第9章可編程控制器應(yīng)用舉例9.1三相異步電動機(jī)的Y-△減壓啟動控制9.2交通信號燈控制

9.3電梯的自動控制

9.4機(jī)械手的步進(jìn)控制

9.5全自動洗衣機(jī)的自動控制

思考題與習(xí)題九

9.1三相異步電動機(jī)的Y-△減壓啟動控制9.1.1控制要求某電動機(jī)Y-△啟動控制時(shí)的時(shí)序圖如圖9-1所示,當(dāng)主接觸器KM1與Y連接接觸器KM2同時(shí)接通時(shí),電動機(jī)工作在Y形啟動狀態(tài);而當(dāng)主接觸器KM1與△連接接觸器KM3同時(shí)接通時(shí),電動機(jī)就工作在△形接法的正常運(yùn)行狀態(tài)。由于PLC內(nèi)部切換時(shí)間很短,必須有防火花的內(nèi)部鎖定。TA為內(nèi)部鎖定時(shí)間。當(dāng)電機(jī)繞組從Y形切換到△形時(shí),從KM2完全截止到KM3接通這段時(shí)間即為TA,其值過長、過短都不好,應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。從KM3接通到KM1接通這段時(shí)間為TM,TM一般小于TA。Y形啟動時(shí)間為TS。本例分別設(shè)定TS、TA、TM為10s、0.3s、0.2s。圖

9-1某電動機(jī)Y-△啟動控制時(shí)的時(shí)序圖

9.1.2I/O通道分配及PLC的I/O接線圖

1.I/O通道分配

表

9-1I/O通道分配

2.PLC的I/O接線圖

圖

9-2電動機(jī)Y-△啟動控制的I/O接線圖

9.1.3梯形圖程序設(shè)計(jì)

電動機(jī)Y-△啟動控制的梯形圖見圖9-3。電動機(jī)Y-△啟動控制是一個(gè)典型的時(shí)間、順序控制,通過本例我們可進(jìn)一步熟悉定時(shí)器的應(yīng)用,如什么時(shí)候開始計(jì)時(shí),定時(shí)時(shí)間到后應(yīng)執(zhí)行的下一步動作是什么,定時(shí)器要否復(fù)位以及什么時(shí)候復(fù)位等等。此外,本例中停止按鈕SB2和熱繼電器FR分別采用的是其動合觸點(diǎn)和動斷觸點(diǎn),故梯形圖中0002采用動斷觸點(diǎn),而0003采用動合觸點(diǎn)。如果SB2采用的是動斷觸點(diǎn),則0002應(yīng)采用動合觸點(diǎn)。

圖

9-3電動機(jī)Y-△啟動控制的梯形圖

9.2交通信號燈控制

9.2.1控制要求十字路口交通信號燈的控制要求如下：

(1)南北向較繁忙,過往車輛較多,故取南北向紅燈亮的時(shí)間為30s。

(2)東西向較輕閑,過往車輛較少,故取東西向紅燈亮的時(shí)間為60s。

(3)在東西向紅燈亮的同時(shí),南北向的綠燈也亮,并維持55s;到55s時(shí),南北向的綠燈閃亮3s后熄滅。

(4)在南北向綠燈熄滅后,南北向黃燈亮,并維持2s。2s后南北向黃燈熄滅,東西向紅燈也熄滅。

(5)在東西向紅燈熄滅的同時(shí),東西向的綠燈亮,南北向的紅燈也亮。

(6)在南北向紅燈亮25s后,東西向綠燈閃亮3s后熄滅。

(7)在東西向綠燈熄滅后,東西向黃燈亮,維持2s后熄滅。

(8)在東西向黃燈熄滅后,東西向紅燈亮,南北向綠燈也亮,進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。交通燈的控制時(shí)序圖見圖9-4。

圖

9-4交通燈的控制時(shí)序圖

9.2.2I/O通道分配本例中沒設(shè)外部輸入,只要PLC一通電,信號燈即開始循環(huán)工作。由于定時(shí)器較多,為避免混亂,其通道分配也一并列出。

表

9-2

I/O通道分配

表

9-3定時(shí)器通道分配

9.2.3

I/O接線圖

圖

9-5交通燈的I/O接線圖

9.2.4梯形圖程序設(shè)計(jì)

圖

9-6交通燈的梯形圖9.3電梯的自動控制

圖9-7所示為電梯控制原理圖。電梯控制的核心是對拖動系統(tǒng)的控制,類似三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和啟動/停止控制,只不過控制所需的條件要多得多。如電梯的啟動所需的條件為:安全保護(hù)系統(tǒng)正常、門鎖鎖閉、定向部分選擇好電梯運(yùn)行方向等。電梯停車過程可分為兩部分,其所需的條件為選層部分選擇好停車樓,而且電梯必須到達(dá)要停車的樓層的減速點(diǎn),此時(shí)電梯方可減速。當(dāng)電梯到達(dá)目標(biāo)樓層的平層位置時(shí),電梯方可作停車動作。此外,樓層信號(電梯當(dāng)前位置)、轎內(nèi)指令、廳外召喚、減速點(diǎn)信號、平層信號、安全保護(hù)信號、門鎖信號以及其他相關(guān)信號的取得和處理都屬于電梯控制的內(nèi)容。這里我們只介紹三層電梯的廳外召喚的程序。電梯示意圖如圖9-8所示。

圖

9-7電梯控制原理圖

圖

9-8電梯示意圖

9.3.1控制要求

(1)當(dāng)電梯不在三樓時(shí),按SB3,則電梯上升,碰到SQ3停止。

(2)當(dāng)電梯不在一樓時(shí),按SB1,則電梯下降,碰到SQ1停止。

(3)當(dāng)電梯停于一樓時(shí),按SB2,則電梯上升,碰到SQ2停止。

(4)當(dāng)電梯停于三樓時(shí),按SB2,則電梯下降,碰到SQ2停止。

(5)當(dāng)電梯停于一樓,而二樓、三樓均有人呼叫時(shí),電梯上升,碰到SQ2時(shí),停5s,然后繼續(xù)上升,碰到SQ3停止。

(6)當(dāng)電梯停于三樓,而一樓、二樓均有人呼叫時(shí),電梯下降,碰到SQ2時(shí),停5s,然后繼續(xù)下降,碰到SQ1停止。

(7)在電梯上升或下降途中,任何反方向的下降呼叫信號無效。

9.3.2I/O通道分配及I/O接線圖

表

9-4I/O通道分配

圖

9-9電梯的I/O接線圖

9.3.3梯形圖程序設(shè)計(jì)廳外召喚指令的記憶和消除功能可以用鎖存器KEEP指令。將廳外召喚的啟動保持信號端接S端,消除信號接R端。在實(shí)現(xiàn)廳外召喚的記憶和消除功能時(shí)必須注意其記憶和消除條件。當(dāng)按下一個(gè)指令按鈕或召喚按鈕,且電梯不在本樓層時(shí),對應(yīng)的PLC內(nèi)部繼電器應(yīng)保持該信號,而且通過PLC的輸出點(diǎn)亮相應(yīng)的按鈕指示燈。當(dāng)電梯正常到達(dá)樓層時(shí),如果滿足該指令或召喚信號的停車條件時(shí),電梯在該層停車,并且消除對應(yīng)的指令或召喚信號。在圖9－10所示梯形圖中,內(nèi)部輔助繼電器1000、1002用來處理在同方向同時(shí)有兩層樓呼叫的情況:1002用來記憶二樓的呼叫信號;在電梯運(yùn)行到二樓時(shí),1000得電5s,使電梯停5s后自行啟動。

圖

9-10電梯梯形圖9.4機(jī)械手的步進(jìn)控制

圖9-11是某搬運(yùn)機(jī)械手的工作示意圖,其任務(wù)是將傳送帶A上的物品搬送至傳送帶B上。該機(jī)械手有三個(gè)動作:升降運(yùn)動由液壓缸驅(qū)動,回轉(zhuǎn)運(yùn)動由液壓馬達(dá)驅(qū)動,手爪的松夾運(yùn)動由另一液壓缸驅(qū)動。三個(gè)動作的正反向運(yùn)動均由電磁換向閥來改變液流的方向來控制。傳送帶A和B均由電動機(jī)通過機(jī)械裝置來驅(qū)動。機(jī)械手一個(gè)動作循環(huán)的動作順序如下:原位→下降→抓緊→上升→正轉(zhuǎn)→下降→松開→上升→反轉(zhuǎn)→原位機(jī)械手的每次循環(huán)動作均從原位開始。動作的切換除抓緊/松開由壓力繼電器和時(shí)間控制外,機(jī)械手的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動均由限位開關(guān)控制。

圖

9-11某搬運(yùn)機(jī)械手的工作示意圖

9.4.1控制要求

(1)機(jī)械手在原位時(shí),按下啟動按鈕,系統(tǒng)啟動,傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)裝在傳輸帶A端部的光電開關(guān)檢測到物品后,傳送帶A停止。

(2)傳輸帶A停止后,機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動作,把物品從傳送帶A上搬到連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的傳送帶B上。

(3)機(jī)械手返回原位后,自動啟動傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

(4)按下停止按鈕后,待整個(gè)循環(huán)完成后,機(jī)械手返回原位,才能停止工作。

9.4.2I/O通道分配

表

9-5I/O通道分配

9.4.3I/O接線圖

圖

9-12機(jī)械手的I/O接線圖

9.4.4梯形圖程序設(shè)計(jì)

(1)將整個(gè)工作過程分為若干個(gè)獨(dú)立的控制功能步,簡稱步(本例中機(jī)械手的工作過程就可以分解成九個(gè)獨(dú)立的步),它是為完成相應(yīng)的控制功能而設(shè)計(jì)的獨(dú)立的控制程序或程序段。

(2)每個(gè)獨(dú)立的步分別用一個(gè)方框表示,然后根據(jù)動作順序?qū)⒏鱾€(gè)步用箭頭連接起來。

(3)在相鄰的兩個(gè)步之間畫上一條短橫線,表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)上一步被封鎖,下一步被激活,轉(zhuǎn)向執(zhí)行新的控制程序,若不滿足轉(zhuǎn)換條件,則繼續(xù)執(zhí)行上一步的控制程序。

(4)在每個(gè)步的右側(cè)畫上要被執(zhí)行的控制程序。

機(jī)械手步進(jìn)控制的狀態(tài)流程圖如圖9-13所示。步進(jìn)控制在OMRONC系列機(jī)型中采用移位寄存器SFT很容易實(shí)現(xiàn),當(dāng)然不用SFT指令也能實(shí)現(xiàn)。圖9-14是用SFT指令來設(shè)計(jì)的梯形圖。機(jī)械手原位時(shí),按下啟動按鈕SB1,與其對應(yīng)的輸入點(diǎn)0000為ON,使0500為ON,傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)光電開關(guān)PS檢測到有物品后,0007為ON,使0500為OFF,傳送帶A停止運(yùn)行。在0500的后沿,MOV指令將＃0001送入HR0通道中,使HR000位為“1”而其余位為“0”,使機(jī)械手執(zhí)行下降的動作。同時(shí),為移位脈沖的產(chǎn)生做好準(zhǔn)備。

機(jī)械手下降到位時(shí),下降限位開關(guān)0003為ON,發(fā)出移位脈沖,使HR001為“1”,HR000為“0”(因?yàn)?812為常開繼電器),機(jī)械手停止下降。此時(shí)0503為ON,開始執(zhí)行抓緊動作。同時(shí),為下一個(gè)移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。機(jī)械手抓緊到位時(shí),壓力繼電器K的動合觸點(diǎn)閉合,0006為ON,又發(fā)出一個(gè)移位脈沖,使HR002為“1”,HR001為“0”。此時(shí),0504為ON,機(jī)械手緊抓著物品上升。同時(shí),為下一個(gè)移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。機(jī)械手上升到位時(shí),上升限位開關(guān)0002為ON,又發(fā)出一個(gè)移位脈沖,使HR003為“1”,HE002為“0”,使0504為OFF,機(jī)械手停止上升。此時(shí)0501為ON,機(jī)械手執(zhí)行正轉(zhuǎn)動作。同時(shí),為下一個(gè)移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。

械手正轉(zhuǎn)到位時(shí),正轉(zhuǎn)限位開關(guān)0004為ON,又發(fā)出一個(gè)移位脈沖,使HR004為“1”,HR003為“0”,使0501為OFF,機(jī)械手停止正轉(zhuǎn)。此時(shí)0505為ON,機(jī)械手執(zhí)行下降動作。同時(shí)，為下一個(gè)移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。機(jī)械手下降到位時(shí),下降極限開關(guān)0003為ON,又發(fā)出一個(gè)移位脈沖,使HR005為“1”,HR004為“0”,使0505為OFF,機(jī)械手停止下降。此時(shí)0503被復(fù)位,機(jī)械手執(zhí)行放松動作,并且啟動定時(shí)器TIM01。同時(shí),為下一個(gè)移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。在TIM01的定時(shí)時(shí)間到時(shí),機(jī)械手放松到位,又發(fā)出一個(gè)移位脈沖,使HR006為“1”,HR005為“0”。此時(shí),0504為ON,機(jī)械手執(zhí)行上升動作。同時(shí),為下一個(gè)移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。

圖

9-13狀態(tài)流程圖圖

9-14機(jī)械手梯形圖

機(jī)械手上升到位時(shí),上升限位開關(guān)0002為ON,又發(fā)出一個(gè)移位脈沖,使HR007為“1”,HR006為“0”,使0504為OFF,機(jī)械手停止上升。此時(shí),0502為ON,機(jī)械手執(zhí)行反轉(zhuǎn)動作。同時(shí),為下一個(gè)移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。機(jī)械手反轉(zhuǎn)到位時(shí),反轉(zhuǎn)限位開關(guān)0005為ON,又發(fā)出一個(gè)移位脈沖,使HR008為“1”,HR007為“0”,使0502為OFF,機(jī)械手停止反轉(zhuǎn)。此時(shí),機(jī)械手已回到原位,只要在此之前沒有按下停止按鈕,HR008再次將0500置位,傳送帶A重新運(yùn)行,等待物品檢測信號0007的到來。同時(shí),為下一個(gè)移位脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。

無論何時(shí)按下停止按鈕,鎖存器1200被置位,使得串接在鎖存器0500的置位輸入端的1200的動斷觸點(diǎn)斷開,只有在當(dāng)前循環(huán)全部完成后,機(jī)械手才能停于原位。機(jī)械手的每次循環(huán)均是根據(jù)光電開關(guān)檢測到物品后,使傳送帶A停轉(zhuǎn),由MOV指令將＃0001傳送到HR000,開始循環(huán)。

9.5全自動洗衣機(jī)的自動控制

全自動洗衣機(jī)的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內(nèi)桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用;內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn),作脫水(甩干)用。內(nèi)桶的周圍有很多小孔,使內(nèi)桶和外桶的水流相通。洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時(shí),通過控制系統(tǒng)將進(jìn)水電磁閥打開,經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時(shí),通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開,將水由外桶排到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動波盤的正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn),此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí),控制系統(tǒng)將離合器合上,由洗滌電機(jī)帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位控制開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機(jī)工作,停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。排水按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動排水。其示意圖如圖9-15所示。

圖

9-15全自動洗衣機(jī)示意圖

9.5.1控制要求

圖

9-16全自動洗衣機(jī)流程圖

按下啟動按鈕后,洗衣機(jī)開始進(jìn)水。水滿時(shí)(即水位到達(dá)高水位,高水位開關(guān)由OFF變?yōu)镺N),PLC停止進(jìn)水,并開始洗滌正轉(zhuǎn),正轉(zhuǎn)洗滌15s后暫停,暫停3s后開始洗滌反轉(zhuǎn)。反洗15s后暫停。暫停3s后,若正、反洗未滿3次,則返回從正洗開始的動作;若正、反洗滿3次時(shí),則開始排水。水位下降到低水位時(shí)(低水位開關(guān)由ON變?yōu)镺FF)開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10s即完成一次從進(jìn)水到脫水的大循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán),則返回從進(jìn)水開始的全部動作,進(jìn)行下一次大循環(huán);若完成了3次大循環(huán),則進(jìn)行洗完報(bào)警。報(bào)警10s后結(jié)束全部過程,自動停機(jī)。此外,還要求可以按排水按鈕以實(shí)現(xiàn)手動排水;按停止按鈕以實(shí)現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。

9.5.2通道分配

1.I/O通道分配

表

9-6I/O通道分配

2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器通道分配

表

9-7定時(shí)器/計(jì)數(shù)器通道分配

9.5.3I/O接線圖

根據(jù)I/O通道分配,I/O接線圖如圖9-17所示。

圖

9-17洗衣機(jī)的I/O接線圖

9.5.4梯形圖程序設(shè)計(jì)

圖

9-18全自動洗衣機(jī)控制的梯形圖

按下啟動按鈕,0000為ON,1000為ON并自鎖,0500為ON,打開進(jìn)水電磁閥。當(dāng)水位到達(dá)高水位時(shí),0003為ON,斷開進(jìn)水電磁閥,同時(shí)0501為ON,電動機(jī)正轉(zhuǎn),開始正向洗滌,并啟動定時(shí)器TIM00。15s后TIM00動作,使0501為OFF,停止正向洗滌,并啟動定時(shí)器TIM01,3s后TIM01動作,0502為ON,電動機(jī)反轉(zhuǎn),開始反向洗滌,并啟動定時(shí)器TIM02。反洗15s后,TIM02動作,使0502為OFF,停止反向洗滌,并啟動定時(shí)器TIM03。經(jīng)過3s的暫停,TIM03動作,使定時(shí)器TIM00、TIM01、TIM02、TIM03復(fù)位;使計(jì)數(shù)器CNT06計(jì)一次數(shù),此時(shí)0501又為ON,重新進(jìn)行從正向洗滌開始到反向洗滌結(jié)束的小循環(huán)。

直到計(jì)數(shù)器CNT06計(jì)滿3次數(shù)時(shí),CNT06為ON,第一次洗滌過程結(jié)束,同時(shí)使計(jì)數(shù)器CNT06復(fù)位,為下一次洗滌過程的計(jì)數(shù)做好準(zhǔn)備。在CNT06為ON的當(dāng)前掃描周期,0503為ON,開始排水。當(dāng)水位到達(dá)低水位時(shí),0004由ON變?yōu)镺FF,使0504為ON,接通脫水電磁離合器,并再次使0501為ON,使電動機(jī)正轉(zhuǎn),開始脫水,并啟動定時(shí)器TIM04。10s后,TIM04動作,使脫水計(jì)數(shù)器CNT07計(jì)數(shù)一次,并使0503、0504為OFF,停止排水和脫水,結(jié)束從進(jìn)水到脫水的一次大循環(huán)。兩個(gè)掃描周期后,0501再次為ON,重新進(jìn)行從進(jìn)水到脫水的下一次大循環(huán),直到CNT07計(jì)滿3次后,使1000為OFF,結(jié)束洗衣的全部過程,0505為ON,報(bào)警蜂鳴器響10s后,停止報(bào)警。在洗滌、排水和脫水的過程中,可隨時(shí)按下停止按鈕0001,停止操作。

思考題與習(xí)題九

9-1數(shù)控車床的自動回轉(zhuǎn)刀架接到換刀指令后其動作過程為“刀架松開→上升→回轉(zhuǎn)規(guī)定的角度→下降→夾緊”,刀架的松夾、升降由同一液壓缸驅(qū)動,正反向運(yùn)動由電磁換向閥來控制;回轉(zhuǎn)運(yùn)動由液壓馬達(dá)驅(qū)動,其運(yùn)動和停止由電磁換向閥來控制。動作的切換除夾緊用壓力繼電器控制外其余均由微動開關(guān)控制?，F(xiàn)假設(shè)其為方刀架(4把刀),用按鈕SB1～SB4來代替系統(tǒng)換刀指令,即按下SB1、SB2、SB3和SB4分別表示要用1、2、3和4號刀,SQ1～SQ4分別是4把刀旁邊的微動開關(guān)?？刂埔笕缦?

如現(xiàn)在用的是1號刀,則按SB1時(shí)刀架不執(zhí)行任何動作,如按SB2、SB3或SB4則執(zhí)行上述動作循環(huán),但回轉(zhuǎn)角度分別為90°、180°和270°(即壓下SQ2、SQ3或SQ4表示回轉(zhuǎn)到位)。

其它情況依此類推。

9-2如上題中的刀架可就近轉(zhuǎn)位(即刀架可正反轉(zhuǎn),如現(xiàn)在是1號刀,要換4號刀時(shí)無須轉(zhuǎn)270°,只需反轉(zhuǎn)90°即可)。試設(shè)計(jì)該控制程序。

9-3試設(shè)計(jì)一個(gè)4層電梯PLC控制系統(tǒng),要求:

某層樓有呼叫信號時(shí),電梯自動運(yùn)行到該層后停止;如果同時(shí)有二層或三層樓呼叫時(shí),以先后順序排列,但同方向就近樓層優(yōu)先,電梯運(yùn)行到就近樓層后暫停運(yùn)行,停止后,門打開10s后自動關(guān)閉,待門關(guān)嚴(yán)后,電梯自行啟動,運(yùn)行至下一個(gè)樓層。

9-4試設(shè)計(jì)一個(gè)油循環(huán)控制系統(tǒng)(如圖9-19所示),要求:

(1)按下啟動按鈕SB1后,泵1、泵2通電運(yùn)行,由泵1將油從循環(huán)槽打入淬火槽,經(jīng)沉淀槽,再由泵2打入循環(huán)槽,運(yùn)行15min后,泵1、泵2停。

(2)在泵1、泵2運(yùn)行期間,如果沉淀槽的水位到達(dá)高水位,液位傳感器SL1接通,此時(shí)泵1停,泵2繼續(xù)運(yùn)行1min。

(3)在泵1、泵2運(yùn)行期間,如果沉淀槽的水位到達(dá)低水位,液位傳感器SL2由接通變?yōu)閿嚅_,此時(shí)泵2停,泵1繼續(xù)運(yùn)行1min。

(4)當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí),泵1、泵2同時(shí)停。

圖

9-19習(xí)題9-4圖

9-5試設(shè)計(jì)一個(gè)如圖9-20所示的料車自動循環(huán)送料控制系統(tǒng),要求:

(1)初始狀態(tài):小車在起始位置時(shí),壓下SQ1。

(2)啟動:按下啟動按鈕SB1,小車在起始位置裝料,10s后向右運(yùn)動