【導(dǎo)讀】械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。對(duì)早期的PLC，凡是有繼電器的地方，都可采用。而對(duì)當(dāng)今的PLC幾乎可以說(shuō)凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC。尤其是近幾年來(lái)，PLC的成本下降，功能又不段增強(qiáng)，所以，目前PLC在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。本設(shè)計(jì)采用PLC控制伺服電機(jī)，使伺服電機(jī)動(dòng)作的抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠性高，現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)；同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)構(gòu)成十分靈活，便于在線修改，產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng)。而且本送料小車(chē)的設(shè)計(jì)是由于工作環(huán)境惡劣，不允許人進(jìn)入工作環(huán)境。的情況下孕育而成的。

　　

【正文】 種邏輯及運(yùn)算程序。 電源：向輸入輸出及 CPU 提供電源。 操作顯示：向存儲(chǔ)器輸入用戶(hù)程序或更改用戶(hù)程序，顯示程序運(yùn)行狀態(tài)。 PLC 主機(jī)有電源端子（交流供電型還設(shè)有供外部輸入設(shè)備用的服務(wù)電源）、功能接地端子（抗干擾、防電擊，務(wù)必接地）、保護(hù)接地端子（防觸電）、輸入輸出端子及其 LED（當(dāng)對(duì)應(yīng)的輸入或輸出端子 ON 時(shí)，相應(yīng)的輸入輸出 LED 燈亮，但當(dāng) CPU 異常、 I/O 總線發(fā)生異常時(shí)所有輸入 LED 滅；當(dāng)內(nèi)存異常及系統(tǒng)異常（ FALS）發(fā)生時(shí)，所有輸入 LED 保持發(fā)生異常時(shí)的狀態(tài)，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入的 LED 狀態(tài)也不改 變）， PLC 狀態(tài)顯示 LED（ POWER 電源、 RUN、運(yùn)行、監(jiān)視 /編程、停止、 ERROR/ALARM 亮故障 /閃警告、 COM外設(shè)通訊亮），模擬設(shè)定電位器及擴(kuò)展連接器。 PLC 的功能 A． 邏輯控制功能： 實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的 PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越大 的作用。 B． 定時(shí)控制功能：利用 PLC定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的控制，從而完成設(shè)備的順序動(dòng)作。 C． 計(jì)數(shù)控制功能：基于計(jì)數(shù)器的優(yōu)異功能來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的循環(huán)功能。 D． 步進(jìn) (順序 )控制功能：運(yùn)用定時(shí)器、計(jì)數(shù)器來(lái)對(duì)時(shí)間的控制，從而實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的順序動(dòng)作。 E． PID控制功能： 在 S7200中 PID功能是通過(guò) PID指令功能塊實(shí)現(xiàn)。通過(guò)定時(shí)（按照采樣時(shí)間）執(zhí)行 PID功能塊，按照 PID運(yùn)算規(guī)律，根據(jù)當(dāng)時(shí)的給定、反饋、比例－積分－微分?jǐn)?shù)據(jù)，計(jì)算出控制量。也就說(shuō)這些參數(shù)是通過(guò) PLC的功能塊實(shí)現(xiàn)的 。 F． 數(shù)據(jù)控制功能： PLC具有數(shù)據(jù)處 理能力 G． 通信和聯(lián)網(wǎng)功能： PLC 的聯(lián)網(wǎng)就是為了提高系統(tǒng)的控制能力和范圍，將分布在不 19 同位置的 PLC 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)、 PLC 與智能設(shè)備通過(guò)傳送介質(zhì)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)通信，已構(gòu)成功能更強(qiáng)的控制系統(tǒng)。 PLC 的電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓 （ 220V） 波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 6 自動(dòng)送料裝車(chē)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 概述 生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)是利用信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)等傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的結(jié)合，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行信息化管理，逐步實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)控制到信息管理集于一體，能使企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程與信息管理系統(tǒng) (MIS、 ERP 等 )信息集成，從而提高制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的效能，并全面提高制造業(yè)信息化的綜合效率。 在全自動(dòng)發(fā)展的今天，控制系統(tǒng)起著類(lèi)似人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)的作用，它將自動(dòng)線中所有的設(shè)備連結(jié)成一個(gè)有機(jī)的整體。它主要包括工作循環(huán)控制裝置、訊號(hào)處理裝置及檢測(cè)裝置。隨著科學(xué)的進(jìn)步，各種新技術(shù)如光電控制、數(shù)控技術(shù)、電腦控制等在自動(dòng)線中大量被采用 ，使其控制系統(tǒng)更趨完善，更加可靠，效率更高。 凡是在沒(méi)有人的直接參與下，能完成能量、物料和信息的整個(gè)變換過(guò)程的機(jī)器，稱(chēng)為自動(dòng)機(jī)。自動(dòng)機(jī)中的各個(gè)機(jī)械動(dòng)作，一般都采用各種各樣的機(jī)構(gòu)來(lái)完成的。 完成一定工藝過(guò)程的自動(dòng)機(jī)群，通過(guò)自動(dòng)運(yùn)輸裝置聯(lián)接起來(lái)，可組成自動(dòng)線。 重力輸送裝置是利用物品的重力克服輸送過(guò)程的摩擦力而得以實(shí)現(xiàn)輸送，故不需要?jiǎng)恿?，其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。但這類(lèi)裝置只能由高處向低處輸送，且輸送時(shí)間難于精確保證。 此次的重力輸送裝置輸送帶?；?PLC 的控制部分是設(shè)計(jì)的中樞神經(jīng)，運(yùn)用可編程控制器對(duì)全程控制。 控制要求 A． 初始狀態(tài)：紅燈 L1 滅，綠燈 L2 亮，表示允許汽車(chē)開(kāi)進(jìn)。電動(dòng)機(jī) M M M3 皆為 OFF。 B． 當(dāng)汽車(chē)到來(lái)時(shí)（用 S2接通表示），紅燈 L1 亮，綠燈 L2 滅，同時(shí) M3 運(yùn)行 且 K1打開(kāi) ， 2S 后 M2 運(yùn)行， 2S 后 M1 運(yùn)行， 2S后裝料斗 K2 打開(kāi)出料 。 20 C． 當(dāng)汽車(chē)料滿(mǎn)后（用 S2斷開(kāi)表示），裝料斗 K2 關(guān)閉， 2S后 M1 停止， 2S后 M2 停止， 2S后 M3 停止 且 K1 關(guān)閉 ，同時(shí)綠燈 L2 亮，紅燈 L1滅，表示允許汽車(chē)開(kāi)走。 運(yùn)用可編程控制器對(duì)自動(dòng)線進(jìn)行全程控制，選擇合適的 PLC 主機(jī)及電氣元件可以安全方便的控制整過(guò)送料過(guò)程，并且可以 節(jié)約勞動(dòng)力。輸入輸出設(shè)備及 I/O 地址分配表如表 所示 ，系統(tǒng)硬件連接圖如圖 。 表 地址分配表 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 序號(hào) 地址 設(shè)備名稱(chēng) 序號(hào) 地址 設(shè)備名稱(chēng) 1 啟動(dòng)按鈕 1 紅燈 2 限位開(kāi)關(guān) 2 綠燈 3 稱(chēng)重開(kāi)關(guān) 3 進(jìn)料閥門(mén) 4 關(guān)閉按鈕 4 出料閥門(mén) 5 5 電動(dòng)機(jī) 1 6 6 電動(dòng)機(jī) 2 7 7 電動(dòng)機(jī) 3 由于此次設(shè)計(jì) 的 系統(tǒng)有 4個(gè)輸入接口， 7 個(gè)輸出接口， 且系統(tǒng)本身比較大，控制量多，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可以 選用西門(mén)子系列的 S7300/400 型 PLC。 21 圖 系統(tǒng)硬件連接圖 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)由五部分組成，即 可編程序控制器 （ PLC）、伺服驅(qū)動(dòng)控制卡、交流伺服調(diào)速系統(tǒng)（交流 伺服控制器、伺服電機(jī)及相應(yīng)的控制電纜）、傳感檢測(cè)及反饋、輔助主動(dòng)作執(zhí)行系統(tǒng)。主控程序運(yùn)行在 Windows 操作系統(tǒng)下，主控微機(jī)通過(guò)打印端口 LP1：與伺服驅(qū)動(dòng)控制卡相連，并通過(guò)數(shù)據(jù)線發(fā)送位置或速度指令。 系統(tǒng)在線適應(yīng)性調(diào)節(jié)或設(shè)定 PID 調(diào)節(jié)參數(shù)（程序設(shè)計(jì)過(guò)程中將其作開(kāi)放性設(shè)計(jì)，便于調(diào)整）見(jiàn)后附圖，并進(jìn)行數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換，通過(guò)相應(yīng)的控制板卡輸出177。 10V 的模擬信號(hào)并經(jīng)過(guò)交流伺服放大器放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，半閉環(huán)或閉環(huán)位置控制反饋系統(tǒng)由電機(jī)軸端裝有的增量式光電碼盤(pán)（或在被傳動(dòng)的物體上設(shè)置測(cè)量輥和增量式光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)換 22 裝置 ）提供信號(hào)（ A、 B、 IN 脈沖）來(lái)完成位置伺服系統(tǒng)的位置反饋，位置反饋環(huán)中傳感元件 增量式光電編碼器將運(yùn)動(dòng)構(gòu)件實(shí)時(shí)的位移（或轉(zhuǎn)角）變化量以 A、 B 相差分脈沖形式長(zhǎng)線傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)控制站（ PLC 機(jī)）中進(jìn)行編碼器脈沖計(jì)數(shù)，以獲得數(shù)字化位置信息，主控微機(jī)計(jì)算給定位置與實(shí)際位置（即反饋到的位置）的偏差后，根據(jù)偏差范圍采取相應(yīng)的 PID 控制策略，將數(shù)字控制作用經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變成模擬控制電壓，并輸出給伺服放大器，最終調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，完成期望值的反復(fù)多次閉環(huán)反饋定位控制，在控制原理上實(shí)現(xiàn)小誤差 高精度的位置定位；然后主控程序?qū)o助主動(dòng)作執(zhí) 行系統(tǒng)下達(dá)運(yùn)行指令，完成特定的機(jī)械動(dòng)作。 [8] 工作原理 此自動(dòng)生產(chǎn)線中，剛開(kāi)始紅燈 L1滅，綠燈 L2 亮，表明允許汽車(chē)開(kāi)進(jìn)裝料。出料口K1 關(guān)閉，電動(dòng)機(jī) M M2 和 M3 均為 OFF。 裝車(chē)過(guò)程中，當(dāng)汽車(chē)開(kāi)進(jìn)到裝車(chē)位置時(shí)，限位開(kāi)關(guān) SQ1 為 ON，紅色信號(hào)燈 L1亮，綠色信號(hào)燈 L2滅，同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 和進(jìn)料閥 K1 門(mén)，經(jīng)過(guò) 2S后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) M2，再經(jīng)2S 后最后啟動(dòng) M1，再經(jīng)過(guò) 2S后才打開(kāi)出料閥門(mén) K2，物料經(jīng)料斗出料，物料通過(guò)傳送帶的傳送，裝入汽車(chē)。 當(dāng)車(chē)裝滿(mǎn)了時(shí)，稱(chēng)重開(kāi)關(guān) SQ2 動(dòng)作， K2 使料斗關(guān)閉， 2S 后 M1 停止 ， M2 在 M1停止2S 后停止， M3和 K1 在 M2停止 2S 后停止，同時(shí)紅燈 L1滅，綠燈 L2 亮，表明汽車(chē)可以開(kāi)走。 完成該過(guò)程后，可以繼續(xù)等待下一次循環(huán)，或者關(guān)閉生產(chǎn)線。 在此次設(shè)計(jì)中，可將 PLC 控制柜安裝在膠帶輸送機(jī)機(jī)架旁邊，如圖 。 7 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 了解 PLC 控制 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的步驟 A． 被控對(duì)象并提出控制要求 詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。 B． 輸 入 /輸出設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng) 的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC 有關(guān)的輸入 /輸出設(shè)備，以確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 C． 擇 PLC 23 PLC 選擇包括對(duì) PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇，詳見(jiàn) 第五 章第二節(jié)。 D． I/O 點(diǎn)并設(shè)計(jì) PLC 外圍硬件線路 分配 I/O 點(diǎn)：畫(huà)出 PLC 的 I/O 點(diǎn)與輸入／輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表，該部分也可在第二步中進(jìn)行。設(shè)計(jì) PLC 外圍硬件線路（見(jiàn) 圖 ）。 畫(huà)出系統(tǒng)其它部分的電氣線路 圖，包括主電路和未進(jìn)入 PLC 的控制電路等。由 PLC的 I/O 連接圖和 PLC 外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。 設(shè)計(jì)中 PLC 控制系統(tǒng)語(yǔ)言 A． 指令表 （ IL）指令表編程語(yǔ)言是與匯編語(yǔ)言類(lèi)似的一種助記符編程語(yǔ)言，和匯編語(yǔ)言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無(wú)計(jì)算機(jī)的情況下，適合采用 PLC 手持編程器對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行編制。同時(shí)，指令表編程語(yǔ)言與梯形圖編程語(yǔ)言圖一一對(duì)應(yīng)，在 PLC 編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。上采用助記符表示，便于操作，可在無(wú)計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān) 系。其特點(diǎn)與梯形圖語(yǔ)言基本一致。 B． 梯形 圖 （ LD）梯形圖語(yǔ)言是 最早使用的一種 PLC 的編程語(yǔ)言，也現(xiàn)在程序設(shè)計(jì)最常用的編程語(yǔ)言。它是 從 繼電器 控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的 一種編程語(yǔ)言。它繼承了繼電器控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電氣邏輯關(guān)系的表達(dá)方法，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的基本原理的一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別， 由于電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語(yǔ)言 在邏輯控制系統(tǒng)中 得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。 梯形圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；與原有繼 電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握。梯形圖編程語(yǔ)言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應(yīng)用時(shí)，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對(duì)待。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用因果關(guān)系來(lái)描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它源 于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。 其特點(diǎn)：操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，易于撐握和學(xué)習(xí)；與原有繼電器 24 邏輯控制技術(shù)不同的是，梯形圖中的能流（ Power FLow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時(shí)，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待 。 程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 程序設(shè) 計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì) PLC 程序。程序要以滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。除此之外，程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容： A． 始化程序。在 PLC 上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。 B． 故障診斷和顯示等程序。這些程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加； 保護(hù)和連鎖程序，保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。 C． 程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示： 25 K2 打開(kāi) SQ2=ON， K2 關(guān)閉 M1 停止 紅燈滅，綠燈亮， K K2關(guān)閉，電機(jī)為 OFF SB1=ON， L1 亮， L2 滅，M3啟動(dòng)， K1 打開(kāi) M2電機(jī)啟動(dòng)，延時(shí) 2S M1電機(jī)啟動(dòng)，延時(shí) 2S M2停止 M3停止， LI 滅、 L2 亮 汽車(chē)開(kāi)走 汽車(chē)開(kāi)進(jìn) 繼續(xù)前行 到位 繼續(xù)裝料 料滿(mǎn) 是否裝滿(mǎn) N Y N Y 是否到位 開(kāi)始 圖 程序流程圖 26 程序調(diào)試模擬 程序模擬調(diào)試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件