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PLC裝備自動化模塊設計

??模塊化設計把機器分割成多個子模塊部件，每一個子模塊部件是標準的、可替換的。整個產品的重復生產、銷售中，成熟的模塊不需要再測試，節省了設計費用以及測試帶來的資金占用、材料、人工、場地、能源、管理等費用。

??高成熟度、標準的部件重復使用，也避免了隱藏的產品質量風險，提高組裝效率，降低組裝錯誤，同時也避免了測試過程中可能出現的人員傷害、設備損壞風險。

??另外，成熟子模塊部件多次重復使用中，一些缺陷得到消除，功能得到改進和完善，提高了產品的質量穩定性，使客戶更滿意。

??裝備自動化的模塊化設計

??裝備的模塊化設計分三個方面機械模塊化、電氣模塊化和軟件模塊化，三者緊密關聯，電氣模塊化與機械模塊化進行匹配，而軟件模塊化與電氣模塊化進行匹配，共同構成了裝備的模塊化設計。裝備模塊化的三個方面如圖4.1所示。
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??機械模塊化需要考慮每個部件的功能、性能、材料、尺寸、相對位置、安裝等。機械模塊的劃分結果影響各電氣模塊之間的接口。機械、電氣模塊的模塊化設計影響軟件的功能分布。機械、電氣、軟件模塊化不是獨立的，而是相互影響和支持的。

??需求分析及模塊劃分

??設計一種類型自動化裝備之初，需要充分收集客戶需求，確定該裝備的功能、特性及性能指標。在進行模塊化設計時，需要考慮如何分割各個功能模塊，設立功能子模塊的接口。模塊分解實際上就是考慮了重用和設備整個生命周期中的使用情況，對產品功能重新分配，將原有設備結構的零部件分解后重新組合的過程。對于某些功能模塊，可以設計多種成本、性能各異的方案，供客戶選擇。

??功能模塊自身功能獨立，具有標準連接接口和I/O接口。另一方面，功能模塊又是整個產品的一部分，不理解模塊在產品中的作用和位置，就無法定義模塊。這種既強調自身功能的獨立性，又強調系統結構的歸屬性，就是功能模塊的二元性。因此，模塊的劃分在實際劃分中可能會經歷多輪的迭代才能形成滿意的劃分方案。

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??各功能模塊對外的接口的標準化可以保證同一功能的不同方案可以互換。部件互換性對于用戶端就是配置可選擇性，是個性化和柔性化的體現。以汽車為例，汽車變速器有自動檔方案，也有手動檔方案，標準化接口使這些變速器與發動機、車輪之間具有統一的對外接口，便于大規模差別化組裝。

??本章首先介紹兩種通用的設計方法，即使用起保停電路的設計方法和以轉換為中心的設計方法，然后介紹使用順序控制繼電器的設計方法，*后介紹具有多種工作方式的控制系統的設計方法。

??本章介紹的編程方法很容易學握，用它們可以迅速地、得心應手地設計出任意復雜的數字量控制系統的梯形圖。

??較復雜的控制系統的梯形圖一般采用圖5-1所示的典型結構。I2.0是自動/手動切換開關，當它為1時將跳過自動程序，執行手動程序為0時將跳過手動程序，執行自動程序，公用程序用于自動程序和手動程序相互切換的處理。開始執行自動程序時，要求系統處于與自動程序的順序功能圖中初始步對應的初始狀態。如果開機時系統沒有處于初始狀態，則應進人手動工作方式，用手動操作使系統進人初始狀態后，再切換到自動工作方式，也可以設置使系統自動進人初始狀態的工作方式(見5.4節):

??系統進人初始狀態之前，還應將與順序功能圖的初始步對應的編程元件置1，為轉換的實現作好準備，并將其余各步對應的編程元件置為0狀態，這是因為在沒有并行序列或并行序列木處于活動狀態時，同時只能有一個活動步。

??圖5-1自動/手動程序

??為了便于將順序功能圖轉換為梯形圖，**用代表各步的編程元件的地址(如MO.0)作為步的代號，并用編程元件的地址來標注轉換條件和各步的動作或命令。

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??在5.1-5.3節中，假設剛開始執行用戶程序時，系統已處于要求的初始狀態，并用初始化脈沖SM0.1將初始步置1，代表其余各步的各編程元件均為0狀態，為轉換的實現作好了準備。

??使用起保停電路設計順序控制梯形圖的方法

??根據順序功能圖設計梯形圖時，可以用存儲器位M米代表步。某一步為活動步時，對應的存儲器位為1，某一轉換實現時，該轉換的后續步變為活動步，前級步變為不活動步。很多轉換條件都是短信號，即它存在的時間比它激活的后續步為活動步的時間短，因此應使用有記憶功能的電路或指令(如起保停電路和置位、復位指令)來控制代表步的存儲器位。

??單序列的編程方法

??起保停電路僅僅使用與觸點和線圈有關的指令，任何一種可編程序控制器的指令系統都有這一類指令，因此這是一種通用的編程方法，可以用于任意型號的可編程序控制器。圖5-2中的波形圖給出了控制鍋爐的鼓風機和引風機的要求，按了起動按鈕I0.0后，應先開引風機，延時5s后再開鼓風機。按了停止按鈕10.1后再停引風機。

??根據Q0.0和Q0.10N/OFF狀態的變化，顯然工作期間可以分為3步，分別用M0.1、M0.2、M0.3來代表這3步，另外還應設置用M0.0米代表的等待起動的初始步。起動按鈕I0.0和停止按鈕I0.1的常開觸點、定時器延時接通的常開觸點是各步之間的轉換條件。順序功能圖如圖5-2所示，圖中有兩個T37，它們的意義完全不同。與M0.1步相連的動作框中的T37表示T37的IN輸人端在MO.1步應為1狀態，在梯形圖中，T37的IN輸人端與M0.1的線圈左側相連。轉換旁邊的T37表示T37延時接通的常開觸點，它被用來作M0.1和M0.2之間的轉換條件。

??圖5-2鼓風機和引風機的順序功能圖和梯形圖

??設計起保停電路的關鍵是找出它的起動條件和停止條件。根據轉換實現的基本規則，轉換實現的條件是它的前級步為活動步并且滿足相應的轉換條件。步M0.1變為活動步的條件是步M0.0為活動步，且二者之間的轉換條件I0.0=1。在起保停電路中，則應將代表前級步的M0.0的常開觸點和代表轉換條件的I0.0的常開觸點申聯后，作為控制M0.1的起動電路。

??開M0.1和T37的常開觸點均閉合時，步M0.2變為活動步，這時步M0.1應變為不活動步，因此可以將M0.2=1作為使存儲器位M0.1變為OFF的條件，即將M0.2的常閉觸點與M0.1的線圈申聯。上述的邏輯關系可以用邏輯代數式表示為:平始自說關

??在這個例子中，可以用T37的常閉觸點代替M0.2的常閉觸點。但是當轉換條件由多個信號經“與，或、非"邏輯運算組合而成時，需將它的邏輯表達式求反，再將對應的觸點串井聯電路作為起保停電路的停止電路，這樣做不如使用后續步對應的常閉觸點簡單方便。

??根據上述的編程方法和順序功能圖，很容易畫出梯形圖。以初始步M0.0為例，由順序功能圖可知，M0.3是它的前級步，二者之間的轉換條件為T38的常開觸點。所以應將M0，3和T38的常開觸點串聯，作為M0.0的起動電路?？删幊绦蚩刂破鏖_始運行時應將M0.0置為1，否則系統無法工作，故將僅在第一個掃描周期接通的SM0.1的常開觸點與起動電路并聯，起動電路還并聯了M0.0的自保持觸點。后續步M0.1的常閉觸點與M0.0的線圈串聯，M0.1為1時M0.0的線圈“斷電”，初始步變為不活動步。

??下面介紹設計梯形圖的輸出電路部分的方法。由于步是根據輸出變量的狀態變化來劃分的，它們之間的關系極為簡單，可以分為兩種情況來處理:

??某一輸出*僅在某一步中為ON，例如圖5-2中的Q0.1就屬于這種情況，可以將它的線周與對應步的存儲器位M0.2的線圍并聯。

??有的人也許會認為，既然如此，不如用這些輸出來代表該步，例如用00.1代節M0.2。當然這樣做可以節省些編程元件，但是存儲器位M是完全夠用的，多用一些不會增加硬件費用，在設計和輸人程序時也多花不了多少時間。全部用存儲器位來代表步具有概念清楚、縮程規范、梯形圖易于閱讀和查錯的優點。

??某輸出在兒少中都為ON，應將代表各有關步的存儲器位的常開觸點并聯后，驅動該輸出的線圈圖5-2中Q0.0在M0.1~M0.3這3步中均應工作，所以用M0.1-M0.3的常開觸點組成的并聯電路來驅動Q0.0的線圈。