2.1 常用的经典编程环节

实际的PLC程序往往是某些典型电路的扩展与叠加,因此掌握一些典型电路对大型复杂程序编写非常有利。鉴于此,本节将给出一些典型的电路,即基本编程环节,供读者参考。

2.1.1 启保停电路与置位复位电路

(1)启保停电路

启保停电路在梯形图中应用广泛,其最大的特点是利用自身的自锁(又称自保持)可以获得“记忆”功能。电路模式如图2-1所示。

当按下启动按钮,常开触点I0.0接通,在未按停止按钮的情况下(即常闭触点I0.1为ON),线圈Q0.0得电,其常开触点闭合;松开启动按钮,常开触点I0.0断开,这时“能流”经过常开触点Q0.0和常闭触点I0.1流至线圈Q0.0,Q0.0仍得电,这就是“自锁”和“自保持”功能。

当按下停止按钮,其常闭触点I0.1断开,线圈Q0.0失电,常开触点断开;松开停止按钮,线圈Q0.0仍保持断电状态。

图2-1 启保停电路

编者心语

① 启保停电路“自保持”功能实现条件:将输出线圈的常开触点并于启动条件两端。

② 实际应用中,启动信号和停止信号可能由多个触点串联组成,形式如下图,请读者活学活用。

③ 启保停电路是在三相异步电动机单相连续控制电路的基础上演绎过来的,如果参照单相连续控制电路来理解启保停电路,就会非常方便。演绎过程如(翻译法)图所示。

(2)置位复位电路

和启保停电路一样,置位复位电路也具有“记忆”功能。置位复位电路由置位、复位指令实现。电路模式如图2-2所示。

图2-2 置位复位电路

按下启动按钮,常开触点I0.0闭合,置位指令被执行,线圈Q0.0得电,当I0.0断开后,线圈Q0.0继续保持得电状态;按下停止按钮,常开触点I0.1闭合,复位指令被执行,线圈Q0.0失电,当I0.1断开后,线圈Q0.0继续保持失电状态。

2.1.2 互锁电路

有些情况下,两个或多个继电器不能同时输出,为了避免它们同时输出,往往相互将自身的常闭触点串在对方的电路中,这样的电路就是互锁电路。电路模式如图2-3所示。

图2-3 互锁电路

按下正向启动按钮,常开触点I0.0闭合,线圈Q0.0得电并自锁,其常闭触点Q0.0断开,这时即使I0.1接通,线圈Q0.1也不会动作。

按下反向启动按钮,常开触点I0.1闭合,线圈Q0.1得电并自锁,其常闭触点Q0.1断开,这时即使I0.0接通,线圈Q0.0也不会动作。

按下停止按钮,常闭触点I0.2断开,线圈Q0.0、Q0.1均失电。

编者心语

① 互锁实现:相互将自身的常闭触点串联在对方的电路中。

② 互锁目的:防止两路线圈同时输出。

③ 和启保停电路的理解方法一样,可以通过正反转电路来理解互锁电路,具体如下:

2.1.3 延时断开电路与延时接通/断开电路

(1)延时断开电路

① 控制要求

当输入信号有效时,立即有输出信号;而当输入信号无效时,输出信号要延时一段时间后再停止。

② 解决方案

解法一,如图2-4所示。

图2-4 延时断开电路(一)

案例解析

当按下启动按钮,I0.1接通,Q0.1立即有输出并自锁,当启动按钮松开后,定时器T39开始定时,延时3s后,Q0.1断开,且T39复位。

解法二,如图2-5所示。

图2-5 延时断开电路(二)

案例解析

当按下启动按钮,I0.1接通,Q0.1立即有输出并自锁,当启动按钮松开后,定时器T39开始定时,延时3s后,Q0.1断开,且T39复位。

(2)延时接通/断开电路

① 控制要求

输入信号有效时,延时一段时间后输出信号才接通。输入信号无效时,延时一段时间后输出信号才断开。

② 解决方案

解法一,如图2-6所示。

图2-6 延时接通/断开电路解决方案(一)

案例解析

当按下启动按钮,I0.1接通,线圈M0.0得电并自锁,其常开触点M0.0闭合,定时器T40开始定时,6s后定时器常开触点T40闭合,线圈Q0.1接通;当按下停止按钮,I0.2的常闭触点断开,M0.0失电,T40停止定时,与此同时T41开始定时,5s后定时器常闭触点T41断开,致使线圈Q0.1断电,T41也被复位。

解法二,如图2-7所示。

图2-7 延时接通/断开电路解决方案(二)

案例解析

当I0.1接通后,定时器T40开始计时,6s后T40常开触点闭合,断电延时定时器T41通电,其常开触点闭合,Q0.1有输出;当I0.1断开后,断电延时定时器T41开始定时,5s后,T41定时时间到,其常开触点断开,线圈Q0.1的状态由接通到断开。

2.1.4 长延时电路

在S7-200 SMART PLC中,定时器最长延时时间为3276.7s,如果需要更长的延时时间,则应该考虑多个定时器、计数器的联合使用,以扩展其延时时间。

(1)应用定时器的长延时电路

该解决方案的基本思路是利用多个定时器的串联来实现长延时控制。定时器串联使用时,总的定时时间等于各定时器定时时间之和即T=T1+T2,具体如图2-8所示。

(2)应用计数器的长延时电路

只要提供一个时钟脉冲信号作为计数器的计数输入信号,计数器即可实现定时功能。其定时时间等于时钟脉冲信号周期乘以计数器的设定值,即T=T1×Kc,其中T1为时钟脉冲周期,Kc为计数器设定值,时钟脉冲可以由PLC内部特殊标志位存储器产生,如SM0.4(分脉冲)、SM0.5(秒脉冲),也可以由脉冲发生电路产生。

◆ 含有1个计数器的长延时电路如图2-9所示。

◆ 含有多个计数器的长延时电路如图2-10所示。

图2-8 应用定时器的长延时电路

案例解析

按下启动按钮,I0.1接通,线圈M0.1得电,其常开触点闭合,定时器T37开始定时,300s后T37常开触点闭合,T38开始定时,200s后T38常开触点闭合,线圈Q0.1有输出。I0.1从接通到Q0.1接通总共延时时间=300s+200s=500s。

图2-9 含有1个计数器的长延时电路

案例解析

本程序将SM0.5产生周期为1s的脉冲信号加到CU端,按下启动按钮,I0.1闭合,线圈M0.1得电并自锁,其常开触点闭合,当C1累计到500个脉冲后,C1常开触点动作,线圈Q0.1接通;I0.1从闭合到Q0.1动作共计延时500×1s=500s。

图2-10 含有多个计数器的长延时电路

案例解析

本程序采用两级计时器串联实现长延时控制,其中SM0.5与计数器C1构成一个50s的定时器,计数器C1的复位端并联了C1的一个常开触点,因此当计数到达预置值50时,C1复位一次再重新计数,C1每计数到一次,C1都会给C2一个脉冲,当C2脉冲计到10后,C2状态位得电Q0.1有输出。从I0.1接通到Q0.1有输出总共延时时间为(50×1×10)s=500s。

(3)应用定时器和计数器组合的长延时电路

该解决方案的基本思路是将定时器和计数器连接,来实现长延时,其本质是形成一个等效倍乘定时器,具体如图2-11所示。

图2-11 应用定时器和计数器组合的长延时电路

案例解析

网络1和网络2形成一个50s自复位定时器,该定时器每50s接通一次,都会给C1一个脉冲,当计数到达预置值10时,计数器常开触点闭合,Q0.1有输出。从I0.1接通到Q0.1有输出总共延时时间为50s×10=500s。

2.1.5 脉冲发生电路

脉冲发生电路是应用广泛的一种控制电路,它的构成形式很多,具体如下。

(1)由SM0.4和SM0.5构成的脉冲发生电路

SM0.4和SM0.5构成的脉冲发生电路最为简单,SM0.4和SM0.5是最为常用的特殊内部标志位存储器,SM0.4为分脉冲,在一个周期内接通30s断开30s,SM0.5为秒脉冲,在一个周期内接通0.5s断开0.5s。具体如图2-12所示。

图2-12 由SM0.4和SM0.5构成的脉冲发生电路

(2)单个定时器构成的脉冲发生电路

周期可调脉冲发生电路,如图2-13所示。

图2-13 单个定时器构成的脉冲发生电路

案例解析

单个定时器构成的脉冲发生电路的脉冲周期可调,通过改变T37的预置值,改变脉冲的延时时间,进而改变脉冲的发生周期。当按下启动按钮时,I0.1闭合,线圈M0.1接通并自锁,M0.1的常开触点闭合,T37计时,0.5s后T37定时时间到,其线圈得电,常开触点闭合,Q0.1接通,当T37常开触点接通的同时,常闭触点断开,T37线圈断电,Q0.1失电,接着T37再从0开始计时,如此周而复始会产生间隔为0.5s的脉冲,直到按下停止按钮,才停止脉冲发生。

(3)多个定时器构成的脉冲发生电路

◆ 方案一,如图2-14所示。

图2-14 多个定时器构成的脉冲发生电路(一)

案例解析

当按下启动按钮时,I0.1闭合,线圈M0.1接通并自锁,M0.1的常开触点闭合,T37计时,2s后T37定时时间到,其线圈得电,其常开触点闭合,Q0.1接通,与此同时T38定时,3s后定时时间到,T38线圈得电,常闭触点断开,T37断电,常开触点断开,Q0.1和T38线圈断电,T38的常闭触点复位,T37又开始定时,如此反复,会发出一个个脉冲。

◆ 方案二,如图2-15所示。

图2-15 多个定时器构成的脉冲发生电路(二)

方案二的实现与方案一几乎一致,只不过方案二的Q0.1先得电且得电2s断3s,方案一的Q0.1后得电且得电3s断2s而已。

(4)顺序脉冲发生电路

如图2-16所示,为3个定时器顺序脉冲发生电路。

图2-16 顺序脉冲发生电路

案例解析

按下启动按钮,常开触点I0.1接通,辅助继电器M0.1得电并自锁,常开触点闭合,T37开始定时,同时Q0.0接通,T37定时2s时间到,T37的常闭触点断开,Q0.0断电;T37常开触点闭合,T38开始定时,同时Q0.1接通,T38定时3s时间到,Q0.1断电;T38常开触点闭合,T39开始定时,同时Q0.2接通,T39定时4s时间到,Q0.2断电;若M0.1线圈仍接通,该电路会重新开始产生顺序脉冲,直到按下停止按钮常闭触点,I0.2断开;当按下停止按钮,常闭触点I0.2断开,线圈M0.1失电,定时器全部断电复位,线圈Q0.0、Q0.1和Q0.2全部断电。