《机床电气与PLC》课件第9章

第9章可编程控制器应用举例9.1三相异步电动机的Y-△减压启动控制9.2交通信号灯控制

9.3电梯的自动控制

9.4机械手的步进控制

9.5全自动洗衣机的自动控制

思考题与习题九

9.1三相异步电动机的Y-△减压启动控制9.1.1控制要求某电动机Y-△启动控制时的时序图如图9-1所示,当主接触器KM1与Y连接接触器KM2同时接通时,电动机工作在Y形启动状态;而当主接触器KM1与△连接接触器KM3同时接通时,电动机就工作在△形接法的正常运行状态。由于PLC内部切换时间很短,必须有防火花的内部锁定。TA为内部锁定时间。当电机绕组从Y形切换到△形时,从KM2完全截止到KM3接通这段时间即为TA,其值过长、过短都不好,应通过实验确定。从KM3接通到KM1接通这段时间为TM,TM一般小于TA。Y形启动时间为TS。本例分别设定TS、TA、TM为10s、0.3s、0.2s。图

9-1某电动机Y-△启动控制时的时序图

9.1.2I/O通道分配及PLC的I/O接线图

1.I/O通道分配

表

9-1I/O通道分配

2.PLC的I/O接线图

图

9-2电动机Y-△启动控制的I/O接线图

9.1.3梯形图程序设计

电动机Y-△启动控制的梯形图见图9-3。电动机Y-△启动控制是一个典型的时间、顺序控制,通过本例我们可进一步熟悉定时器的应用,如什么时候开始计时,定时时间到后应执行的下一步动作是什么,定时器要否复位以及什么时候复位等等。此外,本例中停止按钮SB2和热继电器FR分别采用的是其动合触点和动断触点,故梯形图中0002采用动断触点,而0003采用动合触点。如果SB2采用的是动断触点,则0002应采用动合触点。

图

9-3电动机Y-△启动控制的梯形图

9.2交通信号灯控制

9.2.1控制要求十字路口交通信号灯的控制要求如下：

(1)南北向较繁忙,过往车辆较多,故取南北向红灯亮的时间为30s。

(2)东西向较轻闲,过往车辆较少,故取东西向红灯亮的时间为60s。

(3)在东西向红灯亮的同时,南北向的绿灯也亮,并维持55s;到55s时,南北向的绿灯闪亮3s后熄灭。

(4)在南北向绿灯熄灭后,南北向黄灯亮,并维持2s。2s后南北向黄灯熄灭,东西向红灯也熄灭。

(5)在东西向红灯熄灭的同时,东西向的绿灯亮,南北向的红灯也亮。

(6)在南北向红灯亮25s后,东西向绿灯闪亮3s后熄灭。

(7)在东西向绿灯熄灭后,东西向黄灯亮,维持2s后熄灭。

(8)在东西向黄灯熄灭后,东西向红灯亮,南北向绿灯也亮,进入下一个循环。交通灯的控制时序图见图9-4。

图

9-4交通灯的控制时序图

9.2.2I/O通道分配本例中没设外部输入,只要PLC一通电,信号灯即开始循环工作。由于定时器较多,为避免混乱,其通道分配也一并列出。

表

9-2

I/O通道分配

表

9-3定时器通道分配

9.2.3

I/O接线图

图

9-5交通灯的I/O接线图

9.2.4梯形图程序设计

图

9-6交通灯的梯形图9.3电梯的自动控制

图9-7所示为电梯控制原理图。电梯控制的核心是对拖动系统的控制,类似三相异步电机的正反转和启动/停止控制,只不过控制所需的条件要多得多。如电梯的启动所需的条件为:安全保护系统正常、门锁锁闭、定向部分选择好电梯运行方向等。电梯停车过程可分为两部分,其所需的条件为选层部分选择好停车楼,而且电梯必须到达要停车的楼层的减速点,此时电梯方可减速。当电梯到达目标楼层的平层位置时,电梯方可作停车动作。此外,楼层信号(电梯当前位置)、轿内指令、厅外召唤、减速点信号、平层信号、安全保护信号、门锁信号以及其他相关信号的取得和处理都属于电梯控制的内容。这里我们只介绍三层电梯的厅外召唤的程序。电梯示意图如图9-8所示。

图

9-7电梯控制原理图

图

9-8电梯示意图

9.3.1控制要求

(1)当电梯不在三楼时,按SB3,则电梯上升,碰到SQ3停止。

(2)当电梯不在一楼时,按SB1,则电梯下降,碰到SQ1停止。

(3)当电梯停于一楼时,按SB2,则电梯上升,碰到SQ2停止。

(4)当电梯停于三楼时,按SB2,则电梯下降,碰到SQ2停止。

(5)当电梯停于一楼,而二楼、三楼均有人呼叫时,电梯上升,碰到SQ2时,停5s,然后继续上升,碰到SQ3停止。

(6)当电梯停于三楼,而一楼、二楼均有人呼叫时,电梯下降,碰到SQ2时,停5s,然后继续下降,碰到SQ1停止。

(7)在电梯上升或下降途中,任何反方向的下降呼叫信号无效。

9.3.2I/O通道分配及I/O接线图

表

9-4I/O通道分配

图

9-9电梯的I/O接线图

9.3.3梯形图程序设计厅外召唤指令的记忆和消除功能可以用锁存器KEEP指令。将厅外召唤的启动保持信号端接S端,消除信号接R端。在实现厅外召唤的记忆和消除功能时必须注意其记忆和消除条件。当按下一个指令按钮或召唤按钮,且电梯不在本楼层时,对应的PLC内部继电器应保持该信号,而且通过PLC的输出点亮相应的按钮指示灯。当电梯正常到达楼层时,如果满足该指令或召唤信号的停车条件时,电梯在该层停车,并且消除对应的指令或召唤信号。在图9－10所示梯形图中,内部辅助继电器1000、1002用来处理在同方向同时有两层楼呼叫的情况:1002用来记忆二楼的呼叫信号;在电梯运行到二楼时,1000得电5s,使电梯停5s后自行启动。

图

9-10电梯梯形图9.4机械手的步进控制

图9-11是某搬运机械手的工作示意图,其任务是将传送带A上的物品搬送至传送带B上。该机械手有三个动作:升降运动由液压缸驱动,回转运动由液压马达驱动,手爪的松夹运动由另一液压缸驱动。三个动作的正反向运动均由电磁换向阀来改变液流的方向来控制。传送带A和B均由电动机通过机械装置来驱动。机械手一个动作循环的动作顺序如下:原位→下降→抓紧→上升→正转→下降→松开→上升→反转→原位机械手的每次循环动作均从原位开始。动作的切换除抓紧/松开由压力继电器和时间控制外,机械手的升降和回转运动均由限位开关控制。

图

9-11某搬运机械手的工作示意图

9.4.1控制要求

(1)机械手在原位时,按下启动按钮,系统启动,传送带A运转。当装在传输带A端部的光电开关检测到物品后,传送带A停止。

(2)传输带A停止后,机械手进行一次循环动作,把物品从传送带A上搬到连续运转的传送带B上。

(3)机械手返回原位后,自动启动传送带A运转,进行下一个循环。

(4)按下停止按钮后,待整个循环完成后,机械手返回原位,才能停止工作。

9.4.2I/O通道分配

表

9-5I/O通道分配

9.4.3I/O接线图

图

9-12机械手的I/O接线图

9.4.4梯形图程序设计

(1)将整个工作过程分为若干个独立的控制功能步,简称步(本例中机械手的工作过程就可以分解成九个独立的步),它是为完成相应的控制功能而设计的独立的控制程序或程序段。

(2)每个独立的步分别用一个方框表示,然后根据动作顺序将各个步用箭头连接起来。

(3)在相邻的两个步之间画上一条短横线,表示状态转换条件。当转换条件满足时上一步被封锁,下一步被激活,转向执行新的控制程序,若不满足转换条件,则继续执行上一步的控制程序。

(4)在每个步的右侧画上要被执行的控制程序。

机械手步进控制的状态流程图如图9-13所示。步进控制在OMRONC系列机型中采用移位寄存器SFT很容易实现,当然不用SFT指令也能实现。图9-14是用SFT指令来设计的梯形图。机械手原位时,按下启动按钮SB1,与其对应的输入点0000为ON,使0500为ON,传送带A运转;当光电开关PS检测到有物品后,0007为ON,使0500为OFF,传送带A停止运行。在0500的后沿,MOV指令将＃0001送入HR0通道中,使HR000位为“1”而其余位为“0”,使机械手执行下降的动作。同时,为移位脉冲的产生做好准备。

机械手下降到位时,下降限位开关0003为ON,发出移位脉冲,使HR001为“1”,HR000为“0”(因为1812为常开继电器),机械手停止下降。此时0503为ON,开始执行抓紧动作。同时,为下一个移位脉冲的产生做准备。机械手抓紧到位时,压力继电器K的动合触点闭合,0006为ON,又发出一个移位脉冲,使HR002为“1”,HR001为“0”。此时,0504为ON,机械手紧抓着物品上升。同时,为下一个移位脉冲的产生做准备。机械手上升到位时,上升限位开关0002为ON,又发出一个移位脉冲,使HR003为“1”,HE002为“0”,使0504为OFF,机械手停止上升。此时0501为ON,机械手执行正转动作。同时,为下一个移位脉冲的产生做准备。

械手正转到位时,正转限位开关0004为ON,又发出一个移位脉冲,使HR004为“1”,HR003为“0”,使0501为OFF,机械手停止正转。此时0505为ON,机械手执行下降动作。同时，为下一个移位脉冲的产生做准备。机械手下降到位时,下降极限开关0003为ON,又发出一个移位脉冲,使HR005为“1”,HR004为“0”,使0505为OFF,机械手停止下降。此时0503被复位,机械手执行放松动作,并且启动定时器TIM01。同时,为下一个移位脉冲的产生做准备。在TIM01的定时时间到时,机械手放松到位,又发出一个移位脉冲,使HR006为“1”,HR005为“0”。此时,0504为ON,机械手执行上升动作。同时,为下一个移位脉冲的产生做准备。

图

9-13状态流程图图

9-14机械手梯形图

机械手上升到位时,上升限位开关0002为ON,又发出一个移位脉冲,使HR007为“1”,HR006为“0”,使0504为OFF,机械手停止上升。此时,0502为ON,机械手执行反转动作。同时,为下一个移位脉冲的产生做准备。机械手反转到位时,反转限位开关0005为ON,又发出一个移位脉冲,使HR008为“1”,HR007为“0”,使0502为OFF,机械手停止反转。此时,机械手已回到原位,只要在此之前没有按下停止按钮,HR008再次将0500置位,传送带A重新运行,等待物品检测信号0007的到来。同时,为下一个移位脉冲的产生做准备。

无论何时按下停止按钮,锁存器1200被置位,使得串接在锁存器0500的置位输入端的1200的动断触点断开,只有在当前循环全部完成后,机械手才能停于原位。机械手的每次循环均是根据光电开关检测到物品后,使传送带A停转,由MOV指令将＃0001传送到HR000,开始循环。

9.5全自动洗衣机的自动控制

全自动洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用;内桶可以旋转,作脱水(甩干)用。内桶的周围有很多小孔,使内桶和外桶的水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时,通过控制系统将进水电磁阀打开,经进水管将水注入到外桶。排水时,通过控制系统将排水电磁阀打开,将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘的正、反转来实现,此时脱水桶并不旋转。脱水时,控制系统将离合器合上,由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。高、低水位控制开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作,停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。其示意图如图9-15所示。

图

9-15全自动洗衣机示意图

9.5.1控制要求

图

9-16全自动洗衣机流程图

按下启动按钮后,洗衣机开始进水。水满时(即水位到达高水位,高水位开关由OFF变为ON),PLC停止进水,并开始洗涤正转,正转洗涤15s后暂停,暂停3s后开始洗涤反转。反洗15s后暂停。暂停3s后,若正、反洗未满3次,则返回从正洗开始的动作;若正、反洗满3次时,则开始排水。水位下降到低水位时(低水位开关由ON变为OFF)开始脱水并继续排水。脱水10s即完成一次从进水到脱水的大循环过程。若未完成3次大循环,则返回从进水开始的全部动作,进行下一次大循环;若完成了3次大循环,则进行洗完报警。报警10s后结束全部过程,自动停机。此外,还要求可以按排水按钮以实现手动排水;按停止按钮以实现手动停止进水、排水、脱水及报警。

9.5.2通道分配

1.I/O通道分配

表

9-6I/O通道分配

2.定时器/计数器通道分配

表

9-7定时器/计数器通道分配

9.5.3I/O接线图

根据I/O通道分配,I/O接线图如图9-17所示。

图

9-17洗衣机的I/O接线图

9.5.4梯形图程序设计

图

9-18全自动洗衣机控制的梯形图

按下启动按钮,0000为ON,1000为ON并自锁,0500为ON,打开进水电磁阀。当水位到达高水位时,0003为ON,断开进水电磁阀,同时0501为ON,电动机正转,开始正向洗涤,并启动定时器TIM00。15s后TIM00动作,使0501为OFF,停止正向洗涤,并启动定时器TIM01,3s后TIM01动作,0502为ON,电动机反转,开始反向洗涤,并启动定时器TIM02。反洗15s后,TIM02动作,使0502为OFF,停止反向洗涤,并启动定时器TIM03。经过3s的暂停,TIM03动作,使定时器TIM00、TIM01、TIM02、TIM03复位;使计数器CNT06计一次数,此时0501又为ON,重新进行从正向洗涤开始到反向洗涤结束的小循环。

直到计数器CNT06计满3次数时,CNT06为ON,第一次洗涤过程结束,同时使计数器CNT06复位,为下一次洗涤过程的计数做好准备。在CNT06为ON的当前扫描周期,0503为ON,开始排水。当水位到达低水位时,0004由ON变为OFF,使0504为ON,接通脱水电磁离合器,并再次使0501为ON,使电动机正转,开始脱水,并启动定时器TIM04。10s后,TIM04动作,使脱水计数器CNT07计数一次,并使0503、0504为OFF,停止排水和脱水,结束从进水到脱水的一次大循环。两个扫描周期后,0501再次为ON,重新进行从进水到脱水的下一次大循环,直到CNT07计满3次后,使1000为OFF,结束洗衣的全部过程,0505为ON,报警蜂鸣器响10s后,停止报警。在洗涤、排水和脱水的过程中,可随时按下停止按钮0001,停止操作。

思考题与习题九

9-1数控车床的自动回转刀架接到换刀指令后其动作过程为“刀架松开→上升→回转规定的角度→下降→夹紧”,刀架的松夹、升降由同一液压缸驱动,正反向运动由电磁换向阀来控制;回转运动由液压马达驱动,其运动和停止由电磁换向阀来控制。动作的切换除夹紧用压力继电器控制外其余均由微动开关控制。现假设其为方刀架(4把刀),用按钮SB1～SB4来代替系统换刀指令,即按下SB1、SB2、SB3和SB4分别表示要用1、2、3和4号刀,SQ1～SQ4分别是4把刀旁边的微动开关。控制要求如下:

如现在用的是1号刀,则按SB1时刀架不执行任何动作,如按SB2、SB3或SB4则执行上述动作循环,但回转角度分别为90°、180°和270°(即压下SQ2、SQ3或SQ4表示回转到位)。

其它情况依此类推。

9-2如上题中的刀架可就近转位(即刀架可正反转,如现在是1号刀,要换4号刀时无须转270°,只需反转90°即可)。试设计该控制程序。

9-3试设计一个4层电梯PLC控制系统,要求:

某层楼有呼叫信号时,电梯自动运行到该层后停止;如果同时有二层或三层楼呼叫时,以先后顺序排列,但同方向就近楼层优先,电梯运行到就近楼层后暂停运行,停止后,门打开10s后自动关闭,待门关严后,电梯自行启动,运行至下一个楼层。

9-4试设计一个油循环控制系统(如图9-19所示),要求:

(1)按下启动按钮SB1后,泵1、泵2通电运行,由泵1将油从循环槽打入淬火槽,经沉淀槽,再由泵2打入循环槽,运行15min后,泵1、泵2停。

(2)在泵1、泵2运行期间,如果沉淀槽的水位到达高水位,液位传感器SL1接通,此时泵1停,泵2继续运行1min。

(3)在泵1、泵2运行期间,如果沉淀槽的水位到达低水位,液位传感器SL2由接通变为断开,此时泵2停,泵1继续运行1min。

(4)当按下停止按钮SB2时,泵1、泵2同时停。

图

9-19习题9-4图

9-5试设计一个如图9-20所示的料车自动循环送料控制系统,要求:

(1)初始状态:小车在起始位置时,压下SQ1。

(2)启动:按下启动按钮SB1,小车在起始位置装料,10s后向右运动