三菱plc双料斗皮带传输机课程设计

1、九总願业孩术学陵2010届plc课程设计题目：双料斗皮带传输机控制班 级：电气1001 组 别：第十组 指导老师：周桔蓉 日 期：6. 11-6. 20小组人员组别成员名单学号10李琳20103232周嘉豪20103295喻健20103240刘超20103310一、工作计划表流程工作内容执行人员预期目标1详细分析被控对象，明确设计任务要求周嘉豪喻健李琳分析清楚， 初步设计2选择输入彌出元器件以及由输出元器件 驱动的控制对象周嘉豪喻健确定控制 开关以及 输出方式3根据系统要求确定所需要的各种模块周嘉豪喻健确定所有 需要的模块4编制plc的输入/输出分配表周嘉豪喻健成功编制 出分配表5设计控制系统

2、程序。周嘉豪设计出初 步控制系喻健统程序6反复修改调试应用程序，直至满足控制 要求周嘉豪喻健调整出完 整控制系 统7编写设计说明书和控制系统操作说明书周嘉豪喻健李琳刘超能够完整 做出全部 步骤皮带输送机在许多企业中占有很重要的地位，但其控制单元种类繁多，都存 在着性能和功能的差异。传统继电器控制的皮带传输机存在电路复杂、可靠性差、 故障诊断与排除困难等缺点，为了取得企业的良好的经济效益和社会经济效益， 提出了采用实用性强、操作方便的plc梯形图(ladder diagram)编程语言 对皮带输送机控制系统进行设计。全文采用了三菱公司的c系列可编程控制器在四段皮带输送机控制系统中的 应用，给出了

3、 plc控制皮带输送机系统的硬件组成和软件设计，其中包括plc选 型、i/o地址分配、i/o端子接线、程序设计和控制原理。该设计大大提高了设备 的可靠性，减少了故障率，取得了成功。关键词：plc(fx2n)；梯形图；皮带输送机；cx-programmer第一章概述11.1选题的背景11.2课题的研究目的和内容21.3课题研究的方案论证3第二章可编程控制器理论基础42.1 plc的由来及定义42.1.1 plc 的由來.42.2 plc的特点及分类52.2.7 plc 的特点.52.2.2 plc 的分类.62.3 plc的应用及发展阶段82.3.1 plc 的应用.82.3.2 plc的发展阶

4、段.82.4 plc的结构及工作原理92.4.1 plc 的结构.9242 plc的工作原理.112.5本章小结13第三章plc控制系统及程序的设计方法143.1系统设计的主要内容及基本要求143.1.1系统设计的主要内容143.1.2 plc程序设计的基本要求143.2系统设计的基本步骤153.3 plc硕件系统设计173.3.1 plc型号的选择.173.3.2分配输入输出点183.4程序设计方法183.4.1逻辑设计法193.4.2顺序控制设计法193.4.3继电器控制电路图转换设计法193.5本章小结20第四章 双料斗皮带传输机的plc设计214.1皮带输送机的电控原理214.2 pl

5、c控制系统硬件设计224.3 plc控制系统软件设计234.3.1 plc控制程序流程图.234.3.2 plc控制梯形图.244.3.3 plc控制指令语句表.244.3.4皮带输送机控制仿真详解254.4 plc的调试与安装254.5本章小结31结论32参考文献33致谢34附录1附录2第一章概述1.1选题的背景近20年来，可编程控制器在我国已获得了极其重要和广泛的应用，它不仅可 作为单一的机电控制设备，而且它作为通用的自动控制设备，也被大量的用于过 程工业的自动控制。可编程控制器与其他计算机控制装置，如集散控制系统、现 场总线控制系统、计算机基础过程系统、信息管理系统等，一起已成为工业控制

6、 领域的主流控制装置。木设计选择了三菱公司的最新并具有代表性的fx系列中、小型可编程控制器 fx1n-40mr作为样机。三菱fx系列系列产品及程序通俗易懂、操作方便、实用 性强，plc简单易学。它用梯形图(ladder diagram)编程语言编程，类似 于继电器控制线路图。只要具有继电器控制线路图这方面的知识，就可以很快学 会编程和操作，不存在计算机技术和传统电器技术之间的专业“鸿沟”，系统扩 展灵活，它采用积木式结构具有各种i/o模块和a/d、d/a模块等，便于各种需要 配置成各种不同模块的分布式或集中式的控制系统。plc的输入口可与触电式开 关育接相连，输出口与执行元件(接触器、电磁铁)

7、相连，即在plc的端子上接 相应的输入、输出信号线即可，使用非常方便。当控制要求改变时，要变更控制 系统的功能，可用编程器修改程序。它还可以用于不同的受控对象只要输入、输 出组件和应用的软件不同而已，可与强电相连，并有较强的带负载能力；体积小， 重量轻便于安装，有自检和监控功能，能动态的监视控制程序的执行情况，为现 场调试提供方便，由于接线少，维护方时只需更换插入式模块，维护方便叫用可编程序控制器来控制一台带式传送机，需要考虑到电动机止反传控制、 与带之间启动的吋间差、传送带的速度控制、传感器的输入、整个过程每一步输 入输出的逻辑关系等一些问题，较以往的耍求相比较是存在一些不同点，相对提 高了

8、少，为了实现任务要求的各项功能，还需在这个基础上进行部分功能扩展， 使得整个统的功能更加完善。当然，选择这个课题并非只运用可编程控制器的知 识，还要结合电路基础和电子技术、电动机传动原理、继电器一接触器控制系统 课程的知识，运用它们来将该课题设计完成。1.2课题的研究目的和内容皮带输送机控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的 诸多控制仪器的出现，皮带输送机控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完 美，各种参考文献也数不胜数。皮带输送机是在输送设备中是最常用的一种传输机构。该机种具有结构简单, 经济方便，使用可靠，传输平稳，输送量大，效率高，低噪音等优点。其形式多 样，适用范围

9、广，特别适合一些散碎原料与不规则物品的输送。广泛应用于轻工, 电子，食品，化工，木业，机械等行业。它具有输送平稳，物料与输送带没有相 对运动，能够避免对输送物的损坏。噪咅较小，适合于工作环境要求比较安静的 场合等特点。结构简单，便于维护。能耗较小，使用成本低。由于可编程控制器 （简称plc）将其系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可 靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、以及编程简单、维护方便、通讯灵活等众多 优点，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中叫plc不仅能实现复杂的逻 辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。设置性能完善、质量可靠、 技术先进的可编程控制器plc控

10、制皮带运输机监控系统，可以实现高白动化的皮 带机群的集屮控制（包括遥控）及保护。此次期末设计的课题内容即为plc在双 料斗皮带输送机控制系统屮的应用。其设计内容和要求是：（1）工作方式。根据 配料比例的要求，km2间断工作。启动后，km2打开5s,关闭5s,间断工作。 km1、km2、km3、km4、km5为不间断工作，通过外部开关可以选择设置km2 的间断工作时间分别为5s、10s、15so（2）启动操作方式。该设备遵循下面的顺序启动：km5首先工作，延时5 s 后，km3和km4投入工作；再延时5s, km1和km2开始工作。（3）停止操作方式。该设备遵循下面的顺序停止：首先km1和km2

11、停止 工作，延时5s后，km3和km4停止工作，再延时5s, km5停止工作。（4）故障停车方式 若km1或km2出现故障，km1、km2立即关闭，延时5s, km3、km4 停止运行，再延时5s, km5停止运行。 若km3或km4出现故障，km1、km2和km3、km4立即停止工作，km5延时5s后停止工作。 若km5出现故障，km1> km2、km3、km4、km5立即停止工作。1.3课题研究的方案论证对于该课题设计，基本上存在三种方案，但是针对设计的要求，对各个方案 进行比较、选择，大致分析过程如下：方案一：利用强电电路，虽然强电电路也可以控制整个系统的运行，但是其 电路连接复杂

12、，不便直接操作且不能实现自动化，同时存在一个稳定性、可靠性 的问题，而且很难制动继电器，不能够很好的完成所给定的任务。方案二：只利用plc可编程控制器，若只利用plc可编程控制器，其高可靠 性是绝对可以保证系统的稳定性的，存在强电容易损坏plc的问题。而且程序复 杂，控制器的运算吋间变长。方案三：利用plc可编程控制器来控制，再加上强电电路组成的控制部分。 这个方案是利用了 plc的高可靠性和强电电路的简单化，整个系统的动作均由可 编程控制器控制，控制部分的信号通道由plc和按钮开关来控制，这是为了保证 电机动作的准确性。这个方案包含了方案三的优点，从而保证了整个系统的可靠 性之外，还可以简化

13、程序。与上面的三个方案相比较，方案三的可行性最高，也是最简单，可靠的。综 合上面的简单分析，本设计釆用方案三进行设计。第二章可编程控制器理论基础2.1 plc的由来及定义2.1.1 plc的由来在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构 成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随 着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经 常地垂新设计和安装，十分费吋，费工，费料，其至阻碍了更新周期的缩短。为 了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取 代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：

14、（1）编程方便，现场可修改程序；（2）维修方便，采用模块化结构；（3）可靠性高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制装置；（5）数据可直接送入管理计算机；（6）成本可与继电器控制装置竞争；（7）输入可以是交流115v；（8）输出为交流115v, 2a以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；（9）在扩展时，原系统只要很小变更；（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4k。1969年，美国数字设备公司（dec）研制出第一台plc,在美国通用汽车自 动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方 便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其 他工业领域推

15、广应用。到1971年，已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等 工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971年 日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台plco 1973年，西欧国 家也研制出它们的第一台plco我国从1974年开始研制，于1977年开始工业应 用。2.1.2 plc的定义plc问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化， 美国电气制造商协会 nema (national electrical manufactory association)经过四 年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为pc (programmab

16、le controller),并 给pc作了如下定义:"pc是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体 储存指令。用来执行诸如逻辑、顺序、计吋、计数与演算等功能，并通过数字或 类似的输入/输岀模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是 从事执行pc之功能，亦被视为pc,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(iec)又先后颁布了 plc标准的草案第一稿，第二稿, 并在1987年2月通过了对它的定义9“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设 计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序 控制、定时

17、、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输 出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于 与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计 算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器 产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硕件需根据实际需要进行选 用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.2 plc的特点及分类2.2.1 plc的特点根据iec标准草案给plc下的定义叫 它是在工业环境中使用的数字操作的电 子系统，它使用可编程存储器内部

18、储存的用户设计的指令，这些指令用来实现特 殊的功能，诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算以及通过数字或 模拟输入，输出来控制各种类型的机械或过程。不论是plc还是与它有关的外部设 备，都设计成容易集成在一个工业控制系统内，并且容易应用所有计划中的功能。 从上述plc的定义，我们可以看到plc的许多特点，概括起来有以下儿点：(1) 高可靠性 所有的i/o接口电路均采用光电隔离； 各输入端均采用r-c滤波器，其滤波吋间常数一般为1020ms； 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰； 采用性能优良的开关电源； 对采用的器件进行严格的筛选； 良好的白诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情

19、况，cpu立即采 用有效措施，以防止故障扩大； 大型plc还可以采用由双cpu构成兀余系统或由三cpu构成表决系统， 使可靠性更进一步提高。（2）丰富的i/o接口模块plc针对不同的工业现场信号，如：交流或直流、开关量或模拟量、电压或 电流、脉冲或电位、强电或弱电等。有相应的i/o模块与工业现场的器件或设备, 如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连 接。另外为了提高操作性能，它还有多种人一机对话的接口模块；为了组成工业 局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。（3）采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型plc以外，绝大多数plc均 采用模块

20、化结构。plc的各个部件，包括cpu,电源，i/o等均采用模块化设计, 由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。（4）编程简单易学plc的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者來说， 不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。（5）安装简单，维修方便plc不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现 场的各种设备与plc相应的i/o端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行 和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发牛故障，用户可以通过更换模块的 方法，使系统

21、迅速恢复运行。222 plc的分类plc生产厂家及产品很多，为便于用户对一个已知应用来讲选择最合适的 plc,厂商通常通过杂志或其他途径，定期地将不同功能与特性的plc列表进行比 较，表屮的内容“大体有：总的i/o点数，最多开关量i/o点数，最多模拟量i/o点数, 继电器梯形逻辑图，高级语言（编程），pid功能，远动控制，文件编制功能，数 据总线，接口类型，扫描速度，存储器类型与容量，以及cpu类型与工艺等。为 适应用户的不同应用要求，很多厂家均开发生产了相互有关联的系列产品，为区 别plc的综合特性，通常以下述两种办法分类：（1）按i/o点数及存储器容量分类 小型：最多i/o为40/40,用

22、户存储器ikb； 中型：最多i/o为128/128,用户存储器4kb； 大型：i/o128/128,用户存储器4kbo上述分类法是1985年plc国际会议工上所介绍的，在此基础上，对大、中、小 规模的plc还要考察下列特点： 结构和布线技术； 处理机/功能存储器； 编程技术。（2）按i/o点总数分类随着微型plc技术的发展口趋成熟，售价也趋向合理，每台约（200400）美 元。1986年国外亦提出按照i/o点总数、价格和尺寸，将plc分类。 微型：i/o总点数（2064）点，后上移到128点。plc的一个发展方向是 越来越小，一些plc只有手掌大小，使用起来灵活方便； 小型：i/o总点数为（6

23、5128）点，后上移到512点。其特点是体积小、结 构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量i/o以外，还可以连接模拟量i/o以及其 他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处 理和传送、通讯联网以及各种应用指令； 中型：i/o总点数为（129512）点，后上移到2048点。i/o的处理方式除 了采用一般plc通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户 程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网 功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快； 大型：i/o总点数为（5131024）点，后上移到8192点。大型plc的软、

24、 硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模 块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型plc还可以采用三cpu 构成表决式系统，使机器的可靠性更高； 超大型：i/o总点数10214点。plc的另一个发展方向是大型和超大型，这些 plc具有上万个输入输出量，用于石化、冶金、汽车制造等领域。下述两个方面应注意：一是微型plc的产量增长迅速，占领了整个plc市场的 25%。主要使用于不连续i/o状况，不需在通信与其它先进功能，如应用于单台机 床控制等场所；二是随着plc技术的不断发展，划分plc规模的i/o点数的界限不 断向上增移。这是由于plc的结构没计是为

25、了适应各种用户需要，通常是设计成可 扩展性的，并且随着微电子技术与通信技术的发展，处理机的性能及其通信能力 也在不断扩大所造成的。2.3 plc的应用及发展阶段2.3.1 plc的应用随着plc技术的飞跃发展,plc系统已成为一种综合的控制系统,特别是plc 己经深入到智能控制领域中，如在机械手控制、机器人控制叭实现离散数学模型 等方面都获得广泛应用，使plc技术己大大超出了过去仅代替继电器电路的范畴。 plc的输入输出功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模 拟量信号的输入和输出，从而使得plc具备许多控制功能。(1) 取代继电器控制：在灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械

26、、电梯、 自动化仓库、生产流水线等方面进行逻辑控制。(2) 过程控制：对温度、压力、流量、物位高度等连续变化的物理量进行控 制。(3) 位置、速度控制：在机器人、机床、电机调速等领域进行位置、速度控 制。(4) 数据监控：在电力、自来水处理、化工、炼油、轧钢等方面进行数据采 集、监控和控制。(5) 组成分散控制系统：把plc作为下位机，与上位机的计算机共同组成分 散控制系统。可以说plc儿乎应用到了工业控制的每一个领域，小到家庭的灯光照明，大 到冶金、石化企业的生产过程都有plc的应用。2.3.2 plc的发展阶段虽然plc问世吋间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超人规模集成 电路技术的

27、迅速发展和数据通讯技术的不断进步，plc也迅速发展，其发展过程 大致可分三个阶段：(1) 早期的plc (60年代末一70年代中期)早期的plc 一般称为可编程逻辑控制器。这时的plc多少有点继电器控制装 置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。 它在硬件上以准计算机的形式出现，在i/o接口电路上作了改进以适应工业控制现 场的要求。装置屮的器件主要采用分立元件和屮小规模集成电路，存储器采用磁 芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采 用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早 期的plc的性能要优于继电器控制

28、装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积 小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中plc特有的编程语言梯形图一肓沿用至今。(2) 屮期的plc (70年代屮期一80年代屮，后期)在70年代，微处理器的出现使plc发生了巨大的变化。美国、日本、徳国等 一些厂家先后开始采用微处理器作为plc的中央处理单元(cpu)。这样，使plc的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、 计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等 功能。在硬件方而，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远 程i/o模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的

29、数量 增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使plc的应用范围得以扩大。(3) 近期的plc (80年代中、后期至今)进入80年代屮、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的 市场价格大幅度下跌，使得各种类型的plc所采用的微处理器的档次普遍提高。 而且，为了进一步提高plc的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑 处理芯片。这样使得plc软、硬件功能发生了巨大变化。2.4 plc的结构及工作原理2.4.1 plc的结构输 入 单 元图21 plc结构简化框图plc采用了典型的计算机结构，主要由cpu、ram、rom和输入输出接口 电路等组成，如图21所示。如果将plc看作一个

30、系统，该系统由输入变量和输 出变量组成。外部的各种开关信号、模拟量信号均作为plc的输入变量，它们经 plc外部输入到内部寄存器中，经plc运算处理后送到输出端子，它们是plc的 输出变量。plc系统各部分的作用说明如下：电源输 出 单 元(1) 中央处理单元(cpu)中央处理单元(cpu)是plc的控制屮枢。它按照plc系统程序赋予的功能 接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o以及警戒定 时器的状态，并能诊断用户程序屮的语法错误。当plc投入运行时，首先它以扫 描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入i/o映像区，然后从用户 程序存储器中逐条读取用户程序，

31、经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数 运算的结果送入i/o映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最 后将i/o映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此 循环运行，直到停止运行。为了进一步提高plc的可靠性，近年来对大型plc还 采用双cpu构成冗余系统，或采用三cpu的表决式系统。这样，即使某个cpu 出现故障，整个系统仍能正常运行。（2）存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，用來存放系统程序、用户程序、逻辑 变量和其它一些信息，plc使用两种存储器：rom和ramo rom中存放系统 程序，包括检查档字、翻译程序和监控程序。ram中存放用户程序、逻

32、辑变量和 供内部程序使用的工作单元。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，存放 应用软件的存储器称为用户程序存储器。 系统程序存储器该存储器存放系统程序（系统软件）。系统程序是plc研制者所编的程序， 它是决定plc性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、 标准子程序库及其他各种管理程序等。系统程序由制造厂家提供，一般都固化在 rom或eprom屮，用户不能直接存取。系统程序用来管理、协调plc各部分的 工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等。 用户程序存储器该存储器存放用户程序（应用软件）。用户程序是用户为解决实际问题并根 据plc的指令系统而编制的程序，它通过编程器

33、输入，经cpu存放入用户存储器。 为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用ram。 变量（数据）存储器变量存储器存放plc的内部逻辑变量，如内部继电器、i/o寄存器、定时器/ 计数器中逻辑变量的现行值等，这些现行值在cpu进行逻辑运算时需随时读出、 更新有关内容，所以，变量存储器也采用ramo现今用户程序存储器和变量存储 器常采用低功耗的cmos-ram及锂电池供电的掉电保持技术，以提高运行可靠 性。通常plc产品资料中所指的内存储器容量，是针对用户程序存储器而言的， 且以字（16位/字）为单位来表示存储器的容量。（3）输入输出单元输入单元是plc与工业生产现场的被控设备相连的输入接口

34、，是现场信号进 入plc的桥梁。输入接口的主要作用是接收指令元件，检测元件传来的信号。输 入接口采用光电耦合电路，fi的是把plc与现场电路隔离，提高plc的抗干扰能 力。接口电路内部有滤波，电平转移及信号锁存电路。各plc生产厂家都提供了 多种形式的i/o部件或模块供用户选用。输岀单元也是plc与现场设备之间的连接部件，负责把输岀信号送给控制对 象的输出接口。输出接口电路一般由微电脑输出接口和功率放人电路组成，其作 用将中央处理器送岀的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执 行元件。输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示 电路，隔离电路，继电器组成。输岀接

35、口电路也有输岀状态锁存、显示、电平转 移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。(4) 电源plc的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠 得电源系统是无法正常工作的，因此plc的制造商对电源的设计和制造也十分重 视。一般交流电压波动在+10% ( + 15%)范围内，可以不采取其它措施而将plc 直接连接到交流电网上去。2.4.2 plc的工作原理plc虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大的不同。微机 一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或i/o扫描方式，有键按下 或i/o动作则转入相应子程序，无键按下则继续扫描。plc则采用循环扫

36、描工作方 式，在plc中用户程序中有众多的操作需要执行，但是一个cpu每一个时刻只能 执行一个操作而不能同时执行多个操作，因此用户程序是按先后次序存放的，cpu 按程序的顺序依次执行各个操作。即cpu从第一条指令开始执行，直到遇到结束 符乂返回第一条执行，如此周而复始不断循环|叫plc的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，即在系统软件的控 制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，然后顺序向各个输出 点发出相应的控制信号。除此之外，为提高工作的可靠性和及时地接收外来的控 制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信请求, 因此，plc工作过程分为以下五步

37、：(1) 自诊断自诊断功能可使plc系统防患于未然，而在发牛故障时能尽快的修复，为此 plc每次扫描用户程序以前都对cpu、存储器、输入输出模块等进行故障诊断， 若自诊断正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序，保 留现行工作状态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。(2) 与外设通信自诊断正常后plc即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应 处理。在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要 显示的状态、数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、 清内存等监控命令。在与上位机通信过程中plc将接收上位机发出的指令进行相 应

38、的操作，把现场状态、plc的内部工作状态、各种数值参数发送给上位机以及 执行启动、停机、修改参数等命令。(3) 输入现场状态完成前两步工作后plc便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关 的通断状态、形成现场的内存映象。这一过程也称为输入采样或输入刷新，在一 个扫描周期内内存映彖的内容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只 能在下一个扫描过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入值是该输入 值的内存映象值而不是当时现场的实际值。(4) 解算用户逻辑即执行用户程序。一般是从存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无 跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的担描用户程序，按用户程序

39、进行逻 辑判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。解算过程中所用的计数器、定吋 器、内部继电器等编程元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器、输出继电 器则用的是内存映象值。在一个扫描周期内，某个输入信号的状态不管外部实际 情况是否己经变化，对整个用户程序是一致的，不会造成结果混乱。(5) 输出结果将木次扫描过程解算得到的最新结果送到输出模块图2-2 plc的工作过程取代前一次扫描解算结果，也称为输出刷新。解算用户逻辑时，每一步所得 到的输出信号被存入输出映像寄存器而并未发送到输出模块，相当于输出信号被 输出门阻隔，待全部解算完成后打开输出门一并输出，所用输出信号由输出状态 表送到输出模块，其

40、相应开关动作。在依次完成上述五个步骤操作后plc又开始进行下一次扫描。如此不断的反 复循环扫描，实现对全过程及设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、出 现故障或载物。plc的工作过程如图22所示。2.5本章小结木章主要介绍了可编程控制器的基木知识。第一部分介绍了 plc的由来及定 义。第二部分介绍了 plc的特点及三种分类。第三部分介绍了它的应用及三个发 展阶段。第四部分介绍了 plc的基本结构，画出了结构图，能清晰地显示出plc 的系统结构并讲述了各个组成部分的作用，还介绍了 plc的工作原理第三章plc控制系统及程序的设计方法可编程控制器技术最主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运

41、用前面 学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统，在此介绍组成可编程控制 器控制系统的一般方法。3.1系统设计的主要内容及基本要求3.1.1系统设计的主要内容（1）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确 定，它是整个设计的依据；（2）选择电气传动形式和电动机、计数器等执行机构；（3）选定plc的型号；（4）编制plc的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图；（5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用和应的编程语言（常 用梯形图）进行程序设计；（6）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间 的友善关系；（7）设计操作台、电气柜及非

42、标准电器元部件；（8）编写设计说明书和使用说明书；3.1.2 plc程序设计的基本要求编制一个较好的plc控制程序一般需要注意以下几个方面： 正确性一个程序必须经过实际检验，以证明其运行的正确性，这是对plc程序最基 本的要求。而正确，规范地使用各种指令，正确合理地使用各类部件，则是程序 正确的重要因素。 可靠性plc程序不仅要正确，而且要可靠。可靠性反映了 plc在不同工作状态下的 稳定性，这也是对程序设计的基本要求。有的用户程序在正常的工作条件下，或 合乎逻辑耍求的操作情况下能正常工作，但当岀现非正常工作情况，或进行非法 操作后，程序就不一定能正常工作了。所以为保证plc的正常工作，使pl

43、c能应 付各种非正常的突发事件，提高实际应用中的可靠性是非常重要的。 合理性plc程序的合理性主要表现在两个方面：一是应尽可能使用户程序简短；二 是应尽可能缩短扫描周期，提高输入/输出响应速度。 可读性系统的可读性好，是指程序要层次清晰，结构合理，指令使用得当，并按模 块化，功能化和标准化设计巴 在输入/输岀点及内部器件的分配和使用上要有规 律性；还应在一些功能段以一些特殊指令后作一些注释，以方便记忆和理解。一 个可读性好的程序不仅便于设计者加深对程序的理解，便于修改和调试，而且还 便于使用者读懂程序，便于调整功能和日常维护。 可塑性程序的可塑性是指当控制方案稍作改动时，只需对已设计好的程序略

44、作修改 即可，程序容易修改或控制方案容易改变是plc的一大特点。因此，plc可广泛 应用于各种控制场合，特别适合在灵活多变的控制系统中应用。3.2系统设计的基本步骤可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图3-1所示。（1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程； 控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、 必耍的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分, 这种可化繁为简，有利于编程和调试。（2）确定i/o设备根据被控对象对plc控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出 设备。常用

45、的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设 备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。（3）选择合适的plc类型根据已确定的用户i/o设备，统计所需的输入信号和输岀信号的点数，选择合 适的plc类型，包括机型的选择、容量的选择、i/o模块的选择、电源模块的选择 等。（4）分配i/o点分配plc的输入输岀点，编制岀输入/输岀分配表或者画岀输入/输岀端子 的接线图。接着就可以进行plc程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和 现场施工。图3-1可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤（5）设计应用系统梯形图程序根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用 系统

46、设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟 悉控制要求，同吋还要有一定的电气设计的实践经验。（6）将程序输入plc当使用简易编程器将程序输入plc时，需要先将梯形图转换成指令助记符， 以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上 下位机的连接电缆将程序下载到plc中去。（7）进行软件测试程序输入plc后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏 漏的地方。因此在将plc连接到现场设备上去z前，必需进行软件测试，以排除 程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。（8）应用系统整体调试在plc软硕件设计和控制柜及现场施工

47、完成后，就可以进行整个系统的联机 调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调 试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调 试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。（9）编制技术文件系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、plc 梯形图。3.3 plc硬件系统设计3.3.1 plc型号的选择在做出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决 定是否选用plc进行控制。机型的选择可从以下几个方面来考虑：（1）对输入/输出点的选择要先弄清楚控制系统的i/o总点数，再按实际所需总点数的1520%留出备 用

48、量（为系统的改造等留有余地）后确定所需plc的点数。（2）对存储容量的选择对用户存储容量只能作粗略的估算。（3）对i/o响应时间的选择对开关量控制的系统，plc和i/o响应时间一般都能满足实际工程的耍求，可 不必考虑i/o响应问题。但对模拟量控制的系统，特别是闭环系统就要考虑这个问 题。（4）根据输出负载的特点选型不同的负载对plc的输出方式有相应的要求。（5）对在线和离线编程的选择计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计 算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。（6）据是否联网通信选型若plc控制的系统需要联入工厂自动化网络，则plc需要有通信联网功

49、能，即要求plc应具有连接其他plc、上位计算机及crt等的接口。（7）对plc结构形式的选择在相同功能和相同i/o点数的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有 功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择plc 的结构形式。332分配输入输岀点一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是 对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号, 即进行编号。在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前， 按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。（1）确定i/o通道范围不同型号的plc,其输入/输出通道的范

50、圉是不一样的，应根据所选plc型 号，查阅相应的编程手册。（2）内部辅助继电器内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电 器、定吋器/计数器吋作数据存储或数据处理用。从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。未分配模 块的输入/输出继电器区以及未使用1： 1链接时的链接继电器区等均可作为内部辅 助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排plc的内部辅助继电器。（3）分配定时器/计数器plc的定时器/计数器数量分别见有关操作手册。3.4程序设计方法要想顺利完成控制系统的设计，不仅要熟练掌握各种指令的功能及使用规则, 还要学习如何编程，下面将介绍常用的几种

51、方法。3. 4. 1逻辑设计法逻辑设计法的基础是逻辑代数。当plc控制系统主要对开关量进行控制时， 使用逻辑设计比较方便。在程序设计时，利用系统输入和输出之间的信号状态表 或系统工作时序图作为分析工具，对控制任务进行逻辑分析和综合。将控制电路 中的元件的通断状态视为以触点通断状态为逻辑变量的逻辑函数，对经过化简的 逻辑函数，利用plc的逻辑指令可以顺利地设计出满足要求的口较为简练的控制 程序。这种方法的设计思路清晰，所编写的程序易于优化，是一种较为实用可靠 的程序设计方法。3.4.2顺序控制设计法所谓顺序控制，就是根据生产工艺，按预先规定的顺序，在各个输入信号的 作用下，使生产过程的各个执行机

52、构自动地按顺序动作。顺序控制不仅广泛应用 于中，小企业的加工，装配，检验，包装等工作的自动化中，而且在大型计算机 控制的高度自动化工矿企业中，也是不可或缺的控制方式。顺序控制设计法有一定的规律可循，所编写的程序易读、易检查、易修改， 是常用的设计方法z。使用顺序控制设计法的关键有三条：一是理顺动作顺序, 明确各步的转换条件；二是准确地画岀功能表图；三是根据功能表图正确地画出 相应的梯形图，最后再根据某些特殊功能要求，添加部分控制程序。要想用好顺 序控制设计法，重要的是熟练掌握功能表图的画法，以及根据功能表图画岀相应 梯形图的方法。3.4.3继电器控制电路图转换设计法有些继电器控制的系统或设备经

53、过多年的运行实践证明其设计是成功的。若 欲改用plc控制，可以在原继电器控制电路的基础上经过合理转换，设计出具有 相同功能的plc控制系统。把继电器控制转换成plc控制吋，要注意转换方法， 以确保转换后系统的功能不变。(1) 对各种继电器和电磁阀等的处理在继电器控制系统屮，大量使用了各种控制电器，例如交直流接触器，电磁 阀，电磁铁，中间继电器等。交直流接触器，电磁阀，电磁铁的线圈是执行元件, 要为它们分配相应的plc输出继电器号。中间继电器可以用plc内部的辅助继电 器来代替。(2) 对常开按钮和常闭按钮的处理在继电器控制电路中，一般启动用常开按钮，停车用常闭按钮。用plc控制 吋，启动和停车

54、一般都用常开按钮。尽管使用哪种按钮都可以，但画出的plc梯 形图却不同。(3) 对热继电器触点的处理若plc的输入点较多，则热继电器的常闭触点可占用plc的输入点；若输入 点较少，则热继电器的信号可不输入plc中，而是接在plc外部的控制电路中。(4) 对时间继电器的处理物理的吋间继电器可分为通电延时型和断电延吋型两种。通电延吋型时间继 电器，其延时动作的触点有通电延时闭合和通电延时断开两种；断电延时型时间 继电器延时动作的触点有断电延时闭合和断电延时断开两种。用plc控制时，时 间继电器可以用plc的定时器/计数器来代替。plc定时器的触点只有接通延时 闭合和接通延时断开两种，但通过编程，可

55、以设计出满足要求的时间控制程序。3.5本章小结本章是对plc控制系统和程序设计方法的概括。首先告诉读者系统设计的主要 内容及基本要求。然后介绍了系统设计的主要步骤，并用流程图清晰地描述岀来。 在第3章的后两节介绍了plc硬件系统的设计方法、编程方法等等。第四章 双料斗皮带传输机的plc设计4.1皮带输送机的电控原理某厂的生产工序有1组双料斗皮带输送机，其示意图如图41所示。图4-1双料斗皮带输送机的示意图该组双料斗皮带输送机各段电机分别由接触器km1、km2、km3、km4、km5 进行控制。为了防止皮带输送机上物料堆积过多，该控制电路必须满足以下条件： 根据配料比例的要求，启动操作方式。该设备遵循下面的顺序启动：km5首先工作, 延吋5 s后，km3和km4投入工作；再延口寸5s, km1和km2开始工作。工作方 式。根据配料比例的要求，km2间断工作。启动后，km2打开5s,关闭5s,间断 工作。km1、km2、km3、km4、km5为不间断工作，通过外部开关可以选择设 置km2的间断工作时间分别为5s、10s、15so停止时各接触器的断开必须与启动时 顺序相反即该设备遵循下面的顺序停止：首先km1和km2停止工作，延时5s后， km3和km4停止工作，再延时5s, km5停止工作。如果用继电回路能实现其冃