《电气控制》课件第7章

第7章S7-200PLC编程方法及工程实例7.1梯形图的编程规则7.2梯形图程序的优化7.3梯形图的经验设计法小结 7.1梯形图的编程规则

梯形图的编程规则如下:

(1)每个梯形图程序段都必须以输出线圈或指令框(Box)结束,比较指令框(相当于触点)、中线输出线圈和上升沿、下降沿线圈不能用于程序段结束。

(2)指令框的使能输出端“ENO”可以和右边的指令框的使能输入端“EN”连接,如图7-1所示。图7－1梯形图1

(3)下列线圈要求布尔逻辑,即必须用触点电路控制它们,它们不能与左侧垂直“电源线”直接相连:输出线圈、置位(

S)、复位(R)线圈;中线输出线圈和上升沿、下降沿线圈:

计数器和定时器线圈;逻辑非跳转(JMPN);主控继电器接通(MCR<);将RLO存入BR存储器(SAVE)和返回线圈(RET)。

恒“0”与恒“1”信号的生成如图7－2所示梯形图。图7－2梯形图2

(4)下列线圈不能用于并联输出:逻辑非跳转(JMPN)、跳转(JMP)、调用(CALL)和返回(RET)。

(5)如果分支中只有一个元件,删除这个元件时,整个分支也同时被删掉。删除一个指令框时,该指令框除主分支外所有的布尔输入分支都将同时被删除。

(6)能流只能从左到右流动,不允许生成使能流流向相反方向的分支。例如,图7-3中的I0.3的常开触点断开时,能流流过I0.4的方向是从右到左,这是不被允许的。从本质上来说,该电路不能用触点的串、并联指令来表示。图7－3错误的电路

(7)不允许生成引起短路的分支。

(8)线圈重复输出(指同编号的输出线圈使用两次以上时),最后一个条件最为优先,举例如图7－4所示,结果见表7－1。图7－4程序对比图 7.2梯形图程序的优化

1.并联支路的调整

并联支路的设计应考虑逻辑运算的一般规则,在若干支路并联时,应将具有串联触点的支路放在上面。这样可以省略程序执行时的堆栈操作,减少指令步数,如图7-5所示。图7－5并联支路的调整

2.串联支路的调整

串联支路的设计同样应考虑逻辑运算的一般规则,在若干支路串联时,应将具有并联触点的支路放在前面。这样可以省略程序执行时的堆栈操作,减少指令步数,如图7－6所示。图7－6串联支路的调整

3.内部继电器的使用

为了简化程序,减少指令步数,在程序设计时对于需要多次使用的若干逻辑运算的组合,应尽量使用内部继电器。这样不仅可以简化程序,减少指令步数,更重要的是在逻辑运算条件需要修改时,只需要修改内部继电器的控制条件,而无需修改所有程序,为程序的修改与调整增加了便利,如图7-7所示。图7-7程序简化 7.3梯形图的经验设计法

7.3.1启动、保持与停止电路

启动、保持与停止电路简称为启保停电路,在梯形图中得到了广泛的应用。图7-8中启动按钮和停止按钮提供的启动信号I4.0和停止信号I4.1为1状态的时间很短。只按启动按钮,I4.0的常开触点和I4.1的常闭触点均接通,Q16.4的线圈“通电”,它的常开触点同时接通。放开启动按钮,I4.

0的常开触点断开,“能流”经Q16.4和I4.0的触点流过Q16.4的线圈,这就是所谓的“自锁”或“自保持”功能。只按停止按钮,I4.1的常闭触点断开,使Q16.4的线圈“断电”,其常开触点断开,以后即使放开停止按钮,I4.1的常闭触点也恢复

接通状态,Q16.4的线圈仍然“断电”。这种功能可以用图7-9中的S(置位)和R(复位)指令来实现。图7-8启保停电路图7-9置位复位电路在实际电路中,启动信号和停止信号可能由多个触点组成的串、并联电路提供。

可以用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的数字量控制系统的梯形图,即在一些典型电路的基础上,根据被控对象对控制系统的具体要求,不断地修改和完善梯形图。

有时需要反复多次地调试和修改梯形图,增加一些中间编程元件和触点,最后才能得到一个较为满意的结果。电工手册中常用的继电器电路图可以作为设计梯形图的参考电路。

这种方法没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性和随意性,最后的结果不是唯一的,设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系,所以有人把这种设计方法叫做经验设计法,它可以用于较简单的梯形图(例如手动程序)的设计。7.3.2三相异步电动机的正反转控制图7－10异步电动机正反转控制电路图图7－11PLC的外部接线图和梯形图图7－12梯形图7.3.3小车控制程序的设计

图7－13中的小车开始时停在左边,左限位开关SQ1的常开触点闭合。要求按下列顺序控制小车:

(1)按下右行启动按钮SB2

,小车右行。

(2)走到右限位开关SQ2

处停止运动,延时8s后开始左行。

(3)回到左限位开关SQ1

处时停止运动。在异步电动机正反转控制电路的基础上设计的满足上述要求的梯形图如图7－14所示。在控制右行的Q4.0的线圈回路中串联了I0.4的常闭触点,小车走到右限位开关SQ2处时,I0.4的常闭触点断开,使Q4.0的线圈断电,小车停止右行。同时I0.4的常开触点闭合,T0的线圈通电,开始定时。8s后定时时间到,T0的常开触点闭合,使Q4.1的线圈通电并自保持,小车开始左行。离开限位开关SQ2

后,I0.4的常开触点断开,T0的常开触点因为其线圈断电而断开。小车运行到左边的起始点时,左限位开关SQ1

的常开触点闭合,I0.3的常闭触点断开。图7－13PLC的外部接线图图7－14梯形图7.3.4材料分拣控制系统实例

1.材料分拣装置的组成

分拣装置为工业现场生产设备,采用台式结构,内置电源,有竖井式产品输料槽、滑板式产品输出料槽,转接板上还设计了可与PLC连接的转接口。同时,输送带作为传动机构,采用电机驱动。对不同材质敏感的三种传感器分别固定在传送带上方。整个控制系统由气动部件和电气部件两大部分组成。气动部分由减压阀、气压指示表、气缸等部件组成;电气部分由PLC、电感传感器、电容传感器、颜色传感器、光电传感器、旋转编码器、单相交流电机、开关电源、电磁阀等部件组成。

2.材料分拣装置的工作原理

材料分拣装置的结构示意图如图7－15所示。它采用台式结构,内置电源,有步进电机、气缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、气压指示等部件,可与各类气源相连接。图7－15材料分拣装置的结构示意图如选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器,分别固定在传送带上方的架子上,材料分拣装置能实现如下三种基本功能:

(1)分拣出金属与非金属。

(2)分拣某一颜色块。

(3)分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块。系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当待测物体经下料装置送入传送带依次接受各种传感器检测时,如果被某种传感器测中,通过相应的气动装置将其推入料

箱;否则,继续前行。其控制要求有如下8个方面(见图7－16):

(1)系统送电后,光电编码器便可发生所需的脉冲。

(2)电机运行,带动传输带传送物体向前运行。

(3)有物料时,仓储气缸动作,将物料送出。

(4)当电感传感器检测到铁物料时,分拣铁气缸动作将待测物料推入下料槽。

(5)当电容传感器检测到铝物料时,分拣铝气缸动作将待测物料推入下料槽。

(6)当颜色传感器检测到材料为黄颜色时,分拣黄色气缸动作将待测物料推入下料槽。

(7)其他物料及蓝色物料被送到末位气缸位置时,末位气缸将蓝色物料推入下料槽。

(8)下料槽内无下料时,延时后自动停机。

材料分拣装置的流程图如图7－17所示。图7－16分拣控制系统结构框图图7－17材料分拣装置的流程图

3.控制程序分析

1)简易调试程序分析

简易调试程序针对的是传送带上只有一个物料块,即传送带上的物料被处理后出料仓才动作的情况,显而易见,此时的效率非常低,尤其传送带的长度越长,效率越低。分拣系

统的I/O地址分配如表7－2所示。表7－2PLC输入、输出分配表分拣系统简易程序如下:2)完整程序分析

分拣系统完整程序的I/O地址分配如表7－3所示。表7－3分拣系统完整程序的I/O地址分配分拣系统完整程序如下:

网络1当自动运行按钮被按下、料仓有物料时,材料分拣系统开始工作。网络4利用料仓传感器判断料仓中是否有物料。网络5要求料仓传感器的状态保持一定时间,避免料仓传感器的误判。电机运转(Q0.5)使旋转编码器产生脉冲输出I0.0,获得脉冲计数。当料仓中没有物料或者系统重新

启动时,对传感器的判断时间置零,避免影响下次料仓中物料的判断。网络9无料块时,系统等待一个分拣循环周期后自动停机,若在此过程中出现系统开、关机(皮带停止)或料仓传感器的状态变为1的情况,则清除无料计数,使下次无料计时从零开始。网络10一个分拣过程时间内料仓中都没有物料,停止皮带运行。网络11当料仓中有物料时,每隔一定时间从仓中推出一个物料。出料间隔由C0给出,推出后,使出料计数器复位。网络12达到设定的出料计数值时,气缸1把物料从料仓推到皮带上。网络13皮带上的物料通过检测传感器的变化和皮带运行时间计数的方式被推出。皮带上同时存在多个物料,若皮带上同时有多个蓝色物料,则各个蓝色物料必须建立各自的皮带运行时间计数器才能保证最后被准确推出。为使各个物料的分拣过程互不干扰,对每一个物料的分拣利用一个组程序模块来处理,考虑到皮带上存在的物料个数,建立五个组来循环处理物料。网络14皮带上出现第1、6、11等物料时由第一组程序模块负责分拣处理。当第一组的物料完成铁、铝、颜色、蓝色的分拣时,第一组处理结束。

网络15分拣系统只设有电感、电容、色标传感器,蓝色物料不能通过传感器的检测实现分类,因此考虑料仓到蓝色料仓之间的距离利用计数器来实现。当该组发生推铁、铝、

颜色时,说明不是蓝色物料,不用继续考虑是否是蓝色块,计数器复位,否则该物料是蓝色物料,通过计数器触发气缸,把它推出皮带。网络16为避免由其他组处理物料引发的传感器变化影响到当前组处理模块,在各个组内分别对传感器的有效时间进行限定。计数器C5的值为70~120,第一组对电感传感器

的变化作出反应,分拣铁。这种设定使得其他组的程序模块即使也检测到电感传感器的变化,但由于各个组的计数器的限定,各组之间的处理不会相互干扰。网络17有效时间要根据物料仓与铁仓之间的距离设定。

网络18在这段时间内,若检测到电感传感器有效,判断物料为铁,把铁块推出皮带使其进入铁仓库。气缸推铁的动作引发第一组处理程序的结束,第一组判断物料是否为铝、颜色、蓝色的程序不再执行。网络19若物料不是铁块,则通过电容传感器检测物料是否为铝块。

网络21若电容传感器的电平有效,判断物料是铝块,物料被推出皮带使其进入铝仓库。气缸推铝的动作引发第一组处理程序的结束,第一组判断物料是否为颜色、蓝色的程

序不再执行。网络22若物料不是铁块和铝块,继续检测物料是否是颜色块。

网络24物料是颜色块,物料被推出皮带。气缸推颜色的动作引发第一组处理程序的结束,第一组判断物料是否为蓝色的程序不再执行。网络25若物料不是铁、铝和颜色块,则把它归为蓝色块,由最后的气缸把它推出皮带进入仓库。气缸的动作由计数器输出有效引发,因此设计的时候要考虑物料仓与蓝色料仓之间的距离和皮带运行的速度。

网络26第一组模块的执行过程中,一旦完成铁、铝、颜色、蓝色的分拣,第一组处理程序结束。网络27皮带上出现第2、7、12等物料块时由第二组程序模块