在生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)控制領(lǐng)域
順序控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)思路
1.特點(diǎn)順序控制系統(tǒng)是指按照預(yù)定的受控執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作順序及相應(yīng)的轉(zhuǎn)步條件
為了使順序控制系統(tǒng)工作可靠
2.設(shè)計(jì)思路本文提出的4種簡易設(shè)計(jì)方法都是先設(shè)計(jì)步進(jìn)階梯
由于各種PLC機(jī)型的編程元件代號(hào)及其編號(hào)不盡相同,為便于闡述

圖1 順序控制流程
下面分別介紹各種設(shè)計(jì)方法
。其中,前3種方法的設(shè)計(jì)依據(jù)都是圖1所示的順序控制流程。圖中,步1的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)X0為連接啟動(dòng)按鈕的輸入繼電器(為簡明起見,后述的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)均省去“輸入繼電器”幾個(gè)字,只提輸入信號(hào)),X1為原位開關(guān)信號(hào),X2、X3一
如圖2所示

圖2 逐步得電同步失電步進(jìn)順控梯形圖
1.步進(jìn)階梯的設(shè)計(jì)步進(jìn)階梯的結(jié)構(gòu)
如圖2a所示。步1的M1得電條件是受控機(jī)械原位開關(guān)X1處于壓合狀態(tài)(若受控機(jī)械有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖3 逐步得電同步失電梯形圖
2.輸出階梯的設(shè)計(jì)輸出階梯
如圖2b所示
。其設(shè)計(jì)方法是:(1)在控制流程圖中,找出某輸出繼電器M在哪一步開始得電和在哪一步開始失電,以此確定其得電信號(hào)(步進(jìn)階梯中使M開始得電的輔助繼電器常開觸點(diǎn))和失電信號(hào)(步進(jìn)階梯中使M開始失電的輔助繼電器常閉觸點(diǎn));(2)將得電信號(hào)、失電信號(hào)和受控輸出繼電器線圈串聯(lián)。如果某個(gè)輸出繼電器在一個(gè)工作循環(huán)中多次得電失電,則將每次得失電的串聯(lián)信號(hào)互相并聯(lián)即可。例如,圖1中輸出繼電器Y1要求在步1和步3得電,在其余步失電。在圖2b畫其控制回路時(shí),將圖1所示的第一次得電信號(hào)M1和第一次失電信號(hào)M2串聯(lián),第二次得電信號(hào)M4和第二次失電信號(hào)串聯(lián),然后將二者并聯(lián)起來,再與Y1的線圈串聯(lián)便構(gòu)成Y1的控制回路。其余依此類推。二
、逐步得電逐步失電型步進(jìn)順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)法1.步進(jìn)階梯設(shè)計(jì)
按圖1所示的控制流程,采用逐步得電逐步失電型順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的步進(jìn)階梯如圖4a所示
,其電路結(jié)構(gòu)與圖3的不同點(diǎn)之一是每步的失電由下一步輔助繼電器的常閉接點(diǎn)控制;之二是步1回路必須串聯(lián)步2至最后工作步4的輔助繼電器常閉觸點(diǎn)。以防電路工作時(shí),因誤操作再次起動(dòng)而導(dǎo)致控制順序錯(cuò)亂2.輸出階梯設(shè)計(jì)輸出階梯如圖4b所示,輸出繼電器的控制回路根據(jù)控制流程直觀確定

圖4 逐步得電逐步失電型順控系統(tǒng)梯形圖
PLC技術(shù)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為
,PLC將會(huì)繼續(xù)失去市場份額;更有甚者認(rèn)為,在工業(yè)PC面前,PLC將會(huì)一步一步走向死亡;但也有一部分人相信,一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場份額。本文從11方面介紹了PLC在其上的應(yīng)用趨勢(shì)。前 言
長期以來
,PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場,為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。其主要原因,在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案,適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。另一方面,PLC還必須依靠其他新技術(shù)來面對(duì)市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊,尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。PLC需要解決的問題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開放性和價(jià)格。PLC技術(shù)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭論的焦點(diǎn)之一
。大多數(shù)人認(rèn)為,PLC將會(huì)繼續(xù)失去市場份額;更有甚者認(rèn)為,在工業(yè)PC面前,PLC將會(huì)一步一步走向死亡;但也有一部分人相信,一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場份額。在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域
,圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)、開放式過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議一
、開放和基于工業(yè)PC控制PLC制造商已經(jīng)開始注視基于工業(yè)PC控制技術(shù)所帶來的強(qiáng)大沖擊
。有專家甚至認(rèn)為,新商務(wù)活動(dòng)所帶來的新技術(shù)和開放技術(shù)規(guī)范將會(huì)埋葬傳統(tǒng)PLC。PLC制造商認(rèn)為,雖然在工業(yè)現(xiàn)場安裝有大量的PLC控制設(shè)備,但他們?nèi)匀恍枰?lián)合工控軟件公司,以便開發(fā)他們自己的基于工業(yè)PC的過程控制軟件。誠然
,幾年前在工業(yè)現(xiàn)場明顯存在著新舊PLC混合使用的情況,工業(yè)用戶不得不同時(shí)學(xué)習(xí)相關(guān)的新舊知識(shí),甚至彼此借鑒學(xué)習(xí)。大多數(shù)PLC制造商為工業(yè)用戶僅僅提供了軟邏輯和一種操作平臺(tái)。在高端應(yīng)用方面,很難進(jìn)一步區(qū)分PLC控制系統(tǒng)和工業(yè)PC控制系統(tǒng)之間的差異
,因?yàn)檫@兩者均采用了同樣類型的微處理器和內(nèi)存芯片。形象地打個(gè)比喻,如果你忘掉工業(yè)PC和PLC這些詞語字面上的含義,那么在箱子里所能夠觀察到的恰恰是一些基本計(jì)算機(jī)硬件技術(shù),我們更多觀察到的卻是那些基本技術(shù)的復(fù)雜化和混合體,這些技術(shù)被有效地組合到控制系統(tǒng)中去另外
可以相信,PLC技術(shù)將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移
關(guān)于工業(yè)PC控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)問題已經(jīng)得到很好的解決
但工業(yè)用戶不完全相信開放式控制系統(tǒng)所帶來的好處
工業(yè)PC技術(shù)提供了許多功能,能夠增強(qiáng)PLC的功能特性
不久前
Steeplechase軟件公司也已推出了一套支持硬實(shí)時(shí)過程控制的嵌入式Windows NT操作系統(tǒng)接口部件
Transysoft公司最近推出了新版本的ISaGRAF系列工業(yè)控制組態(tài)軟件包,即ISaGRAF PRO
CTC自動(dòng)化工程公司已經(jīng)發(fā)布了一套新的控制軟件包MachineLogic PCLC(工業(yè)PC邏輯控制器)
SoftPLC公司也提供了一種工控軟件產(chǎn)品Tealware,有人非常形象地把這種軟件產(chǎn)品稱作穿著工業(yè)PC衣服的PLC
最近
二
、Ethernet的擴(kuò)展與進(jìn)一步容納Web技術(shù)當(dāng)前,在所有過程控制領(lǐng)域
,最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展。PLC也例外,現(xiàn)在,越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口部件。在最近的幾年間,我們已經(jīng)看到,發(fā)展比現(xiàn)有普通小快靈PLC更加強(qiáng)大的PLC是種趨勢(shì)。Ethernet將會(huì)成為PLC的通信標(biāo)準(zhǔn)嗎?也許最終結(jié)果是這樣的,但現(xiàn)在還為時(shí)尚早。對(duì)于在PLC上提供Ethernet接口將能夠解決所有通信問題,人們普遍存在著誤解。Ethernet僅僅定義了OSI參考模型底部的幾層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)另一方面
向Ethernet靠近的一個(gè)目的在于通過Internet能夠連接到所希望的任何地方
內(nèi)藏Web服務(wù)器所體一風(fēng)的益處包括開放網(wǎng)絡(luò)
、商業(yè)工具的影響、客戶機(jī)/服務(wù)器關(guān)系。在過去,工業(yè)用戶可能會(huì)有代表性地詢問一些有關(guān)PLC方面的信息,但在現(xiàn)在,由于新技術(shù)的不斷誕生和發(fā)展,工業(yè)用戶很容易就可以得到有關(guān)這方面的信息。另一方面,隨著芯片和處理器大規(guī)模的生產(chǎn),PLC生產(chǎn)制造商能夠生產(chǎn)并提供開放網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品,讓工業(yè)用戶花較少的費(fèi)用就能夠購買到功能非常完善的PLC產(chǎn)品。在為將PLC連接到Ethernet和Web上提供技術(shù)支持方面
,Schneider公司已經(jīng)成了先驅(qū)者之一。最近,該公司推出了一種運(yùn)行于Premium PLC平臺(tái)的新型快速Ethernet(100 Mb/s)模件。該模件為PLC能夠連接到TCP/IP的Ethernet提供了全雙工自適應(yīng)10/100Mb/s的連接速度,現(xiàn)場過程控制器之間可以共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,自動(dòng)掃描Momentum I/O模件和其他任何基于Modbus通信協(xié)議的現(xiàn)場控制設(shè)備,采用一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器提供HTML通信服務(wù),同時(shí)提供了SNMP用于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信管理。在一次展覽會(huì)上,Schneider公司還向工業(yè)用戶展示了他們有關(guān)透明工廠的觀念。另外,Schneider公司最近還推出了基于Modicon公司的Momentum MIE系列處理器的適配器
,該適配器提供了標(biāo)準(zhǔn)IEC程序控制性能,進(jìn)一步為e-制造提供了完美的解決方案。該適配器還提供了將智能化I/O系統(tǒng)和其他現(xiàn)場過程控制設(shè)備連接到Internet和Ethernet的能力,現(xiàn)場過程控制設(shè)備包括所有功能化實(shí)時(shí)過程控制器。幾年前,Rockwell自動(dòng)化公司也在其PLC產(chǎn)品中提供了Ethernet接口
三
、置位/復(fù)位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)法1.步進(jìn)階梯設(shè)計(jì)圖5a為用置位/復(fù)位指令設(shè)計(jì)的順序控制系統(tǒng)步進(jìn)階梯。其設(shè)計(jì)依據(jù)也是圖1所示的控制流程
。該步進(jìn)階梯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是每步的輔助繼電器都有一個(gè)置位線圈和一個(gè)復(fù)位線圈,二者編號(hào)相同。步1利用置位指令S使輔助繼電器M1置位(即M1線圈得電后內(nèi)部自鎖),建立步1程序,并為步2提供步進(jìn)條件信號(hào)。當(dāng)步2的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)發(fā)出(X2閉合),指令S使M2置位,建立步2程序,同時(shí)復(fù)位指令R使M1復(fù)位,撤銷步1程序。同理可畫出后續(xù)各步繼電器置位/復(fù)位梯形圖。當(dāng)最后一步完成并回到原位(X1閉合)時(shí),指令R使M4復(fù)位,系統(tǒng)的工作循環(huán)結(jié)束。2.輸出階梯設(shè)計(jì)圖5b為輸出階梯結(jié)構(gòu),與圖4b完全相同
,不再贅述。
圖5 置位/復(fù)位指令型順序控制電路
四、移位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.步進(jìn)階梯設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)依據(jù)如圖6所示
。圖7a為按圖6所示要求采用移位指令設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的順序控制系統(tǒng)步進(jìn)階梯,這種步進(jìn)階梯由一個(gè)8位移位寄存器(由移位指令定義輔助繼電器M20~M27而成)作為控制元件。該移位寄存器中的IN為移位數(shù)據(jù)輸入端,CP為移位脈沖輸入端,R為復(fù)位端。這三個(gè)輸入端的輸入信號(hào)均為脈沖上升沿有效
圖6 移位順序控制流程圖
圖7 移位指令型順序控制電路
設(shè)計(jì)這種步進(jìn)階梯時(shí)要注意以下問題:(1)在一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)內(nèi)
,移位寄存器的移位數(shù)據(jù)輸入端IN只允許起動(dòng)時(shí)輸入一個(gè)單脈沖信號(hào)。也就是說起動(dòng)時(shí)只能輸入移位數(shù)據(jù)“1”。步進(jìn)階梯的工作原理就是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)“1”,在移位寄存器中逐步向高位移位來實(shí)現(xiàn)逐步得電和逐步失電。所以輸入端IN要串聯(lián)每個(gè)移位輸出位的常閉觸點(diǎn);(2)移位寄存器對(duì)移位脈沖輸入端開關(guān)的抖動(dòng)非常敏感。若開關(guān)抖動(dòng)一次,相當(dāng)于多輸入了一個(gè)移位脈沖,移位數(shù)據(jù)“1”隨之多移了一位2.輸出階梯設(shè)計(jì)圖7b為輸出階梯,其結(jié)構(gòu)與圖4b相同
結(jié)束語
上述4種PLC順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的共同特點(diǎn)是:
(1)由輸入繼電器控制輔助繼電器(包括由置位/復(fù)位指令和移位指令定義的輔助繼電器),按此構(gòu)成步進(jìn)階梯;
(2)由輔助繼電器控制輸出繼電器
(3)無論步進(jìn)階梯還是輸出階梯
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