PLC第七章.docx
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PLC第七章
第8章可编程序控制器应用系统设计
8.1PLC混料罐混料控制系统设计
有一混料罐装有二个进料泵控制二种液料的进罐，装有一个出料泵控制混合料出罐，另有一个混料泵用于搅拌液料，罐体上装有三个液位检测开关SI1、SI4、SI6，分别送出罐内液位低、中、高的检测信号，罐内与检测开关对应处有一只装有磁钢的浮球作为液面指示器（浮球到达开关位置时开关吸合，离开时开关释放）。
见下图图8.1.
图8.1.1混料罐示意图
在操作面板设有一个混料配方选择开关S07，用于选择配方１
或配方２。
设有一个起动按钮S01，当按动S01后，混料罐就按给定的工艺流程开始运行。
设有一个停止按钮S02作为流程的停运开关（其工作方式见考核要求2选定）；循环选择开关S08作为流程的连续循环与单次循环的选择开关。
混料罐的工艺流程
按起动按钮S01SI4中液位有信号
初始状态所有泵均关闭 进料泵1打开
SI6高液位有信号
S07=1选配方1:
进料泵1关,进料泵2开
进料
S07=0选配方2:
进料泵1、2均开
延时3秒到
出料泵开、至中液位混料泵关
泵1、2关，混料泵打开
混料泵关、出料泵开
SI1低液位有信号
为止，此时出料泵失电完成一次循环。
1.设计要求：
1）工作方式
A．机械滑台连续循环与单次循环可按S07自锁按钮进行选择，当S07为“0”时机械滑台连续循环，当S07为“1”时机械滑台单次循环；
B．机械滑台连续循环，按停止按钮S02机械滑台立即停止运行，当再按启动按钮S01，机械滑台继续运行；
C．连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02机械滑台立即停止运行，并按原路径返回，直到压合开关SI1才能停止；当再按启动按钮S01，机械滑台重新计数运行。
2）按工艺要求画出控制流程图；
3）写出梯形图程序或语句程序；
2.系统设计
1）输入输出端口配置
输入设备
输入端口编号
接考核箱对应端口
启动按钮S01
0000
S01
停止按钮S02
0001
S02
行程开关SI1
0002
电脑和PLC自动连接
行程开关SI4
0003
电脑和PLC自动连接
行程开关SI6
0004
电脑和PLC自动连接
行程开关SI5
0005
电脑和PLC自动连接
行程开关SI2
0006
电脑和PLC自动连接
选择按钮S07
0007
S07
输出设备
输出端口编号
接考核箱对应端口
主轴电机接触器KM1
1000
H01
电磁阀YV1
1001
H02
电磁阀YV2
1002
H03
电磁阀YV3
1003
H04
电磁阀YV4
1004
H05
电磁阀YV5
1005
H06
2）控制流程图
图8.1.2控制流程图
3）梯形图程序
图8.1.3控制梯形图
3．问题拓展：
1）工作方式设定
（1）混料罐连续循环与单次循环可按S08自锁按钮进行选择，当
S08为“0”时混料罐连续循环，当S08为“1”时混料罐单次循
环；
（2）混料罐连续循环，按停止按钮S02混料罐立即停止；当再按
启动按钮S01，混料罐继续运行；
（3）连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02混料罐完
成一次循环后才能停止；
2）按工艺要求画出控制流程图：
3）写出梯形图程序或语句程序：
4）用欧姆龙系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入及调试。
5）书面说明：
（1）简述PLC梯形图“能流”的概念。
梯形图中的“能流”不是实际意义的电流，而是“概念”电流，
是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示方式。
“能流”只能从左向右流动。
（2）简述可编程序控制器梯形图基本结构的组成。
基本结构由左、右母线,各类触点符号、各类线圈符号、文字符号和表示能流的连线、节点组成。
8.2PLC机械手移动控制系统
机械手工作示意图如图8.4所示。
工艺流程如下：
机械手“取与放”搬运系统，定义原点为左上方所达到的极限位置，其左限位开关闭合，上限位开关闭合，机械手处于放松状态。
搬运过程是机械手把工件从A处搬到B处。
上升和下降，左移和右移均由电磁阀驱动气缸来实现。
当工件处于B处上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测B处有无工件。
只有在B处无工件时才能发出下放信号。
机械手工作过程：
启动机械手下降到A处位置→夹紧工件→夹住工件上升到顶端→机械手横向移动到右端，进行光电检测→下降到B处位置→机械手放松，把工件放到B处→机械手上升到顶端→机械手横向移动返回到左端原点处。
图8.2.1机械手工作示意图
1.设计要求：
1）工作方式：
A．机械手连续循环与单次循环可按S08自锁按钮进行选择，当S08为“0”时机械手连续循环，当S08为“1”时机械手单次循环；
B．机械手连续循环，按停止按钮S02机械手立即停止；当再按启动按钮S01，机械手继续运行；
C．连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02机械手完成一次循环后才能停止；
2）按工艺要求画出控制流程图；
3）写出梯形图程序或语句程序；
4）用欧姆龙系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入；
5）在考核箱上接线，用电脑软件模拟仿真进行调试。
2.系统设计
1）输入输出端口配置
输入设备
输入端口编号
接考核箱对应端口
启动按钮S01
0010
S01
停止按钮S02
0011
S02
下降到位ST0
0002
电脑和PLC自动连接
夹紧到位ST1
0003
电脑和PLC自动连接
上升到位ST2
0004
电脑和PLC自动连接
右移到位ST3
0005
电脑和PLC自动连接
放松到位ST4
0006
电脑和PLC自动连接
左移到位ST5
0007
电脑和PLC自动连接
光电检测开关S07
0000
S07
循环选择开关S08
0001
S08
输出设备
输出端口编号
接考核箱对应端口
下降电磁阀KT0
1000
H01
上升电磁阀KT1
1001
H02
右移电磁阀KT2
1002
H03
左移电磁阀KT3
1003
H04
夹紧电磁阀KT4
1004
H05
2）控制流程图
图8.2.2流程图
3）梯形图程序
图8.2.3控制系统梯形图
3.问题拓展：
1）工作方式选择：
（1）机械手连续循环与单次循环可按S08自锁按钮进行选择，当S08为“0”时机械手连续循环，当S08为“1”时机械手单次循环；
（2）机械手连续循环，按停止按钮S02机械手立即停止；当再按启动按钮S01，机械手继续运行；
（3）连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02机械手完成一次循环后才能停止。
2）按工艺要求画出控制流程图：
3）写出梯形图程序或语句程序：
4）用欧姆龙系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入及调试。
5）书面说明：
（1）PLC机内部有哪些等效元件？
PLC机内部有许多具有不同功能的器件,实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的。
为了把它们与通常的硬器件分开,称之为软器件或等效元件,有X、Y、T、C、M、S、D、V/Z等等效元件。
8.3PLC控制红绿灯信号
设置一个控制开关S01，当它接通时，信号灯控制系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。
设置一个控制开关S02，其工作方式见设计要求2选定。
图8.3.1交通路口红绿灯示意图
工艺流程如下：
南北红灯亮并保持15秒，同时东西绿灯亮，但保持10秒，到10秒时东西绿灯闪亮3次（每周期1秒）后熄灭；继而东西黄灯亮，并保持2秒，到2秒后，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭和南北绿灯亮。
东西红灯亮并保持10秒。
同时南北绿灯亮，但保持5秒，到5秒时南北绿灯闪亮3次（每周期1秒）后熄灭；继而南北黄灯亮，并保持2秒，到2秒后，南北黄灯熄灭，南北红灯亮，同时东西红灯熄灭和东西绿灯亮。
上述过程作一次循环；当强制按钮S03接通时，南北黄灯和东西黄灯同时亮，并不断闪亮（每周期2秒）；同时将控制台指示灯点亮并关闭信号灯控制系统。
控制台指示灯及强制闪烁的黄灯在下一次启动时熄灭。
1.设计要求
1）工作方式选择
A．红绿灯连续循环与单次循环可按S07自锁按钮进行选择，当S07为0时红绿灯连续循环，当S07为1时红绿灯单次循环；
B．红绿灯连续循环，按停止按钮S02红绿灯立即停止；当再按启动按钮S01红绿灯重新运行；
C．连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02红绿灯完成一次循环后才能停止。
2）按工艺要求画出控制流程图；
3）写出梯形图程序或语句程序；
2.系统设计
1）输入输出端口配置
输入设备
输入端口编号
接考核箱对应端口
启动按钮S01
0000
SO1
停止按钮S02
0001
SO2
选择循环方式按钮S07
0002
S07
强制按钮S03
0003
S03
输出设备
输出端口编号
接考核箱对应端口
南北红灯
1000
H01
东西绿灯
1001
H02
东西黄灯
1002
H03
东西红灯
1003
H04
南北绿灯
1004
H05
南北黄灯
1005
H06
控制台指示灯
1006
H07
2）控制流程图
图8.3.2控制流程图
3）梯形图程序
图8.3.3控制梯形图
3.问题拓展
1）工作方式选择
（1）红绿灯连续循环与单次循环可按S07自锁按钮进行选择，当S07为0时红绿灯连续循环，当S07为1时红绿灯单次循环；
（2）红绿灯连续循环，按停止按钮S02红绿灯立即停止；当再按启动按钮S01红绿灯重新运行；
（3）连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02红绿灯完成一次循环后才能停止。
2）按工艺要求画出控制流程图：
3）写出梯形图程序或语句程序：
4）书面说明：
⑴根据原理图画出相应的PCI/O接线图。
⑵简述节点和梯级的含义。
节点是触点的逻辑关系表示;梯级则是表示一段逻辑关系的刷新或输出。
8.4植物灌溉的PC控制系统
根据不同植物生长的特点和要求，对灌溉系统提出以下控制功能要求：
A区有两小块采用喷雾，每喷2分钟，停5分钟，工作时间要求每天7点开始，17点停止；B区采用旋转式喷头进行喷灌，分为两组喷灌工作，每组每工作5分钟，停20分钟，每天9点开始，14点停止；C区也分为两组，交替工作，每隔2天灌溉一天。
考虑到系统的可靠性和经济性，要求系统有手动控制和自动控制功能。
如果遇到阴雨天会自动停止对沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。
温室滴灌不仅要受时间控制，而且要求具有温度、湿度测控功能，即温度、湿度达到某一控制点就报警并改变程序的运行方式。
系统在自动（或手动）工作方式时，能自动（或手动）控制供水水泵的运行与停止和各电磁阀的开关。
根据上述控制对象的工作过程，在A区、B区、C区分别设4个、2个、2个电磁阀，分别控制不同作物的灌溉，用1个继电器控制供水的水泵。
为了避免意外事故或故障的发生，系统设有声光报警系统。
本系统只有数字开关量的输入而无模拟量的输入，凭可编程控制器本身的抗干扰能力已能满足要求。
因此该植物灌溉控制属于一个典型的PC控制系统。
为了系统能正常运行，特设计报警灯和报警器试验按钮，系统每次运行前可进行检查。
系统的具体设计过程如下：
1.I/O点数的估算
系统输入信号：
自动/手动选择开关，需要1个输入端；
报警器和报警灯试验有一个按钮，占有一个输入端；
自动工作方式时，总开、总停按钮需要2个输入端；
故障报警消音按钮，需要1个输入端；
1个雨量传感器，需要1个输入端；
4只湿度传感器，需要4个输入端；
4只温度传感器，需要4个输入端。
以上共需14个输入信号点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留出15%的备用点，即14×15%=2.1，取3个点，这样共需用17个输入点。
系统输出信号：
A、B、C三个灌溉区共有8个电磁阀，需用8个输出端；
一台水泵，需用1个控制输出端；
系统自动和手动指示、水泵运行指示，需要三个输出端；
温度、湿度报警和报警器分别占用一个输出端。
以上共需要15个输出点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留出15%的备用点，即15×15%=2.3，取3个点，这样共需用18个输出点。
2.用户应用程序占用内存大小的估算
用户应用程序占用多少内存与I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等因素有关，因此在程序设计之前只能粗略地估算。
根据经验，此应用程序占用内存的大小可作如下估算：
开关量输入：
15×10=150字节；
开关量输出：
18×8=144字节；
定时器/计数器：
（10×3+2×3）×2=72字节。
共计366字节，再加上程序存储空间和备用存储空间，初步估计共需1K字节。
3.PC型号的选择
因为本系统是对开关量进行控制的应用系统，而且对控制速度要求也不高，所以可选用完全能满足该控制要求的、由日本OMRON公司生产的CPM2A系列40点编程控制器。
4.系统I/O点的分配
表8.4.1CPM2AI/O分配表
图8.4.1输入/输出端子接线图
（a）输入端子接线图；（b）输出端子接线图
图8.4.1输入/输出端子接线图
（a）输入端子接线图；（b）输出端子接线图
5.系统软件的设计
该系统软件可以按各区功能编制不同的模块进行设计，主要包括主程序、A区、B区、C区和报警区模块。
可以先设计系统逻辑梯形图，然后编写程序，并进行系统模拟调试，没有错误后再投入现场试运行，最终使系统设计满足用户的控制要求。
要注意，在利用CPT进行编程时，须将PC的型号设置为"CQM1-CPU43"，但这时SYNC、TIML、TMHH三条指令不被系统支持。
图8.4.2系统梯形图
图8.4.2（续图）
8.5.PC控制网络系统
近年来，PC控制网络在电力工业、汽车工业、冶金工业、物流管理等诸多方面的应用非常广泛。
本节是对PC控制系统在水处理厂的应用作的一个简单说明。
做水处理系统历来是OMRON公司的强项。
典型水处理厂采用ControllerLink构筑了一个完整的PLC控制网络，该网络连接多个泵站、加药站、沉淀池，并能通过上位机进行实时监控，实现水处理的各个环节的全自动控制，如芬兰坦培雷给排水厂的Viinikalahti污水处理厂就是一个典型的例子。
该厂覆盖郊区，跨越湖泊，控制区域大。
按照集中化要求，管理人员通过无线通信和报警系统等手段，对所属区域内的67个泵站进行远程监控、诊断、控制和运行。
该厂的设计能力为：
预沉淀：
120000立方米/日；
生物处理：
67000立方米/日；
总抽水率：
3.3立方米/秒。
污水由雨污合流水管经37个无线控制的泵站汇集而来，这些控制由一个CV1000，两个C1000H和四个CQM1PC来完成。
污水由雨污合流水管经37个无线控制的泵站汇集而来，这些控制由一个CV1000，两个C1000H和四个CQM1PC来完成。
该系统采用了42个无线和数十个有线（电缆）调制解调器对所有泵站进行监测和诊断，实现了泵站管理的全面自动化。
采用了56个C20H，1个C40H，1个C60H和两个C200HPC，由OMRON公司设计完成。
该PC控制网络系统如图8.5.1所示。
图8.5.1Viinikalahti污水处理厂PC控制网络系统图
习题与思考题
8.1设计三相异步电动机的星型/三角形降压起动的梯形图和I/O配线图。
8.2电动葫芦起升机构的动负荷试验，控制要求如下：
（1）可手动上升、下降。
（2）自动运行时，上升6s停9s下降6s停9s，循环运行1小时，然后发出声光信号，并停止运行。
试设计用PLC控制的上述系统。
8.3某送料小车由电动机拖动，电动机正转，小车前进，电动机反转，小车后退。
对小车的控制要求如下：
（1）单循环工作方式。
每按动一次送料按钮，小车后退至装料处，10s后装满，自动前进至卸料处，5s后卸料完毕，小车返回到装料处，装料后待命。
（2）自动循环方式。
按一次起动按钮后，上述动作自动循环进行，直至按一下停止按钮后，小车完成一个单循环后，停在装料处待命。
试用PLC对小车进行控制，画出梯形图。
8.4试设计三层电梯外呼信号停站控制，要求如下：
（1）当电梯位于1层或2层时若按3层的向下外呼按钮SB23，则电梯上升到3层，由行程开关SQ3停止电梯上升。
（2）当电梯位于1层时，若按2层的向上外呼按钮SB12，则电梯上升到2层，由行程开关SQ2停止电梯上升。
（3）当电梯位于2层或3层时，若按1层的向上外呼按钮SB11，则电梯下降到1层，由行程开关SQ1停止电梯下降。
（4）当电梯位于3层时，若按2层的向下外呼按钮SB22，则电梯下降到2层；由行程开关SQ2停止电梯下降。
（5）当电梯位于1层时，若按2层的向下外呼按钮SB22，此时3层的向下外呼按钮SB23不按，则电梯上升到2层，由行程开关SQ2停止电梯上升。
（6）当电梯位于3层时，若下方仅出现2层的向上外呼信号SB12，即1层的向上外呼按钮SB11不按，则电梯下降到2层，由行程开关SQ2停止电梯下降。
（7）电梯在上升途中，不允许下降；
（8）电梯在下降途中，不允许上升。
8.5为某事业单位设计一个作息报时器，要求如下：
（1）上午上班时间8：
00按下起动按钮SB1,电铃响5s，以后每隔2小时电铃响5s，直至下班时间16：
00停止。
次日重复上述过程。
（2）若按下停止按钮SB2，次日不再循环执行打铃，两次响铃之间的时限里指示灯HL1～HL5亮。
试按上述要求，设计作息报时器控制的梯形图，绘制I/O接口电路和写指令程序。
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