第04章可編程序控制器系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)及應(yīng)用

第4章可編程序控制器系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)及應(yīng)用4.1可編程序控制器系統(tǒng)的分析方法4.2可編程計(jì)序控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.3

C650臥式車床的PLC控制

4.1可編程序控制器系統(tǒng)的分析方法

一可編程序控制器的系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容

圖4-1采用可編程序控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.系統(tǒng)分析的基本思路：從工藝要求出，明確控制要求、機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)與相關(guān)信息及操作員的主令信號(hào)之間的關(guān)系。

1）了解和掌握PLC控制系統(tǒng)的控制對(duì)象的工作過程、工藝要求。

2）掌握PLC控制系統(tǒng)的電氣、液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)的組成，分析電氣、液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)的控制原理。要了解各個(gè)控制指令、檢測(cè)信號(hào)和控制輸出信號(hào)的作用和相互關(guān)系，了解它們與PLC的端口連接關(guān)系。

3）控制軟件的分析（PLC控制系統(tǒng)分析的核心）。對(duì)于用不同編程語言編制的程序，應(yīng)采取不同的分析方法。2.PLC控制系統(tǒng)分析工作的主要內(nèi)容二可編程序控制器系統(tǒng)分析的常用方法可編程序控制器系統(tǒng)分析的過程是：首先要從整體上把握編程的總體思路，然后再做細(xì)節(jié)的分析。分析程序的過程中，應(yīng)在逐步、反復(fù)分析的基礎(chǔ)上整理、歸納并繪制出總的、局部的程序框圖。系統(tǒng)分析的主要方法有：

用自然語言平鋪直敘地依次說明各編程元件的行為和狀態(tài)，是普遍采用的方法。（2）圖形分析法

梯形圖程序中的編程元件，絕大部分只存在于兩種狀態(tài)：對(duì)于邏輯運(yùn)算值或?yàn)椤?”或?yàn)椤?”，對(duì)于接點(diǎn)是接通或斷開，可用簡(jiǎn)單的線條或符號(hào)（圖）來標(biāo)明它們的狀態(tài)。圖形分析法用的較多的是時(shí)序圖法。（3）邏輯函數(shù)法梯形圖程序中編程元件只存在于兩種狀態(tài)之中，故可以利用邏輯代數(shù)來描述其控制規(guī)律。（1）文字?jǐn)⑹龇ㄈ删幊绦蚩刂破飨到y(tǒng)分析實(shí)例1.分析工藝過程、明確控制要求某中央空調(diào)系統(tǒng)的冷水機(jī)組采用4臺(tái)全封閉制冷壓縮機(jī)，組成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的制冷回路，采用可編程控制器進(jìn)行控制，以下對(duì)本系統(tǒng)控制原理進(jìn)行分析。

（1）工藝過程分析兩個(gè)制冷回路相對(duì)獨(dú)立，兩個(gè)回路可同時(shí)工作，也可以各自單獨(dú)工作。控制方式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種。對(duì)冷水回水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，自動(dòng)增減投入運(yùn)行的制冷回路數(shù)。此外，還有較全面的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、保護(hù)、報(bào)警及顯示等功能。（2）控制要求

1）4臺(tái)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式采用全壓直接起動(dòng)。4臺(tái)電動(dòng)機(jī)依次起動(dòng)，并保持一定的時(shí)間間隔。

2）設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。

3）設(shè)有冷水機(jī)組與水泵間的聯(lián)鎖控制，冷水或冷卻水?dāng)嗨?、冷水出口溫度過低、壓縮機(jī)排氣壓力過高或吸氣壓力過低等也設(shè)有相應(yīng)的保護(hù)。

4）壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的缺相、過載等必要保護(hù)環(huán)節(jié)齊全。

5）各壓縮機(jī)狀態(tài)、機(jī)組的運(yùn)行方式及各種故障狀態(tài)等有必要的顯示。在故障狀態(tài)時(shí)，有聲光同時(shí)示警。圖4-2端子接線圖2．分析PLC的I/O端子分配及I/O表（1）I/O端子分配本例中選用OMRON公司的C200-H系列產(chǎn)品的5槽母板C200H-BC051，兩塊輸入模塊分別插在0號(hào)槽和1號(hào)槽上，對(duì)應(yīng)的輸入通道號(hào)即為000CH和001CH；兩個(gè)輸出模塊分插在3號(hào)和4號(hào)槽上，則輸出模板的通道號(hào)為003CH和004CH輸入輸出端子分配接線如圖4-2。

冷卻水出口溫度：當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)溫度繼電器處于常態(tài)（強(qiáng)調(diào)動(dòng)作時(shí)溫度高于設(shè)定值），其動(dòng)斷（常閉）接點(diǎn)處于通態(tài)，PLC的輸入繼電器00008處于動(dòng)作狀態(tài)。回路1溫控設(shè)定值可高于回路2的溫度設(shè)定值（當(dāng)然，也可相反設(shè)定），常態(tài)時(shí)常閉接點(diǎn)接通，對(duì)應(yīng)的PLC的00010和00011均處于動(dòng)作狀態(tài)。防凍開關(guān)設(shè)定值約3攝氏度，常態(tài)時(shí)常閉接點(diǎn)接通，PLC的00013處于動(dòng)作狀態(tài)?；芈?和回路2的高低壓開關(guān)在未達(dá)設(shè)定值時(shí)均為常態(tài)，對(duì)應(yīng)PLC的00109、00110、00111、00112均處于動(dòng)作狀態(tài)。兩個(gè)水流開關(guān)在水未斷流時(shí)動(dòng)作，所以水未斷流時(shí)，PLC的00113、00115處于動(dòng)作狀態(tài)。水泵聯(lián)鎖開關(guān)對(duì)應(yīng)的輸入繼電器00100、00104處于動(dòng)作狀態(tài)。編程元件號(hào)用途注釋00000總停開關(guān)系統(tǒng)總停00001總開開關(guān)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)起動(dòng)系統(tǒng)00002自動(dòng)/手動(dòng)切換打手動(dòng)時(shí)00002接通，自動(dòng)時(shí)00002復(fù)位00003回路1投入00003動(dòng)作時(shí)，回路1可以起動(dòng)00004回路2投入00004動(dòng)作時(shí)，回路2可以起動(dòng)00005缺相檢測(cè)正常時(shí)00005接通，缺相時(shí)00005復(fù)位00006回路1起動(dòng)手動(dòng)時(shí)，起動(dòng)回路100007回路2起動(dòng)手動(dòng)時(shí)，起動(dòng)回路200008冷卻水出口溫度高限冷卻水出口溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，00008復(fù)位00009報(bào)警器消復(fù)位聲音報(bào)警器00010回路1溫度設(shè)定達(dá)到溫度設(shè)定值時(shí)，00010復(fù)位，1路停00011回路2溫度設(shè)定達(dá)到溫度設(shè)定值時(shí)，00011復(fù)位，2路停00013冷水出口低溫極限冷水出口溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，00013復(fù)位，系統(tǒng)總停00100冷卻水泵聯(lián)鎖冷卻水泵開時(shí)，00100動(dòng)作00101壓縮機(jī)1電子保護(hù)}正常時(shí)，00101，00102，00103，00104處于動(dòng)作狀態(tài)00102壓縮機(jī)2電子保護(hù)00103壓縮機(jī)3電子保護(hù)00104壓縮機(jī)4電子保護(hù)編程元件號(hào)用途注釋00105壓縮機(jī)1過載保護(hù)}正常時(shí)，00105，00106，00107，00108處于復(fù)位狀態(tài)00106壓縮機(jī)2過載保護(hù)00107壓縮機(jī)3過載保護(hù)00108壓縮機(jī)4過載保護(hù)00109回路1高壓保護(hù)回路1排氣壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，00109復(fù)位00110回路1低壓保護(hù)回路1吸氣壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，00110復(fù)位00111回路2高壓保護(hù)回路2排氣壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，00111復(fù)位00112回路2低壓保護(hù)回路2吸氣壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，00111復(fù)位00113冷水水流斷保護(hù)冷水流斷時(shí)，00113復(fù)位00114冷水水泵聯(lián)鎖冷水水泵起動(dòng)后，00114動(dòng)作00115冷卻水?dāng)嗔鞅Ｗo(hù)冷卻水?dāng)嗔鲿r(shí)，00115復(fù)位00301壓縮機(jī)1控制}分別控制1~4壓縮機(jī)00302壓縮機(jī)2控制00303壓縮機(jī)3控制00304壓縮機(jī)4控制輸入號(hào)用途注釋00305壓縮機(jī)1電子保護(hù)器供電}分別為1~4電動(dòng)機(jī)電子保護(hù)器供電00306壓縮機(jī)2電子保護(hù)器供電00307壓縮機(jī)3電子保護(hù)器供電00308壓縮機(jī)4電子保護(hù)器供電00401壓縮機(jī)1運(yùn)行顯示運(yùn)行00402壓縮機(jī)2運(yùn)行00403壓縮機(jī)3運(yùn)行00404壓縮機(jī)4運(yùn)行00405自動(dòng)運(yùn)行指示自動(dòng)運(yùn)行顯示00406手動(dòng)運(yùn)行指示手動(dòng)運(yùn)行顯示00407防凍指示冷水出口溫度達(dá)低限值顯示00408冷卻水?dāng)嗔骼鋮s水?dāng)嗔黠@示00409冷水?dāng)嗔骼渌當(dāng)嗔黠@示00410開機(jī)延時(shí)指示開機(jī)的延時(shí)過程中顯示3.PLC控制程序分析（1）程序結(jié)構(gòu)分析

1）控制功能程序模塊

2）監(jiān)控及保護(hù)程序模塊

3）報(bào)警及工作狀態(tài)顯示程序模塊（2）程序運(yùn)行原理分析

1）系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證條件

2）控制程序分析自動(dòng)/手動(dòng)開關(guān)打“手動(dòng)”位置自動(dòng)/手動(dòng)開關(guān)打“自動(dòng)”位置圖4-3梯形圖程序圖4-3（續(xù)）3）監(jiān)控和保護(hù)程序分析4）報(bào)警及顯示程序開機(jī)延時(shí)顯示工作方式顯示電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)控制五臺(tái)電機(jī)，都有啟動(dòng)和停止按鈕，要求順序啟動(dòng)。I/O分配輸入：五個(gè)啟動(dòng)按鈕，五個(gè)停止按鈕輸出：五個(gè)控制電機(jī)的接觸器作業(yè)：1.P1264-1。2.對(duì)應(yīng)以上兩個(gè)梯形圖編寫指令表。4.2可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、可編程序控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟控制系統(tǒng)總體方案選擇軟件設(shè)計(jì)可編程控制器的機(jī)型選擇硬件電路設(shè)計(jì)1．可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容圖4-4可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖2.可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟確定控制范圍硬件電路設(shè)計(jì)用戶程序設(shè)計(jì)組裝調(diào)試撰寫說明書等技術(shù)文件二、可編程序控制器系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)1.可編程序控制器型號(hào)的選擇（1）功能及結(jié)構(gòu)（2）輸入輸出模塊的選擇（3）I/O點(diǎn)數(shù)的估算（4）所需內(nèi)存容量估計(jì)（5）響應(yīng)時(shí)間傳感器等檢測(cè)裝置、顯示電路、故障保護(hù)電路等可編程序控制器的選型電源的引入及控制可編程控制器的輸入輸出電路負(fù)載驅(qū)動(dòng)回路序號(hào)電器設(shè)備、元件輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)I/O總數(shù)1Y－Δ起動(dòng)的籠型電機(jī)4372單向運(yùn)行籠型電機(jī)4153可逆運(yùn)行籠型電機(jī)5274單向變極電動(dòng)機(jī)5385可逆變極電動(dòng)機(jī)64106單向運(yùn)行的直流電機(jī)96157可逆運(yùn)行的直流電機(jī)128208單線圈電磁閥2139雙線圈電磁閥32510比例閥35811按鈕開關(guān)1－112光電管開關(guān)2－213信號(hào)燈－1114撥碼開關(guān)4－415三擋波段開關(guān)3－316行程開關(guān)1－117接近開關(guān)1－118抱閘－1119風(fēng)機(jī)－1120位置開關(guān)2－221功能控制單元20（6，32，48；64，128）2.電源的分配及相應(yīng)保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)主電路電源：由系統(tǒng)總斷路器承擔(dān)PLC的工作電源：有直流的也有交流的，而且有不同的電壓等級(jí)，在選用交流工作電源的PLC時(shí)，一般可直接引于系統(tǒng)中滿足要求的交流電壓源，但當(dāng)可靠性要求更高時(shí)，則應(yīng)采用控制變壓器；PLC的工作電源可由專設(shè)的斷路器提供，兼有多種保護(hù)；PLC的輸入信號(hào)電源：因PLC輸入模塊的不同而不同，而輸入模塊的選取通常又取決于各種傳感器，在大多數(shù)情況下，當(dāng)只有開關(guān)量的邏輯控制時(shí)，檢測(cè)元件只提供無源的接點(diǎn)，常用的是直流24V或交流220V，有些型號(hào)的PLC的電源模塊本身提供直流24V的傳感器工作電源PLC的輸出驅(qū)動(dòng)電源：由驅(qū)動(dòng)對(duì)象決定，比如接觸器的線圈工作電壓、電磁換向閥的線圈工作電壓、信號(hào)燈的工作電壓或報(bào)警器的工作電壓等;輸出驅(qū)動(dòng)電源可設(shè)熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)，對(duì)于分組輸出的模塊，每組都要設(shè)熔斷器做短路保護(hù)。3.可編程控制器輸入、輸出配置及地址編號(hào)

4.可編程序控制器輸入電路的設(shè)計(jì)

當(dāng)檢測(cè)元件是有觸點(diǎn)開關(guān)時(shí)，只須保證觸點(diǎn)的接觸電阻很小,確保光敏三極管可靠飽和導(dǎo)通，設(shè)計(jì)時(shí)只要使用質(zhì)量合格的開關(guān)或檢測(cè)裝置但當(dāng)檢測(cè)元件的輸出為無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體開關(guān)元件時(shí)。重點(diǎn)分析開關(guān)元件的導(dǎo)通最小飽和電流和關(guān)斷時(shí)的最大漏電流。在采用匯點(diǎn)輸入方式，即多個(gè)輸入點(diǎn)的輸入回路共用一個(gè)公共端子（COM）時(shí)，還應(yīng)考慮公共母線的電流承載能力。5.可編程序控制器輸出驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)能力觸點(diǎn)保護(hù)輸入配置及地址編號(hào)輸出點(diǎn)配置及地址編號(hào)

圖4-5工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)工作示意圖6.硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)例

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝要求

圖4-6面板布置圖（2）控制要求及功能分配工作方式操作面板單操作步進(jìn)操作單周期操作連續(xù)操作選用OMRON整體式小型可編程控制器CPM1A的30點(diǎn)繼電器輸出型

（3）端子分配

圖4-8電源及相應(yīng)的保護(hù)電路（4）硬件電路設(shè)計(jì)

電源及相應(yīng)的保護(hù)電路

輸入和輸出電路

三可編程序控制器系統(tǒng)的軟件編程

1.可編程序控制器的軟件編程內(nèi)容

設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)2.可編程控制器應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的步驟和方法

（1）程序設(shè)計(jì)步驟編程準(zhǔn)備工作程序框圖設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的編寫程序調(diào)試編寫程序說明書（2）應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的常用方法