plc经典基础教程第8章.docx
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plc经典基础教程第8章
第8章综合实例
一、PLC控制系统设计方法
1．PLC控制系统设计的基本原则
在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1）最大限度地满足控制要求
2）保证系统的安全可靠
3）力求简单、经济，使用与维护方便
4）适应发展的需要
2．PLC控制系统设计的步骤和内容
PLC控制系统是由用户输入设备、PLC及输出设备连接而成，PLC控制系统设计的一般步骤如图1所示。
图1PLC控制系统设计步骤的流程图
设计的内容包括以下几个方面：
1）分析被控对象并提出控制要求
2）确定输入／输出设备
3）选择合适的PLC类型
4）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
5）程序设计
6）硬件实施
7）联机调试
8）整理和编写技术文件
二、三菱FX2N系列PLC控制系统实现电机的多段速度运行
1．控制要求
用PLC和变频器控制交流电动机工作，实现交流电动机的多段速度运行，交流电动机运行转速变化如图2所示。
1）根据交流电动机运行转速变化的情况，实现控制系统的单周期自动运行方式。
要求按下起动按钮，交流电动机以n1起动，按照运行时间自行切换转速，直至n5结束；在运行的任何时刻，都可以通过按下停止按钮使电机减速停止。
各档速度、加速度及运行时间见表1。
2）利用“单速运行（调整）/自动运行”选择开关，可以实现单独选择任一档速度保持恒定运行；按下起动按钮起动恒速运行，按下停止按钮，恒速运行停止，旋转方向都为正转。
3）为了检修或调整方便，系统设有“点进”和“点退”功能。
选择开关位于“单速运行（调整）”档，电机选用n1转速运行。
图2电动机速度变化曲线
表1电机运行参数
各段速度
n1
n2
n3
n4
n5
变化情况（r/min）
600
900
1800
-2700
300
加速度（s）
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
减速度（s）
1
1
1
1
1
运行时间Ti（s）
4
3
5
4
5
2．PLC及变频器的选型
根据对控制要求的分析，这个控制系统的输入有控制系统起动按钮、控制系统停止按钮、点进按钮、点退按钮、五段速度设置开关及“单速运行（调整）/自动运行”的功能选择开关共10个输入点；输出有电机正转选择、电机反转选择及多段速度选择（3个点）共5个点。
选择型号为FX2N-32MR的PLC，该模块采用交流220V供电，I/O点数各为16点，可满足控制要求，且留有一定的裕量，PLC的I/O地址分配见表2。
变频器选用三菱小型变频器FR-S540-0.75kW-CH（R），多段速度设定情况见表3。
由于系统要求实现电机的正、反转控制及多段速度控制，因此需要将变频器正、反转输入端及多段速度控制端分别与PLC各输出点相连就可以实现各种速度的控制。
表2PLC的I/O地址分配表
表3多段速度设定
速度
端子输入
设定频率
（Hz）
STR
STF
RH
RM
RL
1速
0
1
0
0
1
10
2速
0
1
0
1
0
15
3速
0
1
1
0
0
30
4速
1
0
0
1
1
45
5速
0
1
1
0
1
5
3．控制系统外部接线图
控制系统外部接线如图3所示：
图3控制系统外部接线图
4．控制系统的逻辑实现
用PLC控制变频电动机负载工作的运行方式包括自动操作、手动操作两个部分。
整个PLC控制程序如图4所示。
图4电机的多段速度运行梯形图
三、三菱FX2N系列PLC控制系统实现步进电机的控制
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
一般电动机是连续旋转的，而步进电机的转动是一步一步进行的。
每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个固定的角度。
通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度。
利用PLC和步进驱动器可以控制步进电机的工作，实现步进电机的位置控制。
1．控制要求
位置控制系统的控制要求如下：
在某控制系统中，要求对某种成圈的线材按固定的长度裁开。
裁开的长度由上位机的组态软件设定（0～99mm），切刀时间为1s，滚轴的周长是50mm，滚轴安装在步进电机上。
要求可以从外部按钮起动或停止，也可以从上位机组态软件上起动和停止。
2．控制元件的选型
1）步进电机及步进驱动器的选择
选择42BYG004永磁感应子式步进电机，步距角为1.8°，选择SH2034D步进电机驱动器，设置为5细分。
因此电机每转一周，PLC要发出1000个脉冲，每个脉冲线材走0.05mm。
2）PLC与组态软件的选择
必须选用晶体管输出的PLC，可以选择FX2N-16MT。
PLC的I/0地址分配如表4所示。
对于组态软件，选择北京昆仑通态的MCGS软件。
3．控制系统外部接线图
控制系统外部接线如图5所示：
图5控制系统外部接线图
4．控制系统的逻辑实现
图6步进电机运行梯形图
四、三菱FX2N系列PLC控制系统实现机械手的搬运功能
1．控制要求
具体动作步骤如下：
1）按下起动按钮，系统开始工作；
2）机械手首先向下运动，运动到最低位置停止（由下限位开关确定）；
3）机械手开始夹紧工件，一直到把工件夹紧为止（由定时器控制）；
4）机械手开始向上运动，一直运动到最上端（由上限位开关确定）；
5）上限位开关闭合后，机械手开始向右运动；
6）运行到右端（右限位开关）后，机械手开始向下运动；
7）向下运行到下限位开关后，机械手把工件松开（由定时器控制）；
8）工件松开后，机械手开始向上移动，直到触动上限位开关；
9）机械手开始向左运动，直到触动左限位开关，此时机械手回到初始位置。
系统设有手动和自动工作方式，自动工作方式又设置了单步、单周期和连续运行的工作方式。
2．PLC的选型
根据分析所确定的用户输入设备及输出设备可知，PLC共需要16点输入、6点输出。
PLC可以选用三菱公司FX2N-16MRPLC与输入扩展模块FX2N-16EX配合工作的方案。
其中FX2N-16MRPLC输入点数为8，输出点数为8；数字量输入扩展模块FX2N-16EX为16路数字量DC24V输入。
3．I/O地址分配及接线图
PLC控制系统外部接线如图7所示：
图7机械手控制系统PLC外部接线图
4．PLC程序设计
1）程序的总体结构设计
将系统的程序按工作方式和功能分成三部分，包括公共程序、手动程序、自动程序。
图8机械手公共程序梯形图
2）手动程序
图9手动子程序
3）自动程序
图10自动程序
图11为机械手的输出部分。
图11机械手的输出程序
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