摘要皮帶輸送機在許多企業(yè)中占有很重要的地位，但其控制單元種類繁多，都存在著性能和功能的差異。傳統(tǒng)繼電器控制的皮帶傳輸機存在電路復(fù)雜、可靠性差、故障診斷與排除困難等缺點，為了取得企業(yè)的良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會經(jīng)濟(jì)效益，提出了采用實用性強、操作方便的PLC梯形圖〔LADDER

DIAGRAM〕編程語言對皮帶輸送機控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。全文采用了歐姆龍公司的C系列可編程控制器在四段皮帶輸送機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了PLC控制皮帶輸送機系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計，其中包括PLC選型、I/O地址分配、I/O端子接線、程序設(shè)計和控制原理。該設(shè)計大大提高了設(shè)備的可靠性，減少了故障率，取得了成功。關(guān)鍵詞：PLC(CJ1M)；梯形圖；皮帶輸送機；CX-ProgrammerAbstractTransmissionbeltmachinesoccupyaveryimportantpositioninmanybusinesses,butitscontrolunitisvariety,thereisadifferencebetweentheperformanceandfunctionality.Thetraditionalrelaycontrolofthetransmissionbelthascomplexcircuitsexist,poorreliability,faultdiagnosisandruleoutthedifficultiesshortcomings,inordertoachievetheeconomicbenefitsofgoodcorporateandsocialeconomicbenefits,byusinguser-friendly,practical,strongPLCladder(LADDERDIAGRAM)programminglanguageonthebelttransmissioncontrolsystemdesign.

ThetopicisintroducedtheapplyforSeriesCOmronPLCinfourparagraphsbelttransmissionsystemofcontrol,itisgiventhehardwareandsoftwaredesignofthePLCcontrolbelttransmissionsystems,includingthePLCSelection,I/Oaddressassignment,I/Oterminalwiring,programmingandcontroltheory.Thedesignoftheequipmentimprovethereliabilityofequipmentandreducethefailurerate,ithasbeensuccessful.Keywords：PLC(CJ1M)；Ladder；Transmissionbeltmachine；CX-Programmer目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章概述11.1選題的背景11.2課題的研究目的和內(nèi)容21.3課題研究的方案論證2第2章可編程控制器理論根底42.1PLC的由來及定義4PLC的特點及分類52.3PLC的應(yīng)用及開展階段8PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理92.5本章小結(jié)13第3章PLC控制系統(tǒng)及程序的設(shè)計方法143.1系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容及根本要求143.2系統(tǒng)設(shè)計的根本步驟15PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計173.4程序設(shè)計方法183.5本章小結(jié)20第4章皮帶傳輸機的PLC設(shè)計224.1皮帶輸送機的電控原理224.2PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計224.3PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計24PLC的調(diào)試與安裝284.5本章小結(jié)28結(jié)論29參考文獻(xiàn)30致謝31附錄132附錄240第1章概述選題的背景近20年來，可編程控制器在我國已獲得了極其重要和廣泛的應(yīng)用，它不僅可作為單一的機電控制設(shè)備，而且它作為通用的自動控制設(shè)備，也被大量的用于過程工業(yè)的自動控制?？删幊炭刂破髋c其他計算機控制裝置，如集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、計算機根底過程系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)等，一起已成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制裝置。本設(shè)計選擇了歐姆龍公司的最新并具有代表性的C系列中、小型可編程控制器作為樣機。歐姆龍C系列系列產(chǎn)品及程序通俗易懂、操作方便、實用性強，PLC簡單易學(xué)。它用梯形圖〔LADDER

DIAGRAM〕編程語言編程，類似于繼電器控制線路圖。只要具有繼電器控制線路圖這方面的知識，就可以很快學(xué)會編程和操作，不存在計算機技術(shù)和傳統(tǒng)電器技術(shù)之間的專業(yè)“鴻溝〞，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，它采用積木式結(jié)構(gòu)具有各種I/O模塊和A/D、D/A模塊等，便于各種需要配置成各種不同模塊的分布式或集中式的控制系統(tǒng)。PLC的輸入口可與觸電式開關(guān)直接相連，輸出口與執(zhí)行元件〔接觸器、電磁鐵〕相連，即在PLC的端子上接相應(yīng)的輸入、輸出信號線即可，使用非常方便。當(dāng)控制要求改變時，要變更控制系統(tǒng)的功能，可用編程器修改程序。它還可以用于不同的受控對象只要輸入、輸出組件和應(yīng)用的軟件不同而已，可與強電相連，并有較強的帶負(fù)載能力；體積小，重量輕便于安裝，有自檢和監(jiān)控功能，能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試提供方便，由于接線少，維護(hù)方時只需更換插入式模塊，維護(hù)方便[1]。用可編程序控制器來控制一臺帶式傳送機，需要考慮到電動機正反轉(zhuǎn)控制、與帶之間啟動的時間差、傳送帶的速度控制、傳感器的輸入、整個過程每一步輸入輸出的邏輯關(guān)系等一些問題，較以往的要求相比擬是存在一些不同點，相對提高了少，為了實現(xiàn)任務(wù)要求的各項功能，還需在這個根底上進(jìn)行局部功能擴(kuò)展，使得整個統(tǒng)的功能更加完善。當(dāng)然，選擇這個課題并非只運用可編程控制器的知識，還要結(jié)合電路根底和電子技術(shù)、電動機傳動原理、繼電器－接觸器控制系統(tǒng)課程的知識，運用它們來將該課題設(shè)計完成。課題的研究目的和內(nèi)容皮帶輸送機控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，皮帶輸送機控制的設(shè)計方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美，各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。皮帶輸送機是在輸送設(shè)備中是最常用的一種傳輸機構(gòu)。該機種具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)方便，使用可靠，傳輸平穩(wěn)，輸送量大，效率高，低噪音等優(yōu)點。其形式多樣，適用范圍廣，特別適合一些散碎原料與不規(guī)那么物品的輸送。廣泛應(yīng)用于輕工，電子，食品，化工，木業(yè)，機械等行業(yè)。它具有輸送平穩(wěn)，物料與輸送帶沒有相對運動，能夠防止對輸送物的損壞。噪音較小，適合于工作環(huán)境要求比擬安靜的場合等特點。結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)。能耗較小，使用本錢低。由于可編程控制器〔簡稱PLC〕將其系統(tǒng)的繼電器技術(shù)，計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，以其可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、以及編程簡單、維護(hù)方便、通訊靈活等眾多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程和裝置的自動控制中[2]。PLC不僅能實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成定時、計算和各種閉環(huán)控制功能。設(shè)置性能完善、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)的可編程控制器PLC控制皮帶運輸機監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高自動化的皮帶機群的集中控制〔包括遙控〕及保護(hù)。此次畢業(yè)設(shè)計的課題內(nèi)容即為PLC在皮帶輸送機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。其設(shè)計內(nèi)容和要求是：完成用四臺電動機帶動四條皮帶運輸機的傳送控制系統(tǒng)，控制要求：啟動時先啟動最末一條皮帶機，經(jīng)5秒延時，再依次啟動其它皮帶。停止時應(yīng)先停止最前一條皮帶，待料運完畢再依次停止其它皮帶；出現(xiàn)故障時，要求該皮帶機及其前面的皮帶立即停止，而該皮帶機后面的皮帶機待運料完畢后才停止；當(dāng)某皮帶載重時，該皮帶前面的皮帶機停止，該皮帶機運行5秒后停，而該皮帶以后的皮帶機待運料完畢后停止。課題研究的方案論證對于該課題設(shè)計，根本上存在三種方案，但是針對設(shè)計的要求，對各個方案進(jìn)行比擬、選擇，大致分析過程如下：方案一：利用強電電路，雖然強電電路也可以控制整個系統(tǒng)的運行，但是其電路連接復(fù)雜，不便直接操作且不能實現(xiàn)自動化，同時存在一個穩(wěn)定性、可靠性的問題，而且很難制動繼電器，不能夠很好的完成所給定的任務(wù)。方案二：只利用PLC可編程控制器，假設(shè)只利用PLC可編程控制器，其高可靠性是絕對可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性的，存在強電容易損壞PLC的問題。而且程序復(fù)雜，控制器的運算時間變長。方案三：利用PLC可編程控制器來控制，再加上強電電路組成的控制局部。這個方案是利用了PLC的高可靠性和強電電路的簡單化，整個系統(tǒng)的動作均由可編程控制器控制，控制局部的信號通道由PLC和按鈕開關(guān)來控制，這是為了保證電機動作的準(zhǔn)確性。這個方案包含了方案三的優(yōu)點，從而保證了整個系統(tǒng)的可靠性之外，還可以簡化程序。與上面的三個方案相比擬，方案三的可行性最高，也是最簡單，可靠的。綜合上面的簡單分析，本設(shè)計采用方案三進(jìn)行設(shè)計。第2章可編程控制器理論根底PLC的由來及定義P在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)根本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的開展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標(biāo)指標(biāo)，即：〔1〕編程方便，現(xiàn)場可修改程序；〔2〕維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；〔3〕可靠性高于繼電器控制裝置；〔4〕體積小于繼電器控制裝置；〔5〕數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；〔6〕本錢可與繼電器控制裝置競爭；〔7〕輸入可以是交流115V；〔8〕輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；〔9〕在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只要很小變更；〔10〕用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4K。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC〕研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品、飲料、冶金、造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971年日本從美國引進(jìn)了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制，于1977年開始工業(yè)應(yīng)用[3]。PLCPLC問世以來，盡管時間不長，但開展迅速。為了使其生產(chǎn)和開展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電氣制造商協(xié)會NEMA〔NationalElectricalManufactoryAssociation〕經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC〔ProgrammableController〕，并給PC作了如下定義：“PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入／輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機假設(shè)是從事執(zhí)行PC之功能，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。〞以后國際電工委員會〔IEC〕又先后公布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通過了對它的定義[4]：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入／輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原那么設(shè)計。〞總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計編制。2.2PLC的特點及分類P根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)草案給PLC下的定義[5]：它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，它使用可編程存儲器內(nèi)部儲存的用戶設(shè)計的指令，這些指令用來實現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運算、順序操作、定時、計數(shù)以及算術(shù)運算以及通過數(shù)字或模擬輸入，輸出來控制各種類型的機械或過程。不管是PLC還是與它有關(guān)的外部設(shè)備，都設(shè)計成容易集成在一個工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)，并且容易應(yīng)用所有方案中的功能。從上述PLC的定義，我們可以看到PLC的許多特點，概括起來有以下幾點：〔1〕高可靠性①所有的I/O接口電路均采用光電隔離；②各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms；③各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；④采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源；⑤對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選；⑥良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大；⑦大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或由三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高?！?〕豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人－機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等?！?〕采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合?！?〕編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握?！?〕安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。2.2.2PLC的分類PLC生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品很多，為便于用戶對一個應(yīng)用來講選擇最適宜的PLC，廠商通常通過雜志或其他途徑，定期地將不同功能與特性的PLC列表進(jìn)行比擬，表中的內(nèi)容[6]大體有：總的I/O點數(shù)，最多開關(guān)量I/O點數(shù)，最多模擬量I/O點數(shù)，繼電器梯形邏輯圖，高級語言〔編程〕，PID功能，遠(yuǎn)動控制，文件編制功能，數(shù)據(jù)總線，接口類型，掃描速度，存儲器類型與容量，以及CPU類型與工藝等。為適應(yīng)用戶的不同應(yīng)用要求，很多廠家均開發(fā)生產(chǎn)了相互有關(guān)聯(lián)的系列產(chǎn)品，為區(qū)別PLC的綜合特性，通常以下述兩種方法分類：〔1〕按I/O點數(shù)及存儲器容量分類①小型：最多I/O為40/40，用戶存儲器IKB；②中型：最多I/O為128/128，用戶存儲器4KB；③大型：I/O>128/128，用戶存儲器>4KB。上述分類法是1985年P(guān)LC國際會議[7]上所介紹的，在此根底上，對大、中、小規(guī)模的PLC還要考察以下特點：①結(jié)構(gòu)和布線技術(shù)；②處理機／功能存儲器；③編程技術(shù)?！?〕按I/O點總數(shù)分類隨著微型PLC技術(shù)的開展日趨成熟，售價也趨向合理，每臺約〔200~400〕美元。1986年國外亦提出按照I/O點總數(shù)、價格和尺寸，將PLC分類。①微型：I/O總點數(shù)〔20~64〕點，后上移到128點。PLC的一個開展方向是越來越小，一些PLC只有手掌大小，使用起來靈活方便；②小型：I/O總點數(shù)為〔65～128〕點，后上移到5l2點。其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令；③中型：I/O總點數(shù)為〔129~512〕點，后上移到2048點。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快；④大型：I/O總點數(shù)為〔513~1024〕點，后上移到8192點。大型PLC的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高；⑤超大型：I/O總點數(shù)>l02l4點。PLC的另一個開展方向是大型和超大型，這些PLC具有上萬個輸入輸出量，用于石化、冶金、汽車制造等領(lǐng)域。下述兩個方面應(yīng)注意：一是微型PLC的產(chǎn)量增長迅速，占領(lǐng)了整個PLC市場的25％。主要使用于不連續(xù)I/O狀況，不需在通信與其它先進(jìn)功能，如應(yīng)用于單臺機床控制等場所；二是隨著PLC技術(shù)的不斷開展，劃分PLC規(guī)模的I/O點數(shù)的界限不斷向上增移。這是由于PLC的結(jié)構(gòu)沒計是為了適應(yīng)各種用戶需要，通常是設(shè)計成可擴(kuò)展性的，并且隨著微電子技術(shù)與通信技術(shù)的開展，處理機的性能及其通信能力也在不斷擴(kuò)大所造成的。PLC的應(yīng)用及開展階段2.3.1PLC的應(yīng)用隨著PLC技術(shù)的飛躍開展，PLC系統(tǒng)已成為一種綜合的控制系統(tǒng)，特別是PLC己經(jīng)深入到智能控制領(lǐng)域中，如在機械手控制、機器人控制[8]、實現(xiàn)離散數(shù)學(xué)模型等方面都獲得廣泛應(yīng)用，使PLC技術(shù)已大大超出了過去僅代替繼電器電路的范疇。PLC的輸入輸出功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)于各種形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量信號的輸入和輸出，從而使得PLC具備許多控制功能?！?〕取代繼電器控制：在燈光照明、機床電控、食品加工、印刷機械、電梯、自動化倉庫、生產(chǎn)流水線等方面進(jìn)行邏輯控制?！?〕過程控制：對溫度、壓力、流量、物位高度等連續(xù)變化的物理量進(jìn)行控制。〔3〕位置、速度控制：在機器人、機床、電機調(diào)速等領(lǐng)域進(jìn)行位置、速度控制?！?〕數(shù)據(jù)監(jiān)控：在電力、自來水處理、化工、煉油、軋鋼等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和控制?！?〕組成分散控制系統(tǒng)：把PLC作為下位機，與上位機的計算機共同組成分散控制系統(tǒng)?？梢哉fPLC幾乎應(yīng)用到了工業(yè)控制的每一個領(lǐng)域，小到家庭的燈光照明，大到冶金、石化企業(yè)的生產(chǎn)過程都有PLC的應(yīng)用。PLC的開展階段雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速開展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速開展，其開展過程大致可分三個階段：〔1〕早期的PLC〔60年代末－70年代中期〕早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義［9］，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準(zhǔn)計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改良以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣闊電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式——梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言——梯形圖一直沿用至今?！?〕中期的PLC〔70年代中期－80年代中，后期〕在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國、日本、德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元〔CPU〕。這樣，使PLC的功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存放器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大?！?〕近期的PLC〔80年代中、后期至今〕進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速開展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。2.4PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理2.4.1PLC的結(jié)構(gòu)PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要由CPU、RAM、ROM和輸入輸出接口電路等組成，如圖2-1所示。如果將PLC看作一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量和輸出變量組成。外部的各種開關(guān)信號、模擬量信號均作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC外部輸入到內(nèi)部存放器中，經(jīng)PLC運算處理后送到輸出端子，它們是PLC的輸出變量。PLC系統(tǒng)各局部的作用說明如下：編程器編程器中央處理單元〔CPU〕輸入單元系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器輸出單元，電路電源圖2-1PLC結(jié)構(gòu)簡化框圖〔1〕中央處理單元〔CPU〕中央處理單元〔CPU〕是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映像區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映像區(qū)或數(shù)據(jù)存放器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出存放器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行?！?〕存儲器存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其它一些信息，PLC使用兩種存儲器：ROM和RAM。ROM中存放系統(tǒng)程序，包括檢查檔字、翻譯程序和監(jiān)控程序。RAM中存放用戶程序、邏輯變量和供內(nèi)部程序使用的工作單元。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器，存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。①系統(tǒng)程序存儲器該存儲器存放系統(tǒng)程序〔系統(tǒng)軟件〕。系統(tǒng)程序是PLC研制者所編的程序，它是決定PLC性能的關(guān)鍵。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序庫及其他各種管理程序等。系統(tǒng)程序由制造廠家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用戶不能直接存取。系統(tǒng)程序用來管理、協(xié)調(diào)PLC各局部的工作，翻譯、解釋用戶程序，進(jìn)行故障診斷等。②用戶程序存儲器該存儲器存放用戶程序〔應(yīng)用軟件〕。用戶程序是用戶為解決實際問題并根據(jù)PLC的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng)CPU存放入用戶存儲器。為便于程序的調(diào)試、修改、擴(kuò)充、完善，該存儲器使用RAM。③變量〔數(shù)據(jù)〕存儲器變量存儲器存放PLC的內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、I/O存放器、定時器/計數(shù)器中邏輯變量的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在CPU進(jìn)行邏輯運算時需隨時讀出、更新有關(guān)內(nèi)容，所以，變量存儲器也采用RAM?，F(xiàn)今用戶程序存儲器和變量存儲器常采用低功耗的CMOS-RAM及鋰電池供電的掉電保持技術(shù)，以提高運行可靠性。通常PLC產(chǎn)品資料中所指的內(nèi)存儲器容量，是針對用戶程序存儲器而言的，且以字〔16位／字〕為單位來表示存儲器的容量?！?〕輸入輸出單元輸入單元是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的被控設(shè)備相連的輸入接口，是現(xiàn)場信號進(jìn)入PLC的橋梁。輸入接口的主要作用是接收指令元件，檢測元件傳來的信號。輸入接口采用光電耦合電路，目的是把PLC與現(xiàn)場電路隔離，提高PLC的抗干擾能力。接口電路內(nèi)部有濾波，電平轉(zhuǎn)移及信號鎖存電路。各PLC生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的I/O部件或模塊供用戶選用。輸出單元也是PLC與現(xiàn)場設(shè)備之間的連接部件，負(fù)責(zé)把輸出信號送給控制對象的輸出接口。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口和功率放大電路組成，其作用將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的電平信號，驅(qū)動被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出接口電路也采用光電耦合，每一點輸出都有一個內(nèi)部電路，由指示電路，隔離電路，繼電器組成。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)移和輸出接線端子排，輸出部件或模塊也有多種類型供選用?！?〕電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%〔+15%〕范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。2.4.2PLC的工作原理PLC雖具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大的不同。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動作那么轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序，無鍵按下那么繼續(xù)掃描。PLC那么采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個CPU每一個時刻只能執(zhí)行一個操作而不能同時執(zhí)行多個操作，因此用戶程序是按先后次序存放的，CPU按程序的順序依次執(zhí)行各個操作。即CPU從第一條指令開始執(zhí)行，直到遇到結(jié)束符又返回第一條執(zhí)行，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)[10]。PLC的工作過程根本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，即在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。除此之外，為提高工作的可靠性和及時地接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計算機的通信請求，因此，PLC工作過程分為以下五步：〔1〕自診斷自診斷功能可使PLC系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復(fù)，為此PLC每次掃描用戶程序以前都對CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，假設(shè)自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象那么轉(zhuǎn)入處理程序，保存現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機并顯示出錯的信息?！?〕與外設(shè)通信自診斷正常后PLC即掃描編程器、上位機等通信接口，如有通信請求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機，主機把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機發(fā)送運行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機通信過程中PLC將接收上位機發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場狀態(tài)、PLC的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機以及執(zhí)行啟動、停機、修改參數(shù)等命令?！?〕輸入現(xiàn)場狀態(tài)完成前兩步工作后PLC便掃描各個輸入點，讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸入刷新，在一個掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個掃描過程中的輸入采樣時刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時現(xiàn)場的實際值?！?〕解算用戶邏輯即執(zhí)行用戶程序。一般是從存儲器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器、內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲單元的即時值，而輸入繼電器、輸出繼電器那么用的是內(nèi)存映象值。在一個掃描周期內(nèi)，某個輸入信號的狀態(tài)不管外部實際情況是否己經(jīng)變化，對整個用戶程序是一致的，不會造成結(jié)果混亂?！?〕輸出結(jié)果將本次掃描過程解算得到的最新結(jié)果送到輸出模塊自診斷自診斷與外設(shè)通信輸入現(xiàn)場狀態(tài)解算用戶邏輯輸出結(jié)果圖2-2PLC的工作過程取代前一次掃描解算結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯時，每一步所得到的輸出信號被存入輸出映像存放器而并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后翻開輸出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動作。在依次完成上述五個步驟操作后PLC又開始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實現(xiàn)對全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、出現(xiàn)故障或載物。PLC的工作過程如圖2-2所示。本章小結(jié)本章主要介紹了可編程控制器的根本知識。第一局部介紹了PLC的由來及定義。第二局部介紹了PLC的特點及三種分類。第三局部介紹了它的應(yīng)用及三個開展階段。第四局部介紹了PLC的根本結(jié)構(gòu)，畫出了結(jié)構(gòu)圖，能清晰地顯示出PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并講述了各個組成局部的作用，還介紹了PLC的工作原理。第3章PLC控制系統(tǒng)及程序的設(shè)計方法可編程控制器技術(shù)最主要是應(yīng)用于自動化控制工程中，如何綜合地運用前面學(xué)過知識點，根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)，在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般方法[11]。系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容及根本要求系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容〔1〕擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形式來確定，它是整個設(shè)計的依據(jù)；〔2〕選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)；〔3〕選定PLC的型號；〔4〕編制PLC的輸入／輸出分配表或繪制輸入／輸出端子接線圖；〔5〕根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言〔常用梯形圖〕進(jìn)行程序設(shè)計；〔6〕了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué)，重視人機界面的設(shè)計，增強人與機器之間的友善關(guān)系；〔7〕設(shè)計操作臺、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件；〔8〕編寫設(shè)計說明書和使用說明書；根據(jù)具體任務(wù)，上述內(nèi)容可適當(dāng)調(diào)整。3.1.2PLC程序設(shè)計的根本要求編制一個較好的PLC控制程序一般需要注意以下幾個方面：①正確性一個程序必須經(jīng)過實際檢驗，以證明其運行的正確性，這是對PLC程序最根本的要求。而正確，標(biāo)準(zhǔn)地使用各種指令，正確合理地使用各類部件，那么是程序正確的重要因素。②可靠性PLC程序不僅要正確，而且要可靠。可靠性反映了PLC在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性，這也是對程序設(shè)計的根本要求。有的用戶程序在正常的工作條件下，或符合邏輯要求的操作情況下能正常工作，但當(dāng)出現(xiàn)非正常工作情況，或進(jìn)行非法操作后，程序就不一定能正常工作了。所以為保證PLC的正常工作，使PLC能應(yīng)付各種非正常的突發(fā)事件，提高實際應(yīng)用中的可靠性是非常重要的。③合理性PLC程序的合理性主要表現(xiàn)在兩個方面：一是應(yīng)盡可能使用戶程序簡短；二是應(yīng)盡可能縮短掃描周期，提高輸入／輸出響應(yīng)速度。④可讀性系統(tǒng)的可讀性好，是指程序要層次清晰，結(jié)構(gòu)合理，指令使用得當(dāng)，并按模塊化，功能化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計[12]；在輸入／輸出點及內(nèi)部器件的分配和使用上要有規(guī)律性；還應(yīng)在一些功能段以一些特殊指令后作一些注釋，以方便記憶和理解。一個可讀性好的程序不僅便于設(shè)計者加深對程序的理解，便于修改和調(diào)試，而且還便于使用者讀懂程序，便于調(diào)整功能和日常維護(hù)。⑤可塑性程序的可塑性是指當(dāng)控制方案稍作改動時，只需對已設(shè)計好的程序略作修改即可，程序容易修改或控制方案容易改變是PLC的一大特點。因此，PLC可廣泛應(yīng)用于各種控制場合，特別適合在靈活多變的控制系統(tǒng)中應(yīng)用。系統(tǒng)設(shè)計的根本步驟可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如圖3-1所示?！?〕深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求①被控對象就是受控的機械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程；②控制要求主要指控制的根本方式、應(yīng)完成的動作、自開工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨立局部，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試?！?〕確定I/O設(shè)備根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。〔3〕選擇適宜的PLC類型根據(jù)已確定的用戶I/O設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇適宜的PLC類型，包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等?！?〕分配I/O點分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入／輸出分配表或者畫出輸入／輸出端子的接線圖。接著就可以進(jìn)行PLC程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。圖3-1可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟〔5〕設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的最核心工作，也是比擬困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗?！?〕將程序輸入PLC當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入PLC時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到PLC中去。〔7〕進(jìn)行軟件測試程序輸入PLC后，應(yīng)先進(jìn)行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將PLC連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好根底，縮短整體調(diào)試的周期?！?〕應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試在PLC軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個局部組成，那么應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，那么可先進(jìn)行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。〔9〕編制技術(shù)文件系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、PLC梯形圖。PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計3.3.1PLC型號的選擇在做出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細(xì)了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用PLC進(jìn)行控制。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮：〔1〕對輸入／輸出點的選擇要先弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的15～20％留出備用量〔為系統(tǒng)的改造等留有余地〕后確定所需PLC的點數(shù)。

〔2〕對存儲容量的選擇對用戶存儲容量只能作粗略的估算。〔3〕對I/O響應(yīng)時間的選擇對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC和I/O響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮I/O響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)，特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題?！?〕根據(jù)輸出負(fù)載的特點選型不同的負(fù)載對PLC的輸出方式有相應(yīng)的要求?！?〕對在線和離線編程的選擇計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定?！?〕據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型假設(shè)PLC控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，那么PLC需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求PLC應(yīng)具有連接其他PLC、上位計算機及CRT等的接口?！?〕對PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇在相同功能和相同I/O點數(shù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便〔換模塊〕，容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇PLC的結(jié)構(gòu)形式。分配輸入輸出點一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進(jìn)行編號。在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應(yīng)在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線〔如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)〕，然后再接到輸入點?！?〕確定I/O通道范圍不同型號的PLC，其輸入／輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選PLC型號，查閱相應(yīng)的編程手冊?！?〕內(nèi)部輔助繼電器內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器/計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。未分配模塊的輸入/輸出繼電器區(qū)以及未使用1：1鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要，應(yīng)合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器?！?〕分配定時器／計數(shù)器PLC的定時器／計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。3.4程序設(shè)計方法要想順利完成控制系統(tǒng)的設(shè)計，不僅要熟練掌握各種指令的功能及使用規(guī)那么，還要學(xué)習(xí)如何編程，下面將介紹常用的幾種方法。邏輯設(shè)計法邏輯設(shè)計法的根底是邏輯代數(shù)。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)主要對開關(guān)量進(jìn)行控制時，使用邏輯設(shè)計比擬方便。在程序設(shè)計時，利用系統(tǒng)輸入和輸出之間的信號狀態(tài)表或系統(tǒng)工作時序圖作為分析工具，對控制任務(wù)進(jìn)行邏輯分析和綜合。將控制電路中的元件的通斷狀態(tài)視為以觸點通斷狀態(tài)為邏輯變量的邏輯函數(shù)，對經(jīng)過化簡的邏輯函數(shù)，利用PLC的邏輯指令可以順利地設(shè)計出滿足要求的且較為簡練的控制程序。這種方法的設(shè)計思路清晰，所編寫的程序易于優(yōu)化，是一種較為實用可靠的程序設(shè)計方法。順序控制設(shè)計法所謂順序控制，就是根據(jù)生產(chǎn)工藝，按預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，使生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地按順序動作。順序控制不僅廣泛應(yīng)用于中，小企業(yè)的加工，裝配，檢驗，包裝等工作的自動化中，而且在大型計算機控制的高度自動化工礦企業(yè)中，也是不可或缺的控制方式。順序控制設(shè)計法有一定的規(guī)律可循，所編寫的程序易讀、易檢查、易修改，是常用的設(shè)計方法之一。使用順序控制設(shè)計法的關(guān)鍵有三條：一是理順動作順序，明確各步的轉(zhuǎn)換條件；二是準(zhǔn)確地畫出功能表圖；三是根據(jù)功能表圖正確地畫出相應(yīng)的梯形圖，最后再根據(jù)某些特殊功能要求，添加局部控制程序。要想用好順序控制設(shè)計法，重要的是熟練掌握功能表圖的畫法，以及根據(jù)功能表圖畫出相應(yīng)梯形圖的方法。繼電器控制電路圖轉(zhuǎn)換設(shè)計法有些繼電器控制的系統(tǒng)或設(shè)備經(jīng)過多年的運行實踐證明其設(shè)計是成功的。假設(shè)欲改用PLC控制，可以在原繼電器控制電路的根底上經(jīng)過合理轉(zhuǎn)換，設(shè)計出具有相同功能的PLC控制系統(tǒng)。把繼電器控制轉(zhuǎn)換成PLC控制時，要注意轉(zhuǎn)換方法，以確保轉(zhuǎn)換后系統(tǒng)的功能不變?！?〕對各種繼電器和電磁閥[13]等的處理在繼電器控制系統(tǒng)中，大量使用了各種控制電器，例如交直流接觸器，電磁閥，電磁鐵，中間繼電器等。交直流接觸器，電磁閥，電磁鐵的線圈是執(zhí)行元件，要為它們分配相應(yīng)的PLC輸出繼電器號。中間繼電器可以用PLC內(nèi)部的輔助繼電器來代替?！?〕對常開按鈕和常閉按鈕的處理在繼電器控制電路中，一般啟動用常開按鈕，停車用常閉按鈕。用PLC控制時，啟動和停車一般都用常開按鈕。盡管使用哪種按鈕都可以，但畫出的PLC梯形圖卻不同?！?〕對熱繼電器觸點的處理假設(shè)PLC的輸入點較多，那么熱繼電器的常閉觸點可占用PLC的輸入點；假設(shè)輸入點較少，那么熱繼電器的信號可不輸入PLC中，而是接在PLC外部的控制電路中?！?〕對時間繼電器的處理物理的時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種。通電延時型時間繼電器，其延時動作的觸點有通電延時閉合和通電延時斷開兩種；斷電延時型時間繼電器延時動作的觸點有斷電延時閉合和斷電延時斷開兩種。用PLC控制時，時間繼電器可以用PLC的定時器／計數(shù)器來代替。PLC定時器的觸點只有接通延時閉合和接通延時斷開兩種，但通過編程，可以設(shè)計出滿足要求的時間控制程序。本章小結(jié)本章是對PLC控制系統(tǒng)和程序設(shè)計方法的概括。首先告訴讀者系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容及根本要求。然后介紹了系統(tǒng)設(shè)計的主要步驟，并用流程圖清晰地描述出來。在第3章的后兩節(jié)介紹了PLC硬件系統(tǒng)的設(shè)計方法、編程方法等等。第4章皮帶傳輸機的PLC設(shè)計4.1皮帶輸送機的電控原理某廠的生產(chǎn)工序有1組4段皮帶輸送機，其示意圖如圖4-1所示。AABCD圖4-1四段皮帶輸送機的示意圖該組4段皮帶輸送機各段電機分別由接觸器KM1、KM2、KM3、KM4進(jìn)行控制。為了防止皮帶輸送機上物料堆積過多，該控制電路必須滿足以下條件：啟動時各接觸器的吸合順序必須為KM4→KT1〔延時〕→KM3→KT2〔延時〕→KM2→KT3〔延時〕→KM1；停止時各接觸器的斷開必須與啟動時順序相反即KM1→KT4〔延時〕→KM2→KT5〔延時〕→KM3→KT6〔延時〕→KM4。如果用繼電回路能實現(xiàn)其目的，那么該控制電路將使用多個時間繼電器。除啟動和停止按鈕外，另外使用的觸點達(dá)20多個，聯(lián)鎖電路煩雜，其接線也比擬復(fù)雜。所以故障判斷困難，檢修不方便。并且電路可靠性差，故障率較高。從而使生產(chǎn)造成了很大的影響。因此對其進(jìn)行改造，采用先進(jìn)的PLC控制。PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計由圖4-1可知，該皮帶輸送機控制裝置的輸入器件是啟動按鈕SB1和停止按鈕SB2，表示故障或負(fù)載設(shè)定的A、B、C、D分別接主機輸入點0.01~0.04，輸出器件那么是接觸器KM1、KM2、KM3、KM4。根據(jù)要求，選用可編程控制器來實現(xiàn)對本系統(tǒng)的控制，由于順序控制采用OMRON系統(tǒng)效果較好，并結(jié)合輸入，輸出量的個數(shù)，此處選用設(shè)備類型為CJ1M，網(wǎng)絡(luò)類型為SYSMACWAY，CPU型號為CPU22。其I/O口分配及接線如圖4-2所示。KM1KM1SB1SQ1SQ2SQ3SB2SQ4KM2KM3KM4COM02X0.03X0.04X0.05圖4-2輸入輸出配置I/O輸入輸出分配如表4-1所示：表4-1I/O分配表啟動按鈕SB1故障或重載皮帶ASQ1故障或重載皮帶BSQ2故障或重載皮帶CSQ3故障或重載皮帶DSQ4停止按鈕SB2皮帶A輸出KM1皮帶B輸出KM2皮帶C輸出KM3皮帶D輸出KM4PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.3.1〔1〕故障程序流程圖：啟動第三條傳送帶故障？啟動第三條傳送帶故障？第二條傳送帶第一條傳送帶故障？停止停止停止停止NNNNN延時5s延時5s延時5sYYYY故障？故障？第四條傳送帶圖4-3故障程序流程圖〔2〕重載程序流程圖第四條傳送帶第四條傳送帶重載？第三條傳送帶重載？第二條傳送帶重載？第一條傳送帶重載？停止停止停止停止NNNNN延時5s延時5s延時5sY延時5sY延時5sY延時5sY延時5s啟動圖4-4重載程序流程圖4.3.2〔1〕故障梯形圖見附錄1。〔2〕重載梯形圖見附錄1。4.3.3〔1〕故障控制指令助記符見附錄2?！?〕重載控制指令助記符見附錄2。4.3.4皮帶輸送〔1〕啟動：按下開始按鈕0.00，皮帶組開啟，第四條皮帶輸出1.04置位，開始運行。線圈M1得電，常開線圈M1閉合。定時器TIM00輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM00延時結(jié)束。常開線圈T0000閉合，第三條皮帶輸出1.03置位，開始運行。線圈M2得電，常開線圈M2閉合，TIM01輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM01延時結(jié)束。常開線圈T0001閉合，第二條皮帶輸出1.02置位，開始運行。線圈M3得電，常開線圈M3閉合，TIM02輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM02延時結(jié)束。常開線圈T0002閉合，第一條皮帶輸出1.01置位，開始運行。〔2〕停止：按下停止按鈕0.05，第一條皮帶輸出1.01復(fù)位，停止運行。線圈M4得電，常開線圈M4閉合。定時器TIM03輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM03延時結(jié)束。常開線圈T0003閉合，第二條皮帶輸出1.02復(fù)位，停止運行。線圈M5得電，常開線圈M5閉合，TIM04輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM04延時結(jié)束。常開線圈T0004閉合，第三條皮帶輸出1.03復(fù)位，停止運行。線圈M6得電，常開線圈M6閉合，TIM05輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM05延時結(jié)束。常開線圈T0005閉合，第四條皮帶輸出1.04復(fù)位，停止運行。〔3〕故障：第一條皮帶出現(xiàn)故障輸入0.01高電平，第一條皮帶1.01復(fù)位，停止運行。線圈M7得電，常開線圈M7閉合，TIM06輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM06延時結(jié)束。常開線圈T0006閉合，第二條皮帶輸出1.02復(fù)位，停止運行。線圈M8得電，常開線圈M8閉合，TIM07輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM07延時結(jié)束。常開線圈T0007閉合，第三條皮帶輸出1.03復(fù)位，停止運行。線圈M9得電，常開線圈M9閉合，TIM08輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM08延時結(jié)束。常開線圈T0008閉合，第四條皮帶輸出1.04復(fù)位，停止運行。第二條皮帶出現(xiàn)故障時輸入0.02高電平，第一條皮帶1.01復(fù)位，第二條皮帶1.02復(fù)位，停止運行。線圈M10得電，常開線圈M10閉合，TIM09輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM09延時結(jié)束。常開線圈T0009閉合，第三條皮帶輸出1.03復(fù)位，停止運行。線圈M11得電，常開線圈M11閉合，TIM10輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM10延時結(jié)束。常開線圈T0010閉合，第四條皮帶輸出1.04復(fù)位，停止運行。第三條出現(xiàn)故障時輸入0.03高電平，第一條皮帶1.01、第二條皮帶1.02、第三條皮帶1.03復(fù)位，停止運行。線圈M12得電，常開線圈M12閉合，定時器TIM11輸入為ON，開始延時，50秒后TIM11延時結(jié)束。常開線圈T0011閉合，第四條皮帶輸出1.04復(fù)位，停止運行。第四條出現(xiàn)故障時輸入1.04高電平，第一條皮帶1.01、第二條皮帶1.02、第三條皮帶1.03、第四條皮帶1.04復(fù)位，停止運行?！?〕重載：第一條皮帶載物時，即輸入0.01高電平，TIM06輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM06延時結(jié)束。常開線圈T0006閉合，第一條皮帶輸出1.01復(fù)位，停止運行。線圈M7得電，常開線圈M7閉合，TIM07輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM07延時結(jié)束。常開線圈T0007閉合，第二條皮帶輸出1.02復(fù)位，停止運行。線圈M8得電，常開線圈M8閉合，TIM08輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM08延時結(jié)束。常開線圈T0008閉合，第三條皮帶輸出1.03復(fù)位，停止運行。線圈M9得電，常開線圈M9閉合，TIM09輸入為ON，開始延時，50秒后定時器TIM09延時結(jié)束。常開線圈T0009閉合，第四條皮帶輸出1.04復(fù)位，停止運行。第二條皮帶載物時，即輸入0.02高電平，第一條皮帶1.01復(fù)位，停止運行。線圈M10得電，常開線圈M10