西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8产品信息

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顺序控制就是使系统能按一定的顺序工作，常用于离散的生产过程控制。顺序控制又可以分为确定顺序控制和随机顺序控制，在生产机械运行中常为确定顺序控制，控制对象工作过程或顺序是确定的。用 PLC 进行顺序控制是 PLC 的基本应用，也是PLC 的优势所在，在生产机械的自动化控制领域中，PLC 顺序控制系统的应用很广泛。

　　
常用的生产机械顺序控制系统运行时，设备按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行。PLC 顺序控制系统的输入信号大多数是行程开关、接近开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关，有时也采用压力继电器、定时器等。

　　
FX 系列 PLC 顺序控制程序的编程方法有很多，如状态转移图和步进梯形图编程、起动 - 保持 - 停止电路编程、置位和复位指令编程、移位指令编程等。本文以三菱的 FX 系列 PLC 为例，说明实现顺序控制的常用四种程序设计方法。

1 状态转移图和步进梯形图编程

　　状态编程就是将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，明确各状态的任务、状态转移的条件以及转移的方向，然后再依据总的控制顺序要求，把这些状态组合形成状态转移图，后依一定的规则将状态转移图转绘为步进梯形图程序。因此步进梯形图和状态转移图是一一对应的，在进行编程时，我们首先是要根据设备的工艺过程控制要求，绘出状态转移图。

　　
状态法编程思想其实就是将复杂的顺序控制过程分解为若干个工作“状态”，然后分别进行编程，后再组合成整体程序。这种编程方法可以使编程工作程序化和规范化，是 PLC 程序设计的重要方法。状态转移图是状态编程的工具，图中包含了顺序控制程序所需用的全部状态及各状态间的相互联系。对某一具体状态来说，状态转移图给出了该状态的驱动任务、状态转移的条件和状态转移的方向。因此，状态转移图可以非常清晰地表达出顺序控制的整个工艺流程，形象直观，可读性很强，特别在复杂的顺序控制程序中应用起来非常方便。

　
　例如，某 PLC 控制的送料小车，小车原位停止时压下限位开关 SQ1（X0），按下启动按钮 SB（X2），Y2接通小车前进，当运行到料斗下方时压下限位开关SQ2（X1），Y2 断开小车停止，同时 Y0 接通料斗门打开给小车加料，延时 10 秒后关闭料斗，Y3 接通小车后退返回，当回到原位时压下限位开关 SQ1（X0），Y3断开小车停止，Y1 接通小车底门打开卸料，延时 8 秒后卸料结束，完成一次动作，并可以循环。

　　
该运料小车控制系统为典型的顺序控制，采用状态编程，其状态转移图如图 1 所示。 在负载驱动部分，Y1 前面加 X1 的常闭的作用是压下限位开关后，能让电动机的电源及时切断，确保准确定位，从而保证运料小车工作的可靠性。小车运动控制状态转移图可以转换成对应的步进梯形图，步进开始用STL 指令，其具有主控和跳转功能，确保各状态驱动严格按顺序进行，步进结束用 RET 指令返回。

图 1 状态转移图

2 使用启动- 保持 - 停止电路编程

　　
启动 - 保持 - 停止电路是基本的 PLC 控制电路，有关断优先和接通优先两种形式，一般采用关断优先控制，同时也可以衍生出许多常用控制电路程序。利用启动 - 保持 - 停止电路思想，按照实际的控制逻辑，也可以很方便的设计出顺序控制程序。

　　
例如某设备工作循环为：X1 接通后 Y1 接通—X2 接通后 Y2 接通，同时 Y1 断开—X3 接通后 Y3 接通，同时 Y2 断开—X4 接通后 Y1 接通，同时 Y3 断开，自动循环。利用启动 - 保持 - 停止电路设计的控制梯形图如图 2 所示，系统启动后能一直按顺序自动循环运行，若 X5 接通，则 Y0-Y3 都断开，系统停止工作。控制梯形图利用常开常闭触点、线圈等来实现输出的顺序接通控制，控制逻辑也很直观，停止信号接通时，执行数据传送指令 MOV，使 Y0-Y3 都清零断开，实现设备停止。

 
图2 起保停实现顺序控制

3 使用置位和复位指令编程

　　利用置位指令 SET 和复位指令 RST 也可以实现顺序逻辑控制，图 3 所示的顺序控制可以改为利用SET 和 RST 来实现。由于作用于输出继电器这类位元件时，SET 指令是实现接通并且保持，RST 指令是断开并且保持。因此控制程序中就不再需要用输出继电器的常开触点来自锁，直接由触点逻辑条件来控制输出继电器的复位和接通就可以，这种编程方法的顺序转换关系明确，程序也很容易理解，常用于控制系统中手动控制程序的设计。

图3 位移位指令顺序循环控制

4 使用移位指令编程

　　FX 系列 PLC 的移位指令常用的有循环移位指令和位移位指令。循环移位指令可以使数值或状态实现自动循环移位变换，使用简单，但是只能操作 16位或 32 位数据，使用受到限制。位移位指令使用灵活，可以对范围内的任意位数据移位。用移位指令设计的梯形图看起来简洁，指令也较少，但对较复杂控制系统设计就不方便，在工业控制中较少使用，大多数应用于彩灯顺序控制电路中。如图 3 所示的控制程序，利用位移位指令实现了 Y0—Y11 共 10 个输出继电器的顺序轮流接通。当 X0 接通时，Y0—Y11 正序轮流接通 1 秒；当 X0 断开时，Y0—Y11 反序轮流接通 1 秒，且能循环。如果输出接彩灯即可以实现彩灯的顺序自动控制。

当你写完梯形图，后写上END语句后，必须进行程序转换，转换功能键有两种，在下图5-8的箭头所示位置。

   在程序的转换过程中，如果程序有错，它会显示，也可通过菜单“工具”，查询程序的正确性。                                          

   只有当梯形图转换完毕后，才能进行程序的传送,传送前，必须将FX2N面板上的开关拨向STOP状态，再打开“在线”菜单，进行传送设置，如下图5-9所示：

                        图  5-9

   根据图示，你必须确定你的PLC与计算机的连接是通过COM1口还是COM2口连接，在实验中我们已统一将RS-232线连在了计算机的COM1口，你在操作上只要进行设置选择。

    写完梯形图后，在菜单上还是选择“在线”，选中“写入PLC（W）”，就出现如图5-9

                     图  5-9    

    从图上可看出，在执行读取及写入前必须先选中MAIN、PLC参数，否则，不能执行对程序的读取、写入，然后点击“开始执行”即可。

1 PLC 的优点
 

　　1.1 可靠性高，抗干扰能力强

　　可靠性是电气设备的关键性能。 在 PLC 的设计和制造过程中， 由于采用了现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺来制造内部电路，PLC 具有先进的抗干扰能力，使用 PLC 的平均无故障时间通常在 20 000 小时以上，这是一般的其他电气设备做不到的。
 

　　1.2 配套齐全，功能完善，适用性强

　　虽然 PLC 的种类繁多， 但由于其产品的系列化和模块化，且软件包齐全， 用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。除了逻辑处理功能外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种控制领域。 近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使PLC 的应用扩展到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC组成各种控制系统变得更加容易。
 

　　1.3 编程语言易学易用

　　PLC 一般采用易于理解和 掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指令编写程序，易于为工程技术人员所接受。 梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图相当接近， 只用PLC 的少量开关 量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人打开了方便之门。
 

　　1.4 维护工作量小，维修方便

　　PLC 用存储逻辑代替接线逻辑 ，大大减少了控制设备的外部接线。 同时具有很强的自我诊断能力， 能随时查出自身的故障，并显示给技术人员，使技术人员能迅速检查、判断故障的原因。如果是 PLC 自身的原因，在维修时只需更换插入式模块及其它易损坏的部件即可，既方便又减少了影响生产的时间，使维护也变得容易起来。
 

2 PLC 技术在工业自动化领域中的应用分析
 

　　2.1 开关量逻辑控制

　　这是 PLC 广泛的应用领域， 它取代传统的继电器控制，按照逻辑条件进行顺序动作， 按照逻辑关系进行互锁保护动作的控制。 PLC 应用于单机控制、多机**制、自动生产线控制等。

　　
2.2 运动控制

　　运动控制主要指对工作对象的位置、速度及加速度所做的控制。 可以是单坐标，即控制对象做直线运动；也可是多坐标的，控制对象做平面、立体，以及角度变换等运动。 有时，还可控制多个对象，而这些对象间的运动可能还要有协调。 这对于**控制精度、响应速度和能源利用率有着重要意义。

　　
2.3 过程控制

　　PLC 已广泛地应用于连续过程控制领域。 过程控制是对电流、电压、温度、压力等模拟量的闭环控制。 过程控制的目的就是根据有关模拟量的当前与历史的输入状况， 产生所要求的开关量或模拟量输出，使系统工作参数能按一定要求工作。 这是连续生产过程常用的控制。

　　
2.4 数据处理

　　信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。 随着技术的发展，PLC 不仅可用于系统的工作控制，还可用于系统的信息控制。

　
2.5 通信与联网

　　依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息， 形成一个统一的整体。工厂自动化网络发展很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。有的企业将不同厂商的 PLC 设备连接到单层或多层网络上， 相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理，从而实现全车间甚至全厂的综合自动化。

在机械工业中，传统普通车床仍占有相当比例，其中部分车床采用液压系统来控制刀具的自动切换，机床电气控制部分多应用继电器——接触器控制来实现，这类系统元器件多，体积大，连线复杂，可靠性和可维护性低，故障率高，工作效率低，而随着计算机技术、电子技术等的发展，计算机控制技术在液压传动控制中也得到了广泛的应用。以计算机技术为核心的PLC(可编程序控制器)具有抗干扰性强，运行可靠等诸多优点在工业自动化领域已被广泛应用。本文即是利用PLC控制技术，对传统液压回路进行系统控制设计，变传统电气控制为PLC控制。

1 工作原理

　　1.1车床液压控制回路的液压元件构成

　　此车床液压控制回路主要由以下原件组成：左夹紧液压缸用于夹紧工件和卸下工件，中横向进给液压缸带动刀具横向进给，右纵向进给液压缸带动刀具纵向进给，6个电磁换向阀控制进给液压缸的前进与后退，2个调速阀控制进给液压缸进给速度，双联泵提供液压油输出，另外采用3个单向阀控制液压油流动方向，减压阀和压力继电器监控夹紧缸的油压。

　　
1.2 车床液压控制回路的工作原理

　　液压控制回路如图1所示，其作用主要是能够控制车床完成完整的切削加工过程，并且工作一个循环，分为8个步聚：1、装件夹紧；2、横快进；3、横工进；4、纵工进；5、横快退；6、纵快退；7、卸下工件；8、原位停止；各步骤的切换分别由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7控制，具体工作循环如图2所示。行程开关用于控制液压回路中6个电磁换向阀电磁铁的通电与否，进而改变液压油流向，影响液压缸实现动作顺序，完成切削过程。断电情况如表1所示。

                                                   图1 车床液压控制系统
 

                                              电磁铁动作顺序表 
 

　　(1)装件夹紧。接通液压回路电源，按下启动按钮SB1，电磁铁6YA、7YA通电，5YA失电，两阀右位接人液压回路，双联泵左侧高压小**泵提供高压液压油，保证夹紧力；此时夹紧液压缸右腔进油，活塞左移，完成工件的夹紧。

　　(2)横快进。活塞左移到一定位置，工件夹紧后，压下行程开关SQ1，此时7YA断电使双联泵右侧低压大**泵提供大**液压油，1YA通电使该阀左位接通，横向进给液压缸下腔进油，带动刀具快进，实现横向快进动作。

                                                   图2 工作循环图
 

　　(3)横工进。当横向进给液压缸到达切削加工区域时，压下行程开关SQ2，此时电磁铁1YA、3YA、6YA、7YA通电，此处快速油路切断，液压油从其右侧调速阀经过，从而控制横向液压缸进给速度，完成横向工进，对工件进行横向切削加工。

　　(4)纵工进。横向进给液压缸到达一定位置时，压下行程开关SQ3，此时电磁铁1YA、2YA、3YA、4YA、6YA、7YA通电，纵向进给液压缸右腔进油，回油从调速阀经过，液压缸带动刀具进行纵向切削加工，完成纵工进给动作。

　　(5)横快退。纵向切削加工完成后，进给液压缸压下行程开关SQ4，IYA、3YA、7YA断电，使双联泵低压大**提供液压油，横向液压缸带动刀具快速后退。

　　(6)纵快退。横快退完成后，液压缸压下行程开关SQ5，此时电磁铁2YA、4YA断电，使两阀右位接通，纵向进给液压缸左腔进油，带动刀具完成纵向快速后退动作。

　　(7)卸下工件。纵快退动作完成后，液压缸压下行程开关SQ6，此时电磁铁5YA、7YA得电，6YA断电。使双联泵左侧高压小**泵提供高压液压油，保证卸下工件动作平稳进行；完成卸下工件动作。

　　(8)原位停止。卸下T件后，活塞杆退回原位，压下行程开关SQ7，此时所有电磁铁都断电，液压系统恢复原始停止状态。

2 PLC控制系统设计

　　PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

　　目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，在各个领域的应用都得到了广泛的发展。

PLC具有自己的特点：
1、可靠性高，抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时问高达30万小时。
2、配套齐全，功能完善，适用性强；现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。目前已经渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
3、易学易用，深受工程技术人员欢迎；PLC作为通用工业控制计算机，接口容易，编程语言简单，容易掌握。
4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；5、体积小，重量轻，能耗低 。

　　
本设计采用三菱FX2N-32MR型PLC进行控制设计。

　　
2.1 液压回路控制系统硬件设计

　　系统中输入信号由行程开关及按钮产生，其中按钮SB1控制系统启动，按钮SB2控制系统停止；输出信号主要控制液压回路中的7个电磁阀。PLC硬件具体输入输出分配如表2所示。
 

输入输出分配表 

　　
2.2 液压回路控制系统软件设计

　　根据前文所述的控制要求，可绘制出PLC梯形图如图3所示。

图3 PLC 控制梯形图

3 结束语

　　对传统的液压回路控制由继电器——接触器控制系统变为PLC控制，可充分利用PLC控制的优点，增加控制的灵活性。让电磁阀与计算机相联接，可实现数据处理的自动化，使得自动化程度越来越高。PLC控制系统具有很好的柔性，特别是改变工艺路线时，只需改变控制程序，系统元件不需重新安装，不需改变电气控制柜中继电器硬接线逻辑，投资较少，灵活性大大**，故障率低，使用起来更加方便