【文章內(nèi)容簡介】 多可達(dá) 8000 多個(gè) I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC 較為合適。 PLC 由于采用通用軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近 10 年來，隨著 PLC 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用 PLC進(jìn)行控制， PLC 在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 PLC 在我國仍將保持高速增長勢頭 [4]。 PLC 的分類 PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對 PLC 的分類可以根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能的差異等進(jìn)行大致分類。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類 PLC 按其 I/O 點(diǎn)數(shù)多少一般可分為以下 4 類。 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)小于 64 點(diǎn)的 PLC 為超小型或微型 PLC。 型 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)為 256 點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)容量小于 8KB 的為小型 PLC。 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)在 512～ 2048 點(diǎn)之間的為中型 PLC。 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)為 2048 點(diǎn)以上的為大型 PLC。它具有極強(qiáng)的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。 按功能分類 根據(jù) PLC 所具有的功能不同可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔 3 類。 PLC：除具有中檔 PLC 的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)、表格、 CRT 可編程控制器原理與 應(yīng)用顯示、打印和更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 PLC：除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量 I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、 PID(比例、積分、微分控制 )控制等功能，以適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 PLC： 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量的模擬量 I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 PLC 系統(tǒng)組成及各部分的功能 運(yùn)算和控制中心 它在整個(gè)系統(tǒng)中起“心臟”作用。 ，分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、 ROM 組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。 用戶存儲(chǔ)器：分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）組成。 /輸出接口 (1) 輸入接口： 輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。當(dāng)開關(guān)斷 開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成 PLC 內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號(hào)。 (2) 輸出接口： 輸出接口工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào) 1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào) 0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作 [5]。 PLC 的基本工作原理 PLC 采用“順序掃描，不斷循 環(huán)”的工作方式 ,集中對輸入信號(hào)進(jìn)行采樣 ,集中對輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。 。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入 ,只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。 ，程序執(zhí)行，輸出刷新。 。 。（ 1） CPU 執(zhí)行指令的速度（ 2）指令本身占有的時(shí)間（ 3）指令條數(shù) ,集中輸出的方式。存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 /輸出響應(yīng)延遲。 控制對象的設(shè)計(jì)要求 如上所述，電鍍的工作流程：啟動(dòng) —— 吊鉤上升 —— 上限行程開關(guān)閉合 —— 右行至 1 號(hào)槽上方 —— XK1 行程開關(guān)閉合 —— 吊鉤下降進(jìn)入 1 號(hào)槽—— 下限行程開關(guān)閉合 —— 電鍍延時(shí) —— 吊鉤上升??，由 3 號(hào)槽內(nèi)吊鉤上升，然后左行至左限位，吊鉤下降至原位，即原位。 按照要求，我們要實(shí)現(xiàn)以下工作方式： ：表示設(shè)備處于初始狀態(tài)，吊鉤在下限位置，行車在左限位置。 ：當(dāng)?shù)蹉^回到原點(diǎn)后，延時(shí)一段時(shí)間（裝卸零件），自動(dòng)上升右行，按照工作流程要求不停的循環(huán)。 ：設(shè)備始于原點(diǎn)，按下啟動(dòng) 按鈕，設(shè)備工作一個(gè)周期，然后停于原點(diǎn)，要重復(fù)第二個(gè)工作周期，必須再按一下啟動(dòng)按鈕 [6]。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 2 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC 機(jī)型選擇 根據(jù)自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國西門子 PLC S7200 CPU226 型號(hào)，此類型 PLC 無論獨(dú)立運(yùn)行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)都能完成各種控制任務(wù)。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動(dòng)控制。其應(yīng)用領(lǐng)域包括各種機(jī)床、紡織機(jī)械、塑料機(jī)械、電梯等行業(yè)。S7200 CPU226 通訊功能完善，具有極高的性能價(jià)格比是很突出的特點(diǎn)，也是我們采用它的主要 原因。 PLC 為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號(hào)有兩部分，一部分是原點(diǎn)、單周期、連續(xù)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關(guān)，這些面板按鈕信號(hào)和傳感器信號(hào)作為 PLC 的輸入變量，經(jīng)過 PLC 的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器， 然后在 PLC 內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)來控制行車的運(yùn)行和吊鉤的升降 [7]。 I/O 分配表及其端子接線圖 在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們定義的 I/O 分配表如表 21 所示。將 13 個(gè)輸入信號(hào)和 5 個(gè)輸入信號(hào)按各自的功能類型分好，并與 PLC 的 I/O 點(diǎn)一 一對應(yīng)，編排地址如下表。數(shù)字量擴(kuò)展模塊的地址分配是從最靠近 CPU 模塊的數(shù)字量模塊開始，在本機(jī)數(shù)字量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字節(jié)連續(xù)遞增，模擬量擴(kuò)展模塊的地址是從最靠近 CPU 模塊的模擬量模塊開始，在本機(jī)模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 表 21 I/O 分配表 我 我 們定義的 I/O 端子接線圖 如圖 21 所示。由圖表可以看出 ,PLC 控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有 13 個(gè)，均為開關(guān)量。其中單操作按鈕開關(guān) 2 個(gè)，行程開關(guān) 3 個(gè)，限位開關(guān) 5 個(gè)，選擇工作方式開關(guān) 2 個(gè)。 PLC 控制系統(tǒng)的輸出信 序號(hào) 輸 入 序號(hào) 輸 出 1 上限位 14 上升 2 下限位 15 下降 3 左限位 16 右行 4 XK1 行程開關(guān) 17 左行 5 XK2 行程開關(guān) 18 原位 6 XK3 行程開關(guān) 19 定時(shí) 7 原點(diǎn)開關(guān) 8 連續(xù)工作開關(guān) 9 啟動(dòng)按鈕 10 停止按鈕 12 單周期按鈕 13 右限位 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 號(hào)有 5 個(gè)，其中 2 個(gè)用于驅(qū)動(dòng)吊鉤電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器 KM KM2,2 個(gè)用于驅(qū)動(dòng)行車電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器 KM KM4， 1 個(gè)用于原位指示。 上 限下 限左 限行 程 開 關(guān)1行 程 開 關(guān)2行 程 開 關(guān)3連 續(xù)啟 動(dòng)停 止單 周 期右 限I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 1I 1 . 3I 1 . 41 M2M1 L2 LA C2 2 0 VK M 1K M 2K M 3K M 4H L 1H L 2+F US7200 CPU2262 4 VQ 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5 圖 21 I/O 端子接線圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 主電路的設(shè)計(jì) 電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分，在本次設(shè)計(jì)中我們著重分析了主電路圖。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，只需用兩臺(tái)電機(jī)分別控制吊鉤的上升、下降和行 車的左行、右行。主電路如圖 22，接觸器 KM1， KM2 控制電動(dòng)機(jī) M1 的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吊鉤的上升和下降，接觸器 KM3， KM4 控制電動(dòng)機(jī) M2 的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)行車的前進(jìn)和后退 。 L 1L 2L 3M 1~3~3M 2F U 1 F U 2K M 1K M 2 K M 3K M 4F R 1F R 2Q S 圖 22 電鍍生產(chǎn)線主電路圖 電氣原理圖是根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理，采用電器元件展開的形式，利用圖形符號(hào)和項(xiàng)目符號(hào)表示電路各電器元件中導(dǎo)電部件和接線端子連接關(guān)系的電路圖。電氣原理圖并不按電器元件實(shí)際布置來繪制，而是根據(jù)它在電路中所起的作用畫在不同的部位上。電氣原理圖具有結(jié)構(gòu)簡單、層次分明的特點(diǎn)，適合研究和分析電路工作原理，在設(shè) 計(jì)研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場等方面得到廣泛應(yīng)用 [8]。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 電鍍行車的工作流程圖 我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認(rèn)識(shí)電鍍行車的生產(chǎn)全過程，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程圖，如圖 23 所示。 行車動(dòng)作無非就是上下左右受控移動(dòng)，按照指定的順序 (即動(dòng)作表 )完成一系列的動(dòng)作。要求有幾套動(dòng)作表可以選擇，動(dòng)作可以靜態(tài)修改，也可以在運(yùn)行時(shí)由上位機(jī)動(dòng)態(tài)修改。在這里，我們把行車的一個(gè)動(dòng)作定義為：“到幾號(hào)工位上升，再到幾號(hào)工位下降”，或者是“延時(shí)幾秒”，每個(gè)動(dòng)作表由若干個(gè)動(dòng)作字組成，放在 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器里，動(dòng)作表 由 PLC 程序初始化，也可以在運(yùn)行時(shí)通過串行通訊由上位機(jī)讀取和修改， PLC 程序在運(yùn)行時(shí)只是不斷地解釋和執(zhí)行動(dòng)作表 。 初 始 化連 續(xù)單 周 期運(yùn) 行 否槽 1槽 2槽 3YNYNYN返 回開 始 圖 23 電鍍行車的工作流程圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件的組成及作用 PLC 內(nèi)部資源 內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入 /輸出繼電器區(qū)、定時(shí)器區(qū)、計(jì)數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等。下面分別介紹下。 ：電氣自動(dòng)控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時(shí)器進(jìn)行 時(shí)間控制，靈活地使用定時(shí)器可以編制出復(fù)雜動(dòng)作的控制程序。它是 PLC 中重要的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。 定時(shí)器的工作過程與繼電 接觸器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但它沒有瞬動(dòng)觸點(diǎn)。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間預(yù)設(shè)值。當(dāng)定時(shí)器的輸入條件滿足時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從 0 開始按一定的時(shí)間單位增加；當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，定時(shí)器觸點(diǎn)動(dòng)作。利用定時(shí)器的觸點(diǎn)就可以得到控制所需的延時(shí)時(shí)間。 ：計(jì)數(shù)器可用來累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，經(jīng)常用于對產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)或者進(jìn)行特定功能的編程。使用時(shí)要提前輸入它的特定植。當(dāng)輸入觸發(fā)條 件滿足時(shí)，計(jì)數(shù)器開始累計(jì)它的輸入端脈沖電位上升延的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。 ：輸入繼電器一般都有一個(gè) PLC 的輸入端子與之對應(yīng)，它用于接受外部的開關(guān)信號(hào)。當(dāng)外部的開關(guān)信號(hào)為閉合時(shí)，輸入繼電器的線圈得電，在程序中常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。 ：輸出繼電器一般都有一個(gè) PLC 上的輸出端子與之對應(yīng)。當(dāng)通過程序使得輸出繼電器線圈得電時(shí)， PLC 上的輸出端開關(guān)閉合，它可以作為控制外部負(fù)載的開關(guān)信號(hào)。同時(shí)在程序中其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。 存儲(chǔ)器：內(nèi)部位存儲(chǔ)器的作用和繼電 接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相同，它在 PLC 中沒有輸入 /輸出端與之對應(yīng)，因此它的觸點(diǎn)不能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，這是與輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要起邏輯控制作用。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 以上幾個(gè)是我們在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中可能需要用到的 PLC 軟元件，另外 PLC 還有很多其它的軟元件 [9]。 PLC 編程語言 PLC 是通過運(yùn)行編寫的用戶程序?qū)崿F(xiàn)控制任務(wù)的。 PLC 中的程序由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成，系統(tǒng)程序由 PLC 生產(chǎn)廠家提供，它支持用戶程序的運(yùn)行；用戶程序是用戶為完成特定的控制任務(wù)而編寫的應(yīng)用 程序。S7200 系列 PLC 的編程語言非常豐富，有梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖等，用戶可以選擇一種編程語言，如果需要，