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三菱FX2N PLC应用实例


PLC 在 X62W 万能铣床改造中的应用
概述
X62W 万能铣床是一种通用的多用途机床,它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工,它采用继电接触器电路实现电气控制。PLC 专为工业环境应用而设计,其显著 的特点之一就是可靠性高,抗干扰能力强。将 X62W 万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制,可以提高整个电气控制系统的工作性能,减少维护、维修的工作量。

1 X62W 万能铣床的控制要求及电气控制线路分析 X62W 万能铣床共用 3 台异步电动机拖动,它们分别是主轴电动机 M1、进给电动机 M2 和冷却泵电动机 M3。X62W 万能铣床的电路如图 1 所示,该线路分为主电路、控制电
路和照明电路三部分。电气控制线路的工作原理如下:

图 1 万能铣床电气原理图 1.1 主电路分析

主轴电动机 M1 拖动主轴带动铣刀进行铣削加工,通过组合开关 SA3 来实现正反转;进给电动机 M2 通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下 6 个方向 的进给运动和快速移动,其正反转由接触器 KM3、KM4 来实现;冷却泵电动机 M3 供应切削液,且当 M1 启动后,用手动开关 QS2 控制;3 台电动机共用熔断器 FU1 作短路保护,3 台电动机分别用热继电器 FR1、FR2、FR3 作过载保护。 1.2 控制电路分析

控制电路的电源由控制变压器 TC 输出 110V 电压供电。 ⑴主轴电动机 M1 的控制 主轴电动机 M1 的两地控制由启动停止按钮 SB1、SB2 与 SB5、SB6 完成。KM1 是主轴电动机启动接触器,YC1 是主轴制动用的电磁离合器,SQ1 是主轴变速时瞬时点动的位置 开关。 ⑵进给电动机 M2 的控制 工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在 3 个坐标的 6 个方向运动,进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关使进给电动机 M2 正转或反转来实现的,并且 6 个方向的运动是联锁的,不能同时接通。 当需要圆形工作台旋转时,将开关 SA2 扳到接通位置,这时触头 SA2-1 和 SA2-3 断开,触头 SA2-2 闭合,电流经 10—13—14—15—20—19—17—18 路径,使接触器 KM3 得 电,电动机 M2 启动,通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动。转换开关 SA2 扳到断开位置,这时触头 SA2-1 和 SA2-3 闭合,触头 SA2-2 断开,以保证工作台在 6 个方向的 进给运动,因为圆形工作台的旋转运动和 6 个方向的进给运动也是联锁的。

2 X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 改造
2.1 改造方法

进行电气控制线路改造时,X62W 万能铣床电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变,在控制电路中,变压器 TC 的输出及整流器 VC 的输出部分去掉,用可编 程控制器实现,为了保证各种联锁功能,将 SQ1~SQ6,SB1~SB6 分别接入 PLC 的输入端,换刀开关 SA1 和圆形工作台转换开关 SA2 分别用其一对常开和常闭触头接入 PLC 的输入

端子。输出器件分三个电压等级,一个是接触器使用的 110V 交流电压,另一个是电磁离合器使用的 36V 直流电,还有一个是照明使用的 24V 交流电压,这样也将 PLC 的输出口 分为三组连接点。 2.2 PLC 硬件设计

经过对 X62W 万能铣床的控制系统进行详细的分析可知,该系统需要输入点数为 —32MR 型 PLC。所有的电器元件均可采用改造前的型号。 万能铣床各个输入/输出点的 PLC I/O 地址分配入下表 1 所示:

16 点,输出点数为 7 点,根据输入输出口的数量,可选择三菱 FX2N

表 1 万能铣床 PLC I/O 地址分配 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 输入器件 SB1、SB2 主轴启动 SB3、SB4 快速进给 SB5-1、SB6-1 制动 SB5-2、SB6-2 制动 SA1 换刀开关 SA2 圆工作台开关 SA4 SQ1 SQ2 照明开关 主轴冲动 进给冲动 输入地址 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 序号 1 2 3 4 5 6 7 输出器件 EL 照明 KM1 主轴启动 KM2 主轴启动 KM3 KM4 M2 正转 M2 反转 输出地址 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6

YC1 主轴制动 YC3 快速进给

SQ3-1、SQ5-1 SQ3-2、SQ4-2 SQ4-1、SQ6-1 SQ5-2、SQ6-2 左右进给 FR1 FR2 FR3 热保护触点 热保护触点 热保护触点

万能铣床的 I/O 接线如图 2 所示:

图2

万能铣床的 I/O 接线图

2.3

PLC 程序设计 根据 X62W 万能铣床的控制要求,设计该电气控制系统的 PLC 控制梯形图,如图 3 所示。该程序共有 9 条支路,反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。在第 1 支路中,因

SQ1 和 SB5、SB6 都采用常闭触头分别接至输入端子 X7、X2,则 X7、X2 的常开触点闭合,按下启动按钮 SB1 或 SB2 时,X0 常开触点闭合,Y1、M0 线圈得电并自锁,第 4 支路中

Y1 常开触点闭合,辅助继电器 M1 线圈得电,其常开触点闭合,为第 5 支路以下程序执行做好准备,保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y1 的输出信号使主轴电动机 M1 启动 运转。当按停止按钮 SB5 或 SB6 时,X2 常开触点复

图3

电气控制系统的 PLC 控制梯形图

位,Y1 线圈失电,主轴惯性运转,同时 X3 常开触点闭合,Y5 线圈得电接通电磁离合器 YC1,主轴制动停转。 第 2 支路表达了 KM2 及 YC3 的工作逻辑,当按下快速移动按钮 SB3 或 SB4 时,X1 常开触点闭合,则 Y2 及 Y6 线圈得电,KM2 常闭触头断开,电磁离合器 YC2 失电,YC3 得电,工作台沿选定方向快速移动;松开 SB3 或 SB4 则 YC2 得电,YC3 失电, 快速移动停止。第 5、6、7、8 支路表达了工作台六个方向的进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换开关 SA2 动作,5、7 支路中 X5 的常开触点分断,第 7 支路中 X5 常闭触头复位,M4 及 Y3 线圈得电,使 KM3 得电,电动机 M2 启动,圆形工作台旋转;当 SA2 复位时,M4、Y3 线圈失电,圆形工作台停止旋转。左右进给时,SQ5 或 SQ6 被压合,X14 常开触点复位,第 6、7 支路被分断,而 X11 或 X13 常开触点闭合,M2(其常开触点使 Y3 线圈得电)或 Y4 线圈得电,电动机 M2 正转或反转,拖动工作台向左 或向右运动。同样,工作台上下、前后进给时,SQ3 或 SQ4 被压合,X12 常开触点复位,第 6、7 支路被分断,M2 或 Y4 线圈得电,电动机 M2 正转或反转,拖动工作台按选定的方 向(上、下、前、后中某一方向)作进给运动。该程序及 PLC 的硬接线不仅保证了原电路的工作逻辑关系,而且具有各种联锁措施,电气改造的投资少、工作量较小。

3

结束语
万能铣床是一种高效率的加工机械,在机械加工和机械修理中得到广泛的应用,万能铣床的操作是通过手柄同时操作电气与机械,以达到机电紧密配合完成预定的操作,是机

械与电气结构联合动作的典型控制,是自动化程度较高的组合机床。但是在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,特别是在继电器接触式控制系统,由于电气控制线 路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长,给生产与维护带来诸多不便,严重地影响生产。本文所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行 PLC 改造而成,经实际运 行证明该 PLC 控制系统无论是硬件还是软件,控制稳定可靠, 具有极高的可靠性与灵活性, 更容易维修,更能适应经常变动的工艺条件,取得了较好的经济效益。

PLC 在 生 产 线 转 运 小 车 控 制 系 统 中 的 应 用 用
1 引言 在自动生产线上,各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动,电动机正转小车前进,电动机反转小车后退。

2 控制要求 对 小 车 运 行 的 控 制 要 求 为 :小 车 从 原 位 A 出 发 驶 向 1 号 位 , 抵 达 后 立 即 返 回 原 位 ;接 着 又 从 原 位 A 出 发 直 接 驶 向 2 号 位 , 抵 达 后 又 立 即 返 回 原 位 ;第 三 次 还 从 原位 A 出发,直接驶向 3 号位,抵达后仍立即返回原位,如图 1 所示:

图 1 小车行驶示意图

根据工作需要,可以将上述三次运行作为一个周期,每个周期间小车可以停顿若干时间。也可以无须停顿而重复上述过程,直至按下停止按钮为止。

3 PLC 选 型 及 I/O 接 线 图 根 据 控 制 要 求 , 系 统 的 输 入 量 有 :启 、 停 按 钮 信 号 ;1 号 位 、 2 号 位 、 3 号 位 限 位 开 关 信 号 ;连 续 运 行 开 关 信 号 和 原 位 点 限 位 开 关 信 号 。 系 统 的 输 出 信 号 有 :运 行 指 示 和 原 位 点 指 示 输 出 信 号 ;前 进 、 后 退 控 制 电 机 接 触 器 驱 动 信 号 。 共 需 实 际 输 入 点 数 7 个 , 输 出 点 数 4 个 。 选 用 日 本 三 菱 公 司 F-20M 产 品 , 其 输 入 点 数 12, 输 出 点 数 8。 小 车 行 驶 控 制 系 统 PLC I/O 接 线 图 如 图 2 所 示 :

图 2 PLC I/O 接 线 图

4 控制程序设计 小车运行控制过程如下: (1) 小 车 处 于 原 位 压 下 原 位 限 位 开 关 SQO, X401 接 通 Y430, 原 位 指 示 灯 亮 。 按 下 启 动 按 钮 SB1, Y431 被 X400 触 点 接 通 并 自 锁 , 运 行 指 示 灯 亮 并 保 持 整 个 运 行 过 程 。 此 时 Y431 的 常 开 触 点 接 通 移 位

(2) 小 车 行 驶 至 1 号 位 返 回 原 位

寄 存 器 的 数 据 输 入 端 IN, M100 置 1(其 常 闭 触 点 断 开 , 常 开 触 点 闭 合 ), M100 和 X402 的 触 点 接 通 Y432 线 圈 , 前 进 接 触 器 KM2 得 电 吸 合 , 电 动 机 正 转 , 小 车 驶 向 1 号 位 。 当 小 车 到 达 1 号 位 时 , 限 位 开 关 SQ1 动 作 , X402 常 闭 触 点 断 开 Y432 线 圈 , KM3 失 电 释 放 , 电 动 机 停 转 , 小 车 停 止 前 进 。 与 此 同 时 X402 接 通 移 位 寄 存 器 移 位 输 入 CP 端 , 将 M100 中 的 “ 1” 移 到 M101, M101 常 闭 触 点 断 开 , M100 补 “ 0” , 而 M101 常 开 触 点 闭 合 , Y433 接 通 , 接 触 器 KM4 得 电 吸 合 , 电 动机反转,小车后退,返回原位。 (3) 小 车 行 驶 至 2 号 位 又 返 回 原 位 当 小 车 碰 到 原 位 限 位 开 关 SQO, X401 断 开 Y433 线 圈 通 路 , KM4 失 电 释 放 , 电 动 机 停 转 , 小 车 停 止 。 X401 与 M101 接 通 移

位 输 入 通 路 ,M 1 0 2 接 通 Y 4 3 2 线 圈 ,小 车 驶 向 2 号 位 。当 小 车 再 次 到 达 1 号 位 时 ,虽 然 S Q 1 动 作 ,X 4 0 2 动 作 ,但 因 为 M 1 0 2 和 X 4 0 2 仍 接 通 Y 4 3 2 ,M 1 0 0 为 “ 0 ” , 所 以 不 影 响 小 车 继 续 驶 向 2 号 位 。 直 至 小 车 碰 到 2 号 位 限 位 开 关 SQ2, X403 断 开 Y432, 小 车 才 停 止 前 进 。 与 此 同 时 , X403 与 M102 接 通 移 位 输 入 通 路 , 将 M102 中 的 “ 1” 移 到 M103, M103 为 “ 1” , 其 余 位 全 为 “ 0” 。 M103 接 通 Y433 线 圈 , 小 车 返 回 原 位 。

(4) 小 车 行 驶 至 3 号 位 再 返 回 原 位

当 小 车 碰 到 原 位 限 位 开 关 SQO 后 , 小 车 停 止 后 退 。 同 时 M103 和 X401 接 通 移 位 输 入 通 路 , M104 和 X404 接 通 Y432, 小 车

向 3 号 位 驶 去 。 小 车 再 次 经 过 1 号 位 和 2 号 位 , 但 因 为 M100~M103 均 为 “ 0” , 不 会 移 位 , M104 和 X404 仍 接 通 Y432, 直 到 小 车 碰 到 3 号 位 限 位 开 关 SQ3 动 作 , X404 才 断 开 Y432 线 圈 , 小 车 才 停 止 前 进 。 这 时 M104 和 X404 接 通 移 位 输 入 通 路 , M104 移 位 到 M105, M405 为 “ 1” , 其 它 位 为 “ 0” , M105 和 X401 接 通 Y433, 电 机 反 转 , 小 车 后 退 返 回 原 位 。 (5) 小 车 运 行 一 个 周 期 小 车 运 行 一 个 周 期 返 回 原 位 后 压 下 原 位 限 位 开 关 S Q O ,X 4 0 1 又 断 开 Y 4 3 3 ,小 车 停 止 运 行 。同 时 M 1 0 5 和 X 4 0 1 接 通 移 位 输 入 通 路 ,M 1 0 5

移 位 到 M106, M106 为 “ 1” , 其 余 位 为 “ 0” , 即 M100~M105 的 常 开 触 点 均 为 断 态 , 这 时 如 果 连 续 运 行 开 关 S 仍 未 合 上 , X405 仍 断 开 , 那 么 移 位 寄 存 器 不 会 复 位 , M100 仍 为 “ 0” , 则 小 车 正 向 出 发 往 返 运 行 三 次 (一 个 周 期 )后 , 就 在 原 位 停 下 来 了 。 (6) 小 车 连 续 运 行 与 停 止 如 果 需 要 小 车 在 运 行 一 个 周 期 后 , 继 续 运 行 下 去 , 则 合 上 连 续 运 行 开 关 S, X405、 X401 和 M106 接 通 复 位 输 入 端 R, 移 位 寄 存 器 复

位 ,M 1 0 0 重 新 置 “ 1 ” ,M 1 0 0 与 X 4 0 2 又 接 通 Y 4 3 2 ,小 车 又 开 始 第 二 个 周 期 的 运 行 ,并 且 一 个 周 期 又 一 个 周 期 地 连 续 运 行 下 去 ,直 到 按 下 停 机 按 钮 S B 2 , X 4 0 7 触 点 断 开 , Y432 和 Y433 线 圈 断 开 , 小 车 才 会 立 即 停 止 运 行 。 同 理 , 如 果 发 生 意 外 情 况 , 不 论 小 车 运 行 在 什 么 位 置 , 只 要 按 下 停 车 按 钮 SB2, 电 动 机 立 即 停 转,小车停止运行。 小 车 PLC 控 制 系 统 梯 形 图 如 图 3 所 示 :

图 3 PLC 控 制 梯 形 图

5 结束语 自动生产线上使用的转运小车,是常用的生产设备,它运行正常与否,对生产影响很大。该控制系统具有简单可靠地优点,有借鉴的价值。

步进电机 PLC 控制的研究设计
0 引言 步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比,其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成 正比,其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序,便可控制步进电机的输出位移量、速度和方 向。步进电机具有较好的控制性能,其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成,且可获得较高的控制精度,因而得到了广泛的应用。 可编程控制器(Programmable Logic Controller,通常称 PLC)是适应工业环境,简单易懂,操作方便,可靠性高的新一代通用工业控制装置。它能够完成较精确的位置 控制。利用 PLC 控制步进电机,其脉冲分配可以由软件实现,也可由硬件组成。本文论述了采用硬件控制的方法。步进电机位置控制系统以三菱 FX2N-nMT PLC 为主控 单元,以步进电机驱动器为驱动单元,以 0.6°步距角的三相步进电机为执行单元。通过 PI C 控制脉冲的发生个数,从而控制步进电机的运转角度,实现对位置的精确控 制。 1 步进电机 PLC 控制系统 I/O 接线图的设计 以三相步进电机为例,步进电机通常设有加速、减速控制及正反转控制等控制方式。按控制要求可设计出步进电机的 PLC 控制系统 I/O 接图(见图 1)。

图 1 步进电机的 PLC 控制系统 I/O 接线图 图中:CP-脉冲信号输入端子; CW-方向信号输入端子; EN-使能信号输入端子。 2 步进电机脉冲频率的变化规律 步进电机在启动和停止时有一个加速及减速过程,且加速速度越小则冲击越小,动作越平稳,所以步进电机工作一般要经历以下的变化过程:加速-恒速(高速)-减速恒速(低速)-停止。因步进电机转速与脉冲频率成正比,所以输入步进电机的脉冲频率也要经历一个类似的变化过程,其变化规律见图 2。

可见在步进电机启动时要使脉冲升频,停车时使脉冲降频。 由于步进电机驱动器在输入脉冲 200 Hz 时处于震荡区内,容易损坏内部元件,而在 200 Hz 以下运转速度较慢,效率较低,故一般采用 350 Hz 作为脉冲的低频起点。 经测试,轻载时高频脉冲可达到 6.8 kHz。 3 FX2N 的部分指令简介 斜坡信号

预先将初值与目标写入数据寄存器 D1、D2,启动后,D3 内容从 D1 到 D2 慢慢变化,移动时间为 N 次扫描,传输完毕后 M8029 置 ON。 脉冲输出

S1 指定频率,2~20 Hz 执行中可更变。S2 指定发生脉冲。D 指定脉冲输出 Y 的地址号脉冲占空比为 50 ,执行完毕 M8029 置 ON,DPLSY 为 32 位指令 4 控制系统的部分程序指令 LD M800 //运行监视 SET M8039 SUB D2D5D7 SET M30

MOV K4D8039 //设定恒定扫描周期为 4 秒 LD M30

LD X2 //正转 OR M10 ANI X3 OUT M10 //反转 LD X3 OR M11 ANI X2 RST Y1 OUT M11 MUI DOK8D2 SET Y2 SET M20 LD M20 MOVP K6500D4 MOVP K1100D5 5 结论

RST M20 RAMP D9D4D10K40 //变频 RST M8029 DPLSY D10D2Y0 //脉冲输出 OUT C235D7 //监测降额起点 AND M8029 RST C235 LD C235 MOVP D4D9 MOVP K350D4

利用可编程控制器可方便地实现对电机的速度和位置进行控制,可靠地实现各种步进电机的操作,完成各种复杂的工作。它是一种先进的工业自动化设备,可广泛地 在造纸、食品、包装以及其他轻工机械中得到应用。

PLC 在电镀专用行车控制中的应用
可编程控制器是 70 年代以来,计算机迅速发展在工业控制领域对顺序控制有着重大意义的一种新兴技术,由于它编程直接,方便,抗干扰能力强,工业控制中几乎所有 的顺序控制都可简单地由它完成,因而其应用愈来愈广泛。电动行车是现代化生产中用于物料输送的重要设备,传统的控制方式下,大都采用人工操纵的半自动控制方

式,在许多场合,为了提高工作效率,促进生产自动化和减轻劳动强度,往往需要实现电动行车的自动化控制,实现自动化控制,可以使行车能够按照预定顺序和控制 要求,自动完成一系列的工作。本文介绍了工厂电镀车间的电镀专用行车,利用 PLC 构成一套自动控制系统,实现对电镀专用行车的自动控制过程。

1 工作过程分析

电镀专用行车采用远距离控制,起吊重量 500kg 以下,起重物品是有待进行电镀或表面处理的各种产品零件。根据电镀加工工艺的要求,电镀专用行车的结构 和动作流程如图 1 所示,其中 1 槽为电镀槽,槽中装有电镀液,2 槽为回收槽,3 槽为清水槽,实际生产中电镀槽的数量由电镀工艺要求决定,电镀的种类越多,槽的数 量越多。

图1

电镀专用行车的结构和动作流程图

电镀专用行车的工作过程如下:

(1) 在电镀生产一侧,工人将待加工的零件装入吊篮,发出控制信号,行车自动上升,并逐段前进,根据工艺要求在需要停留的槽位停止。

(2) 行车停留在某个槽位上面后,自动下降,停留一定的时间(各槽停留的时间根据工艺要求预先设定),再自动上升并继续前行。

(3) 如此完成电镀工艺规定的各道工序,直至生产的末端。然后,自动返回原位,由工人卸下处理好的零件。

至此,一次循环加工完成,可见,电镀专用行车加工过程的控制是顺序控制,由吊篮前进、下降、延时停留、上升、后退等工序组成。

2 拖动系统设计

专用行车的前后和升降运动由三相交流异步电动机拖动,根据电镀行车的起吊重量,选用两台电动机进行拖动。

主电路拖动控制系统如图 2 所示,其中,行车的前进和后退,吊钩的上升和下降控制分别通过两台电动机 M1、M2 的正、反转来控制。

图2

主电路拖动控制系统原理图

图 2 中,接触器 KM1,KM2 控制电动机 M1 的正、反转,实现行车的前进和后退,接触器 KM3,KM4 控制电动机 M2 的正、反转,实现吊钩的上升和下降。

3 PLC 系统结构设计

3.1 PLC 选型及地址分配

根据该专用行车的控制要求,其输入/输出及控制信号共有 13 个,其输入信号 9 个,输出信号 4 个,实际使用时,系统的输入都为开关控制量,加上 10%-15% 的余量就可以了,并无其他特殊控制模块的需要,拟采用三菱公司 FX2N-24MR 型 PLC,输入/输出信号地址分配见表 1。 表 1 输入/输出信号地址分配表

作用

名称

地址

启动按钮 原位限位开关 清水槽限位开关

SB1 SQ4 SQ3

X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 作用 名称 地址

回收波槽限位开关 SQ2 镀槽限位开关 下限位开关 上限位开关 行车点动进 行车点动退 SQ1 SQ6 SQ5 SB2 SB3

行车前进 行车后退 吊钩上升 吊钩下降

KM1 KM2 KM3 KM4

Y001 Y002 Y003 Y004

3.2 PLC 控制电路设计

图3

PLC 控制系统 I/O 端口接线图

图 3 为电镀专用行车的控制系统 I/O 端口接线图,需注意的是,图中对输入的常闭触点进行了处理,即常闭触点改用了常开触点。

4 PLC 软件设计

4.1 控制系统梯形图编制 根据控制要求和 I/O 地址编制,绘出控制系统梯形图如图 4。

图4

PLC 控制系统梯形图

梯形图工作原理分析:

电镀生产线采用专用行车,行车架上装有可升降的吊钩,行车和吊钩各由一台电动机拖动,行车的进/退和吊钩的升/降均由相应的限位开关 SQ 定位,流程如下:

(1)按启动按钮 SB1,X001 闭合,状态 S0 被置位,Y003 得电,KM3 工作,吊钩提起工件,开始上升,当碰到上限位开关 SQ5 时停止,X007 接通,S0 复位,吊钩停 止上升,状态 S1 被置位,M20 得电,Y001 工作,KM1 工作,行车开始向下一道工序前行。

(2)当行车前行至镀槽限位开关 SQ1 时,X005 动作,S1 复位,行车停止前行,状态 S2 被置位,Y004 得电,KM4 工作,吊钩刚好在镀槽的上方开始下降。

(3)当吊钩下降至下限位开关 SQ6 时,X006 动作,吊钩下降停止,工件浸入镀液槽中,并开始定时。

(4)定时 280 秒后,状态 S3 被置位,Y003 工作,KM3 工作,电镀结束,吊钩提起工件,开始上升,当碰到上限位开关 SQ5 时停止,X007 接通,吊钩停止上升,并 在镀槽上方停留 28 秒,让镀波滴回槽中。

(5)当行车在镀槽上方停留 28 秒后,状态 S4 被置位,M20 得电,Y001 工作,KM1 工作,行车继续向下一道工序前行,直到碰压回收波槽限位开关 SQ2 时,X004 动 作,状态 S5 被置位,Y004 得电,KM4 工作,行车停止前行,并且吊钩刚好在回收波槽的上方开始下降。

(6)当吊钩下降至下限位开关 SQ6 时,X006 动作,吊钩下降停止,工件被放置回收波槽中,并开始定时。

(7)定时 30 秒后,状态 S6 被置位,Y003 工作,KM3 工作,吊钩又开始上升,当碰到上限位开关 SQ5 时停止,X007 接通,吊钩停止上升,并定时停留 15 秒。

(8)当 15 秒定时到后,状态 S7 被置位,M20 得电,Y001 工作,KM1 工作,行车继续向下一道工序前行,直到碰压清水槽限位开关 SQ3 时,X003 动作,行车停止前 行,并且在清水槽上方停留 15 秒。

(9)定时 15 秒后,状态 S8 被置位,Y004 工作,KM4 工作,吊钩开始下降,当吊钩下降至下限位开关 SQ6 时,X006 动作,吊钩下降停止,工件置于清水槽中,并开 始定时清洗 30 秒。

(10)定时清洗 30 秒后,状态 S9 被置位,Y003 得电,KM3 工作,吊钩提起工件,开始上升,当碰到上限位开关 SQ5 时停止,X007 接通,吊钩停止上升,并定时停 留 15 秒。

(11)定时 15 秒后,状态 S10 被置位,M21 得电,Y002 工作,KM2 工作,行车开始后退,当后退至原位限位开关 SQ4 时,X002 动作,状态 S11 被置位,Y004 工作, KM4 工作,行车停止后退,吊钩开始下降,当吊钩下降至下限位开关 SQ6 时,X006 动作,吊钩下降停止, 镀好的工件被取下来。

(12)按下按钮 SB2 或 SB3,能实现行车的点动进/退控制。 至此,整个电镀生产完成一个工作循环,当再次按下起动按钮 SB1 时,则开始第二个工作循环。

5 结束语

文中采用 PLC 对电镀专用行车进行自动控制,简化了电气控制系统的硬件和接线,减小了控制器的体积,提高了控制系统的灵活性,同时,PLC 有较完善自诊断 和自保护能力,可以增强系统的抗干扰能力,提高系统的可靠性,应用表明,PLC 在旧电动行车的自动化改造和新型电动行车的设计中,有广泛的应用前景。

参考文献:

[1] 廖常初. PLC 基础及应用[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[3] 三菱公司 FX2 系列可编程序控制器使用手册[Z].2001.

浅谈可编程控制器梯形图的设计方法
一、引言

可编程控制器是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术及微电子技术相结合而形成的 专门从事逻辑控制的微机系统。在 PC 系统应用中,梯 形图的设计往往是最主要的问题。梯形图不但沿用和发展了电气控制技术,而且其功能和控制指令已远远超过电气控制范畴。它不仅可实现逻辑运 算,还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能,是具有工业控制指令的微机系统。由于梯形图的设计是计算机程序设计与电气控制设计思想结 合的产物,因此,在设计方法上与计算机程序设计和电气控制设计既有着相同点,也有着不同点。本文对开关量控制系统梯形图的设计,提出了四 种常用方法。

二、替代设计法

所谓替代设计法,就是用 PC 机的程序,替代原有的继电器逻辑控制电路。它的基本思想是: 将原有电气控制系统输入信号及输出信号做为 PC 的 I /O 点,原来由继电器—接触器硬件完成的逻辑控制功能由 PC 机的软件—梯形图及程序替代完成。

例如,电动机正反转控制电路,原电气控制线路图如图 1 所示。由 PC 控制替代后,其 I/O 接线 图和梯形图分别如图 2、3 所示。

500)this.width=500 border=0> 图1 继电器控制线路图

500)this.width=500 border=0> 图2 PC I/O 接线图

500)this.width=500 border=0> 图3 PC 梯形图

这种方法,其优点是程序设计方法简单,有现成的电气控制线路作依据,设计周期短。一般 在旧设备电气控制系统改造中,对于不太复杂的控制系 统常采用。

三、逻辑代数设计法

由于电气控制线路与逻辑代数有一一对应的关系,因此对开关量的控制过程可用逻辑代数式 表示、分析和设计。

基本设计步骤如下:

1、根据控制要求列出逻辑代数表达式。

2、对逻辑代数式进行化简。

3、根据化简后的逻辑代数表达式画梯形图。

下面举一简单例子来具体说明。

某一电动机只有在三个按钮中任何一个或任何两个动作时,才能运转,而在其他任何情况下 都不运转,试设计其梯形图。

将电动机运行情况由 PC 输出点 0500 来控制,三个按钮分别对应 PC 输入地址为 A、B、C。根据题意,三个按钮中任何一个动作,PC 的输出点 0500

就有输出。其逻辑代数表达式为

500)this.width=500 border=0> 当三个按钮中有任何两个动作时,输出点 0500 的逻辑代数表达式为 500)this.width=500 border=0> 因两个条件是“或”关系,所以电动机运行条件应该为

500)this.width=500 border=0> 简化该式得 500)this.width=500 border=0>

根据逻辑代数表达式,画梯形图,如图 4 所示。

500)this.width=500 border=0> 图 4

利用这种方法设计,最大的特点是可以把很多的逻辑关系最简化。 当然出于可靠和安全性角度考虑的冗余设计是另外一个问题。

四、程序流程图设计法

PC 采用计算机控制技术, 其程序设计同样可遵循软件工程设计方法,程序工作过程可用流程 图表示。由于 PC 的程序执行为循环扫描工作方式, 因而与计算机程序框图不同点是,PC 程序框图在进行输出刷新后,再重新开始输入扫描,循环执行。 下面以全自动洗衣机控制为例,说明这种设计方法的应用。 首先画出洗衣机工艺流程图,如图 5 所示。

500)this.width=500 border=0> 图5 洗衣机工艺流程图

第二步选择 PC 机型,设置 I/O 点编号。其 I/O 点编号分配如下: I/O 点分配 计时/计数器分配

00 起动开关 01 停止开关 02 手动排水开关 03 高水位开关 04 低水位开关 20 起动洗衣机 21 进水 22 正转洗涤

T600 正转计时 T601 暂停计时 T602 反转计时 T603 暂停计时 T604 脱水计时 T605 报警计时 C606 洗涤次数 C607 脱水次数

23 反转洗涤 25 排水 26 脱水 27 停止、报警 第三步,根据流程图,设计梯形图,如图 6 所示

500)this.width=500 border=0 dypop=按此在新窗口浏览图片> 图6 洗衣机梯形图

五、功能模块设计法

根据模块化设计思想,可对系统按控制功能进行模块划分,依次对各控制的功能模块设计梯 形图。 例如,在 PC 电梯控制系统中,对电梯控制按功能可分为:厅门开关控制模块,选层控制模块,电梯运行控制模块,呼梯显示控制模块等。按电 梯功能进 行梯形图设计,可使电梯相同功能的程序集中在一起,程序结构清晰,便于调试,还可以根 据需要灵活增加其他控制功能。 当然,在设计中要注意模块之间的互相影响时、时序关系,以及联锁指令的使用条件。同一 种控制功能可有不同的软件实现方法,应根据具体 情况采用简单实用的方案,并应充分利用 不同机型所提供的编程指令,使程序尽量简洁。

六、结束语 本文介绍了 PC 梯形图的四种设计方法,除此之外,还有其他一些方法,如经验法。在系统设 计中对不同的环节,可根据具体情况,采用不同的设计方法。通常在 全局上采用程序框图及功能模块方法设计;在旧设备改造中,采用替代法设计;在局部或具体功能的程序设计上,采用逻辑代数法和经验法。

HOLLiAS-LEC G3 小型一体化 PLC 在二次滤网中的应用
摘 要 将 HOLLiAS-LEC G3 小型一体化 PLC 应用于二次滤网,控制其排污箱的停顿时间和排污阀的开关,给出了 PLC 端子接线图和控制系统流程 图。 关键词 二次滤网;PLC 分类号 TP315

二次滤网是一种自动过滤污水的装置,可以强力清除污水中的杂物,适用于火力或水力发电机组循环冷却水的过滤和其它工业循环冷却水的过滤, 尤其是对一些以江、河、湖水为一次循环直供的厂家,其排污的效果更为明显。该设备具有结构合理、性能先进、自动化程度高、经济实用等优点。 1 二次滤网的工作原理 二次滤网的工作原理主要分为压差排污和时间排污两种情况。 第一种是压差排污,即根据压差的大小进行排污。二次滤网接入管道系统后,污水由下部进水口进入滤水器,过滤杂物后,水从出水口流出。当水 中杂物通过网芯时,由于杂物的体积大于网芯孔的尺寸,从而被聚集在网芯的内侧表面上。当杂物聚积到一定的数量时,由于截流口的减压作用, 从而造成进水口和出水口之间产生一定的压力差。当滤网进口压力表和出口压力表的水压差值增大到规定数值时,设备自动清洗排污。排污时,控 制机构自动打开排污阀,水流对于附着在网芯的内侧表面上的杂物进行反向冲洗,经由排污管路和排污阀门排入冷却水的出水管中,将其排出滤网。 当压力差值恢复到正常时,控制机构自动关闭排污阀,从而完成过滤排污的工作过程。 第二种是时间排污,即根据时间的长短进行排污。清洗排污的时间间隔可以自由设定。在设定的清洗排污时间,控制机构自动打开排污阀,进行清 洗排污。

2 PLC 选型与 I/O 点分配 根据二次滤网的工艺要求,PLC 控制系统需要有一定电流容量的开关量输出点来控制主电机和排污阀门。要求 PLC 能够和上位操作界面进行通讯, 在上位操作界面中实现对变量的监控和修改。要求能够对现场的压差信号进行采集,供 CPU 或上位操作屏幕显示。 根据统计,PLC 控制系统的 I/O 点共有 14 个,其中开关量输入点 8 个,开关量输出点 5 个,模拟量输入点 1 个,没有模拟量输出点。根据输入和输 出的要求,选用和利时 HOLLiAS-LEC G3 小型一体化 PLC,CPU 模块选择带有 24 点开关量的 LM3107,其中开关量输入 14 点,开关量输出 10 点。 该 CPU 模块的性能价格比很高,广泛用于工业控制的各个领域。对于现场模拟量的采集,选用 4 通道模拟量输入模块 LM3310,该模块具有如下优 点: ?采样精度高,常温下的满量程误差为 0.2%。 ?响应速度快,4 个通道完成一次采样的时间为 20ms。 ?信号范围广,可以接收 0~20mA 电流信号、4~20mA 电流信号和 0~10V 电压信号。 PLC 的人机界面选用 HITECH 触摸屏。这些配置完全能够满足系统的要求。本系统的 I/O 点数分配如表 1 所示。

表 1 PLC 控制系统的 I/O 点分配

3 PLC 控制系统软件设计 二次滤网过滤杂物后,滤芯脏污,水阻增大。当差压变送器输出值达到预设值 A 时,PLC 得到差压变送器的信号,自动打开排污阀门进行自动排污。 将杂物排出滤网后,当压差降到预设值 B 时,PLC 自动关闭排污阀门。如果压差没有下降,反而继续增加达到预设值 C 时,则 PLC 发出报警信号, 同时停止执行电机,关闭排污阀门。之后应当进行检修,取出滤芯,进行清理或更换。PLC 程序采用和利时的编程软件 PowerPro 完成,程序流程图 如图 3 所示。

图 3 PLC 程序流程图

4 结论 采用和利时 HOLLiAS-LEC G3 小型一体化 PLC 作为控制核心的二次滤网,可以广泛应用于电站、化工、印染、造纸等各种行业的供用水管道。通 过 PLC 控制,可以自动启动排污阀门进行冲洗,具有清污效果强、排污耗水量少、运行安全可靠等优点。 参 考 文 献 [1> 杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3 小型一体化 PLC 硬件手册,2006 [2> 杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3 小型一体化 PLC 软件手册,2006 [3> 杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3 小型一体化 PLC 指令与功能块手册,2006

一、FX2N 系列 PLC 型号名称的含义 FX2N 系列 PLC 型号名称的含义如下:

①系列序号:如 1S,1N,2N ②表示输入输出的总点数:FX2N 系列 PLC 的最大输入输出点数为 256 点 ③表示单元类型:M 为基本单元,E 为输入输出混合扩展单元与扩展模块,EX 为输入专用扩展模块,EY 为输出专用扩展模块。 ④表示输出形式:R 为继电器输出(有干接点,交流、直流负载两用); T 为晶体管输出(无干接点,直流负载用); S 为双向晶闸管输出(无干接点,交流负载用)。 ⑤表示电源形式:D 为 DC24V 电源,24V 直流输入;H 为大电流输出扩展模块(1A/1 点);V 为立式端子排的扩展模块;C 为接插口输入方式;F 为输入滤波时间常 数为 1ms 的扩展模块;L 为 TTL 输入扩展模块;S 为独立端子(无公共端)扩展模块;若无标记,则为 AC 电源,24V 直流输入,横式端子排,标准输出(继电器输出为

2A/1 点;晶体管输出为 0.5A/1 点;双向晶闸管输出为 0.3A/1 点)。 例如型号为 FX2N-40MR-D 的 PLC,属于 FX2N 系列,是有 40 个 I/O 点的基本单元,继电器输出型,使用 DC24V 电源。

二、FX2N 系列 PLC 的基本构成 FX2N 系列 PLC 采用一体化箱体结构,其基本单元将所有的电路,含 CPU、存储器、输入输出接口及电源等都装在一个模块内,是一个完整的控制装置。 扩展单元:用于增加 I/O 点数的装置,内部设有电源。 扩展模块:用于增加 I/O 点数及改变 I/O 比例,内部无电源,用电由基本单元或扩展单元供给。因扩展单元及扩展模块无 CPU,必须与基本单元一起使用。 特殊功能单元:是一些专门用途的装置。如模拟量 I/O 单元、高速计数单元、位置控制单元、通讯单元等。

三、FX2N 系列 PLC 的外观及其特征 (1)外部端子部分 外部端子包括 PLC 电源端子(L、N、),直流 24V 电源端子(24+、COM)、输入端子(X)、输出端子(Y)等。主要完成电源、输入信号和输出信号的连接。其中 24+、 COM 是机器为输入回路提供的直流 24V 电源,为了减少接线,其正极在机器内已经与输入回路连接,当某输入点需要加入输入信号时,只需将 COM 通过输入设备接 至对应的输入点,一旦 COM 与对应点接通,该点就为“ON”,此时对应输入指示就点亮。 (2)指示部分 指示部分包括各 I/O 点的状态指示、PLC 电源(POWER)指示、PLC 运行(RUN)指示、用户程序存储器后备电池(BATT)状态指示及程序出错(PROG-E)、CPU 出错(C PU-E)指示等,用于反映 I/O 点及 PLC 机器的状态。 (3)接口部分 接口部分主要包括编程器、扩展单元、扩展模块、特殊模块及存储卡盒等外部设备的接口,其作用是完成基本单元同上述外部设备的连接。在编程器接口旁边,还设置

了一个 PLC 运行模式转换开关 SWl,它有 RUN 和 STOP 两个运行模式,RUN 模式能使 PLC 处于运行状态(RUN 指示灯亮),STOP 模式能使 PLC 处于停止状态(RUN 指示灯灭),此时,PLC 可进行用户程序的录入、编辑和修改。

①安装孔 4 个;②电源、辅助电源、输入信号用的可装卸式端子;③输入指示灯;④输出动作指示灯;⑤输出用的可装卸式端子;⑥外围设备接线插座、盖板:⑦面板 盖;⑧DIN 导轨装卸用卡子;⑨I/O 端子标记;⑩动作指示灯,POWER;电源指示灯,RUN;运行指示灯,BATT.V;电池电压下降指示灯,PROG-E;指示灯闪烁 时表示程序出错,CPU-E;指示灯亮时表示 CPU 出错;11.扩展单元、扩展模块、特殊单元、特殊模块的接线插座盖板;12.锂电池;13.锂电池连接插座;14.另选存

储器滤波器安装插座;15.功能扩展板安装插座;16.内置 RUN/STOP 开关;17.编程设备、数据存储单元接线插座。 FX2N 系列 PLC 外形图

四、PLC 的安装、接线 PLC 的安装固定常有两种方式,一是直接利用机箱上的安装孔,用螺钉将机箱固定在控制柜的背板或面板上。其二是利用 DIN 导板安装。 1.电源接线及端子排列 PLC 基本单元的供电通常有两种情况,一是直接使用工频交流电,通过交流输入端子连接,对电压的要求比较宽松,100~250V 均可使用。二是采用外部直流开关电 源供电,一般配有直流 24V 输入端子。采用交流供电的 PLC 机内自带直流 24V 内部电源,为输入器件及扩展单元供电。FX 系列 PLC 大多为 AC 电源,DC 输入型式。

FX2N 系列 PLC 的接线端子排列示例(FX2N-32MR)

AC 电源、DC 输入型机电源的配线

2.输入口器件的接入 PLC 的输入口连接输入信号,器件主要有开关、按钮及各种传感器,这些都是触点类型的器件。在接入 PLC 时.每个触点的两个接头分别连接一个输入点及输入公共端。

输入器件的接线图

3.输出口器件的接入 PLC 的输出口上连接的器件主要是继电器、接触器、电磁阀的线圈。这些器件均采用 PLC 机外的专用电源供电,PLC 内部不过是提供一组开关接点。接入时线圈的一端 接输出点螺钉,一端经电源接输出公共端。图 5-2 中下部为输出端子,由于输出口连接线圈种类多,所需的电源种类及电压不同,输出口公共端常分为许多组,而且组 间是隔离的。PLC 输出口的电流定额一般为 2A,大电流的执行器件须配装中间继电器。 4.通讯线的连接 PLC 一般设有专用的通讯口,通常为 RS485 口或 RS422 口,FX2N 型 PLC 为 RS422 口。与通讯口的接线常采用专用的接插件连接。

输出器件的接线


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