学习情境1 传送带电控装置设计与制作Word格式.docx

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从形式看，梯形图与控制电路极其相似。

不同的是：

电路图表达的是以导线相连接的电气控制元件所构成的物理实体，梯形图则表达着某一控制过程的信息组合。

二者本质相通之处在于它们均表达着为实现特定的控制目标而必须满足的逻辑因果关系，即当某些逻辑条件得到满足，必会产生相应的逻辑效果。

但当需要调整或优化逻辑关系的时候，继电器—接触器控制系统不但需要修改电路图，更必须增减控制元件并进行必要的重新连线，而PLC控制系统往往只需修改梯形图即可达到目的。

而且梯形图中的逻辑“连接”不存在实际电路中接触不良之类的问题，其控制系统的可靠性获得极大的提升。

特别注意：

梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。

其中，只不过是借用了常规控制中的“常开触点”、“常闭触点”、“线圈”等术语罢了。

输入继电器X与输出继电器Y并非物理实体，而是“软继电器”。

每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位。

该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；

状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。

（1）梯形图按行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。

PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。

（2）图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。

每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于继电器线圈或终止母线（有些PLC编程软件终止母线可以省略）。

（3）梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。

助记符语言类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。

同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。

程序步指令元件

0LDX0

1OUTY0

例如，点动控制梯形图中所用到的指令有：

从母线取用常开触点X0指令LD；

输出继电器Y0的线圈驱动指令OUT。

每条指令占用一个程序步，语句表如右。

助记符语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境中。

手持编程器往往只能使用助记符语言向PLC编制程序。

但是，在计算机已经普及的今天，手持编程器已很少使用，人们都已经习惯于在计算机上编制梯形图程序并直接向PLC下载了。

FX2N系列PLC共有20余条基本指令，供设计者编制语句表使用，它与梯形图有严格的对应关系。

梯形图的绘制方法及编程软件的使用参见附录一。

1.3.2逻辑处理指令

1.3.2.1LD、LDI、OUT指令

1.指令的作用

LD（LoaD）：

取指令，常开触点与母线连接。

LDI（LoaDInverse）：

取反指令，常闭触点与母线连接。

OUT：

驱动线圈的输出指令。

2.编程元件

LD、LDI：

X、Y、M、S、T、C。

Y、M、S、T、C。

FX2N系列PLC各种编程软元件参见本学习情境的任务拓展部分。

3.指令的说明

LD、LDI用于将触点接到母线上。

LD、LDI还与块操作指令ANB、ORB相配合，用于分支电路的起点。

OUT不能用于X；

并联输出OUT指令可连续使用任意次。

OUT指令用于T和C，其后须跟常数K，K为延时时间或计数次数。

4.应用举例

图1.1LD、LDI、OUT指令应用

1.3.2.2AND、ANI指令

AND：

与指令，用于串联单个常开触点。

ANI（ANdInverse）：

与反指令，用于串联单个常闭触点。

AND、ANI：

X、Y、M、S、T、C

AND和ANI指令用于单个触点与左边触点的串联，可连续使用。

执行OUT指令后，通过与指令可驱动其它线圈输出。

若是两个并联电路块（两个或两个以上触点并联连接的电路）串联，则需用后面的ANB指令。

4.应用举例

图1.2AND、ANI指令应用

1.3.2.3OR、ORI指令

1.指令的作用

OR：

或指令，用于并联单个常开触点。

ORI（ORInverse）：

或反指令，用于并联单个常闭触点。

2.指令说明

OR、ORI编程元件：

X、Y、M、T、C、S。

OR、ORI指令仅用于单个触点与前面触点的并联。

若是两个串联电路块（两个或两个以上触点串联连接的电路）相并联，则用ORB指令。

3.应用举例

图1.3OR、ORI指令应用

1.3.2.4ANB、ORB指令

ANB（AndBlock）并连电路块串连连接指令。

ORB（OrBlock）：

串联电路块并联连接指令。

2.指令的说明

串联电路块两个或以上的触点串连而成的电路块；

并联电路块是指两个或以上的触点串连而成的电路。

将并联电路块与前面的电路串联时用ANB指令；

将串联电路块并联时用ORB指令。

ANB、ORB指令不带元件号。

并联电路块中各支路的起点使用LD或LDI指令；

每个串联电路块的起点都要用LD或LDI指令，电路块后面用ORB指令。

图1.4ANB、ORB指令应用

1.3.2.5MPS、MRD、MPP指令

MPS（Push）：

进栈指令；

MRD（Read）：

读栈指令；

MPP（POP）：

出栈指令。

MPS、MRD、MPP指令无编程元件。

MPS、MPP指令成对出现，可以嵌套。

MRD指令可有可无，也可有两个或两个以上。

图1.5MPS、MRD、MPP指令应用

1.3.2.6SET、RST指令

SET：

置位指令（接通并保持）。

RST：

复位指令。

SET指令的编程元件：

Y、M、S。

RST指令的编程元件：

Y、M、S、T、C、D。

RST指令具有优先级。

图1.6SET、RST指令应用

1.3.2.7PLF、PLS指令

PLS：

上升沿微分输出指令。

PLF：

下降沿微分输出指令。

指令只能用于编程元件Y和M。

PLS为信号上升沿（OFF→ON）接通一个扫描周期；

PLF为信号下降沿（ON→OFF）接通一个扫描周期。

图1.7PLS、PLF指令应用

1.3.2.8NOP、END指令

NOP：

空操作指令。

END:

结束指令。

NOP、END指令无编程元件。

PLC执行程序时从0步扫描到END指令为止，后面的程序跳过不执行。

以上列举的18条指令是PLC指令系统中最为常用的指令，任何一种PLC都必含这些基本指令，只是助记符可能约有区别而已。

1.4基础训练

在项目实施前，为了更好地掌握PLC基本编程与调试方法、基本逻辑指令的应用，请首先进行下面的基础训练。

1.4.1电动机的点动运行

1．控制要求：

在生产实践过程中，某些生产机械常要求能实现调整位置的点动工作。

试用可编程控制器的基本逻辑指令来控制电动机的点动运行。

2．训练目的：

进一步理解PLC的输入继电器X、输出继电器Y的含义；

懂得PLC应用系统必须由软硬件构成；

掌握基本编程方法之“点动控制”。

3．参考设计

（1）硬件配置

要实现电动机的点动运行所需的器件有：

起动按钮SB，交流接触器KM，热继电器FR及开关QS等。

电路的连接如图1.8所示。

图1.8电动机的点动运行接线图

（2）梯形图设计

根据输入输出接线图可设计出异步电动机点动运行的梯形图如图1.9所示。

图1.9电动机的点动运行梯形图

工作过程分析如下：

当按下SB1时，输入继电器X0得电，其常开触点闭合，因为异步电动机未过热，热继电器常开触点不闭合，输入继电器X2不接通，其常闭触点保持闭合，则此时输出继电器Y0接通，进而接触器KM得电，其主触点接通电动机的电源，则电动机起动运行。

当松开按钮SB1时，X0失电，其触点断开，Y0失电，接触点KM断电，电动机停止转动，即本梯形图可实现点动控制功能。

学习思考：

1．梯形图与常规控制的控制线路有何区别与联系？

2．在PLC接线图中使用的是热继电器的常开触点，如果要使用常闭触点，梯形图应如何设计？

1.4.2电动机起停控制

用两个按钮控制一个三相异步电动机的启动与停止。

学习基本编程方法；

了解PLC程序的输入、调试运行方法；

熟悉编程软件的基本应用；

掌握基本编程方法之“启动－保持－停止”。

实现对电动机的起停控制所需的器件有：

起动按钮SB1，停止按钮SB2，交流接触器KM，热继电器FR及开关QS等。

电路的连接如图1.10所示。

图1.10电动机的起停控制接线图

根据输入输出接线图可设计出控制异步电动机起动和停止的梯形图如图1.11所示。

图1.11电动机的起停控制梯形图

当按钮SB1被按下时X0接通，Y0置1，这时电动机连续运行。

需要停车时，按下停车按钮SB2,串联于Y0线圈回路中的X1的常闭触点断开，Y0置0，电机失电停车。

该梯形图称为启－保－停电路。

这个名称主要来源于图中的自保持触点Y0。

并联在X0常开触点上的Y0常开触点的作用是当钮SB1松开，输入继电器X0断开时，线圈Y0仍然能保持接通状态。

工程中把这个触点叫做“自保持触点”。

启－保－停电路是梯形图中最典型的单元，它包含了梯形图程序的全部要素。

注意：

如果接入PLC的是输入信号SB2是常闭触点，这时在梯形图中所用的X1的触点类型就应为常开，它与继电器电路图中的习惯是相反的。

故而建议尽可能采用常开触点作为PLC的输入信号。

在PLC接线图中如果不使用热继电器的控制触点作输入，可以吗？

有何区别？

1.4.3走廊灯两地控制

楼上开关、楼下开关均能控制走廊灯的亮灭。

熟悉逻辑与、逻辑或、触点组指令的使用方法；

进一步熟悉编程软件的基本应用；

掌握基本编程方法之“多条件与或”。

（1）输入/输出编址表，见表1.1。

表1.1走廊灯两地控制输入输出编址表

输入编址

输出编址

X0

楼上开关

Y0

走廊灯

X1

楼下开关

（2）参考程序：

编制的梯形图程序见图1.12。

图1.12走廊灯两地控制程序

1．作出满足该要求的硬件接线图。

2．对图1.12中程序进行修改，完成相同的功能。

1.4.4电动机的点动及连续运行控制

在生产实践过程中，某些生产机械常要求既能正常起动，又能实现调整位置的点动工作。

现要求用可编程控制器来控制电动机的点动及连续运行。

进一步训练基本编程方法；

加强对程序扫描工作原理的理解。

（1）回顾继电器—接触器控制方法

（a）（b）（c）

图1.13点动及连续运行控制线路

图1.13（a）为主电路。

工作时，合上刀开关QS，三相交流电经过QS，熔断器FU，接触器KM主触点，热继电器FR至三相交流电动机。

图1.13（b）是带手动开关SA的点动控制线路。

当需要点动控制时，只要把开关SA断开，由按钮SB2来进行点动控制。

当需要正常运行时，只要把开关SA合上，将KM的自锁触点接入，即可实现连续控制。

图1.13（c）中增加了一个复合按钮SB3来实现点动控制。

需要点动运行时，按下按钮SB3，其常闭触点先断开自锁电路，常开触发后闭合接通起动控制电路，KM接触器线圈得电，主触点闭合，接通三相电源，电动机起动运转。

当松开点动按钮SB3时，KM线圈失电，KM主触点断开，电动机停止运转。

若需要电动机连续运转，由停止按钮SB1及起动按钮SB2控制，接触器KM的辅助触点起自锁作用。

（2）PLC控制硬件配置

实现电动机的点动及连续运行所需的器件有：

停止按钮SB1，起点按钮SB2，功能按钮SB3或选择开关SA，交流接触器KM，热继电器FR及隔离开关QS等。

PLCI/O连接如图1.14所示。

（a）二按钮一旋钮（b）三按钮

图1.14点动及连续运行控制PLC接线图

（3）梯形图设计

根据输入输出接线图（a）可设计出异步电动机既点动运行又连续运行的梯形图如图1.15（a）所示。

根据输入输出接线图（b）是否就应设计出异步电动机既点动运行又连续运行的梯形图如图1.15（b）所示呢？

（a）二按钮一旋钮控制梯形图

（b）三按钮控制梯形图

图1.15点动及连续运行控制梯形图

请调试！

如果梯形图（b）运行不成功的话，请从PLC的循环扫描工作原理着手分析原因。

这是PLC控制与继电器—接触器控制的最大区别所在！

1．三按钮控制的梯形图程序为什么没有点动功能呢？

2．试着设计用三按钮控制的梯形图程序。

1.4.5“与”、“或”逻辑控制

对位元件操作，其结果构成“与”、“或”控制逻辑，分别控制两个执行机构。

熟悉SET指令和RST指令的使用方法，并利用SET和RST指令实现“与”、“或”控制逻辑；

进一步熟悉PLC程序的输入、调试运行方法和编程软件的应用。

（1）输入/输出编址表，见表1.2。

表1.2“与”、“或”控制逻辑程序输入输出编址表

输入信号1

输出信号1

输入信号2

Y1

输出信号2

编制的梯形图程序见图1.16。

图1.16位元件操作构成“与”“或”逻辑控制

1.SET、RST指令和OUT指令有何异同？

2.与、或、非基本逻辑关系与梯形图中触点形式及连接方式的关系？

1.5任务实施

1.5.1信息收集

在分析项目任务书的基础上搜集并阅读三菱FX2PLC编程手册及产品样本；

下载安装三菱FX2PLC编程软件并阅读相应使用说明书；

搜集并阅读类似技术文档范本。

1.5.2总体方案设计

总体方案设计就是要从宏观上解决“怎么做”的问题，其主要内容应包括技术路线或设计途径、关键技术、系统的体系结构、系统的I/O点数及其类型、主要低压电器的选型、PLC软件环境、测试条件和测试方法、验收标准等。

对于本项目来说，要求简单，目标明确。

该系统是典型的逻辑控制系统，其控制对象是电动机。

对于逻辑控制系统，正好充分利用PLC的高可靠性和逻辑控制优势。

在确定方案的情况下编制项目实施计划并付诸实施。

1.5.3选型设计

选型设计的主要内容是基于总体方案设计，选择和采购PLC控制系统所需的各类元器件，包括PLC和低压电器两大部分。

低压电器包括空开、接触器、热继电器、中间继电器、按钮、选择开关、指示灯、蜂鸣器、直流电源、隔离变压器等。

PLC是选型设计阶段的重点，工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

1.PLC选型

我国常用的品牌PLC主要有德国西门子、日本三菱、日本欧姆龙、美国罗克韦尔和美国通用电气等公司的产品，其中日本三菱、德国西门子、日本欧姆龙的小型PLC在我国应用比较广泛。

本系统具有5点输入，3点输出，考虑一定的余量，选用了三菱的FX2N-16MR-001。

2.低压电器的选型

施耐德的低压电器在我国的应用极为广泛，可靠性及性价比高，因此应选用施耐德的产品。

低压电器的选型主要包括空开、接触器、热继电器、指示灯、按钮等元件的选型。

选择空开、接触器时，主要考虑其额定电压和额定电流。

对于三相异步交流电动机，一般按每千瓦2.0～2.5安培计算其电流。

选用热继电器时，既要保证所选的热继电器可以整定到所需的电流，又要确保可以和选定的接触器配套。

元件的选择见电气图。

1.5.4电气系统设计与电控板（柜）安装

电气控制系统设计的主要任务是根据选定PLC、低压电器和现场布局，设计相应的电气图和安装图。

根据项目的复杂程度，需要设计的图纸一般包括主电路图、电源回路图、输入回路图、输出回路图、端子接线图、元件安装图、面板元件布局图、操作台或控制柜简图等。

对于本项目来说，只要有主电路图、输入/输出回路图、元件安装图、面板元件布局图就可以了。

1.输入/输出编址表

电动机双向运行电控系统的输入信号共有5点，输出信号共有3点，其编址见下表。

表1.3翻转机构PLC系统输入信号编址表

序号

I/O编址

名称

元件代号

备注

1

正转启动按钮

SB1

操作面板

2

反转启动按钮

SB2

3

X2

停止按钮

SB3

4

X3

急停按钮

SB4

5

X4

热继电器

FR1

控制面板

6

皮带运行指示

HL

7

电机正转（皮带左行）接触器

KM1

8

Y2

电机反转（皮带右行）接触器

KM2

2.电气图

在技术归档时，电气图装订顺序一般是封面、图纸目录、元件明细表、主电路图、电源图、输入回路图、输出回路图、端子接线图、操作台或柜体面板图、元件安装位置示意图等。

由于本项目较简单，故只给出元件明细表1张，主电路及电源、PLC接线图各1张，控制面板元件布局示意图1张。

表1.4元件明细表

名称

三相异步电动机正反转运行装置

元件名称

规格型号

数量

单位

生产厂家

空气开关

QF1

C45N-3P-C10A

个

施耐德

QF2

C45N-2P-D4A

QF3

C45N-1P-C4A

电动机

M

Y160-45.5KW

台

重庆电机厂

按钮

SB1、SB2

XB2-BW33B1C绿

只

XB2-BW33B1C红

XB2-BW33B1C蘑菇形

接触器

KM1、KM2

FR

LR2-D3357C

9

指示灯

XB2-BVB3C红

10

PLC

FX2N

FX2N－32MR

三菱

图1.17传送带电控系统元件布置图

图1.18传送带电控系统主电路及电源连接

图1.19传送带电控系统PLC输入回路

图1.20传送带电控系统PLC输出回路

1.5.5控制程序设计

本阶段的主要任务是确定控制程序的总体设计方案和实现思路，最后以梯形图或语句表等形式编写控制程序，并根据控制要求对控制程序的功能进行调试。

由于本设计任务简单，故采用经验设计法进行设计（读者可在此基础上修改运行要求自己设计与调试）。

经验设计法也叫试凑法，是工程技术人员经常选用的一种设计方法。

该方法要求设计者掌握和积累大量的典型梯形图，在掌握这些典型梯形图的基础上，充分理解实际的控制问题，将实际的控制问题分解为典型的梯形图，然后进行组合，结合实际的控制需求，修改成满足运行要求的梯形图程序。

图1.21皮带运行控制梯形图程序

通过学习和实际工作，读者可以不断积累典型的梯形图资源，例如电机的正/反转控制程序、电机Y/△启动控制程序、多传送带的启停控制程序、输入触点滤波程序、模拟量输入程序、模拟量输出程序、PID调节程序、通信口初始化程序等。

本书的各类梯形图即可作为典型梯形图资源使用。

此外，读者还可以从各种PLC教材或专著中收集更多的典型梯形图。

1.5.6（现场）调试与测试

刚编写好的程序难免有缺陷或错误。

为了及时发现和消除程序中的错误和缺陷，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能作出正确的响应，需要对程序进行离线测试。

经调试、排错、修改及模拟运行后，才能正式投入运行。

程序测试时重点应注意下列问题：

（1）程序能否按设计要求运行；

（2）各种必要的功能是否具备；

（3）发生意外事故时能否作出正确的响应；

（4）对现场干扰等环境因素适应能力如何。

经过测试、排错和修改后，程序基本正确，下一步就可到控制现场试运行，进一步查看系统整体效果，还有哪些地方需要进一步完善。

经过一段时间试运行，证明系统性能稳定，工作可靠，已达到设计要求，就可把程序固化到EPROM或EEPROM芯片中，正式投入运行。

本阶段的主要任务是基于系统的设计需求，核对设计需求和系统现有功能的一致性程度。

如果系统存在局部错误或不能满足某些设计需求，则应提出局部修改意见，并对电气系统和PLC控制程序进行修改，直至满足设计需求。

调试过程中，应尽可能通过修改控制程序来满足设计需求，以减少投资和