【文章內(nèi)容簡介】 PLC 外部接線圖的設(shè)計 該控制系統(tǒng)核心部分是以德國西門子 CPU226 為主， CPU 模塊采用整體式結(jié)構(gòu)，它的體積小、價格低， CPU 模 塊、 I/O 模塊和電源裝在一個箱形機殼內(nèi)，前蓋下面有模式選擇開關(guān)、模擬量電位器和擴展模塊連接器。 I/O模塊中 輸入 8 點，輸出 10 點，可實現(xiàn)高速輸入輸出響應(yīng)，內(nèi)部具有高速計數(shù)和中斷處理功能。 PLC 的輸入輸出端子均接到相應(yīng)的接線端子排，輸入輸出信號通過這些接線端子排可由其它地方直接引入，這些接線端子排的布置與 PLC 的輸入輸出端子以及電源端、接地端和公共端的實際位置一一對應(yīng)。 I/O 模塊接口將輸入輸出信號引入到控制臺上。 PLC 外部硬件接線圖如圖 22 所示 (PLC 外部接線圖 )。 PC/PPI 編程電纜上標(biāo)有 PC 的 RS 一232 端連接電腦的 RS一 232通信接口，標(biāo)有 PPI的 RS一 485端連接到 CPU模塊的通信口，并擰緊 兩邊接口的螺絲。 PC/PPI 編程電纜通常在試驗中下載梯形圖程序時使用。 根據(jù)設(shè)計要求，如 圖 22 為 PLC 外部接線圖的設(shè)計。 輸 入 輸 出 啟動 電機 M3 稱重開關(guān) 電機 M2 下限 料位 電機 M1 緊急停止 料斗開關(guān) K2 上限料位 進料閥門 K1 紅燈 L2 綠燈 L1 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4啟 動稱 重料 位 下 限停 止 開 關(guān)料 位 上 限2 4 V+_Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6C P U 2 2 6 S2 2 0 V1 M1 LM 1M 2M 3K 1K 2L 1L 2F U 圖 22 PLC 自動送料 I/O 接線圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)功能的分析與設(shè)計 PLC 軟件功能的分析與設(shè)計實際上是 PLC 控制系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計中的一個重要組成部分。對于控制系統(tǒng)的整體功能要求，可以通過硬件途徑、軟件途徑或者軟硬件結(jié)合途徑來實現(xiàn)。因此，在正式編寫程序之前，首先 要站在控制系統(tǒng)的整體角度上，進行系統(tǒng)功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通過軟件的執(zhí)行來實現(xiàn)的，即明確應(yīng)用軟件所必須具備的功能。對于一個實用軟件，大體上可以從以下兩個方面來考慮： （ 1） 控制功能； （ 2） 自診斷功能。 作為 PLC 控制系統(tǒng)，其最基本的要求就是如何通過 PLC 對被控對象實現(xiàn)人們所希望的控制，所以對于以上兩方面，控制功能是最基本的，必不可少。對于一些簡單的 PLC 控制系統(tǒng)或許僅此功能就可以了，但對于本次自動送料裝車系統(tǒng)的設(shè)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。該系統(tǒng)最主要的功能就是實現(xiàn)物料的自動輸送及裝載功能，但怎樣實現(xiàn)呢？ 這就要靠及時準(zhǔn)確地控制檢測開關(guān)、閥門、皮帶傳輸送料電動機等元器件來實現(xiàn)。但是針對不同的元器件，我們要根據(jù)需要設(shè)計出不同的功能。比如用皮帶傳輸送料電動機用于傳輸物料、用閥門打開與閉合控制物料的進出等。在進行功能的分析、分配之后，要進行具體功能的設(shè)計，對于不同的 PLC 控制系統(tǒng)，其主要依據(jù)是根據(jù)被控對象和生產(chǎn)工藝要求而定。在該系統(tǒng)中，設(shè)法搞清被控設(shè)備（運料小車、皮帶傳輸送料電動機、稱重檢測裝置、物料檢測裝置等）的動作時序、控制條件、控制精度等等， 做出 明確具體的規(guī)定，分析這些規(guī)定是否合理、可行。再者就是，要弄清楚， 如果電動機出現(xiàn) 軸承損壞 。發(fā)熱 。繞組對地及相間短路 等故障時 ，我們應(yīng)該對其做出相應(yīng)的保護。如果經(jīng)過分析后，認(rèn)為達不到預(yù) 期效果（自動傳輸物料和物料自動裝載以及故障報警顯示與處理），則 要對其進行修訂，其中也可能包括與之配合的硬件系統(tǒng)，直至所有的控制功能都被證明是合理可行為止。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第二部分是自診斷功能。它包括 PLC 自身工作狀態(tài)的自診斷和系統(tǒng)中被控設(shè)備工作狀態(tài)的自診斷兩部分。對于前者可利用 PLC 自身的一些信息和手段來完成。而對于后者，則可以通過分析被控設(shè)備接收到的控制指令及被控工作的反饋信息，來判斷被控設(shè)備的工作狀態(tài)。例 如在本設(shè)計中，我們用三個熱繼電器 FR1~FR3 來實現(xiàn)故障報警及處理。具體表現(xiàn)為當(dāng)三個傳送帶 PD PD2 和 PD3 中任意一個或多個發(fā)生過載時，系統(tǒng)通過不同的信號燈的狀態(tài)變化實現(xiàn)自動報警，并通過在程序中控制其它被控對象的運行狀態(tài)來及時準(zhǔn)確的處理相應(yīng)故障。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計 I/O 信號的分析與設(shè)計 PLC 的工作環(huán)境是工業(yè)現(xiàn)場，工業(yè)現(xiàn)場的檢測信號（如：料斗檢測信號、車輛檢測信號、稱重和故障信號等）多種多樣，有模擬量（如：運料小車、物料等），也有開關(guān)量（如紅燈、綠燈、進 /送料閥門等）， PLC 就以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為對被控對象進行控制的源信息。同時， PLC 又將處理的結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)（進 /送料閥門、皮帶傳輸送料電動機）實現(xiàn)控制。因此對 I/O 信息的分析，就是對后面編程所需要的I/O 信號進行詳細(xì)的分析和定義，并以 I/O 信息表的形式提供給編程人員。I/O 信號分析的主要內(nèi)容有： （ 1）定義每一個輸入信號并確定它的地址。該設(shè)計中以 I/O 地址表和 PLC 外部接線圖的形式給出，圖中也包含對每一個輸入點所做的簡潔說明，使其一目了然。 （ 2）定義每一個輸出信號并確定它的地址。該設(shè)計中 以 I/O 地址表和 PLC 外部接線圖的形式給出，圖中也包含對每一個輸出入點所做的簡潔說明，使其一目了然。 （ 3）審核上述分析設(shè)計是否能滿足系統(tǒng)規(guī)定的功能要求。若不滿足，則需修改，直至滿足為止。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)，就是對程序中所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行具體的規(guī)劃和設(shè)計，合理地對內(nèi)存進行估算，提高內(nèi)存的利用率。 PLC 應(yīng)用程序所需的存儲空間，與內(nèi)存利用率、 I/O 點數(shù)、程序編寫水平有關(guān)。通常把系統(tǒng)中 I/O 點數(shù)和存放用戶機器語言所占內(nèi)存數(shù)之比成為內(nèi)存利用率。高的內(nèi)存利用率，占用整個系統(tǒng) 的內(nèi)存比較少，可以大大縮短掃描周期時間，從而提到系統(tǒng)的相應(yīng)速度。同樣，用戶編寫程序的優(yōu)劣對程序的長短和運行時間都有很大的影響，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計必將直接關(guān)系到編程質(zhì)量。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容有： （ 1） 按照軟件設(shè)計要求，將 PLC 的數(shù)據(jù)空間做進一步的劃分，分為若干個子空間，并對每一個子空間進行具體的定義。當(dāng)然，這要以功能算法、硬件設(shè)備要求、預(yù)計的程序結(jié)構(gòu)和占有量為依據(jù)，綜合考慮來決定。 （ 2） 應(yīng)為每一子空間留出適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以備以后使用? 該設(shè)計中，實驗室提供的 CPU 型號為 CPU 226 CN，它有 40 個 I/O 點數(shù)，但是我們只需要 5 個輸入點和 7 個輸出點共 12 個 I/O 點數(shù)，剩下的I/O 點數(shù)就可以作為裕量使用。 I/O 信號和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計為 PLC編程人員提供了重要的依據(jù)。 程序設(shè)計的常用方法 在工程中，對 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計有多種方法，這些方法的使用，也因各個設(shè)計人員的技術(shù)水平和喜好有較大的差異。現(xiàn)將常用的幾種應(yīng)用程序的設(shè)計方法簡要介紹如下。 1. 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。但是它沒有一個普遍的規(guī)律可遵循，具有一定的試探性和隨意性，最后得到的結(jié)果也不是唯一的，設(shè)計所用的時間、設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者的洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 經(jīng)驗的多少有關(guān)。 經(jīng)驗設(shè)計法的具體步驟如下： （ 1）確定輸入 /輸出電器； （ 2）確定輸入和輸出點的個數(shù)、選擇 PLC 機型、進行 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）編寫其它控制控制要求的程序； （ 6）將各個環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來，即得到一個滿足控制要求的程序。 2. 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組件來實現(xiàn)的。而繼電器、交流接觸器的觸點都只有兩種狀態(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)計法進行 PLC 程序的設(shè)計，它使用邏輯表達式描述問題。在得出邏輯表達式后，根據(jù)邏輯表達式畫出梯形圖。因此用邏輯設(shè)計法也可以適用于 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計。 3. 順序控制法 對那些按動作的先后順序進行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計法進行編程。順序控制法規(guī)律性很強，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規(guī)則，具體如下： （ 1）步與 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個出初始步。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 PLC 程序設(shè)計 根據(jù)可編過程 控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說明書的基礎(chǔ)上，用相應(yīng)的編程語言指令，編制實際應(yīng)用程序并形成程序說明書的過程就是程序設(shè)計。程序設(shè)計要對做一些必要的準(zhǔn)備工作，首先要了解系統(tǒng)的概況形成整體概念。其次熟悉被控對象、編出高質(zhì)量的程序。再次，充分利用已有的硬件和軟件工具。如果是利用計算機編程，可以大大提高編程的效率和質(zhì)量。 PLC 程序流程圖 PLC 采用計算機控制技術(shù)，其程序設(shè)計同樣可遵循軟件工程設(shè)計方法，程序工作過程可用流程圖 31 表示。由于 PLC 的程序執(zhí)行為循環(huán)掃描工作方式，因而 與計算機程序框圖不同點是， PLC 程序框圖在進行輸出刷新后，再重新開始輸入掃描，循環(huán)執(zhí)行 。 L 2 亮 L 1 滅 ， 允 許 汽 車 進來汽 車 來 否 ？L 2 滅 ， L 1 滅 M 3 運 行 ， 2 s 后 M 2 運 行 ，2 s 后 M 1 運 行 , 料 斗 K 2 打 開 出 料S 1 接 通 否 ？汽 車 裝 滿 ， 料斗 開 關(guān) K 2 關(guān) 閉M 1 延 時 2 s 后 停 止 ， M 2 在 M 1 停2 s 后 停 止 ， M 3 在 M 2 停 2 s 后 停止 L 2 亮 L 1 滅 ， 允 許 汽 車 開 走汽 車 開 走運 行 否 ？初 始 化是否是否否是 圖 31 PLC 程序流程圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 PLC 梯形圖設(shè)計 本設(shè)計的程序梯形圖如圖 32 所示 。 ( )I 0 . 0Q 0 . 0Q 0 . 0Q 0 . 0I NT O NP T 1 0 0 m s2 0( )T 3 7Q 0 . 1Q 0 . 1I N T O NP T 1 0 0 m s2 0Q 0 . 1( )Q 0 . 2Q 0 . 2I NT O NP T 1 0 0 m s2 0Q 0 . 2( )Q 0 . 3( )I 0 . 2 I 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 0Q 0 . 4T 3 7T 3 8T 3 8T 3 9T 3 9洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 ( )I 0 . 1M 0 . 0( )I NT O NP T 1 0 0 m s2 0I N T O NP T 1 0 0 m sI NT O NP T 1 0 0 m s4 0( R )Q 0 . 318 0( R )1( R )1( R )1Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2( )Q 0 . 5Q 0 . 2Q 0 . 1Q 0 . 5Q 0 . 0( )I 0 . 0 Q 0 . 5I 0 . 1Q 0 . 5M 0 . 0T 4 0T 4 1T 4 2T 4 0T 4 1T 4 2洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 ( R )1I 0 . 3Q 0 . 0 圖 32 PLC 程