PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用.ppt

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第8章 ＰＬＣ在工業(yè)控制中的應(yīng)用,8.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 8.2 PLC在機床控制中的作用 8.3 PLC在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 8.4 PLC在集選控制電梯中的應(yīng)用 8.5 PLC隨動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,8.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟,1、可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟,(1)系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容,① 擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件,② 選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu),③ 選定 PLC 的型號,④ 編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖,⑤ 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言（常用梯形圖）進行程序設(shè)計,⑥ 了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué)，重視人機界面的設(shè)計，增強人與機器之間的友善關(guān)系,⑦ 設(shè)計操作臺、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件,⑧ 編寫設(shè)計說明書和使用說明書,分析被控對象工藝條件和控制要求,確定 I/O 設(shè)備,分配 I/O 點,設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序,將程序輸入 PLC 去,進行軟件測試,應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試,編制技術(shù)文件,選擇合適的 PLC 類型,系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟,,,,,,,,,第8章第3頁,2、PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計,(1) PLC 型號的選擇,① 對輸入 / 輸出點的選擇,② 對存儲容量的選擇,③ 對 I/O 響應(yīng)時間的選擇,④ 根據(jù)輸出負(fù)載的特點選型,⑤ 對在線和離線編程的選擇,⑥ 據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型,⑦ 對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇,(2)分配輸入 / 輸出點,③ 分配定時器 / 計數(shù)器,① 確定 I/O 通道范圍,②確定內(nèi)部輔助繼電器,3、PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟,(1) PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法,① 圖解法編程,a. 梯形圖法,b. 邏輯流程圖法,c. 時序流程圖法,d. 步進順控法,② 經(jīng)驗法編程,③ 計算機輔助設(shè)計編程,⑦ 編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運行,(2) PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的步驟,① 對系統(tǒng)任務(wù)分塊,② 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖,③ 繪制各種電路圖,④ 編制 PLC 程序并進行模擬調(diào)試,⑤ 制作控制臺與控制柜,⑥ 現(xiàn)場調(diào)試,⑤ 切勿將用于輸入的電源并聯(lián)在一起，更不可將這些電源并聯(lián)到其他電源上,控制單元輸入端子接線,①輸入線盡可能遠離高壓線和動力線等干擾源,② 不能將輸入設(shè)備連接到帶“ . ”端子上,③ 交流型 PLC 的內(nèi)藏式直流電源輸出可用于輸入；直流型 PLC 的直流電源輸出功率不夠時，可使用外接電源,④ 切勿將外接電源加到交流型 PLC 的內(nèi)藏式直流電源的輸出端子上,控制單元輸出端子接線,① 輸出線盡可能遠離高壓線和動力線等干擾源,② 不能將輸出設(shè)備連接到帶“ . ”端子上,③ 各“ COM ”端均為獨立的，故各輸出端既可獨立輸出， 又可采用公共并接輸出。當(dāng)各負(fù)載使用不同電壓時，采 用獨立輸出方式；而各個負(fù)載使用相同電壓時，可采用 公共輸出方式,⑤ 若輸出端接感性負(fù)載時，需根據(jù)負(fù)載的不同情況接入相應(yīng)的保護電路。在交流感性負(fù)載兩端并接 RC 串聯(lián)電路；在直流感性負(fù)載兩端并接二極管保護電路；在帶低電流負(fù)載的輸出端并接一個泄放電阻以避免漏電流的干擾。以上保護器件應(yīng)安裝在距離負(fù)載 50cm 以內(nèi),⑥ 在 PLC 內(nèi)部輸出電路中沒有保險絲，為防止因負(fù)載短路而造成輸出短路，應(yīng)在外部輸出電路中安裝熔斷器或設(shè)計緊急停車電路；,④ 當(dāng)多個負(fù)載連到同一電源上時，應(yīng)使用型號為 AFP1803 的短路片將它們的“ COM ”端短接起來,控制單元輸出端子接線,擴展單元接線,若一臺 PLC 的輸入輸出點數(shù)不夠時，還可將 FX 系列的基本單元與其他擴展單元連接起來使用。具體配置視不同的機型而定。,應(yīng)確保使用同一組電源線對控制單元和 A/D 單元進行供電,FX 系列可編程控制器的 A/D ， D/A 轉(zhuǎn)換單元接線,① A/D 模塊,為防止輸入信號上有電磁感應(yīng)和噪聲干擾，應(yīng)使用兩線雙絞式屏蔽電纜,建議將屏蔽電纜接到框架接地端（ F.G ）,若需將電壓范圍選擇端（ RNAGE ）短路，應(yīng)直接在端子板上短接，不要拉出引線短接,應(yīng)使主回路接線遠離高壓線,應(yīng)確保使用同一組電源線對控制單元和 D/A 單元進行供電,② D/A 模塊,為防止輸出信號上有電磁感應(yīng)和噪聲干擾，應(yīng)使用兩線雙絞式屏蔽電纜,在同一通道上的電壓輸出和電流輸出不能同時使用。沒有使用的輸出端子應(yīng)開路,應(yīng)使主回路接線遠離高壓線,建議將屏蔽電纜接到負(fù)載設(shè)備的接地端,8.2 PLC在機床控制中的作用,四工位組合機床由四個工作滑臺，各帶一個加工動力頭，組成四個加工工位。除了四個加工工位外，還有夾具、上下料機械手和進料器四個輔助裝置以及冷卻和液壓系統(tǒng)共四部分。工藝要求為有上料機械手自動上料，機床的四個加工動力刀頭同時對一個零件進行加工，一次完成一個零件，通過下料機械手自動取走加工完的零件。要求具有全自動、半自動、手動三種工作方式。,8.2.1 工藝要求,下圖是組合機床控制系統(tǒng)全自動工作循環(huán)和半自動工作循環(huán)式的狀態(tài)流程圖。圖中S2是初始狀態(tài)，驅(qū)動它的條件是各滑臺、各輔助裝置都處在原位，夾具為松開狀態(tài)，料道有待加工零件且潤滑系統(tǒng)工作正常。,8.2.2控制流程,組合機床自動工作狀態(tài)流程圖,第8章第16頁,(3) 下料 下料機械手向前抓住零件，夾具松開，下料機械手退回原位并取走加工完的零件。,組合機床全自動和半自動工作過程,上料 按下啟動按鈕，上料機械手前進，將零件送到夾具上，夾具加緊零件。同時進料裝置進料，之后上料機械手退回原位，放料裝置退回原位,(2) 加工 四個工作滑臺前進，四個加工動力頭同時加工，洗端面、打中心孔。加工完成后，各工作滑臺退回原位,這樣就完成了一個工作循環(huán)。如果選擇了預(yù)停，則每個循環(huán)完成后，機床自動停在原位，實現(xiàn)半自動工作方式；如果不選擇預(yù)停，則機床自動開始下一個工作循環(huán)，實現(xiàn)全自動工作方式。,四個工位組合機床電氣控制系統(tǒng)有輸入信號42個，輸出信號27個，均為開關(guān)量。其中外部輸入元件包括：17個檢測元件、24個按鈕開關(guān)、1個選擇開關(guān)；外部輸出元件包括：16個電磁閥、6個接觸器、5個指示燈。,根據(jù)I/O信號的數(shù)量、類型以及控制要求，同時考慮到維護、改造和經(jīng)濟等諸多因素，決定選用FX2N -64MR主機和一個輸出擴展單元FX-16EX，這樣共有48個輸入點，輸出點就是主機的32點，滿足控制要求。,8.2.3 PLC的選型,將輸入信號42個，輸出信號27個按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O端一一對應(yīng)，編排好地址。列出外部I/O信號與PLCI/O端地址對照表，如表所示。,8.2.4 I/O地址編號,續(xù)表,四工位組合機床的PLC控制系統(tǒng)梯形圖包括初始化程序、手動調(diào)整程序和自動工作程序。圖2是四工位組合機床在全自動與半自動工作方式時的梯形圖程序，它采用了STL步進指令編寫，程序簡捷、清楚。圖3四工位組合機床初始化程序梯形圖。,8.2.5 PLC梯形圖程序,四工位組合機床自動工作梯形圖程序,四工位組合機床自動工作梯形圖程序,四工位組合機床初始化程序梯形圖,現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)廣泛采用流水作業(yè)，對成品或半成品進行分檢，排除殘次品是必須的工序。在流水線上，成品或半成品往往要經(jīng)過若干項檢驗，符合要求者得以通過，隨著流水線進入下道生產(chǎn)工步。而不合格者必須在某處集中地予以排除，不得進入下道生產(chǎn)環(huán)節(jié)。因此，成品或半成品隨傳送帶遞進過程中，對其進行的檢驗結(jié)果也必須同步地向前移動。這樣，當(dāng)不合格者移動到規(guī)定的排除點時，才能正確地加以排除，從而實現(xiàn)質(zhì)檢與分檢。利用 PLC 可以很方便地做到這一點,8.3 PLC在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用,8.3.1工藝要求,如圖所示，工件在傳送帶上步行式前進。工件在 0 號站接受 PH1 光電檢查。從 0 號站移到 4 號站要經(jīng)過 4 次步進。移到 4 號站時，判斷移到此站工件好還是壞。如果是廢品則要求電磁閥 YV 打開，使廢品掉下來。當(dāng) PH2 檢測到廢品已掉下來后重新將電磁閥關(guān)閉。,根據(jù)上述模塊的學(xué)習(xí)，再依據(jù)圖的標(biāo)示，同學(xué)們可以自己畫出輸入及輸出端口的分配。,下圖中使用 M140 移位寄存器,8.3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計,M140 ， M141 ， M142 ……分別表示移到 0 號位， 1 號位， 2 號位……工件的品質(zhì)好與壞,數(shù)據(jù)“ 1 ”代表品質(zhì)“壞”。 M144 數(shù)據(jù)是“ 0 ”或“ 1 ”代表移至 4 號位工件是“好”還是“壞”,當(dāng) M144=ON ，電磁閥接通，打開閥門。,,質(zhì)量控制梯形圖,8.4 PLC在集選控制電梯中的應(yīng)用,8.4.1電梯基本原理,用FX2N-48MR實現(xiàn)四層四站雙速客梯集選控制的控制系統(tǒng)。主拖動采用交流雙速電動機進行拖動。,1. 電梯基本原理 電梯是機械、電氣緊密結(jié)合的大型機電產(chǎn)品。主要由機房、井道、轎廂、門系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。,井道中安裝有導(dǎo)軌，轎廂和對重由曳引鋼絲繩連接，曳引鋼絲繩掛在曳引輪上，曳引輪由曳引電動機拖動。轎廂和對重都裝有各自的導(dǎo)靴，導(dǎo)靴卡在導(dǎo)軌上。曳引輪運轉(zhuǎn)帶動轎廂和對重沿各自導(dǎo)軌做上下相對運動，轎廂上升，對重下降。這樣可通過控制曳引電動機來控制轎廂的啟動、加速、運行、減速、平層停車，實現(xiàn)對電梯運行的控制。,電梯的工作原理,,,,,,,,,,,,控制柜,曳引鋼絲繩,轎門,曳引機,限速器,,轎廂架,轎廂體,導(dǎo)軌,對重,緩沖器,廳門,,召喚箱及指層器,,隨行電纜,,,限速器漲緊,第8章第31頁,電梯的控制方式有：轎內(nèi)手柄開關(guān)控制、轎內(nèi)按鈕開關(guān)控制、轎外按鈕開關(guān)控制、信號控制、集選控制和群控等幾種。 集選控制方式是將廳外召喚箱發(fā)出的外召信號與轎內(nèi)操縱箱發(fā)出的內(nèi)指令信號進行記憶，并和其它專用信號（如層摟、減速、平層、安全等信號）加以綜合分析后，由電梯司機或乘用人員控制電梯運行的控制方式。,2 . 控制要求,主要控制要求有如下。 （1）有司機或無司機控制； （2）自動開關(guān)門； （3）到達預(yù)定停靠層站，提前減速，平層停車時自動開門； （4）到達上、下端站，提前強迫減速； （5）廳外有召喚裝置，轎內(nèi)有指令裝置，能自動記憶召喚和指令，響應(yīng)之后，能自動將召喚和指令消除（召喚和指令的記憶與消除）； （6）能自動選擇運行方向，在司機操縱下，能強迫決定運行方向（選向）； （7）能根據(jù)指令和召喚的位置，自動選擇?？繉诱?，并自動平層停車（選層、平層）； （8）廳外和轎內(nèi)有指示電梯運行方向和所在位置的指示信號（層摟檢測與指層）。,8.4.1電梯基本原理,8.4.2電梯電氣控制系統(tǒng)的組成,8.4.3 I/O編號分配,X0： 換速信號 X1： 上終端限位 X2： 下終端限位 X3： 1內(nèi)指令（含1上召）輸入 X4： 2內(nèi)指令輸入 X5： 3內(nèi)指令輸入 X6： 4內(nèi)指令輸入 X7： 2上召輸入 X10： 3上召輸入 X11： 2下召輸入 X12： 3下召輸入 X13： 門鎖信號輸入 X14： 平層信號輸入 X15： 門區(qū)信號輸入 X16： 開門信號輸入 X17： 關(guān)門信號輸入 X20： 強迫向上按鈕輸入 X21： 強迫向下按鈕輸入 X22： 司機/自動運行方式 X23： 檢修運行方式 X24： 安全觸板信號輸入 X25： 直駛按鈕信號輸入,8.4.3 I/O編號分配,8.4.3 I/O編號分配,8.4.4拖動回路、門電路及系統(tǒng)連接,,,門電路及電氣安全回路圖,8.4.5控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的作用及實現(xiàn),要對電梯進行控制，首要的問題就是反映電梯實際所在的位置（樓層）。 層樓繼電器回路就是完成這一功能的。每一層對應(yīng)一個層樓繼電器，電梯在哪一層，對應(yīng)樓層的層樓繼電器就會動作。 PLC具有數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)計算、數(shù)據(jù)比較處理等功能，所以用PLC很容易能實現(xiàn)層樓電路：,1. 層樓繼電器電路的實現(xiàn),8.6.5控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的作用及實現(xiàn),啟用一數(shù)據(jù)寄存器D0，電梯在最下層端站時可將1送入D0，最上層端站時，將最高層數(shù)送入D0；電梯每上升一層將D0自動加1； 電梯每下降一層D0自動減1，這樣使D0中存放的始終是層數(shù)； 然后，將D0分別與1、2、3、……相比較，等于幾就說明電梯在幾，這時驅(qū)動對應(yīng)的層樓繼電器，實現(xiàn)層樓電路。 四層四站的層樓繼電器電路梯形圖如右圖所示。,指令和召喚回路的作用 是：將轎內(nèi)指令和廳外 召喚信號記憶并指示，當(dāng)電梯響應(yīng)后自動將 其消除。 記憶和消除可用PLC的SET和RST指令實現(xiàn)。 （1）指令回路 指令回路梯形圖如圖所示,,2. 指令和召喚回路,,（2）召喚回路,由于除兩個端站外，其它各層均有兩個召喚（上召、下召），而且召喚的響應(yīng)是順向響應(yīng)。 另外若電梯在直駛運行時不響應(yīng)召喚，此時召喚應(yīng)保留。所以召喚回路與電梯的運行方向以及是否直駛密切相關(guān)，為此在召喚回路中加入了反映直駛和方向監(jiān)視的繼電器M1和M2。,實際決定電梯的運行方向有以下三種情況。,3．選向回路,選向回路的作用，是根據(jù)目前電梯的位置和指令、召喚的情況，決定電梯的運行方向，是向上或是向下。,電梯方向的選擇，實際就是將指令和召喚的位置與電梯實際位置相比較，若前者在上（位置的上下）電梯則選擇向上，相反則選擇向下。,方向的實現(xiàn)：首先由層樓繼電器形成選向鏈，然后將每層的指令和召喚對應(yīng)接入。,（1）自然選向 如上分析，電梯自己判斷來選擇方向。,,選層意味著要減速（換速）準(zhǔn)備平層停車。電梯的選層分指令選層和召喚選層，即因某層有召喚或有該層的指令使電梯在該層是否停車。其中指令選層是絕對的，若電梯運行正常，指令一定能使電梯在該層減速停車。 召喚選層是有條件的，一是召喚選層必須滿足同向，即與電梯的運行方向一致，這就是所謂的“順向截車”；二是直駛時可將召喚屏蔽，即電梯直駛時，即使同向的召喚也不能使電梯減速停車。,4. 選層電路,運行線路是電梯控制系統(tǒng)的核心。電梯是由曳引電動機拖動（主回路），主回路的工作受運行線路的控制，以形成如圖所示的速度曲線，決定電梯何時啟動加速，何時運行，何時減速，何時平層停車。所以電梯的主要性能指標(biāo)（額定速度、舒適感、平層精度等）由運行線路決定。,5. 電梯的運行線路,運行線路控制的梯形圖如圖所示,運行線路控制的梯形圖如圖所示,門電路是電梯控制系統(tǒng)中較為獨立的單元。它的作用是實現(xiàn)電梯門的開和關(guān)。,6. 電梯門的控制,門電路和控制系統(tǒng)的聯(lián)系就在于這一點，由各廳門和轎門的門鎖電氣限位開關(guān)的常開觸電串聯(lián)后，作為門鎖信號（X13）。X13為ON，表示全部門安全關(guān)閉，可正常運行，否則不能運行。開、關(guān)門由門電動機驅(qū)動，通過開、關(guān)門繼電器KMJ、GMJ控制M的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)。因此，設(shè)計門的控制時只需考慮開與關(guān)門的情況，對應(yīng)驅(qū)動KMJ或GMJ,（1）開門情況 上班開門、按鈕開門、觸板開門和門區(qū)提前開門。,（2）關(guān)門情況 下班關(guān)門、按鈕開門、停站自動延時關(guān)門和強迫向上（向下） 啟動關(guān)門。,8.5 PLC隨動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,隨動系統(tǒng)是指當(dāng)某參量的變化規(guī)律為無法預(yù)先確定的時間函數(shù)，其被控量能夠以一定的精度跟隨參量變化的控制系統(tǒng)，它在化工、冶金、輕工等行業(yè)的控制系統(tǒng)中廣泛存在。PLC隨著功能模塊及控制指令的完善，在隨動控制系統(tǒng)中替代常規(guī)儀表控制，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。這里已刨花板生產(chǎn)線的拌膠機系統(tǒng)為例，介紹PLC在隨動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。,拌膠機工藝流程如下圖所示。刨花有螺旋給料機供給，壓力傳感器檢測刨花量。,8.5.1工藝過程及要求,膠由膠泵抽給，用電磁流量計檢測膠流量；,刨花和膠要按一定的比率送到膠機內(nèi)攪拌，然后將混料供給下一道工序蒸壓成型。,要求刨花量和膠量恒定，并有一定的比例關(guān)系，即膠量隨刨花量的變化而變化，精度要求3%。,根據(jù)控制的要求，刨花回路采用比例控制，膠回路采用PI控制，選擇開關(guān)SA用于隨動方式/膠設(shè)定方式的轉(zhuǎn)換。,8.5.2控制方案,拌膠機控制系統(tǒng)的輸入信號有7個，其中用于啟動、停止、隨動選擇的3個開關(guān)為開關(guān)量信號，刨花設(shè)定、壓力傳感器、膠設(shè)定、流量計信號4個為模擬量信號；輸出信號有2個，用于驅(qū)動可控硅調(diào)速裝置及螺旋給料機驅(qū)動器，均為模擬量信號。 根據(jù)I/O信號的數(shù)量、類型以及控制要求，選擇FX2N -16MR主機,8.5.3 PLC的選型,,,4通道模擬量輸入模塊FX-4AD 2通道模擬量輸出模塊FX-2DA。 這樣共有8個開關(guān)量輸入點，8個開關(guān)量輸出點， 4個模擬量輸入通道， 2個模擬量輸出通道， 滿足控制要求。,8.5.3 PLC的選型,將輸入信號7個，輸出信號2個按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O端一一對應(yīng)，編排好地址。列出外部I/O信號與PLC的I/O端地址編號對照表,8.5.4 I/O地址編號,根據(jù)控制原理，螺旋給料機采用比例控制，比例系數(shù)KP =2,膠泵電機采用PI控制，通過PI調(diào)節(jié)，抑制輸入波形，達到控制要求,8.5.5 PLC梯形圖程序,拌膠機控制系統(tǒng)梯形圖,第8章第61頁,拌膠機控制系統(tǒng)梯形圖,第8章第62頁,謝 謝,THANKS,