0 前言
可編程序控制器(PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的實時工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機通信技術(shù)的飛速發(fā)展,PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步,已經(jīng)成為工廠自動化的標準配置之一。用內(nèi)部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時間繼電器和中間繼電器,簡化控制線路、有效提高系統(tǒng)的可靠性,是PLC的突出特點;根據(jù)實際工藝要求,借助于順序功能圖(SFC)和梯形圖來編制用戶程序,實現(xiàn)單臺設備或生產(chǎn)過程的順序控制,則是PLC主要功能的具體體現(xiàn)。本文將以某自動裝箱生產(chǎn)線為例,利用三菱FX2N系列PLC,從硬件設計、軟件編程以及系統(tǒng)調(diào)試等方面對PLC控制系統(tǒng)的設計方法進行系統(tǒng)的討論。
1 自動裝箱生產(chǎn)線的控制要求
自動裝箱生產(chǎn)線如圖1所示。按下按鈕SB1時,控制系統(tǒng)起動傳送帶2開始運行:當空箱進入定位位置時,光電開關(guān)SQ2動作(SQ2=1),傳送帶2停止運行;延時Is后傳送帶1開始運行,物品跟隨傳送帶1的運動逐個進入箱內(nèi),光電開關(guān)SQ1負責檢測物品的個數(shù),每落入一個物品,SQ1發(fā)出一個脈沖信號;當裝入箱中的物品達到10個時,傳送帶1停止運行,同時起動傳送帶2,重復進行上述工作過程。當按下停止按鈕SB2時,傳送帶1與傳送帶2均停止運行。
2 PLC控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
2.1 硬件設計
依據(jù)自動裝箱生產(chǎn)線的工藝流程、實際控制需求以及輸入/輸出變量的特點選用三菱FX2N-16MR-001型PLC疊裝式、S點開關(guān)量輸入、8點繼電器輸出、基本單元)為核心控制器件;既可滿足本次設計的需要,又為今后生產(chǎn)工藝的調(diào)整提供了方便。PLC控制系統(tǒng)的I/O地址如表!所示,與之相對應的外部接線如圖2所示。
2.2用戶控制程序設計
2.2.1 經(jīng)驗設計法
以“自鎖”、“互鎖”、“聯(lián)鎖”為基本環(huán)節(jié),沿用繼電器邏輯控制電路圖的思想來設計PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序的方法被稱為經(jīng)驗設計法二該方法沒有普遍的規(guī)律可循,具有較大的試探性和隨意性,最終的設計結(jié)果不唯一;設計周期、設計質(zhì)量與設計者的經(jīng)驗有直接關(guān)系。對自動裝箱生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)而言,用經(jīng)驗設計法設計出的用戶控制程序如圖3所示C0為計數(shù)器,T0為定時器。PLC:在執(zhí)行該控制程序時十語句共計30條。
圖3經(jīng)驗設計法設計出的梯形圖程序
2.2.2 采用STL指令的設計方法
STL指令是FX2N系列PLC為編制順序控制程序而專門設計的步進梯形指令,步、轉(zhuǎn)換和動作是組成SFC的三大要素。STL指令的操作元件是編號S0-V5499的狀態(tài)寄存(S0~S9用于初始步)。轉(zhuǎn)換條件滿足時,代表下一步序的狀態(tài)寄存器被置位,代表當前步序的狀態(tài)寄存器自動復位。
采用STL指令設計的自動裝箱生產(chǎn)線順序控制程序如圖4所示口狀態(tài)寄存器S21~S23分別代表生產(chǎn)線2起動、1S延時和生產(chǎn)線1起動等順序相連的狀態(tài);起動按鈕、停止按鈕、定時器、計數(shù)器,S:光電開關(guān)的狀態(tài)作為轉(zhuǎn)換條件;初始步SO由M 8002初始化脈沖觸發(fā)(脈寬為一個掃描周期少。PLC執(zhí)行該控制程序時,語句共計26條。
圖4采用S TL指令的自動裝箱生產(chǎn)線順序控制程序
2.2.3 兩種設計方法的比較
a.通用性。由于不同廠家生產(chǎn)的各類PLC均具有針對線圈和觸點的基本邏輯指令,因此,采用經(jīng)驗設計法設計的用戶程序具有廣泛的通用性;作為順序控制程序設計時的專用指令,STL指令僅適用于某一廠家所生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品、實現(xiàn)通用與互換還有待于各生產(chǎn)廠家對國際標準的認同與貫徹。
b.程序所占用的內(nèi)存空間。由文中所述設計實例可知:采用STL指令設計順序控制用戶程序,可有效減少內(nèi)存占用空間;特別對于復雜控制系統(tǒng),可顯著縮短用戶程序的執(zhí)行時間,提高PLC的輸入、輸出響應速度。
c.電路結(jié)構(gòu)。采用經(jīng)驗設計法設計的控制程序要求具有最基本的自鎖和聯(lián)鎖功能,電路較為繁瑣,不適宜復雜控制系統(tǒng)的程序設計;采用STL指令設計順序控制程序,具有使用方便、易于掌握和編制的特點,且允許“雙線圈輸出”,可有效提高輸出電路的設計效率,更適于復雜控制系統(tǒng)的用戶程序編制。
2.3 系統(tǒng)調(diào)試
基于上述設計思想,采用FX-20 P-E袖珍式液晶顯示編程器編程,在F}2、一I 6M R一UUI型}} c上運行通過;經(jīng)模擬調(diào)試,完全符合裝箱生產(chǎn)線的自動控制要求。
3 結(jié)束語
綜上所述,以PLC為核心器件設計自動控制系統(tǒng)時,應充分考慮系統(tǒng)的復雜程度、控制要求、PLC的響應速度以及設計效率等諸多因素,有針對性地選擇硬件單元和編程方法,使設計出的控制系統(tǒng)能夠最大限度地滿足生產(chǎn)自動化的要求,真正體現(xiàn)PLC“為工業(yè)環(huán)境下應用而設計,易于編程、易于與其它控制設備相融合”泊勺基本原則。
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