【正文】 圖 416 電機(jī)設(shè)備接線 茂名學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：機(jī)場行李輸送機(jī)構(gòu)的 PLC 24 圖 417 電機(jī)設(shè)備接線 第四章 硬件設(shè)計(jì) 25 圖 418 電機(jī)設(shè)備接線 茂名學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：機(jī)場行李輸送機(jī)構(gòu)的 PLC 26 圖 419 電機(jī)設(shè)備接線 第四章 硬件設(shè)計(jì) 27 I/O 分配圖 根據(jù)要求， I/O 分配圖設(shè)計(jì)如下 ： （另附圖紙） 茂名學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：機(jī)場行李輸送機(jī)構(gòu)的 PLC 28 圖 42 I/O分配圖 第五章 軟件設(shè)計(jì) 29 第五 章 軟件設(shè)計(jì) 在 PLC 控制系統(tǒng)中，使用 PLC 控制還有一大好處是，當(dāng)控制要求有所變動時，無需很大程度第去改變控制機(jī)構(gòu)的設(shè)備，只需通過輸入設(shè)備對控制程序進(jìn)行修改既能達(dá)到所需的控制要 求。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在 PLC 中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡單、易于掌握等特點(diǎn)，為廣大工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛。這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言與計(jì)算機(jī)中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功能。它是近年來發(fā)展起來的一種程序設(shè)計(jì)語言。近幾年推出的 PLC 和小型集散控制系統(tǒng)中也已提供了采用功能表圖描述語言進(jìn)行編程的軟件。功能模塊可以分為不同的類型，在同一種第五章 軟件設(shè)計(jì) 31 類型中，也可能因功能參數(shù)的不同而 使功能或應(yīng)用范圍有所差別，例如，輸入端的數(shù)量、輸入信號的類型等的不同使它的使用范圍不同。它是一種類似于高級語言的程序設(shè)計(jì)語言。大多數(shù)制造廠商采用的語句描述程序設(shè)計(jì)語言與 BASIC 語言、 PASCAL 語言或 C 語言等高級語言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語句的表達(dá)方法及語句的種類等方面都進(jìn)行了簡化。 由于梯形圖簡便易用，所以得到了廣泛的使用。由 PC控制替代后，其 I/O 接線 圖和梯形圖分別如圖 3 所示。 基本設(shè)計(jì)步驟如下： 根據(jù)控制要求列出邏輯代數(shù)表達(dá)式。 當(dāng)然出于可靠和安全性角度考慮的冗余設(shè)計(jì)是另外一個問題。 首先畫出洗衣機(jī) 工藝流程圖，如圖 。由于 PC的程序執(zhí)行為循環(huán)掃描工作方式，因而與計(jì)算機(jī)程序框圖不同點(diǎn)是， PC 程序框圖在進(jìn)行輸出刷新后，再重新開始輸入掃描，循環(huán)執(zhí)行。 根據(jù)化簡后的邏輯代數(shù)表達(dá)式畫梯形圖。一般 在舊設(shè)備電氣控制系統(tǒng)改造中，對于不太復(fù)雜的控制系統(tǒng)常采用。它的基本思想是： 將原有電氣控制系統(tǒng)輸入信號及輸出信號做為 PC 的 I/O 點(diǎn)，原來由繼電器— 接觸 器硬件完成的邏輯控制功能由 PC 機(jī)的軟件 — 梯形圖及程序替代完成。 （ 3）直觀性和易操作性等性能較差； （ 4）常被用于 采用功能模塊等其他語言較難實(shí)現(xiàn)的一些控制功能的實(shí)施。它也被用于集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)。 功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是： （ 1）以功能模塊為單位，從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變得容易； （ 2）功能模塊是用圖形化的方法描述功能，它的直觀性大大方便了設(shè)計(jì)人員的編程和組態(tài)，有較好的易操作性； （ 3）對控制規(guī)模較大、控制關(guān)系較復(fù)錄的系統(tǒng)，由于控制功能的關(guān)系可以較清楚地表達(dá)出來，因此，編 程和組態(tài)時間可以縮短，調(diào)試時間也能減少； （ 4）由于每種功能模塊需要占用一定的程序內(nèi)存，對功能模塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時間，因此，這種設(shè)計(jì)語言在大中型 PLC 和集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中才被采用。 功能模塊圖（ Function Block）程序設(shè)計(jì)語言 功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言是采用功能模塊來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。 功能表圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是： （ 1）以功能為主線，條理清楚，便 于對程序操作的理解和溝通； （ 2）對大型的程序，可分工設(shè)計(jì)，采用較為靈活的程序結(jié)構(gòu)，可節(jié)省程序設(shè)計(jì)時間和調(diào)試時間； （ 3）常用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合； （ 4）只有在活動步的命令和操作被執(zhí)行，對活動步后的轉(zhuǎn)換進(jìn)行掃描，因此，整個程序的掃描時間較其他程序編制的程序掃描時間要大大縮短。其特點(diǎn)與梯形圖語言基本類同。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是： （ 1）與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性； （ 2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學(xué)習(xí)； 茂名學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)：機(jī)場行李輸送機(jī)構(gòu)的 PLC 30 （ 3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（ Power FLow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí) 際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待； （ 4）與布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果 表示在后面。 梯形圖（ Ladder Diagram）程序設(shè)計(jì)語言 梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設(shè)計(jì)語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴(kuò)展或增強(qiáng)指令集，它們也能執(zhí) 行其它的基本操作。若驅(qū)動交流回路的感性負(fù)載時，用戶電路需并聯(lián) RC浪涌吸收電路，以保護(hù) PLC的輸出觸點(diǎn)。為保護(hù)人身安全，還需對電機(jī)進(jìn)行接地保護(hù) ，以防出現(xiàn)漏電事故。接線方式的不同以及需要選用何種保護(hù)裝置等都極大的影響整個系統(tǒng)。因此 ， C8C3 故障或者停車時 A、B 系統(tǒng)同時停車或故障報(bào)警；當(dāng) C2C1故障時只發(fā)出 A系統(tǒng)故障警報(bào)；當(dāng) B系統(tǒng)運(yùn)行時，關(guān)閉 A 系統(tǒng)只能停止 C2C A1A3； 當(dāng) B系統(tǒng)正在運(yùn)行時，啟動 A 系統(tǒng)只啟動 C2CA1A3 行李轉(zhuǎn)盤 D 的停車則由安續(xù)在行李轉(zhuǎn)盤邊緣上的停車按鈕控制。 系統(tǒng)故障處理： 設(shè)備的安全運(yùn)行及故障及時警報(bào)非常重要， 當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)應(yīng)能判斷出是哪個分 系統(tǒng)出現(xiàn)故障，然后發(fā)出 故障警報(bào)， 并 對相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行緊急的停車，并且不會對其他系統(tǒng)造成影響 。 設(shè)計(jì)內(nèi)容要求 畫出程序框圖 畫出 I/O 分配圖 畫出程序梯形圖 畫出電機(jī)接線圖 茂名學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)：機(jī)場行李輸送機(jī)構(gòu)的 PLC 12 調(diào)試程序 具有必要的連鎖保護(hù)設(shè)施 控制方案 系統(tǒng)的控制我們以 PLC 為核心。在每一個工作柜臺 (Bl~B19)上都設(shè)有起停按鈕。 B10~B19， C9~C12， D設(shè)備組成。當(dāng) B1~B3 工作柜臺辦理登機(jī)手續(xù)時，只需動用 A 系統(tǒng)。例如，市政建設(shè)中 的水處理，瀝青、混凝土的拌和；日常生活中的電梯、車庫的自動化管理等、貨物存取等；商業(yè)中的自動售貨機(jī)，啤酒罐裝及釀酒等；另外還在環(huán)保、娛樂業(yè)中也有應(yīng)用。在生產(chǎn)方面 ，為了提高生產(chǎn)效率和工業(yè)的自動化，我們引進(jìn)了許多在世界上都處于領(lǐng)先技術(shù)的成套設(shè)備，如上海寶鋼集團(tuán)上馬的第一期工程中，就采用了 250 臺 PLC，二期工程中有采用了 180 臺。進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以來，隨著微機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大推動了 PLC 在世界范圍內(nèi)的發(fā)展，其功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍越來越廣闊，已廣泛應(yīng)用在各種機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動控制中。 PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù) PLC 上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。 （ 5）耗電量 較多 PLC 控制系統(tǒng)則不存在這些缺點(diǎn)，并且功能完備，編程靈活。 (2)改變邏輯困難，繼電器系統(tǒng)是內(nèi)許多硬件組成以執(zhí)行專用的邏輯功能的。 3）輸出處理階段 CPU 將輸出映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器和 PLC 的輸出接口傳送到外部去驅(qū)動接觸器和指示燈等負(fù)載。輸入采樣結(jié)束后進(jìn)入程序執(zhí)行階段后，期間即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)不再隨之變化，直至一個掃描循環(huán)結(jié)束，下一次輸入采樣時才會更新。 PLC 有 STOP 和 RUN 兩種工作狀態(tài)，如果 PLC 處于 STOP 狀態(tài)，則不執(zhí)行用戶程序，將通過與編程器等設(shè)備交換信息，完成用戶程序的編輯、修改及調(diào)試任務(wù)；如果 PLC 處于 RUN 狀態(tài)，則將進(jìn)入掃描過程，執(zhí)行用戶程序。 1）上電初始化 PLC 上電后，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括 硬件初始化， I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設(shè)定及清除內(nèi)部繼電器、復(fù)位定時器等。與 PLC 不同的是電氣元件中觸頭數(shù)量是有限的。而電氣元件線圈、觸頭進(jìn)行動合或動斷切換時，必定有時間延時，且一般要經(jīng)過先斷開后閉合的操作過程。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲器中的一個存儲位，與電氣元件的物理結(jié)構(gòu)不同。圖 7是 PLC 梯形圖常用的等效控制元件符號。 內(nèi)部控制電路 內(nèi)部控制電路由按照被控電動機(jī)實(shí)際控制要求編寫的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入、輸出信號的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算、處理和判斷， 然后得到相應(yīng)的輸出控制信號，通過控制信號驅(qū)動輸出設(shè)備：電動機(jī) M、指示燈 HL1 等。 輸出電路 輸出電路的作用是將 PLC 的輸出控制信號轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動 KM線圈和 HL1 指示燈的信號。 2. PLC 控制系統(tǒng) 用 PLC 實(shí)現(xiàn)電動機(jī)全壓起動電氣控制系統(tǒng)，其主電路基本保持不變，而用 PLC 替代電氣控制線路。 3）內(nèi)部等效電路 PLC 的內(nèi)部等效電路，以其中的起動按鈕 SB1 為例，其接入接口 與輸入映像區(qū)的一個觸發(fā)器 相連接，當(dāng) SB1 接通時，觸發(fā)器 就被觸發(fā)為“ 1”狀態(tài)，而這個“ 1”狀態(tài)可被用戶程序直接引用為 觸頭的狀態(tài)，此時 觸頭與 SB1的通斷狀態(tài)相同，則 SB1 接通， 觸頭狀態(tài)為“ 1”，反之 SB1 斷開， 觸頭狀態(tài)為“ 0”，由于 觸發(fā)器功能與繼電器線圈相同且不用硬連接線，所以 觸發(fā)器等效為 PLC內(nèi)部的一個 軟繼電器線圈，直接引用 線圈狀態(tài)的 觸頭就等效為一個受 線圈控制的常開觸頭（或稱為動合觸頭）。 I/O 映像區(qū)的大小由 PLC 的系統(tǒng)程序確定，對于系統(tǒng)的每一個輸入點(diǎn)總有一個輸入映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)，對于系統(tǒng)的每一個輸出點(diǎn)也都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)，且系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的編址號與 I/O 映像區(qū)的映像寄存器地址號也對應(yīng)。 采用 SIEMENS 的一款 S7系列 PLC實(shí)現(xiàn)電動機(jī)全壓起動控制的外部接線圖。 5. 電源 PLC 的電源將外部供給的交流 電轉(zhuǎn)換成供 CPU、存儲器等所需的直流電，是整個 PLC的能源供給中心。 編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。 微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器 、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上， CPU 通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號放大。現(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合后轉(zhuǎn)換為 5V的 TTL 送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給 CPU。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成，這些電路集成在一個芯片上。輸出接口電路將 CPU 送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 3. 接口 輸入輸出接口是 PLC 與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。 2）用戶程序存儲器 用戶程序存儲器用于存放用戶載入的 PLC 應(yīng)用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機(jī)讀寫操作的隨機(jī)存取存 儲器 RAM