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1、 项目五PLC的综合应用 任务一铣床电气控制的PLC改造任务二变频器的PLC控制任务三液体混合搅拌器的三菱FX2NPLC的控制 任务一铣床电气控制的PLC改造一 任务目标 1 熟悉PLC控制系统的设计方法与步骤 2 掌握X62W万能铣床主电路 控制线路原理及接线 3 掌握典型机床PLC改造的方法 步骤及编程 二 任务分析X62W万能铣床继电器控制系统的电气原理图如图5 1所示 图5 1X62W万能铣床电气原理图 其电力拖动方式和控制要求如下 1 X62W万能卧式铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求 工作台各自采用单独的笼型异步电动机拖动 2 主轴电动机M1是在空载时直接启动的 为完
2、成顺铣和逆铣 要求其有正反转 可根据铣刀的种类预先选择转向 在加工过程中不变换转向 3 为了减小负载波动对铣刀转速的影响以保证加工质量 主轴上装有飞轮 其转动惯量较大 为此 要求主轴电动机有停车制动控制 以提高工作效率 4 工作台的纵向 横向和垂直三个方向的进给运动由一台进给电动机M3拖动 三个方向的选择由操纵手柄改变传动链来实现 每个方向有正反向运动 要求M3能正反转 同一时间只允许工作台向一个方向移动 故三个方向的运动之间应有联锁保护 5 为了缩短调整运动的时间 提高生产效率 工作台应有快速移动控制 X62W万能铣床是采用快速电磁铁吸合改变传动链的传动比来实现的 6 使用圆工作台时 要求圆
3、工作台的旋转运动与工作台的上下 左右 前后三个方向的运动之间有联锁控制 即圆工作台旋转时 工作台不能向其他方向移动 7 为适应加工的需要 主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围 X62W万能铣床采用机械变速的方法 通过改变变速箱的传动比来实现 为保证变速时齿轮易于啮合 减小齿轮端面的冲击 要求变速时电动机有冲动 短时转动 控制 8 根据工艺要求 主轴旋转与工作台进给应有先后顺序控制之后才能进行 加工结束时必须在铣刀停转前停止进给运动 即进给运动要在铣刀旋转停止前停止 9 冷却泵由一台电动机M2拖动 为主轴加工时提供冷却液 冷却泵电动机M2应在主轴电动机M1启动后才能启动 可与电动机M1同时停车
4、10 为使工作台能够快速移动 可以采用两处控制 图5 2设计调试过程示意图 三 相关知识 一 PLC控制系统的设计1 深入了解被控系统这一步是系统设计的基础 设计前应熟悉图样资料 深入调查研究 与工艺 机械方面的技术人员和现场操作人员密切配合 共同讨论 解决设计中出现的问题 应详细了解被控对象的全部功能 例如机械部件的动作顺序 动作条件 必要的保护与联锁 系统要求哪些工作方式 例如手动 自动 半自动等 设备内部机械 液压 气动 仪表 电气几大系统之间的关系 PLC与其他智能设备 例如其他PLC 计算机 变频器 工业电视 机器人 之间的关系 PLC是否需要通信联网 需要使用什么样的人机接口 用人
5、机接口输入和显示哪些数据 电源突然停电及紧急情况的处理 以及安全电路的设计等 对于大型复杂的控制系统 需要考虑将系统分解为几个独立的部分 各部分分别用单独的PLC或其他控制装置来控制 并考虑它们之间的通信联网方式 2 人机接口的选择人机接口用于操作人员与PLC之间的信息交换 对于使用单台PLC的小型开关量控制系统 一般用指示灯 报警器 按钮和操作开关作为人机接口 PLC本身的数字输入和数字显示功能较差 可以用PLC的数字量I O点和拨码开关 七段显示器来实现数字的输入和显示 但是占用的I O点数多 可能还需要用户自制硬件 人机界面 HMI HumanMachineInterface 一般指用于
6、操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用的专用设备 现在的人机界面几乎都使用液晶显示屏 小尺寸的人机界面只能显示数字和字符 称为文本显示器 大一些的可以显示点阵组成的图形 有的显示器是单色的 有的只有8种或16种颜色 有的有256种或更多的颜色 人机界面有使用方便 易学易用的组态软件 用它们可以生成各种静态的和动态的文字和画面 西门子公司的操作员面板 OP 使用密封按键 触摸屏 TP 使用显示屏画面中的触摸式按键 是人机界面的发展方向 为S7 200配套的TD200文本显示器可以显示20个汉字或40个字符 显示内容可以用S7 200的编程软件方便地设置 要求较高的控制系统可以使用能显示图形的操
7、作员面板或触摸屏 它们可以用于工业现场 但是价格较高 计算机也可以作为人机接口 普通台式计算机的价格便宜 但是对工作环境的要求较高 一般在控制室内使用 如果要求将计算机安装在现场的控制屏上 可以选用使用液晶显示器的工业控制计算机 有的液晶显示器本身带有触摸键功能 上位计算机的程序可以用VC VB等语言来开发 也可以用组态软件生成控制系统的监控程序 用组态软件可以很方便地实现计算机与现场工业设备 例如PLC 的通信 也便于生成用户需要的有动画功能的各种人机接口画面 组态软件的入门很容易 但是组态软件的价格较高 一套软件只能用于一个系统 3 通信方式的选择选择通信方式时 应考虑通信网络允许的最大节
8、点数 最大通信距离和通信接口是否需要光电隔离等问题 选择通信速率时 应考虑网络中单位时间内可能的最大信息流量 并应留有一定的裕量 通信速率与通信线路的长度有关 通信距离增大时 最大通信速率降低 S7 200之间的通信最简单的实现方法是使用编程软件中的指令向导 自动生成网络读 写程序 用它来实现PLC之间周期性的自动数据交换 实际系统中 最常见的是计算机与S7 200之间的通信 可以选用下面的方法 1 计算机使用组态软件 只需要为通信作一些简单的设置 通信便可以自动完成 不用编写PLC和计算机的通信程序 但是需要购买不能重复使用的组态软件 2 用VB或VC编写的计算机应用程序调用西门子公司的Pr
9、odave通信软件包中的函数 直接访问S7 200的存储区 PLC不用编程 用VB VC编写上位机的程序比自由端口方式简单得多 3 使用的S7 200的ModbusRTU从站协议 只需为PLC编写简单的通信程序 响应帧是PLC的操作系统自动生成的 用VB或VC编写上位机的程序比自由端口方式简单方便 4 使用S7 200的自由端口通信方式 计算机的通信程序用VB或VC中的MSCOMM通信控件编程 PLC也需要编程 这种通信方式最为灵活 可以使用用户自定义的通信规约 但是PLC的编程工作量较大 对编程人员的要求较高 如果PLC需要连接其他厂家的设备 可以根据具体情况选用开放式的通信网络 例如PRO
10、FIBUS DeviceNet或AS i等 这种方案的编程工作量不大 但是通信的硬件成本较高 二 PLC控制系统的硬件设计1 CPU型号的选择S7 200不同的CPU模块的性能有较大的差别 在选择CPU模块时 应考虑CPU集成的I O点的点数和模块的扩展能力 程序存储器与数据存储器的容量和通信接口的个数 在满足要求的前提下 尽量降低硬件成本 2 I O模块的选型选择I O模块之前 应确定哪些信号需要输入给PLC 哪些负载由PLC驱动 信号是开关量还是模拟量 是直流量还是交流量 以及电压的等级 是否有特殊要求 例如快速响应等 并建立分类的表格 选好PLC的型号后 根据前述的I O分类表格和可供选
11、择的I O模块的类型 确定I O模块的型号和块数 选择I O模块时 I O点数一般应留有一定的裕量 以备今后系统改进或扩充时使用 数字量输入模块的输入电压一般为DC24V和AC220V 直流输入电路的延迟时间较短 可以直接与接近开关 光电开关和编码器等电子输入装置连接 交流输入方式适合在有油雾 粉尘的恶劣环境下使用 继电器型输出模块的工作电压范围广 触点的导通压降小 承受瞬时过电压和瞬时过电流的能力较强 但是动作速度较慢 触点寿命 动作次数 有一定的限制 如果系统的输出信号变化不是很频繁 建议优先选用继电器型的输出模块 选择输出模块时应考虑负载电压的种类和大小 系统对延迟时间的要求 负载状态的
12、变化是否频繁等 场效应晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载 它们的可靠性高 响应速度快 不受动作次数的限制 但是过载能力稍差 选择I O模块还需要考虑下面的问题 1 外部传感器或电子设备 例如变频器 的输出电路的类型应与输入模块的输入电路匹配 使两者的输入 输出端能直接相连 2 选择模拟量模块时 应考虑变送器和执行机构的量程是否能与PLC的模拟量I O模块的量程匹配 模拟量模块的A D D A转换器的位数反映了模块的分辨率 模拟量模块的转换时间反映了模块的工作速度 3 使用旋转编码器时 应考虑PLC的高速计数器的功能和工作频率是否能满足要求 3 系统硬件设计 1 确定系统的
13、总体结构 例如是否需要通信和联网 选用什么样的通信网络和通信协议 需要什么样的通信接口或通信模块 在此基础上确定PLC的型号 选择CPU模块和与通信有关的硬件 根据系统的要求确定是否需要人机界面和具体的型号 2 根据数字量 模拟量输入 输出的性质和点数确定I O模块的种类和块数 3 给各输入 输出变量分配地址 梯形图中 I O变量的地址与PLC外部接线图中端子号直接关联 这一步为绘制硬件接线图作好了准备 也为梯形图的设计作好了准备 4 画出PLC的外部硬件接线图 以及其他电气原理图和接线图 5 画出操作站和控制柜面板的机械布置图和内部的机械安装图 三 PLC软件设计与调试1 软件设计软件设计包
14、括设计主程序 子程序 中断程序 故障应急措施和辅助程序等 小型数字量控制系统一般只有主程序 首先根据总体要求和控制系统的具体情况 确定用户程序的基本结构 画出程序的流程表并给用户程序中的变量命名 以方便程序的阅读和调试 变量的名称应简短且易于理解 2 软件的模拟调试设计好用户程序后 一般先进行模拟调试 用接在PLC输入端的开关或按钮来产生操作人员发出的指令信号 或者在适当的时候 用它们来模拟实际的反馈信号 例如限位开关触点的接通和断开 通过输出模块上各输出点对应的发光二极管的状态 观察输出信号是否满足设计的要求 可以用编程软件的程序状态功能或状态表来监视程序的运行 调试顺序控制程序的主要任务是
15、检查程序的运行是否符合顺序功能图的规定 即在转换实现的两个条件都满足时 该转换所有的前级步是否变为不活动步 所有的后续步是否变为活动步 以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化 在调试时应充分考虑各种可能的情况 对系统各种不同的工作方式 顺序功能图中的每一条支路 各种可能的进展路线 都应逐一检查 不能遗漏 发现问题后及时修改程序 直到在各种可能的情况下输入信号与输出信号之间的关系完全符合要求 如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大 为了缩短调试时间 可以在调试时将它们减小 模拟调试结束后再写入它们的实际设定值 3 硬件的调试与系统调试对程序进行模拟调试的同时 可以设计 制作控制屏 进行PLC之
16、外其他硬件的安装 接线工作也可以同时进行 完成硬件的安装和接线后 应对硬件的功能进行检查 在STOP模式下用编程软件将PLC的输出点强制为ON或OFF 可以观察对应的外部负载 例如电磁阀和接触器 的动作是否正常 在调试模拟量输入模块时 给它提供标准的输入信号 调节模块上的电位器使模拟量输入信号和转换后的数字量之间的关系满足要求 完成上述的调试后 将PLC置于RUN状态 运行用户程序 检查控制系统是否能满足要求 在调试过程中 将会暴露出系统中可能存在的硬件问题 以及程序设计中的问题 发现问题后在现场加以解决 直到完全符合要求 4 整理技术文件根据调试的最终结果整理出完整的技术文件 至少应将PLC的外部接线图提供给用户 以便于系统的维护与改进 技术文件应包括 1 PLC的外部接线图和其他电气图样 2 PLC的编程元件表 包括各编程元件的地址 名称和注释 定时器和计数器的设定值等 这些信息也可以用符号表和局部变量表来提供 3 带注释的程序和必要的总体文字说明 四 转换法及改造机床电气的步骤和举例1 转换法转换法是用所选机型的PLC中功能相当的软元件 代替原继电器 接触器控制线路原理图中的元件
