PLC替代（改造）继电-接触器控制系统的四步法

    图7-7所示是某纤维板生产线工艺流程框图。整个生产线由装板机、热压机、卸板机组成。开始时将板材逐层上升到标准层数，之后推板装料器将全部层数的半成品推入热压机。热压机是纤维板生产线的关键设备，按照推进半成品不同材料的厚度，在一定温度下进行多次加压成形，加压曲线如图7-8所示。根据压力的大小，精确地控制t1，t2，t3的数值，就能保证热压机的压板质量。
      图7-7    纤维板生产线工艺流程框图    热压机压板成形后自动下降，使各层成品分离。卸板机将成品从热压机推出，拉板取料器将全部层数的成品拉入卸料罐笼，由成品取出器选出第一块成品，罐笼自动逐层下降，成品一张张输出。    装板机与卸板机是开关量条件式顺序控制，输入条件是行程开关，接触开关。输出控制电磁阀，使油压系统动作或控制交流接触器操作电动机工作。热压机除了完成上升、下降程序控制外，主要是实现图7-8所示的热压特性曲线控制。系统采用了限压、限时控制，并有过压、失压、高温超时等保护或报警功能。操作方式分自动、半自动、手动三挡。操作台上有状态、位置、时间、温度、压力等显示。图7 -9所示是热压机继电-接触器控制电路图，一方面实现热压机上升下降的程序控制，还能完成图7 -8所示的热压特性控制。实际工作中，空气阻尼式时间继电器KT1~KT3动作误差较大，所以压力曲线t1，t2，t3值漂移也很大，致使热压曲线不稳定，严重影响了压板质量。使用可编程控制器替代图7-9的继电一接触器控制线路，热压曲线就可以控制的十分稳定，根据压力的大小，t1，t2，t3值随机可调（这是继电一接触器控制系统不能实现的），即可保证热压机的压板质量。
      图7-8    热压机热特性曲线
      图7-9    热压机继电-接触器控制电路图    注1：行程开关SQ1，SQ2的开关位置置于自动位置上；    注2：t1，t2，t3是时间继电器延时动作时间。    下面以图7-9为例详细说明用PLC替代（改造）继电一接触器控制电路的四步法。    1．由继电-接触器控制电路图确定PLC机的输入输出(I/O)点和PLC机选型    在充分熟悉被替代设备的继电-接触器控制电路图的同时，确定哪些条件可以定为PLC的输入信号(I)，哪些对应于PLC的输出信号(O)。为此，首先把图7-9继电一接触器控制电路图中的I/O器件分类列表，见表7 -1。同时将图7-9所示各支路从①到⑨编号。一般讲，原继电一接触器控制电路图中的按钮（动合和动断），行程开关、接触开关、压力开关、热继电器触点等都是PLC的输入信号。如图7 -9中的热继电器过载触点FR1~FR4是接在电动机的输出回路中，而不是接在电动机的起动回路中，所以在确定PLC的输入点数时，要把FRl~FR4作为PLC的4个输入信号来考虑。根据这些原则，就可以方便地确定PLC的输入信号有19个(4个动断按钮、5个动合按钮、2个行程开关、2个线路开关、4个热继电器过载触点，2个压力表触点）。可选择日本三菱电机公司的FX0N-40MR可编程控制器，其I/O点数40，输入继电器(X) 24点，地址号为X000~X007，X010~X017，X020~X027，输出继电器(Y) 16点，地址号为Y000~Y007，Y010~ Y017。
      图7-10    FX0N - 40MR输入点分配连接图    图7-10是FX0N- 40MR PLC的输入点分配和连接图。左边是实际输入点，保留了原继电一接触器控制图上触点的图形符号。右边是FX0N- 40MR PLC输入端地址编号。是否可以在不减少实际输入点的基础上减少PLC的输入点呢？答案是肯定的。例如将图7 -9支路①上的过载保护触点FR1移到KM1电机的启动回路上，即把FR1与动断按钮触点SB1，SB2串联，如图7-11所示。再把图7-11中所示SB1、SB2、FR1三个相串联的触点作为FX0N -40MR PLC的一个输入点，其分配连接如图7-12所示。这样就使PLC的输入点有效地减少。节省PLC一个输入点可节约80元钱左右。依次类推可以把图7-10的输入点分配连接简化成如图7 -13所示的最佳的输入点分配和连接。    表7-1    I/O器件分类表
 
      图7-11    FR1触点移至启动回路
      图7-12    SB1、SB2、FR1三串联触点作为一个输入点    仔细比较图7 -10和图7-13就可以发现，尽管实际的输入点数没有减少，但PLC占用的输入点数从19点减少到13点。节省PLC输入点的基本原则是：2个以上的实际输入点相串联、相并联后作为一个输入点连接，相串联、相并联的单个触点除在本支路中出现外，其他支路不能出现，否则就不能相串联、相并联后作为一个输入点考虑。    图7 -14是FX0N- 40MR输出点的分配和连接图。图7-9所示控制电路中的控制器件，即交流接触器线圈KM1~KM4，电磁阀线圈1YA~ 3YA是PLC输出控制对象，共7个。也就是说该控制系统占用PLC 7个实际输出点。图7-9所示控制电路中的中间继电器KA1~KA5，时间继电器KT1~KT3由FX0N- 40MR PLC中的辅助继电器(M)和定时器(T)代替了。控制系统的中间过渡和转换状态均采用软元件编程来实现，大大提高了系统工作的可靠性。在继电一接触器控制电路中，中间继电器的数量是由控制电路对其触点的需求量而定的。而用PLC控制后，选用PLC内部某一辅助继电器，其触点可无限次调用。这里KA1~KA5对应于PLC内部辅助继电器M1~M5，KT1~KT3对应于PLC内定时器T1~T3。PLC的输入与输出之间内部接线通过程序来完成。采用PLC控制，其优点是很明显的。
      图7-13    合并后的输入点分配和连接图
      图7-14    FX0N - 40MR输出点的分配和连接图    2．用编制软件绘制可编程控制器梯形图    绘制梯形图是实现PLC控制的重要一步。对照图7-13、图7-14和表7-1，可以列出继电一接触器控制元件与PLC的I/O器件分配（编码）对照表，见表7-2。用PLC内部的辅助继电器、定时器编码代替继电一接触器控制图上的中间继电器、时间继电器。根据表7 -2就可以直接把图7 -9的继电一接触器控制图转换成PLC控制的梯形图，转换的方法是按图7-9所示的支路逐条转换。例如支路⑤转换的梯形图如图7 -15所示。图7-9转换后的PLC控制梯形图如图7-16所示。    表7-2    继电-接触器控制与PLC控制器件I/O分配对照表
 
      图7-15    部分支路的梯形图转换图
      图7-16    热压机PLC控制梯形图    3．写梯形图程序指令表    由图7-16的PLC梯形图可以很方便地写出对应的程序指令表。    程序指令清单如下：
      4．程序调试与设备安装    用FX - 20P -E（或FX - 10P -E）手持式编程器把程序语句表输入到FX0N- 40MR的用户RAM区，在FX0N- 40MR输入端口上装好模拟小开关，用来模拟现场各输入器件状态，FX0N-40MR的输入／输出都有对应的发光二极管(LED)用来显示其工作状态。    调试分为实验室模拟调试和现场调试。模拟调试有两个目的：    (1)检查程序是否有错，如有错随时修改；    (2)输入的程序通过模拟开关的模拟，观察是否满足现场控制要求。    开关量控制系统的模拟调试是很方便的，可以用小开关的接通和断开来模拟现场实际输入的开关量信号，通过观察显示输入／输出继电器状态的发光二极管可了解梯形图程序的执行情况。    手持式编程器体积小巧，价格低廉，现场调试尤为方便。现在的手持式编程器一般都有在线／离线编程和监视／测试等功能。在在线编程状态下，可以同时监视几个编程元件的状态或几个数据寄存器中的数据，调试时应充分利用编程器的这种监视功能。    程序如果很长，可以分段进行调试。在段与段之间插入END指令，程序调试完后再逐一删除。    程序的输入和调试也可以在个人计算机上运行GX Developer编程软件来完成，而且可用GX Simulator仿真软件在PLC离线状态下进行程序仿真运行。    模拟调试结束后，就可以把PLC装入到现场的电气控制箱中，按图7-13和图7-14所示PLC I/O的分配和连接图，接入来自现场的各种输入信号，输出接到对应的交流接触器线圈、电磁阀线圈或指示灯，进行现场调试。开始时，可将电动机部分的主电路暂不接入，只调试接触器、电磁阀等部分。检查输入、输出是否正确，输出负载是否与PLC的I/O接口容量匹配，整个控制流程是否满足动作要求，如果无误，即可接入主电路使电动机转动，机械动作，并可进行试生产。    在程序做好备份且系统交付使用后，应根据调试的最终结果整理出完整的技术文件，并提供给用户，以利于系统的维修和改进。技术文件应包括：    (1)可编程控制器的外部接线图和其他电气图纸；    (2)可编程控制器的编程元件表，包括程序中使用的输入／输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等的元件号、名称、功能，以及定时器、计数器的设定值等；    (3)带注释的梯形图和必要的总体文字说明；    (4)如果梯形图是用顺序控制法编写的，应提供顺序功能图或状态表。