机电一体化技术 -课件 项目七

机电一体化技术主编

张奇良

鲁佳

王红锦PARTONE项目七数字量控制系统梯形图程序设计方法目录/CONTENTS任务一梯形图的经验设计法任务二顺序控制设计法与顺序功能图任务三顺序控制梯形图的设计方法行业PPT模板/hangye/PARTONE任务一梯形图的经验设计法一、启动保持停止电路

启动保持停止电路(以下简称启保停电路)在梯形图中的应用很广,如图7-1所示。图中的启动信号I0.0和停止信号I0.1(如启动按钮和停止按钮提供的信号)持续为ON的时间一般都很短。启保停电路最主要的特点是具有“记忆”功能,按下启动按钮,I0.0的常开触点接通。二、定时器应用电路

例7.1用定时器设计延时接通/断开电路,要求输入I0.0和输出Q0.1的波形,如图7-2所示。

图7-2中的电路用I0.0控制Q0.1,I0.0的常开触点接通后,T37开始定时,9s后T37的常开触点接通,使断开延时定时器T38的线圈通电,T38的常开触点接通,使Q0.1的线圈通电。I0.0变为0状态后,T38开始定时,7s后T38的定时时间到,其常开触点断开,使Q0.1变为0状态。

例7.2用计数器扩展定时器的定时范围。

S7-200的定时器最长的定时时间为3276.7s,如果需要更长的定时时间,则可以使用如图7-3所示的定时器范围扩展电路。当I0.2为OFF时,100ms定时器T37和加计数器C4处于复位状态,它们不能工作。当I0.2为ON时,其常开触点接通,T37开始定时,3000s后T37的定时时间到,其当前值等于设定值,它的常闭触点断开,使它自己复位。复位后T37的当前值变为0,同时它的常闭触点接通,使它自己的线圈重新“通电”,又开始定时。T37就这样周而复始地工作,直至I0.2变为OFF。从上面的分析可知,图7-3中最上面一行的电路是一个脉冲信号发生器,脉冲周期等于T37的设定值(3000s)。三、经验设计法举例

小车自动往复运动的继电器控制电路图如图7-4所示,其中KM1和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。用KM1和KM2的主触点改变进入电动机的三相电源的相序,即可改变电动机的旋转方向。图中的FR是热继电器,当电动机过载时,它的常闭触点断开,使KM1或KM2的线圈断电,电动机停转。

如图7-5所示和如图7-6所示分别是功能与图7-4所示系统相同的PLC控制系统的外部接线图和梯形图。四、常闭触点输入信号的处理

在介绍梯形图的经验设计法时,实际上有一个前提,就是假设输入的数字量信号均由外部常开触点提供,但是在实际操作中有些输入信号只能由常闭触点提供。在继电器电路图中,热继电器FR的常闭触点与接触器KM1和KM2的线圈串联,当电动机长期过载时,FR的常闭触点断开,使KM1和KM2的线圈断电。

为了使梯形图与继电器电路图中触点的类型相同,通常应尽可能地用常开触点作为PLC的输入信号。如果某些信号只能用常闭触点输入,则可以按输入全部为常开触点来设计,然后将梯形图中相应的输入位的触点改为相反的触点,即常开触点改为常闭触点,常闭触点改为常开触点。PARTTWO任务二顺序控制设计法与顺序功能图一、顺序控制设计法

顺序控制是指按照生产工艺预先规定的顺序,在各输入信号的作用下,根据内部状态和时间的顺序,各个执行机构在生产过程中自动地、有秩序地进行操作。在使用顺序控制设计法时,首先应根据系统的工艺流程,画出顺序功能图(SequentialFunctionChart),然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形,也是设计PLC顺序控制程序的有力工具。二、步与动作1.步的基本概念

顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段,这些阶段称为步(Step),并用编程元件(如位存储器M和顺序控制继电器S)来代表各步。

如图7-7所示的波形图给出了控制锅炉的鼓风机和引风机的要求。按下启动按钮I0.0后,应先开引风机,延时12s后再开鼓风机。按下停止按钮I0.1后,应先停鼓风机,10s后再停引风机。

根据Q0.0和Q0.1的ON/OFF状态的变化,显然一个工作期间可以分为3步,分别用M0.1~M0.3来代表这3步,另外还应设置一个等待启动的初始步。该系统的顺序功能图如图7-8所示,图中用矩形方框表示步,方框中可以用数字表示该步的编号,也可以用代表该步的编程元件的地址作为步的编号,如M0.0,这样再根据顺序功能图设计梯形图时较为方便。3.与步对应的动作或命令可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统。例如,在数控车床系统中,数控装置是施控系统,而车床是被控系统。对于被控系统,在某一步中要完成某些“动作”(action);对于施控系统,在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”(command)。2.初始步与系统的初始状态相对应的步称为初始步,初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示,每一个顺序功能图中至少应该有一个初始步。

如果某一步有几个动作,则可以用如图7-9所示的两种画法来表示,但是并不隐含这些动作之间的任何顺序。说明动作的语句应清楚地表明该动作是存储型的还是非存储型的。例如,某步的存储型动作“打开1号阀并保持”,是指该步活动时1号阀打开,该步不活动时继续打开;非存储型动作“打开1号阀”,是指该步活动时1号阀打开,不活动时关闭。

图7-8中在连续的3步内输出位Q0.0均为1状态,为了简化顺序功能图和梯形图,可以在第2步将Q0.0置位,返回初始步后将Q0.0复位,顺序功能图如图7-10所示。4.活动步

当系统正处于某一步所在的阶段时,该步处于活动状态,称该步为“活动步”,当步处于活动状态时,相应的动作被执行;处于不活动状态时,相应的非存储型动作被停止执行。三、有向连线与转换条件1.有向连线

在顺序功能图中,随着时间的推移和转换条件的实现,将会发生步的活动状态的进展,这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画顺序功能图时,将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序排列,并用有向连线将它们连接起来。2.转换

转换用有向连线上与该连线垂直的短画线来表示,转换将相邻两步分隔开。状态的进展是由转换的实现来完成的,并与控制过程的发展相对应。3.转换条件

使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件,转换条件可以是外部的输入信号,如按钮、指令开关、限位开关的接通或断开等,也可以是PLC内部产生的信号,如定时器、计数器常开触点的接通等,转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。

转换条件是与转换相关的逻辑命题,转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边,使用的较多的是布尔代数表达式,转换与转换条件如图7-11所示。四、顺序功能图的基本结构

单序列、选择序列与并行序列的结构如图7-12所示。1.单序列

单序列由一系列相继激活的步组成,每一步的后面仅有一个转换,每一个转换的后面只有一个步,单序列结构如图7-12(a)所示。2.选择序列

选择序列的开始称为分支,转换符号只能标在水平连线之下。选择序列结构如图7-12(b)所示,如果步5是活动步,并且转换条件h=1,则发生由步5→步8的进展;如果k=1,则发生由步5→步10的进展。3.并行序列

并行序列的开始称为分支,当转换的实现引起几个序列同时激活时,这些序列称为并行序列。并行序列结构如图7-12(c)所示,当步3是活动步,并且转换条件e=1时,步4和步6同时变为活动步,同时步3变为不活动步。

4.复杂的顺序功能图举例

剪板机示意图如图7-13所示,开始时压钳和剪刀在上限位置,限位开关I0.0和I0.1为ON。

剪板机顺序功能图如图7-14所示。图中有选择序列、并行序列的分支与合并。步M0.0是初始步,加计数器C0用来控制剪料的次数,每次工作循环中C0的当前值加1。没有剪完10块板料时,C0的当前值小于设定值10,其常闭触点闭合,转换条件C0满足,将返回步M0.1重新开始下一周期的工作。五、顺序功能图中转换实现的基本规则1.转换实现的条件

在顺序功能图中,步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换的实现必须同时满足两个条件。(1)该转换所有的前级步都是活动步。(2)相应的转换条件得到满足。

这两个条件是缺一不可的。以剪板机为例,如果取消了第一个条件,假设在板料被压住时因误操作按了启动按钮,则也会使步M0.1变为活动步,从而使板料右行,因此造成设备的误动作。

如果转换的前级步或后续步不止一个,则转换的实现称为同步实现,转换的同步实现如图7-15所示。为了强调同步实现,有向连线的水平部分用双线表示。2.转换实现应完成的操作

转换实现应完成以下两个操作。

(1)使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步。

(2)使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。3.绘制顺序功能图时的注意事项

下面是针对绘制顺序功能图时常见的错误提出的注意事项。

(1)两个步绝对不能直接相连,必须用一个转换将它们分隔开。

(2)两个转换也不能直接相连,必须用一个步将它们分隔开。以上两条可以作为检查顺序功能图是否正确的依据。

(3)顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待启动的初始状态,这一步可能没有输出处于ON状态,因此,有的初学者在画顺序功能图时很容易遗漏这一步。

(4)自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程,因此,在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环,即在完成一次工艺过程的全部操作之后,应从最后一步返回初始步,系统停留在初始状态(单周期操作,参见图7-8)。六、顺序控制设计法的本质

经验设计法实际上是尝试用输入信号I直接控制输出信号Q,其信号关系图如图7-16(a)所示。如果无法直接控制,或者为了实现记忆、连锁、互锁等功能,则只能被动地增加一些辅助元件和辅助触点。

顺序控制设计法则是用输入量I控制代表各步的编程元件(如内部存储器位M),再用它们控制输出量Q,如图7-16(b)所示。PARTTHREE任务三顺序控制梯形图的设计方法1.单序列的编程方法

启保停电路仅使用与触点和线圈有关的指令,任何一种PLC的指令系统都有这一类指令,因此,这是一种通用的编程方法,可以用于任意型号的PLC。

控制鼓风机和引风机的顺序功能图如图7-18所示。设计启保停电路的关键是找出它的启动条件和停止条件。

如图7-19所示。以初始步M0.0为例,由顺序功能图可知,M0.3是它的前级步,T38的常开触点是接通两者之间的转换条件,所以,应将M0.3和T38的常开触点串联,作为M0.0的启动电路。PLC开始运行时应将M0.0设置为1,否则系统无法工作,故将仅在第一个扫描周期接通的SM0.1的常开触点与上述串联电路并联,启动电路还并联了M0.0的自保持触点。2.选择序列的编程方法

(1)选择序列的分支的编程方法。选择序列与并行序列如图7-20所示,步M0.0之后有一个选择序列的分支,设M0.0为活动步,当它的后续步M0.1或M0.2变为活动步时,它都应变为不活动步,即M0.0变为0状态,所以应将M0.1和M0.2的常闭触点与M0.0的线圈串联。

2.选择序列的编程方法

(2)选择序列的合并的编程方法。在图7-20中,步M0.2之前有一个选择序列的合并,当步M0.1为活动步(M0.1为1状态),并且转换条件I0.1满足,或者步M0.0为活动步,并且转换条件I0.2满足(3)仅有两步的闭环的处理。仅有两步的闭环的处理如图7-21所示,如果在顺序功能图中存在仅由两步组成的小闭环,则用启保停电路设计的梯形图不能正常工作。

(4)选择序列应用举例。液体混合系统的顺序功能图和梯形图如图7-22所示,上限位、下限位和中限位液位传感器被液体淹没时均为1状态,阀A、阀B和阀C为电磁阀,线圈通电时打开,线圈断电时关闭。3.并行序列的编程方法

(1)并行序列的分支的编程方法。图7-20中的步M0.2之后有一个并行序列的分支,当步M0.2为活动步且转换条件I0.3满足时,步M0.3与步M0.5应同时变为活动步,这是用M0.2和I0.3的常开触点组成的串联电路分别作为M0.3和M0.5的启动电路来实现的,与此同时,步M0.2应变为不活动步。步M0.3和步M0.5是同时变为活动步的,只需将M0.3或M0.5的常闭触点与M0.2的线圈串联即可。

(2)并行序列的合并的编程方法。图7-20中的步M0.0之前有一个并行序列的合并,该转换实现的条件是所有的前级步(即步M0.4和M0.6)都是活动步和转换条件I0.6满足。由此可知,应将M0.4、M0.6和I0.6的常开触点串联,作为控制M0.0的启保停电路的启动电路。

任何复杂的顺序功能图都是由单序列、选择序列和并行序列组成的,掌握了单序列的编程方法和选择序列及并行序列的分支、合并的编程方法,就不难迅速地设计出由任意复杂的顺序功能图描述的数字量控制系统的梯形图。

(3)并行序列应用举例。某专用钻床用两只钻头同时钻两个孔。开始自动运行之前两只钻头在最上面,上限位开关I0.3和I0.5为ON。操作人员放好工件后,按下启动按钮I0.0,工件被夹紧后两只钻头同时开始工作,钻到由限位开关I0.2和I0.4设定的深度时分别上行,回到由限位开关I0.3和I0.5设定的起始位置时分别停止运行。两只钻