劉 丹

摘 要:一個(gè)好的設(shè)計(jì)課題對(duì)于提高學(xué)生對(duì)PLC的程序設(shè)計(jì)能力,至關(guān)重要。恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)課題,能夠迎合學(xué)生的好奇心,喚醒自信心,滿足探索的要求。

關(guān)鍵詞:PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng) 軟件 程序要求 梯形圖

可編程序控制器簡稱PLC,是現(xiàn)代工業(yè)控制的基礎(chǔ)部件,是工廠自動(dòng)化(FA Factory Automation)的支柱之一。它既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可編程特點(diǎn)(控制功能由軟件實(shí)現(xiàn)),又具有繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)良的抗電噪能力(適應(yīng)工業(yè)控制的各種惡劣的工作環(huán)境)。可編程序控制器還具有很強(qiáng)的連網(wǎng)能力和很高的可靠性,不僅可以單機(jī)使用,而且可以與計(jì)算機(jī)結(jié)合組成集散式控制系統(tǒng)。

可編程序控制器聚集了結(jié)構(gòu)簡單、編程簡單、可靠性高、性能價(jià)格比較高、抗干擾能力強(qiáng)、通用靈活、體積小等一系列優(yōu)點(diǎn),使其在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。因此各中職學(xué)校的機(jī)電和電梯等專業(yè)都開設(shè)了“可編程序控制器”課程,而開設(shè)這門課的主要教學(xué)目的是讓學(xué)生能夠進(jìn)行簡單程序的設(shè)計(jì)編輯。恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)課題,能夠迎合學(xué)生的好奇心,喚醒自信心,滿足探索的要求。

PLC的工作方式和通用微機(jī)不完全一樣,因此用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)與微機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程也不完全相同,需要根據(jù)PLC的特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。PLC與繼電器控制系統(tǒng)也有本質(zhì)區(qū)別,硬件和軟件可分開設(shè)計(jì)是PLC的特點(diǎn)。PLC的軟件設(shè)計(jì)步驟一般有以下幾個(gè)設(shè)計(jì)步驟。

1.了解控制系統(tǒng)概況,形成整體概念。

2.分配輸入輸出設(shè)備。

3.畫出梯形圖。

4.對(duì)PLC的梯形圖進(jìn)行編輯。

5.對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。

6.編寫程序說明書。

顯然,建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng),必須先了解控制系統(tǒng)的全部功能、控制規(guī)模、控制方式、I/O信號(hào)種類和數(shù)量、是否有特殊功能接口、與其他設(shè)備的關(guān)系、通信內(nèi)容和方式等。只有全面了解了整個(gè)控制系統(tǒng),才能分配輸入輸出設(shè)備,之后就可以設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。梯形圖畫好后,可以使用專用軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下裝到PLC進(jìn)行模擬調(diào)試、修改直到符合要求。這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。

學(xué)生在了解了PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟后,我們就可以設(shè)計(jì)程序了。本文以三菱公司FX系列PLC為機(jī)型進(jìn)行介紹,以全自動(dòng)洗衣機(jī)為例,其他教育工作者可舉一反三,觸類旁通。

程序設(shè)計(jì)課題為全自動(dòng)洗衣機(jī)控制,如圖1所示為全自動(dòng)洗衣機(jī)控制示意圖,設(shè)計(jì)要求如下:

全自動(dòng)洗衣機(jī)能實(shí)現(xiàn)“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制停止”兩種控制方式。PLC投入運(yùn)行,系統(tǒng)處于初始狀態(tài),啟動(dòng)時(shí),先將水位通過水位選擇開關(guān)設(shè)在合適的位置(高、中、低),開始進(jìn)水,水滿時(shí)停止進(jìn)水,2S后開始洗滌正轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)20S后,暫停2S;然后反轉(zhuǎn)20S,暫停2S,這樣反復(fù)循環(huán)。若正反洗未滿5次,則返回長正洗開始的動(dòng)作,若正反洗滌滿5次,則開始排水,排空后脫水30S即完成一次從進(jìn)水到脫水的大循環(huán),若未完成3次大循環(huán),則返回從進(jìn)水開始的全部動(dòng)作,進(jìn)行下1次大循環(huán)。若完成了3次大循環(huán),則進(jìn)行洗完報(bào)警,報(bào)警3S后結(jié)束全過程自動(dòng)停機(jī)。

另外,手動(dòng)排水開關(guān)和手動(dòng)脫水開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)排水和脫水,按停止按鈕實(shí)現(xiàn)停止進(jìn)水,排水、脫水報(bào)警。

圖1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)

如上所述要求,根據(jù)本人的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),此程序最簡也要80多步,學(xué)生很難設(shè)計(jì)得出正確的程序。但如果將按照全自動(dòng)洗衣機(jī)流程將以上程序化簡為多個(gè)小程序,即進(jìn)水、洗衣、排水、脫水、報(bào)警,讓學(xué)生一步一步地解決難題,則可達(dá)到很好的教學(xué)效果。

1.首先要學(xué)生確定輔助繼電器,我們知道在PLC內(nèi)有很多輔助繼電器,在PLC內(nèi)部起輔助作用。在本程序中,可以設(shè)定M0作為按下起動(dòng)按鈕的輔助繼電器;M1作為判斷洗衣機(jī)水位是否和設(shè)定水位不一致的輔助繼電器;M2作為判斷洗衣機(jī)水位是否和設(shè)定水位一致的輔助繼電器;M3作為停止自動(dòng)洗衣輔助繼電器。它的梯形圖如圖2所示,可見此程序非常簡單,學(xué)生可以很容易的設(shè)計(jì)出正確的程序。

2.設(shè)計(jì)進(jìn)水控制程序。其設(shè)計(jì)要求為:

按下起動(dòng)按鈕SB1或者脫水完畢,而且洗衣大循環(huán)未到3次時(shí),開始進(jìn)水,當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的水位后停止進(jìn)水,等待2S后進(jìn)入洗衣過程。在強(qiáng)制停止情況下,當(dāng)停止按鈕按下時(shí)立即停止進(jìn)水。

此時(shí)輸入輸出關(guān)系增加了T,程序在上一程序的基礎(chǔ)上稍加難度。此處可對(duì)幾種時(shí)間繼電器的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步的講解。它的梯形圖如圖3所示,梯形圖中計(jì)數(shù)器C1指大循環(huán)3次,計(jì)時(shí)器T0指水位達(dá)到設(shè)定的水位等待2S。

3.設(shè)計(jì)洗衣控制程序。

洗衣控制在設(shè)計(jì)思路和指令應(yīng)用上與進(jìn)水控制基本相同,在難度上并沒有太大延伸。其設(shè)計(jì)要求為:進(jìn)水到設(shè)定水位2S后,開始洗衣,先正轉(zhuǎn)20秒,暫停2秒,然后反轉(zhuǎn)20秒,暫停2秒。這樣循環(huán)5次后進(jìn)入排水過程。它的梯形圖如圖4所示。

圖4 洗衣控制梯形圖

4.設(shè)計(jì)排水控制程序。

在上一程序中增加了計(jì)數(shù)器,這部分程序中的難點(diǎn)在于計(jì)數(shù)器是在什么情況下開始計(jì)數(shù),以及什么情況下開始復(fù)位。我們通過分析知道,C0計(jì)數(shù)器只要T6為OFF時(shí),計(jì)數(shù)輸入T6,每接通一次,C0計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次,即當(dāng)前計(jì)數(shù)值增加1,當(dāng)計(jì)數(shù)值等于設(shè)定值5時(shí),計(jì)數(shù)器C0的觸點(diǎn)動(dòng)作,排水電磁閥Y1接通,表示洗衣過程完畢后,進(jìn)入排水過程,水排空后停止排水。它的梯形圖如圖5所示。

圖5 排水控制梯形圖

5.脫水控制程序。

水排空后,開始脫水,脫水30S停止脫水。這部分程序與洗衣控制程序差不多,學(xué)生很容易編出此部分程序,需要注意的是判斷水排空與否是在排水完畢后,所以要用到排水完畢輔助繼電器M4,它的梯形圖如圖6所示。

圖6 脫水控制梯形圖

6.洗完報(bào)警控制程序。

洗衣大循環(huán)3次后,開始洗完報(bào)警過程,3S后停止報(bào)警。這部分程序與排水控制程序相同,要用到計(jì)數(shù)器C1,當(dāng)Y4接通時(shí)C1計(jì)數(shù)1次,當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值3時(shí),報(bào)警器Y5接通。這樣整個(gè)洗衣過程結(jié)束,它的梯形圖如圖7所示。

圖7 洗完報(bào)警控制梯形圖

程序要求部分至此完畢,其程序的輸入輸出關(guān)系見表1、表2。

以上六個(gè)程序?qū)W生大多還是沿用了設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)控制線路的設(shè)計(jì)思路,由淺到深,不但具有針對(duì)性而且具有啟發(fā)性,變復(fù)雜為簡單,既激發(fā)了學(xué)生鉆研的興趣,增強(qiáng)了自信心,同時(shí)教學(xué)效果也能夠得到很大提高。

表1 I/0分配表

表2 其他元件分配表

參考文獻(xiàn):

[1]《可編程序控制器及其應(yīng)用》勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫北京:中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2001.7

[2]《變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)》岳慶來北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.5

作者單位:廣州市機(jī)電高級(jí)技工學(xué)校