第8章 PLC在工业控制中的应用.ppt

第8章ＰＬＣ在工业控制中的应用,8.1PLC控制系统设计步骤8.2PLC在机床控制中的作用8.3PLC在化工生产过程中的应用8.4PLC在集选控制电梯中的应用8.5PLC随动控制系统中的应用,8.1PLC控制系统设计步骤,1、可编程控制器控制系统设计的基本步骤,1系统设计的主要内容,①拟定控制系统设计的技术条件,②选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构,③选定PLC的型号,④编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图,⑤根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计,⑥了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系,⑦设计操作台、电气柜及非标准电器元部件,⑧编写设计说明书和使用说明书,分析被控对象工艺条件和控制要求,确定I/O设备,分配I/O点,设计应用系统梯形图程序,将程序输入PLC去,进行软件测试,应用系统整体调试,编制技术文件,选择合适的PLC类型,系统设计的基本步骤,,,,,,,,,第8章第3页,2、PLC硬件系统设计,1PLC型号的选择,①对输入/输出点的选择,②对存储容量的选择,③对I/O响应时间的选择,④根据输出负载的特点选型,⑤对在线和离线编程的选择,⑥据是否联网通信选型,⑦对PLC结构形式的选择,2分配输入/输出点,③分配定时器/计数器,①确定I/O通道范围,②确定内部辅助继电器,3、PLC软件系统设计方法及步骤,1PLC软件系统设计的方法,①图解法编程,a.梯形图法,b.逻辑流程图法,c.时序流程图法,d.步进顺控法,②经验法编程,③计算机辅助设计编程,⑦编写技术文件并现场试运行,2PLC软件系统设计的步骤,①对系统任务分块,②编制控制系统的逻辑关系图,③绘制各种电路图,④编制PLC程序并进行模拟调试,⑤制作控制台与控制柜,⑥现场调试,⑤切勿将用于输入的电源并联在一起，更不可将这些电源并联到其他电源上,控制单元输入端子接线,①输入线尽可能远离高压线和动力线等干扰源,②不能将输入设备连接到带“.”端子上,③交流型PLC的内藏式直流电源输出可用于输入；直流型PLC的直流电源输出功率不够时，可使用外接电源,④切勿将外接电源加到交流型PLC的内藏式直流电源的输出端子上,控制单元输出端子接线,①输出线尽可能远离高压线和动力线等干扰源,②不能将输出设备连接到带“.”端子上,③各“COM”端均为独立的，故各输出端既可独立输出，又可采用公共并接输出。当各负载使用不同电压时，采用独立输出方式；而各个负载使用相同电压时，可采用公共输出方式,⑤若输出端接感性负载时，需根据负载的不同情况接入相应的保护电路。在交流感性负载两端并接RC串联电路；在直流感性负载两端并接二极管保护电路；在带低电流负载的输出端并接一个泄放电阻以避免漏电流的干扰。以上保护器件应安装在距离负载50cm以内,⑥在PLC内部输出电路中没有保险丝，为防止因负载短路而造成输出短路，应在外部输出电路中安装熔断器或设计紧急停车电路；,④当多个负载连到同一电源上时，应使用型号为AFP1803的短路片将它们的“COM”端短接起来,控制单元输出端子接线,扩展单元接线,若一台PLC的输入输出点数不够时，还可将FX系列的基本单元与其他扩展单元连接起来使用。具体配置视不同的机型而定。,应确保使用同一组电源线对控制单元和A/D单元进行供电,FX系列可编程控制器的A/D，D/A转换单元接线,①A/D模块,为防止输入信号上有电磁感应和噪声干扰，应使用两线双绞式屏蔽电缆,建议将屏蔽电缆接到框架接地端（F.G）,若需将电压范围选择端（RNAGE）短路，应直接在端子板上短接，不要拉出引线短接,应使主回路接线远离高压线,应确保使用同一组电源线对控制单元和D/A单元进行供电,②D/A模块,为防止输出信号上有电磁感应和噪声干扰，应使用两线双绞式屏蔽电缆,在同一通道上的电压输出和电流输出不能同时使用。没有使用的输出端子应开路,应使主回路接线远离高压线,建议将屏蔽电缆接到负载设备的接地端,8.2PLC在机床控制中的作用,四工位组合机床由四个工作滑台，各带一个加工动力头，组成四个加工工位。除了四个加工工位外，还有夹具、上下料机械手和进料器四个辅助装置以及冷却和液压系统共四部分。工艺要求为有上料机械手自动上料，机床的四个加工动力刀头同时对一个零件进行加工，一次完成一个零件，通过下料机械手自动取走加工完的零件。要求具有全自动、半自动、手动三种工作方式。,8.2.1工艺要求,下图是组合机床控制系统全自动工作循环和半自动工作循环式的状态流程图。图中S2是初始状态，驱动它的条件是各滑台、各辅助装置都处在原位，夹具为松开状态，料道有待加工零件且润滑系统工作正常。,8.2.2控制流程,组合机床自动工作状态流程图,第8章第16页,3下料下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手退回原位并取走加工完的零件。,组合机床全自动和半自动工作过程,上料按下启动按钮，上料机械手前进，将零件送到夹具上，夹具加紧零件。同时进料装置进料，之后上料机械手退回原位，放料装置退回原位,2加工四个工作滑台前进，四个加工动力头同时加工，洗端面、打中心孔。加工完成后，各工作滑台退回原位,这样就完成了一个工作循环。如果选择了预停，则每个循环完成后，机床自动停在原位，实现半自动工作方式；如果不选择预停，则机床自动开始下一个工作循环，实现全自动工作方式。,四个工位组合机床电气控制系统有输入信号42个，输出信号27个，均为开关量。其中外部输入元件包括17个检测元件、24个按钮开关、1个选择开关；外部输出元件包括16个电磁阀、6个接触器、5个指示灯。,根据I/O信号的数量、类型以及控制要求，同时考虑到维护、改造和经济等诸多因素，决定选用FX2N-64MR主机和一个输出扩展单元FX-16EX，这样共有48个输入点，输出点就是主机的32点，满足控制要求。,8.2.3PLC的选型,将输入信号42个，输出信号27个按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O端一一对应，编排好地址。列出外部I/O信号与PLCI/O端地址对照表，如表所示。,8.2.4I/O地址编号,续表,四工位组合机床的PLC控制系统梯形图包括初始化程序、手动调整程序和自动工作程序。图2是四工位组合机床在全自动与半自动工作方式时的梯形图程序，它采用了STL步进指令编写，程序简捷、清楚。图3四工位组合机床初始化程序梯形图。,8.2.5PLC梯形图程序,四工位组合机床自动工作梯形图程序,四工位组合机床自动工作梯形图程序,四工位组合机床初始化程序梯形图,现代工业生产广泛采用流水作业，对成品或半成品进行分检，排除残次品是必须的工序。在流水线上，成品或半成品往往要经过若干项检验，符合要求者得以通过，随着流水线进入下道生产工步。而不合格者必须在某处集中地予以排除，不得进入下道生产环节。因此，成品或半成品随传送带递进过程中，对其进行的检验结果也必须同步地向前移动。这样，当不合格者移动到规定的排除点时，才能正确地加以排除，从而实现质检与分检。利用PLC可以很方便地做到这一点,8.3PLC在化工生产过程中的应用,8.3.1工艺要求,如图所示，工件在传送带上步行式前进。工件在0号站接受PH1光电检查。从0号站移到4号站要经过4次步进。移到4号站时，判断移到此站工件好还是坏。如果是废品则要求电磁阀YV打开，使废品掉下来。当PH2检测到废品已掉下来后重新将电磁阀关闭。,根据上述模块的学习，再依据图的标示，同学们可以自己画出输入及输出端口的分配。,下图中使用M140移位寄存器,8.3.2系统的软件设计,M140，M141，M142分别表示移到0号位，1号位，2号位工件的品质好与坏,数据“1”代表品质“坏”。M144数据是“0”或“1”代表移至4号位工件是“好”还是“坏”,当M144ON，电磁阀接通，打开阀门。,,质量控制梯形图,8.4PLC在集选控制电梯中的应用,8.4.1电梯基本原理,用FX2N-48MR实现四层四站双速客梯集选控制的控制系统。主拖动采用交流双速电动机进行拖动。,1.电梯基本原理电梯是机械、电气紧密结合的大型机电产品。主要由机房、井道、轿厢、门系统和电气控制系统组成。,井道中安装有导轨，轿厢和对重由曳引钢丝绳连接，曳引钢丝绳挂在曳引轮上，曳引轮由曳引电动机拖动。轿厢和对重都装有各自的导靴，导靴卡在导轨上。曳引轮运转带动轿厢和对重沿各自导轨做上下相对运动，轿厢上升，对重下降。这样可通过控制曳引电动机来控制轿厢的启动、加速、运行、减速、平层停车，实现对电梯运行的控制。,电梯的工作原理,,,,,,,,,,,,控制柜,曳引钢丝绳,轿门,曳引机,限速器,,轿厢架,轿厢体,导轨,对重,缓冲器,厅门,,召唤箱及指层器,,随行电缆,,,限速器涨紧,第8章第31页,电梯的控制方式有轿内手柄开关控制、轿内按钮开关控制、轿外按钮开关控制、信号控制、集选控制和群控等几种。集选控制方式是将厅外召唤箱发出的外召信号与轿内操纵箱发出的内指令信号进行记忆，并和其它专用信号（如层搂、减速、平层、安全等信号）加以综合分析后，由电梯司机或乘用人员控制电梯运行的控制方式。,2.控制要求,主要控制要求有如下。（1）有司机或无司机控制；（2）自动开关门；（3）到达预定停靠层站，提前减速，平层停车时自动开门；（4）到达上、下端站，提前强迫减速；（5）厅外有召唤装置，轿内有指令装置，能自动记忆召唤和指令，响应之后，能自动将召唤和指令消除（召唤和指令的记忆与消除）；（6）能自动选择运行方向，在司机操纵下，能强迫决定运行方向（选向）；（7）能根据指令和召唤的位置，自动选择停靠层站，并自动平层停车（选层、平层）；（8）厅外和轿内有指示电梯运行方向和所在位置的指示信号（层搂检测与指层）。,8.4.1电梯基本原理,8.4.2电梯电气控制系统的组成,8.4.3I/O编号分配,X0换速信号X1上终端限位X2下终端限位X31内指令（含1上召）输入X42内指令输入X53内指令输入X64内指令输入X72上召输入X103上召输入X112下召输入X123下召输入X13门锁信号输入X14平层信号输入X15门区信号输入X16开门信号输入X17关门信号输入X20强迫向上按钮输入X21强迫向下按钮输入X22司机/自动运行方式X23检修运行方式X24安全触板信号输入X25直驶按钮信号输入,8.4.3I/O编号分配,8.4.3I/O编号分配,8.4.4拖动回路、门电路及系统连接,,,门电路及电气安全回路图,8.4.5控制系统各环节的作用及实现,要对电梯进行控制，首要的问题就是反映电梯实际所在的位置（楼层）。层楼继电器回路就是完成这一功能的。每一层对应一个层楼继电器，电梯在哪一层，对应楼层的层楼继电器就会动作。PLC具有数据传送、算术计算、数据比较处理等功能，所以用PLC很容易能实现层楼电路,1.层楼继电器电路的实现,8.6.5控制系统各环节的作用及实现,启用一数据寄存器D0，电梯在最下层端站时可将1送入D0，最上层端站时，将最高层数送入D0；电梯每上升一层将D0自动加1；电梯每下降一层D0自动减1，这样使D0中存放的始终是层数；然后，将D0分别与1、2、3、相比较，等于几就说明电梯在几，这时驱动对应的层楼继电器，实现层楼电路。四层四站的层楼继电器电路梯形图如右图所示。,指令和召唤回路的作用是将轿内指令和厅外召唤信号记忆并指示，当电梯响应后自动将其消除。记忆和消除可用PLC的SET和RST指令实现。（1）指令回路指令回路梯形图如图所示,,2.指令和召唤回路,,（2）召唤回路,由于除两个端站外，其它各层均有两个召唤（上召、下召），而且召唤的响应是顺向响应。另外若电梯在直驶运行时不响应召唤，此时召唤应保留。所以召唤回路与电梯的运行方向以及是否直驶密切相关，为此在召唤回路中加入了反映直驶和方向监视的继电器M1和M2。,实际决定电梯的运行方向有以下三种情况。,3．选向回路,选向回路的作用，是根据目前电梯的位置和指令、召唤的情况，决定电梯的运行方向，是向上或是向下。,电梯方向的选择，实际就是将指令和召唤的位置与电梯实际位置相比较，若前者在上（位置的上下）电梯则选择向上，相反则选择向下。,方向的实现首先由层楼继电器形成选向链，然后将每层的指令和召唤对应接入。,（1）自然选向如上分析，电梯自己判断来选择方向。,,选层意味着要减速（换速）准备平层停车。电梯的选层分指令选层和召唤选层，即因某层有召唤或有该层的指令使电梯在该层是否停车。其中指令选层是绝对的，若电梯运行正常，指令一定能使电梯在该层减速停车。召唤选层是有条件的，一是召唤选层必须满足同向，即与电梯的运行方向一致，这就是所谓的“顺向截车”；二是直驶时可将召唤屏蔽，即电梯直驶时，即使同向的召唤也不能使电梯减速停车。,4.选层电路,运行线路是电梯控制系统的核心。电梯是由曳引电动机拖动（主回路），主回路的工作受运行线路的控制，以形成如图所示的速度曲线，决定电梯何时启动加速，何时运行，何时减速，何时平层停车。所以电梯的主要性能指标（额定速度、舒适感、平层精度等）由运行线路决定。,5.电梯的运行线路,运行线路控制的梯形图如图所示,运行线路控制的梯形图如图所示,门电路是电梯控制系统中较为独立的单元。它的作用是实现电梯门的开和关。,6.电梯门的控制,门电路和控制系统的联系就在于这一点，由各厅门和轿门的门锁电气限位开关的常开触电串联后，作为门锁信号（X13）。X13为ON，表示全部门安全关闭，可正常运行，否则不能运行。开、关门由门电动机驱动，通过开、关门继电器KMJ、GMJ控制M的正反转实现。因此，设计门的控制时只需考虑开与关门的情况，对应驱动KMJ或GMJ,（1）开门情况上班开门、按钮开门、触板开门和门区提前开门。,（2）关门情况下班关门、按钮开门、停站自动延时关门和强迫向上（向下）启动关门。,8.5PLC随动控制系统中的应用,随动系统是指当某参量的变化规律为无法预先确定的时间函数，其被控量能够以一定的精度跟随参量变化的控制系统，它在化工、冶金、轻工等行业的控制系统中广泛存在。PLC随着功能模块及控制指令的完善，在随动控制系统中替代常规仪表控制，得到了越来越广泛的应用。这里已刨花板生产线的拌胶机系统为例，介绍PLC在随动控制系统中的应用。,拌胶机工艺流程如下图所示。刨花有螺旋给料机供给，压力传感器检测刨花量。,8.5.1工艺过程及要求,胶由胶泵抽给，用电磁流量计检测胶流量；,刨花和胶要按一定的比率送到胶机内搅拌，然后将混料供给下一道工序蒸压成型。,要求刨花量和胶量恒定，并有一定的比例关系，即胶量随刨花量的变化而变化，精度要求3。,根据控制的要求，刨花回路采用比例控制，胶回路采用PI控制，选择开关SA用于随动方式/胶设定方式的转换。,8.5.2控制方案,拌胶机控制系统的输入信号有7个，其中用于启动、停止、随动选择的3个开关为开关量信号，刨花设定、压力传感器、胶设定、流量计信号4个为模拟量信号；输出信号有2个，用于驱动可控硅调速装置及螺旋给料机驱动器，均为模拟量信号。根据I/O信号的数量、类型以及控制要求，选择FX2N-16MR主机,8.5.3PLC的选型,,,4通道模拟量输入模块FX-4AD2通道模拟量输出模块FX-2DA。这样共有8个开关量输入点，8个开关量输出点，4个模拟量输入通道，2个模拟量输出通道，满足控制要求。,8.5.3PLC的选型,将输入信号7个，输出信号2个按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O端一一对应，编排好地址。列出外部I/O信号与PLC的I/O端地址编号对照表,8.5.4I/O地址编号,根据控制原理，螺旋给料机采用比例控制，比例系数KP2,胶泵电机采用PI控制，通过PI调节，抑制输入波形，达到控制要求,8.5.5PLC梯形图程序,拌胶机控制系统梯形图,第8章第61页,拌胶机控制系统梯形图,第8章第62页,谢谢,THANKS,