西门子6ES7223-1BM22-0XA8实体经营

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1、项目描述

某交通信号灯采用PLC控制。信号灯分东西、南北两组，分别有红黄绿三种颜色，假设东西方向交通比南北方向繁忙一倍，因此东西方向的绿灯通行的时间多一倍。其控制要求按照图9-10时序控制图所示，按下启动按钮开始工作，按下停止按钮停止工作，“白天/黑夜”选择开关闭合时为黑夜工作状态，这时只有黄灯闪烁，断开时按时序控制图工作。

2、实训要求

2.1输入和输出点分配表

2.2  PLC接线图

2.3  程序设计

根据时序图，画出交通灯控制的顺序功能图如图9-12所示。

当PLC进入RUN状态，M0得电自锁。当白天/黑夜开关S断开，此时动断触点X2闭合，因停止按钮是断开的，X1动断触点闭合，此时按下启动按钮，动合触点X0闭合，因此状态由M0转到M1，Y2、Y3得电，红2、绿1灯亮。延时20秒后，状态由M1转到M2，红2亮、黄1闪（闪烁由图9-11中的C16实现）。又延时5秒后，状态由M2转到M3，红1、绿2灯亮。延时40秒后，状态由M3转到M4，红1亮、黄2闪。又延时5秒后，状态由M4转回到M0，执行下一循环。

当白天/黑夜开关S闭合时，只有黄灯的闪烁，问题是这样解决的： M8012（PLC机内内部产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器），其线圈由PLC自动驱动，即 PLC通电后M8012保持100ms的周期振荡，利用其动合触点驱动计数器线圈C16，当C16累计到10个脉冲时（1s时间），计数器C16动作，C16动合触点驱动时间继电器T4，T4定时1s后动作，T4动合触点闭合将C16复位，其后周而复始，使C16线圈接通1s后又断开1s，动断触点C16接到控制线圈Y1和Y4回路，使Y1和Y4时而接通1s时而断开1s，从而产生了在黑夜开关S闭合时黄灯闪烁的效果，其梯形图程序见图9-13。

 

当按下停止按钮，X1闭合，其动断触点X1分别接到Y0~Y5的线圈回路，使Y0~Y5断电，所有灯灭。同时使程序从MO后不再执行。

2.4 运行并调试程序

(1)将梯形图程序输入到计算机。

(2)按图9-11所示连接好PLC的输入与输出端，将PLC与计算机连接好。

 

（3）对程序进行调试运行。

将S闭合，按下启动按钮SB1，观察HL1～HL6的指示状态。

将S打开，按下启动按钮SB1，观察HL1～HL6的指示状态。按下停止按钮，再观察HL1～HL6的指示状态

引言

      闪光对焊作为一种先进的焊接技术，具有无需添加焊接材料、生产率高、成本低、易于操作等优点。随着工业技术的不断发展，焊接的零件截面越来越大，遇到了一些技术问题，如焊接加热难、生产率低、产品合格率低等。为了解决闪光对焊中存在的这些问题，许多焊接工作者对闪光对焊工艺过程进行了一系列的研究，创建了高效率、低能耗的闪光对焊方法，如脉冲闪光对焊法、程序降低电压闪光对焊法。控制闪光对焊工艺过程，使之在保证焊接质量的前提下尽可能提高生产率，是我们一直以来追求的目标。考虑到影响闪光对焊焊接质量的因素，本文利用PLC系统来控制闪光对焊工艺过程，实现了对焊接质量控制的目的，从而提高了闪光对焊的生产率。

1 机械机构及过程分析

1.1 闪光对焊的机械装置及动作过程

      如图1所示为闪光对焊的机械装置，其动作过程分析如下：
1.1.1 预调

      闪光对焊焊接工艺前期准备工作，即机械机构的调整、焊接参数的选取等。闪光对焊的主要规范参数有：调伸长度、闪光速度、闪光电流密度、顶锻速度、顶锻压力、夹紧力等。
      调试完成后，将工件装卡到工作台上。

1.1.2 夹紧与定位

      按下启动按钮，电磁阀PQ1、PQ2、PQ3线圈带电，压缩气体经过三大件流入夹紧气缸1、2上气室，压缩气体推动活塞杆向下运动压紧工件1、2，直到压紧开关闭合为止。
      同时从气泵流出的气体经三大件进入定位气缸3的上气室,推动定位杆向上运动，为工件对准准确定位。定位结束，电图1 闪光对焊的机械装置磁阀PQ3线圈去电，定位杆弹回。

1.1.3 焊接

      接通焊接开关，保持电磁阀PQ1、PQ2 和PQ4线圈带电，电磁阀PQ5线圈不带电，压力气体经低压三大件，进入推进气缸4右气室，推动活塞杆、动夹具带动工件2向工件1运动，直到工件1、2接触，达到预先设定的位置，推进开关闭合。工件1、2接触的瞬间，即开始通电加热。当闪光加热达到预定温度时，电磁阀PQ5线圈带电，压缩气体经过高压三大件推动推进气缸、动夹具以很大的压力进行快速顶锻。随即切断焊接电流，并保持一段时间，使接头冷却、凝固。焊接时间到，断开焊接开关，焊接过程结束。

1.1.4 复位

      电磁阀PQ4、PQ5线圈去电，推进气缸气路换向，低压气体进入推进气缸4左气室推动推进气缸带动工作台向右运动，推进气缸4复位。电磁阀PQ1、PQ2线圈去电，气路换向，压紧触头弹回，气缸1、2复位。此时，一次闪光对焊焊接过程已完成，所有装置原位等待，准备进入下一焊接循环。

1.2 闪光对焊时序分析

      由于执行机构部件较多且各部件动作存在时序性，故先做出工艺时序图，便于时序分析。闪光对焊焊接过程可概括为：预调—定位—夹紧—推进—焊接—顶锻—保持—复位等几个阶段。如图2所示为闪光对焊工艺过程时序图。

2 PLC控制过程的实现

2.1 PLC型号的选择

      PLC，即可编程控制器是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前已广泛应用于机械、冶金、化工、焊接等各个领域。根据闪光对焊焊接工艺要求及价格等诸多因素，在此选用了欧姆龙公司生产的CPM1A系列的PLC，该系列主机按I/O点数分为10点、20点、30点和40点四种。实验中选择了30点的PLC主机，电源类型为DC24，晶体管输出。该种机型设有18个输入点（00000～00011，00100～00105），12个输出点（01000～01007，01100～01003）,其结构紧凑、功能性强，具有很高的性价比，适合于小规模控制。

2.2 PLC的I/O分配

      根据闪光对焊工艺要求，占用了PLC的17个输入点（00003～00009，00100～ 00107， 及00000和00001两个高速计数输入端） ，7个输出点（01000～ 01006），具体I/O分配如下表所示。

2.3 PLC与外围电路的连接

      用可编程控制器（PLC）代替时间继电器，实际上是以“软”继电器（编程元件）代替“硬”继电器（实际元件）。为实现此要求，首先应对原控制系统中的控制要求和动作过程进行分析，在明确划分控制过程各个状态及其动作特点的基础上，设计PLC的外围电路。
      如图3所示为根据PLCI/O分配表设计的PLC外围电路图，可以准确方便地控制闪光对焊动作过程，实现自动控制的目的。

3 结束语

      3.1 机械装置通过高压三大件和低压三大件两条气路来控制闪光对焊的推进和顶锻过程， 既保证了工件推进的准确行程，又满足了顶锻阶段的高压要求，为控制闪光对焊焊接循环提供了便利条件。整个过程操作方便，机械化程度高。

      3.2 控制系统不同于以往的继电器控制，将PLC控制系统应用于闪光对焊的控制过程中，线路简单、使用与维护方便、控制精度高，既实现了焊接过程的机械化、自动化，又保证了操作过程的灵活性和安全性，在焊接工业领域具有广泛的应用前景。

前言

　　可编程序控制器用于液压传动系统和相应的顺序逻辑控制系统，取代原有的继电器逻辑控制已相当普遍。程序编制方法大多数以梯形图为依据的指令语句方式。在工步数不多、逻辑关系不太复杂的情况下，编程并不难，然而如果工步数多，输入、输出逻辑关系比较复杂，如何根据受控设备的动作程序和工艺要求，一次设计出满足控制要求、线路简单、运行可靠的顺序逻辑控制梯形图，这对设计经验不很丰富的设计者来说并非容易，原因是顺序逻辑控制系统每一程序的输出状态不仅与该步的即时输入状态有关，而且与该步的历史输入状态有关，输入、输出关系千变万化，难于掌握。
　　再者目前国内使用的PLC中小型多以日本产品为主，大型以欧美产品为多，机型各种各样，没有明确一致的标准，编程元件的种类、数目、编程语言等各方面都不相同，互不兼容，这给控制系统的设计、编程、调试及运行维护带来困难，希望能开发出一种设计方法严密、规则性强、通用性强、能适应各种PLC且使用、维护方便灵活、系统构成简单、可靠的编程软件，为此我们作了一些初步的探讨。

2　设计思想与方法

　　顺序逻辑控制法中系统的一个工作周期被分为顺序相连的若干步，在各步内，各输出量的通/断状态不变，并规定：只是由于电气信号的改变，才引起受控设备工步的改变，即当PLC输出量的状态变化时，系统从原工步进入新的工步。设计中不是用PLC的输入X直接控制输出Y，而是用PLC输入的转换主令信号X去控制代表工步状态的辅助继电器M，用利用M去控制Y。不管系统多么复杂和千变万化，对M的控制要求都是一样的。因此用X控制M的梯形图设计方法是通用的，并且容易掌握，系统的特殊性体现在输出电路上，虽然不同系统的M与Y的逻辑关系各不相同，但是由于工步是根据PLC的输出状态来划分的，M与Y之间的逻辑关系变得非常简单。

　　(1)工步状态表构成

　　梯形图自动生成逻辑的全过程都在一张PLC顺序逻辑控制系统输入、输出工步状态表内进行。如机械手受控设备工步状态表的结构见表1。表中的符号“+”表示输出继电器得电导通状态，“-”表示失电状态，辅助继电器纵向连续直线代表连续导通状态，转换主令是受控设备从该步向下一工步转换的电气控制信号，表中规定受控设备处于原位时也作一个工步状态处理，共有9个工步。

表1

(2)辅助继电器M设置及导通逻辑式

　　辅助继电器设置规则：
　　①确定辅助继电器数目，工步数为n，则辅助继电器数目m=n/2，若求得的值为小数，则取大于它的小整数；
　　②每个工步只有一个辅助继电器动作，变化小、元件少、线路简单、可靠性高。
　　③每个辅助继电器在一个周期中只导通一次，失电一次，并且所有辅助继电器同方向动作，连续导通m步，不同的辅助继电器其导通位置不同，先顺序逐个导通m个工步，然后逐个失电(见表1)，1工步受转换主令1SB、1SQ、3SQ激励，M1导通，6工步受转换主令6SQ激励，M1失电，以下顺序类推。
　　依据上述规则，可得出辅助继电器导通逻辑式：
　　当工步号i=1时：

(1)

　　当工步号i≤m-1　AND　n(工步数)为偶数时：

(2)

　　当工步号i=m　AND　n为偶数时：

(3)

　　当n为奇数时，i＜m-1，Mi导通逻辑同式(1)、式(2)；若i=m-1，则Mi导通逻辑同式(3)；
　　若i=m，则：
　　Mi=(i工步转换主令与逻辑+Miv)Mi-1  (4)

　　如表1所示，则有：

　　(3)输出继电器导通逻辑公式

　　推导输出继电器导通逻辑式的充分必要条件是受控输出继电器输出状态逻辑式的“与—或”逻辑组合必须覆盖该继电器的所有导通程序步，但不覆盖其任一失电程序步。Y是用M来控制，一个工作周期中，输出继电器导通状态有如上几种情况：
　　①单步导通；
　　②连续导通k步；
　　③上述两种情况的逻辑组合。
　　周期的前半部分，输出继电器通、失电都由某个辅助继电器M的导通控制；在周期后半部分，Y的通、失电都是由M的失电控制。n与m的含义同前；i表示某个输出继电器开始通电时的步号；j表示第j个输出继电器，如Yij表示在i工步开始导通的第j个输出继电器Y；k表示第j个输出继电器连续导通的工步数。

　　当i=0时：
　　若k＜m，则yij=　 　　(5)
　　若k=m，则yij=　　　 　　(6)
　　若k＞m，则yij=+Mk-m　　　　(7)
　　当i≠0　AND　i＜m时：
　　若i+k≤m，则yij=　　　(8)
　　若i+k＞m，则yij=Mi·Mi+k-m　　　(9)
　　当i=m时：
　　若i+k-m＝m，则yij=Mm　　　 　(10)
　　其他情况　则yij=Mm·Mk　　　　(11)
　　当i＞m时：

     (12)

　　根据上述逻辑公式，得到yj各导通程序段的逻辑式，然后依照充分必要条件，求出覆盖yj全部导通段程序步的逻辑组合，即可得到yj的导通逻辑，如表1所示，求得：

　　(4)时间继电器导通逻辑式
　　顺序逻辑控制系统在某些情况下需要以预先规定好的时间为条件，对受控设备顺序地进行控制，要用定时器作延时，用延时结束时，常开接点闭合信号作下一工步的转换主令。当定时器的延时信号发出后，其线圈何时失电无特殊要求，为了使其控制尽可能简单，拟定定时器与某个相对应的辅助继电器同步得电或失电。

3　PLC梯形图自动生成CAD系统

　　梯形图自动生成逻辑的全过程是以PLC顺序逻辑控制系统输入、输出状态表为依据，用上述分析的数学模型，自动生成梯形图，整个程序用C语言编制，设计中首先要输入受控设备的工步状态表，为了便于扩充，适用不同工况，数据选用链表结构。其结构如下：

struct plcx{　/*转换主令链*/
　　char x〔5〕；　/*每步主令*/
　　struct plcx *xnext；
　　}；
struct plcy{　/*输出继电器链*/
　　char y〔5〕；　/*输出继电器*/
　　struct plcy *ynext；
　　}；
struct plcy {　/*定时器链*/
　　char t〔5〕；　/*时间继电器*/
　　float tb；　/*时间常数*/
　　int tn；　/*断开时间继电器步序号*/
　　struct plct *tnext；
　　}；
struct plcc；　/*计数器链*/
　　char c〔5〕；　/*计数器*/
　　int cb；　/*计数常数*/
　　int crnl；　/*1-初始复位，0-初始不复位*/
　　struct plccb *blist；　/*计数逻辑链*/
　　struct plccr *rlist；　/*复位逻辑链*/
　　}；
struct plccb{　/*计数逻辑链*/
　　char cb〔5〕；　/*计数逻辑*/
　　struct plccb *bnext；
　　}；
struct plccr{　/*复位逻辑链*/
　　char cr 〔5〕；　/*复位逻辑*/
　　struct plccr *rnext；
　　}；
struct PLC{
　　struct plcx *xlist；　/*主令链*/
　　struct plcy *ylist；　/*输出链*/
　　struct plct *tlist；　/*时间链*/
　　}；
struct PLC P_num〔MAX〕 　/*PLC结构数组*/
struct Plcc c_num〔MAX〕　/*计数器结构数组*/
　　程序流程如图1所示。

图1　总体流程图

4　模拟试验

　以双动薄板拉伸液压机为对象进行模拟试验，根据受控对象工艺要求拟定工步状态表如表2所示。

表2

工
步
号动作元件发讯
(输入)电磁铁(输出)计时器Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9T1T20电机启动SB1-----------1压边梁加速下行SB3+-----+-+--2压边梁加压保压SQ6+-----+-+--3拉伸梁加速下行SB5
SP2+-+--+-----4拉伸梁减速下行SQ2+-++-+-----5拉伸梁加压拉伸SQ3
SP1+-++-+---+-6拉伸梁卸压SB6
KT1-+---------7拉伸梁拨摸SP3+---+------8拉伸梁回程SQ2+-+-+------9压边梁卸压SB4
SQ1-+-----+--+10压边梁回程SP2
KT2+------+-
-11静止SB2
SQ5----------- 从表2中可见，工步数n=12，设置辅助继电器数目m=12/2=6，M导通逻辑：

　　输出继电器Y的导通逻辑式为：

y3=M3·+·M3；y7=M1·；
　　y4=M4·；　　　　　　　　y8=·M5；
　　y5=·M3；y9=M1·。
　　定时器导通逻辑式为：
　　T1=M5；　T2=·M6。
　　自动生成梯形图如图2所示。

5　总结

　　上述PLC顺序逻辑控制梯形图自动生成CAD系统中，根据受控设备工步状态表，以辅助继电器作记忆单元，按确定的规则，推导出辅助继电器M和输出继电器Y导通逻辑式，作数学模型，在计算机中自动生成梯形图，输出继电器逻辑式正确性充分必要条件是本设计法可靠的主要保证，以此为依据，设计规律性强，规则严密，容易掌握，适用性好。本程序用C语言编制，工步数目前可达256步，原则上可达任意多步。各类设备，凡属顺序逻辑控制范畴的都可使用本程序进行设计。本设计方法经过实例验证，完全满足设计要求。现我们正在进行开发自动生成梯形图文件，可随时编辑修改，根据用户使用PLC型号自动生成指令语句程序，向下装载到PLC上，仿真运行