第一组移位寄存器HR0000~HR0004，第二组移位寄存器HR1000~HR1002。因为从几何检验到出次品，共经过5个站，故占用5位移位寄存器，同理光洁度检验要占用3位移位寄存器。流水线的步进信号作为移位寄存器的移位时钟脉冲信号，而几何检验和光洁度检验结果分别作为两组移位寄存器的数据输入，合格时输入“0”，不合格时输入“1”，输出为5号站，即排除站上的排除设备。I/O分配见表8-1所示。表8-1产品分选系统的I/O分配表输入输出步进脉冲00000排除设备01002几何检验00001光洁度检验00002系统复位00003

二、程序说明根据以上分析设计出梯形图，见图8-2000010000000003000020000000003HR0004HR100201002INCPRSFTHR1HR1INCPRSFTHR0HR0图8-2产品分选装置梯形图

步进信号每产生一个脉冲，流水线传递一站。1、假设现有一工件A某时刻正在1号站受检，其几何尺寸不合格，则当A工件由1号站起步向2号站传递时，步进信号00000产生一个脉冲，其上升沿时刻，工件A的几何检验结果“1”从输入点移位到HR0000。

2、当工件A从2号站向3号站传递时，步进信号00000又产生一个脉冲，使几何检验结果“1”同步移入HR0001。3、在3号站，工件A接收光洁度检验，设其光洁度合格，则工件A从3号站起步向4号站传递时，步进信号00000的上升沿使A的几何检验结果“1”从HR0001移至HR0002，同时A的光洁度检验结果“0”从输入点00000移入HR1000。

4、当工件A从4号站起步向5号站传递时，两种检验结果“1”、“0”分别在两组移位寄存器中移位。5、当工件A由5号站起步时，“1”、“0”信号分别移入HR0004和HR1002二者的触点只要有一个闭合，即工件A只要有一项检验不合格，则使输出线圈01002得电，驱动排除设备分选工件A。由此可见，如果工件A几何检验不合格或者光洁度检验不合格，或者两项检验均不合格时，当其由5号站起步时，输出线圈01002得电，使工件A被选出。反之，若工件A经过几何检验和光洁度检验均为合格时，则A是5号站起步时，移位寄存器HR0004和HR1002均为“0”信号，其常开触点断开，01002不可能得电，排除设备不动作，工件A顺利进入下一道工序。

步进信号00000在工件由一站起步向另一站传递的时刻产生一个脉冲，可以保证检验信号可靠地进入移位寄存器。选用保持继电器HR作移位寄存器，使此装置具有断电保持功能，断电又恢复后，装置可以继续工作而不需要重新开始。8.2在送料车控制上的应用

一、系统说明如图8-3所示，有一送料车自动循环送料。小车处于起始位置时，CK0闭合，系统启动后，小车在起始位置装料，20S后向右运动，到CK1位置时，CK1闭合，小车下料后再返回起始位置，再用20S的时间装料，其后向右运动到CK2位置，此时CK2闭合，小车下料后返回起始位置。以后重复上述过程，直至有复位信号输入。小车CK0CK1CK28-3送料小车工作示意图

小车的工作循环过程如下：启动→装料→第一次向右运动→第一次返回→第二次装料→第二次向右运动→第二次返回→……

根据小车的工作循环过程可以画出CK0、CK1、CK2及定时器的时间关系图。因为小车在第一次到达CK1时要改变运动方向，而第二次到达CK1时不改变运动方向，所以利用计数器的计数功能来识别到达CK1的次数，以决定是否要改变小车运动方向。定时器用来记录装料时间。小车控制的时序图如图8-4所示。I/O分配表如表8-2所示。输入输出辅助继电器/定时器/计数器启动按钮00009小车右行01000工作允许继电器20000定时器TIM000复位按钮00010CK000000小车左行01001计数器CNT001CK100001CK200002表8-2I/O分配表CK100001第一次右行限位开关CK200002第二次右行限位开关00009启动按钮00010停止按钮20000工作允许CK000000起始限位开关TIM000装料定时CNT001右行计数01000向右01001向左图8-4送料小车工作时序图

二、程序说明根据时序关系设计梯形图，见图8-5。1、中间辅助继电器20000作为系统工作允许继电器，启动信号00009使20000置“1”，复位信号00010使之清“0”，只有当20000为“1”时，小车才能循环工作，当20000为“0”时，小车回到起始位置后停止工作。2、小车位于CK0时，开始定时装料，20S后定时器接通，小车右行即01000得电。当小车离开CK0时，定时器复位，但01000的自锁功能使之仍得电，小车仍右行。3、小车行至CK1时，计数器减一，由于CK1的常闭触点断开，01000失电，小车停止右行。4、小车停止右行，使中间继电器01011产生一个脉冲，使01001得电，即使小车左行。01001的自锁功能使得小车左行至到达CK0位置。5、定时器重新定时，小车第二次装料之后小车右行，均与第一次相同。但是当小车行至CK1时，计数器减一至零，使CNT001的常开触点接通，所以此时小车继续右行直至到达CK2的位置，CK2的常闭触点断开，01000失电，小车停止右行，再次改变为左行。

6、左行过程中经过CK1位置时，使计数器复位，为下一次循环作准备，小车左行至CK0位置停止，等待下一次循环。000092000000010200002000000000000010000101001CNT001CPRCNT001#0002TIM00000001CNT00101000010000100000002CNT00101011000000100101001DIFD01011TIM000#02008-5送料小车控制梯形图8.3在液体混合装置上的应用

一、系统说明液体混合装置的原理示意图，如图8-6，其中H、L、I为液面传感器，当液面超过传感器位置时，传感器为ON状态，否则为OFF状态，X1、X2、X3为管道电磁阀，M为液体混合搅拌电机。X1X2HILMX3液体A液体B图8-6液体混合装置示意图

液体混合装置的工作流程如下：1、初始状态容器是空的，各个阀门均处于OFF状态，液体传感器也处于OFF状态，搅拌电机不工作，处于OFF状态。2、装置启动按动“启动”按钮，装置进入工作状态，并根据给定流程工作。3、工作过程（1）打开电磁阀X1，X1变为ON状态，使液体A流入容器；当液面达到I位置时，I变为ON状态，此时关闭X1，打开X2，使X1为OFF，X2为ON状态。（2）当液面达到H位置时，H为ON状态，此时关闭X2，启动混合搅拌电机M，使X2为OFF，M为ON状态。

（3）搅拌持续6S种之后，使M为OFF状态，开始放出混合液体，打开电磁阀X3，X3为ON状态。（4）当液面达到L时，即L从ON状态变为OFF状态时，开始计时，经过2S钟容器放空，关闭电磁阀X3，使X3为OFF，完成一个工作循环过程。4、装置停止按动“停止”按钮，则在当前的工作流程进行完毕之后，停止操作，即停止在初始状态上。

根据控制要求，I/O分配表如表8-3，I/O接线图如图8-7。表8-3液体混合装置I/O分配表输入输出启动输入00000电磁阀X101000停止输入00001电磁阀X201001液面H00002电磁阀X301002液面I00003电机M01101液面L00004~启动按钮停止按钮HILDC24VX1X2X3DC24VMAC24V0000000001000020000300004COMCOM01000010010100201101COMCOMCOMCPM2A图8-7液体混合系统系统接线图

二、程序说明根据控制要求及I/O分配表，设计出混合装置的梯形图，下面给出用两种设计方法设计的梯形图。1、锁存顺序控制梯形图如图8-8所示。其中，几个微分指令中的辅助继电器分别在输入信号上升沿或下降沿时刻置为“ON”状态一个扫描周期，保证各步动作之间的准确切换。启动0000200003DIFU01102DIFU0110300004DIFU011040000000001KEEP01115SR01115DIFU0110001115KEEP01000SRTIM001011000110301103KEEP01001SR0110201102KEEP01101SRTIM00001101TIM000#006001101DIFD0110501105KEEP01002SRTIM00101104KEEP01114SRTIM00101114TIM001#0020END(001)图8-8锁存顺序控制梯形图之前，输入继电器、中间继电器及输出继电器均为OFF状态。按“启动”按钮后，使01115置为“ON”，表示装置处于工作状态，此时X1电磁阀被打开。即01000为ON。当液位到达Ι时，即00003由OFF变为ON，01103关闭X1，打开X2，即输出01000为OFF，01001为ON。当液位到达H点时，即00002由OFF变为ON时，关闭X2，打开电机M，即输出01001为OFF，01008为ON，同时启动定时器TIM000定时为6S。定时时间到，则关闭电机M，打开电磁阀X3，即01101为OFF，01002为ON。当液位降到L点时，即00004由ON变为OFF时，启动定时器TIM001定时2s，定时时间到，则关闭X3，即X3为OFF。如果此时01115仍为ON状态，则打开X1，开始下次循环。可以看出，“停止”

按钮按下后，输入00001为ON，又使01115为OFF，使装置退出工作状态，但“停止”按钮只能在装置完成当前一次循环之后才停止在初始状态，禁止X1电磁阀打开。通过以上分析可以看出梯形图满足系统要求。2、采用移位寄存器进行设计的梯形图如图8-9所示。图中前半部分的作用与锁存顺序类似。后半部分的移位寄存器用来记录工作流程中的步骤，初始状态为00001，每完成一个步骤，移位寄存器左移一位。混合装置的流程可分四步，所以占用了移位寄存器的低四位HR0000～HR0003，当四步工作做完，则恢复初始状态00001，故用移位寄存器的HR0003位作移位寄存器的数据输入，便于装置循环工作。按“启动”按钮后，保持继电器HR0100置为ON，表示装置进入工作状态。移位寄存器HR00的初始值设为00001，HR0000为ON，计数器均处于复位状态，输出01000为ON，其它为OFF，表示打开X1。当液位打到I点时，01103为ON一个0000200003DIFU01102DIFU0110300004DIFU011040000000001KEEPHR0100SRHR0100DIFU0110001100MOV#0001HR00HR0003IN0120025314CPRSFTHR00HR00CNT0020110301102CNT001HR010001200HR0100CNT002MOV#0000HR0025502HR0002CPRCNT001#006001104CNT002KEEPHR0101SRHR000001000HR000101001HR000201101HR000325502HR0101CPRCNT002#0020CNT002图8-9移位寄存器控制的梯形图HR000301002END(001)扫描周期，使01200也为ON一个扫描周期，移位寄存器移位，HR0001为ON，输出01001为ON，即关闭X1，打开X2。当液面达到H点时，01102为ON一个扫描周期，使01200得电，移位寄存器移位，HR0002为ON，启动计数器CNT001（计数器01、02均以25502为输入时钟，故定时时间分别为0.1s×60和0.1s×20即6s和2s）同时输出01101为ON，其余为OFF，即打开电机M,关闭X2。当定时器6s时间到，01200再次得电，移位寄存器移位，HR0003为ON，将计数器CNT001复位，输出01002为ON，其余为OFF，即打开X3。当液位到L点时，将HR0101置为ON，启动计数器CNT002，2s定时时间到，HR0101置为OFF，计数器CNT002复位，移位寄存器移位，HR00的状态变为00001，即关闭X3、恢复初始状态，等待下一次循环。利用移位寄存器中的“1”移位，来控制各步动作，而移位又是受输入控制的。“停止”按钮使HR0100置为OFF，但只在一次循环结束之后，即CNT002为ON时使移位寄存器清为00000，停止任何动作。这种设计方法避免了过多使用锁存电路。8.4在机械手步进控制中的应用机械手是工业自动控制领域中经常会遇到一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、切割、喷染、装配等等。利用可编程控制器能控制机械手按规定的工序动作。图8－28为机械手搬物示意图。一、机械手的工作流程启动SB1停止SB2光电开关PS传送带A传送带B上升限位：SQ1下降限位：SQ2左转限位：SQ3右转限位：SQ4上升：YV1下降：YV2左传：YV3右转：YV4夹紧：YV58-28机械手控制示意图图8－28中的机械手要将传送带A上的物品一个一个地搬到传送带B上。当按下机械手启动按钮之后，机械手开始工作。首先上升，至上限位开关动作。左转，至左限位开关动作。下放，至下限位开关动作。启动传送带A，并检测有无物品传送过来，若检测到物品，则抓紧。再次上升至最高处，右转至右限位开关动作。下放，至最低点。松开手爪，并延时Ts,则完成一次搬运任务。如此循环，直至按下停止按钮。根据机械手的工作流程，画出逻辑关系如图8－29。二、I/O分配表8－10给出了该系统的I/O分配反复12345678启动（PB1）停止（PB2）运行抓紧（1）手臂左移到位（LS2）手臂右移到位（LS3）手臂上升到位（LS4）手臂下降到位（LS5）传送带上物品检测（PS1）传送带A向前（Y00）手臂左移（Y01）手臂右移（Y02）手臂上升（Y03）手臂下降（Y04）抓紧（Y05）放松（Y06）表8－10机械手控制I/O分配表

右传限位开关00004上升限位开关00005下降限位开关00006物品检测00007输入输出启动00000停止00001手爪抓紧00002左传限位开关00003传送带A运行01000机械手左传01001机械手右转01002机械手上升01003机械手下降01004抓紧01005放松01006三、梯形图设计根据机械手的逻辑时序图及I/O分配，画出控制梯形图，见图8－30。由梯形图可以看出：①传送带A运行的条件是：机械手左移、下降均到位（00003为ON，00006为ON），并且未检测到物品（00007为OFF），手爪处于放松状态（00002为OFF）。②手臂左转的条件是：手臂上升到位（00005为ON），左转不到位（00003为OFF），并且手爪没抓物品（00002为OFF），无右转命令（01002为OFF）。

③手臂右转的条件是：手臂上升到位（00005为ON），右转不到位（00004为OFF），手爪抓有物品（00002为ON），并且无左转命令（01001为OFF）。④手臂上升的条件是：手臂上升不到位（00005为OFF），无手臂下降的命令（01004为OFF），并且满足下列条件之一：（1）手臂左转到位，并且手爪抓有物品。（2）手臂右转到位，手爪没有抓物品。（3）手臂左转、右转均不到位（00003、00004均为OFF）。第（3）个条件是针对启动时手臂位置不确定而设计的。

⑤手臂下降的条件是：手臂下降不到位（00006为OFF），无手臂上升的命令（01003为OFF），并且满足下列条件之一：（1）手臂左转到位，并且没有抓物品。（2）手臂右转到位，并且抓有物品。⑥手爪抓紧运行的条件是：手臂左转、下降均到位（00003、00006为ON）,并检测到传送带上有物品（00007为ON），手爪中还没抓物品（00002为OFF），无放松命令（01006为OFF）。

⑦手爪放松运行的条件是：手爪抓着物品随手臂右转、下降到位时（00002为ON、00004、00006为ON），开始定时Ts。定时期间，手爪放松，定时时间到，则停止放松动作。另外，当按下停止按钮时，手臂停止动作，即手臂停止在不定的位置。000000000120000200000000200007000030000600003000050000201002010020000500002000040100101001000020000300005010040100301000200000000400002000040000301004010050100101006TIM0000000300002010030000600002000040000300006000070000201006000060000400002TIM0000100101001TIM0000100101005IL（02）ILC（03）END(01）图8－30机械手控制梯形图8.5在交通灯控制系统中的应用

一、系统说明在马路的十字路口上有交通灯，分南北方向核东西方向，在每个方向的马路上又有交通灯，指示人行横道是否允许通行。交通灯控制系统要求：当按下启动按钮后，交通灯按表8－11的顺序循环变化，如果交通灯控制系统被启动，启动按钮将不再起作用，若要系统停止工作，按停止按钮。

南北马路南北马路人行横道东西马路东西马路人行横道黄灯10s绿灯30s黄灯10s红灯40s红灯40s黄灯10s绿灯30s红灯50s红灯45s绿灯25s绿灯25s红灯40s红灯40s黄灯10s绿灯30s绿灯30s绿灯25s绿灯25s红灯50s红灯45s闪5s闪5s闪5s闪5s表8-11交通灯变化顺序表

马路的红黄绿灯点亮的时间分别是40s、10s和30s。南北马路点亮红灯时，东西马路点亮绿灯或黄灯，反之，南北马路点亮绿灯或黄灯时，东西马路点亮红灯，总之，任一时刻，只允许南北方向或东西方向通行。人行横道的红绿灯点亮的时间分别是50s和30s，其中绿灯亮的最后5s，绿灯闪烁，提醒行人人行横道将要禁止通行了。人行横道的红灯点亮的时刻比相应马路上的绿灯点亮的时刻提前5s，而熄灭的时刻比黄灯熄灭的时刻滞后5s，可以确保行人的安全。二、I/O分配根据系统控制要求，可以确定系统的I/O分配，如表8－12所示。输入输出启动00000停止00001南北马路红灯01000南北马路黄灯01001南北马路绿灯01002南北马路人行横道红灯01003南北马路人行横道绿灯01004东西马路红灯01006东西马路黄灯01007东西马路绿灯01008东西马路人行横道红灯01009东西马路人行横道绿灯01010表8-12交通灯控制I/O分配表三、系统梯形图设计因为交通灯控制系统中，是以时间为控制条件的，所以在此设置一些定时器TIM000～TIM006，分别定时30s、10s、5s、25s、5s、5s、5s。首先画出系统的时序关系图，见图8－31。再跟据实现关系图画出系统梯形图，见图8－32。中间继电器20000为启动的电平信号，启动控制钮使之为ON，停止按钮使之为OFF。另外，当交通灯循环变化一次，TIM006接通使20000为OFF，同时使所有定时器复位，准备进行下一次循环，TIM006复位又使20000位ON，所以20000在每次循环结束之后断开一个扫描周期，因为此时时间很短，仅为几十毫秒，人的视觉感觉不出灯的闪烁。梯形图对应的助记符程序如表8－13所示，读时按整个表第一、二栏次序读。

按钮01000马路绿灯定时器TIM00马路黄灯定时器TIM01横道红灯定时器TIM02横道绿灯定时器TIM02横道绿灯闪TIM04马路红灯定时器TIM06马路绿灯马路黄灯横道绿灯横道绿灯图6－13交通灯控制时序图