PLC自动化控制系统

PLC自动化控制系统（共12篇）

PLC自动化控制系统 篇1

自动化系统可以分为几个独立的自治单元。而每个自治单元含有一个或多个处理器 (CPU) 模块, 每个CPU模块可以单独的完成各种控制功能。每个PLC连接着相关的外围设备, 主要是采用远程I/O连接到传感器和执行器上。

PLC并不是直接连接到现场单元的, 而是采用智能终端 (远程I/O) 完成连接。远程I/O和PLC之间采用现场总线连接.这是一种分散方式的配置, 可以保证:方便维护和信号监视, 减少接线点, 确保可靠性, 节省电缆减少安装投资, 减少电缆铺设成本, 停机时间减少。

与自动化系统直接连的PDA系统 (Pro cess Data Acquisition System, 工艺数据采集系统) 可以快速完成在线数据收集, 用来优化、测试、监视、停机记录和脱机评估。自动化的各层间通过“SIMATIC NE T Industrial Ethernet”连接, 提供高速数据通道, 从而保证高速数据传输在所有系统间都能实现。PLC与客户机, PLC与二级计算机之间的连接都是采用这种方式。每个自动化单元通过Profibus DP分别连接到自己的检测和执行单元上, 包括传动控制和供电控制。础自动化可完成所有节点, 开环和闭环控制, 工艺控制, 顺序控制, 物料跟踪和全面过程控制相互连接的同步调节。

基础自动化的主要任务有:设定点和实际数据处理入口到出口钢卷自动时序控制钢卷和部分带钢跟踪工艺设定点的应用, 如张力, 延伸传动, 工艺和仪表的过程相关控制基础自动化包含以下功能: (如表1)

SIEMENS采用SIMATIC S7-400来实现基础自动化。SIMATIC S7系统用于二进制互锁, 自动顺序和工艺控制, 如:张力控制, 开卷机卷取机控制, 活套控制和传动速度控制。

1、PLC系统

整个自动化系统由5套PLC以及与之相连ET200和基于PC的HMI系统构成。C GL3&4的PLC控制柜均位于各线的出口电气室。

以下首先介绍CGL3&4的PLC配置情况, 其中:SSF是顺序功能与辅助控制, LCO是全线协调器, MRG为主斜坡发生器, MT R为物料跟踪。

2、PLC的原理

基础自动化的核心硬件设备是可编程控制器 (Programmable Logic Controlle r) , 简称PLC, 它是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计, 采用可编程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算, 顺序控制, 定时, 计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字式, 模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。

SIEMENS公司的S7-400系列PLC, 采用模块化无风扇设计, 适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统, 主要由机架, CPU模块, 信号模块, 功能模块, 接口模块, 通信处理器, 电源模块和编程设备组成, 各种模块安装在机架上。通过CP U模块或通信模块上的通信接口, PLC被连接到通信网络, 可以与计算机, 其他PL C或其他设备通信。PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式, 此过程分为输入采样, 程序执行、输出刷新三阶段, 整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。

3、输入采样阶段

PLC在输入采样阶段, 以扫描方式读入所有输入端的通/断状态或输入数据, 并将此状态存入输入状态寄存器。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间, 即使输入状态发生变化, 输入状态寄存器的内容也不会改变, 只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。

程序执行阶段:

PLC在执行阶段, 按先左后右, 先上后下的步序, 执行程序指令。其过程如下:从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态, 并根据用户程序进行逻辑运算, 运算结果再存入有关的状态寄存器中。

4、输出刷新阶段

在所有指令执行完毕后, 将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态, 在输出刷新阶段转存到输出寄存器, 去控制各物理继电器的通/断, 这才是PLC的实际输出由PLC的工作过程可见, 在PLC的程序执行阶段, 即使输入发生了变化, 输入状态寄存器的内容也不会立即改变, 要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号, 等到一个循环周期结束, CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器, 这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期, 换言之, 输入、输出的状态保持一个扫描周期。

摘要：本文所介绍的解决方案叫做SIROLL PL集成自动化方案, 它是西门子为带钢加工处理线而专门开发的方案。西门子基础自动化主要采用SIMATIC S7-400系列PLC (可编程逻辑控制器) 完成各种控制功能, 像顺序控制和工艺控制等。

关键词：PLC,自动化,控制

PLC自动化控制系统 篇2

自动售货机的PLC系统设计

摘要：本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分为了几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制在自动售货机忠的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。

关键字

自动售货机；可编程控制器；梯形图

Abstact: This articke introduced vending machine‟s basic principle as well as the work flow, then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, the carries on the programming separately to the block.Explained the programmable controller‟s in vending machine function specifically.The procedure involved the vending machine work major part process.Enhanced system‟s stability using the PLC control‟s vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement.Key word vending machine;programmable controller;trapezoidal chart

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目录

·摘要…………………………………………………………………………………1 ·前言…………………………………………………………………………………3 ·第一章 自动售货机的介绍………………………………………………………...4 ·1.1自动售货机功能分析…………………………………………………………..4 ·1.1.1自动售货机的基本功能……………………………………………………...4 ·1.2 PLC的选型原理………………………………………………………………..5 ·1.3 PLC的概论……………………………………………………………………..6 ·1.3.1 PLC的产生…………………………………………………………………...6 ·1.3.2 PLC的定义…………………………………………………………………...6 ·1.3.3 PLC的发展趋势……………………………………………………………...7 ·1.3.4 PLC的特点…………………………………………………………………...8 ·1.3.5 PLC的基本功能……………………………………………………………...9 ·1.4 PLC的基本结构和原理………………………………………………………10 ·1.4.1 PLC的系统结构…………………………………………………………….10 ·1.4.2 PLC各部分的作用………………………………………………………….10 ·1.5 松下电工可编程序控制器产品—FP1-C24介绍……………………………12 ·1.5.1 FP1-C24的组成各部分……………………………………………………..13 ·1.5.2 技术性能……………………………………………………………………14 ·第二章

PLC系统设计………………………………………………………….14 ·2.1 可编程序控制系统设计的基本原则………………………………………...14 ·2.1.1 控制系统设计原则…………………………………………………………14 ·2.1.2 控制系统设计的基本内容…………………………………………………14 ·2.1.3 控制系统设计的一般步骤…………………………………………………15 ·2.1.4 编写梯形图的注意事项……………………………………………………15 ·2.1.5 程序设计的步骤……………………………………………………………15 ·第三章

自动售货机PLC程序设计……………………………………………16 ·3.1 仿真实验中的售货机的分析………………………………………………...16 ·3.2 设计任务的确定……………………………………………………………...18 ·3.3 程序设计部分………………………………………………………………...18 ·3.3.1 程序设计说明………………………………………………………………19 ·3.3.2 PLC 程序设计………………………………………………………………19 ·3.4 仿真界面与PLC……………………………………………………………...28 ·3.5 数据连接……………………………………………………………………...32 ·3.5.1 定义I/O设备……………………………………………………………….32 ·3.5.2 设计…………………………………………………………………………34 ·3.5.3 运行…………………………………………………………………………37 ·4 结束语…………………………………………………………………………38 ·致谢………………………………………………………………………………..39 ·参考文献…………………………………………………………………………..39

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前言

从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。

从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本小、面积小，有吸引人们购物的好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。

据说世界上最早的自动售货机出现在公元前3世纪，那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。17世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。在自动售货机历史的长河里，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动售货机“，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。50年代，”喷水型果汁自动售货机“大手欢迎，果汁杯注入在纸杯里出售。后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962年，出现了以自动售货机主体的流通领域的革命。1967年，100日元单位以下的货币全改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。现在，自动售货机产业正走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送到各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状态下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节省10—15%的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。因经济复苏缓慢，社会对扩大就业与工作场所所提供的茶点饮料的福利事业更为关注。自动售货机不仅保障了惬意的工作时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。特别是在24小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机解决了不间断提供咖啡饮料服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。1999年的全美自动售货机协会和全美咖啡服务协会的合并使人们更直观地看到了这种融合的现象。

日本是自动售货机的天堂。出了鸡蛋、米饭之外，报纸、杂志、一次性相机、干电池、磁带、刮胡刀、袜子、花及宠物食品等各种商品都通过自动售货机进行销售。连熟知自动售货机的美国游客在日本看到10台自动售货机排成一列的景象后，也是连声称奇。

韩国大约有78万台自动售货机，是除了日本、美国、英国之外自动售货机使用数量最多的国家。从不同的种类来看，咖咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的40%以上；另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁、公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。运营自动售货机产业的公司全国大约有800余个，而销售自动售货机原料、商品流通、机械销售的公司大约达到了1150个。

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第一章 自动售货机的介绍

1.1自动售货机功能分析

这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规章，并介绍了自动售货机运行系统所包括的人工操作步骤。

1.1.1自动售货机的基本功能

在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后具有的状态。

在实际生活照，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够买某种商品，并做出相应的反应。举一个简单的例子来说明，列如：售货机中有8种商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.60元，02号商品为3.50元，其余类推。现投入1个1元银币，当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同比。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令。如继续交易，则同上。如果此时不在购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的 出发运算，这是它内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的收获、退币功能。自动售货机的工作流程图如图1所示。

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1.2 PLC的选型原则

当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一方面要选择多大容量的PLC，另一方面是选择哪个的PLC及外设。

对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或者是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之间既有交流220V的接触器、电磁阀、又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出端数有可能呢大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组公用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载负载使用，则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，成本增加。所以要尽可能所则相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。

对于第二问题，则有以下几个方面的考虑:(1)功能方面

所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。如对PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求‘或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。

(2)价格方面

不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因素。

(3)PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。

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1.3 PLC的 概述

1.3.1 PLC的产生

20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系联系起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制机系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在空也控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。

20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更换，它必要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置，为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求。1968年美国通用汽车公司向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：

（1）编程方便，可现场修改程序（2）维修方便，采用插件式结构（3）可靠性高于继电接触器控制系统（4）体积小于继电器控制盘

（5）数据可直接送人管理计算机（6）成本可与继电器控制盘竞争（7）输入可以是交流150V以上

（8）输出为交流115V容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等（9）扩展时原系统改变最小

（10）用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装备过程的需要）

十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。

1.3.2 PLC的定义

美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出以下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或者生产过程。可编程序控制器及其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原理而设计。

定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是去呗与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，它也是一种计算机，它是“专门在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算

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等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。

1.3.3 PLC的发展趋势

PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下方面：

（1）向小型化、专业化、低成本方向发展

随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使PLC结构更为紧凑，相当于一本精装书本的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方向发展

大型PLC多采用微处理器系统，有的采用32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。

（3）智能型I/O模块的发展

智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。（4）基于PC的编程软件取代编程器 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于计算机上的编程软件。编程软件可以对PLC控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上的模块的型号、模块的参数、各串行通用接口的参数等。（5）PLC编程语言的标准化

与个人计算机相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用。PLC的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可编程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC制定了可编程序控制器标准。标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。

（6）PLC通信的易用化

PLC的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信号，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。（7）组态软件与PLC的软件化

个人计算机（PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。

（8）PLC与现场总线相结合

现场总线I/O与PLC可以组成功能强大的、廉价的DCS系统。（9）开发新型特殊功能模块

I/O组件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大处理能力。（10）CPU的处理速度进一步加快

目前，PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其中高的CPU也不过80486，将来会全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU进行处理、分时处理或者分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。

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1.3.4 PLC的特点

（1）抗干扰能力强，可靠性好 PLC在电子线路、机械结构以及软件上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：

1）隔热：这是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，是外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰对于PLC的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。

2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。

3）对内部电源采用了屏蔽、稳压等保护措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、WATCHDOG（看门狗）等电路，一旦发现故障或程序循环执时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证CPU可靠运行。

5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。

6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或者信息部丢失。

7）采用密封、防尘、防震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。8）以集成电路为基础元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。（2）控制系统结构简单，通用性强 PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。

（3）编程方便，易于使用

PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编程，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可以在短时间内学会。（4）功能完善

PLC的I/O功能完善，性能可靠，能适应于任何形式和性质的开关量和模拟量的I/O。在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及位移寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟预算、显示、监控、扫描以及报表生成等功能。

（5）设计、施工、调试的周期短

用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分方便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且以商品化，故

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仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。（6）体积小，维护操作方便

PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的I/O系统能够直接的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态。（7）易于实现网络化

PLC可连成功能很强的网络系统。（8）可实现三电一体化 PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活的组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。

1.3.5 PLC的主要功能

（1）条件控制功能

条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。（2）定时/记数控制功能

定时/记数控制功能是指用PLC提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。（3）数据处理功能

数据处理功能是指PLC能进行数据传输、比较、位移、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。（4）步进控制功能

步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序的操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。

（5）A/D与D/A转换功能

A/D与D/A转化功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。

（6）运动控制功能

运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或者多轴运动控制。

（7）过程控制功能

过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。（8）拓展功能

拓展功能是指通过连接输入输出拓展单元（即I/O拓展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。（9）远程I/O功能

远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输出、输入设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。（10）通信联网功能

通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等，实现远程

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I/O控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。（11）监控功能

监控功能是指PLC能监视系统各部分地进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制I/O状态。

1.4 PLC的基本结构及原理

1.4.1 PLC的系统结构

目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所有其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O拓展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构进行数据和指令的传输。

如同2所示，PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输出量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构由控制部分输入和输出组成。

1.4.2 PLC各部分的作用

（1）中央处理器

CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取出指令和执行指令。他的重要功能如下：

① 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编程中的语法错误。

② 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。③ 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。④ 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。⑤ 应各种外部设备的工作请求。

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（2）存储器

PLC的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。（3）输入输出接口电路 PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。（4）电源

PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。

（5）输入输出I/O拓展接口、若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O拓展单元与主机单元相连接。（6）PLC的基本工作原理

PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序直至遇到结束信号后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图3所示。

① 输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。② 程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。③ 输出刷新阶段

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当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实现输出。

显然扫描周期的长短取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地繁盛变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的I/O刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统相应较慢往往要几个扫描周期菜响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较为严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。

1.5 松下电工可编程序控制器产品—FR1-C24介绍

经过从功能和价格两个方面的考虑，发现松下电工可编程序控制器产品—FR1-C24比较适合自动售货机。因为它是一种功能很强的小型机，在设计的过程中采用先进的方法及组件使其通常只有在大型PLC中才具有的功

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能，且具有其他控制器所不具备的功能。虽然是小型机，但是其功能较完善，性能价格比高，较适合自动售货机。

现在就对FR1-C24的组成各部分和技能做一个简单介绍。在松下电工公司生产的FR系列产品中，FR1属于小型的PLC产品，其中C24是具有高级处理功能的型号。从型号可以看出FR1-C24可编程序控制器的输入输出点数（即I/O）之和为24.1.5.1 FR1-C24的组成各部分

（1）RS232 该端口能于PC机通信编程，也可连接其他外围设备。（2）运行监视指示灯

① 当运行程序时，“RUN”指示灯亮； ② 当控制单元终止执行程序时，“PROG”指示灯亮； ③ 当发生自诊断错误时，“ERR”指示灯亮；

④ 当检测到异常的情况时或出现“Watchdog”时，“ALARM”指示灯亮。（3）工作方式选择开关

①“RUN”工作方式

当开关扳到这个档位时，控制单元运行程序。②“REMOTE”工作方式

在这个工作方式下，可以使用编程工具改变可编程序控制器的工作方式为“RUN”或“PROG”工作方式。③“PROG”工作方式

在此方式下可以编辑程序。若在“RUN”工作方式下编辑程序，则按出错对待。可编程控制器鸣响报警，提示编程者将方式选择开关切换至“PROG”工作方式。④输出端子

C24型的输出端子有8点。该端子板为两头带螺钉可拆卸的板。⑤直流电源输出端子

在FP1系统主机内部均配有一个供输入端使用的24V直流电源。⑥输入端子

C24型的输入端子有16点。输入电压范围为直流12~24V。该端子板为两头带螺钉可拆卸的板。⑦编程工具连接插座（RS422口）

可用此插座经专用外设电缆连接编程工具。⑧波特率选择开关

有19 200bp和9 600sbps两档，当可编程控制器与外部设备进行通信时，应根据不同的外设选定波特率。⑨电位器（V0、V1）

电位器（V0、V1）这两个电位器可用螺丝刀进行手动调节，实现外部设定。当调节该点位器时，PLC内部对应的特殊数据寄存器DT9040和DT9041的内容在0~255之间变化，相当于输入外部可调的模拟量。C24有两个（V0、V1）。

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⑩ I/O点状态指示灯和拓展单元接口插座

用来指示输入/输出的通断状态，当某个输入触点闭合时，对应于这份触点编号的输入指示发光二极管点亮（下一排）；当某个输出继电器接通时，对应这个输出继电器编号的输出只是发光二极管点亮（上一排）。拓展单元接口插座用以连接FP1拓展元件及A/D、D/A转换单元、链接单元。

1.5.2 技术性能

FP1—C24的主机I/O点数为16/8；最大I/O点数为104；运行速度为1.6μs/步；容量为2720步；基本指令数为80；高级指令数为111；内部继电器为1008点；特殊内部继电器为64点；定时器/记数器为144点；数据寄存器为1660字；特殊数据寄存器为70字；索引寄存器为2字；主控指令为32点；跳转标记数为64点；步进数为128级；子程序个数为16个；中断个数为9个程序；输入滤波时间为1—128ms。

第二章 PLC系统设计

2.1 序控制系统设计的基本原则

2.1.1 控制系统设计原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

（1）最大限度地满足被控对象的控制对象。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。

（2）在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。

（3）保证控制系统的安全、可靠。

（4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。

2.1.2 控制系统设计的基本内容

PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：

（1）用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及有输出设备驱动的控制对象（电动机、电

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磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关数据中已有介绍。

（2）PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要作用。选择PLC，应包括机型选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。（3）分配I/O点，绘制I/O梯形图。

（4）设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制程序的设计必须经过反复调试、修改，知道满足要求为止。（5）必要时还需要设计控制台。（6）编制程序系统的技术文件。

2.1.3 控制系统设计的一半步骤

（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。

（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，以此确定PLC的I/O点数。（3）选择PLC系统。

（4）分配PLC的I/O点，设计I/O接线图。

（5）进行PLC程序设计，同时可进行控制大的设计和现场施工。

2.1.4 编写梯形图的注意事项

（1）输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器。记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。

（2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、记数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或者一个没有使用过的内部继电器的常闭触点来连接。（3）在程序中，不允许同以编号的线圈两次输出。（4）不允许出现桥式电路。

程序的编写顺序应该按照自上而下、从左至右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”。

2.1.5 程序设计的步骤

（1）对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。

（2）设计梯形图。是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。（3）根据梯形图编制程序清单。（4）用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。（5）对程序进行调试和修改，知道满足要求为止。

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（6）带控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，知道满意为止。（7）编写技术文件。（8）交付使用。

控制系统设计步骤流程图如图4所示。

第三章

自动售货机PLC程序设计

3.1 仿真实验系统中售货机的分析

由于售货机的全部功能时在上位机上模拟的，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟

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图4 PLC 控制系统设置

替代的。如钱币识别系统可以用按压某个“仿真对象”输出一个脉冲直接给PLC发布命令而传动系统也是由计算机来直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实中自动饮料售货机的运行。（1）试验状态假设

由于是在计算机上模拟运行，试验中有一些区别于实际情况的假设，本试验中假设：

① 自动饮料售货机只可售8种商品。

② 自动饮料售货机可识别10元、5元、1元、5角、1角硬币。

③ 自动饮料售货机可退币10元、5元、1元、5角、1角硬币。

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④ 自动饮料售货机有液晶显示功能

⑤ 实验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素。（2）一次交易过程分析

为了方便分析，我们以一次交易过程为例。

① 初始状态。由电子标签显示各种商品价格，显示屏显示友好界面，此时不能购买任何商品。

② 投币状态。按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值显示屏显示投入、消费、余额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。

③ 购买状态。按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。取走商品后出货框消失。

④ 退币按钮。按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮，则恢复初始状态。

到此为止，饮料自动售货机的一个完整工作过程结束。

3.2 设计任务的确定

在清楚饮料自动售货机运行工作过程的基础上，制定出设计方案，确定任务的目标，以设计出合理的仿真系统。

首先，应该做上位机与下位机的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完成PLC程序的编写。其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计饮料自动售货机的外型：在进行PLC程序的编写时需要先分配PLC的I/O点，确定上、下位机的接口。然后，对上、下位机分别进行设计工作。最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个系统的设计。

另外，上位机与下位机的设计工作是紧密配合的。它们无论在通信中使用的变量，还是在仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，利用PLC来控制这个仿真的饮料自动售货机，仿真的饮料自动售货机接受PLC的控制指令并完成相应的动作；另一方面，仿真界面中的仿真饮料自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。

我主要是对饮料自动售货机中的下位机，也就是主要是对PLC在其中的程序进行设计。仿真程序只做了解，虽然只做了解，但是也将在下面有所介绍。清楚了仿真试验的整体设计思路，下面就可以开始着手设计了。

3.3 程序设计部分

这个部分内容是整个系统设计的主体部分。所要完成的任务是仿真系统的上位机与下位机的程序设计，即在上述功能分析的基础上，有针对地进行设计。

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3.3.1 程序设计说明

下位机程序的编制则是利用松下PLC专用编程软件FPWIN-GR完成的。

在设计的过程中，就像上面所叙述的那样，并非孤立的分别进行上位机和下位机的设计工作，而是互相配合的。因此在以下的详细设计过程中，并没有将上位机的设计与下位机的设计整体分开来写，而是相互交替，同时尽量清晰的叙述，在相应的设计部分中注明是上位机的设计还是下位机的设计。

3.3.2 PLC程序设计

可以把一次交易过程分为几个程序块：运行初期电子标签价格的内部传递；投币过程；价格比较过程；选择商品过程；退币过程。（1）运行初期电子标签价格的内部传递程序的设计

仿真系统运行初期，要由PLC向仿真画面相应对象传递已存储好的价格，还要给投入显示、消费显示以及余额显示存储器清零，同时也要给存储退币币值的存储器清零。程序编制过程中，要用到运行初期闭合继电器R9013、16位数据传送指令F0，同时在上位机上ForceControl中，必须定义相应的变量，来实现与PLC程序的对接。所定义的变量如表1所示。

表1初始状态变量表

根据表1编制PLC程序如图5所示。

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图5 运行初期电子标签价格的内部传递程序

在梯形图程序图5中，系统初始化时，通过运行初期闭合继电器R9031在第一次扫描时将数值传递给上位机。给WR1-WR11及SV0-SV4赋初值，赋值功能通过高级指令F0实现，至于为什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中将介绍他们的作用。（2）投币过程

在投币过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币制。先建立变量表，在编写程序。变量表如表2所示。对应的梯形图程序如图7所示。

表2 投币过程变量表

在图中，当按下投入1角时，相当于让R200接通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下 去。投入1角要投入显示、余额显示

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都相应增加相同数值，加法是由16位加法指令E20来实现的。投入5角、1元、10元，原理同上。（3）价格比较过程

价格的比较要贯穿实验的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，图7 投币过程梯形图

提示可以购买。这里只要选择灯代表此信号。所建立的变量表如表3所示。

表3 价格比较过程变量表

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根据变量表和控制要求编写程序如图8所示。

在梯形图8中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器R9010，在程序执行过程中，R9010始终保持闭合，F60是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品价格，R900A是大于价格，R900B是等于标志。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。

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图8 价格比较过程梯形图

（4）选择商品过程

当投入的币值可以购买某种商品时，按下相应的“选择”按钮即可在出货框中出现该种商品，同时消费显示栏中显示出已经消费掉的金额，余额也将扣除已消费的币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续 购买。出现在出货口的商品在没有取走之前，一直保持显示状态，用鼠标点击该商品代表已经取走，出货口的商品隐藏。建立的变量表如表4所示。对应的梯形图程序如图9所示。

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表4 选择商品过程变量表

在梯形图9中，一是要使商品出现在出货框中，而是要实现内部的货币运算。以第一步为例，按下选择01 商品键，相当于给R205加一个信号（只接受一次脉冲，所以用DF微分指令），当Y0接通（01商品灯亮)时，则系统显示可以购买01商品，购买成功。当按下取01商品按钮时，R230断开，不能输出Y8，代表01商品被取走。内部币值的计算和是否取走商品无关，只要按下选择按钮，并且可以购买此商品就要从余额中扣除相应的金额，显示消费的币值。加法由F20指令实现，减法由F25实现。

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（5）退币过程

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在退币过程中，最主要的是完成退币的运算过程，根据结果输出相应的钱币，退币结束时还要使用到的某些寄存器重新赋零，所建立的变量如表5所示，对应的梯形图程序如图10所示。

表5 退币过程变量表

整个退币过程在按下按钮（即R20F接通时）时执行，同样也用到一个微分指令，在接收到信号时产生一次开关脉冲，进而执行一次其下面的指令。F32是除法指令，第一次将余额的币值除以1000，商存储于SV0中，作为退币10的输出值。余数则存储于特殊数据寄存器DT9015中，下次将不能被1000（10元）整除的余数除以100（5元），商且存储于SV1中，余数继续下传，直至被1角除过，由于所投币值最小是1角，并且商品价格也确定在整角，所以最终能被1角整除。在程序的初始化时曾给WR13、WR15、WR17、WR19和WR20赋零，WR13、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中间量，为的只是程序在使用过程中能稳定执行，避免出现退币错误。

为什么要除以1000呢？这主要是考虑到PLC的主要特点是执行过程稳定可靠，但执行速度较慢，在计算时尽量将数值作为整数计算，因为是在计算机上模拟，可以把一部分功能交由计算机来实现，这里把1角当作

10、把5角当作50、1元当作100、5元当作500、10元当作1000，可以避免把这些数据当作有小数点的实数计算，这同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由计算机的任务将在以后叙述。

退币过程结束后，PLC要将寄存器中的数值置回原定得初值0，完成一次交易，防止下一次交易时出错，还将中间量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5个过程，自动售货机的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售货机实现各种要求的功能。

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图10 退币过程梯形图

3.4 仿真界面与PLC的配合定

在这一段中，将仔细分析仿真界面各部分是如何与PLC连接的。分析过程是按照一次交易的实际情况来进行的，即有初始状态、投币状态、购买状态、退币状态到交易结束。（1）初始状态

通过分析得知，当电子标签显示各商品的价格、显示屏显示友好界面时，不能购买任何商品。因此先让变量poiwindows=0（系统默认）。

电子标签中的字符„J.01‟（以01商品为例）对应的变量JG01.PV与PLC程序中的地址WR4相匹配，WR4中的存储器据为250，即让字符显示2.5元。对应的梯形图如

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图11所示。（2）投币状态

当投币时，按下“投币”提示字，出现投币框。如何定义“投币”呢？双击汉字“投币”来到“动画连接”画面，选择“触敏动作”框中作如下定义：按下鼠标时，poiwinJB=1,poiwinJB这个变量是控制投币框的，当poiwinJB=1时，出现钱币和提示框：poiwinJB=0时，钱币和提示框隐藏。

图11 数据初始化梯形图

下面分别定义提示框和钱币以及“确认”按钮，双击提示框，来到“动画连接”画

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面，定义poiwinJB=1时显示，各硬币也用同样的方法定义，这样就使在按下汉字“投币”时，变量poiwinJB=1，从而出现投币框，以及硬币等。我们只是定义了投币框的显示状态，用鼠标点击代替 了实际过程中的钱币投入动作，最重要的任务是钱币运算，下面介绍钱币的定义方法。

以10为例：双击10硬币，开到“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述中如下定义：按下鼠标时，poiwinJB=1；TR$100.PV=1时给PLC发出一个接通信号，由于TR$100.PV对应的PLC地址是R204，使得204继电器导通，转而执行相应的加10元程序。同样定义其他钱币，注意其对应的PLC软继电器。最后还要定义“确认按钮”。要实现的功能是按下“确认”按钮时，所有的钱币以及提示框均消失。当投币以后，显示屏要及时反映出投币情况，同时“选择”指示也要相应变化。下面来定义显示屏和“选择”按钮。

显示屏要显示3种数据，分别为：投入显示、消费显示、余额显示。三种显示均用力控软件自带的附件—数码管来显示。现在工具箱中点击“选择子图框”，在子图框中找到仪表中的数码管，放在显示屏中，作为投入显示，再复制两个，分别作为消费显示、余额显示。双击数码管来到数码管属性设置画面，在表达式中作如下定义:poiTR001.PV/100，poiTR001.PV连接的是PLC程序中的WR1软继电器，是用来存储投入显示数据的，除以100同样是为了PLC数据计算的方便。这样就可以用数码管来显示投入中的币值。同样定义消费显示、余额显示。“选择”按钮要根据余额的数值发生闪烁和变色。定义过程如下：双击“选择”按钮，来到“动画连接”画面，在“颜色相关动作”中选择“闪烁”项，分别定义属性和频率，在变量选择中选择相应的指示灯变量。以01商品的选择指示灯为例，在变量选择中选择D01.PV=1,满足条件时指示灯变色。这样就定义好了投币状态的上位机仿真变量，配合PLC程序可以实现投币功能。（3）购买状态

定义了投币状态，就可以购买商品了。当选择指示灯以后，按下它，在出货口处出现我们要买的商品。这样定义“选择”按钮：双击“选择”按钮，来到“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述中如下定义：按下鼠标时，XZ01.PV=1；释放鼠标时，XZ01.PV=0.XZ01.PV与PLC程序中的R205相对应，按下可以购买商品的选择键，转而执行相应的PLC程序，同时消费显示增加相应的币值，余额显示减少相应的币值，此时还要在出货口出现相应的商品，这是用“显示/隐藏”功能来定义在出货口中出现相应的商品。以01为例，双击出货口处的小商品，来到“动画连接”，选择“显示/隐藏”项，定义CX01.PV=1时显示。出货口框架的隐藏/显现是用程序来控制的。当有一种商品出现在出货口，就会显示

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框架；当全部商品均消失后框架隐藏。程序如图12所示。图中R210是控制出货口框架是否出现的继电器。（4）退币状态

当按下“退币”按钮时，PLC进行退币运算，所以按下“退币”按钮就要与PLC通信，执行退币计算。下面来定义退币按钮，出现“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，动作描述为：按下鼠标，poiwinJB=0；poiwinTB=1；Tenter.PV=1.释放鼠标，Tenter.PV=0；内部变量poiwinJB=1是让投币框消失，poiwinTB=1是让退币框出现，Tenter.PV与PLC程序中的R20F对应。退币框中要有5种硬币，还要有表示硬币个数的数字。由于计算中采用的算法使得退币时按照币值大小顺序退币，例如退5元，只退一个5元，而不是5个1元。定义表示硬币个数的变量只用一位数即可。在退币时，要退出的硬币及个数显式，而不退的硬币隐藏。

图12 出货口框架的隐藏/显现梯形图

定义钱币时（以10为例），双击10元硬币，出现“动画连接”画面，选择“显示/隐藏”项，在“可见性定义”对话框中作出的表达式为TB$100.PV=0。其他硬币定义方法同上。定义钱币个数：双击10硬币个数字符“a”，出现“动画连接”画面，选择“数值输出”中的“模拟”项，做出表达式为TB$100.PV。同时钱币个数也要定义是否隐藏，定义方法和定义钱币相同。定义“确认”键时，按下“确认”键，代表取走了所有硬币，完成此次交易，因此退币“确认”的定义很重要。双击“确认”键，出现“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述栏中定义如下：按下鼠标

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poiwinTB=0； 功能：退币框消失

TuiBiok.PV=1； 功能：给PLC信号，闭合R0，完成数据的初始化

Poiwindows=0 功能：显示屏显示友好界面时

为了防止在未取走商品时退币，按下“确认”键又不能返回原始状态，在描述过程中加入以下一段程序，强行抛掉以购买的商品。CX01.PV=0 CX02.PV=0 CX03.PV=0 CX04.PV=0 CX05.PV=0 CX06.PV=0 CX07.PV=0 CX08.PV=0 释放鼠标时，TuiBiok.PV=0.只是一个微分信号，不能将R0永远置为1。还有一点要注意，“确认”键也要有隐藏的时候定义方法如钱币。

定义退币框架：按下“退币”按钮后就会出现退币框架。可以这样定义：双击退币框架，来到“动画连接”画面，选择“显示/隐藏”项，在“可见性定义”中定义poiwinTB=1时显现即可。

3.5 数据连接

3.5.1 定义I/O设备

数据库是从I/O驱动程序中获取过程数据的，而数据库同时可以与多个I/O驱动程序进行通信，一个I/O驱动程序也可以连接一个或多个设备。下面创建I/O设备。（1）在Draw导航器中双击“实时数据库”项使其展开，在展开项目中选择“PLC”项双击使其展开后，选择项目双击并定义。（2）单击“完成”按钮返回，在“松下电工”项目下增加一项“PLC001”，如果要对I/O设备“PLC001”的配置进行修改，双击项目“PLC001”，会再次出现PLC001的“I/O设备定义”对话框。若要删除I/O设备“PLC001”，用鼠标右键单击项目“PLC001”，在弹出的右键菜单中选择“删除”。

① 数据连接

刚刚创建了一个名为“PLC001”的I/O设备，而且它连接的正是假想的PLC设备。现在的问题是如何将已经创建的多个数据库点与PLC联系起来，以使这些点的PV参数值能与I/O设备PLC进行实时数据交换，这个过程就是建立数据连接的过程。由于数据库可以与多个I/O设备进行数据交换，所以必须指定哪些点与哪些个I/O设备建立数据链接。为方便起见，我们将数据列整理成如表

6、表7所示。

表6 数字I/O

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续表 6

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表7 模拟I/O表

3.5.2 设计

饮料自动售货机控制要求

（1）该自动售货机可以同时投入5角、1元或5元硬币，自动销售汽水、果汁和咖啡。

（2）当投入的硬币总值等于或超过1.5元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总值等于或超过3元时，汽水按钮和果汁按钮同时亮；当投入的硬币总值等于或超过5元，汽水按钮、果汁按钮和咖啡按钮同时亮。

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（3）当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出10s后自动停止，同时汽水按钮指示灯闪烁10s。

（4）当果汁按钮灯亮时，按果汁按钮，则果汁排出10s后自动停止，同时果汁按钮指示灯闪烁10s。

（5）当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出10s后自动停止，同时咖啡按钮指示灯闪烁10s。

（6）若投入的硬币总值超过所购商品的价格（汽水1.5元，果汁3元，咖啡5元），则找钱指示灯亮，同时进行找钱动作。

图13 饮料自动售货机示意图 I/O地址定义表

此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为汽水、果汁和咖啡按钮，5角、1元或5元硬币投入识别口记数手动复位按钮；出入信号为汽水、果汁和咖啡排出电磁阀、找钱电磁阀及相应指示灯，共7个输入点，8个输出点，均为开关量。I/O地址定义如表8所示。

表8 饮料自动售货机控制系统I/O地址定义表

常工院毕业设计论文 程序设计

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3.5.3 运行

保存所有组态内容，然后关闭所有力控程序。将饮料自动售货机的PLC程序下传到PLC装置中，在切换到离线状态，然后再次启动力控工程管理器，选择本工程，并单击“进入运行”按钮启动整个运行系统。

常工院毕业设计论文 结束语

经过几个月的学习、研究以及吴老师的指导，终于按时完成了毕业设计。设计主要研究的是自动售货机有关PLC的部分。自动售货机是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购物好奇新的自身性能，可以很好地解决人工费用的上升的问题等各项优点。所以说，自动售货机是今后饮料销售方式的一个很好的发展趋势。它的出现将极大的方便人们购买所需的饮品。

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致谢

经过几个月的努力工作，毕业设计在指导老师吴金的悉心指导下终于顺利完成了，吴老师他待人和蔼可亲，在这几个月里我们相处的非常融洽，吴老师他社会实践经验丰富，工作认真踏实，治学态度严谨，而且他深厚的理论功底及设计能力更令我感到钦佩。设计期间，吴老师对我悉心的指导，认真查阅我的草图和设计说明书，令我十分感动。总之，吴老师的人品及治学态度是我学习的楷模和榜样，在此，我要向指导老师吴金表示感谢。

在此次设计中，也需要感谢的是我的同学。大家在一起共同奋斗，互相讨论，对我的毕业设计有很大帮助，并且，我们在一起共同营造了一个融洽的学习生活环境，建立了良好的友谊。

探讨PLC的自动化控制系统设计 篇3

【关键词】可编程控制器 PLC；自动化

0.引言

可编程逻辑控制器，即PLC，由于该控制器的体积小、易安装以及功耗低等优点，目前已经广泛的应用在自动化控制系统当中，并且，由于PLC与计算机结合很紧密，因此其发展速度也是十分迅速的，产品的更新周期越来越短，可以说，PLC在自动化行业当中应用的相当普遍。尤其是进入21世纪，工业生产已经进入到自动化高度发达的水平，微电子技术已经变得十分成熟，因此，在自动化控制系统中，PLC的运用随处可见。

1.PLC系统的概念

PLC，即可编程逻辑控制器，英文为Programmable Logic Controller，是一种集计算机技术、网络通信技术以及自动控制技术为一体的工业运用控制装置，它是一种数字式的电子系统，运行以及操作都是以数字方式进行的，并且在该装置上还具有了编程功能，以此来实现对机械或者是生产的控制，此外，PLC还具有实用性强、应用简单、良好的抗干扰能、易于维护和扩展等特点，因此在自动化生产的过程中，起到了十分重要的作用。

作为一种新型的工业控制装置，PLC有许多特点是其他控制器所不能比拟的，比如：PLC的运行速率快，因为其CPU的工作能力强；指令系统丰富以及可靠的操作系统；I/O接口和通信接口各式各样，极大限度的满足了工业当中的各种需求；除此之外，还具有信号采集功能、中断处理能力、输出控制功能、存储能力、逻辑处理能力、网络通信能力、数据运算能力、定时能力以及计数能力等，这些特点为PLC的广泛应用提供了重要前提，也为工业的自动化发展提供了诸多便利。

2.PLC控制系统的设计

2.1设计思路

由于PLC控制系统当中涉及到不仅仅是计算机、网络通信技术，还有自动控制技术当中的数据管理、图形技术以及控制等其他技术，这样就要求在进行系统设计时，要充分考虑这些技术之间的相互融合性和协调性，实现数据共享、信息同步。比如在配电网当中，为了提高网络质量、降低网络损耗、减少断电次数，就必须在配电网的设计中以系统工程为理念，利用系统集成的方式，统筹考虑系统的兼容性、统一性，并且还要以实用性、经济性、稳定性、可扩展性等设计要求为前提。

2.2设计要求

2.2.1硬件方面

在PLC控制器当中，硬件设计是十分重要的，硬件设计的好坏会直接影响到设备的运转的稳定性、安全性以及可靠性。此外，PLC很容易适应周围环境，安装比较方便，更换时也比较快捷。

比如在输入输出电路的设计中，设计输入电路时，考虑到电源要具有普遍性、抗干扰等问题，因此，一般采用的是240V作为供电电源，并且在电源当中还加入了净化原件以此来达到隔离要求。除此之外，考虑到电路中可能出现短路现象，因此，在选择电源容量时采用输入电路功率的二倍，并且在输入段安装熔丝以此来起到保护电路的作用；设计输出电路时，假如生产中有高频的动作，那么在设计PLC时，就需要通过继电器进行输出，这样不但保证了生产的要求，而且抗干扰能力、负载能力都得到了很大提升，而如果在输出端的负载是具有电磁感应一类的，那么在突然断电时就会出现电磁干扰，这样就会产生电流的冲击，因此为了防止这种冲击烧坏PLC，就需要在此设备的旁边安装二极管，以此来起到保护的作用。

抗干扰的设计中，如今的工业生产中已经普遍的使用自动化设备，而在这些设备之间由于电流或者电压突然的变化而产生电磁辐射，产生电磁波，进而影响PLC系统的性能，此外，除了设备之间的电磁干扰，还有来自空间的电磁场的干扰，比如有雷电、广播、高频设备等，这些分布比较复杂，当PLC处于射频场中时就极易收到这些电磁波的干扰，所以，在设计抗干扰方面时，要正确选择合适的电缆，并且在铺设线路时，要尽量原理高压线或者是动力线，避免线路并行的现象；在硬件上要加入滤波器，滤除一些干扰；做好信号与屏蔽接地，防止出现“地环路”；变频器中加入隔离变压器、滤波器等措施来抑制变频器的干扰。

2.2.2软件方面

PLC系统进行设计时，除了要对硬件进行设计，还要进行软件的设计。在进行软件设计时，要根据生产的需求来进行划分，不同程序实现不同的功能，软件设计中最为重要的就是过程的编写，PLC控制系统应用的效果如何关键是要看软件设计方案是否合理、高效。因此，在进行程序编写时，一个子程序不但可以独立的实现一些简单的功能，而且还要在组合模块中也要发挥相同的功效。一般程序结构分为三种：循环、条件以及顺序，表达方式也为三种：STL（语句表）、CSF（功能图）、LAD（接点梯形图），在PLC程序当中，最小的语句单元称为控制语句，比如LDI0.2就为一个完整的控制语句。除此之外，在编程的过程中，一定要尽可能的保证各种指令的正确性，假如出现错误，也必须有相应的程序来保护设备、控制设备。比如在一个生产线当中，有某一个设备是关键设备，必须要保证它的可靠性，因此，在编程时，就需要充分考虑到这一点，可以利用程序连锁措施来最大限度的保护生产线的正常运行，就算出现意外，也会立马停止，同时发出警报。对于干扰问题，可以通过设计滤波器以及工频整形采样的方式消除周期性的干扰。

3.PLC系统的未来发展

随着自动化以及微处理器技术的不断发展，PLC已经广泛的应用在各行各业当中，如汽车制造、控制设备、立体仓库、环保以及娱乐设施等等。未来的PLC发展可以分为以下几个方面：①人机界面更加友好，PLC生产商可以联合一些有实力的软件公司，提高自己的程序编写能力，方便人们的操作，同时也降低了维护PLC的成本，比如现在的PLC+网络+IPC+CRT模式就已经被人们普遍使用；②网络通信能力得到大幅提升，PLC生产商在原有的基础上，增加了各种通讯接口，提供了完整的通信网络。③开放性与互操作性，如今的PLC虽然在开发工具上，各个公司使用的不同，但是在客户端，却基本上实现了兼容，同时还提出了一些标准，如：OPC（OLE for Process Control）标准，增强了软硬件的互操作性，实现了数据的无缝传输。

4.总结

在工业自动化领域当中，PLC已经发挥了它不可替代的作用，有效的解决了传统工业当中的不良问题，推动了整个工业领域的发展，为科技的再一次腾飞奠定了坚实的基础。如今的PLC发展更加小型化、多功能、快运行、低价位，在人类电气自动化发展工程中将会发挥更加广泛的作用。

【参考文献】

[1]Andrew Brown.Compact PCI Express：Protecting Compact PCI investments made over the last 10 years. Compact PCI and Advanced TCA Systems，2005：62-65.

[2]宣旭初.基于PLC和变频器的印染设备电气控制系统的设计和应用[D].浙江大学，2008：30-31.

[3]王文静.PIE控制系统在自动化生产过程中的设计要点[J].擞字技术与应用，2011（5）：68-69.

PLC自动化控制系统 篇4

1.1 PLC控制系统的硬件设计

硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节, 这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85-240V, 适应电源范围较宽, 但为了抗干扰, 应加装电源净化元件 (如电源滤波器、1:1隔离变压器等) ;隔离变压器也可以采用双隔离技术, 即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地, 次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地, 以减小高低频脉冲干扰。

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量, 并作好防短路措施, 这对系统供电安全和PLC安全至关重要, 因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行, 一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍, PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝, 防止短路。

PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求, 各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出, 它适应于高频动作, 并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下, 应首选继电器输出, 采用这种方法, 输出电路的设计简单, 抗干扰和带负载能力强。

如果PLC输出带电磁线圈等感性负载, 负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击, 为此, 对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管, 对交流感性负载应并接浪涌吸收电路, 可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次/min以下时, 既可以采用继电器输出方式, 也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器 (SSR) , 再驱动负载。

对于两个重要输出量, 不仅在PLC内部互锁, 建议在PLC外部也进行硬件上的互锁, 以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。

对于常见的AC220V交流开关类负载, 例如交流接触器、电磁阀等, 应该通过DC24V微小型中间继电器驱动, 避免PLC的DO接点直接驱动, 尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展, 晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛, 这带来了交流电网的污染, 也给控制系统带来了许多干扰问题, 防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:

隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成, 所以建议采用1:1超隔离变压器, 并将中性点经电容接地。

屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽, 将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地, 能起到良好的静电、磁场屏蔽作用, 防止空间辐射干扰。

布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线, 并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

1.2 PLC控制系统的软件设计

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图, 这是PLC应用的最关键的问题, 程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中, 良好的软件设计思想是关键, 优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同, 可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程, 也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想, 基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块, 分别编写和调试, 最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想, 因为各模块具有相对独立性, 相互连接关系简单, 程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

1.2.1 PLC控制系统的程序设计要点。

PLC控制系统I/O分配, 依据生产流水线从前至后, I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址, 以利于维护。定时器、计数器要统一编号, 不可重复使用同一编号, 以确保PLC工作运行的可靠性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位 (不是I/O位) , 也要统一编号, 进行分配。

在地址分配完成后, 应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

彼此有关的输出器件, 如电机的正/反转等, 其输出地址应连续安排, 如Q2.0/Q2.1等。

1.2.2 PLC控制系统编程技巧。

PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了, 易于编程输入, 少占内存, 减少扫描时间, 这是PLC编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。

PLC各种触点可以多次重复使用, 无需用复杂的程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出, 双线圈输出容易引起误动作, 在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出, 可以采用置位和复位操作 (以S7-300为例如SQ4.0或者RQ4.0) 。

如果要使PLC多个输出为固定值1 (常闭) , 可以采用字传送指令完成, 例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1, 可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备, 可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端, 或者通过PLC编程来减少I/O点数, 节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止, 就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块, 正反转点动封装成为一个模块, 在PLC程序中我们可以重复调用该模块, 不但减少编程量, 而且减少内存占用量, 有利于大型PLC程序的编制。

2 PLC控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容, 良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

2.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号, 以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证, PLC输入端子的指示灯点亮, 表示正常;反之, 应检查接线或者是I/O点坏。

我们可以编写一个小程序, 在输出电源良好的情况下, 检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮, 表示正常。反之, 应检查接线或者是I/O点坏。

2.2 系统调试

把PLC控制单元的工作方式设置为"RUN"开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:对每一个现场信号和控制量做单独测试;检查硬件/修改程序;对现场信号和控制量做综合测试;带设备调试;调试结束。

3 结语

PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程, 要想做到熟练自如, 需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结, 在实际应用中具有良好的效果。

参考文献

PLC自动化控制系统 篇5

摘 要： 就现今的形势，全面介绍了电气自动化的现状，论述了当前国内电气自动化控制系统的设计思想、系统组成以及未来的电气自动化控制系统的发展方向。当前国外大企业不断进入，在这一专业领域必将出现很大的空缺，那么就必然出现人才短缺的现象。电气自动化涉及各行各业无处不在，而从事电气自动化的人员几乎都是个多面手，可从事造作系统、自动控制、电力电子技术、信息处理、测试技术、研究和发展、经济管理、电子和计算机技术应用等工作。随着大型外企不断进入，这种复合型才毕竟成紧缺状态。

关键词：PLC电气自动化; 应用现状; 发展前景

引言

PLC是为了在工业环境下使用而设计的一种可编程逻辑控制器系统。其存储器采用了可编程序以实现在其内部存储进行运算、控制、记录等操作指令，并可以将存储内容通过数字或模拟量等形式进行输入或输出来控制工业生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。

1、电气自动化概念。

电气自动化是研究与电气工程相关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、实验分析、研制开发以及电子与计算机等领域的一门科学。在我国解放后便开始对电气自动化进行深入研究，并且开始设立本科专业。进入新世纪随着电力电子技术、微电子技术的迅猛发展，使其发展日趋多元化。尤其是结合了目前嵌入式、网络、通信等技术后，电气自动化已出现在我们身边的各个领域。

2、PLC在电力系统中的应用现状

2.1、顺序控制

火力发电系统内的辅助系统的工艺流程的控制多为顺序控制和开关量控制两种。随着改革的深入以及国家对节能减排要求的逐步提高，该行业在生产过程中降低资源损耗和提高效益已成为各企业的管理最终目标。 因此对类似企业辅助车间的自动控制水平也提出了更高的要求，近年来大型火电企业的辅助系统均已由PLC控制系统代替了原来的继电控制器，并且随着科技的进步采用PLC控制系统不仅可以单独控制某个工艺流程，并且可以通过信息模块与通信总线连接来协调全厂生产工作。输煤系统。 输煤系统的优劣决定着生产效率的高低以及环境的优劣，输煤系统至今已经经历了人力控制、强电控制和现在采用的计算机控制等几个阶段，一般火力发电企业的输煤系统包括上煤、储煤、卸煤、配煤以及其辅助系统等构成。 输煤控制系统由主站层、远程IO站、现场传感器等三层的网络结构，其中PLC和人机接口构成主站层，该部分一般设置于系统集控室内;主站层通过光纤通讯总线与远程IO站相连接，远程IO站设备与输煤传感器通过二次控制电缆相连接。其集控室内主要以自动控制为主、以带联锁或解除联锁的手动控制为辅，运行人员在控制室内可以通过显示屏来实现对系统设备进行监视和控制并可以通过紧急事故开关和检修启停按钮来控制系统状态，该种技术的使用可以在很大程度上提高生产效率，并减少了运行人员工作量和改善了工作环境。

2.2开关量控制

断路器控制。原来的火电系统内多采用电磁型继电器为主要元件的控制器，该系统采用了大量电磁元件，因此其自身的大量触点大大降低了系统的可靠性，同时该种系统还具有接线复杂、维修困难等缺点，而近年来PLC的运用则用大量软继电器代替大量的实物元件，因此大大提高了其可靠性，运行人员只需进行简单的分合闸操作，在操作过程中系统能够根据实际能否运行而给出相应的指示信号，并且在系统发生故障时可以自动分闸，同时给出信号指示;PLC控制系统可以大大简化二次接线，且线路都存在各自的公共端因此接线过程中还不容易发生错误，且其无需配备专门的闪光电源，在具备符合要求的程序前提下只进行简单的接线即可满足要求;并且PLC控制系统可简化其辅助开关数目，并可实现多台断路器的控制及信号集中显示，可以减轻工作人员的`维护和检修工作量。自动切换。 为了加强供电的可靠性，备用电源自动投入装置多年前就应用在火电企业当中，最初为手动或自动进行供回电线路的操作，虽然该操作过程往往之需要几秒钟的时间，但对于有连续供电要求的用户来说也是不允许的，因此，为了提高供电的可靠性，由PLC够成的备用电源自动投入装置应运而生，其可以通过编程来使用各种运行方式，其将采集到的一次设备的正常运行信号作为备用电源启动或关闭的依据，由于该控制系统具有数据处理以及逻辑判断功能，因此其不仅能完成备用电源自投的操作，且其能考虑系统运行情况以及其他操作要求，同时系统本身具有很强的抗干扰能力，并具有可靠性高、接线简单、调试操作方便以及成本低等优点。

2.3闭环控制

泵类电机。火电成内泵类启动方式一般有自动启动、机旁屏手动启动以及现场控制箱手动启动几种。 自动状态下泵的开机时由PLC内顺控模块根据各个泵的累积运行时间长短来选择主备用泵;而机旁屏开启方式则是需调节现场开关的方式来启闭泵，其主备用泵则是根据人类对运行时间的比较来决定每台泵的启闭，而若要在现场对其进行操作则需将开关调至 “调速器手动” 档位才能实现。 现在火电厂泵类的控制有PLC和常规控制两种，一般讲常规回路作为PLC控制的补充，及作为泵类控制的安全回路，即实现了即使PLC故障也可保证泵类的正常使用。调速器控制。 调速器至今经历了机械液压调速器、电气液压调速器以及计算机调速器几个阶段，其中PLC控制系统一般由转速测量单元、电子调节单元和电液执行单元构成，其三个单元分别控制着调速器的转速测量、调节规律的形成和驱动导水机构的职能。

3、PLC预测发展前景

3.1进一步网络化、数字化。目前用于火电系统控制系统的DCS虽技术日益成熟但近年来其发展日趋缓慢，PLC的产生及发展使其与DCS相互吸收彼此特点，逐步同化，并逐步发展成为新的控制系统——FCS系统，其既保留了原来系统的特性又实现了工业自动化技术的发展，并使数字化、智能化控制得到进一步的发展和应用，因此其近年来在火电厂的应用日益广泛。

3.2增强抗干扰性。如生产环境过于恶劣，或是电磁干扰异常强烈则也可造成PLC控制系统的运算或是控制错误，导致在某些生产环节出现错误而不能保证正常的生产运行，因此，提高PLC的可靠性是其未来发展的主要方向，其一方面要提高抗干扰能力同时在设计、安装以及使用过程中引起重视，尽量减少对其造成负面影响。

3.3PLC产品还可以用于离散、制程和混合式自动化产品领域，并在各个制造行业保持稳固增长。基于对更高自动化程度和更高能效的需要，制造业会越来越多地应用PLC。在制造过程中，以最低生产设备生命周期成本来实现适应性和灵活性的日益增加的需求，给PLC的创新与发展提供了不竭的动力。一些新兴行业的运用以及新能源产生、储存和基础设施建设的需要，无疑给PLC带来了巨大的机遇。

4、结束语

为了能够更广泛的适应未来各种工业生产过程中控制场所的需要，PLC控制系统作为自动化控制网络和国际通用网络的重要部分其产品将会更加丰富，规格也会更加齐全，并将在人类电气自动化发展过程中发挥更加广泛的作用。

参考文献：

1、刘善增.PLC控制系统的可靠性设计[J]。工业控制计算机，2004(7)：39～41。

2、刘新正.PLC控制系统的开发与应用[J]。新世纪水泥导报，2005(2)。

3、刘海荣，赵湛.PC～PLC集散控制在船闸电气自动化的应用[J]。工业控制计算机，2007，20(4)。

基于PLC的泵房自动化控制应用 篇6

关键词：PLC;井下排水系统;自动控制;北宿煤矿

一、概述

井下泵房排水系统作为煤矿生产的主要设备，担负着井下排水防涝的重要任务。但是，目前煤矿井下主排水系统控制和管理水平都相对比较落后，与国外相比具有很大的差异。主要表现有：在电气控制上，自动化监控程度较低，水泵的开停及选择切换均需要人工完成，还做不到根据水位等参数自动开停水泵;在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。这些都影响了排水系统的管理和经济效益的提高。

北宿煤矿-290m水平的中央泵房内安装三台MDM280-43

×3多级离心式排水泵，每台水泵的流量为280 m3/h，扬程129M，配带电机容量为160KW，电压为660V。我们对三台水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门等装置实施了自动控制改造，实现了基于PLC的自动控制，并能够实现运行参数自动检测和动态显示，并将数据传送到地面生产调度中心，进行实时监测及报警显示。

二、设计模型及依据

系统是根据水仓水位的高低与连续开机次数累加等参数建立数学模型，合理调度三台排水泵，实现其全自动运转，;同时由PLC控制柜上的触摸屏实时显示监测水泵的运转参数。

水泵的开机顺序为：打开射流电磁阀（每泵二只）自动灌引水、开启排水泵、自动打开排水管路上气动阀、关闭射流电磁阀，实现排水泵自动开机。

水泵的关机顺序为：自动关闭排水管路上电动阀、关闭排水泵，实现排水泵自动关机。

系统将水仓水位的上限、下限分别设置两级。水位上限为：一级（高）、二级（高高）;水位下限为：一级（低）、二级（低低）。

水位上限时的开机顺序：一级超限时，起动第一台水泵运行排水，二级超限时声光告警，启动第二台水泵运转;在水位下限时的停机顺序与开机时相反，分别为：一级低限时，停止一台水泵运行排水，二级低限时停止第二台水泵运转。

下次开机时的开机顺序由各台水泵的开机次数的累加值决定，实现各台水泵轮换运转，即开机次数最少的水泵下次开机时应优先开机，开机次数最多的水泵下次应最后开机。并且，单台水泵的单次运行时间最多为8个小时，超过8个小时时，系统自动停止此台水泵运行，并自动开启下一台水泵。以使各台水泵具有较为平均的开机时间累加，延长其使用寿命，保证安全生产。开机次数达到50次时，在触摸屏上显示维护信息，确认后，开机次数复位为零。

三、系统监控与保护

数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、电机温度、3趟排水管流量;数字量检测的数据主要有：水泵软启动器的状态、电动阀的工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。

水仓水位是系统的最主要参数，它通过装在水仓顶部的两台超声波料位计来采集的，精度可达到1mm。其他参数的监测主要是用于在PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停以及监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。

动态模拟显示选用人机公司的MT-508S型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。实时显示水泵抽真空情况和出水口压力值 。用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位。自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕上端循环显示正在出现的故障，并伴有声音报警，直到故障消除，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。PLC与触摸屏通讯的同时也和地面监控中心通讯，实时传送数据，实现远程监控功能。

四、控制模式

系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力 及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与;半自动工作方式时，由工作人员选择某 台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作;手动检修方式为故障检修和 手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其 它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作。并且，系统设有管理权限，只有输入正确密码后才可以进行单个设备的试机及检修工作， 以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。

PLC自动化控制系统 篇7

1 基于PLC的自动化立体仓库控制系统概述

自动化立体仓库, 是一种用高层立体货架存放物货物, 通过自动控制堆垛机进行存取作业和计算机进行监控管理的存储形式。一般由控制台、立体货、堆垛机、控制系统、计算机监控系统、出入库托盘输送机、工件等设备组成。

自动化立体仓库控制系统, 以PLC作为控制核心, 融机电、电气、光学、通信等多门技术于一体, 自动化程度高。PLC, 采用一类可编程的存储器, 通过内部逻辑运算执行顺序控制、定时、计数与算计操作等面向用户的指令, 可控制各类型的机械或生产过程, 具有编程简单、功能性强、可靠性高、抗干扰能力强等显著特点。所以, 在自动化立体仓库控制系统中引用这一控制器件, 不仅能提高控制系统的运行与处理速度, 还能确保系统的自控精度, 保证控制系统工作的可靠性, 在实际应用中的意义巨大。

2 控制系统硬件设计与实现

2.1 PLC选型

根据自动化立体仓库控制系统的自控精度和运行效率要求, 这里选用德国西门子PLC S7-200 CPU226型号。之所以选择这一型号的PLC, 主要在于三方面:第一, 具备功能齐全的编程软件和界面友好的工业控制组态软件;第二, 具有多功能模块, 扩展性良好, 便于组网;第三, 性价比高。虽然S7-200 CPU226型号的PLC机型较小, 但是功能完全能够同大中型号的PLC相媲美, 能够满足多样自动化控制需要, 同时价格低廉, 可降低物流企业成本。

2.2 系统硬件结构设计

基于PLC的自动化立体仓库控制系统的硬件结构, 如图1所示。从图中可以看出来, PLC控制着地面输送控制系统和堆垛机系统。地面主站PLC和堆垛PLC之间, 通过Profi bus通讯系统进行命令和各自状态传递, 保持通讯系统高效运行。

2.3 堆垛机系统硬件设计

堆垛机是自动化立体仓库的主要存取设备, 为了提高存取工作效率, 应科学设计堆垛机系统硬件, 确保堆垛机三维位置移动定位的精确性。因此, 这里采用两个步进电机控制堆垛机的升降和行走。在堆垛机控制系统中, PLC采集控制面板和传感器的信号, 通过内部逻辑控制与运算处理后, 输出步进电机驱动需要的信号, 控制堆垛机移动、伸叉执行伸出收回动作。

3 控制系统软件设计与实现

3.1 软件控制方式选择

自动化立体仓库控制系统的软件控制分为联机、手动、半自动三种方式。其中, 联机控制通过计算机管理系统对堆垛机发出作业命令, 并能够实时监控堆垛机运行状态, 符合自动工作要求。所以, 这里的控制系统软件采用联机控制方式, 手动、半自动的控制方式只在调试、维修工作中采用。

3.2 通讯协议的制定

在联机控制方式下, 上位机通过通讯系统控制PLC, 步进电机执行PLC命令, 从而实现堆垛机自动存取货物。这是一个循环往复的过程, PLC通过串口实现与上位机的通讯, 一旦有存取货物操作, 上位机会将控制信息传给PLC, PLC控制堆垛机执行命令, 并发回收到与完成任务的信息。为使过程中实现高效的信息传递, 需要根据选用的控制软件制定通讯协议。上位机控制软件采用Visual Basic6.0, 进行PLC和VB编程时, 两边波特率为9600bps, 每个字符数据为8位, 一个停止位。基于这样的设计, 本系统的通信协定为“#”+byte1+byte2+byte3+chr (13) 。其中, byte1为控制字符, byte2为货架左右运动的脉动轮廓号, byte3为货架上下运动的脉冲轮廓号, chr (13) 为信息结束。同时, 设0为入库, 设1为出库, 设2为原点, 设3为停止。

4 结语

综上所述, 基于PLC的自动化立体仓库控制系统的自动精度高、工作稳定可靠, 在广泛应用于物流领域。就目前看, 基于PLC的自动化立体仓库控制系统已经成为我国生产物流建设发展的主要趋势, 各物流企业应紧跟时代发展步伐, 积极构建自动化立体仓库, 实现物流合理化。我们有理由相信, 随着PLC技术的不断发展, 自动化立体仓库的可靠性和自控精度会越来越高, 将会促进我国物流产业快速发展。

摘要：自动化立体仓库是自动化技术与物流仓储工程结合产物, 在实际应用中具有操作便捷、运行速度快、装置可靠及自控精度高等优势, 极大提高了工作效率。本文基于可编程逻辑控制器 (以下简称PLC) 设计了自动化立体仓库控制系统, 并从硬件、软件方面入手, 具体探讨了这一控制系统设计实现问题。

关键词：自动化立体仓库控制系统,硬件设计,软件设计,PLC,通信协议

参考文献

[1]汤朝霞, 李洪群.基于PLC的立体仓库控制系统及组态设计[J].苏州大学学报 (工科版) , 2009 (29) .

PLC自动化控制系统 篇8

1 PLC控制系统综述

(1) 系统的组成及其工作原理PLC控制系统主要由五大部分组成:输入输出模块、工作方式、编程器、存储器和中央处理器。

PLC控制系统的工作原理十分简单, 就是通过控制开关来实现程序的顺序控制。PLC系统简单来说, 就是一个可编程序的控制器, 通过编制各种控制程序, 使得控制化工的工艺能够广泛应用于多机群、单机中, 能够闭环控制化工生产过程中的温度、流量、压力等工艺指标。在这个过程中控制生产的流程都在预期最佳的工艺指标上, 从而使得动力以及原料方面的消耗降低, 达到节能减排的目的, 从而使得设备的利用率得到提高, 将其寿命得以延长。

(2) 系统的功能PLC控制系统的主要功能有两个, 数据的采集和顺序控制化工工艺流程。

数据的采集主要表现为, 在生产过程中根据自动化化工控制系统的要求, 自动将模数的精度、采样模块以及自动化的扫描周期速度等进行适宜的转换, 并且为了能让操作人员及时掌握机组的运行状况, 进一步通过曲线、文字、图表等各种形式将采集、处理的相关模拟量等的生产流程信息, 实时通过上位机配备的液晶显示屏展现出来。

其次, 顺序控制是在化工工艺的流程功能, 按照PLC控制系统可选的功能以及相应单项控制的方式, 使得各个子组级的控制功能停、启独立运行。若程序在自动执行的运行过程期间出现故障, PLC控制系统就会发出相应的信号中断化工生产程序, 使得自动化程序能够控制在安全状态, 同时导致程序中断的原因也会同步显示在中控室的屏幕上。

2 PLC控制系统在化工自动化系统中的应用研究

在对PLC控制系统进行软件设计的时候, 需要满足的几个原则如下:

第一, 将控制对象控制的要求能够最大限度的得到实现和满足;第二, 使得PLC的控制系统能够保证可靠安全, 并且让系统的工作效率得以提高;第三, 使得工程的效益扩大, 让工程的成本降低, 最终让自动化的追求具有高的指标。

在自动化化工系统方面, 因为设计PLC控制系统的软件在化工生产的过程中具有很多复杂的因素, 控制各项的要求也不一样, 一般而言, 按照结构的形式可将PLC的控制系统程序分为模块化的程序与基本程序。基本程序可以独立控制简单生产工艺过程, 而且其还能够应用在组合的模块结构上面的单元程序;模块化程序, 从它的形式结构上能够看出, 模块程序是通过将总控制目标的程序进行分解, 之后重新调试、编写子任务较为明确的程序模块, 最后再将程序完整的组合起来。尽管各个模块间的独立性较高, 但之间相互的连接关系却比较简单, 使得设计者调试、修改程序的过程变得方便很多。

在进行程序的设计开发时, 首先要与化工生产的实际情况相结合, 对PLC控制的系统进行I/O分配, 一般I/O的点数是从小到大排序。为了系统维护的方便, 把相同的系统设备和I/O信号可以统一进行集中编号。对于计数器以及定时器等方面, 为了让系统运行可靠, 在设计系统的软件过程中应对其进行统一编号, 禁止重复统一编号的使用。关于使用内部的继电器和各种中间的标志位等, 都要对这些统一进行分配以及编号。

3 结语

综上所述, 在自动化化工系统中PLC控制系统的应用广泛, 具有重要的意义与价值。而且, 要对PLC控制系统软件的设计方面应要深入研究, 争取让更多自动化的控制手段实现, 促使自动化化工系统工作的效率能够提升。

摘要：随着当今社会科技水平的迅猛发展, 我国的生产力也在随之提高。本文首先对PLC控制系统在化工自动化系统中的应用进行了简单的分析, 之后根据具体的情况对PLC控制系统的概念、程序设计以及功能等进一步进行了分析和研究, 通过理论方面为我国今后化工自动化系统方面的研究提供借鉴。

关键词：化工,PLC控制系统,自动化系统,应用

参考文献

[1]王峰.试论化工自动化控制的发展趋势[J].化学工程与装备, 2011 (8) :132-133.

[2]马云峰, 樊俊秀.PLC系统设计分析[J].自动化技术与应用, 2006 (2) :61-64.

[3]朱晖.PLC在机械手控制系统中的应用[J].机电产品开发与创新, 2007 (1) :93-95.

[4]姚振龙.浅析PLC在电气自动化中的应用与发展[J].科技创新导报, 201l (26) :24-26.

PLC自动化控制系统 篇9

1.1 PLC控制系统的硬件设计

硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节, 这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85-240V, 适应电源范围较宽, 但为了抗干扰, 应加装电源净化元件 (如电源滤波器、1:1隔离变压器等) ;隔离变压器也可以采用双隔离技术, 即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地, 次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地, 以减小高低频脉冲干扰。

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量, 并作好防短路措施, 这对系统供电安全和PLC安全至关重要, 因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行, 一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍, PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝, 防止短路。

PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求, 各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出, 它适应于高频动作, 并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下, 应首选继电器输出, 采用这种方法, 输出电路的设计简单, 抗干扰和带负载能力强。

如果PLC输出带电磁线圈等感性负载, 负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击, 为此, 对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管, 对交流感性负载应并接浪涌吸收电路, 可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次/min以下时, 既可以采用继电器输出方式, 也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器 (SSR) , 再驱动负载。

对于两个重要输出量, 不仅在PLC内部互锁, 建议在PLC外部也进行硬件上的互锁, 以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。

对于常见的AC220V交流开关类负载, 例如交流接触器、电磁阀等, 应该通过DC24V微小型中间继电器驱动, 避免PLC的DO接点直接驱动, 尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展, 晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛, 这带来了交流电网的污染, 也给控制系统带来了许多干扰问题, 防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:

隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成, 所以建议采用1:1超隔离变压器, 并将中性点经电容接地。

屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽, 将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地, 能起到良好的静电、磁场屏蔽作用, 防止空间辐射干扰。

布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线, 并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

1.2 PLC控制系统的软件设计

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图, 这是PLC应用的最关键的问题, 程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中, 良好的软件设计思想是关键, 优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

1.2.1 PLC控制系统的程序设计思想。

由于生产过程控制要求的复杂程度不同, 可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程, 也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想, 基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块, 分别编写和调试, 最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想, 因为各模块具有相对独立性, 相互连接关系简单, 程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

1.2.2 PLC控制系统的程序设计要点。

PLC控制系统I/O分配, 依据生产流水线从前至后, I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址, 以利于维护。定时器、计数器要统一编号, 不可重复使用同一编号, 以确保PLC工作运行的可靠性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位 (不是I/O位) , 也要统一编号, 进行分配。

在地址分配完成后, 应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

彼此有关的输出器件, 如电机的正/反转等, 其输出地址应连续安排, 如Q2.0/Q2.1等。

1.2.3 PLC控制系统编程技巧。

PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了, 易于编程输入, 少占内存, 减少扫描时间, 这是PLC编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。

PLC各种触点可以多次重复使用, 无需用复杂的程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出, 双线圈输出容易引起误动作, 在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出, 可以采用置位和复位操作 (以S7-300为例如SQ4.0或者RQ4.0) 。

如果要使PLC多个输出为固定值1 (常闭) , 可以采用字传送指令完成, 例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1, 可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备, 可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端, 或者通过PLC编程来减少I/O点数, 节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止, 就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块, 正反转点动封装成为一个模块, 在PLC程序中我们可以重复调用该模块, 不但减少编程量, 而且减少内存占用量, 有利于大型PLC程序的编制。

2 PLC控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容, 良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

2.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号, 以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证, PLC输入端子的指示灯点亮, 表示正常;反之, 应检查接线或者是I/O点坏。

我们可以编写一个小程序, 在输出电源良好的情况下, 检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮, 表示正常。反之, 应检查接线或者是I/O点坏。

2.2 系统调试

把PLC控制单元的工作方式设置为"RUN"开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:对每一个现场信号和控制量做单独测试;检查硬件/修改程序;对现场信号和控制量做综合测试;带设备调试;调试结束。

3 结束语

PLC自动化控制系统 篇10

1.1 PLC控制系统的硬件设计

硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节, 这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85-240V, 适应电源范围较宽, 但为了抗干扰, 应加装电源净化元件 (如电源滤波器、1:1隔离变压器等) ;隔离变压器也可以采用双隔离技术, 即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地, 次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地, 以减小高低频脉冲干扰。

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量, 并作好防短路措施, 这对系统供电安全和PLC安全至关重要, 因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行, 一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍, PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝, 防止短路。

PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求, 各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出, 它适应于高频动作, 并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下, 应首选继电器输出, 采用这种方法, 输出电路的设计简单, 抗干扰和带负载能力强。

如果PLC输出带电磁线圈等感性负载, 负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击, 为此, 对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管, 对交流感性负载应并接浪涌吸收电路, 可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次/min以下时, 既可以采用继电器输出方式, 也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器 (SSR) , 再驱动负载。

对于两个重要输出量, 不仅在PLC内部互锁, 建议在PLC外部也进行硬件上的互锁, 以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。

对于常见的AC220V交流开关类负载, 例如交流接触器、电磁阀等, 应该通过DC24V微小型中间继电器驱动, 避免PLC的DO接点直接驱动, 尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展, 晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛, 这带来了交流电网的污染, 也给控制系统带来了许多干扰问题, 防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:

隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成, 所以建议采用1:1超隔离变压器, 并将中性点经电容接地。

屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽, 将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地, 能起到良好的静电、磁场屏蔽作用, 防止空间辐射干扰。

布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线, 并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

1.2 PLC控制系统的软件设计

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图, 这是PLC应用的最关键的问题, 程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中, 良好的软件设计思想是关键, 优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

1.2.1. PLC控制系统的程序设计思想。

由于生产过程控制要求的复杂程度不同, 可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程, 也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想, 基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块, 分别编写和调试, 最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想, 因为各模块具有相对独立性, 相互连接关系简单, 程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

1.2.2 PLC控制系统的程序设计要点。

PLC控制系统I/O分配, 依据生产流水线从前至后, I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址, 以利于维护。定时器、计数器要统一编号, 不可重复使用同一编号, 以确保PLC工作运行的可靠性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位 (不是I/O位) , 也要统一编号, 进行分配。

在地址分配完成后, 应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

彼此有关的输出器件, 如电机的正/反转等, 其输出地址应连续安排, 如Q2.0/Q2.1等。

1.2.3 PLC控制系统编程技巧。

PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了, 易于编程输入, 少占内存, 减少扫描时间, 这是PLC编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。

PLC各种触点可以多次重复使用, 无需用复杂的程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出, 双线圈输出容易引起误动作, 在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出, 可以采用置位和复位操作 (以S7-300为例, 如SQ4.0或者RQ4.0) 。

如果要使PLC多个输出为固定值1 (常闭) , 可以采用字传送指令完成, 例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1, 可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备, 可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端, 或者通过PLC编程来减少I/O点数, 节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止, 就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块, 正反转点动封装成为一个模块, 在PLC程序中我们可以重复调用该模块, 不但减少编程量, 而且减少内存占用量, 有利于大型PLC程序的编制。

2 PLC控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容, 良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

2.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号, 以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证, PLC输入端子的指示灯点亮, 表示正常;反之, 应检查接线或者是I/O点坏。

我们可以编写一个小程序, 在输出电源良好的情况下, 检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮, 表示正常。反之, 应检查接线或者是I/O点坏。

2.2 系统调试

把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:对每一个现场信号和控制量做单独测试;检查硬件/修改程序;对现场信号和控制量做综合测试;带设备调试;调试结束。

结束语

PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程, 要想做到熟练自如, 需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结, 在实际应用中具有良好的效果

参考文献

PLC自动化控制系统 篇11

关键词：PLC；自动立体车库；工作原理；控制系统

中图分类号：U491.71 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0013-01

随着人类社会科技的进步以及经济的快速发展，家用汽车拥有量不断增加，进而使得城市交通变得十分拥挤。自动化立体车库的成功研制，有效地缓解了城市“静态交通”的压力，它在节约土地空间方面有着普通车库不可替代的优势，立体车库的发展与使用，在一定程度上解决了城市发展中的停车难问题。

1 自动化立体车库的工作原理

升降横移式立体车库从外部结构上看是二维矩阵形式，理论上可以设计成多层和多列，但出于安全、方便等角度考虑，通常其层数都会有一定的限制。下面以目前常用的3×3立体车库为例，介绍其工作原理，其工作原理如图1所示。

该立体车库分为顶层、底层和中间层三层。如图1中所示，每辆车都停放在一个载车托盘上，即通过载车托盘的垂直升降运动以及水平横移来实现车辆的存取。在存取车过程中，顶层托盘只能实现垂直方向移动，底层的托盘只能沿水平方向移动，而中间层托盘可实现水平和垂直两个方向上的移动。除顶层之外，中间层和底层都必须预留出一个空位，供进出车升降之用，空位的具体位置没有要求，可以在中间也可以在两边（图示空位均在车库的右边），因此可知，该立体车库共可以同时停放7辆车。当底层车位需要存取车时，可直接将车停入相应的空车位，或者直接从车库中开走，无需移动托盘便可以实现车辆的存取，而当顶层、中间层进出车时，则需要先判断各自下方车位是否为空，若为空，则可以直接移动托盘至目标车位，若不为空，则需先移动下方车位的托盘，直至下方为空时才可以进行下降动作，等到进出车完成后，载车托盘又上升到原来的位置。整个运动遵循的总原则是：托盘升降之后必须复位，而托盘平移则不用复位。

2 自动化立体车库的控制系统的设计

2.1 控制系统的组成

自动化立体车库主要由外部整体框架、载车托盘、升降横移传动系统、控制系统、安全防护系统等组成。其中控制系统是自动化立体车库的重要部件，控制系统设计的好坏决定了设备的使用性能。

自动化立体车库的运行控制可分为自动控制和手动控制两种，自动控制用来实现车辆的自动存取，自动化程度较高，在正常的工作情况下都应处于这种状态下，而手动控制主要用于调试以及设备的维修和保养中。

整个控制系统最重要的功能就是实现车辆的自动存取，即通过横移小电机、升降大电机实现载车托盘的上下或左右移动。其次，控制系统还要对设备的其他辅助装置进行监控和控制，如：防坠装置，报警灯等。为了确保设备使用的安全性，采用了行程开关、光电开关等来检测载车托盘的状态，以保证车辆在托盘中处于安全正确的位置。

从上述分析中可以看出，在整个控制系统中存在大量的电动机的启动、停止信号以及传感器的检测等开关量信号。控制模式为逻辑控制和顺序控制。

在继电器控制和计算机控制的发展的基础上，可编程序控制器（PLC）有了较快的发展，它是将自动化技术、计算机技术和通信技术等融入一体的新一代工业自动化控制装置，具有可靠性强、抗干扰能力强、灵敏度高、结构紧凑、扩展性好等优点，适合用于经常性启动和关闭的场合以及外界环境比较恶劣的情况下，因而在目前的自动化立体停车库设备中通常采用PLC作为控制系统的核心。自动化立体车库的控制原理如图2所示。

2.2 控制程序流程图

依据自动化立体车库的工作要求以及其在运行中对设备各个环节的严格控制，程序设计采用模块化结构，即由初始化程序、主控制程序和故障报警程序三部分组成。

根据前文自动化立体车库运动原理部分所述，其运动的原则为：升降必须复位，横移不复位。由此可知，存取车操作控制的载车托盘的运动基本一致，不论是存车还是取车，载车托盘总是先下降到底层，等存取车完成后，再上升到原先的位置，为下一次存取车做准备。因此可用相同的控制程序来实现同一车位的存取，这样大大地提高了执行程序的效率，同时也有利于节省plc的内部存储空间。自动立体车库的存取车控制流程图如图3所示。

3 应用与发展前景

随着家用汽车的增多，城市土地资源越来越紧张，普通的地面停车场已经日益趋于饱和，在这种情形下，大力发展立体车库已成为了必然。目前在国内许多发达城市的新建小区内，立体车库已经开始投入使用。随着科技的进步，更加经济实用的立体车库必将兴起，立体车库的远程网络化控制和管理也必将实现。

4 结 语

自动化立体车库以PLC为控制系统的核心，实现了自动化的控制，同时设备中又辅助设计了安全防护系统，进一步增强了工作的可靠性和安全性。自动立体车库具有存取速度快、结构紧凑、节约土地空间等优点，将成为未来车库的发展方向。

参考文献：

[1] 陈首虹.基于PLC智能化控制的立体车库的研究[J].科技资讯，2011，（7）.

[2] 刘屹巍.基于PLC的立体车库控制系统设计[J].科学技术与工程，2011，（27）.

[3] 马红麟.基于PLC控制的升降横移式立体车库的研究与设计[J].智能建筑与城市信息，2007，（9）.

PLC自动化控制系统 篇12

PLC是可编程控制器的英文缩写, 其运行核心是微处理器对电子设备的控制, 依托于数字运算操作系统, 可用于工业生产的电子化控制, 是电力系统尤其是电力系统的自动控制中。自从二十世纪九十年代以来, 计算机技术和网络通信技术不断发展, 现场总线技术的出现是可编程控制系统用于工业生产成为可能。依托数字领域的技术发展, 数字智能控制系统被引入各行各业中, PLC控制技术首先被应用于汽车制造工业, 并在这个领域取得了极大的成功。自从网络信息化取得较大发展以后, PLC技术开始不断的向电气一仪表一计算机控制一体化方向发展。截止到目前为止, PLC技术以其自身便捷的安装和调试性能, 简单的编辑方法, 大的适应能力等诸多特点, 使其在各个领域得到了广泛的应用, 成为了自动化技术发展的热点, 得到了大家的广泛关注和肯定。

2 PLC系统中抗干扰设计

2.1 电源部分

电源变压器作为电源的主要元器件, 其抗干扰设计对电源的整体性能至关重要, 为了抵抗电网中的干扰, 降低也干扰对电源的影响作用, 应选用隔离变压器作为电源的主要电源变压器使用, 选用的变压器的容量应高于设计额度一点二到一点五倍, 并且在投入使用的过程中, 将变压器的屏蔽层进行良好的接地处理, 使用双绞线作为次级线圈带连接线, 减小电源线之间的干扰, 如果客观条件允许的情况下, 可以在PLC的控制电源和隔离变压器之间增加滤波器, 这样可以是干扰信号经滤波器隔离后大大减弱信号的强度, 在变压器初级和次级连接线都要用双绞线连接, 这样可以增加系统的可靠性。

2.2 输入输出信号的抗干扰设计

输入输出部分的设计可采用绝缘I/O模块, 这样可实现输入、输出信号避免受到干扰。对于输入信号的抗干扰设计, 其输入线之间的差模干扰可以利用输入模块滤波来减小干扰, 利用控制器的接地来抑制输入线与大地间的共模干扰。输出电路的抗干扰设计需要根据PLC的输出能力来确定具体形式, 若负载超出了PLC的输出能力, 则需要在外接继电器或接触器。

2.3 外部配置

对于外部的信号传输线路, 由于线路之间的电流存在互感现象, 所以应该分别使用各自的电缆, 输入输出交流或直流信号, 电缆不可混用, 在输入输出信号线会合的集成电路和晶体管部分, 需要使用具有屏蔽功能的电了, 以避免信号之间的相互干扰, 对于屏蔽电缆在安装时, 输入输出端要悬空安装, 在控制器安装的一侧, 需要进行接地设计。如果在30厘米以内短距离配置PLC控制系统配线时, 直流和交流信号线要分别使用不同的线缆, 防止彼此相互串扰, 是在输入线少使用记得屏蔽功能的电缆, 这种情况下可尝试交流和直流信号使用同一电缆进行信号传输, 如果距离在30到300米之间, 则必须使用屏蔽输入线, 并且不能用同一电缆传输直流交流电信号, 当传输距离大于300米时, 需要利用中级机电器件休息好的转化和加强, 或者使用专用的远程I/O通道。

3 PLC控制系统在电气设备中的应用

3.1 PLC在机床电气控制中的应用

通用机床是一种典型的机械, 液压和电气一体化协作控制的加工机械, 传统的机床控制设备, 是以继电器, 接触器为主体的控制装备, 其组成的控制部分故障较多, 不要修理和维护。PLC控制系统可以实时地显示各主体设备的运行情况, 便于操作者查询, 对状态的实时变化监控, 可以保证如果部分设备出现故障, PLC控制系统可以在显示器中及时的发现故障位置, 并且通过声音和画面报警, 在这种监管, 监控一体化的系统中, 很好的保证了机床的安全稳定和自动运行, 在实际的具体运用中取得了非常好的效果。

3.2 系统设计的特点

在PLC内部程序上采取抗干扰措施。仪表与PLC分柜安装, 增加了抗干扰能力。

3.3 硬件设计

根据工厂的实际生产工艺需要, 以及控制设备的数量要求, 确定PLC系统硬件设计, 准确的确定出离散点数和模拟量的, 生产现场的外界环境, 考虑周边的干扰因素, 选取适合的模块作为主控制单元, 上下位机分别采用不同工控机, 实现对现场电气设备进行自动或单动控制。此外还需一个终端进行通信, 通过打印机打印所需各种记录。

3.4 软件设计

在软件设计过程中, 需要根据实际的生产环境, 考虑到软件的稳定性和安全性等多方面因素, 对PLC系统综合设计, 尽可能简化操作方法, 根据客户的要求, 采用适当的设计方案。PLC系统软件的设计分为上位机的设计和下位机的设计。用户界面可采用Windows NT环境下的界面, 操作方式采用鼠标点击下拉菜单的方式。监控软件采用模块化结构方式编制。其具体程序框图如图1。

下位机的编程软件可采用美国AB公司的RSLOGIX500, 它是一个32位窗口梯形逻辑编程包。此编程软件非常适用于Windows NT环境, 具有直观、亲切的Windows界面, 灵活的梯形图编辑器, 有助于用户提高性能, 节约时间和改时生产率。

总而言之, 在目前的自动化工业机械领域, PLC控制系统得到了广泛的应用, 其众多优点被广大的用户所承认, 其良好的稳定性, 便捷的操作性, 简易的可安装性能, 给各个层次的工业生产设备的自动化改进, 提供了优良的服务, 带动了整个制造工业领域的自动化发展进程, 面对当前的局面, PLC控制系统, 以及研究者, 包括使用者需要通力合作, 提高PLC控制系统的稳定和安全性, 使之可以更好的为广大应用的服务,

参考文献

[1]陈忠华.可编程控制器与工业自动化系统[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[2]胡文平, 尹项根.电气设备在线检测技术的研究与发展[J].华北电力技术, 2003, 2:71-73.

[3]赵化启.电气控制与可编程控制器[M].北京:电子工业出版社, 2009.