【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PLC 外部接線圖的設(shè)計(jì) 該控制系統(tǒng)核心部分是以德國(guó)西門(mén)子 CPU226 為主， CPU 模塊采用整體式結(jié)構(gòu)，它的體積小、價(jià)格低， CPU 模 塊、 I/O 模塊和電源裝在一個(gè)箱形機(jī)殼內(nèi)，前蓋下面有模式選擇開(kāi)關(guān)、模擬量電位器和擴(kuò)展模塊連接器。 I/O模塊中 輸入 8 點(diǎn)，輸出 10 點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高速輸入輸出響應(yīng)，內(nèi)部具有高速計(jì)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(hào)通過(guò)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(shí)際位置一一對(duì)應(yīng)。 I/O 模塊接口將輸入輸出信號(hào)引入到控制臺(tái)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(yàn)中下載梯形圖程序時(shí)使用。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，如 圖 22 為 PLC 外部接線圖的設(shè)計(jì)。 輸 入 輸 出 啟動(dòng) 電機(jī) M3 稱(chēng)重開(kāi)關(guān) 電機(jī) M2 下限 料位 電機(jī) M1 緊急停止 料斗開(kāi)關(guān) K2 上限料位 進(jìn)料閥門(mén) K1 紅燈 L2 綠燈 L1 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4啟 動(dòng)稱(chēng) 重料 位 下 限停 止 開(kāi) 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(dòng)送料 I/O 接線圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能的分析與設(shè)計(jì) PLC 軟件功能的分析與設(shè)計(jì)實(shí)際上是 PLC 控制系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。對(duì)于控制系統(tǒng)的整體功能要求，可以通過(guò)硬件途徑、軟件途徑或者軟硬件結(jié)合途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在正式編寫(xiě)程序之前，首先 要站在控制系統(tǒng)的整體角度上，進(jìn)行系統(tǒng)功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通過(guò)軟件的執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即明確應(yīng)用軟件所必須具備的功能。對(duì)于一個(gè)實(shí)用軟件，大體上可以從以下兩個(gè)方面來(lái)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(guò) PLC 對(duì)被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)人們所希望的控制，所以對(duì)于以上兩方面，控制功能是最基本的，必不可少。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的 PLC 控制系統(tǒng)或許僅此功能就可以了，但對(duì)于本次自動(dòng)送料裝車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。該系統(tǒng)最主要的功能就是實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)輸送及裝載功能，但怎樣實(shí)現(xiàn)呢？ 這就要靠及時(shí)準(zhǔn)確地控制檢測(cè)開(kāi)關(guān)、閥門(mén)、皮帶傳輸送料電動(dòng)機(jī)等元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是針對(duì)不同的元器件，我們要根據(jù)需要設(shè)計(jì)出不同的功能。比如用皮帶傳輸送料電動(dòng)機(jī)用于傳輸物料、用閥門(mén)打開(kāi)與閉合控制物料的進(jìn)出等。在進(jìn)行功能的分析、分配之后，要進(jìn)行具體功能的設(shè)計(jì)，對(duì)于不同的 PLC 控制系統(tǒng)，其主要依據(jù)是根據(jù)被控對(duì)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(yùn)料小車(chē)、皮帶傳輸送料電動(dòng)機(jī)、稱(chēng)重檢測(cè)裝置、物料檢測(cè)裝置等）的動(dòng)作時(shí)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(dòng)機(jī)出現(xiàn) 軸承損壞 。發(fā)熱 。繞組對(duì)地及相間短路 等故障時(shí) ，我們應(yīng)該對(duì)其做出相應(yīng)的保護(hù)。如果經(jīng)過(guò)分析后，認(rèn)為達(dá)不到預(yù) 期效果（自動(dòng)傳輸物料和物料自動(dòng)裝載以及故障報(bào)警顯示與處理），則 要對(duì)其進(jìn)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì)于前者可利用 PLC 自身的一些信息和手段來(lái)完成。而對(duì)于后者，則可以通過(guò)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(lái)判斷被控設(shè)備的工作狀態(tài)。例 如在本設(shè)計(jì)中，我們用三個(gè)熱繼電器 FR1~FR3 來(lái)實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警及處理。具體表現(xiàn)為當(dāng)三個(gè)傳送帶 PD PD2 和 PD3 中任意一個(gè)或多個(gè)發(fā)生過(guò)載時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)不同的信號(hào)燈的狀態(tài)變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，并通過(guò)在程序中控制其它被控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)及時(shí)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(jì) I/O 信號(hào)的分析與設(shè)計(jì) PLC 的工作環(huán)境是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)（如：料斗檢測(cè)信號(hào)、車(chē)輛檢測(cè)信號(hào)、稱(chēng)重和故障信號(hào)等）多種多樣，有模擬量（如：運(yùn)料小車(chē)、物料等），也有開(kāi)關(guān)量（如紅燈、綠燈、進(jìn) /送料閥門(mén)等）， PLC 就以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的源信息。同時(shí)， PLC 又將處理的結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)（進(jìn) /送料閥門(mén)、皮帶傳輸送料電動(dòng)機(jī)）實(shí)現(xiàn)控制。因此對(duì) I/O 信息的分析，就是對(duì)后面編程所需要的I/O 信號(hào)進(jìn)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(hào)分析的主要內(nèi)容有： （ 1）定義每一個(gè)輸入信號(hào)并確定它的地址。該設(shè)計(jì)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(duì)每一個(gè)輸入點(diǎn)所做的簡(jiǎn)潔說(shuō)明，使其一目了然。 （ 2）定義每一個(gè)輸出信號(hào)并確定它的地址。該設(shè)計(jì)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(duì)每一個(gè)輸出入點(diǎn)所做的簡(jiǎn)潔說(shuō)明，使其一目了然。 （ 3）審核上述分析設(shè)計(jì)是否能滿(mǎn)足系統(tǒng)規(guī)定的功能要求。若不滿(mǎn)足，則需修改，直至滿(mǎn)足為止。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是對(duì)程序中所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，合理地對(duì)內(nèi)存進(jìn)行估算，提高內(nèi)存的利用率。 PLC 應(yīng)用程序所需的存儲(chǔ)空間，與內(nèi)存利用率、 I/O 點(diǎn)數(shù)、程序編寫(xiě)水平有關(guān)。通常把系統(tǒng)中 I/O 點(diǎn)數(shù)和存放用戶(hù)機(jī)器語(yǔ)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(gè)系統(tǒng) 的內(nèi)存比較少，可以大大縮短掃描周期時(shí)間，從而提到系統(tǒng)的相應(yīng)速度。同樣，用戶(hù)編寫(xiě)程序的優(yōu)劣對(duì)程序的長(zhǎng)短和運(yùn)行時(shí)間都有很大的影響，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必將直接關(guān)系到編程質(zhì)量。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有： （ 1） 按照軟件設(shè)計(jì)要求，將 PLC 的數(shù)據(jù)空間做進(jìn)一步的劃分，分為若干個(gè)子空間，并對(duì)每一個(gè)子空間進(jìn)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(jì)的程序結(jié)構(gòu)和占有量為依據(jù)，綜合考慮來(lái)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(jì)中，實(shí)驗(yàn)室提供的 CPU 型號(hào)為 CPU 226 CN，它有 40 個(gè) I/O 點(diǎn)數(shù)，但是我們只需要 5 個(gè)輸入點(diǎn)和 7 個(gè)輸出點(diǎn)共 12 個(gè) I/O 點(diǎn)數(shù)，剩下的I/O 點(diǎn)數(shù)就可以作為裕量使用。 I/O 信號(hào)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)為 PLC編程人員提供了重要的依據(jù)。 程序設(shè)計(jì)的常用方法 在工程中，對(duì) PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)有多種方法，這些方法的使用，也因各個(gè)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平和喜好有較大的差異?，F(xiàn)將常用的幾種應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)要介紹如下。 1. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合。這種方法對(duì)于一些 簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較湊效的，可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。但是它沒(méi)有一個(gè)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(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 經(jīng)驗(yàn)的多少有關(guān)。 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(gè)數(shù)、選擇 PLC 機(jī)型、進(jìn)行 I/O 分配； （ 3）做出系統(tǒng)動(dòng)作工程流程圖； （ 4）選擇 PLC 指令并編寫(xiě)程序； （ 5）編寫(xiě)其它控制控制要求的程序； （ 6）將各個(gè)環(huán)節(jié)編寫(xiě)的程序合理地聯(lián)系起來(lái)，即得到一個(gè)滿(mǎn)足控制要求的程序。 2. 邏輯設(shè)計(jì) 法 工業(yè)電氣控制線路中，有很多是通過(guò)繼電器等電器組件來(lái)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(kāi)和閉合，因此用“ 0”和“ 1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)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(jì)法進(jìn)行 PLC 程序的設(shè)計(jì)，它使用邏輯表達(dá)式描述問(wèn)題。在得出邏輯表達(dá)式后，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫(huà)出梯形圖。因此用邏輯設(shè)計(jì)法也可以適用于 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。 3. 順序控制法 對(duì)那些按動(dòng)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(jì)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(zhǎng)，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性。在用順序控制設(shè)計(jì)法編程時(shí)，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(dòng)作組成，在使用時(shí)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(kāi)； （ 2）轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間必須用步隔開(kāi)； （ 3）轉(zhuǎn)移和步之間用有向線段連接，正常畫(huà)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(huà)圖時(shí)，有向線段可以不加箭頭，否則必須加箭頭。 （ 4）一個(gè)順序功能圖中至少有一個(gè)出初始步。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 PLC 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)可編過(guò)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(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上，用相應(yīng)的編程語(yǔ)言指令，編制實(shí)際應(yīng)用程序并形成程序說(shuō)明書(shū)的過(guò)程就是程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)要對(duì)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(duì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)，其程序設(shè)計(jì)同樣可遵循軟件工程設(shè)計(jì)方法，程序工作過(guò)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(jì)算機(jī)程序框圖不同點(diǎn)是， PLC 程序框圖在進(jìn)行輸出刷新后，再重新開(kāi)始輸入掃描，循環(huán)執(zhí)行 。 L 2 亮 L 1 滅 ， 允 許 汽 車(chē) 進(jìn)來(lái)汽 車(chē) 來(lái) 否 ？L 2 滅 ， L 1 滅 M 3 運(yùn) 行 ， 2 s 后 M 2 運(yùn) 行 ，2 s 后 M 1 運(yùn) 行 , 料 斗 K 2 打 開(kāi) 出 料S 1 接 通 否 ？汽 車(chē) 裝 滿(mǎn) ， 料斗 開(kāi) 關(guān) K 2 關(guān) 閉M 1 延 時(shí) 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(chē) 開(kāi) 走汽 車(chē) 開(kāi) 走運(yùn) 行 否 ？初 始 化是否是否否是 圖 31 PLC 程序流程圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 PLC 梯形圖設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 ( R )1I 0 . 3Q 0 . 0 圖 32 PLC 程