第6章-FX2N系列PLC在工程中的应用实例

贵州电子信息职业技术学院第6章FX2N系列PLC在工程中的应用实例6.1PLC控制系统设计概述6.1.1PLC控制系统设计的原则6.1.2PLC控制系统设计的内容6.1.3PLC控制系统设计的步骤6.2PLC控制系统的硬件配置6.2.1PLC机型的选择6.2.2开关量I/O的选择6.2.3模拟量I/O的选择6.2.4智能I/O模块的选择6.3FX2N系列PLC在学校自动打铃的应用6.3.1系统工作要求6.3.2PLC选型6.3.3I/O地址分配及硬件接线图6.3.4PLC梯形图程序设计及调试6.4FX2N系列PLC在搬运机械手控制系统中的应用6.4.1系统工艺要求6.4.2PLC的I/O分配6.4.3PLC程序设计6.5FX2N系列PLC在洗衣机控制系统中的应用6.5.1工艺控制要求6.5.2PLC选型6.5.3I/O地址分配及控制接线图6.5.4PLC梯形图程序设计6.6FX2N系列PLC在电梯控制系统中的应用6.6.1系统工艺要求6.6.2系统控制分析6.6.3PLC选型6.6.4I/O地址分配及控制接线图6.6.5PLC梯形图程序设计6.7FX2N系列PLC在金属切削机床控制中的应用6.7.1CA6140车床传统继电器-接触器电气控制线路分析6.7.2PLC选型6.7.3I/O地址分配6.7.4PLC梯形图程序设计及调试6.8FX2N系列PLC在水泵自动控制的应用6.8.1系统工艺要求6.82控制流程6.8.3PLC选型6.8.4I/O地址分配6.8.5PLC梯形图程序设计6.9本章技能检验贵州电子信息职业技术学院6.1.1PLC控制系统设计的原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1.最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2.保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。贵州电子信息职业技术学院6.1.1PLC控制系统设计的原则13.力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4.适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。贵州电子信息职业技术学院6.1.3PLC控制系统设计的步骤1．根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等)、操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等)。2．根据控制要求确定系统控制方案。3．根据系统构成方案和工艺要求确定系统运行方式。4．根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I／0点数。5．选择PLC。分配PLC的I／O点，设计I／O连接图6．进行PLC的程序设计，同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。7．联机调试。如不满足要求，再返回修改程序或检查接线，直到满足要求为止。8．编制技术文件。交付使用。贵州电子信息职业技术学院6.2.1PLC机型的选择随着PLC在工业控制中的推广普及，PLC产品的种类越来越多，其结构型号、性能、容量、指令系统、编程方法等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用有着重要作用。1.机型的选择我国市场上流行的有如下几家PLC产品：（1）施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有Quantum、Premium、Momentum等产品；（2）罗克韦尔公司（包括AB公司）PLC产品，目前有SLC、MicroLogix、ControlLogix等产品；（3）西门子公司的产品，目前有SIMATICS7-400/300/200系列产品；（4）GE公司的产品；（5）日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品，其中使用较多的是三菱公司F1、F2、FX2等系列产品。贵州电子信息职业技术学院6.2.1PLC机型的选择PLC机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的PLC；其他情况则最好选用模块式结构的PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机（其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等）。根据不同的应用对象，表6-1列出了PLC的几种功能选择。贵州电子信息职业技术学院6.2.1PLC机型的选择表6-1PLC的功能及应用场合贵州电子信息职业技术学院6.2.1PLC机型的选择应该注意的是，同一企业应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个DCS系统，这样便于相互通信，集中管理。2．I/O的选择PLC在20世纪90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为微型PLC（32I/O）、小型PLC（256I/O）、中型PLC（1024I/O）、大型PLC（4069I/O）、巨型PLC（8195I/O）五种。PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。PLC有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。表6-2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。贵州电子信息职业技术学院6.2.1PLC机型的选择表6-2典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数贵州电子信息职业技术学院6.2.2开关量I/O的选择开关量I/O接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24～240V，直流输入/输出信号为5～240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的，如用于消除错误信号的抖动电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。贵州电子信息职业技术学院6.2.3模拟量I/O的选择模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为-10～+10V、0～+11V、4～20mA或10～50mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。贵州电子信息职业技术学院1.2.3PLC的工作原理1.循环扫描工作方式PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，如右图1-6所示。PLC的这种周而复始的对用户程序逐条顺序执行的循环工作方式称为扫描工作方式。贵州电子信息职业技术学院1.特殊功能I/O在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定（如定位、快速输入、频率等）。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从繁重的任务处理中解脱出来。2.智能式I/O当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的I/O模块。一般智能式I/O模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。综上，表6-3归纳了选择I/O模块的一般规则。6.2.4智能I/O模块的选择贵州电子信息职业技术学院6.2.4智能I/O模块的选择表6-3选择PLC的I/O接口模块的一般规则贵州电子信息职业技术学院6.3FX2N系列PLC在学校自动打铃的应用目前,在各类学校,教室电铃的控制普遍采用电子电路进行自动控制或由学校门卫负责人工打铃控制。电子装置虽然价格较低,但可靠性较差,响铃控制常常出错。这些情况严重影响了学校正常教学秩序。FX2N系列PLC控制的教室电铃自动装置,其性能可靠,计时准确,使用方便。贵州电子信息职业技术学院6.3.1系统工作要只要按启动按钮SB0就可以按一定的规律运行作息时间，按停止按钮SB1就停止运行。每次打铃的时间为10s，每0.3秒打1次只要到以下规定的时间就运行：起床6:30；预备铃8：00；第一节课8:10～8:55；第二节课9:05～9:50；第三节课10:20～11:05；第四节课11:15～12:00；中午休息预备铃14:30；第五节课14:40～15:25；第六节课15:35～16:20；第七节课16:30～17:15；第八节课17:25～18:10；预备铃19:50晚自习20:00～9:20；如此循环贵州电子信息职业技术学院6.3.2PLC选型PLC选型的基本原则是满足控制系统的功能需要，满足系统点数的要求，并且有15%～20%的备用量，根据程序存储器容量，考虑经济型和实用性，本项目可选三菱FX2N-16MR系列可编程控制器。贵州电子信息职业技术学院6.3.3I/O地址分配及硬件接线图1．输入/输出(I/O)分配表根据功能要求，可确定PLC需要2个输入点，1个输出点，I/O分配表见表6-4表6-4输入输出分配表贵州电子信息职业技术学院6.3.3I/O地址分配及硬件接线图2．输入/输出（I/O）硬件接线图如图6-1所示图6-1硬件接线图贵州电子信息职业技术学院6.3.4PLC梯形图程序设计及调试根据工艺系统要求，学校自动打铃的PLC控制系统梯形图如图6-2所示。图6-2自动打铃梯形图贵州电子信息职业技术学院6.3.4PLC梯形图程序设计及调试当按启动按钮SB0时X0得电接通