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了解目前应用较多的几个品牌的PLC及其型号，认识光机电一体化控制实训系统，学会安装和使用GX-DEVELOPER软件，并掌握三菱FX系列PLC 的基本顺控指令。  2.2.2 PLC基础应用项目  通过多个实训项目，使学生掌握PLC在电机控制领域的应用，像三相交流异步电动机的启停和正反转的控制，两台电动机顺序启停控制，三相异步电动机Y-Δ降压启动的原理，还有步进电机和直流电动机的原理，伺服电机控制和气动技术的基础知识及其基本控制方法。 掌握PLC梯形图的编程思想和方法，学会使用PLC高速指令、计数器、定时器、停电保持功能和模拟转换功能模块FX0N-3A及A/D、D/A特殊功能模块。学习SFC编程方法和模拟量控制程序的设计，还有PLC的通信功能模块及网络结构，掌握N：N网络通信基本知识。  2.2.3 变频器基础应用项目  通过皮带生产线两种方式的控制， 学习变频器外部控制端子的功能，掌握外部运行模式下变频器的操作方法。学会变频器与外部设备的连接方法及变频器参数设置。掌握三菱PLC与三菱变频器FR-D700的连接控制方法。  2.2.4 综合训练项目  在多个综合训练项目中，学习各种传感器在PLC项目中的应用。了解微波移动探测器的特点和使用方法。掌握逻辑控制程序和PID程序的设计方法及模拟量控制变频器的方法和移位寄存器的应用，以此来巩固和提高学生技能水平。  2.3 系统特点  本系统采用Flash动画与3D虚拟技术相结合，使界面生动、美观，并在模拟动画效果中加入了大量人机交互的步骤，以此达到教学与学习的趣味性，加深学生对知识的理解和运用。  系统侧重于培养学生的动手操作的能力，通过人机交互的方式，最大限度地使学生在每一个环节都参与其中，强调操作过程，使学生在动手操作过程中去学习并理解枯燥的理论知识。系统内容涉及范围广，讲解了PLC与变频器在多个领域的应用，其中包括：卷扬机控制、机械手控制、交通灯控制、皮带生产线的控制、自动门的控制、变频恒压控制，电梯的控制等。  另外，系统还在每个项目的最后，设立了知识链接，以帮助学生扩展和加深所学知识三菱原来的A，AnS等系列PLC和上位机的通讯都需要在PLC中编写相应的程序。 现在的Q系列PLC和上位机通过以太网的通讯只需在参数设置中作一些设置即可。   PLC方面的设置：  在参数设置选项中选择“网络参数”   起始I/O号：  填入QJ71E71模块所插的I/O槽起始地址 网络号：     即Ethernet的network ID(例如：1） 操作设置：   binary或ASCII， 选binary  IP地址和数字格式：    选择一种格式并根据格式写入IP地址  运行中允许写入：      选中复选框表示运行中监视的变量值可修改   在开放设置中选定  配置端口号：  注意数字格式转换，如十六进制的2000表示的端口号为8192 通讯格式选TCP, unpassive,其余的设置就用默认设定即可。    通过MIQ DRIVER读数时的设置：   MIQ是7.X版本的DRIVER  Channel和Datablock的设置按标准的OPC的设置。 device设置：   CPU Type：     选QnA/QnAs  Ethernet Card：  选AJ71E71或AJ71E71-S3（注意不是AJ71QE71或A1SJ71QE71)                 选AJ71E71和AJ71E71-S3的区别在于每个数据扫描块和总的能读到的数 据块大小不同  Protocol:        和PLC中的设置一致，为binary 或 ASCII,一般选Binary network:        network ID, 和PLC中的设置一致 Primary IP:      和PLC中的设置一致  Primary port:    和PLC中的设置一致，注意数字格式转换，如十六进制的2000表示的端 口号为8192  Primary Station:  站号，本站地址设为255, 当读别的站的数据时设为相应的站号。   Backup Device 中的设置为冗余选项，与Primary一样   通过OPC SERVER读数时的设置：   1．OPC SERVER 中新建一个端口（如图1） 2．设置新建端口的特性（如图2）        Protocol:    TCP/IP         Host:       默认为本机网络标识        IP：        本机IP地址         Port:        计算机读数端口，为0即可 
       MELSEC IP：  PLC以太网的IP地址，与用PLC编程软件设置的端口一致        MELSEC Port:   PLC的端口，与用PLC编程软件设置的端口一致  3．新建数据块，数据块需在所新建的端口下，并符合相应的PLC类型，具体设置见图3.   4. 在新建的数据块下建立所需要通讯的数据点   这样OPC SERVER的设置就完成了，就可以用标准的OPC Powertool来读OPC SERVER的数据了。   

PLC的控制方式属于存储程序控制，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能作必要修改，只需改变控制程序即可，这就实现了控制的软件化。可编程控制器的优点在于“可”字，从软件来讲，其控制程序可编辑、可修改；从硬件上讲，其外部设备配置可变。构建一个PLC控制系统的重心就在于控制程序的编制，但外部设备的选用也将对程序的编制产生影响。因此在进行程序设计时应结合实际需要，硬、软件综合考虑。本文就硬、软两方面，选取梯形图为编程语言，以松下电工FPO-C32型PLC为例，对PLC使用过程中易出现的几个问题及解决方法进行了分析。

一、外部输入设备的选用与PLC输入继电器的使用

（一）外部输入信号的采集

PLC的外部设备主要是指控制系统中的输入输出设备，其中输人设备是对系统发出各种控制信号的主令电器，在编写控制程序时必须注意外部输入设备使用的是常开还是常闭触点，并以此为基础进行程序编制。否则易出现控制错误。

在PLC内部存储器中有专用于输入状态存储的输入继电器区，各输入设备（开关、按钮、行程开关或传感器信号）的状态经由输入接口电路存储在该区域内，每个输入继电器可存储一个输入设备状态。PLC中使用的“继电器”并非实体继电器，而是“软继电器”，可提供无数个常开、常闭触点用于编程。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位（bit），该位状态为“1”，表示该“软继电器线圈”通电，则程序中所有该继电器的触点都动作。输入继电器作为PLC接收外部主令信号的器件，通过接线与外部输入设备相联系，其“线圈”状态只能由外部输入信号驱动。输入信号的采集工作示意图如图1。

图1 PLC输入信号采集示意图

输入继电器线圈的状态取决于外部设备的状态.

图1中，输入设备选用的是按钮SB0的常闭触点，输入继电器X0的线圈状态取决于SB0的状态。该按钮未按下时，输入继电器X0线圈状态为“1”通电状态，程序中所有X0触点均动作，即常开触点接通，常闭触点断开；若按下该按钮，则输入继电器X0线圈状态为“0”断电状态，程序中所有X0触点均恢复常态。如果输入继电器连接的输入设备是按钮SB0的常开触点，则情况恰好相反：在该按钮未按下时，输入继电器X0线圈状态为“0”断电状态，程序中所有X0触点均不动作；若按下该按钮，输入继电器X0线圈状态为“1”通电状态，程序中所有X0触点均动作。

（二）停车按钮使用常闭型

由于PLC在运行程序判别触点通断状态时，只取决于其内存中输入继电器线圈的状态，并不直接识别外部设备，因此编程时，外部设备的选用与程序中的触点类型密切相关。这是一个在对照电气控制原理图进行PLC编程时易出现的问题。最典型的例子是基本控制——“起保停控制”中的停车控制。

图2 “起保停控制”电气原理图

图2为“起保停控制”电气原理图，在该系统中，按钮SB0用于停车控制，因此使用其常闭触点串联于控制线路。SBl为起动按钮，使用其常开触点。若使用相同的设备（即停车SB0用常闭触点，起动SBl用常开触点），利用PLC进行该控制，则需编程梯形图程序（图3）：

    图3 “起保停控制”梯形图程序（停车按钮使用常闭触点）

I/O分配：SB0——X0，SBl——Xl，输出Y0

该梯形图中停车信号X0使用的是常开触点串联在控制线路中，这是因为外部停车设备选取按钮常闭触点所致，不操作该按钮，则输出Y0正常接通，若按下该按钮，输出Y0断电。

（三）停车按钮使用常开型

若希望编制出符合我们平时阅读习惯的梯形图程序（图4），则在选用外部停车设备时需使用按钮SB0的常开触点与X0相连。

 

 

 

 

 

图4 “起保停控制”梯形图程序（停车按钮使用常开触点）

I/O分配：SB0——X0，SBl——Xl，输出Y0

图3、4梯形图完成相同的控制功能，程序中停车信号X0使用的触点类型却不相同，其原因就是连接在输入继电器X0上的外部停车按钮触点类型选用不同。图4所示梯形图程序更加符合我们的阅读习惯，也更易分析其逻辑控制功能，因此在PLC构成控制系统中，外部开关、按钮无论用于起动还是停车，一般都选用常开型，这是一个在使用PLC时需要格外注意的问题。

二、PLC的“串行”运行方式与控制程序的编制

PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器控制系统是按“并行”方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器同时动作。而PLC是以“串行”方式工作的，PLC在循环执行程序时，是按照语句的书写顺序自上而下进行逻辑运算，而逻辑运算的结果会影响后面语句的逻辑运算结果。因此梯形图编程时，各语句的位置也会对控制功能产生关键影响

程序2程序调试结果．X0接通3次，Y3接通瞬间即断开。

上面两个程序中，输出Y3、计数器CTl02及内部通用继电器R0的逻辑条件均相同，仅仅是计数器CTl02所在语句位置发生了变化，而两段程序的运行结果就截然不同。这是因为CTl02对输出Y3的影响方式发生了变化。执行第一段程序时，将首先判断输出Y3的状态，再判断CTl02的状态，CTl02的状态变化只能在下一个扫描周期对Y3产生影响；而执行第二段程序时，将首先判断CTl02的状态，再判断输出Y3的状态，CTl02的状态变化将在该扫描周期直接影响Y3的状态。

从以上讨论可以得出，由于PLC采用“串行”工作方式，所以即使是同一元件，在梯形图中所处的位置不同，其工作状态也会有所不同，因此在利用梯形图进行控制程序编制时，应对控制任务进行充分分析，合理安排各编程元件的位置，才能够更为准确地实现控制。

三、PLC的编程元件

PLC的各种功能主要是通过运行控制程序来实现。编制程序时，需要合理使用PLC提供的编程元件（即软元件）。FPO型PLC中常用的编程元件有两种：位元件（bit）和字元件（word）。位元件实际上是PLC内存区域所提供的一个二进制位单元，又被称为软继电器，主要用作基本顺序指令的编程元件，如输入继电器Xn、输出继电器Yn、内部通用继电器Rn、定时（计数）器等，其参与控制的方式主要是通过对应触点的通断状态改变影响逻辑运算即输出。

字元件则为PLC内存区域内的一个字单元（16bit），主要用作功能指令和高级指令的编程元件，通常用以存放数据，如数据寄存器DTn，定时(计数)器的设定值SVn、经过值EVn等。字元件没有触点，通常以整体内容参与控制。

值得注意的是内存中的输入（X）区、输出（Y）区和内部通用（R）区，该区中的每个bit均可用作位元件，而且每16bit可构成一个字元件，如WRIO即是由16个位元件R100～R10F构成的字元件，该字元件中的内容一旦发生变化，这16个位的状态也随之发生改变。如：

 

 

图7 编程元件示例程序

图7所示程序中，WR0即为字元件，是左移位指令SR的编程元件，而Y0为输出软继电器的线圈，X0、X1、X2、X3则为输人软继电器的触点，其中第4步的R4触点为位元件R4的常开触点，而位元件R4又是字元件WR0中的一位，因此其状态受限于WR0的移位结果。

四、顺序控制多步同输出的编程方法

顺序控制是生产现场常见的一类控制任务，步进指令是PLC指令库中专用于顺序控制的。步进指令编程时，根据工艺流程将程序划分为一个个独立的程序段，执行时，CPU严格按梯形图编程顺序，只有执行完前一段程序后才能下一段程序，并在下一段程序执行之前，将程序段复位。并且在语法上要求各程序段所使用的输出不允许重复。这在解决顺序控制任务中有多步同输出的情况时，就带来了一定的困难。借助于内部通用继电器可方便解决这一难题。如某一顺序控制任务如以下流程图（图8）所示。

 

 

从机械手动作流程图可以看出，这个控制任务每个循环的工作可以划分为八步，其中第1步与第5步动作相同，均为上升；第3步和第7步动作相同，均为下降。在利用步进指令进行编程时，这两个工步所对应的程序段的输出不能直接设置为Y3、Y4，同一个输出使用两次则会出现语法错误。这时应考虑使用用于存储中间状态的内部通用继电器Rn来解决这个问题。如图7所示梯形图程序，其中R1、R5分别被定义为第1步与第5步的输出，R3、R7分别被定义为第3步与第7步的输出，在步进结束后再将R1、R5的状态输出到上升Y3，将R3、R7的状态输出到下降Y4，通过这样的方法可方便解决顺序控制任务中若干工步输出相同的问题。

在实际调试过程中,有时出现这样的情况,一个软件系统从理论上推敲能完全符合机械设备的工艺要求,而在运行过程中无论如何也不能投入正常运转,在系统调试过程中,除考虑软件设计的方法外,还可以从以下几个方面寻求解决的途径。

 

1 扫描周期和响应时间

 

用PC设计一个控制系统时,一个最重要的参数就是时间,PC执行程序中的所有指令要用多少时间,(扫描时间)有一个输入信号经过PC多长时间后才能有一个输出信号(响应时间)掌握这些参数,对设计和调试控制系统无疑非常重要。

 

当PC开始运行之后,它串行地执行存储器中的程序。我们可以把扫描时间分为4个部分。共同部分,例如时间监视器和检查程序存储器;数据输入,输出;执行指令;执行外围设备指令。

 

时间监视器是PC内部用来测量扫描时间的一个定时器,所谓扫描时间,是执行上面4个部分总共花费的时间。扫描时间的多少取决于系统的购置,I/O的点数,程序中使用的指令及外围设备的连接,当一个系统的硬件设计定型后,扫描时间主要取决软件指令的长短从PC收到一个输入信号向输出端输出一个控制信号所需的时间,叫响应时间,响应时间是可变的,例如在一个扫描周期结束后,收到一个输入信号,下一个扫描周期结束后时,收到一个输入信号,下一个扫描周期一开始,这个输入信号就起作用,这时,这个输入信号的响应时间最短,它是输入延迟时间,扫描周期时间,输出延迟时间三者的和,如果在扫描周期开始收到了一个输入信号,在扫描周期内该输入信号不会起作用,只能等到下一个扫描周期才能起作用,这时,这个输入信号的响应时间最长,它是输入延迟时问,输出延迟时间三者的和,因此,一个信号的最小响应时间和最大响应时间的计算公式为:

 

最小的响应时间=输入延迟时间+扫描时间+输出延迟时间,最大的响应时间=延迟时间+2×扫描时间+输出延迟时间。

 

从上面的响应时间估算公式可以看出,输入信号的响应时间由扫描周期决定,扫描周期一方面取决于系统的硬件配置,另一方面由控制软件中使用的指令和指令的条数决定,在砌块成型机自动控制系统调试过程中发生这样的情况,自动推板过程(把砌块从成型台上送到输送机上的过程)的启动,要靠成型工艺过程的完成信号来启动,输送砖坯的过程完成同时完成了送板的过程,通知控制系统可以完成下一个成型过程。

 

单从程序的执行顺序上考察,控制时序的安排是正确的,可是,在调试的过程中发现,系统实际的控制时序是,当第一个成型过程完成后,并不进行自动推板过程,而是直接开始下一个成型过程,遇到这种情况,设计者和用户的第一反应一般都是怀疑程序设计错误。经反复检查程序,未发现错误,这时才考虑到可能是指令的响应时间产生了问题。砌块成型机的控制系统是一个庞大的系统,其软件控制指令达五六百条。成型过程启动信号,由一个成型过程的结束信号和有板信号产生,这时,就将产生这样的情况,在某个扫描周期内扫描到HR002信号,在执行置位推板过程,直接进行下一个成型过程,这可能是由于输入信号的响应时间过长引起的,在这种情况下,由于硬件配置不能改变,指令条数也不可改变,处理过程中,设法在软件上做调整,使成型过程结束信号早点发生,问题得到了解决。

 

2 软件复位

 

在PLC程序设计中使用最平常的一种是称为保持继电器的内部继电器。PLC的保持继电器从HR000到HR915,共10×16个,另一种是定时器或计数器从TIM00到TIM47(CNT00或CNT47)共48个(不同型号的PLC保持继电器,定时器的点数不同)。其中,保持继电器实现的是记忆的功能,记忆着机械系统的运转状况,控制系统的运转的正常时序,在时序的控制上,为实现控制的安全性,及时性、准确性、通常采用当一个机械动作守成时,其控制信号(由保持继电器产生)用来终止上一个机械动作的同时,启动下一个机械动作的时间继电器不能正常被复位的情况, 

 

在开机前,如果不强制使保持继电器复位,将会产生机械设备的误动作,系统设计时,通常采用的方法是设置硬件复位按钮,需要的时候,能够使保持继电器,定时器、计数器、高速计数器强制复位,在控制系统的调试中发现,如果使用保持继电器,定时器,计数器、高速计数器次数过多,硬件复位的功能很多时候会不起作用,也就是说,硬件复位的方法有时不能准确,及时地使PLC的内部继电器、定时器、计数器复位,从而导致控制系统不能正常运转,在调试过程中,人为地设置软件复位信号作为内部信号,可确保保持继电器有效复位,使系统在任何情况下均正常运转。

 

3 硬件电路

 

PLC的组成的控制系统硬件电路。当一个两线式传感器,例如光电开关,接近开关或限位开关等,作为输入信号装置被置被接到PLC的输入端时,漏电流可能会导致输入信号为ON,在系统调试中,如果偶尔产生误动作,有可能是漏电生的错误信号引起的。为了防止这种情况发生,在设计硬件电路时,在输入端接一个并联是阻,并联电阻的计算公式。

 

其中,不同型号的PLC漏电流值可查阅厂商提供的产品手册,在硬件电路上做这样的处理,可有效地避免由于漏电生的误动

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