【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)相當?shù)?PLC 的價格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數(shù)。 PLC 主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10第 3 章 PLC 系統(tǒng)設(shè)計 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(zhì)量。因此，在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)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(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集 資料，并于機械部分的設(shè)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(shè)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(yīng)適當留有裕量。 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此， PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括： （ 1）用戶輸入設(shè)備（按鈕、操 作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關(guān)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(shù)經(jīng)濟性能指標起到重要的作用。選擇 PLC，應(yīng)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(shè)計控制程序。包括設(shè)計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(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(guān)鍵。因此，控制程序餓設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 （ 5）必要時還需設(shè)計控制臺 （ 6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。 熟悉被控對象的工藝要求，確定必須完成的動作及動作完成的順序，歸納出順序功能圖。 PLC 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，確定 I/O 點數(shù)和 I/O 點的類型（數(shù)字量、模擬量等），并列出 I/O點清單。進行內(nèi)存容量的估計，適當留有余量。根據(jù)經(jīng)驗，對于一般開關(guān)量控制系統(tǒng)，用北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11戶程序所需存儲器的容量等于 I/O 總數(shù)乘以 8；對于只有模擬量輸入的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要 100 個存儲器字；對于既有模擬量輸入又有模擬量輸出的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要 200 個存儲器字。確定機型時，還要結(jié)合市場情況，考察 PLC 生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定性能價格比好一些的 PLC 機型。 根據(jù)所選用的 PLC產(chǎn)品，了解其使用的性能。按隨機提供的資料結(jié)合實際需求，同時考慮軟件編程的情況進行外電路的設(shè)計，繪制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖。 （ 1）軟件設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)控制系統(tǒng)要求將順序 功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，在程序設(shè)計的時候最好將使用的軟元件（如內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器等）列表，標明用途，以便于程序設(shè)計、調(diào)試和系統(tǒng)運行維護、檢修時查閱。 （ 2）模擬調(diào)試。將設(shè)計好的程序下載到 PLC 主單元中。由外接信號源加入測試信號，可用按鈕或小開關(guān)模擬輸入信號，用指示燈模擬負載，通過各種指示燈的亮暗情況了解程序運行的情況，觀察輸入 /輸出之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合設(shè)計要求，并及時修改和調(diào)整程序，直到滿足設(shè)計要求為止。 在模擬調(diào)試合格的前提下，將 PLC 與現(xiàn)場設(shè)備連接?，F(xiàn)場調(diào)試前要全面檢 查整個 PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設(shè)備連接線、 I/O 連線等。在保證整個硬件連接正確無誤的情況下才可送電。將 PLC 的工作方式置為“ RUN”。反復(fù)調(diào)試，消除可能出現(xiàn)的問題。當試運一定時間且系統(tǒng)運行正常后，可將程序固化在具有長久記憶功能的存儲器中，做好備份。 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)計 I/O 連接圖。 （ 5）進行 PLC 程序設(shè) 計，同時可進行控制太的設(shè)計和現(xiàn)場施工。 程序設(shè)計的步驟 （ 1）對于較復(fù)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條件。 （ 2）設(shè)計梯形圖。這程序設(shè)計的關(guān)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。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12（ 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(diào)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(diào)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(shù)文件。 （ 8）交付使用。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 圖 31 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14第 4 章 自動售貨機 PLC 程序設(shè)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(shè) 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(shè)，本試驗中假設(shè)： 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(yīng)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(yīng)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(yīng)退幣值及數(shù)量。按下確認鈕，則恢復(fù)初始狀態(tài)。 到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結(jié)束。 設(shè)計任務(wù)的確定 在清楚自動售貨機運行工作過程的基礎(chǔ)上，制定出設(shè)計方案，確定任務(wù)的目標，以設(shè)計出合理的仿真系統(tǒng)。 首先，應(yīng)該做上位機與下位機的任務(wù)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(shè)計時可以去觀看一下真正售貨機的外北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設(shè)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(shè)計工作。最后，進行上位機設(shè)計結(jié)果與下位機設(shè)計結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個系統(tǒng)的設(shè)計 另外，上位機與下位機的設(shè)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(yīng)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(yīng)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(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)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(shè)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(shè)計思路，下面就可以開始著手設(shè)計了。 程序設(shè)計部分 部分內(nèi)容是整個系統(tǒng)設(shè)計的主體部分。所要完成的任務(wù)是仿真系統(tǒng)的上 位機與下位機的程序設(shè)計，即在上述功能分析的基礎(chǔ)上，有針對性地進行設(shè)計。 程序設(shè)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(shè)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(shè)計工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細設(shè)計過程中，并沒有將上位機的設(shè)計與下位機的設(shè)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(yīng)的設(shè)計部分中注明是上位機的設(shè)計還是下位機的設(shè)計。 PLC 程序設(shè)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(nèi)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(nèi)部傳遞程序的設(shè)計 仿真系統(tǒng)運行初期，要由 PLC 向仿真畫面相應(yīng)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(yīng)的變量，來實現(xiàn)與 PLC 程北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16序的對接。 （ 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(yīng)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 41 所示。 表 41 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(yīng)增加相同數(shù)值，加法是由 16位加法指令 E20 來實現(xiàn)的。 （ 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，提示可以購買。這里只要選擇燈來代表此信 號。 為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時比較，用了一個特殊內(nèi)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(yīng)的指示燈閃爍表示可以購買該種商品。 （ 4）選擇商品過程 當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應(yīng)的“選擇”按紐即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時消費顯示欄中顯示出已經(jīng)消費掉的金額，余額也將扣除已消費的幣值，接著余額繼續(xù)與價格相比較，判斷是否能繼續(xù)購買。出現(xiàn)在出貨口的 商品在沒有取走前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標點擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口中的商品隱藏。對應(yīng)的梯形圖程序如圖 43所示。 在梯形圖 43 中，一是要使商品出現(xiàn)在出貨框中，二是要實現(xiàn)內(nèi)部貨幣的運算。以第一步為例，按下選擇 01 商品鍵，相當于給 R205 加一個信號（只接受一次脈沖，所以用DF 微分指令），當 YO 接通 (01 商品燈亮 )時，則系統(tǒng)顯示可以購買 01 商品。由于取 01商品 R230 是常閉觸點，故 Y8輸出，代表在出貨框中出現(xiàn) 01 商品，購買成功。當按下取01 商品按鈕時， R230 斷開，不能輸出 Y8，代表 01 商品被取走。 內(nèi)部幣值的計算和是否取走商品無關(guān)，只要按下選擇按鈕，并且可以購買此商品就要從余額中扣除相應(yīng)的金額，顯示消費的幣值。加法由 F20指令實現(xiàn)，減法由 F25 實現(xiàn)。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 R205 Y0 R230 Y8 DF Y8 R205 Y0 DF 1 1 F25 , WR 4 , WR 3 F20+ , WR 4 , WR 2 R206 Y1 R231 Y9 DF Y9 R206 Y1 DF 1 1