基于PLC控制的選煤傳送帶系統(tǒng)的設計

畢業(yè)設計（論文）任務書學院（直屬系）：電子信息工程學院時間：2012年3月8日學生姓名指導教師設計（論文）題目基于PLC控制的選煤傳送帶系統(tǒng)的設計主要研究內容本文介紹了選煤的意義和作用，同時介紹了基于PLC的自動選煤系統(tǒng)的實現(xiàn)。為了保證輸送帶運輸的安全可靠運行，達到減人提效的目的，應用PLC可編程控制器，輔以必要的裝置，設計了輸送帶自動運輸系統(tǒng)。研究方法理論分析、硬件設計、軟件設計。主要技術指標(或研究目標)煤塊從煤倉出來經過1#輸送帶送到振動篩，在經過振動篩篩選后小的煤塊漏到4#輸送帶送進洗煤廠，大的煤塊則經過3#輸送帶運送到粉碎機，經過粉碎機粉碎后在經過2#輸送帶到達4#輸送帶，再輸送到洗煤廠。粉碎機由三個限位開關監(jiān)管，若煤塊過多，則將信號傳給由PLC控制的變頻器，變頻器則調節(jié)1#輸送帶的給煤速度。啟動有手動和自動兩種，自動可自動完成輸送任務；手動可單獨運行單一電機，達到維修目的。教研室意見教研室主任（專業(yè)負責人）簽字：年月日說明：一式兩份，一份裝訂入學生畢業(yè)設計（論文）內，一份交學院（直屬系）。目錄TOC\o"1-3"\h\z\u10562摘要 I24551Abstract II19854第一章緒論 1135711.1引言 1322171.2課題研究的背景和意義 1134181.3課題的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和已解決的問題 3290341.4本課題主要研究的內容 57296第二章PLC功能簡介 6103472.1概論 67212.2可編程控制技術的發(fā)展及趨勢 7184582.3主要用途 10199652.4可編程控制器的特點 103922.5可編程控制器的組成 1210221、輸入寄存器 1380102、輸出寄存器 13142193、存儲器 13311824、CPU單元 13301185、其它接口單元 13202682.6主要功能 1423709第三章PLC的原理介紹及總體結構介紹 1688783.1可編程控制器控制系統(tǒng)設計的基本原則 1640973.1.1最大限度地滿足被控對象的控制要求 16105943.1.2保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠 1664963.1.3力求簡單、經濟、使用及維修方便 16134273.1.4適應發(fā)展的需要 169663.2可編程序控制器的分類 16202543.3CPU的構成 16123673.4系統(tǒng)總體結構圖 2013695第四章硬件電路設計 2152064.1硬件選型 21129364.1.1PLC選型 21220184.1.2電機的選型 2899444.1.3變頻器的選型 3087594.2控制電路 33182724.3主電路圖 3512102第五章系統(tǒng)的軟件設計 36230125.1STEP7編程軟件介紹 36147895.1.1STEP7-Mirco/WIN的安裝 3699565.1.2STEP7-Mirco/WIN窗口組件 38300675.2工作流程圖 43213615.3PLC編程語言的基本指令系統(tǒng)和編程方法 44312685.5系統(tǒng)梯形圖 4610996總結 5113562參考文獻 5224568致謝 53摘要本文介紹了選煤的意義和作用，同時介紹了基于PLC的自動選煤系統(tǒng)的實現(xiàn)。為了保證輸送帶運輸的安全可靠運行，達到減人提效的目的，應用PLC可編程控制器，輔以必要的裝置，設計了輸送帶自動運輸系統(tǒng)。煤塊從煤倉出來經過1#輸送帶送到振動篩，在經過振動篩篩選后小的煤塊漏到4#輸送帶送進洗煤廠，大的煤塊則經過3#輸送帶運送到粉碎機，經過粉碎機粉碎后在經過2#輸送帶到達4#輸送帶，再輸送到洗煤廠。粉碎機由三個限位開關監(jiān)管，若煤塊過多，則將信號傳給由PLC控制的變頻器，變頻器則調節(jié)1#輸送帶的給煤速度。啟動有手動和自動兩種，自動可自動完成輸送任務；手動可單獨運行單一電機，達到維修目的。關鍵詞：PLC，輸送帶，振動篩，粉碎機，變頻器；AbstractThisarticledescribesthesignificanceandusageofcoalpreparation,alsointroducedautomatedPreparationSystembasedonPLC.Toensuresafeandreliable,andtorealizetheaimofhighefficiencywedesignedtheconveyorbeltautomatictransportsystembaseonPLCprogrammablecontroller,additionwiththenecessaryequipment.Coalfromthebunkeroutofconveyorbeltthrough1#sentvibratingscreen,vibratingscreen,afterscreeningasmallleakto4#coalconveyorbeltfeedingcoalwashingplant,alargecoalconveyorbeltistransportedthroughthe3#grindingmachine,aftersmashafterarrival,after2#and4#conveyorbelts,territorytocoalwashingplant.Millconsistsofthreelimitswitchmonitoring,iftoomuchcoal,itwillsignaltransmittedbythePLC-controlledinverter,inverter#1isregulatingthespeedcoalconveyorbelt.Startwithmanualorautomatic,automatictransmissiontaskscanbedoneautomatically;manualsinglemotorcanberunseparately,tomaintenancepurposes.Keywords：PLC,conveyorbelt,vibratingscreen,crusher,inverter;第一章緒論1.1引言西方國家對煤焦精煤的灰粉要求是5%-8%。美國規(guī)定電站不準使用硫粉超過1%的動力煤。因此.無論是煉焦煤還是動力煤.都必須進行洗選或篩分。德、英、法、日等國原煤幾乎全部入選。美國不入選的原煤是低灰粉的動力煤，但也都進行篩分，用選擇性破碎機除去大塊矸石。原煤在生成過程中混入了各種礦物雜質，在開采和運輸過程中不可避免地又混入頂板和底板的巖石及其他雜質(木材、金屬及水泥構件等)，隨著采煤機械化程度的提高和地質條件的變化，原煤質量將越來越差，表現(xiàn)在混入原煤的矸石增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增長、水分提高。為了降低原煤中的雜質，同時把煤炭按質量、規(guī)格分成各種產品，就要對煤炭進行機械加工，以適應不同用戶對煤炭質量的要求，為有效的、合理的利用煤炭資源。減少燃煤對大氣的污染創(chuàng)造條件，保證國民經濟的可持續(xù)發(fā)展。選煤是煤炭工業(yè)的重要部門。由此可以看出在洗煤之前的選煤過程的重要性。洗煤去除雜質，而選煤則是首要條件。西方國家對選煤也相當重視，不斷的研究更好的選煤設備來達到選煤的目的。并且選煤輸送帶作為洗煤廠主要運煤通道，其運行狀態(tài)直接影響到洗煤廠的安全生產及經濟效益。所選擇了選煤輸送帶的自動控制作為研究方向。當然其中有很多不足的地方，例如怎樣防止輸送帶的打滑，縱撕，沿線急停，超溫，低速，跑偏及自動保護等等問題還沒有解決。1.2課題研究的背景和意義本文研究了輸煤傳送帶控制系統(tǒng)在輸煤控制中的應用。通過一臺PLC對4條皮帶輸煤進行現(xiàn)場控制，使其能夠按照逆煤流啟動、順煤流停止，出現(xiàn)故障的皮帶及之前的皮帶能夠立即停止運行，同時系統(tǒng)出現(xiàn)報警信號。后面的皮帶繼續(xù)運煤到無余煤時停止，如果出現(xiàn)意外系統(tǒng)能夠緊急停止。系統(tǒng)控制分手動控制和自動控制兩種控制方式，分析了輸煤控制系統(tǒng)的合理構成，了解影響輸煤控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的幾個重要因素；并根據實際情況運用抗干擾措施基本消除現(xiàn)場干擾信號的影響，從而保證輸煤控制系統(tǒng)的安全可靠運行。輸煤系統(tǒng)實現(xiàn)程序控制和工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)對提高輸煤系統(tǒng)的可靠性、自動化程度，減少崗位人員和他們的勞動強度，加強輸煤過程的運行管理和節(jié)能管理，實現(xiàn)狀態(tài)檢修具有非常重要的意義。通過對傳送帶系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設計與制作，使我們進一步鞏固和加深了對所學的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的認識掌握。同時也培養(yǎng)自身綜合運用所學過的基礎理論、基礎知識和基本技能進行分析和解決實際問題的能力，更使我們受到了PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓練，從而能夠使我們進行PLC系統(tǒng)設計和實施，并且掌握典型自動控制系統(tǒng)的工作原理和設計思路。更重要的是：通過對傳送帶系統(tǒng)控制系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)的實際制作，鍛煉了自身的刻苦鉆研、勇于探索、實事求是、善于與他人合作的工作作風，這為我們將來的上崗實習做好了充分的準備。目前，輸送帶控制系統(tǒng)在工業(yè)領域有著廣泛的應用。例如，火電廠的燃料煤是通過煤場的輸送帶送進爐鍋的。由于煤粉污染大，作業(yè)環(huán)境惡劣，因此，需要對輸送帶實現(xiàn)自動控制。此外，輸送帶控制系統(tǒng)也廣泛應用于井下采礦和食品業(yè)等。對于輸送帶實現(xiàn)自動控制以及其運行的可靠性與穩(wěn)定性直接影響著生產發(fā)展。采用傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)，不僅接線復雜，抗干擾能力差，易因接觸不良而造成故障，而且功能擴展性差。PLC系統(tǒng)因其可靠性高，編程簡單，功能完善而越來越受到青睞，傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)已逐步被PLC系統(tǒng)所取代。煤礦地面輸送帶系統(tǒng)組成如圖1.1：圖1.1煤礦地面輸送帶系統(tǒng)示意圖1.3課題的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和已解決的問題近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，以微處理器為核心的可編程控制器（PLC）得到了迅猛的發(fā)展。早期的PLC主要用于順序控制，今天的PLC已經能夠應用于閉環(huán)控制、運動控制以及復雜的分布式控制系統(tǒng)，已逐步發(fā)展成為有一類解決自動化問題的有效而便捷的方式。由于PLC自身具有功能完善、結構模塊化、開發(fā)容易、操作方便、性能穩(wěn)定、可靠性高、性價比高、等優(yōu)點，因而在工業(yè)生產中具有廣闊的應用前景，并被譽為現(xiàn)代工業(yè)生產自動化的三大支柱之一。而且隨著集成電路的發(fā)展和網絡時代的到來，PLC必將能夠獲得更大的發(fā)展空間。PLC主體由三部分組成，主要包括中央處理器CPU、存儲系統(tǒng)和輸入、輸出接口。PLC基本結構如圖1.2所示：圖1.2PLC的組成框圖系統(tǒng)電源有些在CPU模塊內，也由單獨作為一個單元的，編程器一般看作PLC的外設。PLC內部采用總線結構，進行數據和指令的傳輸。外部的開關信號、模擬信號各種以及各種傳感器檢測信號作為PLC的輸入變量，它們經PLC的輸入端子進入PLC的輸入存儲器，收集和暫存被控對象實際運行的狀態(tài)信息和數據；經PLC內部運算與處理后，按被控對象實際動作要求產生輸出結果；輸出結果送到輸出端子作為輸出變量，驅動執(zhí)行機構。PLC的各部分協(xié)調一致地實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。PLC采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務管理及應用程序執(zhí)行都是按循環(huán)掃描方式完成的?？删幊炭刂破鞯墓ぷ鬟^程包括兩個部分：自診斷及通信響應的固定過程和用戶程序執(zhí)行過程，如圖1.3所示:圖1.3PLC工作過程框圖PLC在每次執(zhí)行用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序、復位、監(jiān)視、定時等內部固定程序，若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描，然后PLC檢查是否有與編程器、計算機等的通信請求。如果有與計算機等的通信請求，則進行相應處理。當PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時，只循環(huán)進行前兩個過程。而在PLC處于運行（RUN）狀態(tài)時，PLC從內部處理、通信操作、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新五個工作階段循環(huán)工作。每完成一次以上五個階段所需要的時間成為有一個掃描周期。一次掃描周期也可以簡單的分為輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理三個階段。為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。而當前中小型PLC比較多，為了適應市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點數達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。小型PLC由整體結構向小型模塊化結構發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經濟的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數為8～16點，以適應單機及小型自動控制的需要。為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既擴展了PLC功能，又使用靈活方便，擴大了PLC應用范圍。而加強PLC聯(lián)網通信的能力，則是PLC技術進步的潮流。另外PLC的外部故障的檢測與處理能力也在不斷的增強。而在PLC系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數PLC使用的梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。所以通過PLC對選煤傳送帶進行控制，是大勢所趨。1.4本課題主要研究的內容本文介紹了PLC在四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)中的應用，同時也詳細地敘述了系統(tǒng)中相關控制項目的設計方案及具體實現(xiàn)方法。文中還介紹了基于PLC與單片機的區(qū)別使我們能更加的清楚認識PLC，對學生熟悉PLC控制系統(tǒng)的結構和工作原理以及學習梯形圖的編寫都有很大的幫助。本系統(tǒng)是對四節(jié)傳送帶控制的系統(tǒng)，該設備適用于流水線作業(yè)等。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自我診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。第二章PLC功能簡介2.1概論可編程控制器（PLC）是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、靈活通用與維護方便等一系列的優(yōu)點。特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣環(huán)境的能力，受到用戶的青睞。因此在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣泛的應用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一?？删幊炭刂破魇且环N存儲器控制器，支持控制系統(tǒng)工作的程序存放在存儲器中利用程序來實現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務。在可編程控制器構成的控制系統(tǒng)中，要實現(xiàn)一個控制任務，首先要針對具體的被控對象，分析它對控制系統(tǒng)的要求，然后編制出相應的控制程序，利用編程器將控制程序寫入可編程控制器的程序存儲器中。系統(tǒng)運行時，可編程控制器依次讀取程序存儲器中的程序語句，對它們的內容加以解釋并執(zhí)行。根據輸入設備的狀態(tài)和其他條件，可編程控制器將其程序執(zhí)行結果輸出給相應的輸出設備，控制被控對象工作?？删幊炭刂破魇抢密浖韺崿F(xiàn)控制邏輯的，能夠適應不同的控制任務的需要，通用、靈活、可靠性高。它是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它的內部存儲器可以執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入或輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC是在繼電器控制邏輯基礎上，與3C技術(ComputerControlCommunication)相結合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領域。PLC早期主要應用于工業(yè)控制，但隨著技術的發(fā)展，其應用領域正在不斷擴大.可編程控制器(ProgrammableLogicalController)簡稱PC或PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數字公司(DEC)為美國通用公司(GM)研制開發(fā)并成功應用于汽車生產線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質與量的變化，其控制技術也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進制造技術的相應發(fā)展。現(xiàn)代PLC已經成為真正的工業(yè)控制設備。最初，PLC主要是用在生產線控制和大型機械的控制上。但不久，西德的西門子(SIEMENS)公司、BBC公司就開始研制PLC，當時主要是用于軋鋼機、升降設備等大型設備上。70年代初，日本的OMRON也推出了他們的PLC。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型PLC。由于PLC是為工業(yè)控制所生產的通用性很強，適合于大批量生產的裝置，所以成本迅速下降;加上其是專為工業(yè)控制所設計，所以具有極好的抗干擾性能;并且他的使用和維護都極為方便，實現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機械制造業(yè)深受歡迎。小型PLC開始步入諸如塑料注塑機、包裝機械、橡膠機械、紡織機械等輕工機械的控制領域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機作為控制單元的做法構成了強有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。據國外資料介紹:1982年美國PLC用戶中，有48%來自自動程序操作部門(如汽車、拖拉機工業(yè)、機械工業(yè)等)、13%來自石油化工業(yè)、9%來自食品飲料業(yè)、7%來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產的PLC己通過多種途徑進入了我國，引起了各方面的重視并得到應用。如寶鋼工程應用了數百臺PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應用了美國和西德的PLC。2.2可編程控制技術的發(fā)展及趨勢20世紀80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時期。PLC發(fā)展至今，已有30多年的歷史。伴隨著半導體技術、計算機技術、通訊技術的發(fā)展，工業(yè)控制領域已有了翻天覆地的變化，PLC也再不斷發(fā)展變化中，PLC正朝著新的技術發(fā)展。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的PLC應用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個核心部件來使用，僅PLC方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國加入WTO，我們不但要在經濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應與國際接軌。PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。

相同I/O點數的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。

在工業(yè)自動化領域，可編程控制器(PLC)作為自動控制的三大技術支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一，成為大多數自動化系統(tǒng)的設備基礎。由于綜合了計算機和自動化技術，使它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時的技術水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數、數字運算、數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。1、向高性能、高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用CPU結構，不斷向高性能、高速度、大容量發(fā)展。ANA系列PLC使用了世界上第一個在一塊芯片上實現(xiàn)PLC全部功能的32位微處理器、即順序控制芯片，其掃描時間為每條基本指令0.15us。2、增強小型PLC的功能小型PLC一般指I/O點數小于256的PLC，大多數采用整體結構，小型PLC價格便宜，性價比不斷提高，很使用單機自動化，或組成分布式系統(tǒng)。近年來，PLC廠商不斷推出功能更強的小型PLC，更新?lián)Q代的周期越來越短。除了開關量邏輯控制功能以外，現(xiàn)代小型PLC還具有中斷功能、脈沖捕獲功能、內置的實時鐘、用EEPROM代替RAM和鋰電池，使PLC成為完成完全免維護的設備，將過去許多需要特殊功能模塊完成的功能軟件化，如用PID指令實現(xiàn)PID控制，用定位控制實現(xiàn)位置控制。各PLC廠家近年來推出一些價格便宜的專用人機接口裝置，用來監(jiān)視PLC的內部變量和修改參數。與西門子S7-200配套的TD200文本顯器可顯示兩行中文，每行10或20個字符，可用S7-200編程軟件設置TD200的顯示內容。3、不斷提高編程軟件的功能（1）編程軟件日益普及（2）編程軟件功能不斷完善（3）編程語言的標準化（4）編程軟件配備仿真功能，如西門子S7-200與STEP7編程軟件配套使用的S7-PLCSIM仿真軟件。（5）通訊功能的增強和標準化（6）PLC的軟件化與PC隨著計算機科學的發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術得到了飛速的發(fā)展，其技術和產品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關量控制的時代己經過去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產的廣泛需要，而且將通信技術和信息處理技術融為一體，其功能也日趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個方向發(fā)展:一個是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展;另一個是向高速多功能和分布式自動化網絡方向發(fā)展?？偟内厔菘偨Y如下：可編程控制技術的標準化、CPU處理速度進一步加快、可編程控制技術的智能化、系統(tǒng)的開放性和兼容性、通用性和專業(yè)化的結合、可靠性進一步提高、控制系統(tǒng)分散化、控制與管理功能一體化等。為了滿足現(xiàn)代化大生產的控制與管理的需要，PLC將廣泛采用計算機信息處理技術、網絡通信技術和圖形顯示技術，使PLC系統(tǒng)的生產控制功能和信息管理功能融為一體。綜上所述，我們不難得出下面幾個結論:（1）工控機、計算機集散控制系統(tǒng)及PLC正在走著一條相互融合的道路。（2）智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的新型控制思想。（3）系統(tǒng)的智能性將越來越重要，因此系統(tǒng)的分析運算能力將越來越強。（4）基于標準化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質量的重要判據。（5）通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。2.3主要用途PLC編程一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀，在了解了PLC簡單工作原理和它的編程技術后，就可以結合實際需要進行應用設計，進而將PLC用語實際控制系統(tǒng)中，此外，PLC還具有使用和編程方便，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，在實際運用中設施施工周期短等特點，是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具。PLC誕生后，受到工業(yè)界的普遍歡迎，并得到迅速發(fā)展，目前，它的應用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，而且隨著PLC技術的推廣和應用，PLC將向著標準化，小型化，模塊化及低成本，高功能的方向發(fā)展。PLC與一般的計算機的結構相似，由中央處理單元（CPU），存儲器（MEMERY），輸入/輸出（INPUT/OUTPUT）接口，電源部件外部設備接口等，但由于PLC專為工業(yè)環(huán)境下設計的，為了便于接線，擴充功能，操作及維護，它的結構與組成又與一般的計算機系統(tǒng)有所區(qū)別。2.4可編程控制器的特點中央處理單元（CPU）是PLC控制部件，一般由控制電路，運算器，寄存器等組成，通過地址及數據總線與存儲器，I/O接口電路連接，它主要完成從存儲器中讀取指令并執(zhí)行，然后再取下一條指令，處理中斷等任務。存儲器是具有記憶功能的半導體電路，PLC的存儲器包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。其中，系統(tǒng)程序是PLC制造廠家編寫的控制和完成各種功能的程序，他們一般被固化到只讀存儲器（RAM）中，允許修改，并用戶啟動運行。輸入/輸出借口電路用來連接PLC主機與外部設備。為了提高抗干擾能力，一般的輸入，輸出接口均有光電隔離裝置，最常用的是由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光電耦合器。我們所用的OMRONCPM1A系列PLC的輸入/輸出接口電路圖如下圖所示：圖2.1OMRONCPM1A系列PLC的輸入輸出接口電路圖由于輸入及輸出的升年時秒度即可能是數字能量，又有可能是開關量或者模擬量，所以，選擇接口部件時要考慮接口處的信號的性質。電源部件用來將用來將外部供電電源轉換成供PLC的各部分電子電路工作所需的直流電源，是PLC能正常工作。由于PLC的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此它對外部電源的要求并不高，直流24V供電的機型，允許電壓為16-32V。交流供電的機型，允許電壓為85-264V，頻率為47-53HZ，一般情況下，PLC還為用戶提供24V直流電源作為輸入電源或負載電源?？删幊炭刂破魇且环N數字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、記數和算術運算等功能。用來對各種機械或生產過程進行控制。自1969年第一臺可控編程控制器問世以來，目前可編程控制器已經成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制器。PLC所以被廣泛應用，是由它的突出特點和優(yōu)點的性能分不開的，為了滿足工業(yè)生產對工業(yè)控制設備安全可靠的要求，PLC采用了微電子技術，大量的開關動作由無觸電的的半導體電路來完成，PLC選用的電子器件一般是工業(yè)機，有的甚至是軍用機，平均無故障時間很長。PLC具有良好的環(huán)境適應性，可用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。再電源瞬間斷電的情況下仍可以正常工作，具有很強的的抗空間電磁干擾能力，可以抗峰值高達1000V、脈寬10us的矩形波空間電磁干擾，具有良好的抗震能力和抗沖擊能力。一般對環(huán)境溫度要求不高，在環(huán)境溫度-20—65度、相對濕度為35%-85%情況下仍可正常工作?？删幊绦蚩刂破鞑捎肧IEMENS的S7-200系列CPU-224主機，I/O點數為40點(14個輸入點和10個輸出點)，具有2個RS-485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是S7-200PLC的一個很有特色的功能，它使S7-200PLC可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)中PLC可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬量輸入采用4路12位A/D模擬量輸入的EM231模塊，具有較高的精度。PLC編程采用STEP7-Micro/WIN編程軟件，它提供一個完整的編程環(huán)境，可進行離線編程和在線連接和調試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉換。可編程控制器能如此迅速的發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不具備的特點：1、可靠性可編程控制器采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如：冗余設計、掉電保護設計、故障診斷、和信息保護和恢復等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性得到提高?？删幊绦蚩刂破魇菫榱斯I(yè)生產過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用的計算機控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了簡化的編程語言，變成出錯率大大降低。在可編程控制器的軟件方面，也采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用軟件過濾；軟件自診斷；簡化編程語言；信息保護和恢復。報警和運行信息的顯示等。2、易操作性著重體現(xiàn)在它的操作方便、編程方便、維護方便。3、靈活性編程的靈活性。編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖、和語句表。這種編程的靈活性是繼電器順序控制所不能比擬的，正是由于編程的柔性特點，再柔性制造單元FMC、柔性制造系統(tǒng)FMS、計算機集成制造系統(tǒng)CIMS和計算機集成流程工業(yè)系統(tǒng)CIPS，可編程控制系統(tǒng)成為主要的控制設備。4、擴展的靈活性它不僅可通過增加輸入輸出卡件增加點數，通過擴展單元來擴大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)DCS或其他上位機的通信來擴展功能，并與外部設備進行交換等。2.5可編程控制器的組成如圖所示，PLC與通用計算機沒有什么區(qū)別，只是一臺增強了I/O功能的可與控制對象方便連接的計算機。其完成控制的實質是按一定算法進行I／O變換，并將這個變換物理實現(xiàn)，應用于工業(yè)現(xiàn)場。1、輸入寄存器圖2.2PLC的組成輸入寄存器可按位進行尋址，每一位對應一個開關量，其值反映了開關量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關量驅動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但不可以寫或進行修改。2、輸出寄存器輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值,表明的是上一時間段的真實輸出值。在程序執(zhí)行過程中,CPU可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產生影響。3、存儲器存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復雜的控制功能。4、CPU單元CPU單元控制著I／O寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。5、其它接口單元其它接口單元用于提供PLC與其它設備和模塊進行連接通信的物理條件。2.6主要功能PLC的外部設備中，最重要的就是編程器，它用來對用戶程序進行寫入，檢查，修改和調試，也可以在線監(jiān)視PLC的運行，它經過編程器接口與CPU聯(lián)系，完成人-機對話。目前，有很多PLC都可以利用微型計算機作為編程工具，這時應配上相應的編程軟件及接口，由于微機的強大功能，使PLC的編程和調試更為方便。功能說明：1、邏輯控制功能邏輯控制功能實際上就是位處理功能，是PLC的最基本功能之一。PLC設置有“與”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等邏輯指令，根據外部現(xiàn)場（開關、按鈕或其它傳感器）的狀態(tài)，根據指定的邏輯進行運算處理后，將結果輸出到現(xiàn)場的被控對象（電磁閥、電機等）。因此，PLC可代替繼電器進行開關控制，完成接點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。另外，在PLC中一個邏輯位的狀態(tài)可以無限次的使用，邏輯關系的修改和變更也十分方便。2、定時控制功能定時控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的定時器，其功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設定值（定時時間）可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據需要進行修改，使用方便靈活。程序執(zhí)行時，PLC將根據用戶用定時器指令指定的定時器對某個操作進行限時或延時控制，以滿足生產工藝的要求。3、計數控制功能計數控制功能是PLC的基本功能之一。PLC為用戶提供了許多計數器，計數器記到某一個數時，產生一個狀態(tài)信號，利用該狀態(tài)信號實現(xiàn)對某個操作的計數控制。計數器的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中進行修改。程序執(zhí)行時，PLC將根據用戶用計數器指令指定的計數器對某個控制信號的狀態(tài)改變次數進行計數，以完成對某個計數過程的計數控制。4、步進控制功能PLC為用戶提供了若干個移位寄存器，可以實現(xiàn)由時間、計數或其他指定邏輯信號為轉步條件的步進控制。即在一道工序完成以后，在轉步條件控制下，自動進行下一道工序。有些PLC還專門設置了用于步進控制的步進指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用都極為方便。5、數據處理功能PLC大部分都具有數據處理功能，可以實現(xiàn)算術運算、數據比較、數據傳送、數據移位、數制轉換、譯碼編碼等操作。中、大型PLC數據處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、打印機相聯(lián)、實現(xiàn)程序、數據的顯示的打印。6、回路控制功能有些PLC具有A/D、D/A轉換功能，可以方便的完成對模擬量的控制和調節(jié)。7、通訊聯(lián)網功能有些PLC采用通訊技術，實現(xiàn)遠程I/O控制、多臺PLC之間的同位鏈接、PLC與計算機之間的通訊等。8、監(jiān)控功能PLC設置了較強的監(jiān)控功能，利用編程器或監(jiān)視器，操作人員對PLC有關部分的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。利用編程器可以調整定時器、計數器的設定值和當前值，并可以根據需要改變PLC內部邏輯信號的狀態(tài)及數據區(qū)的數據內容，為調試和維護提供了極大的方便。9、停電記憶功能PLC內部的部分存儲器所使用的RAM設置了停電保持器件（如備用電池等），以保證存儲器中信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態(tài)進行記憶，以保持PLC斷電后的數據內容不變。PLC電源恢復后，可以在原工作基礎上繼續(xù)工作。10、故障診斷功能PLC可以對系統(tǒng)構成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則自動終止運行。PLC的故障自診斷功能大大提高了PLC控制系統(tǒng)的安全性和可維護性。第三章PLC的原理介紹及總體結構介紹3.1可編程控制器控制系統(tǒng)設計的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：3.1.1最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。3.1.2保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。3.1.3力求簡單、經濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。3.1.4適應發(fā)展的需要由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進。3.2可編程序控制器的分類PLC產品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據其結構形式的不同、功能的差異和I/O點數的多少等進行大致分類。1、按結構形式分類根據PLC的結構形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。(1)整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結構。整體式PLC由不同I/O點數的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。基本單元內有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。(2)模塊式PLC

模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結構。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。2、按功能分類根據PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。(1)低檔PLC

具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。(2)中檔PLC

除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入／輸出、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網等功能。有些還可增設中斷控制、PID控制等功能，適用于復雜控制系統(tǒng)。(3)高檔PLC

除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。3、按I/O點數分類根據PLC的I/O點數的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。(1)小型PLC——I/O點數<256點；單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲器容量4K字以下。如：GE-I型

美國通用電氣（GE）公司TI100

美國德洲儀器公司F、F1、F2日本三菱電氣公司C20C40

日本立石公司（歐姆龍）S7-200

德國西門子公司EX20EX40日本東芝公司SR-20/21

中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司(2)中型PLC——I/O點數256～2048點；雙CPU，用戶存儲器容量2～8K如：S7-300

德國西門子公司SR-400

中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司SU-5、SU-6

德國西門子公司C-500

日本立石公司GE-Ⅲ

GE公司(3)大型PLC——I/O點數>2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量8～16K如：S7-400德國西門子公司GE-Ⅳ

GE公司C-2000立石公司K3

三菱公司等3.3CPU的構成CPU內部結構大概可以分為控制單元、運算單元、存儲單元和時鐘等幾個主組成部分。運算器是計算機對數據進行加工處理的中心，它主要由算術邏輯部件（ALU：ArithmeticandLogicUnit）、寄存器組和狀態(tài)寄存器組成。ALU主要完成對二進制信息的定點算術運算、邏輯運算和各種移位操作。通用寄存器組是用來保存參加運算的操作數和運算的中間結果。狀態(tài)寄存器在不同的機器中有不同的規(guī)定，程序中，狀態(tài)位通常作為轉移指令的判斷條件?？刂破魇怯嬎銠C的控制中心，它決定了計算機運行過程的自動化。它不僅要保證程序的正確執(zhí)行，而且要能夠處理異常事件。控制器一般包括指令控制邏輯、時序控制邏輯、總線控制邏輯、中斷控制邏輯等幾個部分。指令控制邏輯要完成取指令、分析指令和執(zhí)行指令的操作。時序控制邏輯要為每條指令按時間順序提供應有的控制信號。一般時鐘脈沖就是最基本的時序信號，是整個機器的時間基準，稱為機器的主頻。執(zhí)行一條指令所需要的時間叫做一個指令周期，不同指令的周期有可能不同。一般為便于控制，根據指令的操作性質和控制性質不同，會把指令周期劃分為幾個不同的階段，每個階段就是一個CPU周期。早期CPU同內存在速度上的差異不大，所以CPU周期通常和存儲器存取周期相同，后來，隨著CPU的發(fā)展現(xiàn)在速度上已經比存儲器快很多了，于是常常將CPU周期定義為存儲器存取周期的幾分之一。1、I/O模塊I/O模塊是PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。按I/O點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。2、電源模塊PLC控制系統(tǒng),它的CPU模塊工作電壓一般是5V,而PLC的輸入/輸出信號電壓一般較高,如直流24V和交流220V等。PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內部的開關電源為各模塊提供DC5V,正負12V、24V等直流電源。3.4系統(tǒng)總體結構圖系統(tǒng)的總體結構圖見圖3.1。圖3.1系統(tǒng)總體結構圖第四章硬件電路設計4.1硬件選型4.1.1PLC選型在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。1、輸入輸出（I/O）點數的估算2、存儲器容量的估算3、控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。（1）運算功能簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能；普通PLC的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數運算、數據傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業(yè)網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數應用場合，只需要邏輯運算和計時計數功能，有些應用需要數據傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數運算，數值轉換和PID運算等。要顯示數據時需要譯碼和編碼等運算。（2）控制功能控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。（3）通信功能大中型PLC系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網絡。PLC系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設備和電纜）應1：1冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。PLC系統(tǒng)的通信網絡中，上級的網絡通信速率應大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的通信網絡主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網絡；2）1臺PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構成主從式PLC網絡；3）PLC網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網；4）專用PLC網絡（各廠商的專用PLC通信網絡）；為減輕CPU通信任務，根據網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網）通信處理器。（4）編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。（5）診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。（6）處理速度PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數據的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質量等有關。目前，PLC接點的響應快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間不大于0.2ms/K。4、機型的選擇（1）PLC的類型PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數選型。整體型PLC的I/O點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2）輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。可根據應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。（3）電源的選擇PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據產品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。（4）存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。（5）經濟性的考慮選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。輸入輸出點數對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數增加到某一數值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，因此，點數的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。5、輸入輸出（I/O）點數的估算I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。6、存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量。7、機型的選擇由于許多廠家都有PLC產品，根據本設計的控制要求選擇西門子公司的S7——200系型產品中S7—224XP型的。其主要參數如下：圖4.1PLC實物圖（1）輸入輸出電源24VDC電源、24VDC輸入、24VDC輸出。100～230VAC電源、24VDC輸入、繼電器輸出。（2）S7—224XP的技術規(guī)范1）物理特性尺寸(WXHXD)140x80x62mm重量440g功耗11W2）I/O特性表4.1I/O特性表本機數字量輸入

本機數字量輸出

本機模擬量輸入

本機模擬量輸出

數字I/O映象區(qū)

模擬I/O映象區(qū)

允許最大的擴展I/O模塊

允許最大的智能模塊

脈沖捕捉輸入

高速計數器

總數

單相計數器

兩相計數器

脈沖輸出14輸入

10輸出

2輸入

1輸出

256(128輸入/128輸出)

64(32輸入/32輸出)

7個模塊

7個模塊

14

6個

4，每個30KHz

2，每個200KHz

3，每個20KHz

1，每個100KHz

2個100KHz(僅限于DC

輸出)14輸入

10輸出

2輸入

1輸出

256(128輸入/128輸出)

64(32輸入/32輸出)

7個模塊

7個模塊

14

6個

4，每個30KHz

2，每個200KHz

3，每個20KHz

1，每個100KHz

2個100KHz(僅限于DC

輸出)3）常規(guī)特性表4.2常規(guī)特性表定時器總數

1ms

10ms

100ms

計數器總數

內部存儲器位掉電保持

時間中斷

邊沿中斷

模擬電位器

布爾量運算執(zhí)行時間

時鐘

卡件選項256個

4個

16個

236個

256(由超級電容或電池

備份)

256(由超級電容或電池

備份)

112(存儲在EEPROM)

2個1ms分辨率

4個上升沿和/或4個下降沿

2個8位分辨率

0.22μs

內置

存儲卡和電池卡256個

4個

16個

236個

256(由超級電容或電池

備份)

256(由超級電容或電池

備份)

112(存儲在EEPROM)

2個1ms分辨率

4個上升沿和/或4個下降沿

2個8位分辨率

0.22μs

內置

存儲卡和電池卡

圖4.2CPU224XP端子鏈接圖4.1.2電機的選型1、振動篩ZSG1237圖4.3振動篩實物圖直線振動篩（直線篩）工作原理：ZSG系列振動篩工作時，兩電機同步反向旋轉使激振器產生反向激振力，迫使篩體帶動篩網做縱向運動，使其上的物料受激振力而周期性向前拋出一個射程，從而完成物料篩分作業(yè)。表4.3振動篩參數表型號曬面規(guī)格(mm)層數(層)篩孔尺寸(mm)進料粒度(mm)處理量(t/h)電機功率kw重量kg曬面傾角℃外形尺寸長×寬×高ZSG12373700×120012~5≤20010~1005.5×21750153800×2050×19202、煤矸石粉碎機全國國有煤礦有大小矸石山1500多座，大約有1/3的矸石山發(fā)生過自然現(xiàn)象。煤矸石自燃，不僅使寶貴的資源白白地浪費掉了，而且燃燒過程中排放大量的有害氣體，如SO、CO、CO2、H2S、NO等，嚴重污染大氣環(huán)境，危害人民的身體健康。矸石山在雨水淋溶作用下形成的酸性水滲透到地下，還會污染地下水。煤矸石長期在露天堆放時，由于風化嚴重，顆粒粉碎，稍有風吹便塵土飛揚，長期生活在這種環(huán)境中的居民，鼻咽炎、上呼吸道感染等發(fā)病率很高，這對人類的健康產生了很大的威脅。對于正在自燃的矸石山，如遇淋溶水的滲入，受熱后水氣急劇膨脹易引起爆炸危險，嚴重危及附近居民的安全。煤矸石的資源化是節(jié)約資源、治理污染、改善環(huán)境、保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。圖4.4粉碎機實物圖型號SCF600x800進料≤200毫米出料≤3毫米（2毫米以下約占90%以上）產量50-70噸/小時電機37+45千瓦-4級尺寸3625x1314x2065<毫米>其主要特點有：（1）煤矸石粉碎機內腔上下雙排錘子內部石料互相碰撞粉碎使物料破碎細度更低。（2）煤矸石粉碎機特殊的錘頭制作工藝使錘子硬度加強比普通錘頭壽命增加2到3倍。（3）煤矸石粉碎機特殊的雙向調隙技術可控制粉碎物料的細度增強錘頭的使用節(jié)省成本。（4）煤矸石粉碎機集中潤滑系統(tǒng)改造黃油嘴配置集中給油分配泵一步操作多路供油。（5）煤矸石粉碎機設備開機運行平穩(wěn)無大噪音增加轉動慣性克服運動阻力可節(jié)電20%以上。（6）煤矸石粉碎機對物料含水率沒有嚴格要求更不存在細粉不能及時排出的問題。（7）煤矸石粉碎機不存在細粉不能及時排出重復粉碎的問題杜絕錘頭無效磨損現(xiàn)象。煤矸石粉碎機的操作注意事項：（1）開機前先檢查電源、電壓、頻率以及連接方式是否符合電機銘牌要求，有良好的接地裝置。（2）檢查各連接點的螺絲是否緊固。（3）用手轉動電機輪、皮帶輪，是否靈活轉動，如有摩擦，及時維修。（4）開機時有異常響動，應及時停機檢查。（5）每星期在各軸承位置加潤滑脂一次。（6）轉子轉向按箭頭所示方向轉動。4.1.3變頻器的選型008008SViG52LS變頻器適用的電機容量 變頻器系列品輸出電壓004:0.5HPiG5:0.5~5.4HP1:200~230V(單相)008:1HPiG:1~5HP2:200~230V(三相)015:2HPiS5:1~30HP4:380~460V(三相)022:3HPiS3:1~30HP037:5.0HPiH:40~290HP040:5.4HP1、基本配線：圖4.5變頻器配線圖2、控制端子表4.4控制端子表類型符號名稱說明輸入信號啟動觸點功能選擇P1,P2,P3多功能輸入1,2,3使用的多功能輸入。廠家設定多步頻率1,2,3.FX正轉指令當閉合的時候正轉，打開的時候停止。RX反轉指令當閉合的時候反轉，打開的時候停止。JOG寸動當寸動信號處于on時，在低速頻率下運行。運行的方向是由FX(或者BX)信號決定的。BX緊急停止當BX信號處于ON時，變頻器的輸出關斷。當電機使用電子制動去停止時，使用BX去關斷輸出信號。當BX信號處于OFF（沒有被鎖存關斷的情況下），F(xiàn)X信號(或者RX信號)處于ON，電機處于繼續(xù)運行的狀態(tài)，所以要小心。RST故障復位當保護電路處于有效狀態(tài)時，釋放保護狀態(tài)。CM外部公共端子被用作輸入觸點端子的公共端子24外部電源供給DC24V電源在連接輸入時提供外部電源模擬頻率設定VR頻率設定電源(+12V)作為模擬頻率設定的電源。最大輸出+12V,100mA.V1頻率參考(電壓)使用頻率參考和0-10V作為輸入。輸入阻抗20KΩI頻率參考(電壓)使用頻率參考和DC4-20mA作為輸入.輸入阻抗250ΩCM頻率設定公共端子模擬頻率給定和FM(用于監(jiān)視)的公共端子。輸出信號脈沖FM-CM模擬/數字輸出(用于外部監(jiān)視)輸出以下的其中一個：輸出頻率，輸出電壓，輸出電流，DC連接電壓。廠家設定的默認值為輸出頻率，最大輸出電壓和輸出電流為0-12V,1mA.輸出頻率為500Hz.觸點30A,30C,30B故障端點輸出保護功能運行時有效。AC250V1A或更小,DC30V1A或更小。故障:30A-30Cshort(30B-30Copen)常態(tài):30B-30Cshort(30A-30Copen)MO-MG多功能輸出在定義多功能輸出端子后使用。AC250V1A或者更小，DC30V1A或更小RS-486S+,S-通訊端口通訊端口RS-485通訊4.2控制電路圖4.6控制電路圖表4.5SA轉換開關閉合表-45°手動0停止45°自動①-②××③-④×圖4.7PLC外部接線圖4.3主電路圖圖4.8主電路圖第五章系統(tǒng)的軟件設計5.1STEP7編程軟件介紹S7-200系列可編程控制器使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件，功能強大，主要用于開發(fā)程序，也可用于適時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可在全漢化的界面下進行操作。5.1.1STEP7-Mirco/WIN的安裝1、安裝條件操作系統(tǒng)：Windows95以上的操作系統(tǒng)。計算機配置：IBM486以上兼容機，內存8MB以上，VGA顯示器，至少50MB以上硬盤空間。通信電纜：用一條PC/PPI電纜實現(xiàn)可編程控制器與計算機的通信。2、編程軟件的組成STEP7-Micro/WIN32編程軟件包括Microwin3.1；Microwin3.1的升級版本軟件Microwin3.1SP1；Toolbox（包括Uss協(xié)議指令：變頻通信用，TP070：觸摸屏的組態(tài)軟件TpDesignerV1.0設計師）工具箱；以及Microwin3.11Chinese（Microwin3.11SP1和TpDesigner的專用漢化工具）等編程軟件。3、編程軟件的安裝按Microwin3.1→Microwin3.1SP1→Toolbox→Microwin3.11Chinese的順序進行安裝。首先安裝英文版本的編程軟件：雙擊編程軟件中的安裝程序SETUP.EXE，根據安裝提示完成安裝。接著，用Microwin3.11Chinese軟件將編程軟件的界面和幫助文件漢化。步驟如下：（1）在光盤目錄下，找到“mwin_service_pack_fromV3.1to3.11”軟件包，按照安裝向導進行操作，把原來的英文版本的編程軟件轉換為3.11版本。（2）打開“Chinese3.11”目錄；雙擊setup，按安裝向導操作，完成漢化補丁的安裝。（3）完成安裝。4、建立S7-200CPU的通信可以采用PC/PPI電纜建立PC機與PLC之間的通信。這是典型的單主機與PC機的連接，不需要其他的硬件設備。如圖3-1所示。PC/PPI電纜的兩端分別為RS-232和RS-485接口，RS-232端連接到個人計算機RS-232通信口COM1或COM2接口上，RS-485端接到S7-200CPU通信口上。PC/PPI電纜中間有通信模塊，模塊外部設有波特率設置開關，有5種支持PPI協(xié)議的波特率可以選擇，分別為：1.2K，2.4K，9.6K，19.2K，38.4K。系統(tǒng)的默認值為9.6Kb/s。PC/PPI電纜波特率設置開關（DIP開關）的位置應與軟件系統(tǒng)設置的通信波特率相一致。DIP開關如圖3-2所示，DIP開關上有5個扳鍵，1、2、3號鍵用于設置波特率，4號和5號鍵用于設置通信方式。通信速率的默認值為9600bit/s，如圖3-2所示，1、2、3號鍵設置為010，未使用調制解調器時，4、5號鍵均應設置為0。5、通信參數的設置硬件設置好后，按下面的步驟設置通信參數。（1）在STEP7-Micro/WIN32運行時單擊通信圖標，或從“視圖（View）”菜單中選擇“通信（Communications）”，則會出現(xiàn)一個通信對話框。（2）對話框中雙擊PC/PPI電纜圖標，將出現(xiàn)PC/PG接口的對話框。（3）單擊“屬性（Properties）”按鈕，將出現(xiàn)接口屬性對話框，檢查各參數的屬性是否正確，初學者可以使用默認的通信參數，在PC/PPI性能設置的窗口中按“默認（Default）”按鈕，可獲得默認的參數。默認站地址為2，波特率為9600b/s。6、建立在線連接在前幾步順利完成后，可以建立與S7-200CPU的在線聯(lián)系，步驟如下：（1）在STEP7-Micro/WIN32運行時單擊通信圖標，或從“視圖（View）”菜單中選擇“通信（Communications）”，出現(xiàn)一個通信建立結果對話框，顯示是否連接了CPU主機。（2）雙擊對話框中的刷新圖標，STEP7-Micro/WIN32編程軟件將檢查所連接的所有S7-200CPU站。在對話框中顯示已建立起連接的每個站的CPU圖標、CPU型號和站地址。（3）雙擊要進行通信的站，在通信建立對話框中，可以顯示所選的通信參數。7、修改PLC的通信參數計算機與可編程控制器建立起在線連接后，即可以利用軟件檢查、設置和修改PLC的通信參數。步驟如下：（1）單擊瀏覽條中的系統(tǒng)塊圖標，或從“視圖（View）”菜單中選擇“系統(tǒng)塊（SystemBlock）”選項，將出現(xiàn)系統(tǒng)塊對話框。（2）單擊“通信口”選項卡，檢查各參數，確認無誤后單擊確定。若須修改某些參數，可以先進行有關的修改，再單擊“確認”。（3）單擊工具條的下載按鈕，將修改后的參數下載到可編程控制器，設置的參數才會起作用。8、可編程控制器的信息的