PLC的应用举例.ppt

第六章PLC应用举例,第一节PLC的系统设计与选型一、PLC控制系统设计的基本原则二、确定设计任务书三、PLC控制系统设计的基本内容及步骤四、PLC的选择,一、PLC控制系统设计的基本原则,二、确定设计任务书,三、PLC控制系统设计内容及步骤1了解被控系统，确定控制系统输入输出，输入设备按钮、开关、传感器、输出设备继电器、接触器、信号灯等、输出设备驱动的对象电动机、电磁阀等；2PLC的选择，包括机型、容量、I/O模块、功能模块等。3I/O分配，对每个输入输出设备进行编号，并与PLC的I/O端口相一致，,4绘制电路原理图，安装图，接线图，及各种控制柜、操作台、非标准元件的图纸，5编制用户控制程序；6调试程序，包括模拟调试程序，联机调试程序；7编写技术文件，包括设计说明书，电气图，元件明细表等。,四、PLC的选择PLC适用于I/O点数较多，控制要求复杂，或工艺流程和产品多变，需经常改变控制电路的结构和控制参数。包括机型、容量、I/O模块、外围设备等。,一机型选择1、PLC规模的选择以开关量控制为主，只需少量的模拟量控制，可选用小型PLC；含较多的I/O点，控制较复杂，要求较高的被控系统，可选用中高档的PLC；对工作过程固定，环境较好的场合，可选用整体结构，降低成本；需扩展或功能模块的场合，可选用模块式PLC；2、对时间和其它特殊功能的要求对开关量控制系统，不需考虑PLC的响应时间，而模拟量控制系统，闭环控制系统，需考虑PLC的响应时间；需要时，可采用高速PLC或快速响应模块、中断模块提高PLC的响应速度，减少时间延迟；,3、PLC联网通信的考虑需通信的场合，选用具有通信联网功能的PLC，使PLC与PLC之间，或PLC与PC之间可以通信，组成工厂自动化网；4、对系统可靠性的考虑考虑冗余及系统备份。5、PLC机型统一的考虑一个企业内部，尽可能机型统一，便于管理和维护。,二容量的选择PLC容量包括在I/O点数，用户程序存储器容量的选择；1、I/O点数对I/O点数，除了要考虑系统的当前要求之外，还要求适当留有1015裕量；2、用户程序存储器容量的选择；粗略估算,一般根据计算结果，应增加25的裕量。,三I/O模块的选择1、开关量输入模块的选择模块点数4,8,16,32,64电压形式直流5V，12V，24V，48V，交流110V，220V；电路结构汇点式、分组式、隔离式。2、开关量输出模块的选择模块点数16,32,48输出方式继电器输出、双向可控硅输出、晶体管输出；电路结构汇点式、分组式、隔离式。,3、模拟量输入输出模块的选择模块通道数2，4，8信号形式电压型，电流型4、编程器和外围设备的选择编程器对小型机，一般选用手持型简易编程器，价格低，携带方便，但功能有限；对大中型机，一般采用图形编程器；也可用编程软件包；,第二节物料传送自动控制,一、系统动作要求阶梯落层传送系统，M1M4，4台电动机带动4段皮带，按下启动按钮SBT后，最末级电动机M4先起动，经过5s延时后，再启动前一级皮带机，起动顺序M4→M3→M2→M1，,,停止时，按停止按钮SBP，先停第一级电动机，依次停顺序M1→M2→M3→M4,某台电机故障时，该电机前的皮带机立即停止，而之后的皮带机要等料送完后，停止。,二、确定I/O点数及PLC选择1、输入设备的数量起动按钮SBT，停止按钮SBP，各皮带机故障用的速度继电器BV1BV4，共6个输入点。2、输出设备的数量控制4台电机起停，及4个电机故障指示灯，共8个开关量输出点。3、PLC选择只有开关量，对响应也没有特别要求，定时固定，所以，可选用三菱的整体式小型PLCF1-20M,12个输入、8个输出，能满足要求。,三、I/O分配表,四、绘制流程图起动4种状态，停止4种状态、故障报警4种状态，所以共12种状态。,,第三节电梯运行控制,,双速电动机有两套绕组，正常运行时接通高速绕组，即3KM接通，在检修运行或停靠时接通低速绕组，即4KM接通。电梯启动和运行时是接通高速绕组的，但直接启动时会对电网造成冲击，为了降低启动电流，减小机件的冲击，同时也为了改善乘客乘坐的舒适感，一般在启动电路中串入限流电阻或电抗，如图65中的L1。工作过程为启动时3KM闭合，而后5KM接通。限流电感L1串联在启动电路中，启动完成后例如经过5s，5KM接通，电机转入正常高速运行。,,,,二、确定I／O点数及PLC的选择由于楼层数量不同，所配电梯的规模就有差别，I／O数量相差很大，这里以5层楼电梯为例。1．输入设备的确定先考察电梯轿厢内的操作。操作厢上应有各层的选层按钮，5层共有5个。有司乘人员时，应有司机开关门按钮，上行、下行按钮，需4点输入。考虑到乘客的安全，电梯在门末关好的情况下禁止启动，对轿厢门及厅门的开关极限均应设极限开关，需3点输入，为防止关门夹住乘客，再设一个红外感应输入。共需13个开关量输入点。再考虑井道与轿厢的关系。井道内每层都应设置感应器，以便感知轿厢当前所在层。由于上行和下行时，桥厢进入该层的顺序不同，所以每层设上行、下行两个楼层感应器。为保证轿厢停靠时对层准确，在轿厢上设置了上平层感应器、下平层感应器和门枢感应器，用以感知停靠偏上还是偏下。当停层准确时，3个感应器均接通。共需13点输入。,各门厅乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮外，其它各层均设上下两个召唤按钮，5层共需8个输入按钮。其它输入有超载、有司机／无司机方式选择等开关或触点。经以上分析，可知共需36点开关量输入端口。2．输出设备的确定控制电梯的上行、下行即电机正、反转需两点输出。控制电梯快行、慢行需两点输出。快速起动限流电阻切除、慢速运行限流电阻电抗一级和二级切除3点输出。开关门接触器两点输出。楼层指示灯5点输出。上、下行指示灯两点输出。超载指示、报警一点输出。经分析共需17点开关量输出端口。门厅及轿厢内部分输入输出示意图见图6_6。,3．PLC的选择电梯简单的控制只有开关量输入和输出，对时间的响应要求也不高，只是输入输出点数较多。据此可选择三菱公司的F1--60M小型PLC，输入输出点数紧张时可再配一块I／O扩展单元如F1--20E。也可结合编码器和译码器节约I／O点，从而可以选择较少点数的PLC，节约成本。三、建立I／O地址分配表电梯控制I／O地址分配表，见表62。书P157页,四、绘制流程图总体上讲，电梯的运行可分为正常运行状态、消防运行状态和慢行检修状态，可以用一个转换触点开关来实现，三种运行状态为并行，关系简单，因此可以省去此流程图。三种运行状态中正常运行最为关键也最为复杂，并且电梯的运行并无明显的状态步骤，即非顺序运行。所以设计时以经验设计法为主，把控制电路分成几个部分，无需统一的程序流程图。五、编制用户程序考虑到电梯运行的复杂性和无序性，可以把电梯的控制电路分为楼层感应、门梯召唤、轿内控制、电梯选向、电梯换速、电梯平层及电梯启动等部分。,1．楼层感应电路楼层感应信号是电路中重要的信号，因为它涉及到其它控制电路中的许多环节，诸如轿厢指令、门厅召唤、指层、选向等。一般认为，当电梯上升时，以轿厢底部为准，即当轿厢底部进入底层作为该层的起始信号。而当电梯下降时，以轿厢的顶部信号为准，这就是每层都设上行感应器和下行感应器的原因，该感应信号应该是连续的。如果采用脉冲感应信号，就需要有保持环节。,,,如图67所示，X000～X004为上行楼层感应脉冲信号，X005～X007、X010X011为下行感应信号，M120～M124为楼层感应中间继电器，M100～M104作为1～5层感应信号中间继电器保持环节兼楼层指示中间继电器。工作原理当轿厢在2层时，M101接通并保持，当轿厢上升到3层时，M122经M130、X002接通，随即由M122接通M102并保持，同时M122断开2层指示M101。如果是下行，当轿厢到1层时，M120经M131、X005接通，然后由M120接通M100并保持，M120同时把M101断开。M130、M131是由图6-10选向控制得到的。,图6-8门厅召唤梯形图,,3.轿厢内指令轿厢内选取层电路比较简单，只有信号的保持和消号两项功能。如图69所示，其中X400～X404是选层按钮，M100～M104为楼层感应信号，X512为开门行程开关。工作原理例如按下第3层按钮，M202接通并保持，当电梯到达第3层时并未消号，直到电梯门打开到位，M202断开消号。,,4．电梯的选向电路选用交流拖动电梯，可通过改变三相电源的相序改变电机转向。在图65中1KM接通时电机正转，2KM接通时电机反转，与此接触器对应的是PLC的输出端口Y430、Y431。因为此信号在其它电路控制中还要用到，为使用方便，又使用了M130上行、M131下行两个中间继电器。选向电路从总体来看受两个信号控制。一是受轿厢内选层信号的控制，控制的原则是响应一个方向上的信号，当这个方向上的所有信号都被响应后才响应另一个方向上的信号，,图65,例如电梯在2层，若按下了3层选择，则上行继电器动作，这时如果又按下了1层和4层的按钮，则电梯到达3层后，还要响应4层的按钮而不响应1层的信号，只有向上行的信号都得到响应后，才响应向下的信号，如果在向上的运行期间假如又按下了5层的选择按钮，则还要响应5层，然后才响应下行。如果电梯在下行，则优先响应下行信号。二是受门厅召唤的控制，控制的原则是在电梯下行过程中只响应比电梯当前层低的下行召唤，而在上行过程中只响应比电梯当前层高的上行召唤。由于顶层和底层比较特殊，需单独处理。顶层的下行召唤其实是一个上行信号，只能在电梯上行时响应，而底层的上行召唤其实是个下行信号，需在电梯下行时响应。,选向控制梯形图，如图6一10所示，M200M204为轿厢内指令中间继电器，M300M303为门厅1～4层召唤中间继电器，M306M311为2～5层下行召唤中间继电器。工作原理例如当电梯在2层，按下3层按钮，则上行中间继电器及上行输出口M130、Y035接通，由于互锁作用，切断了M131的响应回路，所以此时按下1层按钮得不到响应，而按下4层按钮又会有一条线路M203、M104、M102接通M130和Y035，只有当3、4层信号都响应过了，这时电梯在4层，M202、M203均已复位，M130断开，互锁环节M130的常闭复位，下行中间继电器M131才会通过M200、M100、M206、M130接通。图610中X405为有无司机触点，X406、X407为司机上行、下行选择按钮。司机可以在电梯起动前强行改变电梯的运行方向。,5．电梯起动、换速电路电梯的起动、换速电路如图611、612，其中M132为电梯运行中间继电器；Y432、Y433为快速、慢速运行输出，对应于图65中的接触器3KM和4KM；Y530为全速运行输出，对应图65中的5KM，用于切断快速绕组中的限流电抗电阻；Y436、Y437对应于6KM、7KM，用以切换慢速绕组中的一、二级限流电阻电抗。,,工作原理当电梯门关好后Y432接通，电梯高速绕组接通，快速起动。起动完成后例如5sY530接触，切除限流电抗，电梯全速运行。当电梯接近停靠层时，接通慢速绕组制动。例如4层有指令，当电梯接近4层时，M203、M123接通使M233接通，发出换速信号，断开高速绕组Y432接通低速绕组Y433再逐级切除限流电阻抗。,,6．电梯的平层控制电梯平层控制电路如613所示，X012、X013分别为上行平层感应器和下行平层感应器的输入端，X413为门枢感应器输入端。当电梯上行时，越过平层位置，则X012会断开，而X013依然接通这样会断开上行接触器由Y430控制而接通下行接触器由Y431控制，电梯向下平层。平层后X012、X013、X413均接通，Y430、Y431断开，跳闸制动。,,7．开关门控制电路开关门控制电路如图614所示。工作原理只有在电梯平层后不运行状态才允许开门，M305为允许开门中间断电器。开门分手动和自动两种自动开门在允许开门一段时间后例如2s由于时间继电器T453动作，接通开门继电器Y434。如果手动，则按下开门按钮X410立即动作。关门也分为自动和手动两种。手动时按下关门按钮X411立即关门，自动时，当开门到位之后触动极限开关X512，接通关门定时器T454，一段时间例如3s后，由T454动作关门。为防止关门过程中夹住乘客，设置红外探测器X412，当它探测到门间有障碍物时会停止关门并重新接通开门继电器。,,第四节交通信号灯自动控制交通信号灯是日常生活中遇到的一个普通实例，它的控制也颇具典型和实用价值。由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，这里以十字路口中等规模的交通信号灯控制为例。十字路口的各方向设有通行指示灯、右转弯指示灯、左转弯指示灯及人行道指示灯，如图6一15所示。,一、系统控制要求分析在正常情况下，交通路口按照一定规律在两个方向上依次允许通行，但在紧急情况下，例如在某个方向上有救护车、救火车、警车等，需要立即开放该方向上的通行，因此要求此控制系统有正常时序及急车通行控制两种控制方式。1．正常控制正常控制时交通信号灯的时序如图616所示。为了使读者对控制要求有一个清晰的思路，同时也为了描述的方便，先分析一个方向上交通灯的变化情况。当启动开关接通时，信号灯开始工作。先东西方向绿灯亮此时南北方向红灯亮，但右转弯绿灯亮，允许通行30s，左右转向均红灯亮。,30s后，东西方向绿灯灭而黄灯亮2s，同时右转弯的黄灯也亮2s，然后东西方向红灯亮，同时右转弯的绿灯亮右转弯的红灯黄灯同时灭，即此时东西方向仅允许右转弯。55s后，东西方向左转弯黄灯亮2s，接着也允许左转弯左转弯红灯、黄灯灭，同时绿灯亮。19后，左右转弯的绿灯同时闪三下指示信号灯将变化后灭。左右转弯黄灯亮2s后灭而红灯亮，东西方向黄灯也亮2s，然后整体便进入下一个循环。东西向人行道仅有红灯和绿灯，人行道红灯变化情况和东西向中间红灯类似，仅先于中间灯2s，人行道绿灯和中间绿灯变化也类似，区别仅在点亮的最后3s闪烁而已。综合上面的分析可以看出，交通灯指示的总体思路是，先允许直向通行，后允许右转弯，然后允许左右转弯，如此反复循环，南北方向的交通灯变化与东西方向次序完全一样，只不过时间上滞后55s而已，即当东西方向允许右转弯的同时，南北方向允许左右转向。当起动开关断开时，所有信号灯熄灭。,,2．急车通行控制急车强通方向急车强通开关控制。无急车时信号灯按正常时序控制，有急车来时，将急车强通开关闭合，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让急车来方向的绿灯亮，直至急车通过为止。急车过后，将急车强通开关断开，信号灯的状态立即转为急车方向上的绿灯闪3次，随后按正常时序控制。急车通行信号只能响应一路方向上的急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。,二、确定I／O点数及PLC的选择1．确定I／O点数交通信号是一个连续自动运行的系统，通常依时间变换转换，很少需人工干预，因此输入设备很少，只需一起动按钮及两个方向上的强通按钮共3个输入点。输出端只有信号指示，每个路口上都有3个通行指示灯，3个右转指示灯，3个左转指示灯及2个人行道指示灯，这样需11个输出端口。4个路口则需44个输出端口，而实际上，东西方向2个路口，南北方向2个路口交通灯的变化完全一样，用一个输出端口驱动2个指示灯，就可以节约一半的资源，只需22个输入端。综上所述可知共需I／O点数25。2．PLC的选择本控制系统的输入输出量也只是简单的开关量，所以只要有足够输出端点，一般小型机即可满足要求。另外，本例是一个明显的顺序控制，选用具有顺序控制指令的PLC有利于编程。三菱公司的F160M即可满足要求。,三、建立I／O地址分配表输入端信号仅3个，可随意指定，例如X400用作启动信号，X401用作东西方向强通信号，X402用作南北方向强通信号。输出端信号较多，其分配表见表63。,四、绘制流程图交通灯控制信号在正常工作时是一个典型顺序控制系统，具有很强的规律性，而强通控制没有这样的规律性，因此设计时以顺序控制方法去设计交通灯的正常控制，而强通控制则采用经验设计法。交通信号灯正常控制的流程图，如图617所示。,现对交通信号灯正常控制的流程图作以简单的说明，通过对交通信号的分析，控制流程以时间为轴，以信号变化为依据分为11个步骤初始步除外，右边方框中的继电器号为对应输出信号灯。因为上一步到下一步问的转换条件是时间，因此每步还要加一个时间继电器。图617中通过M100转入步M201是停止运行后又开启运行的切入点，翼过M271与T655转入步M201是南北方向强通结束后转入正常运行的切人点，通过M215与T654转入M206步是东西方向强通结束后转入正常控制的切人点。,五、编程对于这类典型的顺序控制，可以采用F1系列PLC所提供的步进指令编程，但为了熟悉一下其它的编程方法和技巧，此次采用以转换条件为中心的编程方法。为分析方便，把控制程序分成几个部分叙述。图618为交通信号灯正常运行控部分，采用以转换条件为中心的编程方法，M71为系统初始化脉冲，M100为系统运行后，由于某种原因而暂停运行断开X400运行开关一段时间后又恢复运行的初始步切入点。,,图619为强通运行电路及闪烁电路。当强通信号或中断运行接通后，需清除正常运行的任何一步，对M100的微分指令是与上图中的M100相配合的，步M214、M215为东西强通运行。时间继电器T555与中间继电器M220、M221构成一个周期为1s的脉冲发生器，且于绿灯熄灭前闪烁。,,图620为系统的输出控制电路，因为没有采用步进指令，为避免双线圈输出问题，把各步的输出集中了起来。事实上，本例中即使采用步进指令，也应该把各步的输出集中起来，一是可减少梯形图的长度，更重要的是，在交通信号灯正常运行流程图中给的各步输出繁涩难懂，只能作为参考，远没有在图620中各灯变化表现的明晰。许多交通路口的控制规律在白天和夜晚并不相同，本例并未表现出来，有兴趣的读者可自行观察并设计控制电路。另外，交通信号灯的控制也可看做南北和东西方向并行运作，采用双流程并发序列控制。,,課堂练习,1、自动开门开门按钮开门，关门按钮关门，正常情况下，门是全关或全开，但任何情况下，可使用停止按钮停止门的运行，当关门时有人触及安全门，立刻停止关门，然后开门。,