并辅以外围电路和 I/O 单元等硬件所构成的。
正像通用的微机一样PLC 的各种功能的实现不仅基于其硬件的作用而且要靠其软件的支持。
实际上,PLC 就是一种工业控制计算机,其系统组成、工作原理、操作使用原理都与计算机相同。
PLC 的操作是按其程序要求进行的,而程序是用程序语言表达的。
表达方式有多种多样,不同的 PLC 生产厂家,不同的机种,采用的表达方式也不相同。
但基本上可归纳为字符表达式即用文字符号来表达程序如语句表程序表达方式和图形符号表达方式即用图形符号来表达程序如梯形图程序表达方式这两大类。
也有将这两种方式结合起来表示 PLC 的程序。
(1)梯形图 PLC 的梯形图编程语言与传统的“继电、接触”控制原理图十分相似,它形象、直观、实用为广大电气技术人员所熟知。
这种变成语言继承了传统的继电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式,使得程序直观易读。
当今世界各国的 PLC 制造家所生产的PLC 大都采用梯形图语言编程。
(2)指令表 用指令表所描述的编程方式是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式。
由于不同型号的 PLC 的表识符和参数表示方法不一,所以无千篇一律的格式。
(3)逻辑符号图 采用逻辑符号图表示控制逻辑时首先要定义某些逻辑符号的功能和变量函数,它类似于“与”、“或”、“非”逻辑电路结构的编程方式。
一般来说,用这三种逻辑能够表达所有的控制逻辑。
这是国际电工委员会IEC颁布的 PLC 编程语言之一。
(4)高级语言编程 随着软件技术的发展,近年来推出的 PLC,尤其是大型的 PLC,已开始用高级语言进行编程。
许多 PLC 采用类似 PASCAL 语言的专用语言,系统软件具有这种专用语言编程的自动编译程序。
采用高级语言编程后,用户可以像使用普通微型计算机一样操作 PLC。
除了完成逻辑控制功能外,还可以进行 PID 调节、数据采集和处理以及与计算机通信等。
1.5 PLC 的工作方式 通常把 PLC 看作是由等效的继电器、计时器、计数器等元件组成的装置。
PLC 采用循环扫描的工作方式,其工作过程可分为:内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段,整个过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
在内部处理阶段PLC 检查 CPU 模块内部硬件是否正常,复位监视计时器,以及完成其他一些内部处理。
在通信处理阶段,PLC 与带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容。
在 PLC 处于停止运行状态时,只完成内部处理和通信服务工作。
在 PLC 处于运行状态时,除完成上述操作外,还要完成输入处理、程序执行、输出处理工作。
1.6 PLC 应用系统的设计步骤 PLC 应用系统的设计一般按下述几个步骤进行: (1)熟悉被控对象 首先要全面详细地了解被控对象的机械结构和生产工艺过程,了解机械设备的运动要求、运动方式和步骤归纳出工作循环图或状态功能图。
(2)明确控制任务与设计要求 要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对控制系统的要求,归纳出电气执行元件的动作节拍表。
PLC 控制系统的根本任务就是正确实现这个节拍表。
(3)指定电器控制方案 根据生产工艺和机械运动的控制要求,确定控制系统的工作方式,还要确定系统应有的其它功能。
(4)确定控制系统的输入输出信号 通过研究工艺过程或机械运动的各个步骤、各种状态、各种功能的发生、维持、结束、转换和其它的相互关系,来确定各种控制信号和检测反馈信号、相互的转换和联系信号。
并且确定哪些信号需要输入 PLC,哪些信号要由 PLC 输出或者哪些外部负载要由PLC 驱动,分类统计出各输入输出量的性质及参数。
PLC (5) 的选型与硬件配置 根据以上步骤得到的结果,选择合适的 PLC型号并确定各种硬件配置。
(6)PLC 元件的编号分配 对各种输入输出信号占用 PLC 输入、输出端点及其它 PLC 元件进行编号分配,并设计出 PLC 的外部线路图。
(7)程序设计 程序设计是 PLC 系统应用中最关键的问题,也是整个控制系统设计的核心,其主要工作就是要设计出梯形图和语句表程序。
(8)模拟运行与调试程序 将设计好的程序通过编程器或微机传送至PLC 内部之后,首先要逐条进行检查和验证,改正程序设计中的逻辑、语法、数据错误或输入过程中的按键及传输错误,然后,可以在实验室里进行模拟运行与调试程序,观察在可能的情况下个输入量、输出量之间的变化关系是否符合设计要求,发现问题及时修改设计,并改正传送到 PLC 中去的程序,直到完成满足工作循环图或状态流程图的要求。
在进行程序设计和模拟运行调试的同时,可以进行平行地进行控制系统的其它部分的设计、装配、安装和接线工作。
(9)现场运行调试 完成以上各种工作之后,即可将已初步调试好的程序传送到现场使用的 PLC 存储器中,PLC 接入实际输入信号与实际负载,进行现场运行调试,即解决调试中发现的问题,直到完全满足设计要求,即可交付使用。
第 2 章 太阳能硅片清洗机 PLC 控制设计2.1 太阳能硅片清洗机的介绍 太阳能硅片清洗机由槽体、移栽机械手、抽风装置、人机界面和电控柜等五部分组成,其控制部分主要由三菱 FX2N 系列 PLC 控制,操作员通过10.4 英寸彩色触摸屏控制生产。
其生产工艺流程如图 1 所示,手动将装有硅片的提篮放入上料位,移载机械手抓取提篮,按设定程序将提篮转移到各工艺槽进行腐蚀或清洗,相关工艺槽具有加热、超声、喷淋、排液、温度检测、液位检测等功能,完成处理过程后,机械手将提篮转移至下料位,手动取出提篮。
清洗工艺流程: 硅片检验 硅片插合 上料 漂洗 制绒面 去损伤层 喷淋 HF酸 漂洗 喷淋 漂洗 HCl酸 慢拉 干燥 检测 图1 清洗工艺流程2.2 PLC 应用可行性及优越性 PLC 控制的清洗设备有如下的特点: 1、可靠性高,由于采取了一系列的 PLC 高可靠性的措施,PLC 的平均无故障时间(MTBF)一般可达 35 万小时。
而且 PLC 的环境适应性也很强,它能在工业环境下可靠地工作; 2、编程简单,PLC 最常用的编程语言是梯形图语言。
这种编程语言形象直观,容易掌握,不需要专门的计算机知识,便于广大现场工程技术人员掌握。
当工作流程需要改变时,可以现场改变程序,使用方便、灵活; 3、体积小、结构紧凑、安装、维修方便。
PLC 的体积小,重量轻,便于安装。
一般 PLC 都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能,便于操作和维修人员检查,可以较容易通过更换模块插件来迅速排除故障。
PLC的结构紧凑,它与被控对象的硬件连接方式简单、接线少,便于维护。
2.3 PLC 控制清洗机的程序设计2.3.1 PLC 的选型 选择日本三菱 FX2N 系列小型模块按 I/O 点数分类,一般小于 512 点为小型 PLC,512~2048 点为中型2048 点以上为大型 PLC。
此清洗机输入输出点小于 256 点应选小型 PLC,即选 FX2N-128MR 加扩展单元 FX2N-48ER。
表 1-1 FX2N 系列 PLC 技术指标电 源 AC110120V/220240V 单相 5060Hz电源波动范围 AC99132V/198264V,电源可瞬间失效 10ms环境温度 055℃环境湿度 4596(无凝露)防震性能 1055Hz,0.5mm(最大:2G)抗冲击性能 10G,在 x,y,z 三个方向定时抗噪声能力 X504V 峰-峰值,1μs,30100Hz(噪声模拟器)击穿电压(绝缘耐压) AC1500V,1min(接地端与其它端子间)绝缘电阻 5MΩ,500VDC(接地端与其它端子间)接地电阻 小于 100Ω(如接地有困难可不接地)环境 无腐蚀性气体,无导电粉末,微粒2.3.2 可编程控制器的输入与输出分配PLC I/O 接口分配表: X0 臂停止 Y0 X1 自
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