《《可编程控制器应用技术（第2版）》项目五数字量控制系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《可编程控制器应用技术（第2版）》项目五数字量控制系统的设计（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、可编程控制器应用技术数字量控制系统的设计项目五数字量控制系统的设计 数字量控制是S7-1200 PLC的主要功能之一，由此可搭建基于PLC的数字量控制系统，设计方法主要有经验设计法和顺序设计法两种。 本项目将重点介绍经验设计法及其常用的典型电路，顺序设计法及顺序功能图的绘制方法，还将介绍运动控制的概念及设计方法。项目导读数字量控制系统的设计掌握数字量控制系统的基本设计方法。掌握经验设计法的典型电路。知识目标掌握顺序功能图的绘制方法。掌握运动控制系统的设计方法。能够用经验设计法和顺序设计法搭建数字量控制系统。技能目标通过学习经验设计法和完善程序，锻炼不怕困难、勇于创新的精神。通过学习顺序设计法，
2、增强遵循事物发展规律，多角度思考问题的意识。素质目标项目五设计水塔水位控制系统任务一设计自动配料模拟系统任务二任务三 设计搬运机械手模拟系统任务一：设计水塔水位控制系统请设计一个水塔水位控制系统，如图5-1所示。其控制要求如下。（1）当水池的实际水位低于低水位界S4时，进水阀门Y打开，开始往水池里注水，并启动定时器。（2）定时结束后，若实际水位仍然低于低水位界S4，表示进水阀门Y出现故障，此时阀门状态指示灯闪烁。（3）注水过程中，实际水位到达高水位界S3时，进水阀门Y关闭。（4）当水池的实际水位高于低水位界S4，且水塔水位低于低水位界S2时，电机M开始工作，向水塔供水。（5）当水塔的水位高于高
3、水位界S1时，电机M。任务描述任务描述图5-1 水塔水位控制系统水塔水池任务一：设计水塔水位控制系统任务分析任务分析（1）分析水塔水位控制系统的工作过程。（2）根据水塔水位控制系统的工作过程，填写I/O地址分配表。（3）根据I/O地址分配表，完成硬件电路接线图的设计，并完成硬件接线。（4）根据水塔水位控制系统的工作过程和I/O地址分配表，设计梯形图程序（5）将梯形图程序下载到PLC中，按照水塔水位的工作过程，改变QS1QS4的状态，查看进水阀门Y和电机M的状态，分析程序执行结果是否符合控制要求。在水塔水位控制系统中，水位通常由液位传感器来检测。当水位超过液位传感器所在高度（即水位界）时，传感器
4、通电；当水位低于液位传感器时所在高度时，传感器断电。若用常开开关QS1、QS2、QS3和QS4分别模拟S1、S2、S3和S4对应的4个液位传感器，则可设定实际水位低于传感器所在高度时，QS1QS4的状态为“0”；实际水位高于传感器所在高度时，QS1QS4的状态为“1”。控制系统的工作过程如下: 当QS4的状态为“0”时，进水阀门Y的状态变为“1”，并启动定时器T0（设定时时长为5 s）。 T0定时结束后，若检测到QS4的状态仍为“0”，阀门故障指示灯HL闪烁（设闪烁频率为2 Hz）。 若检测到QS4和QS3的状态均为“1”，进水阀门Y的状态变为“0”。 若检测到QS2的状态为“0”且QS4的状
5、态为“1”，电机M的状态变为“1”。 若检测到QS1的状态为“1”，电机M的状态变为“0” 任务一：设计水塔水位控制系统 预备知识一、典型电路在数字量控制系统设计中，常常需要将各种典型电路组合起来，共同完成某些系统的控制。常见的典型电路包括启保停电路、闪烁电路和长延时电路（见项目四）等。 任务一：设计水塔水位控制系统一、典型电路启保停电路是启动、保持、停止电路的简称，其梯形图程序如图5-2所示。在启保停电路中，有一个启动按钮I0.0、一个停止按钮I0.1和一个线圈输出Q0.0。启保停电路是数字量控制系统中应用最广泛的电路，可用于电机的连续控制、PLC工作状态显示等。1启保停电路图5-2 启保停
6、电路按下启动按钮I0.0，线圈输出Q0.0的状态变为“1”，这个过程称为启动；随后启动按钮I0.0弹起，由于Q0.0的状态为“1”，电路仍然接通，故Q0.0的状态仍为“1”，这个过程称为保持；按下停止按钮I0.1，电路断开，Q0.0的状态变为“0”，这个过程称为停止。 任务一：设计水塔水位控制系统一、典型电路在S7-1200 PLC中，若要得到某些特定频率（如10 Hz、5 Hz、2.5 Hz、2 Hz、1.25 Hz、1 Hz、0.625 Hz和0.5 Hz）且占空比为50%的脉冲输出，可以采用时钟存储器字节。但要得到任意周期或任意占空比的脉冲输出，通常采用闪烁电路。2闪烁电路占空比是指电路
7、被接通的时间占整个电路工作周期的百分比。例如，某电路在一个工作周期中有一半时间被接通了，那么它的占空比就是50%。 任务一：设计水塔水位控制系统一、典型电路 设某设备的启动按钮和停止按钮分别为I0.0和I0.1。按下启动按钮，设备开始工作；工作时，为防止设备过热，要求设备每工作4 h停止1 h；按下停止按钮时，设备立即停止工作。请设计该设备的梯形图程序。【例1】由题意可知，该设备的工作过程如下。（1）按下启动按钮I0.0，设备开始工作，Q0.0状态为“1”，并开始定时（定时时长为4 h）。（2）定时结束后，Q0.0输出状态为“0”，并开始定时（定时时长为1 h）。（3）定时结束后，设备重新开始
8、工作。（4）按下停止按钮，设备立即停止。由此可绘制设备的工作时序图，如图5-3所示。分析图5-3 设备的工作时序图 任务一：设计水塔水位控制系统一、典型电路该设备的梯形图程序设计思想如下。（1）用TON指令定时该设备的工作时长（T0）和停止工作时长（T1）。（2）将“T0”.Q作为T1的输入，得到周期为5 h（T0+T1），占空比为20% （ ）的闪烁电路。根据以上分析设计设备的梯形图程序，如图5-4所示。分析图5-4 设备的梯形图程序小试身手画出“T0”.Q和“T1”.Q的波形图，并与图5-3中的设备输出Q0.0比较，分析它们之间的关系。 任务一：设计水塔水位控制系统二、经验设计法经验设计法
9、是根据控制系统的具体要求，在一些典型电路（如启保停电路、闪烁电路、长延时电路等）的基础上，结合传统的继电器-接触器控制设计方法来设计梯形图程序。这种方法没有普遍的规律可以遵循。因为设计所用的时间、设计的质量均与编程者的经验有很大的关系，所以人们把这种设计方法称为经验设计法。采用经验设计法时，往往需要反复地调试和修改梯形图程序，才能得到一个较为满意的结果。因此，经验设计法仅适用于逻辑关系较简单的控制系统 任务一：设计水塔水位控制系统二、经验设计法如图5-5所示为运料小车的PLC硬件接线图，请设计运料小车的梯形图程序。在图5-5中，SB1、SB2分别为运料小车的启动按钮和停止按钮，SQ1、SQ2为
10、运料小车左右终点的行程开关。控制要求如下。（1）按下启动按钮SB1后，运料小车在SQ1处装料，20 s后装料结束，开始右行。（2）当碰到SQ2后停下来卸料，20 s后左行，碰到SQ1后又停下来装料。（3）这样不停地循环工作，直到按下停止按钮SB2。【例2】图5-5 运料小车的PLC硬件接线图 任务一：设计水塔水位控制系统二、经验设计法该运料小车梯形图程序的设计思路如下。（1）用M0.0存储运料小车的工作状态，用启保停电路控制M0.0的状态。（2）用TON指令设置装料和卸料的时间。（3）用启保停电路控制运料小车的左行和右行。则该运料小车的梯形图程序如图5-6所示。分析图5-6 运料小车自动控制的
11、梯形图程序 任务实施 I/O地址分配扫码观看设计水塔水位控制系统详细步骤 硬 件 连 接 程序设计与调试任务一：设计水塔水位控制系统项目五设计水塔水位控制系统任务一设计自动配料模拟系统任务二任务三 设计搬运机械手模拟系统任务二：设计自动配料模拟系统请设计一个自动配料模拟系统，如图5-10所示。自动配料模拟系统的工作过程如下：（1）按下启动按钮SB1，系统启动，信号灯L2熄灭，信号灯L1点亮，表示允许汽车开进装料，此时料斗出料阀D1关闭。若物位传感器S1的状态为“0”（表示料斗中的物料不满），进料阀D2开启；若传感器S1的状态为“1”（表示料斗中的物料已满），则进料阀D2关闭；电机M1、M2、M
12、3和M4的状态均为“0”。（2）当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1的状态为“1”，信号灯L2点亮，L1熄灭；电机M4启动，随后M3、M2、M1依次启动，出料阀D1打开，时间间隔为2 s。（3）当汽车装满时，限位开关SQ2的状态为“1”，此时出料阀D1关闭，随后M1、M2、M3和M4依次关闭，时间间隔为2 s。同时信号灯L1点亮，信号灯L2熄灭。（4）按下停止按钮SB2，自动配料模拟系统终止运行图5-10 自动配料模拟系统任务描述任务二：设计自动配料模拟系统任务分析图5-11 自动配料模拟系统工作流程图根据自动配料模拟系统的工作过程，绘制自动配料模拟系统的工作流程图，如图5-11所示根据自动配
13、料模拟系统的工作过程，填写I/O地址分配表根据I/O地址分配表，完成硬件电路接线图的设计，并完成硬件接线根据自动配料模拟系统的控制要求和I/O地址分配表，设计梯形图程序最后将梯形图程序下载到PLC中，按照自动配料模拟系统的工作过程，改变输入信号的状态，分析程序执行结果是否符合控制要求 一、顺序设计法任务二：设计自动配料模拟系统预备知识 顺序控制系统是指按照生产工艺预先规定的顺序，在输入信号的作用下，各个执行机构根据内部状态和时间变化，自动有序地运行的数字量控制系统。顺序控制系统，如十字路口交通灯、机械手、生产流水线等，均有着严格的顺序控制要求。 设计顺序控制系统时，常采用顺序设计方法。顺序设计
14、方法的主要步骤如下：（3）用编程元件控制PLC的各输出位（2）用编程元件代表各个阶段（如M），并利用转换条件控制代表各步的编程元件（1）将控制系统的一个周期划分为若干顺序相连的阶段（步） 任务二：设计自动配料模拟系统二、顺序功能图顺序设计法常用的工具是顺序功能图。它是描述顺序控制常用的一种图形，主要由步、动作、有向连线、转换和转换条件组成，如图5-12所示。1顺序功能图的组成要素图5-12 顺序功能图 二、顺序功能图任务二：设计自动配料模拟系统步根据输出量的状态变化而划分的阶段。在每一步中，代表各步的编程元件的状态与该步输出量的状态之间有着简单的逻辑关系。在任何一步之内，各输出量的状态不变，但
15、相邻两步输出量的状态不能完全相同。系统初始状态对应的步称为初始步。初始步是系统等待启动时相对静止的阶段，一般没有输出，通常在首次扫描时启动。每个顺序功能图都必须有初始步，通常用双线框表示。当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称为活动步。动作每一步对应的输出（如Q0.0）或命令（如复位Q0.0）。当系统处于活动步时，相应的动作被执行；当系统处于不活动步时，相应的动作停止有向连线在顺序功能图中，用来标注步的进展方向的连线。步的活动状态默认的推进方向是从上到下或从左到右，因此这两个方向有向连线的箭头可以省略，其他方向有向连线的箭头不能省略转换和转换条件通常用与有向连线垂直的短划线表示转
16、换，主要目的是间隔相邻两步；转换条件是当前步向下一步转换时需要满足的条件，转换条件常标在短划线旁。转换条件可以是单个信号电平或多个信号电平的逻辑组合，也可以是信号的上升沿（）或下降沿（）。 任务二：设计自动配料模拟系统二、顺序功能图根据活动步进展的不同情况，顺序功能图可为单序列、选择序列和并行序列3种基本结构2.顺序功能图的结构单序列是最基础和简单的结构，它由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面也只有一步 任务二：设计自动配料模拟系统二、顺序功能图2.顺序功能图的结构一个活动步之后，紧接着有几个后续步可供选择的结构形式称为选择序列 选择序列的开始称为分支，由于各分支的转换条件不同，因此只能标在水平线之内，选择序列的结束称为合并，只要选择序列的有一个结束步为活动步，就可以激活合并步。如：当步1处于活动步时，若I0.1的状态为“1”，则激活步2；若I0.4的状态为“1”，则激活步4；若I0.7的状态为“1”，则激活步7。如：若步3为活动步且I0.3的状态为“1”，或步5为活动步且I0.6的状态为“1”，又或步7为活动步且I1.1的状态为“1”，则激活步8 任务
