【正文】 今天的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中， PLC也發(fā)揮了重要作用。 由于其專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計，所以 PLC控制系統(tǒng)中的 I/0系統(tǒng)、 HMI等可以直接使用和現(xiàn)場信號連接。系統(tǒng)也不需要進行專門的抗干擾設(shè)計。所以和其他控制系統(tǒng)相比，其成本較低，而且這種趨勢還將持續(xù)下去。 （ 5）設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短 用繼電器完成一項控制工程，首先必須按工藝要求，畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的設(shè)置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便，而采用 PLC 控制，由于它軟硬件齊全，采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，所以僅需按性能、容量（輸入 /輸出點數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝，而大量的具體的程序編制工作也可以再 PLC 到貨前進行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可以同時進行。由于用軟件編程代替了硬接線實現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。因為 PLC 是通過程序來完成控 制任務(wù)的，采用了方便的工業(yè)編程語言，且具強制和仿真的功能，故程序的設(shè)計、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大地縮短設(shè)計和投運周期。 （ 6）維護方便 PLC 的輸入和輸出端子能夠直觀地反應(yīng)映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具（具有編程功能的電腦等）可以直觀的觀察控制程序和控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 I/O 點狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，極大地方便了維護人員查找故障，縮短了對系統(tǒng)的維護時間。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 19 3 大小球分揀系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的原則與內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的 原則和內(nèi)容主要包括以下幾個方面： （ 1） PLC 的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標的要求外，還應(yīng)著重考慮產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)等情況。 （ 2）最大限度地滿足被控對象或產(chǎn)生過程的控制要求。對于一些原來用繼電接觸器線路不易實現(xiàn)的要求，使用 PLC 后，將很容易實現(xiàn)。 （ 3）在滿足控制要求前提下，力求使控制簡單、經(jīng)濟、操作和維護方便。對一些過去較為繁瑣的控制可利用 PLC 的特點加以簡化，通過內(nèi)部程序化外部接線及操作方式。 （ 4）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。同時采取“軟件兼施”的辦法。 （ 5）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，選擇 PLC 容量及 I/O 點數(shù)時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。一個系統(tǒng)完成后，往往會發(fā)現(xiàn)一些原來沒有考慮到的問題，或者新提出的問題 ，如果事先留有裕量。則 PLC 系統(tǒng)極易修改。同時對日后系統(tǒng)工藝的變更提供方便。當(dāng)然對于不同的用戶，要求的側(cè)重點不同，設(shè)計的原則也應(yīng)有所區(qū)別，如果以提高產(chǎn)品和安全為目標，則應(yīng)將系統(tǒng)可靠性放在設(shè)計的重點，設(shè)置考慮采取冗余控制系統(tǒng)；如果要求系統(tǒng)改善信息管理，則應(yīng)將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計加以強化；如果系統(tǒng)工藝經(jīng)常變更，則事先充分考慮。 PLC 的選型 當(dāng)某一個控制任務(wù)決定由 PLC 來完成后，選擇 PLC 就 成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 及外設(shè)。 對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析，把所有的 I/O 點找出來，包括開關(guān)量 I/O 和模擬量 I/O 以及這些 I/O 點的性質(zhì)。 I/O 點的性質(zhì)主要是它們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器型還是晶體管型。控制系統(tǒng)的輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流的 220V 的接觸器，又有直流 24V 的指示燈，則最后選用的 PLC 的輸出點數(shù)有可能大于實際點數(shù)。因為 PLC 的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸 出只能用相同種類和等級的電源。所以一旦它們是供交流 220V 的負載使用，則直流 24V 的負載只能用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出點數(shù)的浪費，增加成本。所以，要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比如使用交流 220V 的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的 PLC 使用最多，但對于要求高速輸出的情況，如運動時的高脈沖輸出，就要使用無觸點的晶體管輸出的 PLC 了，知道這些以后，就可以確定選用多少點和 I/O 是什么類型的 PLC 了。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 20 對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： （ 1）功能方面 所有的 PLC 一般都具有常規(guī)的功能；但對 于某些特殊要求，就要知道所選用的 PLC 是否有能力完成控制任務(wù)。如對 PLC 與 PLC、 PLC 與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信聯(lián)網(wǎng)要求；或?qū)?PLC 的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對現(xiàn)在的 PLC 品牌有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。 （ 2）價格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價格相差很大，有些功能相似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O 點數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價格卻能相差 40%以上，在使用很多 PLC 的情況下，這樣的差價當(dāng)然是必須要考慮的因素。 （ 3）性能與任務(wù)要相適應(yīng) 對于開關(guān)量 控制系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對控制要求不高時，可選用小型 PLC（如西門子公司 S7200 系列 PLC 或 OMON 公司系列CPM1A/CPM2A 型 PLC）就能滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的自動控制等。對于以開關(guān)量控制為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有 A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有 D/A 轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型 PLC，如西門子公司的S7300 系列 PLC。 （ 4）處理速度應(yīng)滿 足控制要求 PLC 工作時，從輸入信號控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在 1～ 2 個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般工業(yè)控制是允許的。但有些設(shè)備的實時性要求教高，不允許有教大的滯后時間。例如， PLC 的 I/O 點數(shù)在幾十到幾千點范圍內(nèi)，這時用戶應(yīng)用程序的長短對系統(tǒng)的響應(yīng)速度會有較大的差別。滯后時間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動作時間。 大小球分揀系統(tǒng)的功能 機械手分揀大小球的控制功能要求為： (1) 機械臂起始位置在原點，為左限、上限并有顯示。 (2) 有啟動按鈕和停止按鈕控 制運行，設(shè)停止時機械臂必須已回到原點。 (3) 啟動后，機械臂動作順序為：下降→吸球→上升（至上限）→右行（至右限）→下降→ 釋放→上升（至上限）→左行返回（至原點）。 (4) 機械臂右行時有小球右限（ LS4）和大球右限（ LS5）之分；下降時，當(dāng)電磁鐵壓著大球時，下限開關(guān) LS2 斷開（ =“ 0”）；壓著小球時，下限開關(guān) LS2 接通（ =” 1”）。 設(shè)計思想 (1) 當(dāng)機械臂處于起始位置時，上限位開關(guān)和左限位開關(guān)被壓下，接近開關(guān)閉合，青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 21 + +LS 1LS 3LS 2LS 4 LS 5電磁鐵MPS 0大小上行下行左行 右行下限右限 右限左限上限原點顯示接近開關(guān)當(dāng)吸住大球時 ， 活塞未達到下限位置 ， LS 2 不動作原點指示燈亮。 (2) 啟動裝置后，撿球裝置下行，當(dāng)碰到球時，檢測開關(guān)閉合 ，停止下行，電磁鐵帶電。 (3) 如果下限位開關(guān)斷開，吸住的是大球 。下限位閉合，吸住的是小球。 (4) 吸起球后，則撿球裝置向上行，碰到上限位開關(guān)后，撿球裝置向右行；小球時碰到右限位開關(guān)（小球的右限位開關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開關(guān)后，將小球釋放到小球箱里，然后返回到原位。 (5) 如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個右限位開關(guān)（大球的右限位開 關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開關(guān)后，將大球釋放到大球箱里，然后返回到原位。 (6) 如果檢測有沒球的開關(guān)閉合，則循環(huán)運行 。如果檢測開關(guān)斷開，則運行停止。 (7) 按下即停按鈕，機械臂無論運行到哪，都立即停止，電磁鐵帶電。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 機械手分揀大小球的工作示意圖如圖 31 所示。 圖 31 機械手分揀大小球的工作示意圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 22 I/O 編址 表 31 I/O編址表 控制信號 元件符號 地址編碼 功能 輸入 SB1 起動 SB2 停止 SB3 急停 LS1 左限位開關(guān) LS2 下限位開關(guān) LS3 上限位開關(guān) LS4 小 球右限位開關(guān) LS5 大球右限位開關(guān) PS0 檢測是否有球開關(guān) PS1 檢測是否有球接近開關(guān) 輸出 HL 原始位置指示燈 Y1 抓球電磁鐵 KM1 下行接觸器 KM2 上行接觸器 KM3 右行接觸器 KM4 左行接觸器 KM5 檢測有沒球接觸器 KM6 檢測是否有球接近接觸器 定時器 時間 T37 1S T38 1S 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 23 機械 手分揀系統(tǒng)的接線圖 圖 33 I/O系統(tǒng)接線圖青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 24 4 大小球分揀系統(tǒng)的軟件程序 自動分揀大小球系統(tǒng)控制程序工作框圖 根據(jù)要求，該控制工作框圖根據(jù)吸住的是（大球、小球）有兩個分支，此處應(yīng)為分支點，且屬于選擇性分支。分支在機械臂下降之后根據(jù)下限位開關(guān)（ LS2）的通斷，分別將球吸住、上升、右行到 SB4 或 SB5 處下降，此處應(yīng)為匯合點。然后再釋放、上升、左移到原點。 圖 41 工作框圖 當(dāng)按下 時，如果轉(zhuǎn)換條件滿足，指示燈亮，撿球裝置下降撿球平板，當(dāng)檢測開關(guān) PS1 閉合時，停止下降，電磁鐵帶電，通過下限位開關(guān)判斷吸住的是打球還是小球。如果 SB2 斷開，說明吸住的是打球；如果 SB2 閉合，說明吸住的是小球。吸住球后停留 1S,撿球板上升，碰到上限位開關(guān)后右行， 為小球位限位開關(guān)， 為大球位限位開關(guān)，在右行的過程中，如果吸住的小球，碰到青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 25 停止右行，下降到下限開關(guān)位置，斷電釋放鋼球，然后上升到上限開關(guān)位置停止上升，開始左行，碰到左極限停止左行；而如果是吸住的大球，則在右行的時候碰到 就 停止右行，開始下降，下降到下限開關(guān)出停止下行，斷電釋放鋼球，然后上升到上極限位置停止上升，開始左行，到左極限停止左行，吸球時間T37 為 1s，釋放球時間 T38 也為 1s） 當(dāng)將旋鈕開關(guān) 后，系統(tǒng)由開始撿球到放球，返回再次開始撿球，如此循環(huán)不斷的進行撿球和放球的過程，直到按下停止按鈕或箱內(nèi)沒球，系統(tǒng)才停下來不工作。 當(dāng)系統(tǒng)在連續(xù)運行時，停止方式有兩種，一種是正常停止：就是按下停止按鈕后，系統(tǒng)要將整個周期剩下的步驟全部進行完，然后回到原點才停止工作。另外一種是緊急停止：就是用來處理緊急情況下來及時停止整個系統(tǒng) 工作的，一按緊急停止，系統(tǒng)立刻停止，不管已經(jīng)工作到什么位置。 梯形圖概述 概念 梯形圖是 PLC 使用得最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。 梯形圖的編程 （ 1）軟繼電器 PLC 梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存 儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與 PLC 存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果為“ 1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“ 1”或“ ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“ 0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“ 0”或“ OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。 （ 2）能流 當(dāng)兩觸點接通時，有一個假想的“概念電流”或“能流”從左向右流動，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。能流只 能從左向右流動。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。 （ 3）母線 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 26 （ 4）梯形圖的邏輯運算 根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到