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fgc536
DCS、PLC
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樓主  發(fā)表于: 2007-06-20 21:07
  在生產(chǎn)機械的自動控制領(lǐng)域,PLC順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用量大面廣。然而,工藝不同的生產(chǎn)機械要求設(shè)計不同的控制系統(tǒng)梯形圖。目前,不少電氣設(shè)計人員仍然采用經(jīng)驗設(shè)計法來設(shè)計PLC順序控制系統(tǒng),不僅設(shè)計效率低,容易出差錯,而且設(shè)計階段難以發(fā)現(xiàn)錯誤,需要多次調(diào)試、修改才符合設(shè)計要。本文提出的4種簡易設(shè)計方法,能快速地一次設(shè)計成功PLC順序控制系統(tǒng)。

    順序控制系統(tǒng)的特點及設(shè)計思路

    1.特點順序控制系統(tǒng)是指按照預(yù)定的受控執(zhí)行機構(gòu)動作順序及相應(yīng)的轉(zhuǎn)步條件,一步一步進行的自動控制系統(tǒng)。其受控設(shè)備通常是動作順序不變或相對固定的生產(chǎn)機械。這種控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)步主令信號大多數(shù)是行程開關(guān)(包括有觸點或無觸點行程開關(guān)、光電開關(guān)、干簧管開關(guān)、霍爾元件開關(guān)等位置檢測開關(guān)),有時也采用壓力繼電器、時間繼電器之類的信號轉(zhuǎn)換元件作為某些步的轉(zhuǎn)步主令信號。

    為了使順序控制系統(tǒng)工作可靠,通常采用步進式順序控制電路結(jié)構(gòu)。所謂步進式順序控制,是指控制系統(tǒng)的任一程序步(以下簡稱步)的得電必須以前一步的得電并且本步的轉(zhuǎn)步主令信號已發(fā)出為條件。對生產(chǎn)機械而言,受控設(shè)備任一步的機械動作是否執(zhí)行,取決于控制系統(tǒng)前一步是否已有輸出信號及其受控機械動作是否已完成。若前一步的動作未完成,則后一步的動作無法執(zhí)行。這種控制系統(tǒng)的互鎖嚴(yán)密,即便轉(zhuǎn)步主令信號元件失靈或出現(xiàn)誤操作,亦不會導(dǎo)致動作順序錯亂。

    2.設(shè)計思路本文提出的4種簡易設(shè)計方法都是先設(shè)計步進階梯,在步進階梯實現(xiàn)由轉(zhuǎn)步主令信號控制輔助繼電器得失電;然后根據(jù)步進階梯設(shè)計輸出階梯,在輸出階梯實現(xiàn)由輔助繼電器控制輸出繼電器得失電。這4種設(shè)計法所設(shè)計的梯形圖電路結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的指令應(yīng)適用于大多數(shù)PLC機型,具有通用性。

    由于各種PLC機型的編程元件代號及其編號不盡相同,為便于闡述,本文約定:所有梯形圖中的輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器(又稱內(nèi)部繼電器)的代號分別為:X、Y、M。設(shè)計中所用到的某些功能指令,如置位指令約定為S×,復(fù)位指令為R×;移位指指令為SR×。其中的“×”表示編程元件的編號,用十進制數(shù)表示。用這些方法設(shè)計實際的控制系統(tǒng)時,應(yīng)將編程元件代號和編號變換成所選用的PLC機型對應(yīng)的代號和編號。


圖1 順序控制流程

    下面分別介紹各種設(shè)計方法。其中,前3種方法的設(shè)計依據(jù)都是圖1所示的順序控制流程。圖中,步1的轉(zhuǎn)步主令信號X0為連接啟動按鈕的輸入繼電器(為簡明起見,后述的轉(zhuǎn)步主令信號均省去“輸入繼電器”幾個字,只提輸入信號),X1為原位開關(guān)信號,X2、X3、X4分別為步2、3、4的轉(zhuǎn)步主令開關(guān)信號。M1~M5分別為各步的受控輔助繼電器。Y1~Y4分別為各步受控的輸出繼電器。

    一、逐步得電同步失電型步進順序控制系統(tǒng)設(shè)計法

    如圖2所示,這種設(shè)計方法是根據(jù)“與”、“或”、“非”的基本邏輯關(guān)系,設(shè)計成串聯(lián)、并聯(lián)或串、并聯(lián)復(fù)合的電路結(jié)構(gòu)。


圖2 逐步得電同步失電步進順控梯形圖

    1.步進階梯的設(shè)計步進階梯的結(jié)構(gòu)

    如圖2a所示。步1的M1得電條件是受控機械原位開關(guān)X1處于壓合狀態(tài)(若受控機械有多個執(zhí)行機構(gòu),則要求每個執(zhí)行機構(gòu)的原位開關(guān)均處于壓合狀態(tài)),滿足原位條件后按起動按鈕X0才能得電。M1得電后自鎖,并為步2提供步進條件信號(M1的常開觸點)。步1的執(zhí)行動作完成時觸發(fā)的行程開關(guān)信號X2作為步2的轉(zhuǎn)步條件信號。步2的M2的輸入滿足其步進條件和轉(zhuǎn)步條件后得電自鎖,并為步3提供步進條件信號。按此規(guī)律即可實現(xiàn)后續(xù)每一工作步輔助繼電器的得電和自鎖。停止步M5的步進條件信號和轉(zhuǎn)步條件信號分別為:最后一個工作步M4發(fā)出的步進條件信號(M4的常開觸點)和該步動作完成時所觸發(fā)的轉(zhuǎn)步信號X1。由于M5的得電信號令控制系統(tǒng)失電,所以M5的回路不自鎖,而且要將其常閉觸點串聯(lián)在步1回路的最左端。從步2起后續(xù)各個步的回路構(gòu)成分支回路。一旦M5得電便使整個系統(tǒng)失電。如不用分支回路的結(jié)構(gòu),也可采用圖3所示的回路。即把M5常閉觸點分別串聯(lián)在每步輔助繼電器的回路上。應(yīng)該注意的是:無論工作步還是停止步,如果某步的轉(zhuǎn)步主令信號有多個,則應(yīng)將多個轉(zhuǎn)步主令信號互相串聯(lián)。


圖3 逐步得電同步失電梯形圖

    2.輸出階梯的設(shè)計輸出階梯

    如圖2b所示。其設(shè)計方法是:(1)在控制流程圖中,找出某輸出繼電器M在哪一步開始得電和在哪一步開始失電,以此確定其得電信號(步進階梯中使M開始得電的輔助繼電器常開觸點)和失電信號(步進階梯中使M開始失電的輔助繼電器常閉觸點);(2)將得電信號、失電信號和受控輸出繼電器線圈串聯(lián)。如果某個輸出繼電器在一個工作循環(huán)中多次得電失電,則將每次得失電的串聯(lián)信號互相并聯(lián)即可。例如,圖1中輸出繼電器Y1要求在步1和步3得電,在其余步失電。在圖2b畫其控制回路時,將圖1所示的第一次得電信號M1和第一次失電信號M2串聯(lián),第二次得電信號M4和第二次失電信號串聯(lián),然后將二者并聯(lián)起來,再與Y1的線圈串聯(lián)便構(gòu)成Y1的控制回路。其余依此類推。

    二、逐步得電逐步失電型步進順序控制系統(tǒng)設(shè)計法

    1.步進階梯設(shè)計

    按圖1所示的控制流程,采用逐步得電逐步失電型順序控制系統(tǒng)設(shè)計法設(shè)計的步進階梯如圖4a所示,其電路結(jié)構(gòu)與圖3的不同點之一是每步的失電由下一步輔助繼電器的常閉接點控制;之二是步1回路必須串聯(lián)步2至最后工作步4的輔助繼電器常閉觸點。以防電路工作時,因誤操作再次起動而導(dǎo)致控制順序錯亂。其余的電路結(jié)與圖3相同。

    2.輸出階梯設(shè)計輸出階梯如圖4b所示,輸出繼電器的控制回路根據(jù)控制流程直觀確定。例如,輸出繼電器Y1要求在步1、3得電,則將步1、3的輔助繼電器M1、M3的常開觸點并聯(lián),再與Y1的線圈串聯(lián)即可。其余輸出繼電器的控制回路構(gòu)成方法與此相同。


圖4 逐步得電逐步失電型順控系統(tǒng)梯形圖

三、置位/復(fù)位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計法

    1.步進階梯設(shè)計圖5a為用置位/復(fù)位指令設(shè)計的順序控制系統(tǒng)步進階梯。其設(shè)計依據(jù)也是圖1所示的控制流程。該步進階梯結(jié)構(gòu)的特點是每步的輔助繼電器都有一個置位線圈和一個復(fù)位線圈,二者編號相同。步1利用置位指令S使輔助繼電器M1置位(即M1線圈得電后內(nèi)部自鎖),建立步1程序,并為步2提供步進條件信號。當(dāng)步2的轉(zhuǎn)步主令信號發(fā)出(X2閉合),指令S使M2置位,建立步2程序,同時復(fù)位指令R使M1復(fù)位,撤銷步1程序。同理可畫出后續(xù)各步繼電器置位/復(fù)位梯形圖。當(dāng)最后一步完成并回到原位(X1閉合)時,指令R使M4復(fù)位,系統(tǒng)的工作循環(huán)結(jié)束。

    2.輸出階梯設(shè)計圖5b為輸出階梯結(jié)構(gòu),與圖4b完全相同,不再贅述。


圖5 置位/復(fù)位指令型順序控制電路

    四、移位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計

    1.步進階梯設(shè)計設(shè)計依據(jù)如圖6所示。圖7a為按圖6所示要求采用移位指令設(shè)計法設(shè)計的順序控制系統(tǒng)步進階梯,這種步進階梯由一個8位移位寄存器(由移位指令定義輔助繼電器M20~M27而成)作為控制元件。該移位寄存器中的IN為移位數(shù)據(jù)輸入端,CP為移位脈沖輸入端,R為復(fù)位端。這三個輸入端的輸入信號均為脈沖上升沿有效。對順序控制系統(tǒng)來說,輸入IN的信號必須是一個單脈沖信號,即移位數(shù)據(jù)為“1”。起動步1時,IN和CP同時輸入按鈕信號X0的脈沖上升沿后,在IN端生成的移位數(shù)據(jù)“1”便移入移位寄存器的M20位,此時該位有輸出(即輸出M20的常開觸點閉合信號),建立步1程序,并為步2提供步進條件信號;M20的常閉觸點即時斷開IN輸入端和CP的步1輸入端,完成數(shù)據(jù)“1”輸入和移位脈沖輸入。從步2起,本步的轉(zhuǎn)步主令信號一發(fā)出(X2接通),便輸入一個移位脈沖上升沿,使原來移入M20位的數(shù)據(jù)“1”移入M21位,建立步2程序,并為步3提供步進條件信號。移位后,M20位的狀態(tài)變?yōu)?,即其相應(yīng)的步1被撤銷,輸出為0。依此類推便可實現(xiàn)整個步進階梯逐步得電和逐步失電。最后一步完成并回到原位(X1接通)時,接通移位寄存器的復(fù)位端R,使移位寄存器復(fù)位清零,整個控制系統(tǒng)失電停止。


圖6 移位順序控制流程圖


圖7 移位指令型順序控制電路

    設(shè)計這種步進階梯時要注意以下問題:(1)在一個自動工作循環(huán)內(nèi),移位寄存器的移位數(shù)據(jù)輸入端IN只允許起動時輸入一個單脈沖信號。也就是說起動時只能輸入移位數(shù)據(jù)“1”。步進階梯的工作原理就是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)“1”,在移位寄存器中逐步向高位移位來實現(xiàn)逐步得電和逐步失電。所以輸入端IN要串聯(lián)每個移位輸出位的常閉觸點;(2)移位寄存器對移位脈沖輸入端開關(guān)的抖動非常敏感。若開關(guān)抖動一次,相當(dāng)于多輸入了一個移位脈沖,移位數(shù)據(jù)“1”隨之多移了一位。由于接點式開關(guān)被觸發(fā)時難免產(chǎn)生抖動。為消除這種影響,在移位脈沖輸入端的步1輸入回路,必須串聯(lián)移位寄存器0位(本例為M20)的常閉觸點,一旦移位數(shù)據(jù)移入M20位,便斷開步1的輸入回路;而從步2開始,每步的輸入回路也要串聯(lián)上一位的常開觸點。例如步2的輸入回路要串聯(lián)上一位M20的常開觸點。這樣,當(dāng)移位到步2轉(zhuǎn)步主令信號對應(yīng)的M21位時,便立即斷開步2的輸入回路。采用這樣的移位脈沖輸入回路結(jié)構(gòu),可確保每步的轉(zhuǎn)步輸入信號持續(xù)時間只有PLC的一個掃描周期(一般只有幾Ms),因開關(guān)的抖動時間遠(yuǎn)大于PLC的一個掃描周期。所以可有效地消除開關(guān)抖動的影響。

    2.輸出階梯設(shè)計圖7b為輸出階梯,其結(jié)構(gòu)與圖4b相同,只是輔助繼電器編號不同而已。

    結(jié)束語

    上述4種PLC順序控制系統(tǒng)設(shè)計方法的共同特點是:

    (1)由輸入繼電器控制輔助繼電器(包括由置位/復(fù)位指令和移位指令定義的輔助繼電器),按此構(gòu)成步進階梯;

    (2)由輔助繼電器控制輸出繼電器,以此構(gòu)成輸出階梯;

    (3)無論步進階梯還是輸出階梯,都是很有規(guī)律的回路結(jié)構(gòu)。不管要設(shè)計的順序控制系統(tǒng)有多少步,也不管其輸入輸出點數(shù)有多少,只要弄清各種設(shè)計方法所設(shè)計的步進階梯和輸出階梯的回路結(jié)構(gòu)的規(guī)律性,根據(jù)設(shè)計依據(jù),套用其中任一種設(shè)計方法的回路結(jié)構(gòu),就能快速地一次成功設(shè)計出較復(fù)雜的PLC順序控制系統(tǒng)。
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zspwc
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1樓  發(fā)表于: 2008-03-23 10:53
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