PLC第7章應用系統(tǒng)的設計課件

第7章可編程序控制器應用系統(tǒng)的設計7.1PLC應用系統(tǒng)的總體設計7.2PLC應用系統(tǒng)的硬件設計與選型7.3PLC應用系統(tǒng)的程序設計

7.4控制系統(tǒng)設計舉例7.1PLC應用系統(tǒng)的總體設計圖7.1.1可編程控制器應用系統(tǒng)的設計步驟1．熟悉控制對象，確定控制范圍（1）了解被控對象的特點和生產(chǎn)工藝流程；（2）歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖；（3）明確控制任務和設計要求。2.制定控制方案，選擇可編程序控制器機型（1）根據(jù)生產(chǎn)工藝和機械運動的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式，弄清是單機運行還是聯(lián)網(wǎng)運行；（2）確定各種控制信號和檢測信號的相互轉(zhuǎn)換關系，選擇系統(tǒng)的外部電器元件（如按鈕、傳感器、變送器、接近開關、限位開關、電磁閥、接觸器、指示燈等）；（3）確定輸入、輸出PLC的信號，對這些信號的性質(zhì)、參數(shù)進行分類統(tǒng)計（開關量、模擬量分類，如是模擬量要確定其電壓或電流的變化范圍）（4）選擇合適的PLC機型和功能模塊，并確定各種硬件配置。5.現(xiàn)場運行調(diào)試6.編制系統(tǒng)的技術文件在現(xiàn)場安裝完硬件系統(tǒng)，PLC裝入程序，進行試運行。這時外部接線要正確無誤。編制必要的技術文件：PLC控制系統(tǒng)使用說明書，外部接線圖，其他的電氣圖紙以及元器件明細表的編制。PLC控制應用系統(tǒng)的設計內(nèi)容中還應包含的幾個方面:（1）可靠性設計：系統(tǒng)設計必須遵循可靠性分配原則，如冗余設計，系統(tǒng)應滿足溫度、振動、沖擊、濕度等的要求；（2）安全性設計：系統(tǒng)在緊急異常的狀態(tài)下能處于安全狀態(tài)，系統(tǒng)要有及時處理事故或故障的功能。如設置緊急停車按鈕、事故按鈕、報警、安全回路等。（3）標準化設計：選用符合國家或國際標準的元件和應用軟件，以便于用戶維護、規(guī)模擴展和具有系統(tǒng)的兼容性。7.2PLC應用系統(tǒng)的硬件設計與選型1．控制結構和方式的選擇

(1)單機控制系統(tǒng)：是指用一臺PLC控制一臺設備或多臺設備，控制的輸入/輸出點數(shù)比較少，屬于一種集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般多用于各控制對象所處地理位置較集中，且相互之間的動作存在一定的順序關系的情況下，適合于簡單的流水線控制。

2．PLC機型的選擇

PLC選型的基本原則是所選PLC能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。一般從系統(tǒng)控制功能、PLC物理結構、指令和編程方式、PLC存儲量和響應時間、通信聯(lián)網(wǎng)功能等方面綜合考慮。從應用角度來看，PLC可按控制功能或輸入/輸出點數(shù)選擇。從PLC的物理結構和控制柜安排來看，PLC可選模塊式、疊裝式和整體式。PLC的指令系統(tǒng)一般包括邏輯指令、運算指令、控制指令、數(shù)據(jù)處理和其他特殊指令，這些指令能完成諸如開平方、對數(shù)運算、網(wǎng)絡通信等功能。用戶可從便于控制系統(tǒng)編程的角度來加以選擇，只要能滿足實際需要就可以了。PLC的編程有兩種方式：在線和離線編程。采用離線編程可降低成本，對大多數(shù)應用系統(tǒng)來說都可以滿足生產(chǎn)需要，因而較多的中小型PLC都使用這種方法。在線編程所需成本較高，但使用方便，大型PLC中常采用。

PLC聯(lián)網(wǎng)已成為一種發(fā)展趨勢，已成為CIMS、SCADA系統(tǒng)的基礎。3．I/O點數(shù)的估算表7.2.1常用電氣元件所需PLC的I/O點數(shù)電氣元件輸入點數(shù)輸出點數(shù)I/O總點數(shù)Y-△啟動籠型電動機437單向/可逆交流電動機5/63/48/10單向/可逆直流電動機9/126/815/20比例閥358單/雙線圈電磁閥2/31/23/5按鈕11信號等11光電開關22撥碼開關44行程開關11限位開關22

輸出模塊把PLC內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號，以驅(qū)動外部負載。輸入/輸出模塊是可編程序控制器與被控對象之間的接口，按照輸入/輸出信號的性質(zhì)一般可分為開關量(或數(shù)字量)和模擬量模塊。開關量模塊包括輸入模塊和輸出模塊，有交流、直流和TTL電平三種類型。開關量輸入模塊按輸入點數(shù)分為4、8、16、32、64等，按電壓等級分為直流24V、48V、60V和交流110V、230V等。模塊密度一般以每塊16～64點為好。如果是長距離傳輸通信，開關量輸入模塊的門坎電平也是不容忽視的一個因素。直流開關量輸入模塊的延遲時間較短，可直接與接近開關、光電開關等電子裝置相連。開關量輸出模塊按輸出點數(shù)分有16、32、64點，按輸出方式分有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。選擇的輸出模塊的電流值必須大于負載電流的額定值。對于頻繁通斷、低功率因數(shù)的感性負載，應采用無觸點開關器件，即選用晶閘管輸出(交流輸出)或晶體管輸出(直流輸出)；對于通斷不頻繁的一般負載可選用繼電器輸出。

模擬量模塊也包括輸入模塊和輸出模塊。模擬量輸入模塊把來自于傳感器或變送器的電壓、壓力、流量、位移等電量或非電量轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǚ秶鷥?nèi)的電壓或電流信號，所以它分為電壓型和電流型。在選用時應注意外部物理量的輸入范圍，模擬通道循環(huán)掃描的時間和信號的連接方式。一般來說，電流型的抗干擾能力優(yōu)于電壓型。模擬量輸出模塊能輸出被控設備所需的電壓或電流，它的電壓型和電流型的型號與模擬量輸入模塊的大體相似，選用輸出模塊驅(qū)動執(zhí)行機構時，中間有可能要增加必要的轉(zhuǎn)換裝置，同時還要注意信號的統(tǒng)一性和阻抗的匹配性。6.對程序存儲器容量的估算一般情況下用戶程序所需存儲的字數(shù)可按照如下經(jīng)驗公式來計算：①開關量輸入輸出系統(tǒng)：輸入：用戶程序所需存儲的字數(shù)=輸入點總數(shù)×10

輸出：用戶程序所需存儲的字數(shù)=輸出點總數(shù)×8②模擬量輸入輸出系統(tǒng)：每一路模擬量信號大約需要120字的存儲容量，當模擬輸入和輸出同時存在時，應有所需內(nèi)存字數(shù)=模擬量路數(shù)×250③定時器和記數(shù)器系統(tǒng)：所需內(nèi)存字數(shù)=定時器/記數(shù)器數(shù)量×2④含有通信接口的系統(tǒng)(多指PLC網(wǎng)絡系統(tǒng))：所需存儲字數(shù)=通信接口個數(shù)×300

另外，根據(jù)系統(tǒng)控制要求的難易程度也可采用另一種方法進行估算，采用的計算公式如下：程序容量＝K×總輸入/輸出點數(shù)對于簡單控制系統(tǒng)來說，K=6；若為普通系統(tǒng)，則K=8；若為較復雜系統(tǒng)，則K=10；若為復雜系統(tǒng)，則K=12。7.可編程序控制器的電源選擇電源是PLC干擾引入的主要途徑之一，因此選擇優(yōu)質(zhì)電源無疑有助于提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性。一般可選用畸變較小的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓器的電源。使用直流電源要選用橋式全波整流電源。對于供電不正?；螂妷翰▌虞^大的情況，可考慮采用不間斷電源(UPS)或穩(wěn)壓電源供電。對于輸入觸點的供電可使用PLC本身提供的電源，如果負載電流過大，可采用外設電源供電。輸出電流是電源的一個關鍵因素，應特別注意。

梯形圖程序設計語言的特點是：

(1)與電氣操作原理圖相對應，直觀、形象和實用；

(2)與原有繼電器邏輯控制技術相一致，電氣技術人員易于掌握和學習；

(3)梯形圖中的能流(PowerFlow)不是實際意義的物理電流，而是"概念"電流；內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，每個繼電器和輸入接點都是存儲器中的一位，因此梯形圖中的繼電器接點在編制用戶程序時能無限使用，可常開又可常閉；

(4)梯形圖中的輸入接點和輸出線圈不是物理接點和線圈，用戶程序的解算是根據(jù)PLC內(nèi)部I/O映像區(qū)相應位的狀態(tài)得到的，并不是解算現(xiàn)場的實際狀態(tài)。2．布爾助記符(BooleanMnemonic)程序設計語言布爾助記符程序設計語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設計語言，與計算機中的匯編語言非常相似。所謂助記符語言編程就是用一個或幾個容易記憶的字符代表PLC的某種操作功能。助記符語言也可稱為命令語句表達式語言，它的一般格式為：操作碼＋操作數(shù)或操作碼＋標識符＋參數(shù)其中，操作碼用來指定CPU要執(zhí)行的功能；操作數(shù)內(nèi)包含執(zhí)行該操作所必需的信息。

布爾助記符程序設計語言具有下列特點：

(1)采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握的特點；

(2)在編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于鍵入，可在無計算機的場合下進行編程設計；

(3)與梯形圖有一一對應的關系，電氣技術人員對程序易于理解和檢查；

(4)在編程支路的元素數(shù)量不受限額。這種方法也存在對較復雜控制系統(tǒng)較難描述清楚的缺點。短線旁的文字、圖形符號或邏輯表達式標明轉(zhuǎn)移條件的內(nèi)容。轉(zhuǎn)移條件可能來自外部輸入信號或PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號。用轉(zhuǎn)移條件控制代表各步的編程元件，使它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后去控制各輸出繼電器。動作或命令就是狀態(tài)框旁與之對應的各步內(nèi)容的文字描述，可用矩形框?qū)⑺鼈儑饋?，以短線連接到狀態(tài)框。0123左向運動行程開關XK1動作按SB1右向運動行程開關XK2動作停止運動SFC圖例

功能表圖程序設計語言的特點是：

(1)以功能為主線，條理清楚，便于對程序操作的理解；

(2)對大型的程序，可分工設計，采用較為靈活的程序結構，可節(jié)省程序設計時間和調(diào)試時間；

(3)兩個步(或轉(zhuǎn)移)不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)移(或步)將它們隔離；

(4)初始步必不可少，一般對應于系統(tǒng)等待啟動的初始狀態(tài)；

(5)僅當某一步所有的前級步都是活動步時，該步才有可能變成活動步，只有在活動步的命令和操作被執(zhí)行后，系統(tǒng)才對活動步后的轉(zhuǎn)移進行掃描，整個程序的掃描時間較用其他語言編制的程序的掃描時間要大大縮短。4．功能模塊圖(FunctionBlock)程序設計語言功能模塊圖程序設計語言的特點是：以功能模塊為單位，功能模塊用圖形化的方法描述功能，它的直觀性大大方便了設計人員的編程和組態(tài)，有較好的易操作性；(2)適用于控制規(guī)模較大、控制關系較復雜的系統(tǒng)，它將控制功能的關系較清楚地表達出來，因此編程和組態(tài)時間可以縮短，調(diào)試時間也能大大減少；(3)由于每種功能模塊需要占用一定的內(nèi)存，功能模塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時間，因此這種設計語言在大中型可編程序控制器和集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中才被采用。

結構化程序設計語言具有下列特點：

(1)采用高級語言進行編程，可以完成較復雜的控制運算；

(2)常被用于其他語言(如功能模塊圖等)較難實現(xiàn)的一些控制功能的方案實施，例如自適應控制功能的實現(xiàn)。該方法也存在對編程人員的技能要求較高，普通電氣人員無法完成，直觀性和易操作性較差等缺點。7.3.2可編程序控制器的應用程序設計方法1．經(jīng)驗設計法

利用各種典型控制環(huán)節(jié)和基本單元控制電路，依靠經(jīng)驗直接用PLC設計電氣控制系統(tǒng)，來滿足生產(chǎn)機械和工藝過程的控制要求的設計方法稱為經(jīng)驗設計法。使用該法設計用戶程序時可以大致按下面幾步來進行：（1）分析控制要求、選擇控制原則；（2）設計主令元件和檢測元件，確定輸入/輸出信號；（3）設計執(zhí)行元件的控制程序；檢查、修改和完善程序。在設計執(zhí)行元件的控制程序時，一般又可分為以下幾個步驟：（1）按所給的要求將生產(chǎn)機械的運動分成各自獨立的簡單運動，分別設計這些簡單運動的基本控制程序；（2）根據(jù)制約關系，選擇連鎖觸點，設計連鎖程序；（3）根據(jù)運動狀態(tài)選擇控制原則，設計主令元件、監(jiān)測元件及繼電器等；（4）設置必要的保護措施?！纠?】如圖7.3.1所示，有一送料車自動循環(huán)送料。小車處于起始位置時，CK0閉合；系統(tǒng)啟動后，小車在起始位置裝料，20秒后向右運動，到CK1位置時，CK1閉合；小車下料后再返回起始位置，再用20秒的時間裝料，其后向右運動到CK2位置，此時CK2閉合；小車下料后返回起始位置。以后重復上述過程，直至有復位信號輸入。

小車的工作循環(huán)過程如下：

啟動→裝料→第一次向右運動→第一次返回→第二次裝料→第二次向右運動→第二次返回→……圖7.3.1送料小車工作示意圖

根據(jù)小車的工作循環(huán)過程可以畫出CK0、CK1、CK2及定時器的時間關系圖。因為小車在第一次到達CK1時要改變運動方向，而第二次和第三次到達CK1時不改變運動方向，所以可以利用計數(shù)器的計數(shù)功能來決定到達CK1時是否要改變小車的運動方向。定時器用來記錄裝料時間。由經(jīng)驗設計法可知小車控制屬于一種雙向控制，非常適合采用PLC控制。其PLC控制的I/O分配如表7.3.1所示。表7.3.1送料小車控制系統(tǒng)I/O分配表輸入輸出啟動按鈕復位按鈕CK0CK1CK20000900010000000000100002小車右行小車左行0100001002定時器計數(shù)器TIM000，20sCNT001圖7.3.2送料小車控制梯形圖

①中間輔助繼電器20000作為系統(tǒng)工作允許繼電器，啟動信號00009使20000置“ON”，復位信號00010使之置“OFF”。只有當20000為“ON”時，小車才能循環(huán)工作，當20000為“OFF”時，小車回到起始位置后停止工作。②小車位于CK0時，開始定時裝料，20秒后定時器接通，小車右行即01000得電。當小車離開CK0時，定時器TIM000復位，但01000的自鎖功能使之仍得電，小車仍右行。③小車行至CK1時，計數(shù)器減一，由于CK1的常閉觸點斷開，使01000失電，小車停止右行。④小車停止右行使中間繼電器20001失電產(chǎn)生一個脈沖，使01002得電即小車左行。01002的自鎖功能使得小車左行直至達到CK0位置。⑤定時器重新定時，小車第二次裝料，之后小車右行，均與第一次相同。但是當小車行至CK1時，計數(shù)器減一至零，使CNT001的常開觸點接通，所以此時小車繼續(xù)右行直至達到CK2位置，CK2的常閉觸點斷開，01000失電，小車停止右行，再次改變?yōu)樽笮?。⑥左行過程中經(jīng)過CK1位置時使計數(shù)器復位，為下一次循環(huán)作準備。小車左行至CK0位置停止，等待下一次循環(huán)。2．邏輯設計法邏輯設計方法的基本含義是以邏輯組合的方法和形式設計電氣控制系統(tǒng)。這種設計方法既有嚴密可循的規(guī)律性和明確可行的設計步驟，又具有簡便、直觀和十分規(guī)范的特點。布爾助記符程序設計語言常采用這類設計方法。從某種意義上說，PLC是"與"、"或"、"非"三種邏輯線路的組合體，而梯形圖程序的基本形式也是"與"、"或"、"非"的邏輯組合。當一個邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運算式表示出來后，實現(xiàn)該邏輯函數(shù)功能的線路也隨之確定，并進一步由梯形圖直接寫出對應的指令語句程序。

進行設計一般可分為下面幾步：①首先明確控制任務和控制要求，通過分析工藝過程繪制工作循環(huán)和檢測元件分布圖，取得電氣執(zhí)行元件功能表。②詳細地繪制電控系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(通常由輸出信號狀態(tài)表、輸入信號狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令表和中間記憶裝置狀態(tài)表四部分組成)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可全面、完整地展示電控系統(tǒng)各部分、各時刻的狀態(tài)和狀態(tài)之間的聯(lián)系及轉(zhuǎn)換，它是進行電控系統(tǒng)的分析和設計的有效工具。③進行邏輯設計，列出中間記憶元件的邏輯函數(shù)表達式和執(zhí)行元件的邏輯函數(shù)表達式，這兩個函數(shù)表達式，既是生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程內(nèi)部邏輯關系和變化規(guī)律的表達形式，又是構成電控系統(tǒng)實現(xiàn)目標的具體程序。如果設計者需要使用梯形圖程序作為一種過渡，或者選用的PLC編程器也具有圖形輸入的功能，則也可以首先由邏輯函數(shù)式轉(zhuǎn)換為梯形圖程序；④完善和補充程序，包括手動調(diào)整工作方式的設計、手動工作方式的選擇、自動工作循環(huán)、保護措施等。3．狀態(tài)流程圖設計方法

狀態(tài)流程圖又叫SFC或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是完整的描述控制系統(tǒng)的工作過程、功能和特性的一種圖形，是分析和設計電控程序的重要工具。所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)的轉(zhuǎn)移實際上就是控制系統(tǒng)的功能的轉(zhuǎn)移。

SFC是適合于順序控制的標準化語言，利用狀態(tài)流程圖進行程序設計就是順序控制設計法。它具有簡單、規(guī)范、通用的優(yōu)點，使梯形圖設計變得容易，大大節(jié)約設計時間，有一定的方法和步驟可遵循。狀態(tài)流程圖能清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。1)狀態(tài)流程圖的組成圖7.3.3流程圖

2)狀態(tài)流程圖的類型狀態(tài)流程圖從結構上來分，可分為以下幾種：①單序列結構。這種結構的功能表圖沒有分支，每個步后只有一個步，步與步之間只有一個轉(zhuǎn)換條件。②選擇性序列結構；③并發(fā)性序列結構；④循環(huán)性結構；⑤復合性結構。圖7.3.4選擇性序列結構的狀態(tài)流程圖圖7.3.5并發(fā)性序列結構的狀態(tài)流程圖

狀態(tài)流程圖編程的步驟分為以下幾步：①把整個系統(tǒng)的工作過程劃分為若干個清晰的階段，每個階段(稱為步)完成一定任務的操作；②確定各步之間的轉(zhuǎn)換條件，它是系統(tǒng)由前一步轉(zhuǎn)入下一步的基礎，經(jīng)常以PLC輸入點或其他元件定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，當轉(zhuǎn)換條件的實際內(nèi)容不止一個時，每個具體內(nèi)容定義一個PLC元件編號，并以邏輯組合的形式表現(xiàn)為有效轉(zhuǎn)換條件；③根據(jù)前兩步畫出系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖。有了狀態(tài)流程圖，利用不同的指令就能設計出相應的梯形圖，支持順序控制指令的執(zhí)行；④寫出程序清單，完成PLC控制系統(tǒng)應用程序的設計。

【例2】某臺自動清洗機，該機的動作如下：按下啟動按鈕時，打開噴淋閥門，同時清洗機開始移動；當檢測到物體到達清洗機時，啟動旋轉(zhuǎn)刷子開始清洗汽車；當檢測到物體離開清洗機時，停止清洗機移動，停止刷子旋轉(zhuǎn)并關閉閥門；當按下停止開關時，任何時候都可以停止所有的動作。表7.3.2自動清洗機的I/O分配表輸入輸出I/O位名

稱01000第0步00000啟動按鈕01001第1步00001檢測開關01002第2步00003停止按鈕01003第3步

01004清洗機

01005噴淋閥門

01006刷子圖7.3.6自動清洗機的SFC圖圖7.3.7自動清洗機的梯形圖

4．計算機輔助編程設計法利用計算機及軟件編程可以把梯形圖直接譯成指令形式，可進行在線編程、遠程編程和離線編程，有些還具備網(wǎng)絡監(jiān)控等功能。因此，計算機輔助編程設計法代表著可編程序控制器的應用程序設計方法今后的發(fā)展方向。目前各大PLC生產(chǎn)廠商都很重視這方面的開發(fā)，都有性能各異的計算機輔助編程應用軟件推出，如SIMENS的STEP7、WinCC等，三菱公司的FX-PLCS/AT-EESFC、FXMING等，OMRON公司的CX-Programmer、CPT等。7.4.1機械手控制系統(tǒng)設計

1.動作要求：將一工件從A位置搬運到B位置。機械手由電磁液壓缸驅(qū)動。電磁液壓缸的某個線圈得電，就產(chǎn)生相應的動作，直到線圈失電，動作結束。2.動作順序：假設機械手初始位置為原點，完成工件搬運的動作是：向右→向下→抓緊工件→向上→向左→向下→放松工件→向上（回到原點）。3.電氣元器件配置：（1）上、下、左、右、抓緊和放松各設置一個微動行程開關，控制動作到位。（2）設置一停止按鈕，可以在任何一步停止步的執(zhí)行，回到第0步。（3）設置6個手動操作按鈕，允許手工操作機械手的動作，形成開關可以在手工操作到位時停止機械手的動作。7.4控制系統(tǒng)應用設計舉例設計過程1.動作周期：原點（上到位，左到位）向右→右到位→向下→下到位→抓緊工件→抓到位→向上→上到位→向左→左到位→向下→下到位→放松→松到位→向上→上到位→原點。2.確定輸入/輸出開關量及地址（I/O點數(shù)確定）列出I/O表如后頁表7-4-1選用內(nèi)部繼電器00200、00201、00202、00203、00204、00205、00206、00207、00208作為中間繼電器表示工步狀態(tài)。輸

入輸

出工

步開關量操作數(shù)開關量操作數(shù)步序操作數(shù)右行程開關00000向右線圈01000第0步00200左行程開關00001向左線圈01001第1步00201上行程開關00003向下線圈01002第2步00202下行程開關00004向上線圈01003第3步00203抓緊行程開關00005抓緊線圈01004第4步00204放松行程開關00006放松線圈01005第5步00205停止按鈕00007第6步00206啟動按鈕00008第7步00207連續(xù)/不連續(xù)切換開關00009第8步00208手動向左00010手動向右00011手動向上00012手動向下00013手動抓緊00014手動放松00015點數(shù)：15點數(shù)：6表7-4-1I/O分配表3.PLC機型選擇：由上表知：輸入為15點，輸出為6點，總點數(shù)21點。留出20%的余量：總點數(shù)為21+4=25點。選擇30點的CPM2A-30CDR繼電器觸點輸出型的CPU單元，有18點輸入，12點輸出。程序容量：8×25=200字（普通系統(tǒng)K=8）。4.做出機械手控制的SFC圖：SFC圖5.繪制梯形圖00201002020020300204002050020600207002080000100200000030020800009002080020000009000030022100222000080020100201002010020200000002030000700202002030020400205002060020600205000010020700007000070000700007002020020300004002040020300204000050020500204002050000300206機械手的控制主流程梯形圖機械手的輸出/手動梯形圖7.4.2植物灌溉的PLC控制系統(tǒng)根據(jù)不同植物生長的特點和要求，對灌溉系統(tǒng)提出以下控制功能要求：A區(qū)有兩小塊采用噴霧，每噴2分鐘，停5分鐘，工作時間要求每天7點開始，17點停止；B區(qū)采用旋轉(zhuǎn)式噴頭進行噴灌，分為兩組噴灌工作，每組每工作5分鐘，停20分鐘，每天9點開始，14點停止；C區(qū)也分為兩組，交替工作，每隔2天灌溉一天?？紤]到系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性，要求系統(tǒng)有手動控制和自動控制功能。如果遇到陰雨天會自動停止對沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。溫室滴灌不僅要受時間控制，而且要求具有溫度、濕度測控功能，即溫度、濕度達到某一控制點就報警并改變程序的運行方式。系統(tǒng)在自動(或手動)工作方式時，能自動(或手動)控制供水水泵的運行與停止和各電磁閥的開關。

根據(jù)上述控制對象的工作過程，在A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)分別設4個、2個、2個電磁閥，分別控制不同作物的灌溉，用1個繼電器控制供水的水泵。為了避免意外事故或故障的發(fā)生，系統(tǒng)設有聲光報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)只有數(shù)字開關量的輸入而無模擬量的輸入，憑可編程控制器本身的抗干擾能力已能滿足要求。因此該植物灌溉控制屬于一個典型的PLC控制系統(tǒng)。為了系統(tǒng)能正常運行，特設計報警燈和報警器試驗按鈕，系統(tǒng)每次運行前可進行檢查。系統(tǒng)的具體設計過程如下：1)I/O點數(shù)的估算系統(tǒng)輸入信號：自動/手動選擇開關，需要1個輸入端；報警器和報警燈試驗有一個按鈕，占有一個輸入端；自動工作方式時，總開、總停按鈕需要2個輸入端；故障報警消音按鈕，需要1個輸入端；1個雨量傳感器，需要1個輸入端；4只濕度傳感器，需要4個輸入端；4只溫度傳感器，需要4個輸入端。

以上共需14個輸入信號點，考慮到以后可能會對系統(tǒng)進行調(diào)整與擴充，所以留出15%的備用點，即14×15%=2.1，取3個點，這樣共需用17個輸入點。系統(tǒng)輸出信號：

A、B、C三個灌溉區(qū)共有8個電磁閥，需用8個輸出端；一臺水泵，需用1個控制輸出端；系統(tǒng)自動和手動指示、水泵運行指示，需要三個輸出端；溫度、濕度報警和報警器分別占用一個輸出端。以上共需要15個輸出點，考慮到以后可能會對系統(tǒng)進行調(diào)整與擴充，所以留出15%的備用點，即15×15%=2.3，取3個點，這樣共需用18個輸出點。2)用戶應用程序占用內(nèi)存大小的估算用戶應用程序占用多少內(nèi)存與I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結構等因素有關，因此在程序設計之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗，此應用程序占用內(nèi)存的大小可作如下估算：開關量輸入：15×10=150字節(jié)；開關量輸出：18×8=144字節(jié)；定時器/計數(shù)器：(10×3+2×3)×2=72字節(jié)。共計366字節(jié)，再加上程序存儲空間和備用存儲空間，初步估計共需1K字節(jié)。3)PLC型號的選擇因為本系統(tǒng)是對開關量進行控制的應用系統(tǒng)，而且對控制速度要求也不高，所以可選用完全能滿足該控制要求的、由日本OMRON公司生產(chǎn)的CPM2A系列40點編程控制器。4)系統(tǒng)I/O點的分配表7.4.2CPM2AI/O分配表輸入00002總開00003總停00004陰雨傳感器輸入觸點00005、00006、00007、00008均為溫度傳感器輸入觸點00100、00101、00102、00103均為濕度傳感器輸入觸點00010燈報警器試驗開關00011泵試驗開關

00104消音按鈕輸出01000、01001、01002、01003、01004、01005、01006、01007分別為1號電動閥到8號電動閥輸出01101自動指示燈

01102手動指示燈01103溫度報警燈

01104濕度報警燈01105水泵運行指示燈

01106報警器輸出01100水泵輸出內(nèi)部繼電器04000、02000、03000、22000、21000、20600等定時器/計數(shù)器T1M001～TIM012CNT021～022圖7.4.2輸入/輸出端子接線圖(a)輸入端子接線圖；(b)輸出端子接線圖圖7.4.3輸入/輸出端子接線圖(a)輸入端子接線圖；(b)輸出端子接線圖5)系統(tǒng)軟件的設計該系統(tǒng)軟件可以按各區(qū)功能編制不同的模塊進行設計，主要包括主程序、A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和報警區(qū)模塊?？梢韵仍O計系統(tǒng)邏輯梯形圖，然后編寫程序，并進行系統(tǒng)模擬調(diào)試，沒有錯誤后再投入現(xiàn)場試運行，最終使系統(tǒng)設計滿足用戶的控制要求。要注意，在利用CPT進行編程時，須將PLC的型號設置為"CQM1-CPU43"，但這時SYNC、TIML、TMHH三條指令不被系統(tǒng)支持。圖7.4.4系統(tǒng)梯形圖圖7.4.4(續(xù)圖)7.4.3PLC控制網(wǎng)絡系統(tǒng)近年來，PLC控制網(wǎng)絡在電力工業(yè)、汽車工業(yè)、冶金工業(yè)、物流管理等諸多方面的應用非常廣泛。本節(jié)是對PLC控制系統(tǒng)在水處理廠的應用作的一個簡單說明。做水處理系統(tǒng)歷來是OMRON公司的強項。典型水處理廠采用ControllerLink構筑了一個完整的PLC控制網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡連接多個泵站、加藥站、沉淀池，并能通過上位機進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)水處理的各個環(huán)節(jié)的全自動控制，如芬蘭坦培雷給排水廠的Viinikalahti污水處理廠就是一個典型的例子。該廠覆蓋郊區(qū)，跨越湖泊，控制區(qū)域大。按照集中化要求，管理人員通過無線通信和報警系統(tǒng)等手段，對所屬區(qū)域內(nèi)的67個泵站進行遠程監(jiān)控、診斷、控制和運行。

該廠的設計能力為：預沉淀：120000立方米/日； 生物處理：67000立方米/日； 總抽水率：3.3立方米/秒。污水由雨污合流水管經(jīng)37個無線控制的泵站匯集而來，這些控制由一個CV1000，兩個C1000H和四個CQM1PLC來完成。

污水由雨污合流水管經(jīng)37個無線控制的泵站匯集而來，這些控制由一個CV1000，兩個C1000H和四個CQM1PLC來完成。該系統(tǒng)采用了4