在PLC發(fā)展的初期,沿用了設(shè)計(jì)繼電器電路圖的方法來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖程序,即在已有的些典型梯形圖的基礎(chǔ)上,根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制的要求,不斷地修改和完善梯形圖。有時(shí)需要多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖,不斷地增加中間編程元件和觸點(diǎn),后才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循,設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與編程者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系,所以有人把這種設(shè)計(jì)方法稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。它可以用于邏輯關(guān)系較簡(jiǎn)單的梯形圖程序設(shè)計(jì)。
用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)大致可以按下面幾步來(lái)進(jìn)行:分析控制要求、選擇控制原則;設(shè)計(jì)主令元件和檢測(cè)元件,確定輸入輸出設(shè)備;設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的控制程序;檢查修改和完善程序。下面通過(guò)例子來(lái)介紹經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。
一、設(shè)計(jì)舉例
1.送料小車自動(dòng)控制的梯形圖程序設(shè)計(jì)
(1)被控對(duì)象對(duì)控制的要求如圖1a所示送料小車在限位開關(guān)X4處裝料,20s后裝料結(jié)束,開始右行,碰到X3后停下來(lái)卸料,25s后左行,碰到X4后又停下來(lái)裝料,這樣不停地循環(huán)工作,直到按下停止按鈕X2。按鈕X0和X1分別用來(lái)起動(dòng)小車右行和左行。
a)小車運(yùn)行示意圖b)梯形圖
(2)程序設(shè)計(jì)思路以*的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的梯形圖為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)出的小車控制梯形圖如圖1b所示。為使小車自動(dòng)停止,將X3和X4的常閉觸點(diǎn)分別與Y0和Y1的線圈串聯(lián)。為使小車自動(dòng)起動(dòng),將控制裝、卸料延時(shí)的定時(shí)器T0和T1的常開觸點(diǎn),分別與手動(dòng)起動(dòng)右行和左行的X0、X1的常開觸點(diǎn)并聯(lián),并用兩個(gè)限位開關(guān)對(duì)應(yīng)的X4和X3的常開觸點(diǎn)分別接通裝料、卸料電磁閥和相應(yīng)的定時(shí)器。
(3)程序分析設(shè)小車在起動(dòng)時(shí)是空車,按下左行起動(dòng)按鈕X1,Y1得電,小車開始左行,碰到左限位開關(guān)時(shí),X4的常閉觸點(diǎn)斷開,使Y1失電,小車停止左行。X4的常開觸點(diǎn)接通,使Y2和T0的線圈得電,開始裝料和延時(shí)。20s后T0的常開觸點(diǎn)閉合,使Y0得電,小車右行。小車離開左限位開關(guān)后,X4變?yōu)?ldquo;0”狀態(tài),Y2和T0的線圈失電,停止裝料,T0被復(fù)位。對(duì)右行和卸料過(guò)程的分析與上面的基本相同。如果小車正在運(yùn)行時(shí)按停止按鈕X2,小車將停止運(yùn)動(dòng),系統(tǒng)停止工作。
2.兩處卸料小車自動(dòng)控制的梯形圖程序設(shè)計(jì)
兩處卸料小車運(yùn)行路線示意圖如圖2a所示,小車仍然在限位開關(guān)X4處裝料,但在X5和X3兩處輪流卸料。小車在一個(gè)工作循環(huán)中有兩次右行都要碰到X5,*次碰到它時(shí)停下卸料,第二次碰到它時(shí)繼續(xù)前進(jìn),因此應(yīng)設(shè)置一個(gè)具有記憶功能的編程元件,區(qū)分是*次還是第二次碰到X5。
a)小車運(yùn)行示意圖b)梯形圖
兩處卸料小車自動(dòng)控制的梯形圖如圖2b所示,它是在圖1b的基礎(chǔ)上根據(jù)新的控制要求修改而成的。小車在*次碰到X5和碰到X3時(shí)都應(yīng)停止右行,所以將它們的常閉觸點(diǎn)與Y0的線圈串聯(lián)。其中X5的觸點(diǎn)并聯(lián)了中間元件M100的觸點(diǎn),使X5停止右行的作用受到M100的約束,M100的作用是記憶X5是第幾次被碰到,它只在小車第二次右行經(jīng)過(guò)X5時(shí)起作用。為了利用PLC已有的輸入信號(hào),用起保停電路來(lái)控制M100,它的起動(dòng)條件和停止條件分別是小車碰到限位開關(guān)X5和X3,即M100在圖2a中虛線所示路線內(nèi)為ON,在這段時(shí)間內(nèi)M100的常開觸點(diǎn)將Y0控制電路中X5常閉觸點(diǎn)短接,因此小車第二次經(jīng)過(guò)X5時(shí)不會(huì)停止右行。
為了實(shí)現(xiàn)兩處卸料,將X3和X5的觸點(diǎn)并聯(lián)后驅(qū)動(dòng)Y3和T1。調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)小車從X3開始左行,經(jīng)過(guò)X5時(shí)M100也被置位,使小車下一次右行到達(dá)X5時(shí)無(wú)法停止運(yùn)行,因此在M100的起動(dòng)電路中串入Y1的常閉觸點(diǎn)。另外還發(fā)現(xiàn)小車往返經(jīng)過(guò)X5時(shí),雖然不會(huì)停止運(yùn)動(dòng),但是出現(xiàn)了短暫的卸料動(dòng)作,為此將Y1和Y0的常閉觸點(diǎn)與Y3的線圈串聯(lián),就可解決這個(gè)問(wèn)題。系統(tǒng)在裝料和卸料時(shí)按停止按鈕不能使系統(tǒng)停止工作,請(qǐng)讀者考慮怎樣解決這個(gè)問(wèn)題。
二、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)
經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)是比較奏效的,可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。但是,由于這種方法主要是依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),所以對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求也就比較高,特別是要求設(shè)計(jì)者有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)和工業(yè)上常用的各種典型環(huán)節(jié)比較熟悉。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法沒有規(guī)律可遵循,具有很大的試探性和隨意性,往往需經(jīng)多次反復(fù)修改和完善才能符合設(shè)計(jì)要求,所以設(shè)計(jì)的結(jié)果往往不很規(guī)范,因人而異。
經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法一般適合于設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的梯形圖程序或復(fù)雜系統(tǒng)的某一局部程序(如手動(dòng)程序等)。如果用來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)梯形圖,存在以下問(wèn)題:
1.考慮不周、設(shè)計(jì)麻煩、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)
用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖程序時(shí),要用大量的中間元件來(lái)完成記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能,由于需要考慮的因素很多,它們往往又交織在一起,分析起來(lái)非常困難,并且很容易遺漏一些問(wèn)題。修改某一局部程序時(shí),很可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)其它部分程序產(chǎn)生意想不到的影響,往往花了很長(zhǎng)時(shí)間,還得不到一個(gè)滿意的結(jié)果。
2.梯形圖的可讀性差、系統(tǒng)維護(hù)困難
用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的梯形圖是按設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此,即使是設(shè)計(jì)者的同行,要分析這種程序也非常困難,更不用說(shuō)維修人員了,這給PLC系統(tǒng)的維護(hù)和改進(jìn)帶來(lái)許多困難。
PLC采用典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),單元電路包括CPU、RAM、ROM和輸入、輸出接口電路等,內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)迸行數(shù)據(jù)指令的傳輸。如果把PLC:整體電路看作是一個(gè)中間處理器或轉(zhuǎn)換器的話,它根據(jù)編程者的意圖,將各種輸入變量(各種輸入的開關(guān)量信號(hào)等)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲎兞?各種輸出的幵關(guān)量信號(hào)等),從而實(shí)施對(duì)輸出設(shè)備的控制。
程式輸入裝置:負(fù)責(zé)提供操作者輸入、修改、程式用作的功能
*處理單元(CPU):負(fù)責(zé)PLC管理、執(zhí)行、運(yùn)算、控制等功能.
程式記憶體:負(fù)責(zé)儲(chǔ)存使用者設(shè)計(jì)的順序程式參數(shù)及注解等.
資料記憶體:負(fù)責(zé)儲(chǔ)存輸入、輸出裝置的狀態(tài)及順序程式的轉(zhuǎn)換資料.
系統(tǒng)記憶體:儲(chǔ)存PLC執(zhí)行順序控制所需的系統(tǒng)程式.
輸入回路:負(fù)責(zé)接收外部輸入元件信號(hào).
輸出回路:負(fù)責(zé)接收外部輸出元件信號(hào).
在工業(yè)用途非常廣泛,如半導(dǎo)體晶圓廠的各種自動(dòng)化設(shè)備的控制大樓電梯機(jī)械停車設(shè)備;路邊的紅綠燈變換;控制自動(dòng)化生產(chǎn)線。
結(jié)合圖1-1簡(jiǎn)介各部分的作用:
1.CPU
PLC的核心器件為CPU,它是*處理器的簡(jiǎn)稱,起著神經(jīng)中樞的作用。PLC中所用CPU多為微控制器,又稱為單片機(jī),功能與結(jié)構(gòu)日益完善,將*處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要微型機(jī)部件集成在一塊芯片上。由于PLC功能的特殊性,在微控制器之外,另外擴(kuò)展了大容量存儲(chǔ)器和相應(yīng)的I/O接口電路。
CPU所完成的任務(wù)包括:將輸入信號(hào)送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)起來(lái);按存放的先后順序取出用戶指令,進(jìn)行編譯;完成用戶指令規(guī)定的各種操作,將結(jié)果送到輸出端;響應(yīng)各種外部設(shè)備(編程器、打印機(jī)等)的請(qǐng)求。
2.存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器用來(lái)存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他信息,用于存放各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及用戶程序:一類為RAM,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器),可以隨時(shí)由CPU對(duì)其進(jìn)行讀出與寫入;另一類為ROM(只讀存儲(chǔ)器),CPU只能讀取而不能寫入。用來(lái)存放監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù),這些程序及數(shù)據(jù)已由PLC廠商作出廠時(shí)固化在ROM芯片中.不能為用戶更改。
3.I/O接口電路
PI.C通過(guò)輸入接口電路將開關(guān)、按鈕等輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接收和處理的電壓(或頻率)信兮,輸出接口是將CPU輸出的電壓信號(hào)(弱電)轉(zhuǎn)換為觸點(diǎn)信號(hào)(或其他形式的輸出信號(hào)),供外部控制電路取用。i/o接口電路起到plc和外部設(shè)備之間信號(hào)傳遞的作用。為減小電磁干擾,提高抗干擾性能,i/o接門電路常采用光耦合電路。
4.i/o擴(kuò)展接口
I/o擴(kuò)展接門的作用夯兩個(gè):若主機(jī)(帶有CPU)單元的丨/0點(diǎn)數(shù)不夠用,再增上一臺(tái)主機(jī)或換用一臺(tái)i/o點(diǎn)數(shù)多的主機(jī),在成本上核算不夠經(jīng)濟(jì),則通過(guò)i/o擴(kuò)展接口電纜與擴(kuò)展單元相連,以擴(kuò)展丨/0接口;PLC主機(jī)的輸入..輸出電路,只能傳輸數(shù)字開關(guān)貴信號(hào)(端口可傳輸高速脈沖信號(hào)),何不能傳輸模擬信號(hào),若需采集和傳輸模擬信號(hào),則應(yīng)加裝A/D、D/A模塊或模塊,如溫度檢測(cè)模塊等,也通過(guò)I/0擴(kuò)展接口與主機(jī)相連。
5.電源
PIC的電源供給是取自交流220V市電,經(jīng)內(nèi)部整流、濾波后變?yōu)?00V左右直流電,加至幵關(guān)電源電路,開關(guān)電源電路輸出24V.,5V兩路直流電壓,供給CPU、存儲(chǔ)器和I/0接口電路。
6.編程器連接控
利用編程工具(如筆記本電腦),可以輸入、檢查、修改和調(diào)試用戶程序,還可以PLC的工作狀態(tài),只需通過(guò)--根編程電纜與PLC主機(jī)連接即可。另外,圖形器(文年顯示屏、觸摸屏等。也經(jīng)編程器連接口與PLC相連。
通過(guò)對(duì)PLC內(nèi)部電路構(gòu)造的了解,我們知道PLC是一個(gè)具有微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的智能化控制器。對(duì)內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)與工作原理只要了解一些,就可以了。我們的注意力應(yīng)該放在外部接口電路上。明白各接口電路的功能和作用,尤其是I/O接控電路的功能和特點(diǎn),以根據(jù)生產(chǎn)控制要求選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)和類型。