plc的组合机床控制系统设计(编辑修改稿)

plc的组合机床控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

串并联等术语，所不同的是，梯形图中每个元件的名称和编号有PLC 的特别规定；同一编号继电器的触点（既有常开又有常闭）可以根据需要无限引用；所有触点及其构成的控制回路都是通过软件编程实现其功能的，并无实际连线；此外梯形图中所有的输出元 素都是安排在右侧与母线相连，图中每包含一个被控元素的逻辑段称为一个梯级。 梯形图中继电器的线圈、常开触点及常闭触点符号常用下图中的符号表示。 梯形图比较形象、直观，对于熟悉继电器控制表达方式的人来说，很容易接受。 在 PLC 中，它是用得最多的一种程序表达方式。 图 2 梯形图符号 指令（语句表） 令就是用助记符来表达 PLC 的各种功能，它类似于计算机的汇编语言，但又较之简单得多。 这种程序表达方式，编程设备简单，逻辑紧凑，目前各种 PLC均有指令的编程功能。 逻辑功能图 这种方式基本上是采 用半导体逻辑电路的逻辑方块图来表达的。 对每一种逻辑功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。 常用 “ 与 ” 、“ 或 ” 、 “ 非 ” 三种逻辑功能表达控制逻辑。 有关的输入均画在方块的左边，输 13 出画在方块的右边。 对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的人来说，用这种方式编程感到较方便。 高级语言 大型 PLC 中，为了进行数据处理、完成 PID 调节等较为复杂的控制。 也采用BASIC、 PASCAL 等高级语言编程。 目前，各类型 PLC 都具有两种或两种以上编程语言，其中以梯形图和指令较为常用。 PLC 的工作方式 PLC 的工作方式是一种串行循环工作方式。 其工作过程分三个阶段进行，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。 当 PLC 开始上电运行时，首先清除I/O 映像区的内容，然后进行自诊断，确认正常后开始扫描。 对每个程序， CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直到遇到结束符后返回第一条指令，如此周而复始不断循环。 1．输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映 象寄存器被刷新。 接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。 2．程序执行阶段 在程序执行阶段， PLC 对程序按顺序进行扫描执行。 若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。 当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。 当指令中涉及到输入、输出状态时， PLC 从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。 对于元 件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。 3．输出刷新阶段 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。 在这一阶段里， PLC 将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。 因此， PLC 在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。 当 PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。 这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。 在用户程序中如果对输出结果多次赋 值，则最后一次有效。 在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。 在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。 这种方式称为集中输出。 14 对于小型 PLC，其 I/O 点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使 PLC 工作时大多数时间与外部输入 /输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。 而对于大中型 PLC，其 I/O 点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样 、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能 I/O 接口等多种方式。 PLC 控制系统的设计步骤 如果被控制对象环境较差，系统工艺复杂，且输入 /输出量以开光亮为主，则考虑用 PLC 控制系统。 若控制简单，如电动机正、反转，就可考虑用继电器控制系统。 用 PLC 控制，首先要了解体统的工作过程以及所有功能要求，从而分析被控对象的控制过程，输入 /输出量是开光量还是模拟量，明确控制要求，绘制出控制系统的流程图。 PLC 机型 一般来说， PLC 在可靠性上是没有问题的，机型的选择主要是考虑在 功能上满足系统的要求。 要对控制对象进行估测：有多少输入量、电压分别是多少、有多少输出量、输出功率有多大、现场对系统的响应速度有何要求、控制室与现场的距离有多远等。 I/O 设备，列出 I/O 地址分配表 根据生产设备现场需要，确定控制按钮、行程开关、接近开关等输入设备和接触器、电磁阀、信号灯等输出设备的型号和数量。 根据 PLC 型号，列出输入 /输出设备与 PLC 的 I/O 地址对照表，以便绘制接线图及编程。 分配 I/O 地址时应注意以下几点： (1)把所有按钮、行程开关等集中配置，按顺序分配 I/O 地址； (2)每 个 I/O 设备占用一个 I/O 地址； (3)同一类别的 I/O 设备点应尽量安排在同一区； (4)彼此有关的输出器件，如电动机正反转，其输出地址应连续分配。 15 (1)绘制电动机的主电路及 PLC 外部的其他控制电路图。 (2)绘制 PLC 的 I/O 接线图。 注意：接在 PLC 输入端的电器元件一律为常开触点，如停止按钮等。 (3)绘制 PLC 及 I/O 设备的供电系统图。 输入电路一半由 PLC 内部提供电源，输出电路根据负载的额定电压外接电源。 程序设计可用经验设计法或功能表设计法，或者是两者的结合。 接好硬件线路，把程序输入 PLC 中，联机调试。 PLC 类型选择及模块选择 PLC 类型的选择 系统设计的水平将直接影响控制系统的性能、设备的可靠性。 这其中 PLC 的选型至关重要。 在 PLC 系统设计时，首先应确定系统方案，下一步工作就是 PLC的设计选型。 选择 PLC，主要是确定 PLC 的生产厂家和 PLC 的具体型号。 对于系统方案要求有分布式系统、远程 I/O 系统，还需要考虑网络化通讯的要求。 具体的选择内容有以下几个方面： PLC 生产厂家的选择 确定 PLC 的生产厂家，主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家PLC 的熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。 从PLC 本身的可靠性考虑，原则上只要是国外大公司的产品，不应该存在可靠性不好的问题。 一般来说，对于控制独立设备或较简单的控制系统的场合，配套日本的 PLC产品，相对来说性价比有一定优势。 对于系统规模较大网络通讯功能要求高、开放性的分布式控制系统、远程 I/O 系统，欧美生产的 PLC 在网络通讯功能上更有优势。 由于本控制系统设计的内容相对较为简单，故选用三菱 PLC。 输入输出 (I/0)点数的估算 16 PLC 的输入 /输出点数是 PLC 的基本参数之一。 I/O 点数的确定应以控制设备所需的所有输入 /输出点数的总和为依据。 在一般情况下， PLC 的 I/O 点应该有适当的余量。 通常根据统计的输入输出点数，再增加 10％～ 20％的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。 实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行调整。 PLC 存储器容量的估算 存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，各种 PLC的存储器容量大小可以从该 PLC 的基本参数表中找到，例 如：西门子的 S7314 PLC的用户程序存储容量为 64KB， S73152DP PLC的用户程序存储容量为 128KB。 程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，需要对程序容量进行估算。 如何估算程序容量呢 ?许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 10～ 15 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数(16 位为一个字 )，另外再按此数的 25％考虑余量。 PLC 通讯功能的选择 现在 PLC 的通讯功能 越来越强大，很多 PLC 都支持多种通讯协议 (有些需要配备相应的通讯模块 )，选择时要根据实际需要选择合适的通讯方式。 PLC 系统的通信网络主要形式有下列几种形式： (1)PC 为主站，多台同型号 PLC 为从站，组成简易 PLC 网络； (2)1 台 PLC 为主站，其他同型号 PLC 为从站，构成主从式 PLC 网络； (3)PLC 网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中作为 DCS 的子网； (4)专用 PLC 网络 (各厂商的专用 PLC 通信网络 )。 为减轻 CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的 (如点对点、现场总线 、工业以太网等 )通信处理器。 PLC 机型的选择 PLC 的类型： PLC 按结构分为整体型和模块型两类；整体型 PLC 的 I/0 点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。 这一类PLC 的代表有：西门子公司的 S7200 系列、三菱公司的 FX 系列、欧姆龙公司的CPM1A 系列等。 模块型 PLC 提供多种 I/O 模块可以在 PLC 基板上插接，方便用户根据需要合 17 理地选择和配置控制系统的 I/O 点数。 因此，模块型 PLC 的配置比较灵活，一般用于大中型控制系统。 例如西门子公司的 S7300 系列和 S7400 系列、三 菱公司的 Q 系列、欧姆龙公司的 CVM1 系列等。 综合以上初步选定 FX2N 机型，再根据下表和 I/O 输入输出点数，选定FX2N32MR001 型 PLC。 表 1 FX2N系列的基本单元 型号 输入点数 输出点数 扩展模块可用点数 继电器输出 晶闸管输出 晶体管输出 FX2N16MR001 FX2N16MS FX2N16MT 8 8 24～ 32 FX2N32MR001 FX2N32MS FX2N32MT 16 16 24～ 32 FX2N48MR001 FX2N48MS FX2N48MT 24 24 48～ 64 FX2N64MR001 FX2N64MS FX2N64MT 32 32 48～ 64 FX2N80MR001 FX2N80MS FX2N80MT 40 40 48～ 64 FX2N128MR001 FX2N128MT 64 64 48～ 64 PLC 扩展模块的选择 模拟量输入模块主要用于连接传感器或者变送器并接受其电压信号或者电流信号。 在控制系统中，传感器和变送器用于测量位移、角位移、力、压力、应变、速度、加速度、温度、湿度 、流量等物理量。 模拟量输出模块，用于控制被控设备，例如，电动调节阀、比例电磁铁、比例压力阀、比例流量阀、液压伺服马达、伺服电动机等，这些设备的输出与模拟量输出模块给定的电压或电流成比例，以实现模拟量控制。 模拟量信号的标准范围为电流是 4~20mA， 0~20mA，电压是 0~5V， 0~10V，5~5V， 10~10V 等。 18 选择模拟量输入、模拟量输出模块的主要指标为模拟量的范围、分辨率、转换精度、转换速度、数字位数及数字量存储格式。 其他特殊功能模块还有高速。