【文章內(nèi)容簡介】 通過 I/O 接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制器對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時控制器又通過 I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設(shè)備，驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而 PLC 的 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 PLC 從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需經(jīng)過一定距 離。為了確保這些信息的正確無誤，PLC 的 I/O 接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要， PLC 相應(yīng)有許多種 I/O 接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。 1． 確定 I/O 點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對功能進(jìn)行擴(kuò)展。對一個控制對象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣， I/O 點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。 2． 開關(guān)量 I/O 標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 接口用于同傳感器和開關(guān)（如按鈕、限位開關(guān)等）及控制（開 /關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報警器、電動機(jī)起 動器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流 I/O 信號為 24～ 240V（ AC），直流 I/O 信號為 5～ 24V（ DC）。 3． 選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與 PLC 輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平的高低。一般 24V 以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如 12V 電壓模塊一般不超過 10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊，如 32 點(diǎn)輸入模塊，能允許同時接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時接通的點(diǎn)數(shù)不得超過總輸入點(diǎn)數(shù)的 60%。 4． 選擇開關(guān)量輸出模塊時應(yīng)從以下三個方 面來考慮：一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 電壓和過電流的能力強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動作不頻繁的交／直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動電感性負(fù)載時，最大開閉頻率不得超過 1Hz。晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高反電壓，必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如 果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動時，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時，不但要核算一個輸出點(diǎn)的驅(qū)動能力，還要核算整個輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流值。 電源模塊的選擇 電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、 I/O 模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則： 1． 確定電源的輸入 電壓； 2． 將框架中每塊 I/O 模塊所需的總背板電流相加，計算出 I/O 模塊所需的總背板電流值； 3． I/O 模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流： （ 1） 框架中帶有處理器時，則加上處理器的最大電流值； （ 2） 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地 I/O 適配器模塊時，應(yīng)加上其最大電流值。 4． 如果框架中留有空槽用于將來擴(kuò)展時，可做以下處理； （ 1） 列出將來要擴(kuò)展的 I/O 模塊所需的背板電流； （ 2） 將所有擴(kuò)展的 I/O 模塊的總背板電流值與步驟。 5． 在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外 面。 6． 根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊中選擇合適的電源模塊。 具體應(yīng)考隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展， PLC 產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 益完善。 PLC 的種類繁多，其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等各有不同，當(dāng)然使用場合也有所不同。因此選擇合理的 PLC 對提高PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大。 因此在選擇機(jī)型時不僅要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮： （ 1） 合理的結(jié)構(gòu)形式 （ 2） 安裝方式的選擇 （ 3） 相當(dāng)?shù)墓δ芤? （ 4） 系統(tǒng)可靠性的要求 PLC I/O 點(diǎn)分配 分析原理 通過分析控制任務(wù)，如不考慮產(chǎn)量顯示，則共需要 5 個數(shù)字量輸入和7 個數(shù)字量輸出， CPU 型號可以選擇 S7200PLC 的 CPU224（本機(jī)上有 14 個數(shù)字量輸入和 10 個數(shù)字量輸出）。由于系統(tǒng)需要顯示灌裝的灌數(shù)，產(chǎn)量上限為 1600，可以使用 4 個帶譯碼電路的 BCD 數(shù)碼顯示管顯示灌裝產(chǎn)量，這樣就另外需要 16 點(diǎn)數(shù)字量輸出?？梢允褂?2 個數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊 EM22（ DC24V ） 或 使 用 一 個 數(shù) 字 量 輸 入 / 輸 出 混 合 擴(kuò) 展 模 塊EM233(DI16/DO16*DC24V)。 SL1(L)、 SL2(I)、 SL3(H)為 3 個 液位傳感器，液體淹沒時接通。進(jìn)液閥 、 分別控制 A 液體和 B 液體進(jìn)液，出液閥 控制混合液體出液。 該系統(tǒng)所使用的輸入輸出設(shè)備的 I/O 分配如表 21 所示。 表 21 輸入和輸出設(shè)備 I/O 分配表 輸入 輸出 啟動按鈕 SB1 液體 A 電磁閥 Y1 停止按鈕 SB2 液體 B 電磁閥 Y2 低 液面?zhèn)鞲衅?SL1 混合液電磁閥 Y4 中液面?zhèn)鞲衅?SL2 攪動電動機(jī)接觸器 高 液面?zhèn)鞲衅?SL3 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 PLC 的 I/O 接線圖 根據(jù)表 21 輸入和輸出設(shè)備及 I/O 點(diǎn)分配表畫出 圖 21 I/O 主要接線圖如下 : 啟動按鈕 SB停止按鈕 SB2 分別由 和 控制。 S B 1I 1 . 3I 1 . 2I 1 . 11 MI 1 . 5I 1 . 41 LQ 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5I 1 . 0S B 2S L 1S L 2S L 3K MY 1Y 2Y 4_+F U 圖 21 I/O 接線圖 主電路的設(shè)計 根據(jù)以上所選的 CJX19， 220V 型接觸器、 DZ4763 系列小型斷路器、JR16B60/3D 型熱繼電器和型號為 Y90S6/ 的電動機(jī)可畫出其硬件電氣原理圖 如圖 22 所示。 其中本次設(shè)計中的混合液體攪拌由電動機(jī) M 啟動。 帶有短路 保護(hù)、過載保護(hù)等，短路保護(hù)由 FU 熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，過載保護(hù)由 FR 熱繼電器來實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 M3 ~L 1 L 2 L 3F RK MF U 1Q S 圖 22 主電路 液體混合控制系統(tǒng)示意 本設(shè)計為兩種液體混合攪拌控制，其元件、要求如下： 開始排放混合液體閥 Y4 打開延時 10S 后自動關(guān)閉 2. 啟動操作 按下啟動按鈕 SB1，液體裝置開始按以下順序工作 ： （ 1）進(jìn)液閥 Y1 打開， A 液體流入容器，液位上升。 (2）當(dāng)液位上升到 SL2（ I）處時，進(jìn)液閥 Y1 關(guān)閉， A 液體 停止流入，同時打開進(jìn)液閥 Y2， B 液體開始流入容器。 （ 3）當(dāng)液位上升到 SL3（ H）處，進(jìn)液閥 Y2 關(guān)閉， B 液體停止流入，同時攪拌電動機(jī)開始工作。 （ 4）當(dāng)攪拌電機(jī) 定時攪拌 10S 后制動停止攪拌，同時 Y4 打開，開始放液，液位開始下降。 （ 5）當(dāng)液位下降到 SL1（ L）處時， 開始計時 10 秒后關(guān)閉放液閥Y4，自動開始下一個循環(huán)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 工作中，若按下停止按鈕 SB2，裝置不會立即停止，而是完成當(dāng)前工作循環(huán)后再停止。 如圖 23 所示， SL1（ L）、 SL2（ I）、 SL3（ H）為 3 個液位傳感器，液體淹沒時接通。進(jìn)液閥 Y Y2 分別控制液體 A 和液體 B 進(jìn)液，出液閥Y4 控制混合液體出液。 Y 2Y 1 液 體 A 液 體 BS L 3 ( H )S L 2 ( I )S L 1 ( L )Y 4混 合 液 體M3 ~攪 拌 機(jī)電 圖 23 攪拌系統(tǒng)示意圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第 3 章 液體自動混合系統(tǒng)的 軟件 設(shè)計 程序設(shè)計的一般方法 經(jīng)驗設(shè)計法 經(jīng)驗設(shè)計法也叫湊試法。在掌握一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗進(jìn)行選擇、組合。這種方法對于一些簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計是比較湊效的，可以收到快速、簡單的效果。經(jīng)驗設(shè)計法的具體步驟如下： 1． 確定輸入 /輸出電器； 2． 確定輸入和輸出點(diǎn)的個數(shù)、選擇 PLC 機(jī)型、進(jìn)行 I/O 分配； 3． 做出系統(tǒng)動作工程流程圖； 4． 選擇 PLC 指令并編寫程序； 5． 編寫其它控制要求的程序； 將各個環(huán)節(jié)編寫的程序 聯(lián)系起來，即得到一個滿足控制要求的 程序。 邏輯設(shè)計法 工業(yè)電氣控制線路中，有很多是通過繼電器等電器元件來實(shí)現(xiàn)的。而繼電器、交流接觸器的觸點(diǎn)都只有兩種狀態(tài)即：斷開和閉合，因此用“ 0”和“ 1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計電氣控制線路是完全可以的。該方法是根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計法進(jìn)行 PLC 程序的設(shè)計，它使用邏輯表達(dá) 式描述問題。在得出邏輯表達(dá)式后，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出梯形圖 。 順序設(shè)計法 對那些按動作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計法進(jìn)行編程。順序控制法規(guī)律性很強(qiáng)，雖然編程相當(dāng)長，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性。在用順序控制設(shè)計法編程時，功能圖是很重要的工具。功能圖能夠清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。 功能圖由流程步、有向線段、轉(zhuǎn)移和動作組成，在使用時它有一些使用洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 規(guī)則，具體如下： 1. 步于步之間必須用轉(zhuǎn)移隔開； 2. 轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間必須用步隔開； 3. 轉(zhuǎn)移和步 之間用有向線段連接，正常畫順序功能圖的方向是從上向下或則從左向右。按照正常順序畫圖時，有向線段可以不加箭頭，否則必須加箭頭。 4. 一個順序功能圖中至少有一出初始步。 PLC 控制 的相關(guān) 流程圖 控制流程圖 液體自動混合 的控制是比較復(fù)雜的，要滿足控制的要求，電梯在接收用戶信號的同時，還要不斷處理各種 定時 信號。 液體混合 動作的循環(huán)過程為：開 閥 門 Y1一關(guān) 閥 門 Y1開閥門 Y2關(guān)閥門 Y2攪拌 一 定時 一 放液體 一 定時 一關(guān)閥門 Y4停 止一個循環(huán) 。同時在程序設(shè)計過程中應(yīng)遵循 定時 原則 。 系統(tǒng)的軟件流程 圖 ， 如圖 31所示 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 閥 門 Y 1 打 開 直 到 S L 2 ( I ) 到S L 2 ( I ) 到 關(guān) Y 1 ， 開 Y 2S L 3 ( H ) 到 關(guān) Y 2 ， 開 攪 拌 電機(jī)攪 拌 1 0 S1 0 S 到 放 液 體釋 放 殘 液 到 S L I ( L ) 處 ， 1 0 S后 關(guān) Y 4啟 動 圖 31 程序流程圖 可編程控制器梯形圖 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點(diǎn) 1. 它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 2. 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是 PLC 輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是 PLC 內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 3. 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 4. 內(nèi)部 繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供 CPU 內(nèi)部使用。 5. PLC 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。 根據(jù)圖 31 流程圖，分析畫出梯形圖如 32 所示 。 Q 0 . 1Q 0 . 1T 3 8Q 0 . 0 M 0 . 0 Q 0 . 4 Q 0 . 2Q 0 . 2I 1 . 0 I 1 . 1 M 0 . 0M 0 . 0M 0 . 0 Q 0 . 2 Q 0 . 0 I 1 . 1I 1 . 3網(wǎng) 絡(luò) 1網(wǎng) 絡(luò) 2網(wǎng) 絡(luò) 3 ( ) ( ) ( ) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 I 1 . 4