第八章PLC的應用舉例

第8章PLC的應用舉例8.1在產(chǎn)品分選裝置中的應用8.2在送料車控制上的應用8.3在液體混合裝置上的應用8.4在機械手步進控制中的應用8.5在交通燈控制系統(tǒng)中的應用8.6在強答控制上的應用第8章PLC應用實例

隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應用愈來愈廣泛。本章將介紹幾個PLC的應用實例。8.1在產(chǎn)品分選裝置中的應用一、系統(tǒng)說明：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用流水線作業(yè)，其中對成品或半成品進行檢驗，分選出殘次品是一道必不可少的工序。在流水線上，成品或半成品往往要經(jīng)過若干項檢驗，符合要求者可以隨著流水線進入下一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)；不符合要求者，必須在某處集中地予以排除，不得進入下一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)。成品或半成品在流水線上傳遞的過程中，對其所進行的檢驗結(jié)果也必須同步地傳遞，這樣，當不符合要求者傳遞到規(guī)定的排除點時，才能正確地加以排除，從而實現(xiàn)質(zhì)檢與分選。

利用PLC提供的移位指令，可以很方便地實現(xiàn)產(chǎn)品的分選。下面說明用PLC實現(xiàn)自動分選的設(shè)計方法。圖8.1表示流水線上產(chǎn)品分選示意圖。圖中產(chǎn)品在流水線上步進式傳遞，由1號站逐步運動到5號站，其間分別在1號站和3號站進行幾何尺寸檢驗和光潔度檢驗，只有一項檢驗不合要求，產(chǎn)品就要在5號站被選出排除。1號站2號站3號站4號站5號站步進將步進命令取作移位信號占用輸入00000幾何尺寸檢查占用輸入00001光潔度檢查占用輸入00002排除站占用輸出01002圖6.1產(chǎn)品分選示意圖

由于要進行兩種檢驗，所以采用兩組移位寄存器，以便保存兩種檢驗的結(jié)果，第一組移位寄存器HR0000~HR0004，第二組移位寄存器HR1000~HR1002。因為從幾何檢驗到出次品，共經(jīng)過5個站，故占用5位移位寄存器，同理光潔度檢驗要占用3位移位寄存器。流水線的步進信號作為移位寄存器的移位時鐘脈沖信號，而幾何檢驗和光潔度檢驗結(jié)果分別作為兩組移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入，合格時輸入“0”，不合格時輸入“1”，輸出為5號站，即排除站上的排除設(shè)備。I/O分配見表8-1所示。表8-1產(chǎn)品分選系統(tǒng)的I/O分配表輸入輸出步進脈沖00000排除設(shè)備01002幾何檢驗00001光潔度檢驗00002系統(tǒng)復位00003

二、程序說明根據(jù)以上分析設(shè)計出梯形圖，見圖8-2000010000000003000020000000003HR0004HR100201002INCPRSFTHR1HR1INCPRSFTHR0HR0圖8-2產(chǎn)品分選裝置梯形圖

步進信號每產(chǎn)生一個脈沖，流水線傳遞一站。1、假設(shè)現(xiàn)有一工件A某時刻正在1號站受檢，其幾何尺寸不合格，則當A工件由1號站起步向2號站傳遞時，步進信號00000產(chǎn)生一個脈沖，其上升沿時刻，工件A的幾何檢驗結(jié)果“1”從輸入點移位到HR0000。

2、當工件A從2號站向3號站傳遞時，步進信號00000又產(chǎn)生一個脈沖，使幾何檢驗結(jié)果“1”同步移入HR0001。3、在3號站，工件A接收光潔度檢驗，設(shè)其光潔度合格，則工件A從3號站起步向4號站傳遞時，步進信號00000的上升沿使A的幾何檢驗結(jié)果“1”從HR0001移至HR0002，同時A的光潔度檢驗結(jié)果“0”從輸入點00000移入HR1000。

4、當工件A從4號站起步向5號站傳遞時，兩種檢驗結(jié)果“1”、“0”分別在兩組移位寄存器中移位。5、當工件A由5號站起步時，“1”、“0”信號分別移入HR0004和HR1002二者的觸點只要有一個閉合，即工件A只要有一項檢驗不合格，則使輸出線圈01002得電，驅(qū)動排除設(shè)備分選工件A。由此可見，如果工件A幾何檢驗不合格或者光潔度檢驗不合格，或者兩項檢驗均不合格時，當其由5號站起步時，輸出線圈01002得電，使工件A被選出。反之，若工件A經(jīng)過幾何檢驗和光潔度檢驗均為合格時，則A是5號站起步時，移位寄存器HR0004和HR1002均為“0”信號，其常開觸點斷開，01002不可能得電，排除設(shè)備不動作，工件A順利進入下一道工序。

步進信號00000在工件由一站起步向另一站傳遞的時刻產(chǎn)生一個脈沖，可以保證檢驗信號可靠地進入移位寄存器。選用保持繼電器HR作移位寄存器，使此裝置具有斷電保持功能，斷電又恢復后，裝置可以繼續(xù)工作而不需要重新開始。8.2在送料車控制上的應用

一、系統(tǒng)說明如圖8-3所示，有一送料車自動循環(huán)送料。小車處于起始位置時，CK0閉合，系統(tǒng)啟動后，小車在起始位置裝料，20S后向右運動，到CK1位置時，CK1閉合，小車下料后再返回起始位置，再用20S的時間裝料，其后向右運動到CK2位置，此時CK2閉合，小車下料后返回起始位置。以后重復上述過程，直至有復位信號輸入。小車CK0CK1CK28-3送料小車工作示意圖

小車的工作循環(huán)過程如下：啟動→裝料→第一次向右運動→第一次返回→第二次裝料→第二次向右運動→第二次返回→……

根據(jù)小車的工作循環(huán)過程可以畫出CK0、CK1、CK2及定時器的時間關(guān)系圖。因為小車在第一次到達CK1時要改變運動方向，而第二次到達CK1時不改變運動方向，所以利用計數(shù)器的計數(shù)功能來識別到達CK1的次數(shù)，以決定是否要改變小車運動方向。定時器用來記錄裝料時間。小車控制的時序圖如圖8-4所示。I/O分配表如表8-2所示。輸入輸出輔助繼電器/定時器/計數(shù)器啟動按鈕00009小車右行01000工作允許繼電器20000定時器TIM000復位按鈕00010CK000000小車左行01001計數(shù)器CNT001CK100001CK200002表8-2I/O分配表CK100001第一次右行限位開關(guān)CK200002第二次右行限位開關(guān)00009啟動按鈕00010停止按鈕20000工作允許CK000000起始限位開關(guān)TIM000裝料定時CNT001右行計數(shù)01000向右01001向左圖8-4送料小車工作時序圖

二、程序說明根據(jù)時序關(guān)系設(shè)計梯形圖，見圖8-5。1、中間輔助繼電器20000作為系統(tǒng)工作允許繼電器，啟動信號00009使20000置“1”，復位信號00010使之清“0”，只有當20000為“1”時，小車才能循環(huán)工作，當20000為“0”時，小車回到起始位置后停止工作。2、小車位于CK0時，開始定時裝料，20S后定時器接通，小車右行即01000得電。當小車離開CK0時，定時器復位，但01000的自鎖功能使之仍得電，小車仍右行。3、小車行至CK1時，計數(shù)器減一，由于CK1的常閉觸點斷開，01000失電，小車停止右行。4、小車停止右行，使中間繼電器01011產(chǎn)生一個脈沖，使01001得電，即使小車左行。01001的自鎖功能使得小車左行至到達CK0位置。5、定時器重新定時，小車第二次裝料之后小車右行，均與第一次相同。但是當小車行至CK1時，計數(shù)器減一至零，使CNT001的常開觸點接通，所以此時小車繼續(xù)右行直至到達CK2的位置，CK2的常閉觸點斷開，01000失電，小車停止右行，再次改變?yōu)樽笮小?/p>

6、左行過程中經(jīng)過CK1位置時，使計數(shù)器復位，為下一次循環(huán)作準備，小車左行至CK0位置停止，等待下一次循環(huán)。000092000000010200002000000000000010000101001CNT001CPRCNT001#0002TIM00000001CNT00101000010000100000002CNT00101011000000100101001DIFD01011TIM000#02008-5送料小車控制梯形圖8.3在液體混合裝置上的應用

一、系統(tǒng)說明液體混合裝置的原理示意圖，如圖8-6，其中H、L、I為液面?zhèn)鞲衅?，當液面超過傳感器位置時，傳感器為ON狀態(tài)，否則為OFF狀態(tài)，X1、X2、X3為管道電磁閥，M為液體混合攪拌電機。X1X2HILMX3液體A液體B圖8-6液體混合裝置示意圖

液體混合裝置的工作流程如下：1、初始狀態(tài)容器是空的，各個閥門均處于OFF狀態(tài)，液體傳感器也處于OFF狀態(tài)，攪拌電機不工作，處于OFF狀態(tài)。2、裝置啟動按動“啟動”按鈕，裝置進入工作狀態(tài)，并根據(jù)給定流程工作。3、工作過程（1）打開電磁閥X1，X1變?yōu)镺N狀態(tài)，使液體A流入容器；當液面達到I位置時，I變?yōu)镺N狀態(tài)，此時關(guān)閉X1，打開X2，使X1為OFF，X2為ON狀態(tài)。（2）當液面達到H位置時，H為ON狀態(tài)，此時關(guān)閉X2，啟動混合攪拌電機M，使X2為OFF，M為ON狀態(tài)。

（3）攪拌持續(xù)6S種之后，使M為OFF狀態(tài)，開始放出混合液體，打開電磁閥X3，X3為ON狀態(tài)。（4）當液面達到L時，即L從ON狀態(tài)變?yōu)镺FF狀態(tài)時，開始計時，經(jīng)過2S鐘容器放空，關(guān)閉電磁閥X3，使X3為OFF，完成一個工作循環(huán)過程。4、裝置停止按動“停止”按鈕，則在當前的工作流程進行完畢之后，停止操作，即停止在初始狀態(tài)上。

根據(jù)控制要求，I/O分配表如表8-3，I/O接線圖如圖8-7。表8-3液體混合裝置I/O分配表輸入輸出啟動輸入00000電磁閥X101000停止輸入00001電磁閥X201001液面H00002電磁閥X301002液面I00003電機M01101液面L00004~啟動按鈕停止按鈕HILDC24VX1X2X3DC24VMAC24V0000000001000020000300004COMCOM01000010010100201101COMCOMCOMCPM2A圖8-7液體混合系統(tǒng)系統(tǒng)接線圖

二、程序說明根據(jù)控制要求及I/O分配表，設(shè)計出混合裝置的梯形圖，下面給出用兩種設(shè)計方法設(shè)計的梯形圖。1、鎖存順序控制梯形圖如圖8-8所示。其中，幾個微分指令中的輔助繼電器分別在輸入信號上升沿或下降沿時刻置為“ON”狀態(tài)一個掃描周期，保證各步動作之間的準確切換。啟動0000200003DIFU01102DIFU0110300004DIFU011040000000001KEEP01115SR01115DIFU0110001115KEEP01000SRTIM001011000110301103KEEP01001SR0110201102KEEP01101SRTIM00001101TIM000#006001101DIFD0110501105KEEP01002SRTIM00101104KEEP01114SRTIM00101114TIM001#0020END(001)圖8-8鎖存順序控制梯形圖之前，輸入繼電器、中間繼電器及輸出繼電器均為OFF狀態(tài)。按“啟動”按鈕后，使01115置為“ON”，表示裝置處于工作狀態(tài)，此時X1電磁閥被打開。即01000為ON。當液位到達Ι時，即00003由OFF變?yōu)镺N，01103關(guān)閉X1，打開X2，即輸出01000為OFF，01001為ON。當液位到達H點時，即00002由OFF變?yōu)镺N時，關(guān)閉X2，打開電機M，即輸出01001為OFF，01008為ON，同時啟動定時器TIM000定時為6S。定時時間到，則關(guān)閉電機M，打開電磁閥X3，即01101為OFF，01002為ON。當液位降到L點時，即00004由ON變?yōu)镺FF時，啟動定時器TIM001定時2s，定時時間到，則關(guān)閉X3，即X3為OFF。如果此時01115仍為ON狀態(tài)，則打開X1，開始下次循環(huán)?？梢钥闯觯巴Ｖ埂?/p>

按鈕按下后，輸入00001為ON，又使01115為OFF，使裝置退出工作狀態(tài)，但“停止”按鈕只能在裝置完成當前一次循環(huán)之后才停止在初始狀態(tài)，禁止X1電磁閥打開。通過以上分析可以看出梯形圖滿足系統(tǒng)要求。2、采用移位寄存器進行設(shè)計的梯形圖如圖8-9所示。圖中前半部分的作用與鎖存順序類似。后半部分的移位寄存器用來記錄工作流程中的步驟，初始狀態(tài)為00001，每完成一個步驟，移位寄存器左移一位。混合裝置的流程可分四步，所以占用了移位寄存器的低四位HR0000～HR0003，當四步工作做完，則恢復初始狀態(tài)00001，故用移位寄存器的HR0003位作移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入，便于裝置循環(huán)工作。按“啟動”按鈕后，保持繼電器HR0100置為ON，表示裝置進入工作狀態(tài)。移位寄存器HR00的初始值設(shè)為00001，HR0000為ON，計數(shù)器均處于復位狀態(tài)，輸出01000為ON，其它為OFF，表示打開X1。當液位打到I點時，01103為ON一個0000200003DIFU01102DIFU0110300004DIFU011040000000001KEEPHR0100SRHR0100DIFU0110001100MOV#0001HR00HR0003IN0120025314CPRSFTHR00HR00CNT0020110301102CNT001HR010001200HR0100CNT002MOV#0000HR0025502HR0002CPRCNT001#006001104CNT002KEEPHR0101SRHR000001000HR000101001HR000201101HR000325502HR0101CPRCNT002#0020CNT002圖8-9移位寄存器控制的梯形圖HR000301002END(001)掃描周期，使01200也為ON一個掃描周期，移位寄存器移位，HR0001為ON，輸出01001為ON，即關(guān)閉X1，打開X2。當液面達到H點時，01102為ON一個掃描周期，使01200得電，移位寄存器移位，HR0002為ON，啟動計數(shù)器CNT001（計數(shù)器01、02均以25502為輸入時鐘，故定時時間分別為0.1s×60和0.1s×20即6s和2s）同時輸出01101為ON，其余為OFF，即打開電機M,關(guān)閉X2。當定時器6s時間到，01200再次得電，移位寄存器移位，HR0003為ON，將計數(shù)器CNT001復位，輸出01002為ON，其余為OFF，即打開X3。當液位到L點時，將HR0101置為ON，啟動計數(shù)器CNT002，2s定時時間到，HR0101置為OFF，計數(shù)器CNT002復位，移位寄存器移位，HR00的狀態(tài)變?yōu)?0001，即關(guān)閉X3、恢復初始狀態(tài)，等待下一次循環(huán)。利用移位寄存器中的“1”移位，來控制各步動作，而移位又是受輸入控制的?！巴Ｖ埂卑粹o使HR0100置為OFF，但只在一次循環(huán)結(jié)束之后，即CNT002為ON時使移位寄存器清為00000，停止任何動作。這種設(shè)計方法避免了過多使用鎖存電路。8.4在機械手步進控制中的應用機械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常會遇到一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、切割、噴染、裝配等等。利用可編程控制器能控制機械手按規(guī)定的工序動作。圖8－28為機械手搬物示意圖。一、機械手的工作流程啟動SB1停止SB2光電開關(guān)PS傳送帶A傳送帶B上升限位：SQ1下降限位：SQ2左轉(zhuǎn)限位：SQ3右轉(zhuǎn)限位：SQ4上升：YV1下降：YV2左傳：YV3右轉(zhuǎn)：YV4夾緊：YV58-28機械手控制示意圖圖8－28中的機械手要將傳送帶A上的物品一個一個地搬到傳送帶B上。當按下機械手啟動按鈕之后，機械手開始工作。首先上升，至上限位開關(guān)動作。左轉(zhuǎn)，至左限位開關(guān)動作。下放，至下限位開關(guān)動作。啟動傳送帶A，并檢測有無物品傳送過來，若檢測到物品，則抓緊。再次上升至最高處，右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動作。下放，至最低點。松開手爪，并延時Ts,則完成一次搬運任務。如此循環(huán)，直至按下停止按鈕。根據(jù)機械手的工作流程，畫出邏輯關(guān)系如圖8－29。二、I/O分配表8－10給出了該系統(tǒng)的I/O分配反復12345678啟動（PB1）停止（PB2）運行抓緊（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）傳送帶上物品檢測（PS1）傳送帶A向前（Y00）手臂左移（Y01）手臂右移（Y02）手臂上升（Y03）手臂下降（Y04）抓緊（Y05）放松（Y06）表8－10機械手控制I/O分配表

右傳限位開關(guān)00004上升限位開關(guān)00005下降限位開關(guān)00006物品檢測00007輸入輸出啟動00000停止00001手爪抓緊00002左傳限位開關(guān)00003傳送帶A運行01000機械手左傳01001機械手右轉(zhuǎn)01002機械手上升01003機械手下降01004抓緊01005放松01006三、梯形圖設(shè)計根據(jù)機械手的邏輯時序圖及I/O分配，畫出控制梯形圖，見圖8－30。由梯形圖可以看出：①傳送帶A運行的條件是：機械手左移、下降均到位（00003為ON，00006為ON），并且未檢測到物品（00007為OFF），手爪處于放松狀態(tài)（00002為OFF）。②手臂左轉(zhuǎn)的條件是：手臂上升到位（00005為ON），左轉(zhuǎn)不到位（00003為OFF），并且手爪沒抓物品（00002為OFF），無右轉(zhuǎn)命令（01002為OFF）。

③手臂右轉(zhuǎn)的條件是：手臂上升到位（00005為ON），右轉(zhuǎn)不到位（00004為OFF），手爪抓有物品（00002為ON），并且無左轉(zhuǎn)命令（01001為OFF）。④手臂上升的條件是：手臂上升不到位（00005為OFF），無手臂下降的命令（01004為OFF），并且滿足下列條件之一：（1）手臂左轉(zhuǎn)到位，并且手爪抓有物品。（2）手臂右轉(zhuǎn)到位，手爪沒有抓物品。（3）手臂左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)均不到位（00003、00004均為OFF）。第（3）個條件是針對啟動時手臂位置不確定而設(shè)計的。

⑤手臂下降的條件是：手臂下降不到位（00006為OFF），無手臂上升的命令（01003為OFF），并且滿足下列條件之一：（1）手臂左轉(zhuǎn)到位，并且沒有抓物品。（2）手臂右轉(zhuǎn)到位，并且抓有物品。⑥手爪抓緊運行的條件是：手臂左轉(zhuǎn)、下降均到位（00003、00006為ON）,并檢測到傳送帶上有物品（00007為ON），手爪中還沒抓物品（00002為OFF），無放松命令（01006為OFF）。

⑦手爪放松運行的條件是：手爪抓著物品隨手臂右轉(zhuǎn)、下降到位時（00002為ON、00004、00006為ON），開始定時Ts。定時期間，手爪放松，定時時間到，則停止放松動作。另外，當按下停止按鈕時，手臂停止動作，即手臂停止在不定的位置。000000000120000200000000200007000030000600003000050000201002010020000500002000040100101001000020000300005010040100301000200000000400002000040000301004010050100101006TIM0000000300002010030000600002000040000300006000070000201006000060000400002TIM0000100101001TIM0000100101005IL（02）ILC（03）END(01）圖8－30機械手控制梯形圖8.5在交通燈控制系統(tǒng)中的應用

一、系統(tǒng)說明在馬路的十字路口上有交通燈，分南北方向核東西方向，在每個方向的馬路上又有交通燈，指示人行橫道是否允許通行。交通燈控制系統(tǒng)要求：當按下啟動按鈕后，交通燈按表8－11的順序循環(huán)變化，如果交通燈控制系統(tǒng)被啟動，啟動按鈕將不再起作用，若要系統(tǒng)停止工作，按停止按鈕。

南北馬路南北馬路人行橫道東西馬路東西馬路人行橫道黃燈10s綠燈30s黃燈10s紅燈40s紅燈40s黃燈10s綠燈30s紅燈50s紅燈45s綠燈25s綠燈25s紅燈40s紅燈40s黃燈10s綠燈30s綠燈30s綠燈25s綠燈25s紅燈50s紅燈45s閃5s閃5s閃5s閃5s表8-11交通燈變化順序表

馬路的紅黃綠燈點亮的時間分別是40s、10s和30s。南北馬路點亮紅燈時，東西馬路點亮綠燈或黃燈，反之，南北馬路點亮綠燈或黃燈時，東西馬路點亮紅燈，總之，任一時刻，只允許南北方向或東西方向通行。人行橫道的紅綠燈點亮的時間分別是50s和30s，其中綠燈亮的最后5s，綠燈閃爍，提醒行人人行橫道將要禁止通行了。人行橫道的紅燈點亮的時刻比相應馬路上的綠燈點亮的時刻提前5s，而熄滅的時刻比黃燈熄滅的時刻滯后5s，可以確保行人的安全。二、I/O分配根據(jù)系統(tǒng)控制要求，可以確定系統(tǒng)的I/O分配，如表8－12所示。輸入輸出啟動00000停止00001南北馬路紅燈01000南北馬路黃燈01001南北馬路綠燈01002南北馬路人行橫道紅燈01003南北馬路人行橫道綠燈01004東西馬路紅燈01006東西馬路黃燈01007東西馬路綠燈01008東西馬路人行橫道紅燈01009東西馬路人行橫道綠燈01010表8-12交通燈控制I/O分配表三、系統(tǒng)梯形圖設(shè)計因為交通燈控制系統(tǒng)中，是以時間為控制條件的，所以在此設(shè)置一些定時器TIM000～TIM006，分別定時30s、10s、5s、25s、5s、5s、5s。首先畫出系統(tǒng)的時序關(guān)系圖，見圖8－31。再跟據(jù)實現(xiàn)關(guān)系圖畫出系統(tǒng)梯形圖，見圖8－32。中間繼電器20000為啟動的電平信號，啟動控制鈕使之為ON，停止按鈕使之為OFF。另外，當交通燈循環(huán)變化一次，TIM006接通使20000為OFF，同時使所有定時器復位，準備進行下一次循環(huán)，TIM006復位又使20000位ON，所以20000在每次循環(huán)結(jié)束之后斷開一個掃描周期，因為此時時間很短，僅為幾十毫秒，人的視覺感覺不出燈的閃爍。梯形圖對應的助記符程序如表8－13所示，讀時按整個表第一、二欄次序讀。

按鈕01000馬路綠燈定時器TIM00馬路黃燈定時器TIM01橫道紅燈定時器TIM02橫道綠燈定時器TIM02橫道綠燈閃TIM04馬路紅燈定時器TIM06馬路綠燈馬路黃燈橫道綠燈橫道綠燈圖6－13交通燈控制時序圖