《電氣控制》課件第7章

第7章S7-200PLC編程方法及工程實(shí)例7.1梯形圖的編程規(guī)則7.2梯形圖程序的優(yōu)化7.3梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法小結(jié) 7.1梯形圖的編程規(guī)則

梯形圖的編程規(guī)則如下:

(1)每個梯形圖程序段都必須以輸出線圈或指令框(Box)結(jié)束,比較指令框(相當(dāng)于觸點(diǎn))、中線輸出線圈和上升沿、下降沿線圈不能用于程序段結(jié)束。

(2)指令框的使能輸出端“ENO”可以和右邊的指令框的使能輸入端“EN”連接,如圖7-1所示。圖7－1梯形圖1

(3)下列線圈要求布爾邏輯,即必須用觸點(diǎn)電路控制它們,它們不能與左側(cè)垂直“電源線”直接相連:輸出線圈、置位(

S)、復(fù)位(R)線圈;中線輸出線圈和上升沿、下降沿線圈:

計數(shù)器和定時器線圈;邏輯非跳轉(zhuǎn)(JMPN);主控繼電器接通(MCR<);將RLO存入BR存儲器(SAVE)和返回線圈(RET)。

恒“0”與恒“1”信號的生成如圖7－2所示梯形圖。圖7－2梯形圖2

(4)下列線圈不能用于并聯(lián)輸出:邏輯非跳轉(zhuǎn)(JMPN)、跳轉(zhuǎn)(JMP)、調(diào)用(CALL)和返回(RET)。

(5)如果分支中只有一個元件,刪除這個元件時,整個分支也同時被刪掉。刪除一個指令框時,該指令框除主分支外所有的布爾輸入分支都將同時被刪除。

(6)能流只能從左到右流動,不允許生成使能流流向相反方向的分支。例如,圖7-3中的I0.3的常開觸點(diǎn)斷開時,能流流過I0.4的方向是從右到左,這是不被允許的。從本質(zhì)上來說,該電路不能用觸點(diǎn)的串、并聯(lián)指令來表示。圖7－3錯誤的電路

(7)不允許生成引起短路的分支。

(8)線圈重復(fù)輸出(指同編號的輸出線圈使用兩次以上時),最后一個條件最為優(yōu)先,舉例如圖7－4所示,結(jié)果見表7－1。圖7－4程序?qū)Ρ葓D 7.2梯形圖程序的優(yōu)化

1.并聯(lián)支路的調(diào)整

并聯(lián)支路的設(shè)計應(yīng)考慮邏輯運(yùn)算的一般規(guī)則,在若干支路并聯(lián)時,應(yīng)將具有串聯(lián)觸點(diǎn)的支路放在上面。這樣可以省略程序執(zhí)行時的堆棧操作,減少指令步數(shù),如圖7-5所示。圖7－5并聯(lián)支路的調(diào)整

2.串聯(lián)支路的調(diào)整

串聯(lián)支路的設(shè)計同樣應(yīng)考慮邏輯運(yùn)算的一般規(guī)則,在若干支路串聯(lián)時,應(yīng)將具有并聯(lián)觸點(diǎn)的支路放在前面。這樣可以省略程序執(zhí)行時的堆棧操作,減少指令步數(shù),如圖7－6所示。圖7－6串聯(lián)支路的調(diào)整

3.內(nèi)部繼電器的使用

為了簡化程序,減少指令步數(shù),在程序設(shè)計時對于需要多次使用的若干邏輯運(yùn)算的組合,應(yīng)盡量使用內(nèi)部繼電器。這樣不僅可以簡化程序,減少指令步數(shù),更重要的是在邏輯運(yùn)算條件需要修改時,只需要修改內(nèi)部繼電器的控制條件,而無需修改所有程序,為程序的修改與調(diào)整增加了便利,如圖7-7所示。圖7-7程序簡化 7.3梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法

7.3.1啟動、保持與停止電路

啟動、保持與停止電路簡稱為啟保停電路,在梯形圖中得到了廣泛的應(yīng)用。圖7-8中啟動按鈕和停止按鈕提供的啟動信號I4.0和停止信號I4.1為1狀態(tài)的時間很短。只按啟動按鈕,I4.0的常開觸點(diǎn)和I4.1的常閉觸點(diǎn)均接通,Q16.4的線圈“通電”,它的常開觸點(diǎn)同時接通。放開啟動按鈕,I4.

0的常開觸點(diǎn)斷開,“能流”經(jīng)Q16.4和I4.0的觸點(diǎn)流過Q16.4的線圈,這就是所謂的“自鎖”或“自保持”功能。只按停止按鈕,I4.1的常閉觸點(diǎn)斷開,使Q16.4的線圈“斷電”,其常開觸點(diǎn)斷開,以后即使放開停止按鈕,I4.1的常閉觸點(diǎn)也恢復(fù)

接通狀態(tài),Q16.4的線圈仍然“斷電”。這種功能可以用圖7-9中的S(置位)和R(復(fù)位)指令來實(shí)現(xiàn)。圖7-8啟保停電路圖7-9置位復(fù)位電路在實(shí)際電路中,啟動信號和停止信號可能由多個觸點(diǎn)組成的串、并聯(lián)電路提供。

可以用設(shè)計繼電器電路圖的方法來設(shè)計比較簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)的梯形圖,即在一些典型電路的基礎(chǔ)上,根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求,不斷地修改和完善梯形圖。

有時需要反復(fù)多次地調(diào)試和修改梯形圖,增加一些中間編程元件和觸點(diǎn),最后才能得到一個較為滿意的結(jié)果。電工手冊中常用的繼電器電路圖可以作為設(shè)計梯形圖的參考電路。

這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循,具有很大的試探性和隨意性,最后的結(jié)果不是唯一的,設(shè)計所用的時間、設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系,所以有人把這種設(shè)計方法叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法,它可以用于較簡單的梯形圖(例如手動程序)的設(shè)計。7.3.2三相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制圖7－10異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路圖圖7－11PLC的外部接線圖和梯形圖圖7－12梯形圖7.3.3小車控制程序的設(shè)計

圖7－13中的小車開始時停在左邊,左限位開關(guān)SQ1的常開觸點(diǎn)閉合。要求按下列順序控制小車:

(1)按下右行啟動按鈕SB2

,小車右行。

(2)走到右限位開關(guān)SQ2

處停止運(yùn)動,延時8s后開始左行。

(3)回到左限位開關(guān)SQ1

處時停止運(yùn)動。在異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的基礎(chǔ)上設(shè)計的滿足上述要求的梯形圖如圖7－14所示。在控制右行的Q4.0的線圈回路中串聯(lián)了I0.4的常閉觸點(diǎn),小車走到右限位開關(guān)SQ2處時,I0.4的常閉觸點(diǎn)斷開,使Q4.0的線圈斷電,小車停止右行。同時I0.4的常開觸點(diǎn)閉合,T0的線圈通電,開始定時。8s后定時時間到,T0的常開觸點(diǎn)閉合,使Q4.1的線圈通電并自保持,小車開始左行。離開限位開關(guān)SQ2

后,I0.4的常開觸點(diǎn)斷開,T0的常開觸點(diǎn)因?yàn)槠渚€圈斷電而斷開。小車運(yùn)行到左邊的起始點(diǎn)時,左限位開關(guān)SQ1

的常開觸點(diǎn)閉合,I0.3的常閉觸點(diǎn)斷開。圖7－13PLC的外部接線圖圖7－14梯形圖7.3.4材料分揀控制系統(tǒng)實(shí)例

1.材料分揀裝置的組成

分揀裝置為工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備,采用臺式結(jié)構(gòu),內(nèi)置電源,有豎井式產(chǎn)品輸料槽、滑板式產(chǎn)品輸出料槽,轉(zhuǎn)接板上還設(shè)計了可與PLC連接的轉(zhuǎn)接口。同時,輸送帶作為傳動機(jī)構(gòu),采用電機(jī)驅(qū)動。對不同材質(zhì)敏感的三種傳感器分別固定在傳送帶上方。整個控制系統(tǒng)由氣動部件和電氣部件兩大部分組成。氣動部分由減壓閥、氣壓指示表、氣缸等部件組成;電氣部分由PLC、電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、光電傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、單相交流電機(jī)、開關(guān)電源、電磁閥等部件組成。

2.材料分揀裝置的工作原理

材料分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7－15所示。它采用臺式結(jié)構(gòu),內(nèi)置電源,有步進(jìn)電機(jī)、氣缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動減壓器、氣壓指示等部件,可與各類氣源相連接。圖7－15材料分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如選用顏色識別傳感器及對不同材料敏感的電容式和電感式傳感器,分別固定在傳送帶上方的架子上,材料分揀裝置能實(shí)現(xiàn)如下三種基本功能:

(1)分揀出金屬與非金屬。

(2)分揀某一顏色塊。

(3)分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊。系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進(jìn)行檢測并分類。當(dāng)待測物體經(jīng)下料裝置送入傳送帶依次接受各種傳感器檢測時,如果被某種傳感器測中,通過相應(yīng)的氣動裝置將其推入料

箱;否則,繼續(xù)前行。其控制要求有如下8個方面(見圖7－16):

(1)系統(tǒng)送電后,光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖。

(2)電機(jī)運(yùn)行,帶動傳輸帶傳送物體向前運(yùn)行。

(3)有物料時,倉儲氣缸動作,將物料送出。

(4)當(dāng)電感傳感器檢測到鐵物料時,分揀鐵氣缸動作將待測物料推入下料槽。

(5)當(dāng)電容傳感器檢測到鋁物料時,分揀鋁氣缸動作將待測物料推入下料槽。

(6)當(dāng)顏色傳感器檢測到材料為黃顏色時,分揀黃色氣缸動作將待測物料推入下料槽。

(7)其他物料及藍(lán)色物料被送到末位氣缸位置時,末位氣缸將藍(lán)色物料推入下料槽。

(8)下料槽內(nèi)無下料時,延時后自動停機(jī)。

材料分揀裝置的流程圖如圖7－17所示。圖7－16分揀控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖7－17材料分揀裝置的流程圖

3.控制程序分析

1)簡易調(diào)試程序分析

簡易調(diào)試程序針對的是傳送帶上只有一個物料塊,即傳送帶上的物料被處理后出料倉才動作的情況,顯而易見,此時的效率非常低,尤其傳送帶的長度越長,效率越低。分揀系

統(tǒng)的I/O地址分配如表7－2所示。表7－2PLC輸入、輸出分配表分揀系統(tǒng)簡易程序如下:2)完整程序分析

分揀系統(tǒng)完整程序的I/O地址分配如表7－3所示。表7－3分揀系統(tǒng)完整程序的I/O地址分配分揀系統(tǒng)完整程序如下:

網(wǎng)絡(luò)1當(dāng)自動運(yùn)行按鈕被按下、料倉有物料時,材料分揀系統(tǒng)開始工作。網(wǎng)絡(luò)4利用料倉傳感器判斷料倉中是否有物料。網(wǎng)絡(luò)5要求料倉傳感器的狀態(tài)保持一定時間,避免料倉傳感器的誤判。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)(Q0.5)使旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖輸出I0.0,獲得脈沖計數(shù)。當(dāng)料倉中沒有物料或者系統(tǒng)重新

啟動時,對傳感器的判斷時間置零,避免影響下次料倉中物料的判斷。網(wǎng)絡(luò)9無料塊時,系統(tǒng)等待一個分揀循環(huán)周期后自動停機(jī),若在此過程中出現(xiàn)系統(tǒng)開、關(guān)機(jī)(皮帶停止)或料倉傳感器的狀態(tài)變?yōu)?的情況,則清除無料計數(shù),使下次無料計時從零開始。網(wǎng)絡(luò)10一個分揀過程時間內(nèi)料倉中都沒有物料,停止皮帶運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)11當(dāng)料倉中有物料時,每隔一定時間從倉中推出一個物料。出料間隔由C0給出,推出后,使出料計數(shù)器復(fù)位。網(wǎng)絡(luò)12達(dá)到設(shè)定的出料計數(shù)值時,氣缸1把物料從料倉推到皮帶上。網(wǎng)絡(luò)13皮帶上的物料通過檢測傳感器的變化和皮帶運(yùn)行時間計數(shù)的方式被推出。皮帶上同時存在多個物料,若皮帶上同時有多個藍(lán)色物料,則各個藍(lán)色物料必須建立各自的皮帶運(yùn)行時間計數(shù)器才能保證最后被準(zhǔn)確推出。為使各個物料的分揀過程互不干擾,對每一個物料的分揀利用一個組程序模塊來處理,考慮到皮帶上存在的物料個數(shù),建立五個組來循環(huán)處理物料。網(wǎng)絡(luò)14皮帶上出現(xiàn)第1、6、11等物料時由第一組程序模塊負(fù)責(zé)分揀處理。當(dāng)?shù)谝唤M的物料完成鐵、鋁、顏色、藍(lán)色的分揀時,第一組處理結(jié)束。

網(wǎng)絡(luò)15分揀系統(tǒng)只設(shè)有電感、電容、色標(biāo)傳感器,藍(lán)色物料不能通過傳感器的檢測實(shí)現(xiàn)分類,因此考慮料倉到藍(lán)色料倉之間的距離利用計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)該組發(fā)生推鐵、鋁、

顏色時,說明不是藍(lán)色物料,不用繼續(xù)考慮是否是藍(lán)色塊,計數(shù)器復(fù)位,否則該物料是藍(lán)色物料,通過計數(shù)器觸發(fā)氣缸,把它推出皮帶。網(wǎng)絡(luò)16為避免由其他組處理物料引發(fā)的傳感器變化影響到當(dāng)前組處理模塊,在各個組內(nèi)分別對傳感器的有效時間進(jìn)行限定。計數(shù)器C5的值為70~120,第一組對電感傳感器

的變化作出反應(yīng),分揀鐵。這種設(shè)定使得其他組的程序模塊即使也檢測到電感傳感器的變化,但由于各個組的計數(shù)器的限定,各組之間的處理不會相互干擾。網(wǎng)絡(luò)17有效時間要根據(jù)物料倉與鐵倉之間的距離設(shè)定。

網(wǎng)絡(luò)18在這段時間內(nèi),若檢測到電感傳感器有效,判斷物料為鐵,把鐵塊推出皮帶使其進(jìn)入鐵倉庫。氣缸推鐵的動作引發(fā)第一組處理程序的結(jié)束,第一組判斷物料是否為鋁、顏色、藍(lán)色的程序不再執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)19若物料不是鐵塊,則通過電容傳感器檢測物料是否為鋁塊。

網(wǎng)絡(luò)21若電容傳感器的電平有效,判斷物料是鋁塊,物料被推出皮帶使其進(jìn)入鋁倉庫。氣缸推鋁的動作引發(fā)第一組處理程序的結(jié)束,第一組判斷物料是否為顏色、藍(lán)色的程

序不再執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)22若物料不是鐵塊和鋁塊,繼續(xù)檢測物料是否是顏色塊。

網(wǎng)絡(luò)24物料是顏色塊,物料被推出皮帶。氣缸推顏色的動作引發(fā)第一組處理程序的結(jié)束,第一組判斷物料是否為藍(lán)色的程序不再執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)25若物料不是鐵、鋁和顏色塊,則把它歸為藍(lán)色塊,由最后的氣缸把它推出皮帶進(jìn)入倉庫。氣缸的動作由計數(shù)器輸出有效引發(fā),因此設(shè)計的時候要考慮物料倉與藍(lán)色料倉之間的距離和皮帶運(yùn)行的速度。

網(wǎng)絡(luò)26第一組模塊的執(zhí)行過程中,一旦完成鐵、鋁、顏色、藍(lán)色的分揀,第一組處理程序結(jié)束。網(wǎng)絡(luò)27皮帶上出現(xiàn)第2、7、12等物料塊時由第二組程序模塊