【正文】 7 2 PLC系統(tǒng)設計 可編程序控制系統(tǒng)設計的基本原則 控制系統(tǒng)設計原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。因此，在設計 PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則： (1) 最大限度地滿足被控對象的控制對象。設計前，應深入現(xiàn)場進行調查研究，收集資料，并于機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設計中出現(xiàn)的各種問題。 (2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟 ，使用及維修方便。 （ 3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 （ 4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進，在選擇 PLC容量時，應適當留有裕量。 控制系統(tǒng)設計的基本內容 PLC控制系統(tǒng)是由 PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的，因此， PLC控制系統(tǒng)設計的基本內容應包括： （ 1）用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設備驅動的控制對象（電動機、電磁閥等）。這些設備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關書籍中已有介紹。 （ 2） PLC的選擇。 PLC是 PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性能指標起到重要的作用。選擇 PLC，應包括機型選擇、容量的選擇、 I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （ 3）分配 I/O點，繪制 I/O連接圖。 （ 4）設計控制程序。包括設計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖。控制系統(tǒng)程序是控制整個系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關鍵。因此，控制程序餓設計必須經(jīng)過反復調試、修改，直到滿足要求為止。 （ 5）必要時還需設計控制臺 （ 6）編制控制系統(tǒng)的技術文件。 8 控制系統(tǒng)設計的一般 步驟 （ 1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。 （ 2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，據(jù)此確定 PLC的 I/O點數(shù)。 （ 3）選擇 PLC系統(tǒng)。 （ 4）分配 PLC餓 I/O點，設計 I/O連接圖。 （ 5）進行 PLC程序設計，同時可進行控制太的設計和現(xiàn)場施工。 程序設計的步驟 （ 1）對于較復雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地表明動作的順序和條件。 （ 2）設計梯形圖。這程序設計的關鍵一步，也是比較困難的一步。 （ 3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。 （ 4）用編程器將程序輸入到 PLC的用戶存儲器中， 并檢查輸入的程序是否正確。 （ 5）對程序進行調試和修改，直到滿足要求為止。 （ 6）待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行聯(lián)機調試。若未滿足要求，再從新修改程序或檢查接線，直到滿足為止。 （ 7）編寫技術文件。 （ 8）交付使用。 控制系統(tǒng)設計步驟流程圖如圖 4所示。 9 圖 4 PLC控制系統(tǒng)設計步驟 10 3 自動售貨機 PLC 程序設計 仿真實驗系統(tǒng)中售貨機的分析 由于售貨機的全部功能時在上位機上模擬的 ，所以售貨機的部分硬件是由計算機軟件來模擬替代的。 如錢幣識別系統(tǒng)可以用按壓某個“仿真對象”輸出一個脈沖直接給 PLC 發(fā)布命令，而傳動系統(tǒng)也是由計算機來直接模擬的，這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實中自動售貨機的運行。 （ 1） 試驗狀態(tài)假設 由于是在計算機上模擬運行，試驗中有一些區(qū)別于實際情況的假設，本試驗中假設： ① 自動售貨機只售 8種商品。 ② 自動售貨機可識別 10元、 5元、 1元、 5角、 1角硬幣。 ③ 自動售貨機可退幣 10元、 5元、 1元、 5角、 1角硬幣。 ④ 自動售貨機有液晶顯示功能。 ⑤ 實驗中售貨機忽略了各種故障以及缺貨等因素。 （ 2） 一次交易過程分析 為了方便分析，我們 以一次交易過程為例。 ① 初始狀態(tài)。由電子標簽顯示各商品價格，顯示屏顯示友好界面，此時不能購買任何商品。 ② 投幣狀態(tài)。按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費、余額數(shù)值，當所投幣值超過商品價格時，相應價格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。 ③ 購買狀態(tài)。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時顯示屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費情況相應變化。取走商品后出貨框消失。 ④ 退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應退幣值及數(shù)量。按下確認鈕，則恢復初始狀態(tài)。 到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結束 。 設計任務的確定 在清楚自動售貨機運行工作過程的基礎上，制定出設計方案，確定任務的目標，以設計出合理的仿真系統(tǒng)。 首先，應該做上位機與下位機的任務分工：上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成 PLC 程序的編寫。其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣 11 傳圖片來設計自動售貨機的外型；在進行 PLC程序的編寫時需要先分配 PLC的 I/O點，確定上、下位機的接口。然后， 分別對上、下位機分別進行設計工作。最后，進行上位機設計結果與下位機設計結果的配合工作，經(jīng)調試后完成整個系統(tǒng)的設計 另外，上位機與下位機的設計工作是密切配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應該是一致的。總體上講，仿真界面是被控對象，利用 PLC 來控制這個仿真的自動售貨機，仿真的自動售貨機接受 PLC 的控制指令并完成相應的動作；另一方面，仿真界面中的仿真自動售貨機的運行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統(tǒng)內部各大部件之間的內在關系。 我主要是對自動售貨機中的下位機，也就 是主要是對 PLC 在其中的程序進行設計。仿真程序只做了解，雖然只做了解，但是也將在下面有所介紹。清楚了仿真實驗的整體設計思路，下面就可以開始著手設計了。 程序設計部分 這部分內容是整個系統(tǒng)設計的主體部分。所要完成的任務是仿真系統(tǒng)的上位機與下位機的程序設計，即在上述功能分析的基礎上，有針對性地進行設計。 程序設計說明 下位機程序的編制則是利用松下 PLC專用編程軟件 FPWINGR 完成的。 在設計的過程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立地分別進行上位機和下位機的設計工作，而是 互相配合的。因此在以下的詳細設計過程中，并沒有將上位機的設計與下位機的設計整體分開來寫，而是相互交替，同時盡量清晰地敘述，在相應的設計部分中注明是上位機的設計還是下位機的設計。 PLC 程序設計 可以把一次交易過程分為幾個程序塊：運行初期電子標簽價格的內部傳遞；投幣過程；價格比較過程；選擇商品過程；退幣過程。 （ 1） 運行初期電子標簽價格的內部傳遞程序的設計 仿真系統(tǒng)運行初期，要由 PLC向仿真畫面相應對象傳遞已經(jīng)存儲好的價格，還要給投入顯示、消費顯示及余額顯示存儲器清零，同時也要給存儲退幣幣值的存儲器清零 。程序編制過程中，要用到運行初期閉合繼電器 R901 16 位數(shù)據(jù)傳送指令 FO,同時在上位機ForceControl 中，必須定義相應的變量，來實現(xiàn)與 PLC程序的對接。所定義的變量如表 1所 示。 表 1 初始狀態(tài)變量表 12 根據(jù)表 1 編制 PLC程序如圖 5所示。 圖 5 運行初期電子標簽價格的內部傳遞程序 在梯形圖程序圖 5中，系統(tǒng)初始化時，通過運行初期閉合繼電器 R9013在第一次掃描時將數(shù)值傳遞給上位機。給 WR1WR11 及 SV0SV4賦初值，賦值功能通過高級指令 FO 實現(xiàn)。至于為什么要加入 WR1 WR1 WR1 WR19及 WR20，在以后的程序中將介紹它們的作用。 （ 2） .投幣過程 在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應的幣值，余額也增加同樣幣制。先建立變量表，在編寫程序。變量表如表 2所示。對應的梯形圖程序如圖 7所示。 13 表 2 投幣過程變量表 在圖中，當按下投入 1角時，相當于讓 R200接通，之所以用一個微分指令，就是要只在接通時檢測一次，不能永遠加下去。投入 1 角要投入顯示、余額顯示都相應增加相同數(shù)值，加法是由16位加法指令 E20來實現(xiàn)的。投入 5角、 1元、 5元、 10元，原理同上。 （ 3）價格比較過程 價格的比較要貫穿實驗過程的始終，只要余額大于某種商品價格時，就需要輸出一個信號， 圖 7 投幣過程梯形圖 提示可以購買。這里只要選擇燈來代表此信號。所建立 的變量表如表 3所示。 表 3 價格比較過程變量表 14 根據(jù)變量表和控制要求編寫的程序如圖 8所示。 在梯形圖 8中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時比較，用了一個特殊內部繼電器 R9010,在程序執(zhí)行過程中，R9010 始終保持閉合， F60 是 16 位數(shù)據(jù)比較指令，用它來比較余額和商品的價格， R900A 是大于價格， R900B 是等于標志。當余額大于等于某種商品價格時，程序使相應的指示燈閃爍表示可以購買該種商品。 R9010 F60 CMP , WR3 , WR4 R900A Y0 R900B R9010 F60 CMP , WR3 , WR5 R900A Y1 R900B R9010 F60 CMP , WR3 , WR6 R900A Y2 R900B R9010 F60 CMP , WR3 , WR7 R900A