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1、第12章其他机电系统中的PLC控制应用设计,12.1 PLC在工业机械手控制中的应用 12.2 PLC在全自动洗衣机控制系统中 的应用12.3 PLC在电梯控制系统中的应用12.4 PLC在自动数粒机中的应用12.5 PLC在PID控制系统应用,12.1 PLC在工业机械手控制中的应用,机械手是工业控制和加工中经常用到的执行部件，其具有能适应恶劣工作环境、效率高、安全稳定和可进行高强度的优点，经常在自动化生产线有广泛的应用，本节，将对机械手的PLC控制过程进行详细说明。,返回本节,1、工艺过程与控制要求,图12-1是这种机械手的动作示意，其过程并不复杂，一共有六个动作，分为三组，即上升/下降，
2、左移/右移和放松/夹紧。,图12-1 机械手动作示意图,返回本节,当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台上无工件时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走，机械手应自动停止下降，用光电开关进行有无工件的检测。机械手的动作如图12-2所示。,12-2 机械手的动作过程图,2、操作面板布置,操作面板布置如图12-3所示,图12-3 PLC控制面板示意图,3、输入/输出端子地址分配,该机械手控制系统所采用的PLC是德国西门子公司生产的S7-200 CPU224，图12-4是S7-200 CPU 224输入/输出端子地址分配图。该机械手控制系统工使用了14
3、个输入点，6个输出点。,图12-4 机械手的输入/输出接线图,4、整体程序结构,机械手的整体程序结构图如图12-5所示.,返回本节,图12-5 机械手控制系统软件整体设计图,5、实现单操作工作的程序,图12-6是实现单操作工作的梯形图程序。,图12-6 单操作梯形图,6、自动操作程序,图12-7是机械手自动操作流程图。,图12-7 自动操作功能图（SFC）,7、实际结论,采用西门子S7系列PLC对机械手进行控制，通过现场实践证明，其大大提高了机械手的工作效率，一般小型工厂可提高200%300%，节省了劳动成本，安全可靠性较高。,12.2 PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用,随着人民生活水平的
4、提高，全自动洗衣机越来越普及，因此，对于洗衣机控制的高度自动化、较强可靠性和稳定性的要求越来越高，本节将重点说明PLC在全自动洗衣机控制中的应用。,1.全自动洗衣机的外形结构示意图,2.控制要求,该全自动洗衣机的控制要求可以用下图所示的流程图来表示。,3.I/O地址分配及接线,全自动洗衣机输入输出地址分配表,全自动洗衣机I/O接线图,4、软件系统设计,全自动洗衣机控制梯形图,4、软件系统设计,全自动洗衣机控制梯形图(续),12.3 PLC在电梯控制系统中的应用,随着高楼层的增多，电梯的使用也越来越广泛，因此，对电梯的升降控制显得越来越重要。电梯的控制主要有单片机和PLC两种控制方式。对于小楼层
5、来说，采用PLC对电梯进行控制非常简便可靠。,1、电梯的升降原理,2、控制要求,有一四层楼梯的电梯控制系统，控制要求如下：1.当轿厢停于1层或2层，或者3层时，按下SB4按钮呼叫电梯（四层上下按钮），则轿厢上升到第四层停止。2.当轿厢停于4层或3层，或者2层时，按下SB1按钮呼叫电梯（一层上下按钮），则轿厢下降到第一层停止。3.当轿厢停于1层，若按下SB2按钮呼叫电梯，则轿厢上升到第二层停止，若按SB3按钮呼叫电梯，则轿厢上升到第三层。4.当轿厢停于4层，若按下SB3按钮呼叫电梯，则轿厢上升到第三层停止，若按下SB2按钮呼叫电梯（二层上下按钮），则轿厢上升到第二层停止。5.当轿厢停于一层，而S
6、B2、SB3、SB4按钮均有人呼叫电梯时，轿厢上升到第二层暂停4s后继续上升到第三层，再暂停4s后，又继续上升到第四层停止。6.当轿厢停于第四层，而SB1、SB2、SB3按钮均有人呼叫电梯时，轿厢下降到第三层暂停4s后继续下降到第二层，暂停4s后，继续下降到第一层停止。7.轿厢在楼层之间运行超过12s，电梯停止运行。8.当轿厢上升（或者下降）途中，任何反向下降（或者上升）的按钮呼叫电梯均无效。楼层显示灯亮表示轿厢停于该层，灯灭表示轿厢离开该层。,3、解决方案,3.1分析评估任务 在该控制系统中，有十个输入点，启动按钮SB0和关闭系统按钮SB5及四层楼梯的呼叫按钮SB1、SB2、SB3、SB4和
7、四层楼梯的信号开关LS1、LS2、LS3、LS4，6个输出点，轿厢上升和下降，以及和四个楼层的显示点。工作过程要求比较简单，在可靠性和数据处理相对较低，并且以工业过程控制为主的情况下，通常选用PLC3.2PLC的选型 此系统为多点输入，控制多点输出。所需要的输入点有，启动按钮SB0和关闭系统按钮SB5及四个呼叫按钮，1层呼叫按钮SB1、2层呼叫按钮SB2、3层呼叫按钮SB3、4层呼叫按钮SB4和四个平层信号开关，1层平层信号LS1、2层平层信号LS2、3层平层信号LS3、4层平层信号LS4，6个输出点，轿厢上升和下降，和四个楼层显示点。也不用考虑温度控制、PID控制等智能控制。所以，选择SIE
8、MENS公司的小型PLC系列S7-200，按照10%裕量的设计要求，CPU选择224系列。,4、系统设计,4.1硬件设计(1)I/O设备的I/O分配表,(2)硬件设计的外部接线图,4.2软件设计(1)I/O分配(2)梯形图设计思路流程,电梯控制系统的部分梯形图,12.4 PLC在自动数粒机中的应用,医药、食品行业有许多需要进行罐装的工序，例如胶囊或者药丸颗粒的装瓶、颗粒状食物的装瓶或者装盒等。传统的加工方法是采用人工干预，其效率很低，又容易产生颗粒数目差错、工人劳动强度过于大、不卫生等缺点。本节将介绍采用PLC来自动实现颗粒的罐装。,1、概述,自动数粒机由机架、传输机构、下料机构、供料机构和控
9、制器等部分组成。自动数粒机的传输带由传输电动机拖动，用于传送将要罐装的容器。下料机构包括下料电动机、下料盘、下料道和出料口。下料盘由下料电动机拖动，将下料盘上的待装物送到下料道，再经出料口装入容器中。供料机构是用于向下料盘提供待装物品的机构，它由螺杆供料器和储料箱组成。自动数粒机有3个传感器，一个是容器传感器，用作检测传输带上是否有容器；另一个是下料传感器，用作检测下料盘的每一等份的待装物品是否全部掉入下料道，在这里选用检测距离为10mm的接近开关作为下料传感器；最后一个是料位传感器，用于检测下料盘是否需要供料，这里采用双位控制开关为料位传感器，安装与下料盘中。,2.控制要求,1.自动数粒机启
10、动后传输电动机运行，控制器应检测容器是否到位和下料盘是否有足够的待装物品，只有这两个条件都满足时才能启动下料电动机.2.自动数粒机在运行中一旦检测不到容器或者下料盘的待装物品不足时，立即停车并发出声光报警；停车后经手动复位系统才能恢复运行.3.为了能够调节罐装速度，自动数粒机的下料电动机采用变频调速。传输电动机采用单相电动机，无需调速.4.由于自动数粒机的下料道较长，待装物品从下料孔到出料口的时间较长（大约2秒），为了提高罐装速度挡容器汽缸和进容器汽缸动作应迅速 5.应具有紧急停车的功能.,自动数粒机流程图,3、机型的选择及地址分配,控制系统总共需要6个输入点、8个输出点。选择了SIEMENS
11、的S系列200，其属于小型机，提供14个输入点、10个输出点，与系统的要求相符合。下料电动机为功率750W三相电动机，其驱动电源选用单相输入，三相输入1.5KW的变频器，其他两台电动机选用单相电动机。PLC控制器内部含有一个24V直流电源，驱动输入输出设备，包括所有的输入输出继电器，所以采用了一个外部24V直流电源，驱动输入输出设备，包括输出继电器气阀，指示灯和报警器。由于整个机器耗电量较少，因此，紧急停车直接采用按钮，不再经过报警器。,4、系统软件设计,自动数粒机的梯形图,自动数粒机的梯形图(续),12.5 PLC在PID控制系统中的应用,PID控制是可编程逻辑控制器的高级控制环节，其在许多
12、模拟量的检测与处理运算方面有很大的作用，如根据扩展功能模块可以实现一般的闭环控制环节等作用。本节将以恒温控制水箱为例，对利用PLC进行恒温控制的过程进行说明。,1.概述,恒温装置示意图,2.工艺过程及控制要求,本系统是一个恒温控制系统，要求设定的恒温水箱在某一数值。加热采用电加热，功率为1.5KW，温度设定范围在20-80之间。在图12-19中，恒温水箱内有一个加热器、一个搅拌器、两个液位开关、四个温度传感器。液位开关为开关量传感器，测量液体的位置高低，反映无水或者水溢出状态。两个温度传感器分别为测量水箱入口处的水温和水箱中的水的温度。储水箱中，也装有一个温度传感器。恒温水箱中的水可以通过一个电磁阀或者手动开关阀（手阀）将水放到储水箱中。储水箱中的水可通过一个电磁阀引入到冷却器中，也可以直接引入到恒温水箱中。水由一个水泵提供动力，使水在系统中循环。水的流速由流量计测量。恒温水箱中的水温，入口处的水温，储水箱中的水温，流速及加热功率均有LED显示。两个电磁阀的通、断，搅拌和冷却开关均有指示灯显示。,3.I/O地址表,I/O地址表,4.I/O电气接口图,其输入/输出电气接口图,5.软件设计,5.1 PID算法5.2 回路输入/输出变量的数值转换5.3 PID运算部分梯形图程序5.4 系统软件设计流程,
