第8章電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

8.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容8.2電氣接線圖的設(shè)計(jì)方法8.3繼電器—接觸器控制線路的設(shè)計(jì)方法8.4PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法8.5應(yīng)用示例小結(jié)8.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是根據(jù)電氣控制要求設(shè)計(jì)和編制出設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)制造和使用、維護(hù)中的所有圖紙和資料。電氣圖紙主要包括電氣原理圖、電氣安裝圖、電氣接線圖等。主要資料包括元器件清單及用途表、設(shè)備操作使用說(shuō)明書(shū)、設(shè)備原理及結(jié)構(gòu)、維修說(shuō)明書(shū)等。8.1.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容十分廣泛，設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都與產(chǎn)品的質(zhì)量和成本密切相關(guān)，其基本原則如下：

(1)電氣控制方式應(yīng)與設(shè)備的通用化和專用化程度相適宜，既要考慮控制系統(tǒng)的先進(jìn)性，又要與具體國(guó)情和企業(yè)實(shí)力相適應(yīng)。脫離實(shí)際地盲目追求自動(dòng)化和高技術(shù)指標(biāo)是不可取的。

(2)設(shè)備的電力拖動(dòng)方案和控制方式應(yīng)符合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)提出的控制要求和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)，拖動(dòng)方案和控制方式應(yīng)在經(jīng)濟(jì)、安全的前提下，最大限度地滿足機(jī)械設(shè)備的加工工藝要求。

(3)合理地選擇元器件，在保證電氣性能的基礎(chǔ)上降低生產(chǎn)制造成本。

(4)操作維修方便，外形結(jié)構(gòu)美觀。8.1.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是滿足生產(chǎn)機(jī)械的控制要求，在電氣原理和工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要完成以下設(shè)計(jì)項(xiàng)目：

(1)擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(技術(shù)條件)。電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是電氣設(shè)計(jì)的依據(jù)，應(yīng)會(huì)同電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)及企業(yè)管理決策人員共同分析設(shè)備的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)裝置等原理及動(dòng)作要求、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確定電氣的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。

(2)電力拖動(dòng)方案的選擇。設(shè)備的拖動(dòng)方法主要有電力拖動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)等。電力拖動(dòng)的傳動(dòng)，液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)的控制要求是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。采用電力拖動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)力矩或功率的要求，合理選擇電機(jī)類(lèi)型和參數(shù)。電力拖動(dòng)方案要考慮電機(jī)啟動(dòng)及換向方法、調(diào)速方式及方法、制動(dòng)方法等內(nèi)容。(3)控制方式的選擇。應(yīng)根據(jù)拖動(dòng)方式和設(shè)備自動(dòng)化程度的要求，合理選擇控制方式。隨著電力電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展進(jìn)步，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝水平的不斷提高，電氣控制技術(shù)也由傳統(tǒng)的繼電接觸器控制向順序控制、可編程控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制等方面發(fā)展，控制方案的可選性不斷增多。

對(duì)于一般機(jī)械設(shè)備(含通用和專用)，其工作程序是固定不變的，多選用固定式的基本邏輯型繼電接觸器控制方式。對(duì)于經(jīng)常變換加工工序的設(shè)備，可以采用可編程控制器控制。對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)(如自動(dòng)生產(chǎn)線、加工中心等)以及對(duì)顯示操作有特殊要求的設(shè)備，可采用較大型的可編程控制系統(tǒng)，觸摸屏操作、顯示等先進(jìn)控制手段，亦可選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件或計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)來(lái)控制。(4)設(shè)計(jì)電氣控制原理圖并選擇元器件。電氣原理圖主要包括主電路、控制電路和輔助電路。根據(jù)電氣原理合理選擇元器件，并列寫(xiě)元器件清單。

(5)根據(jù)電氣原理圖，設(shè)計(jì)并繪制電氣設(shè)備總的布置圖，繪制控制面板圖、元器件安裝底板圖、電氣安裝接線圖和電氣互連圖等系列工藝性技術(shù)圖紙。

(6)編寫(xiě)使用說(shuō)明書(shū)和維修說(shuō)明書(shū)。以上圖紙及資料一般用計(jì)算機(jī)繪制或打印，以便于裝訂成冊(cè)并存檔，向用戶提供完整的電氣維護(hù)使用手冊(cè)。8.2電氣接線圖的設(shè)計(jì)方法

電氣接線圖是電氣設(shè)計(jì)的重要組成部分，是電氣安裝施工所依據(jù)的工藝性文件。系統(tǒng)地掌握電氣控制系統(tǒng)接線圖工藝設(shè)計(jì)方法，是保障電氣控制系統(tǒng)質(zhì)量的基礎(chǔ)。電氣安裝接線圖簡(jiǎn)稱電氣接線圖。電氣接線圖是為安裝電氣設(shè)備、對(duì)電器元件配線或設(shè)備檢修服務(wù)的。接線圖的特點(diǎn)是將同一元件的所有電氣符號(hào)畫(huà)在同一方框內(nèi)，該方框的位置與電氣安裝位置圖中的相對(duì)位置一致，但方框的大小不受限定。繪制電氣接線圖的方法有很多種，本教材主要介紹基于導(dǎo)線二維標(biāo)注的繪制方法。

傳統(tǒng)的電氣接線圖通過(guò)標(biāo)注導(dǎo)線線號(hào)以及在器件間采用連接導(dǎo)線束來(lái)表示導(dǎo)線的連接關(guān)系，用這種方法繪出的電氣接線圖存在以下缺點(diǎn)：

(1)連接導(dǎo)線束較多，圖面較亂。

(2)器件間連接對(duì)應(yīng)關(guān)系不明朗，查找線號(hào)及分析讀圖都較困難。因此，這種方法正在逐步被淘汰。導(dǎo)線二維標(biāo)注法的設(shè)計(jì)思想是：在器件接線端用數(shù)字標(biāo)明導(dǎo)線線號(hào)和器件編號(hào)，來(lái)指示導(dǎo)線的編號(hào)和去向，從而省去了器件間的連接導(dǎo)線束，使得電氣接線圖的接線關(guān)系更加簡(jiǎn)單明了，圖面更加整潔。

電氣接線圖繪制的前提條件是在電氣原理線路圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)元器件的物理結(jié)構(gòu)及安裝尺寸，在電氣安裝底板上排出器件的具體安裝位置，繪制出元器件布置圖及安裝底板圖。再根據(jù)元器件布置圖中各個(gè)元器件的相對(duì)位置繪制電氣接線圖。電氣接線圖和電氣安裝互連圖的繪制原則如下所述。1.電氣接線圖的繪制原則

(1)在接線圖中，各電器元件的相對(duì)位置應(yīng)與實(shí)際安裝位置一致。在各電器元件的位置圖上，以細(xì)實(shí)線畫(huà)出外形方框圖(元件框)，并在其中畫(huà)出與原理圖一致的圖形符號(hào)。一個(gè)元件的所有電器部件的電氣符號(hào)均應(yīng)集中在本元件框的方框內(nèi)，不得分散畫(huà)出。(2)在原理圖上標(biāo)注接線標(biāo)號(hào)(簡(jiǎn)稱線號(hào))時(shí)，主回路線號(hào)通常采用字母加數(shù)字的方法標(biāo)注，控制回路線號(hào)采用數(shù)字標(biāo)注?？刂齐娐肪€號(hào)標(biāo)柱的方法是在繼電接觸器線圈上方或左方的導(dǎo)線標(biāo)注奇數(shù)線號(hào)，線圈下方或右方的導(dǎo)線標(biāo)注偶數(shù)線號(hào)；也可以由上到下、由左到右地順序標(biāo)注線號(hào)。線號(hào)標(biāo)注的原則是每經(jīng)過(guò)一個(gè)電器元件，變換一次線號(hào)(不含接線端子)。(3)給各個(gè)器件編號(hào)，器件編號(hào)用多位數(shù)字。通常，器件編號(hào)連同電器符號(hào)標(biāo)注在器件方框的斜上方(左上或右上角)。(4)接線關(guān)系的表示方法有兩種。一是用數(shù)字標(biāo)注線號(hào)，器件間用細(xì)實(shí)線連接的表示方式。如果器件間連接線條多，那么這樣表示會(huì)使得電氣接線圖圖面顯得雜亂，因此該方式多用于接線關(guān)系簡(jiǎn)單的電路。二是導(dǎo)線二維標(biāo)注法。二維標(biāo)注法采用線號(hào)和器件編號(hào)的二維空間標(biāo)注，表示導(dǎo)線的連接關(guān)系，即器件間不用線條連接，只簡(jiǎn)單地用數(shù)字標(biāo)注線號(hào)，用電氣符號(hào)或數(shù)字標(biāo)注器件，分別寫(xiě)在電器元件的連接線上(含線側(cè))和出線端，指示導(dǎo)線及去向。導(dǎo)線二維標(biāo)注法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于讀圖的優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于簡(jiǎn)單和復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)的接線圖設(shè)計(jì)。安裝工藝的布線方式有槽板式和捆扎線把式兩種(其方法介紹略)?；趯?dǎo)線二維標(biāo)注接線方法的布線路徑可由電氣安裝人員依據(jù)就近、美觀的原則自行確定。(5)配電盤(pán)底板與控制面板及外設(shè)(如電源引線、電動(dòng)機(jī)接線等)間一般用接線端子連接，接線端子也應(yīng)按照元器件類(lèi)別進(jìn)行編號(hào)，并在上面注明線號(hào)和去向(器件編號(hào))。但導(dǎo)線經(jīng)過(guò)接線端子時(shí)，導(dǎo)線編號(hào)不變。2.電氣安裝互連圖的繪制原則電氣安裝互連圖用來(lái)表示電氣設(shè)備各單元間的接線關(guān)系?；ミB圖可以清楚地表示電氣設(shè)備外部元件的相對(duì)位置及它們之間的電氣連接，是實(shí)際安裝接線的依據(jù)，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。不同單元線路板上的電器元件必須經(jīng)接線端子板連接，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流的大小計(jì)算并選擇連接導(dǎo)線，原理圖中應(yīng)注明導(dǎo)線的標(biāo)稱截面積和種類(lèi)?；ミB圖的主要繪制規(guī)則有：(1)互連圖中導(dǎo)線的連接關(guān)系用導(dǎo)線束表示，連接導(dǎo)線應(yīng)注明導(dǎo)線規(guī)范(顏色、數(shù)量、長(zhǎng)度和截面積等)。

(2)穿管或成束導(dǎo)線還應(yīng)注明所有穿線管的種類(lèi)、內(nèi)徑、長(zhǎng)度及考慮備用導(dǎo)線后的導(dǎo)線根數(shù)。其他：注明有關(guān)接線安裝的技術(shù)條件。3.電氣接線圖繪制的簡(jiǎn)要步驟

(1)畫(huà)元件框及符號(hào)。依照安裝位置，在接線圖上畫(huà)出元器件的電氣符號(hào)圖形及外框。

(2)分配元件編號(hào)。給器件編號(hào)，并將器件編號(hào)標(biāo)在接線圖中。

(3)標(biāo)線號(hào)。在原理圖上定義并標(biāo)注每一根導(dǎo)線的線號(hào)。

(4)填充連線的去向和線號(hào)。在器件連接導(dǎo)線的線側(cè)和線端標(biāo)注線號(hào)和導(dǎo)線去向(器件編號(hào))。8.3繼電器—接觸器控制線路的設(shè)計(jì)方法

繼電器—接觸器控制是應(yīng)用最廣泛的控制方式之一。它通過(guò)觸點(diǎn)的“通”、“斷”來(lái)控制電動(dòng)機(jī)、電磁閥或其他電氣設(shè)備完成特定的動(dòng)作。控制線路的設(shè)計(jì)在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。下面從幾個(gè)不同角度來(lái)說(shuō)明繼電器—接觸器控制電路設(shè)計(jì)的一般規(guī)律：(1)盡量選用典型環(huán)節(jié)或經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)的控制線路。

(2)在控制原理正確的前提下，減少連接導(dǎo)線的根數(shù)與長(zhǎng)度。進(jìn)行電氣原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理安排各電器元件之間的連線，尤其要注重電氣柜與各操作面板、行程開(kāi)關(guān)之間的連線，使其盡量合理。例如，圖8-1(a)所示的兩地控制電路的原理雖然正確，但因?yàn)殡姎夤窦耙唤M控制按鈕安裝在一起(一地)，距另一地的控制按鈕有一定距離，所以兩地間的連線較多，電路結(jié)構(gòu)不盡合理。而圖8-1(b)所示電路兩地間的連線較少，更為合理。圖8-1兩地控制電路(3)減少線圈通電電流所經(jīng)過(guò)的觸點(diǎn)點(diǎn)數(shù)，提高控制線路的可靠性。在圖8-2(a)所示的順序控制電路中，KA3線圈通電電流要經(jīng)過(guò)KA1、KA2、KA3的三對(duì)觸點(diǎn)；若改為圖8-2(b)所示的電路，則每個(gè)繼電器的接通只需經(jīng)過(guò)一對(duì)觸頭，工作更為可靠。圖8-2順序控制電路(4)減少不必要的觸點(diǎn)和通電時(shí)間。減少不必要觸點(diǎn)的方法是使用卡諾圖或公式法化簡(jiǎn)控制電路的控制邏輯；減少電器不必要的通電時(shí)間，可以節(jié)約電能，延長(zhǎng)器件的使用壽命。例如，降壓?jiǎn)?dòng)控制電路的啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，應(yīng)將控制啟動(dòng)過(guò)程用的時(shí)間繼電器和其他電器線圈斷電。又如，能耗制動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，應(yīng)將控制制動(dòng)過(guò)程的各電器線圈均斷電復(fù)位。(5)電磁線圈的正確連接方法。電磁式電器的電磁線圈分為電壓線圈和電流線圈兩種類(lèi)型。為保證電磁機(jī)構(gòu)可靠工作，同時(shí)動(dòng)作的電器的電壓線圈只能并聯(lián)連接。例如，圖8-3所示的電壓線圈就不允許串聯(lián)連接，而只能并聯(lián)連接。否則的話，將因銜鐵氣隙的不同，而使線圈交流阻抗不同，電壓不平均分配，從而導(dǎo)致電器不能可靠工作。反之，電流線圈同時(shí)工作時(shí)只能串聯(lián)，不能并聯(lián)。電磁線圈的位置通常畫(huà)在控制電路的下方，電磁線圈的文字符號(hào)通常標(biāo)于電磁線圈下方的電源線下。規(guī)范的電路設(shè)計(jì)習(xí)慣可以避免電器意外接通的寄生現(xiàn)象以及其他不必要的故障產(chǎn)生。圖8-3電壓線圈并聯(lián)(6)防止競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。圖8-4(a)為由時(shí)間繼電器組成的反身關(guān)閉電路。電路的設(shè)計(jì)方法是：時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間到后，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，線圈斷電自動(dòng)復(fù)位，為下一次通電延時(shí)做準(zhǔn)備。但依賴?yán)^電器自身所帶的常閉觸點(diǎn)來(lái)切斷其線圈的導(dǎo)電通路時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可靠的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，在線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求避免。對(duì)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象的分析：當(dāng)時(shí)間繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)延時(shí)斷開(kāi)后，時(shí)間繼電器的線圈失電，又使經(jīng)過(guò)ts秒斷開(kāi)的常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，使經(jīng)過(guò)t1秒閉合的瞬時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。若ts>t1，則電路能反身關(guān)閉；若ts<t1，則KT的繼電器線圈再次吸合，這種現(xiàn)象叫觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)。圖8-4(b)所示的電路增加了起控制作用的中間繼電器KA，從而可以避免競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象的發(fā)生。圖8-4反身關(guān)閉電路(7)控制電源的選擇。由于觸點(diǎn)容量大，主電路的電器一般采用交流電器，而控制電器有很多不同的選擇方式。因此，控制電路設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是控制電源的選擇?？刂齐娫从薪涣骱椭绷鲀纱箢?lèi)，每一類(lèi)電源又有不同的電壓等級(jí)。電源的類(lèi)型要與繼電器—接觸器的類(lèi)型相一致。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制線路，可直接用交流電網(wǎng)供電。當(dāng)線路比較復(fù)雜，用的電器較多，對(duì)工作可靠性要求較高以及有安全照明要求時(shí)，可采用由控制變壓器隔離并降壓(127V、110V、路復(fù)雜、電器數(shù)量很多，對(duì)每一個(gè)電器的可靠性都要求較高的場(chǎng)合以及控制電路帶有直流負(fù)載36V)的低壓供電。但需注意，隨著控制電源電壓的降低，控制電路的電流將增大。在控制電(如直流電磁鐵)的情況下，控制電路可采用直流電器，需要低壓直流電源供電。(8)控制變壓器容量的計(jì)算?？刂谱儔浩饔脕?lái)降低控制電路和輔助電路的電壓，以滿足一些電器元件的電壓要求。在保證控制電路工作安全可靠的前提下，控制變壓器的容量可以按以下條件選擇：變壓器的容量應(yīng)大于控制電路有最大工作負(fù)載時(shí)所需要的功率，即

ST≥KT∑SXC式中：ST——變壓器所需容量(單位為W);∑SXC——控制電路有最大負(fù)載時(shí)工作電器吸合所需要的功率(單位為VA);KT——變壓器容量的儲(chǔ)備系數(shù)，一般取1.1~1.25。8.4

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法

隨著控制系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，PLC控制系統(tǒng)將逐步取代繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)。本節(jié)將介紹PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法。8.4.1設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常應(yīng)遵循以下基本原則：

(1)經(jīng)濟(jì)性。在滿足控制要求的前提下，應(yīng)盡可能降低設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)的成本，力求性價(jià)比最高。

(2)可靠性?？刂葡到y(tǒng)要功能完善、穩(wěn)定可靠。

(3)先進(jìn)性。在滿足可靠性的前提下，系統(tǒng)要保證一定的先進(jìn)性。

(4)可擴(kuò)展性。對(duì)于PLC單機(jī)系統(tǒng)，要考慮通過(guò)增加擴(kuò)展模塊來(lái)滿足系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大的要求；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)易于增加節(jié)點(diǎn)，易于連接新型采集裝置，易于與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。8.4.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)分析，首先應(yīng)確定系統(tǒng)用PLC單機(jī)控制，還是用PLC形成網(wǎng)絡(luò)；然后對(duì)各種方案進(jìn)行對(duì)比，確定控制方案；最后按系統(tǒng)要求進(jìn)行硬件和軟件的功能劃分、設(shè)計(jì)和調(diào)試，直到滿足控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為止。

1.明確控制要求通過(guò)對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)分析，熟悉其控制要求和生產(chǎn)工藝，列出控制系統(tǒng)的所有功能和指標(biāo)要求，明確控制要求。

2.選擇I/O設(shè)備根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選擇合理的I/O設(shè)備，并初步估計(jì)需要的I/O點(diǎn)數(shù)。常用傳動(dòng)設(shè)備及電氣元件所需的I/O點(diǎn)數(shù)可以參考表8-1。表8-1常用傳動(dòng)設(shè)備及電氣元件所需的I/O點(diǎn)數(shù)3.選擇PLC型號(hào)

PLC的型號(hào)種類(lèi)很多，在選擇時(shí)應(yīng)主要考慮以下幾個(gè)方面：

(1)I/O點(diǎn)數(shù)。根據(jù)輸入、輸出設(shè)備數(shù)量計(jì)算PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，并且在選購(gòu)PLC時(shí)要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上留有10%~15%的余量。

(2)存儲(chǔ)容量與速度。盡管各廠家的PLC產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個(gè)公司的開(kāi)發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲(chǔ)容量和指令的執(zhí)行速度是兩個(gè)重要指標(biāo)。一般存儲(chǔ)容量越大、速度越快的PLC價(jià)格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用PLC產(chǎn)品，一般按下式估算用戶程序的存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)=1.3×(開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)×10+模擬量點(diǎn)數(shù)×200)(3)編程器的選擇。

PLC編程可采用以下三種方式：手持編程器編程。它只能用廠家規(guī)定的語(yǔ)句表中的語(yǔ)句編程。這種方式效率低，但對(duì)于系統(tǒng)容量小、用量小的產(chǎn)品比較適宜，其體積小，易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，造價(jià)也較低。

圖形編程器編程。該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價(jià)格較高。個(gè)人計(jì)算機(jī)加PLC軟件包編程。這種方式是效率最高的一種方式，也是應(yīng)用非常普遍的一種方式。因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開(kāi)發(fā)周期的長(zhǎng)短以及資金的情況合理選購(gòu)PLC產(chǎn)品。(4)輸入/輸出模塊的選擇。選擇哪一種輸入/輸出模塊，取決于控制系統(tǒng)輸入/輸出回路的信號(hào)種類(lèi)和要求。①電源回路。PLC供電電源一般為AC85V~240V(也有DC24V)，其電源適應(yīng)范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1∶1隔離變壓器等)。②輸入回路。輸入回路有直流5V/12V/24V/48V/60V等和交流115V/220V等形式。一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和主機(jī)的距離來(lái)選擇電壓的高低。如5V的輸入模塊適用于10m以內(nèi)的距離，48V適用于30m以上的距離。

③輸出回路。根據(jù)PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，可確定輸出端是采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。各種輸出方式之間的比較如下：

繼電器輸出：優(yōu)點(diǎn)是不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá)2A／點(diǎn)。但繼電器輸出方式不適用于高頻動(dòng)作的負(fù)載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負(fù)載電流的增加而減少，一般在幾十萬(wàn)次至幾百萬(wàn)次之間，有的公司產(chǎn)品可達(dá)1000萬(wàn)次以上，響應(yīng)時(shí)間為10ms。

晶閘管輸出：帶負(fù)載能力為0.2A/點(diǎn)，只能帶交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為1ms。晶體管輸出：最大優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶DC5V~30V的負(fù)載，最大輸出負(fù)載電流為0.5A/點(diǎn)，但每4點(diǎn)不得大于0.8A。當(dāng)系統(tǒng)輸出頻率為6次/min以下時(shí)，應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。當(dāng)頻率為10次／min以下時(shí)，既可采用繼電器輸出方式，也可采用PLC輸出驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓三極管(5A~10A)，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

(5)盡量選用大公司的產(chǎn)品，其質(zhì)量有保障，技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級(jí)。4.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面：

(1)分配PLC的I/O點(diǎn)地址。根據(jù)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的數(shù)量和型號(hào)分配I/O地址，以便繪制接線圖及編寫(xiě)程序。分配I/O地址的原則如下：①每一個(gè)輸入信號(hào)占用一個(gè)輸入地址，每一個(gè)輸出地址驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載。②同一類(lèi)型的信號(hào)集中配置，地址編號(hào)按順序連續(xù)編排。③彼此相關(guān)的輸出器件，例如，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、電磁閥的夾緊與放松等，要連續(xù)編寫(xiě)其輸出地址編號(hào)。(2)繪制電氣線路圖。步驟為：①繪制主電路圖。②繪制PLC輸入/輸出接線端子圖。③繪制PLC的電源線路。④繪制輸入/輸出設(shè)備的電源線路。⑤設(shè)計(jì)電氣控制柜(臺(tái))及電器布置圖。

(3)安裝電氣控制柜(臺(tái))。5.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)一般按以下步驟編寫(xiě)軟件：

(1)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)流程圖或功能表圖，明確動(dòng)作的順序和條件。

(2)根據(jù)系統(tǒng)流程圖或功能表圖，結(jié)合分配的I/O地址，即可編寫(xiě)程序。常用的方法有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法和流程圖設(shè)計(jì)法(即功能表圖設(shè)計(jì)法)。

①經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是將繼電器—接觸器控制線路原理圖按照一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，轉(zhuǎn)化為梯形圖的設(shè)計(jì)方法。該方法非常適合對(duì)繼電器—接觸器控制線路熟悉的工程技術(shù)人員使用。②邏輯設(shè)計(jì)法。邏輯設(shè)計(jì)法以邏輯代數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化，列出檢測(cè)元件、中間元件和執(zhí)行元件的邏輯表達(dá)式并化簡(jiǎn)，然后再轉(zhuǎn)化為梯形圖。③順序控制設(shè)計(jì)法(功能表圖設(shè)計(jì)法)。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，順序控制設(shè)計(jì)法已經(jīng)成為PLC程序設(shè)計(jì)的主要方法。1)功能流程圖的組成功能流程圖由狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作說(shuō)明四部分組成。功能流程圖的一般結(jié)構(gòu)形式如圖8-5所示。

(1)狀態(tài)。狀態(tài)用矩形框表示，框中的數(shù)字是該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的工步序號(hào)，也可以將與該狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的編程元件(如PLC內(nèi)部的通用輔助繼電器、移位繼電器、狀態(tài)繼電器等)作為狀態(tài)的編號(hào)。注意，“0”狀態(tài)或原始狀態(tài)用雙線框表示。圖8-5功能流程圖的一般結(jié)構(gòu)形式

(2)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換用有向線段表示。在兩個(gè)狀態(tài)框之間必須用轉(zhuǎn)換線段相連接。

(3)轉(zhuǎn)換條件。轉(zhuǎn)換條件用與轉(zhuǎn)換線段垂直的短劃線表示。每個(gè)轉(zhuǎn)換線段上必須有一個(gè)表示轉(zhuǎn)換條件的短劃線。在短線旁可以用文字或圖形符號(hào)或邏輯表達(dá)式注明轉(zhuǎn)換條件的具體內(nèi)容。當(dāng)相鄰兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換才得以實(shí)現(xiàn)。

(4)動(dòng)作說(shuō)明。在狀態(tài)框旁邊，用文字說(shuō)明了與狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的工步的內(nèi)容，這些文字即為動(dòng)作說(shuō)明。動(dòng)作說(shuō)明用矩形框圍起來(lái)，用短線與狀態(tài)框平行相連。動(dòng)作說(shuō)明旁邊往往也標(biāo)出了實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作的電氣執(zhí)行元件的名稱或PLC地址。2)功能流程圖的特點(diǎn)功能流程圖的基本特點(diǎn)是各工步按順序執(zhí)行，上一工步執(zhí)行結(jié)束，轉(zhuǎn)換信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，立即開(kāi)通下一工步，同時(shí)關(guān)斷上一工步。在圖8-5中，Xi－1=1是第i步開(kāi)通的前導(dǎo)信號(hào)，待轉(zhuǎn)換條件a滿足時(shí)，第i步立即開(kāi)通(Xi=1)，同時(shí)關(guān)斷前一工步(Xi－1=0)。由此可見(jiàn)，第i步開(kāi)通的條件有兩個(gè)，即Xi-1=1和a=1。第i-1步關(guān)斷的條件只有一個(gè)，即Xi=1。功能流程圖第i步開(kāi)啟和關(guān)斷的條件，運(yùn)用邏輯表達(dá)式可表示為式中，左邊的Xi

表示第i步的狀態(tài)；右邊的Xi-1表示第i步的前導(dǎo)信號(hào)，a表示轉(zhuǎn)換條件，Xi表示自鎖信號(hào)，表示關(guān)斷第i步的主令信號(hào)。

3)功能流程圖的主要類(lèi)型功能流程圖的主要類(lèi)型如下：

(1)單流程。它反映按順序排列的步相繼被激活的一種基本形式，其結(jié)構(gòu)如圖8-5所示。

(2)選擇分支和連接。圖8-6是選擇性分支和連接的功能流程圖，它在一個(gè)活動(dòng)步之后，緊接著有幾個(gè)后續(xù)步可供選擇，選擇分支的每個(gè)工步都有各自的轉(zhuǎn)換條件。圖8-6中，當(dāng)工步2處于激活狀態(tài)時(shí)，若轉(zhuǎn)換條件b＝1，則執(zhí)行工步3；若轉(zhuǎn)換條件c=1，則執(zhí)行工步4。ｂ、ｃ、ｄ、ｅ是選擇執(zhí)行的條件。哪個(gè)條件滿足，則選擇相應(yīng)的分支，同時(shí)關(guān)斷上一工步2。圖8-6選擇分支和連接(3)并行分支和連接。當(dāng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致各個(gè)分支同時(shí)被激活時(shí)，采用并行分支，如圖8-7所示。其有向連接線的水平部分用雙線表示。當(dāng)工步2處于激活狀態(tài)時(shí)，若轉(zhuǎn)換條件b=1，則工步3、5同時(shí)開(kāi)啟，即工步2必須在工步3、5都開(kāi)啟后才能關(guān)斷。圖8-7并行分支和連接(4)循環(huán)和跳轉(zhuǎn)。在生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)要求在一定條件下停止執(zhí)行某些原定動(dòng)作，此時(shí)可用跳轉(zhuǎn)程序。有時(shí)需要重復(fù)執(zhí)行，此時(shí)可用循環(huán)程序。如圖8-8所示，當(dāng)工步1處于激活狀態(tài)時(shí)，若條件e=1，則跳過(guò)工步2、3，直接激活工步4。跳轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是一種特殊的選擇分支。當(dāng)工步4處于激活狀態(tài)時(shí)，若條件d=1，則循環(huán)執(zhí)行，激活狀態(tài)1。循環(huán)程序也是一種特殊的選擇分支。圖8-8循環(huán)和跳轉(zhuǎn)

注意：轉(zhuǎn)換是有方向的，一般功能圖的轉(zhuǎn)換順序是從上到下，從左到右。是正常順序時(shí)可以省略箭頭，否則必須加箭頭，以標(biāo)明方向。4)用功能流程圖繪制梯形圖功能流程圖完整地表現(xiàn)了控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、各狀態(tài)的功能、狀態(tài)轉(zhuǎn)換的順序和條件。它是進(jìn)行PLC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的便捷工具。利用功能流程圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，大致可按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：

(1)根據(jù)控制要求和工藝過(guò)程的內(nèi)容、步驟和順序，畫(huà)出功能流程圖。

(2)在功能流程圖上以PLC輸入點(diǎn)或其他元件來(lái)定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，當(dāng)某轉(zhuǎn)換條件的實(shí)際內(nèi)容不止一個(gè)時(shí)，可用邏輯表達(dá)式的形式來(lái)表示有效轉(zhuǎn)換條件。

(3)按照電氣執(zhí)行元件與PLC軟繼電器的編號(hào)對(duì)照表，在功能流程圖上指出實(shí)現(xiàn)狀態(tài)或動(dòng)作命令控制功能的電氣執(zhí)行元件，并用對(duì)應(yīng)PLC地址定義這些執(zhí)行元件。

(4)根據(jù)功能流程圖寫(xiě)出工步狀態(tài)的邏輯表達(dá)式。

(5)寫(xiě)出各執(zhí)行電器的邏輯表達(dá)式。

(6)根據(jù)表達(dá)式編制梯形圖程序。圖8-9是一個(gè)液壓動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給控制的功能流程圖和狀態(tài)的邏輯關(guān)系，具體梯形圖請(qǐng)讀者自己設(shè)計(jì)。圖8-9某液壓動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給控制的功能流程圖8.5應(yīng)用示例

本節(jié)分別以繼電器—接觸器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用為例，進(jìn)一步說(shuō)明電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。8.5.1繼電器—接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用示例下面結(jié)合電氣控制設(shè)備制造的工程實(shí)際，以一臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)控制線路設(shè)計(jì)為例，結(jié)合電氣接線圖和電氣互連圖的繪制原則，進(jìn)一步說(shuō)明導(dǎo)線二維標(biāo)注法在電氣接線圖中的應(yīng)用方法和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程。1.電動(dòng)機(jī)啟停控制電氣原理圖電動(dòng)機(jī)啟?？刂齐姎庠砺啡鐖D8-10所示，為簡(jiǎn)化內(nèi)容，電路原理分析從略。為便于施工和設(shè)計(jì)電氣接線圖，電氣原理圖中依據(jù)線號(hào)標(biāo)注原則標(biāo)出了各導(dǎo)線標(biāo)號(hào)，大電流導(dǎo)線標(biāo)出了載流面積(根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電流計(jì)算出的導(dǎo)線的截面積)。元器件清單見(jiàn)表8-2。圖8-10電動(dòng)機(jī)啟?？刂齐姎庠韴D表8-2元器件清單2.電氣安裝位置圖電氣安裝位置圖又稱布置圖，主要用來(lái)表示原理圖所有電器元件在設(shè)備上的實(shí)際位置，為電氣設(shè)備的制造、安裝提供必要的資料。圖中，各電器符號(hào)與電氣原理圖和元器件清單中的器件代號(hào)一致。根據(jù)此圖可以設(shè)計(jì)相應(yīng)器件的安裝打孔位置圖，用于器件的安裝固定。電氣安裝位置圖同時(shí)也是電氣接線圖設(shè)計(jì)的依據(jù)。

電動(dòng)機(jī)啟停控制電路的電氣安裝分為操作(控制)面板的安裝和電器安裝底板(主配電盤(pán))的安裝兩部分。操作(控制)面板設(shè)計(jì)在操作平臺(tái)或控制柜柜門(mén)上，用于安裝各種主令電器和狀態(tài)指示燈等器件。控制面板與主配電盤(pán)間的連接導(dǎo)線采用接線端子連接。接線端子安裝在靠近主配電盤(pán)接線端子的位置。電器安裝底板用來(lái)安裝固定除操作按鈕和指示燈外的其他電器元件。電器安裝底板安裝的元器件布置位置一般自上而下、自左而右依次排列。底板與控制操作面板相連接的接線端子，一般布置在靠近控制面板的上方或柜門(mén)軸側(cè)；底板與電源或電機(jī)等外圍設(shè)備相連的接線端子，一般布置在配電盤(pán)的下方靠近過(guò)線孔的位置。主配電盤(pán)的電氣安裝位置圖如圖8-11所示，操作面板的電氣安裝位置圖如圖8-12所示。圖8-11主配電盤(pán)的電氣安裝位置圖圖8-12操作面板的電氣安裝位置圖3.電氣接線圖根據(jù)電氣安裝位置圖及繪制電氣接線圖的具體原則，分別繪制操作面板和電器安裝底板的電氣接線圖。

(1)電器安裝底板(主配電盤(pán))的電氣接線圖如圖8-13所示。圖中，所有元件的電氣符號(hào)均集中在本元件框的方框內(nèi)；各個(gè)器件編號(hào)，連同電器符號(hào)標(biāo)注在器件方框的右上方；電氣接線圖采用二維標(biāo)注法表示導(dǎo)線的連接關(guān)系；線側(cè)數(shù)字表示線號(hào)；線端數(shù)字20~25表示器件編號(hào)，用于指示導(dǎo)線去向；布線路徑可由電氣安裝人員自行確定。圖8-13主配電盤(pán)的電氣接線圖(2)操作(控制)面板的電氣接線圖如圖8-14所示。在控制面板接線圖中，線側(cè)和線上數(shù)字1~7表示線號(hào)；線端數(shù)字10~25表示所去器件編號(hào)，用于指示導(dǎo)線去向?？刂泼姘迮c主配電盤(pán)間的連接導(dǎo)線通過(guò)接線端子連接，并采用塑料蛇形套管防護(hù)。圖8-14操作面板的電氣接線圖

4.電氣安裝互連圖表示電動(dòng)機(jī)啟?？刂齐娐返碾姎饪刂乒窈屯獠吭O(shè)備及操作面板間接線關(guān)系的電氣安裝互連圖如圖8-15所示。圖中，導(dǎo)線的連接關(guān)系用導(dǎo)線束表示，并注明了導(dǎo)線規(guī)范(顏色、數(shù)量、長(zhǎng)度和截面積等)和穿線用管的種類(lèi)、內(nèi)徑(d)、長(zhǎng)度及考慮備用導(dǎo)線后的導(dǎo)線根數(shù)，其明細(xì)見(jiàn)表8-3。連接配電盤(pán)底板和控制面板的導(dǎo)線，采用蛇形塑料軟管或包塑金屬軟管保護(hù)?？刂乒衽c電源、電機(jī)間采用電纜線連接。

(注：為作圖方便，圖中接線端子與實(shí)際位置不相一致)。圖8-15電氣安裝互連圖表8-3管內(nèi)敷線明細(xì)表5.安裝調(diào)試設(shè)計(jì)工作完畢后，要進(jìn)行樣機(jī)的電氣控制柜安裝施工。按照電氣接線圖和電氣安裝互連圖完成安裝及接線，經(jīng)檢查無(wú)誤且連接可靠后，可進(jìn)行通電試驗(yàn)。首先在空載狀態(tài)下(不接電動(dòng)機(jī)等負(fù)荷)通過(guò)操作相應(yīng)開(kāi)關(guān)，給出開(kāi)關(guān)信號(hào)，試驗(yàn)控制回路各電器元件動(dòng)作以及指示的正確性。經(jīng)過(guò)調(diào)試，各電器元件均按照原理要求動(dòng)作準(zhǔn)確無(wú)誤后，方可進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)。第二步的負(fù)載試驗(yàn)通過(guò)后，編寫(xiě)相應(yīng)的原理、使用操作說(shuō)明文件。

本節(jié)通過(guò)導(dǎo)線二維標(biāo)注法的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較為完整的介紹，可以使讀者對(duì)低壓控制柜電氣設(shè)計(jì)有一個(gè)較為全面的了解，進(jìn)而提高工程設(shè)計(jì)能力。8.5.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用示例圖8-16是某機(jī)械手的工作示意圖。該機(jī)械手的任務(wù)是將工件從工作臺(tái)A搬往工作臺(tái)B。機(jī)械手的初始位置在原位，按下啟動(dòng)按鈕后，機(jī)械手將依次完成：下降→夾緊→上升→右移→下降→放松→上升→左移八個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手一個(gè)周期的動(dòng)作。試設(shè)計(jì)該機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)。圖8-16機(jī)械手的工作示意圖1.明確控制要求機(jī)械手的所有動(dòng)作均采用電液控制、液壓驅(qū)動(dòng)。它的上升／下降和左移／右移均采用雙線圈三位電磁閥推動(dòng)液壓缸完成。控制要求如下：機(jī)械手動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制，限位開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別對(duì)機(jī)械手進(jìn)行下降、上升、右移、左移動(dòng)作的限位，并給出了動(dòng)作到位的信號(hào)。而夾緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是由時(shí)間繼電器來(lái)控制的。另外，還安裝了光電開(kāi)關(guān)SP，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)工作臺(tái)B上的工件是否已移走，從而產(chǎn)生無(wú)工件信號(hào)，為下一個(gè)工件的下放做好準(zhǔn)備。工作臺(tái)A、B上工件的傳送不用PLC控制；機(jī)械手要求按一定的順序動(dòng)作，其流程圖如圖8-17所示。圖8-17機(jī)械手的動(dòng)作流程圖

啟動(dòng)時(shí)，機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始按順序動(dòng)作。停止時(shí)，機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上。重新啟動(dòng)時(shí)，機(jī)械手按停止前的動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行。為滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置有手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式，而自動(dòng)工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。

手動(dòng)工作方式：利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一步的動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制，例如，按“上升”按鈕，機(jī)械手上升；按“下降”按鈕，機(jī)械手下降。此種工作方式可使機(jī)械手置原位。單步工作方式：從原點(diǎn)開(kāi)始，按自動(dòng)工作循環(huán)的工序，每按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步的動(dòng)作后自動(dòng)停止。

單周期工作方式：按下啟動(dòng)按鈕，從原點(diǎn)開(kāi)始，機(jī)械手按工序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停在原位。連續(xù)工作方式：機(jī)械手在原位時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，它將自動(dòng)連續(xù)地執(zhí)行周期動(dòng)作。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，機(jī)械手保持當(dāng)前狀態(tài)。重新恢復(fù)后，機(jī)械手按停止前的動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行。2.選擇I/O設(shè)備由機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)可知：

(1)輸入為14個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，由限位開(kāi)關(guān)、按鈕、光電開(kāi)關(guān)組成。

(2)輸出為6個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，由24V電液控制、液壓驅(qū)動(dòng)線圈和指示燈組成。

3.選擇PLC型號(hào)根據(jù)控制要求，PLC控制系統(tǒng)選用SIEMENS公司的S7200系列CPU214，因?yàn)镮/O點(diǎn)數(shù)不夠，另外選擇擴(kuò)展模塊EM221。4.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

(1)分配PLCI/O地址、內(nèi)部輔助繼電器的地址。表8-4為PLCI/O和所用內(nèi)部輔助繼電器地址分配表。

表8-4I／O和所用內(nèi)部輔助繼電器地址分配表(2)繪制PLC輸入/輸出接線端子圖。根據(jù)表8-4可以繪制出PLC輸入/輸出接線端子圖，見(jiàn)圖8-18。圖8-18PLC輸入/輸出接線端子圖5.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)流程圖或功能表圖控制系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖8-19。

圖8-19控制系統(tǒng)流程圖2)PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

(1)整體設(shè)計(jì)。為編程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、明了，可把手動(dòng)程序和自動(dòng)程序分別編成相對(duì)獨(dú)立的子程序模塊，通過(guò)調(diào)用指令進(jìn)行功能選擇。當(dāng)工作方式選擇開(kāi)關(guān)選擇手動(dòng)工作方式時(shí)，I0.7接通，執(zhí)行手動(dòng)工作程序；當(dāng)工作方式選擇開(kāi)關(guān)選擇自動(dòng)方式(單步、單周期、連續(xù))時(shí)，I1.0、I1.1、I1.2分別接通，執(zhí)行自動(dòng)控制程序。整體設(shè)計(jì)的梯形圖(主程序)如圖8-20所示。圖8-20主程序梯形圖(2)手動(dòng)控制程序。手動(dòng)操作不需要按工序順序動(dòng)作，可以按普通繼電器—接觸器控制系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)。手動(dòng)控制的梯形圖見(jiàn)圖8-21。手動(dòng)按鈕I1.3、I1.4、I1.5、I2.0、I2.1、I2.2分別控制下降、上升、左移、右移、夾緊、放松各個(gè)動(dòng)作。為了保持系統(tǒng)的安全運(yùn)行，還設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖保護(hù)，其中，在左右移動(dòng)的控制環(huán)節(jié)中加入了I0.2作上限聯(lián)鎖，因?yàn)闄C(jī)械手只有處于上限位置(I0.2=1)時(shí)才允許左右移動(dòng)。圖8-21手動(dòng)控制的梯形圖

由于夾緊、放松動(dòng)作選用了單線圈雙位電磁閥控制，故在梯形圖中用置位、復(fù)位指令來(lái)控制，該指令具有保持功能，并且也設(shè)置了機(jī)械聯(lián)鎖。只有當(dāng)機(jī)械手處于下限(I0.1=1)時(shí)，才能進(jìn)行夾緊和放松動(dòng)作。(3)自動(dòng)操作程序。由于自動(dòng)操作的動(dòng)作較復(fù)雜，不容易直接設(shè)計(jì)出梯形圖，因此可以先畫(huà)出自動(dòng)操作流程圖，用以表明動(dòng)作的順序和轉(zhuǎn)換的條件，然后根據(jù)所采用的控制方法，就能比較方便地設(shè)計(jì)梯形圖了。機(jī)械手的自動(dòng)操作流程圖如圖8-19所示。圖中，矩形方框表示其自動(dòng)工作循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)“工步”，方框中用文字表示該步的編號(hào)；方框的右邊畫(huà)出了該步動(dòng)作的執(zhí)行元件；相鄰兩工步之間可以用有向線段連接，表明轉(zhuǎn)換方向；有向線段上的小橫線表示轉(zhuǎn)換的條件，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件得到滿足時(shí)，便從上一工步轉(zhuǎn)到下一工步。

對(duì)于順序控制，可用多種方法進(jìn)行編程，用移位寄存器也很容易實(shí)現(xiàn)這種控制功能，轉(zhuǎn)換的條件由各行程開(kāi)關(guān)及定時(shí)器的狀態(tài)來(lái)決定。為保證運(yùn)行的可靠性，在執(zhí)行夾緊和放松動(dòng)作時(shí)，分別用定時(shí)器T37和定時(shí)器T38作為轉(zhuǎn)換的條件，并采用具有保持功能的繼電器(M0.X)為夾緊電磁閥線圈供電。其工作過(guò)程分析如下：①機(jī)構(gòu)處于原位，上限位和左限位行程開(kāi)關(guān)閉合，I0.1、I0.4接通，移位寄存器首位M1.0置“1”，Q0.5輸出原位顯示，機(jī)構(gòu)當(dāng)前處于原位。②按下啟動(dòng)按鈕，I0.0接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使移位寄存器右移一位，M1.1置“1”(同時(shí)M1.0恢復(fù)為零)，M1.1得電，Q0.0輸出下降信號(hào)。

③下降至下限位，下限位開(kāi)關(guān)受壓，I0.1接通，移位寄存器右移