课题二基本控制指令应用之任务5 花式喷泉控制系统.docx
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课题二基本控制指令应用之任务5花式喷泉控制系统
课题二基本控制指令应用
任务5花式喷泉控制系统
知识目标:
1.掌握计数器的功能及应用。
2.掌握三菱PLC时钟脉冲指令与计数器的长延时控制在PLC的软件系统及梯形图编程设计中的综合应用。
能力目标:
1.会根据控制要求,能灵活地运用经验法,通过时钟脉冲指令和计数器的综合运用,实现花式喷泉控制系统的梯形图程序设计。
2.掌握花式喷泉PLC控制系统的线路安装与调试。
图2-5-1花式喷泉
花式喷泉常用于休闲广场、景区或游乐场所。
传统的喷泉控制一旦设计好控制电路,就不能随意改变喷水花样及喷水时间。
若采用PLC控制,利用PLC体积小、功能强、可靠性高,且具有较大的灵活性和可扩展性的特点,通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关,就可以改变花式喷泉的喷水规律,从而变换出各式花样,以适应不同季节、不同场合的喷水要求。
如图2-5-1所示是一休闲广场的花式喷泉控制效果画面。
本次任务的主要内容是通过PLC控制系统,实现对花式喷泉系统的控制。
其控制要求如下:
(1)有一花式喷泉分别由A、B、C三组喷头组成,其示意图如图2-5-2a所示。
(2)当按下启动按钮后,A、B、C三组喷头按图2-5-2b所示的时序图循环工作。
(3)花式喷泉的工作时间是从早八点启动至晚十一点停止。
图2-5-2喷泉组示意图和时序图
a)喷泉组示意图b)时序图
实施本任务教学所使用的实训设备及工具材料可参考表2-5-1所示。
表2-5-1实训设备及工具材料
序号
分类
名称
型号规格
数量
单位
备注
1
工具
电工常用工具
1
套
2
仪表
万用表
MF47型
1
块
3
设备
器材
编程计算机
要求机型:
IBMPC/AT(兼容);CPU:
486以上;内存:
8兆或更高(推荐16兆以上);显示器:
分辨率为800×600点,16色或更高
1
台
4
接口单元
采用FX-232AWC型RS-232/RS-422转换器(便携式)或FX-232AW型RS-232C/RS-422转换器(内置式),以及其他指定的转换器
1
套
5
通讯电缆
FX-422CAB型RS-422缆线(用于FX2,FX2C型PLC,0.3m)或FX-422CAB-150型RS-422缆线(用于FX2,FX2C型PLC,1.5m),以及其他指定的缆线
1
条
6
可编程序控制器
FX2N-48MR
1
台
7
安装配电盘
600*900mm
1
块
8
导轨
C45
0.3
米
9
空气断路器
Multi9C65ND20
2
只
10
熔断器
RT28-32
2
只
11
按钮
LA10-2H
1
只
12
稳压电源
DC24V
1
只
13
接线端子
D-20
20
只
14
电磁阀
24V
3
只
15
消耗
材料
铜塑线
BV1/1.37mm2
10
米
主电路
16
铜塑线
BV1/1.13mm2
15
米
控制电路
17
软线
BVR7/0.75mm2
10
米
18
紧固件
M4*20螺杆
若干
只
19
M4*12螺杆
若干
只
20
Φ4平垫圈
若干
只
21
Φ4弹簧垫圈及Φ4螺母
若干
只
22
号码管
若干
米
23
号码笔
1
支
从上述控制要求分析可知,本任务是一个长时限(工作时间为从早八点至晚十一点)的带延时的顺序控制(三组喷头按一定的顺序延时工作)。
在前面任务中介绍了100ms和10ms两种通用定时器的应用,我们知道FX2N系列PLC的最长定时时间为3276.7S,它们对长时限的控制具有局限性,不能有效的实现对本任务的控制,如果需要更长的定时时间,可以采用计数器、多个定时器的组合或者定时器与计数器的组合来获得较长的延时时间。
本任务主要是通过计数器来获得较长的延时时间实现长时限的控制。
一、编程元件
1.计数器(C)
(1)计数器的分类
FX2N系列PLC提供了两类计数器,一类为内部计数器,它是PLC在执行扫描操作时间对内部信号等进行计数的计数器,要求输入信号的接通或断开时间应大于PLC的扫描周期;另一类是高速计数器,其响应速度快,因此对于频率较高的计数就必须采用高速计数器。
内部计数器分为16位加计数器和32位加/减计数器两类,计数器采用C和十进制共同组成编号。
在此仅介绍16位加计数器。
C0~C199共200点是16位加计数器,其中C0~C99共100点为通用型,C100~C199共100点为断电保持型(断电保持型即断电后能保持当前值通电后继续计数)。
这类计数为递加计数,应用前先对其设置某一设定值,当输入信号(上升沿)个数累加到设定值时,计数器动作,其常开触点闭合、常闭触点断开。
16位加计数器的设定值为1~32767,设定值可以用常数K或者通过数据寄存器D来设定。
(2)计数器的工作原理
16位加计数器的工作原理如图2-5-3所示。
图中计数输入X000是计数器的工作条件,X000每次驱动计数器C0的线圈时,计数器的当前值加1。
“K5”为计数器的设定值。
当第5次执行线圈指令时,计数器的当前值和设定值相等,输出触点就动作。
Y000为计数器C0的工作对象,在C0的常开触点接通时置1。
而后即使计数器输入X000再动作,计数器的当前值保持不变。
由于计数器的工作条件X000本身就是断续工作的。
外电源正常时,其当前值寄存器具有记忆功能,因而即使是非掉电保持型的计数器也需复位指令才能复位。
图2-5-3中X001为复位条件。
当复位输入X001在上升沿接通时,执行RST指令,计数器的当前值复位为0,输出触点也复位。
图2-5-3计数器的工作过程
a)梯形图b)控制时序图
(3)编程实例
如图2-5-4所示是一个报警器控制程序,当行程开关条件X001=ON满足时蜂鸣器鸣叫,同时报警灯以每次亮2S,熄灭3S的周期连续闪烁10次后,自动停止声光报警。
图2-5-4计数器的编程实例
2.特殊辅助继电器
在前面任务4中已介绍了通用型和失电保持型两种辅助继电器,现着重介绍与本次任务有关的一些特殊辅助继电器。
PLC的特殊辅助继电器很多,都具有不同的功能。
其中有些特殊辅助继电器在PLC运行时,能自动驱动其线圈,用户仅可利用其触点功能,下面是一些常用的特殊辅助继电器的元件编号和功能介绍:
M8000—作运行监视用(在运行中常接通);
M8002—初始脉冲(仅在运行开始瞬间接通一脉冲周期);
M8011—产生10ms连续脉冲;
M8012—产生100ms连续脉冲;
M8013—产生1s连续脉冲;
M8014—产生10min连续脉冲;
另外,一些特殊辅助继电器仅使用其线圈。
当线圈被驱动时,完成一定的功能。
例如:
M8034—禁止所有输出。
但PLC内部仍可运行;
M8028—FX1S、FX0N的100ms/10ms定时器切换。
二、典型的计数器长延时控制电路
1.单独计数器实现的长延时
单独计数器实现的长延时控制程序如图2-5-5所示,程序中以特殊辅助继电器M8014(1min时钟)作为计数器C1的输入脉冲信号,这样延时时间就是若干分钟(图中为1440个脉冲,即1440min)。
如果一个计数器不能满足要求,可以将多个计数器串联使用,即用前一个计数器的输出作为后一个计数器的输入脉冲。
图2-5-5计数器长时间延时控制程序
a)梯形图b)时序图
编程实例
(1)用计数器实现1h定时控制程序
用计数器实现1h定时控制程序梯形图,如图2-5-6所示,其中X001为启动按钮,X003为停止按钮。
图2-5-6用计数器实现1h定时控制程序
(2)用M8014和计数器配合实现1h定时程序以M8014作为分时钟脉冲的1h定时程序如图2-5-7所示。
图2-5-7用M8014和计数器配合实现1h定时控制程序
(3)用计数器实现24h时钟程序
用计数器实现24h时钟程序如图2-5-8所示。
其中图2-5-8a为错误程序,C1、C2不计数,原因是计数器的复位程序应该放在计数程序的上面,正确的程序如图2-5-8b所示。
图2-5-8用计数器实现24h时钟控制程序
a)错误程序b)正确程序
2.多个定时器串级实现的长延时控制
多个定时器串级实现的长延时控制如图2-5-9所示。
当X001接通,T1线圈得电并开始延时(2400S),延时到T1常开触点闭合,又使T2线圈得电,并开始延时(2400S),当定时器T2延时到,其常开触点闭合,再使T3线圈得电,并开始延时(2400S),当定时器T3延时到,其常开触点闭合,才使Y001接通。
因此,从X001接通到Y001接通共延时2h。
图2-5-9多个定时器组合长时间延时控制程序
a)梯形图b)时序图
3.定时器与计数器的组合实现的长延时控制
定时器与计数器的组合实现的长延时控制如图2-5-10所示,当X000的常闭触点闭合时,T0和C0复位不工作。
当X000的常开触点闭合时,T0开始定时,3000S后T0定时时间到,其常闭触点断开,使它自己复位,复位后T0的当前值变为0,同时它的常闭触点接通,使它自己的线圈重新通电,又开始定时。
T0将这样周而复始地工作,直至X000变为OFF。
从分析中可看出,图2-5-10中最上面一行电路是一个脉冲信号发生器,脉冲周期等于T0的设定值。
产生的脉冲列送给C0计数,计满30000个数(即25000h)后,C0的当前值等于设定值,它的常开触点闭合,Y000开始输出。
图2-5-10定时器与计数器的组合延时控制程序
a)梯形图b)时序图
一、通过对本任务控制要求分析,分配输入点和输出点,写出I/O通道地址分配表
根据任务控制要求,可确定PLC需要2个输入点,3个输出点,其I/O通道分配表见表2-5-2所示。
表2-5-2I/O通道地址分配表
输入
输出
元件代号
作用
输入继电器
元件代号
作用
输出继电器
SB1
启动按钮
X000
KV1
A组喷头电磁阀
Y001
SB2
停止按钮
X001
KV2
B组喷头电磁阀
Y002
KV3
C组喷头电磁阀
Y003
二、画出PLC接线图(I/O接线图)PLC接线图如图2-5-11所示。
图2-5-11花式喷泉控制的I/O接线图
三、程序设计
1.本任务的编程思路
通过对本任务的控制分析可知,该系统的程序控制是一个长时限(工作时间为从早八点至晚十一点)的带延时的顺序控制(三组喷头按一定的顺序延时工作)。
在进行编程设计时可按下列思路进行编程设计。
(1)首先设计一个24h的长时间自动控制程序
我们可以用秒时钟脉冲M8013和计数器配合实现24h定时控制程序如图2-5-12所示。
图2-5-12用秒时钟脉冲M8013和计数器配合实现24h定时控制程序
(2)设计花式喷泉中A、B、C三组喷头的顺序控制
通过对花式喷泉控制要求的分析,花式喷泉中A、B、C三组喷头的顺序控制应从以下两个方面进行设计:
1)当按下启动按钮SB1后,花式喷泉中A、B、C三组喷头按照如图2-5-2b所示的时序图循环工作。
从控制要求分析可知,花式喷泉中A、B、C三组喷头电磁阀都必须在系统启动后才开始工作,因此,我们可用前面任务中介绍的主控指令MC和主控复位指令MCR进行编程设计,如图2-5-13所示是按下按钮SB1后,花式喷泉中A、B、C三组喷头按照如图2-5-2b所示的时序图循环工作的控制程序。
图2-5-13花式喷泉手动启停控制程序
2)花式喷泉中A、B、C三组喷头每经过一次24h后的自动控制
花式喷泉中A、B、C三组喷头每经过一次24h后的自动控制程序如图2-5-14所示。
图2-5-14花式喷泉24h长延时自动启停控制程序
综合图2-5-13和图2-5-14所示的控制程序,最后可得到花式喷泉中A、B、C三组喷头的自动顺序控制程序,如图2-5-15所示。
图2-5-15花式喷泉中A、B、C三组喷头的自动顺序控制程序
2.本任务控制的完整梯形图
通过上述编程思路可设计出本任务控制的完整梯形图程序,如图2-5-16所示。
图2-5-16花式喷泉控制梯形图
3.本任务控制的指令表本任务控制的指令表如表2-5-3所示。
表2-5-3花式喷泉控制指令表
步序
指令
语句
元素
步序
指令
语句
元素
步序
指令
语句
元素
0
LD
C0
23
LDP
C2
46
LD
T4
1
RST
C0
24
ORP
X000
47
OUT
T5K30
2
LD
C1
25
AND
M100
48
LD
M100
3
RST
C1
26
OR
X001
49
ANI
T0
4
LD
C2
27
RST
M100
50
LD
T2
5
RST
C2
28
OUT
M3
51
ANI
T4
6
LD
C3
29
LDP
C2
52
ORB
7
RST
C3
30
ORP
X000
53
OUT
Y001
8
LD
C4
31
ANI
M3
54
LD
T0
9
RST
C4
32
SET
M100
55
ANI
T1
10
LD
X000
33
LDI
T5
56
LD
T2
11
OR
M2
34
AND
M100
57
ANI
T4
12
ANI
X001
35
MC
N0M101
58
ORB
13
OUT
M2
36
LD
M100
59
OUT
Y002
14
LD
M2
37
OUT
T0K60
60
LD
T0
15
AND
M8013
38
LD
T0
61
ANI
T2
16
OUT
C0K60
39
OUT
T1K60
62
LD
T3
17
LD
C0
40
LD
T1
63
ANI
T4
18
OUT
C1K60
41
OUT
T2K60
64
ORB
19
LD
C1
42
LD
T2
65
OUT
Y003
20
OUT
C2K24
43
OUT
T3K30
66
MCR
N0
21
OUT
C3K9
44
LD
T3
67
END
22
OUT
C4K17
45
OUT
T4K60
四、程序输入及仿真运行
1.程序输入
启动MELSOFT系列GXDeveloper编程软件,首先选择PLC的类型为“FX2N”,在程序类型框内选择“梯形图逻辑”,创建新文件名,并命名为“花式喷泉控制”;然后运用基本指令输入法将表2-5-3中的指令输入或采用梯形图输入法将2-5-16所示的梯形图输入,程序输入过程不再赘述。
值得注意的是,计数器的输入与定时器的输入一样,只是在选择梯形图编程元件输入时,输入的是位元件“C”而不是“T”。
2.仿真运行
运用前面任务所介绍的仿真方法进行机上模拟仿真,在此不再赘述,读者可自行进行。
五、线路安装与调试
(1)根据I/O接线图,在模拟实物控制配线板上进行元件及线路安装。
(2)安装电路
1)检查元器件。
根据表2-5-1所示配齐元器件,检查元器件的规格是否符合要求,并用万用表检测元器件是否完好。
2)固定元器件。
固定好本项目所需元器件。
3)配线安装。
根据配线原则和工艺要求,进行配线安装。
4)自检。
对照接线图检查接线是否无误,再使用万用表检测电路的阻值是否与设计相符。
(3)程序下载
1)PLC与计算机连接。
使用专用通信电缆RS-232/RS422转换器将PLC的编程接口与计算机的COM1串口连接。
2)程序写入。
首先接通系统电源,将PLC的RUN/STOP开关拨到“STOP”的位置,然后通过MELSOFT系列GXDeveloper软件中的“PLC”菜单的“在线”栏的“PLC写入”,就可以把仿真成功的程序写入的PLC中。
(4)通电调试
1)经自检无误后,在指导教师的指导下,方可通电调试。
2)首先接通系统电源,将PLC的RUN/STOP开关拨到“RUN”的位置,然后通过计算机上的MELSOFT系列GXDeveloper软件中的“监控/测试”监视程序的运行情况,再按照表2-5-4所示进行操作,观察系统运行情况并做好记录。
如出现故障,应立即切断电源,分析原因、检查电路或梯形图,排除故障后,方可进行重新调试,直到系统功能调试成功为止。
表2-5-4程序调试步骤及运行情况记录表
操作步骤
操作内容
观察内容
观察结果
思考内容
第一步
将仿真成功后的程序下载到PLC后,合上断路器QS
“POWER”灯
理解PLC的工作过程
所有的“IN”灯
第二步
将RUN/STOP开关拨到“RUN”的位置
“RUN”灯
第三步
将RUN/STOP开关拨到“STOP”的位置
“RUN”灯
第四步
按下SB1
喷头电磁阀YV1、YV2和YV3
第五步
按下SB2
第六步
再按下SB1
第七步
经过长时限延时后
说明
本任务的延时控制是由早上八点至晚上十一点,喷头处于工作状态;从晚上十一点至早上八点,喷头处于停止状态;由于延时时间太长,模拟运行时可将时钟的秒时钟C0和分时钟C1的K值,相应的减少,如将C1和C2的K值设置“K=5”进行仿真,大大的缩短了仿真的延时时间,可更方便有效的监控仿真运行。
在进行花式喷泉控制系统的梯形图程序设计、上机编程、模拟仿真及线路安装与调试的过程中,时常会遇到如下问题:
问题:
在采用计数器与秒脉冲指令M8013配合进行本次任务的24h长延时控制程序的设计时,错将计数器的复位程序放在计数器程序的下面,如图2-5-17所示。
图2-5-17错误的24h长延时控制程序
后果及原因:
若将计数器的复位程序应该放在计数程序的下面,会造成计数器C1、C2不计数,不能实现24h长延时控制。
预防措施:
根据梯形图的设计原则,应将计数器的复位程序应该放在计数程序的上面,以保证当计数器C1、C2计数完毕后,才实现计数器的复位,从而实现24h长延时控制,正确的程序如图2-5-18所示。
图2-5-18正确的24h长延时控制程序
对任务实施的完成情况进行检查,并将结果填入表2-5-5所示评分表内。
表2-5-5评分标准
序号
主要内容
考核要求
评分标准
配分
扣分
得分
1
电路设计
根据任务,设计电路电气原理图,列出PLC控制I/O口(输入/输出)元件地址分配表,根据加工工艺,设计梯形图及PLC控制I/O口(输入/输出)接线图,
1.电气控制原理设计功能不全,每缺一项功能扣5分
2.电气控制原理设计错,扣20分
3.输入输出地址遗漏或搞错,每处扣5分
4.梯形图表达不正确或画法不规范每处扣1分
5.接线图表达不正确或画法不规范每处扣2分
70
2
程序输入及仿真调试
熟练正确地将所编程序输入PLC;按照被控设备的动作要求进行模似调试,达到设计要求
1.不会熟练操作PLC键盘输入指令扣2分
2.不会用删除、插入、修改、存盘等命令、每项扣2分
3.仿真试车不成功扣50分
3
安装与
接线
按PLC控制I/O口(输入/输出)接线图在模拟配线板正确安装,元件在配线板上布置要合理,安装要准确紧固,配线导线要紧固、美观,导线要进行线槽,导线要有端子标号
1.试机运行不正常扣20分
2.损坏元件扣5分
3.试机运行正常,但不按电气原理图接线,扣5分
4.布线不进行线槽,不美观,主电路、控制电路每根扣1分
5.接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层,标记线号不清楚、遗漏或误标,引出端无别径压端子,每处扣1分
6.损伤导线绝缘或线芯,每根扣1分
7.不按PLC控制I/O(输入/输出)接线图接线,每处扣5分
20
4
安全文明生产
劳动保护用品穿戴整齐;电工工具佩带齐全;遵守操作规程;尊重考评员,讲文明礼貌;考试结束要清理现场
1.考试中,违犯安全文明生产考核要求的任何一项扣2分,扣完为止
2.当考评员发现考生有重大事故隐患时,要立即予以制止,并每次扣安全文明生产总分5分
10
合计
开始时间:
结束时间:
有关PLC简单的基础设计,对于初学者来说,一般都是采用经验法来设计,而在经验设计法中用得最多的方法是“功能添加法”。
何谓“功能添加法”,该方法有何特点,如何应用功能添加法进行PLC的程序设计等有关方面的内容,我们将通过下面的实例进行介绍。
如图2-5-19所示是一小车两点自动往返循环控制的工作示意图。
图2-5-19小车两点自动往返循环控制的工作示意图
控制要求:
(1)有一送料小车需要从原料库将原料运送到加工车间进行加工,需要自动送料时,只要将转换开关SA拨到“自动”的位置,然后按下正转启动按钮SB2后,小车从原料库出发,当到达加工车间碰到行程开关SQ2后,停下自动卸料,然后自动返回,当到达原料库碰到行程开关SQ1时会自动停车继续装料;然后继续送料……,循环往复。
(2)需要进行小车位置的调整时,可通过转换开关SA和正转启动按钮SB2(或反转启动按钮SB3)来实现,即只要将转换开关SA拨到“点动”位置,然后按下正转启动按钮SB2(或反转启动按钮SB3)即可控制小车的点动运行。
(3)设计有必要的保护措施。
1.功能添加法
所谓“功能添加法”就是首先设计一个基本控制环节程序,然后每增加一种功能都必须建立在原控制程序的性能保持不变的基础上,这种设计方法就称为“功能添加法”。
该方法不仅适用于PLC控制系统的程序设计,而且还是继电—接触器控制设计的一种有效而重要的设计手段。
例如,本实例的小车自动往返循环控制,其基本控制环节就是建立在三相异步电动机正反转控制的基础上的,在运用功能添加法进行设计时,无论怎样添加功能,都必须保持电动机正反转的控制性能不变。
现就本实例的程序设计介绍功能添加法。
2.功能添加法的应用
现以本实例程序设计介绍功能添加法控制程序设计的步骤:
(1)根据控制对象,设计基本控制环节的程序。
通过对本实例控制分析发现,小车自动往返的基本控制环节程序,是建立在三相异步电动机正反转控制的基础上的,在进行功能添加法设计时,无论怎样添加功能,都必须保持电动机正反转的控制性能不变。
因此,电动机正反转的控制程序就是本实例控制程序设计的基本控制环节的程序。
该程序实际上就是本教材前面任务2所述的三相异步电动机正反转控制程序,由此设计出本实例的基本程序。
如图2-5-20所示是小车两点自动往返循环控制的工作示意图和基本控制环节梯形图。
图2-5-20小车工作示意图和基本控制环节梯形图
(2)根据控制要求采用功能添加法进行设计,逐一在基本控制环节程序中添加功能完善控制程
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