液压系统压制物体的控制方案及电磁铁动作顺序

初学者在进行PLC控制系统的设计时，往往不知从何入手，其实PLC控制系统的设计有一个相对固定的模式，只要读者掌握了前述章节的知识，再按照这个模式进行，一般不难设计出正确的控制系统。以下用一个例子来说明PLC控制系统的设计过程。

【例5-7】有一台油压机，其液压系统如图5-49所示，其动作循环过程为：

1）当通电后1YA有电，液压缸实现快进。

2）当压下行程开关SQ2时，3YA有电，回油流经调速阀1实现一工进。

3）当压下行程开关SQ3时，4YA有电，回油流经调速阀2实现二工进。

4）当压下行程开关SQ4时，油缸开始压制物体，当无杆气腔油压力低于4MPa时，进行补压，当无杆气腔油压力高于6MPa时，5YA有电卸荷，液压系统的油压高于4MPa，并保持5min后，1YA断电，2YA有电，油路反向，实现油缸快退，当压下行程开关SQ1时，5YA有电，系统卸荷。其中SP1压力继电器在4MPa时动作，SP2压力继电器在6MPa时动作。

图5-49 液压原理图

【解】

1.确定控制对象和控制范围

首先，要详细分析被控制对象、控制过程和要求。对于本例，控制对象就是液压系统，控制过程可以用表5-2表示。

表5-2 电磁铁动作顺序

（续）

本例的输入/输出信号较多，而且逻辑过程也比较复杂，因此本液压系统适合用PLC控制。

2.PLC的选型

PLC的种类繁多，不同种类的PLC功能差异很大，价格差距也很大，这为挑选PLC提供了很大的空间。机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，力争选用性能价格比高的，并且可以升级的产品。通常选型要注意以下几点：

（1）功能的选择

对于只有开关量和少量模拟量的控制设备，一般选用小型PLC；对于有较多模拟量控制、有复杂的通信、多闭环控制系统，一般根据其规模选用中高档PLC机型；对于本例只有开关量，而且点数不超过20点，因此选用中小型机足够，选择面十分广泛，市面上的PLC应都能满足要求。

（2）基本单元的选择

基本单元的选择主要包括相应速度、结构形式和扩展能力。

PLC输入信号与响应的输出信号之间存在着一定的时间延迟，称为延时时间，PLC的延迟时间短则响应速度快。对于以开关量为主的系统，PLC的响应速度能够满足要求，无需特殊考虑，而以模拟量为主的系统则必须考虑。本例只有开关量，因此不必考虑响应速度。

一般PLC有整体式和模块式两种结构形式，前者的价格便宜，而且通常小型PLC多采用整体式结构。

在扩展方面也应注意，如通信扩展，设计时不需要，并不代表以后用户一定不用。

（3）内存容量的估算

本系统有SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SP1、SP2、起动SB1、停止SB1、复位SB3和急停SB410个输入信号，输出有1YA、2YA、3YA、4YA、5YA、EL和电动机的起动KM7个信号。输入、输出信号共有17个，一般在选型时输入和输出点数要比实际多20%～30%，富裕的点数通常预留给用户。所以输入、输出点数为17×（1+25%）≈21，可以初步选定输入、输出点数和为21。

由于西门子的S7-300 PLC性能可靠，故选定的型号为：CPU 313C（当然，读者也可以选用其他品牌的PLC，如三菱的FX系列PLC），此机型有16个输入，16个输出。又因为本例的控制要求中没有提出通信等特殊要求，所以不需要选用特殊模块。(www.zuozong.com)

3.PLC控制系统的硬件设计

（1）PLC的I/O分配

PLC的I/O分配表见表5-3。

表5-3 PLC的I/O分配表

（2）PLC的硬件系统设计时要注意以下问题

①西门子S7-300 PLC输入端需外接DC24V电源，可以选用西门子生产的电源，但西门子的电源价格较高，使用市面上的品牌开关电源是完全能够满足要求的。这点有别于三菱FX系列PLC，三菱FX系列PLC的输入端不要外接电源。

②输入端开关（如按钮）一般都用常开触点，但注意急停开关必须接常闭触点，尽管从逻辑上讲，急停开关接常开触点是可行的，但如果急停开关接常开触点，由于某些情况下，急停开关的连线断开，系统仍然能正常工作，但紧急情况下，特别是重大事故发生时，急停开关将不能起到作用，很容易发生事故。如果急停开关接常闭触点，只要急停开关的连线断开，系统就不能正常工作。因此，“急停开关”总是能起到作用。

③输出端若用直流电源，则最好与接触器或继电器线圈并联一个续流二极管，续流二极管起续流作用。读者应注意二极管的接法，若接反，则会短路。

④输出端若用交流电源，则最好与接触器或继电器线圈并联一个浪涌吸收器。

⑤接触器的电源是220V交流电，而电磁阀的电源是24V直流电，因此二者一定不能共用一组输出。

⑥在画I/O接线图前务必认真阅读选定型号PLC的使用说明书，否则极易出错。

⑦由于PLC的继电器比较小，允许通过的电流只有2A，损坏后不易更换，因此建议将每个输出点转接一个中间继电器，再由中间继电器控制电磁阀和接触器的线圈，尽量保护PLC。

4.PLC控制系统的软件设计

先画I/O接线图，如图5-50所示，再画功能图，如图5-51所示，根据功能图画程序图，如图5-52～图5-53所示。

图5-50 I/O接线图

图5-51 功能图

图5-52 OB100中的程序

图5-53 OB1中的程序

图5-53 OB1中的程序（续）

图5-53 OB1中的程序（续）