第一篇：102基于西門子PLC熱電廠輸煤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于西門子PLC熱電廠輸煤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄧必文

學(xué)院：信息工程學(xué)院 班級：電氣2004-1班 學(xué)號：200440509102 摘要：目前在電力設(shè)備中，PLC得到了廣泛的應(yīng)用，調(diào)速器、保護(hù)、監(jiān)控等都成功的使用了PLC可編程控制器，并且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)結(jié)合某熱電廠中輸煤監(jiān)控控制系統(tǒng)來說明SIEMENS S7-200系列的PLC具有的穩(wěn)定性好、可靠性高、操作維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)、很高的性價(jià)比等一系列的優(yōu)點(diǎn)。

針對某熱電廠輸煤整個(gè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套基于PLC控制網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)的輸煤程控系統(tǒng)，對其硬件構(gòu)成和軟件實(shí)現(xiàn)做了介紹。同時(shí)主要研究的是基于SIEMENS S7-200系列的PLC在某熱電廠輸煤控制系統(tǒng)（上煤部分）皮帶跑偏監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用。在軟件設(shè)計(jì)中,分析了各模塊的功能,給出了皮帶跑偏監(jiān)控流程框圖，跑偏傳感器模擬量輸入的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的程序。在硬件設(shè)計(jì)中，分析了控制系統(tǒng)一般硬件的組成和擴(kuò)展方法，給出了本設(shè)計(jì)PLC的輸入輸出配線示意圖。關(guān)鍵詞：S7-200；輸煤系統(tǒng)；監(jiān)控；抗干擾

Coal Handling Control System Design Based on Siemens PLC Thermal Power Plant

Abstract At present in the power equipment, PLC has been widely used, the governor, protection, surveillance and so successful use of the PLC programmable logic controller, and achieved good economic benefits.The design of a thermal power plant in the coal handling monitoring control system to illustrate SIEMENS S7-200 series of the PLC has good stability, high reliability and easy operation and maintenance, anti-interference capability and a high price and a series of advantages.Against a thermal power plant coal handling system as a whole, designed a PLC-based control network and the host computer program-controlled coal handling system, its hardware and software was introduced.At the same time the study is mainly based on SIEMENS S7-200 series PLC in a coal handling thermal power plant control system(coal)belt deviation monitoring system in use.In software design, analysis of the functions of the various modules are given a belt deviation monitoring process diagram, the deviation sensor analog input in the design and the corresponding procedures.On the hardware design, analysis of the general control system hardware components and expansion of methods, given the design of the PLC input and output wiring diagram.Key words: S7-200;coal handling system;monitoring;anti-interference 1前言

1.1 課題的來源及意義

火力發(fā)電廠燃料輸煤系統(tǒng)是電廠的輔助系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)對發(fā)電機(jī)組燃煤的卸載、儲存、上煤和配煤。輸煤系統(tǒng)受控設(shè)備多，分布范圍廣，工藝流程復(fù)雜，環(huán)境惡劣。隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為核心的電廠生產(chǎn)過程自動控制技術(shù)得到了大力的推廣應(yīng)用，并逐步普及到輸煤系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)根據(jù)目前火力發(fā)電廠燃料輸煤控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，結(jié)合某熱電廠燃料輸煤系統(tǒng)采用的集中控制模式，對輸煤控制系統(tǒng)技術(shù)改造方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行充分研究論證，提出了具體的系統(tǒng)升級改造方案：采用微機(jī)分級控制系統(tǒng)，充分利用計(jì)算機(jī)、可編程控制器PLC及以太網(wǎng)等先進(jìn)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、集中操作、實(shí)時(shí)監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲、故障報(bào)警、煤量統(tǒng)計(jì)、語音呼叫和電視畫面切換等功能。該系統(tǒng)具有自動化水平高、控制和管理功能強(qiáng)大、操作簡便、可靠性高等特點(diǎn)，能很好地適應(yīng)燃料輸煤系統(tǒng)的環(huán)境特點(diǎn)。系統(tǒng)經(jīng)過升級改造后，自動化控制水平和可靠性都得到了明顯提高，設(shè)備故障率大大降低，減輕了檢修及運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)，加強(qiáng)輸煤過程的運(yùn)行管理和節(jié)能管理，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修具有非常重要的意義。1.2本課題所做的工作 本課題任務(wù)是以某熱電廠的輸煤系統(tǒng)為例說明基于SIEMENS S7-200系列的PLC在熱電廠中小型控制系統(tǒng)中的運(yùn)用，充分表明其具有的很強(qiáng)的性價(jià)比。為輸煤系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供了很好的保障。輸煤程控系統(tǒng)主要是以可編程控制器(PLC)為主，實(shí)現(xiàn)輸煤監(jiān)控系統(tǒng)的自動化控制。與強(qiáng)電集中控制相比，在技術(shù)上具有控制功能強(qiáng)，編程簡單，實(shí)現(xiàn)工藝聯(lián)鎖方便，可省去大量的硬接線，維護(hù)方便，可在線修改等特點(diǎn)。PLC不僅能完成復(fù)雜的繼電器控制邏輯，而且也能實(shí)現(xiàn)模擬量的控制，甚至智能控制；并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，聯(lián)網(wǎng)及上位機(jī)監(jiān)控等?？蔀槿珡S實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制和管理創(chuàng)造條件?？删幊绦蚩刂破鱌LC概述 2.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得[6]了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，己經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。雖然PLC問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步。2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)

1、CPU模塊

在可編程序控制器控制系統(tǒng)中，CPU模塊不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，統(tǒng)一命令和協(xié)調(diào)整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的工作過程。CPU模塊的工作電壓一般是DC 5V。CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。

2、微處理器

微處理器分為：通用微處理器、單片微處理器和位片式微處理器。其主要有如下功能： ①接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲； ②用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)；

③監(jiān)測和診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中的語法錯(cuò)誤； ④執(zhí)行用戶程序、完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳遞和存儲等功能；

⑤根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。

3、存儲器

存儲器分為：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器存放著系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序是由可編程序控制器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化只讀存儲器ROM中，能完成可編程序控制器設(shè)計(jì)者規(guī)定的工作，且用戶不能讀?。挥脩舫绦虼鎯ζ鞔娣胖脩艟幹频目刂瞥绦?，其容量以字為單位，用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，使可編程序控制器完成用戶要求的特定功能。

4、I/O模塊

輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，聯(lián)系著外部現(xiàn)場和CPU模塊之間的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。數(shù)字量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的數(shù)字量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。輸出模塊用來發(fā)送輸出信號。數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備；模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。

5、編程裝置

編程裝置是PLC不可缺少的一部分，用來生成用戶程序，并對其進(jìn)行編輯、檢查和修改，還可以在線監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程裝置通過接口與CPU模塊聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。使用編程軟件不僅可以設(shè)置可編程序控制器的各種參數(shù)，還可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯下載到可編程序控制器，也可以將可編程序控制器中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，還可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。

6、電源

可編程序控制器使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC 5V、±12V、24V等直流電源。驅(qū)動可編程序控制器負(fù)載的直流電源一般有用戶提供。2.3西門子S7-200 PLC簡介

2.3.1西門子S7-200 PLC的功能概述

西門子S7-200 PLC系列屬于小型可編程序控制器，可用于簡單的控制場合，也可用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，即使在大型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用S7-200 PLC系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架是由成系統(tǒng)的CPU模塊和豐富的擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動化控制需求。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床、印刷機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運(yùn)動系統(tǒng)等等。

2.3.2西門子S7-200 PLC的特點(diǎn)S7-200系列具有鮮明的特點(diǎn)：①極高的可靠性；②極豐富的指令集；③數(shù)據(jù)安全性；④易于掌握，操作便捷；⑤豐富的內(nèi)置集成功能；⑥實(shí)時(shí)特性；⑦強(qiáng)勁的通訊能力；⑧豐富的擴(kuò)展模塊。2.3.3西門子S7-200 PLC的硬件結(jié)構(gòu)

[13]西門子S7-200系列PLC具有牢固緊湊的塑料外殼，通過安裝孔垂直或水平地安裝在板上或安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上。利用總線連接電纜，可以把CPU模塊和其他擴(kuò)展模塊，如數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊、通訊模塊等等，連接起來。采用可選的端子排作為固定的接線配件，易于接線。2.3.4 西門子S7-200硬件基本擴(kuò)展及通訊方式

1985年，國際電工委員會IEC對PLC作了如下規(guī)定:可編程控制是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式模塊式的輸入和輸出，制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC具有高可靠性，編程方便，易于使與外部控制器件接口方便，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。因此，PLC得到迅速的發(fā)和越來越廣泛的應(yīng)用。SIEMENS7-200控制器是當(dāng)前小型PLC領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)先進(jìn)、性能/價(jià)格比高、單元/模塊。SIEMENS7-200由硬件系統(tǒng)和工業(yè)軟件兩大分構(gòu)成。2.3.5西門子S7-200 PLC的工作原理

S7-200 PLC具有兩種工作模式，分別是：運(yùn)行（RUN）模式和停止（STOP）模式。在運(yùn)行模式下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能；在停止模式下，S7-200 CPU不執(zhí)行用戶程序，此時(shí)可設(shè)置CPU系統(tǒng)的硬件功能，并將用戶程序、數(shù)據(jù)以及硬件設(shè)置信息下載到S7-200 CPU。其中用戶程序用編程軟件創(chuàng)建和編輯。CPU模塊上的模式開關(guān)用于改變和轉(zhuǎn)換S7-200 PLC的工作模式。開關(guān)撥到RUN位置時(shí)，CPU運(yùn)行，啟動用戶程序的運(yùn)行；當(dāng)開關(guān)撥到STOP位置時(shí)，CPU停止，用戶程序的運(yùn)行也停止；開關(guān)撥到TERM位置時(shí)，不改變當(dāng)前操作模式。此外還可以通過Step7-Micro/MIN32編程軟件控制S7-200 CPU的運(yùn)行和停止。S7-200 CPU前面板上的LED顯示著當(dāng)前的工作模式。

1、分析設(shè)計(jì)法

這種設(shè)計(jì)方法主要依靠經(jīng)驗(yàn)直接用PLC設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng),來滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝過程的控制要求。分析設(shè)計(jì)法多用于比較簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),它要求設(shè)計(jì)人員具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),熟悉工業(yè)現(xiàn)場中最常用的典型控制環(huán)節(jié),需設(shè)計(jì)大量的線路圖并經(jīng)多次修改后才能得到符合要求的梯形圖,并且方案不是惟一的。

①系統(tǒng)原先無控制方案,現(xiàn)要求直接用PLC控制。此種情況下,設(shè)計(jì)梯形圖程序大致可按下面幾步進(jìn)行：分析控制要求；設(shè)計(jì)主令元件和檢測元件,確定輸入輸出信號；設(shè)計(jì)控制程序；檢查、修改和完善程序。設(shè)計(jì)時(shí),首先按所給的要求將生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動劃分成各自獨(dú)立的簡單運(yùn)動,分別設(shè)計(jì)這些簡單運(yùn)動的基本控制程序,然后將這些基本控制程序組合在一起；接下來,分析剛才組合的程序是否滿足控制要求,若不滿足時(shí),在此基礎(chǔ)之上繼續(xù)對梯形圖進(jìn)行完善,直至滿足功能；最后,根據(jù)制約關(guān)系,選擇聯(lián)鎖觸點(diǎn),設(shè)計(jì)聯(lián)鎖程序并設(shè)置必要的保護(hù)措施。編程時(shí)要掌握長、短信號的作用,必要時(shí)須對兩種信號時(shí)行轉(zhuǎn)換。

②用PLC對原有繼電—接觸控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。此種情況下,系統(tǒng)本身提供了電氣控制原理圖,設(shè)計(jì)過程可相對簡單一些,主要是確定輸入輸出,設(shè)計(jì)程序,完善程序。設(shè)計(jì)時(shí)將控制原理圖中的硬繼電器用PLC中對應(yīng)的軟繼電器替代,對梯形圖中出現(xiàn)的橋式結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,設(shè)置必要的聯(lián)鎖和保護(hù)措施即可設(shè)計(jì)出滿足控制功能的梯形圖。編程時(shí)要注意將輸入設(shè)備統(tǒng)一按動合觸點(diǎn)方式接入,梯形圖中所采用觸點(diǎn)和控制線路中觸點(diǎn)形式一致,否則梯形圖中所用觸點(diǎn)要和控制線路中所用觸點(diǎn)形式相反。

2、邏輯設(shè)計(jì)法

這種設(shè)計(jì)方法的基本含義是以邏輯組合的方法和形式設(shè)計(jì)梯形圖,它既有嚴(yán)密可循的規(guī)律性和明確可行的設(shè)計(jì)步驟,又具有簡單、直觀和十分規(guī)范的特點(diǎn)。主要設(shè)計(jì)過程是分析要求,取得電氣執(zhí)行元件功能表；繪制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表；進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)；完善和補(bǔ)充程序。其過程類似于數(shù)字電子技術(shù)的電路設(shè)計(jì),要求設(shè)計(jì)者具備一定的邏輯函數(shù)知識,因而對設(shè)計(jì)者的要求較高,所以不易掌握。

3、狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)法

這種方法主要用于大型順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),它具有簡單、規(guī)范、通用的優(yōu)點(diǎn),不僅使梯形圖設(shè)計(jì)變得容易,大大節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間,而且初學(xué)者容易掌握,有一定的方法和步驟可遵循。設(shè)計(jì)時(shí)首先畫狀態(tài)流程圖,然后將其改畫為梯形圖。

①狀態(tài)流程圖的畫法。狀態(tài)流程圖主要由工步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件和動作四部分組成,它是狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)法的難度所在。畫狀態(tài)流程圖時(shí),先將整個(gè)工作過程根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)劃分為若干個(gè)獨(dú)立的控制工步,在流程圖中常用PLC內(nèi)部輔助繼電器對工步編號,系統(tǒng)處于某個(gè)狀態(tài)時(shí),可在程序中將代表該工步的內(nèi)部輔助繼電器線圈接通,則稱此工步為活動工步,其它工步則稱為不活動步；各工步根據(jù)動作順序用不帶箭頭的直線連接,此直線稱為有向連線,默認(rèn)方向從上而上,當(dāng)直線的方向向上時(shí),需用向上箭頭表示；相鄰兩上工步之間畫一條短橫線,表示轉(zhuǎn)換條件,當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí),上一步被封鎖,下一步被激活；在每個(gè)步的右側(cè),畫上要被執(zhí)行的控制程序。②狀態(tài)流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖。畫梯形圖時(shí),先將系統(tǒng)的第一個(gè)工步也就是初始工步激活,一般常采取系統(tǒng)所提供的初始化脈沖作為啟動信號,然后根據(jù)狀態(tài)流程圖的工步發(fā)展,激活下一個(gè)工步,復(fù)位上一個(gè)工步,將所有工步的程序設(shè)計(jì)完成后,集中用代表各工步內(nèi)部輔助繼電器的動合觸點(diǎn)去驅(qū)動各工步的動作。典型的轉(zhuǎn)換方法有啟—?！７ǎ恢梦粡?fù)位法；移位寄存器法；步進(jìn)指令法等。

4、計(jì)算機(jī)輔助編程法

計(jì)算機(jī)輔助編程可以把梯形圖直接譯成指令形式,可進(jìn)行在線編程、遠(yuǎn)程編程、也可離線編程,同時(shí)還具備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能,是今后PLC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。3 輸煤控制系統(tǒng)的組成及程控設(shè)計(jì)

輸煤系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中較為寵大的一個(gè)輔助系統(tǒng)。隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，火電廠的裝機(jī)容量和單機(jī)容量都日益增大，輸煤系統(tǒng)的規(guī)模也大幅度的上升。對其控制方式、運(yùn)行水平的要求也越來越高。輸煤程控系統(tǒng)主要是以可編程控制器為主，實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的自動化控制。與強(qiáng)電集中的控制相比，在技術(shù)上具有控制功能強(qiáng)，編程簡單，實(shí)現(xiàn)工藝聯(lián)鎖方便，可省去大量的硬接線，維護(hù)方便，可在線修改等特點(diǎn)。PLC不僅能完成復(fù)雜的繼電器控制邏輯，而且也能實(shí)現(xiàn)模擬量的控制，甚至智能控制；并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，聯(lián)網(wǎng)及上位機(jī)監(jiān)控等。對地域分布較廣的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制和管理創(chuàng)造條件，可為全廠實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制和管理創(chuàng)造條件。對地域分布較廣的系統(tǒng)還可以增加遠(yuǎn)程控制站及閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)。目前，PLC在輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用基本上限于設(shè)備級，各設(shè)備或系統(tǒng)處于各自的PLC控制之下，相互間基本獨(dú)立。與當(dāng)初輸煤設(shè)備的控制從就地走向集中一樣，輸煤系統(tǒng)的PLC控制也將從設(shè)備級發(fā)展到車間級，甚至工廠級，這是輸煤系統(tǒng)降耗、增效的需要，也是生產(chǎn)管理和監(jiān)控的需要。輸煤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)程序控制和工業(yè)電視系統(tǒng)監(jiān)視對提高輸煤系統(tǒng)的可靠性、動化程度，減少崗位人員和他們的勞動強(qiáng)度，加強(qiáng)輸煤過程的運(yùn)行管理和節(jié)能管理，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修具有非常重要的意義。3.1 輸煤系統(tǒng)組成 3.1.1卸煤系統(tǒng)

某熱電廠燃煤采用火車運(yùn)至電廠的電3和電4線，由2臺橋式抓斗起重機(jī)將煤卸至能容納20000噸貯煤場內(nèi)儲存，由橋式抓斗起重機(jī)或推煤機(jī)將煤卸落在2個(gè)地下受煤斗內(nèi)，地下受煤斗下對應(yīng)的2臺電機(jī)振動給煤機(jī)將煤均勻配給l、2號甲、乙運(yùn)煤皮帶。3.1.2上煤系統(tǒng) 1、2號皮帶來煤至地下轉(zhuǎn)運(yùn)站后經(jīng)三通擋板、落煤管、3號甲、乙皮帶進(jìn)入碎煤機(jī)室，來煤經(jīng)甲、乙波動篩煤機(jī)、篩下細(xì)煤經(jīng)甲、乙緩沖滾筒至4號甲、乙皮帶；篩上大塊煤經(jīng)甲、乙環(huán)錘式碎煤機(jī)將大塊煤砸碎后至4號甲、乙皮帶。然后煤經(jīng)高位轉(zhuǎn)運(yùn)站、三通擋板、落煤管、煤倉間，至5號甲、乙皮帶。地下轉(zhuǎn)運(yùn)站落煤管下設(shè)2臺倉壁振打器，碎煤機(jī)室落煤管下設(shè)4臺倉壁振打器，高位轉(zhuǎn)運(yùn)站落煤管下設(shè)4臺倉壁振打器，1號甲、乙皮帶各設(shè)1臺電子皮帶秤，5號甲、乙皮帶分別設(shè)l臺電子皮帶秤。3號甲、乙皮帶尾各設(shè)1臺噴淋電動閥門、4號甲、乙皮帶尾各設(shè)l臺噴淋電動閥門、5號甲、乙皮帶尾各設(shè)1臺噴淋電動閥門噴水降塵。3.1.3 配煤系統(tǒng)

煤倉間來煤落到5號甲、乙皮帶，沿5號甲皮帶設(shè)4臺單側(cè)犁煤器，沿5號乙皮帶設(shè)4臺雙側(cè)犁煤器，來煤依次落入#1a煤倉、#2a煤倉、#3a煤倉；#1b煤倉、#2b煤倉、#3b煤倉；煤至皮帶末端直接落到終端煤倉。預(yù)留甲備用煤倉和乙備用煤倉各1個(gè)煤斗，并預(yù)留備用1臺單側(cè)犁煤器，1臺雙側(cè)犁煤器。

3.3 輸煤系統(tǒng)程控設(shè)計(jì)

綜合分析OMRON,MODICON, SIEMENS三種品牌PLC組件及其軟件功能后,從開發(fā)簡單、使用方便、組態(tài)靈活、功能強(qiáng)大幾方面考慮選用了SIEMENS SIMATIC S7系列PLC組件。3.3.1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)采用上位機(jī)監(jiān)控方式取代原來的模擬盤控制方式，整個(gè)輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行操作和監(jiān)視全部由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)不僅顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、過程參數(shù)、故障報(bào)警等,也進(jìn)行與運(yùn)行有關(guān)的各種信息的收集、整理及存檔管理。上位機(jī)還應(yīng)具備與MIS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的能力。該系統(tǒng)配置2臺工控機(jī)作為上位機(jī),1臺作為工程師站, 1臺作為操作員站,且2臺互為熱備用,并通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與主PLC連接。監(jiān)控軟件選用SIEMENS公司的WinCC V4.02。

系統(tǒng)主PLC采用2臺SIEMENS S7-300，CPU315-2DP，互為熱備用，負(fù)責(zé)下級PLC控制器的控制和皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)的控制。另外還有4臺PLC選用SIEMENS S7-200，分別負(fù)責(zé)卸煤系統(tǒng)PLC3、上煤系統(tǒng)PLC4、配煤系統(tǒng)PLC5和皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC6的控制。3.3.3 遠(yuǎn)程I/O站

系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)遠(yuǎn)程I/O站，分別負(fù)責(zé)圓筒倉和原煤倉的犁煤器配煤I/O控制。遠(yuǎn)程站的通信電纜采用光纜。設(shè)置遠(yuǎn)程站極大地減少了控制電纜的數(shù)量和長度，將大大減少因電纜接地或接線不良引起的故障；采用光纜作為通信電纜將消除電壓、電流信號的干擾。3.3.4 一次儀表

系統(tǒng)取消所有一次儀表，現(xiàn)場測量信號經(jīng)變送器后，直接送主PLC，在上位機(jī)上顯示，當(dāng)超過定值時(shí)，提示報(bào)警信息或直接控制停機(jī)。本設(shè)計(jì)中的皮帶監(jiān)控系統(tǒng)采用皮帶跑偏傳感器。當(dāng)跑偏度≧12°時(shí)在上位機(jī)上顯示報(bào)警信息，當(dāng)皮帶進(jìn)一步跑偏達(dá)到≧30°時(shí)上位機(jī)顯示報(bào)警，皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC6報(bào)警并連鎖停機(jī)，同時(shí)上位機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制信息控制其他系統(tǒng)的停機(jī)。3.4軟件配置

1、上位機(jī)監(jiān)控軟件 系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件選用SIEMENS公司的W inCC V4.02作為開發(fā)平臺。利用該軟件的變量存檔編輯器和報(bào)表設(shè)計(jì)器可以很方便地將過程數(shù)據(jù)生成用戶檔案庫及報(bào)表。

2、PLC控制軟件

PLC控制軟件選用SIMATIC STEP7作為控制軟件開發(fā)平臺。STEP7編程軟件是一個(gè)全集成的、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的、采用全局關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的組態(tài)工具。它采用了現(xiàn)代化的軟件體系結(jié)構(gòu)，對項(xiàng)目進(jìn)行管理、處理、歸檔和建立文件。3.5 PLC網(wǎng)絡(luò)的組建

為提高控制性能，往往要把處于不同地理位置的PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)、PLC與智能裝置通過傳送介質(zhì)連接起來，實(shí)現(xiàn)通訊，以構(gòu)成功能更強(qiáng)、性能更好的控制系統(tǒng)。PLC聯(lián)網(wǎng)之后，還可進(jìn)行網(wǎng)與網(wǎng)相聯(lián)，以組成更為復(fù)雜的系統(tǒng)。PLC網(wǎng)還可與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，成為它的一個(gè)子網(wǎng)。通過PLC的組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)控制規(guī)模的提高、控制過程的綜合與協(xié)調(diào)以及計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控等，在相關(guān)系統(tǒng)的布線、維護(hù)和資源共享以及聯(lián)網(wǎng)管理方面也可以實(shí)現(xiàn)較大的改善。3.3.2 PLC系統(tǒng)

(1)整套網(wǎng)絡(luò)采用SIEMENS的設(shè)備這樣可以使用現(xiàn)場總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)完全的分布式結(jié)構(gòu)；

(2)網(wǎng)絡(luò)最上層為以太網(wǎng), 2臺PLC直接掛接在網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，以便可靠地將輸煤系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)傳送至全廠MIS（信息管理系統(tǒng)）是一個(gè)由人、計(jì)算機(jī)及其他外圍設(shè)備等組成的能進(jìn)行信息的收集、傳遞、存貯、加工、維護(hù)和使用的系統(tǒng)。同時(shí)通過以太網(wǎng)將化驗(yàn)站、皮帶秤來的信息也送至MIS；

(3)網(wǎng)絡(luò)第2層為PROFIBUS-DP網(wǎng)，4臺PLC分別為卸煤子系統(tǒng)、上煤系統(tǒng)、配煤子系統(tǒng)、皮帶監(jiān)控子系統(tǒng)，它們在運(yùn)行子系統(tǒng)的同時(shí)通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與PLC1和PLC2進(jìn)行通信，以便接收參數(shù)或發(fā)送狀態(tài)。操作員站和工程師站連接在PROFIBUS總線上作為監(jiān)控站，可完成遠(yuǎn)程編程、修改參數(shù)及在線監(jiān)控功能；

(4)網(wǎng)絡(luò)第3層為遠(yuǎn)程I/O鏈路：AS-I接口層，遠(yuǎn)方現(xiàn)場的一些執(zhí)行器、傳感器或小型模塊(LOGO)通過DP/AS-I鏈接器和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，以便接收參數(shù)或發(fā)送狀態(tài)；通常用簡單的兩芯電纜進(jìn)行連接，造價(jià)很低，使用很方便。(5)具體配置如下：

PLC1,PLC2采用S7-300系列CPU315-2DP，外加以太網(wǎng)通信模塊CP342-5；PLC3, PLC4, PLC5,PLC6采用S7-200系列CPU226；操作員站和工程師站采用功能強(qiáng)大的臺式計(jì)算機(jī)，外加.MPI接口。選擇CP5611網(wǎng)卡可連接到PROFIBUS-DP上。配置STEP7編程軟件包可作為編程設(shè)備使用。.通常還要配置WinCC等軟件包作為監(jiān)控操作站使用。4 S7-200在輸煤監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

上煤系統(tǒng)的組成可分為皮帶運(yùn)輸機(jī)、碎煤、篩煤設(shè)備、三通擋板（除鐵、除木）、除塵設(shè)備和計(jì)量設(shè)備等。皮帶運(yùn)輸機(jī)在火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中，承擔(dān)了全廠來煤的運(yùn)輸、提升、分配等工作，是輸煤系統(tǒng)的主線設(shè)備。因此，皮帶運(yùn)輸穩(wěn)定可靠及控制方式的合理選擇，直接關(guān)系到整個(gè)輸煤系統(tǒng)的安全運(yùn)行。目前，在我國火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中，皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制方式有三種:就地控制、集中單獨(dú)控制、集中微機(jī)程序控制。同時(shí)對皮帶的跑偏狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。包括采用跑偏傳感器和工業(yè)電視監(jiān)視。

4.1某熱電廠現(xiàn)有的輸煤上煤系統(tǒng)簡介與控制要求

某熱電廠要求在遠(yuǎn)離輸煤走廊的主廠房控制室里,對2條輸煤線的18臺設(shè)備進(jìn)行控制,并實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及皮帶跑偏的情況。我們采用PLC實(shí)現(xiàn)輸煤設(shè)備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性和特殊性,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)則作為上位機(jī)與PLC互相配合,共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控功能,本設(shè)計(jì)將主要介紹PLC在熱電廠輸煤系統(tǒng)中的控制應(yīng)用。該熱電廠輸煤系統(tǒng)有2條輸煤線，包括給煤機(jī)、皮帶機(jī)、振動篩、破碎機(jī)等共18臺設(shè)備,在電廠中有著極為重要的地位,一旦不能正常工作,發(fā)電就會受到影響。為了保證生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性,輸煤系統(tǒng)采用自動(聯(lián)鎖)、手動(單機(jī))兩種控制方式,自動、手動方式由開關(guān)進(jìn)行切換。由于輸煤走廊環(huán)境惡劣,全部操作控制都在主廠房的主控制室里進(jìn)行,儀表盤上設(shè)有各個(gè)設(shè)備的啟、停按鈕,還有為PLC提供輸入信號的控制開關(guān)。輸煤設(shè)備控制功能由PLC實(shí)現(xiàn),設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和皮帶跑偏監(jiān)測以及事故紀(jì)錄功能則由上級工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成。

為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行,該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:①供煤時(shí),各設(shè)備的啟動、停止必須遵循特定的順序,即對各設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖控制；②各設(shè)備啟動和停止過程中,要合理設(shè)置時(shí)間間隔(延時(shí))，啟動延時(shí)統(tǒng)一設(shè)定為10s即給煤機(jī)啟動之前所有的皮帶機(jī)，碎煤機(jī)，篩煤機(jī)，梨煤器延時(shí)10s啟動；停車延時(shí)按設(shè)備的不同要求而設(shè)定,分為10 s,20 s,30 s,40 s,60 s幾種,以保證停車時(shí)破碎機(jī)為空載狀態(tài),各輸煤皮帶上無剩余煤；③運(yùn)行過程中,某一臺設(shè)備發(fā)生故障時(shí),應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警并自動停車,其前方(指供料方向)設(shè)備也立即停車,其后方的設(shè)備按一定順序及延時(shí)聯(lián)鎖停車；④各輸煤皮帶設(shè)有雙向跑偏開關(guān),跑偏12°時(shí)發(fā)出告警信號,跑偏30°時(shí)告警并自動停車；停車要求：發(fā)生事故的皮帶及之前的所有設(shè)備要求馬上停機(jī)，而事故點(diǎn)后面的設(shè)備按順序以一定的時(shí)延停機(jī)；⑤可在線選擇啟動備用設(shè)備,在特殊情況下可由2條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式；⑥上位機(jī)可顯示各機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況,并對輸煤過程有關(guān)情況(報(bào)警、自動停機(jī)等)做出實(shí)時(shí)紀(jì)錄。4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.2.1 PLC選型

根據(jù)輸煤監(jiān)控系統(tǒng)的自控要求,我們選用了德國SIEMENS公司推出的S7-200型PLC,它具有可靠性高、體積小、擴(kuò)展方便、使用靈活的特點(diǎn)?；綜PU單元選用的是CPU224,型號為6ES7 214-1AD23-0XB0 DC/DC/DC。性能如下：

2048程序存儲器；2048數(shù)據(jù)存儲器；14點(diǎn)輸入,10點(diǎn)輸出； 可擴(kuò)展7個(gè)模塊；128個(gè)定時(shí)器；128個(gè)計(jì)數(shù)器；4個(gè)硬件中斷、1個(gè)定時(shí)器中斷；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；高速計(jì)數(shù)器；

可利用PPI協(xié)議或自由口進(jìn)行通信；3級密碼保護(hù)； 擴(kuò)展模塊的選擇：

①輸出數(shù)字量擴(kuò)展模塊選用一塊EM223, 因?yàn)橄到y(tǒng)輸出量變化不是很頻繁。型號為6ES7 223-1BL22-0XA0 16個(gè)DC輸入點(diǎn),16個(gè)繼電器輸出點(diǎn)。由于信號傳輸距離長，在輸出模塊上再外加一 DC 24V 直流電源，且單獨(dú)接地，以免影響信號的正確輸出。

②輸入模擬量擴(kuò)展模塊選用三塊EM231，型號為6ES7 231-0HC22-0XA0 每塊4路模擬量輸入。③皮帶跑偏檢測傳感器選用立德公司生產(chǎn)的DPK-12-30皮帶跑偏開關(guān)。兩級輸出，一級跑偏報(bào)警為12°，二級跑偏為30°。更多信息參看第五章第一節(jié) 傳感器。4.2.2 硬件系統(tǒng)關(guān)系

在輸煤自控系統(tǒng)中,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)和輸煤控制PLC進(jìn)行通信,對皮帶跑偏信號和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,并在屏幕上顯示輸煤系統(tǒng)仿真畫面,可以直觀地察看設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)皮帶跑偏(跑偏12°)時(shí),在屏幕上顯示報(bào)警畫面；當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或皮帶嚴(yán)重跑偏(跑偏30°)時(shí),在屏幕上顯示報(bào)警畫面并向PLC發(fā)送事故停車信號。輸煤控制PLC則根據(jù)控制開關(guān)的輸入信號,執(zhí)行對應(yīng)程序塊,控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能:向上級工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送工作組態(tài)信息，接收上級工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的事故停車信號,實(shí)現(xiàn)事故停車處理功能并啟動報(bào)警設(shè)備。二者配合共同實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測和控制功能。上級工業(yè)控制計(jì)算機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對電廠其他系統(tǒng)的監(jiān)控,由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、輸煤系統(tǒng)PLC和其他系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備(PLC、監(jiān)控儀表)共同構(gòu)成分布式系統(tǒng)(DCS)。4.2.3 運(yùn)行模式

根據(jù)輸煤過程的要求,本系統(tǒng)在一般情況下設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)行模式情況,采用并行模式,可根據(jù)需要獨(dú)選用或同時(shí)運(yùn)行輸煤一線和輸煤二線。交叉模式是由輸煤一線和輸煤二線的有關(guān)設(shè)備組成的,僅在特殊情況下選用。并行模式 ①并行一線：聯(lián)鎖開車順序:#5a皮帶機(jī)→#4a皮帶機(jī)→甲篩煤機(jī)→甲碎煤機(jī)→#3a皮帶機(jī)→#2a皮帶機(jī)→#1a皮帶機(jī)→甲給煤機(jī)。聯(lián)鎖停車順序:與開車順序相反,延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。

②并行二線：聯(lián)鎖開車順序:#5b皮帶機(jī)→#4b皮帶機(jī)→乙篩煤機(jī)→乙碎煤機(jī)→#3b皮帶機(jī)→#2皮帶機(jī)→#1b皮帶機(jī)→乙給煤機(jī)。聯(lián)鎖停車順序:與開車順序相反,延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。4.4 PLC程序設(shè)計(jì)

1、程序總體設(shè)計(jì)

本程序總體采用的模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊采用狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)，即用順序功能圖編程后轉(zhuǎn)為梯形圖，主要是狀態(tài)量較多，適合采用步進(jìn)控制來實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)指令的要點(diǎn)有： ⑴只有已激活的步的程序才被掃描、被執(zhí)行。

⑵在已激活步中，如果激活了后續(xù)步，則自然處于非激活狀態(tài)。⑶在程序中，可把任意某步激活。

⑷當(dāng)某步激活后，原來激活它的條件變化，不再對其產(chǎn)生影響。

① 程序模塊1:初始化子程序.在PLC加電時(shí)根據(jù)各個(gè)開關(guān)的位置設(shè)立標(biāo)志位.它僅在第一個(gè)掃描周期執(zhí)行。程序的開機(jī)掃描，程序運(yùn)行方式的選擇并判斷事故停車信號以實(shí)現(xiàn)事故停車。② 程序模塊2：并行一線程序。③ 程序模塊3：并行二線程序。

④PLC的輸出信號控制電機(jī)的接觸器,啟動送高電平,停止送低電平。但是,碎煤機(jī)功率達(dá)90kW,給煤機(jī)功率達(dá)110 KW,需要變頻降壓啟動,所以啟動時(shí)PLC送一個(gè)正脈沖,停車時(shí)PLC送一個(gè)負(fù)脈沖。

2、程序特點(diǎn).①特殊標(biāo)志位的使用:使用特殊標(biāo)志位SM0.1,使得初始化子程序(子模塊0)僅在第1個(gè)掃描周期執(zhí)行,而在以后的掃描周期不再執(zhí)行。

②程序模塊化:程序由不同子模塊構(gòu)成,各子模塊獨(dú)立完成各自功能,互不干擾,因而程序結(jié)構(gòu)清晰,便于修改。

③定時(shí)器的使用:程序中,利用不同的定時(shí)器來設(shè)定不同設(shè)備的延時(shí)時(shí)間,可以靈活地根據(jù)控制要求進(jìn)行延時(shí)時(shí)間的設(shè)定。5 模擬量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1傳感器

5.1.1跑偏傳感開關(guān)的原理與應(yīng)用

跑偏開關(guān)是帶式輸送機(jī)中關(guān)鍵的控制元件，主要應(yīng)用在冶金、電力、煤巖、礦山及化工等行業(yè)的輸送系統(tǒng)中。結(jié)合PLC控制，為輸送系統(tǒng)自動化控制提供了可靠的傳感元件。5.1.2 DPK系列的兩級跑偏傳感開關(guān)

1、概述

DPK系列的跑偏傳感開關(guān)是立德公司研制的新一代產(chǎn)品，可用于輸送機(jī)膠帶跑偏的檢測，防止由于膠帶跑偏而造成物料溢出等故障。是輸送機(jī)自動化控制不可缺少的傳感元件。

3、技術(shù)參數(shù)

①使用環(huán)境條件 a.環(huán)境溫度：-30℃～70℃ b.相對濕度不大于85%

4、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

6、產(chǎn)品安裝使用注意事項(xiàng) ①產(chǎn)品外殼設(shè)有接地端子，用戶在安裝使用時(shí)必須可靠接地。②安裝現(xiàn)場應(yīng)不存在對鋁合金有腐蝕作用的有毒氣體。③產(chǎn)品的維修必須在安全場所進(jìn)行，或當(dāng)現(xiàn)場確認(rèn)無可燃性粉塵存在時(shí)方可進(jìn) 行。④本拉繩開關(guān)外殼必須保持清潔，粉塵堆積厚度不大于3mm。5.2 模擬量的PLC設(shè)計(jì)

5.2.1 模擬量輸入在PLC編程中的設(shè)計(jì)

模擬量控制系統(tǒng)是指輸入信號為模擬量的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的控制方式可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制是根據(jù)控制的設(shè)定值直接向控制對象輸出控制信號。閉環(huán)控是使用控制的設(shè)定值與反饋值的差進(jìn)行控制的，以求得設(shè)定值與反饋值的偏差最小。模擬量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注意抗干擾問題。解決干擾的辦法有4個(gè)。其一是接地問題，這里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地，即直接接大地。其二是模擬信號線的屏蔽問題，屏蔽線的始端和終端都要接地，信號線的屏蔽是防止干擾的重要措施。其三是對某些高頻信號要解決匹配問題，如果不匹配，很容易在信號傳輸中引送中引進(jìn)干擾，使信號失真。其四是對信號進(jìn)行濾波，可以采用硬件濾波和軟件濾波。軟件濾波主要是數(shù)字濾波。本設(shè)計(jì)中的皮帶跑偏30°報(bào)警并停機(jī)的模擬量輸入設(shè)計(jì)采用的開環(huán)控制，因?yàn)閷?shí)踐證實(shí)可以滿足要求。

MOVW AIW0,VW0 #5a皮帶跑偏傳感器檢測到的跑偏值傳送到PLC寄存器VW0。–I +6552,VW0 VW0的內(nèi)容減去6552，送VW0。

/I +131,VW4 VW0的內(nèi)容被131除，得出皮帶跑偏結(jié)果送 VW4。MOVW +30,VW2 #5a皮帶機(jī)跑偏報(bào)警并停機(jī)值設(shè)定為30°。

W≧ VW4，VW2 檢測值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若成立則繼電器M0.0輸出。6 PLC的抗干擾、維護(hù)和故障診斷

由于輸煤設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，大多數(shù)電氣控制柜置于地平線以下，其濕熱、高粉塵環(huán)境大大增加了電氣接線和繼電器吸合方面的故障。火電廠輔助系統(tǒng)空間往往十分狹小,控制系統(tǒng)設(shè)備、配電裝置往往同室布置；電纜通道十分有限,經(jīng)常是電氣設(shè)備高壓、低壓動力電纜與控制電纜以及PLC控制系統(tǒng)信號電纜同向并排敷設(shè)。高電壓、大電流的電氣設(shè)備在啟動接通和停運(yùn)斷開時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電干擾可能會在PLC輸入線上產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流,足以使PLC輸入端的光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光,使光電耦合器的抗干擾作用失效,導(dǎo)致PLC產(chǎn)生誤動作，造成偶然性的誤信號。輸煤系統(tǒng)運(yùn)行中，各種干擾信號多，是影響輸煤程控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。要使輸煤程控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，增加其抗干擾能力是十分重要的。由于輸煤系統(tǒng)運(yùn)行條件惡劣，各類干擾信號較多，使得抗干擾問題成為輸煤程拴設(shè)計(jì)、調(diào)試及運(yùn)行中的一大難題。許多電廠輸煤程控系統(tǒng)不能長期穩(wěn)定運(yùn)行，抗干擾能力差是其最主要的原因。6.1 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施

一般來說，PLC系統(tǒng)故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩大類，內(nèi)部故障指PLC本身的故障，外

[9]部故障指系統(tǒng)與實(shí)際過程相連的傳感器、檢測開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分的故障。系統(tǒng)中只有5%的故障發(fā)生在PLC內(nèi)部，說明PLC的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外部設(shè)備，提高系統(tǒng)可靠性的重點(diǎn)應(yīng)放在外部設(shè)備方面。因此我們從硬件和軟件兩方面考慮，對外部設(shè)備綜合運(yùn)用以下幾種抗干擾措施，在實(shí)際運(yùn)行中收到了良好效果。6.1.1硬件措施

1、信號隔離

目前在電廠輸煤程控系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備與I/0模塊之間的開關(guān)量信號是否需經(jīng)繼電器隔離，一直是設(shè)計(jì)中爭論的焦點(diǎn)。有觀點(diǎn)認(rèn)為不需經(jīng)繼電器隔離，可將現(xiàn)場信號直接送到I/0模塊，理由是I/0模塊本身具有一定抗干擾能力，模塊內(nèi)的光電隔離器使信號在其內(nèi)部、外部電路上完全隔離，再加上阻容濾波電路，便可有效防止干擾的侵入。同時(shí)，由于省去了中間繼電器，系統(tǒng)接線簡化，系統(tǒng)故障點(diǎn)也隨之減少。我們通過對我廠輸煤系統(tǒng)外部環(huán)境、PLC裝置內(nèi)部電路的分析以及實(shí)地運(yùn)用的考察，認(rèn)為PLC自身有良好的抗干擾性能，但在輸煤控制時(shí)采用繼電器隔離仍是十分必要。

2、電纜選擇與敷設(shè)

開關(guān)量信號一般對信號電纜無嚴(yán)格的要求,可選用一般的電纜,信號傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí),可選用屏蔽電纜。模擬信號和高速信號線應(yīng)選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高,有的通信電纜的信號頻率很高,一般應(yīng)選用PLC生產(chǎn)廠家提供的專用電纜,在要求不高或信號頻率較低時(shí),也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。

3、接地屏蔽 傳送模擬信號的屏蔽線,其屏蔽層應(yīng)一端接地。為了泄放高頻干擾,數(shù)字信號線的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線,其電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10,并將屏蔽層兩端接地。如果無法設(shè)置電位均衡線,或只考慮抑制低頻干擾時(shí),也可以一端接地。不同的信號線最好不用同一個(gè)插接件轉(zhuǎn)接,如必須用同一個(gè)插接件,要用備用端子或地線端子將它們分隔開，以減少相互干擾。

4、模擬信號采用直流輸入/輸出

如果模擬量輸人/輸出信號距離PLC較遠(yuǎn),應(yīng)采用4-20mA或0-10mA的電流傳輸方式,而不是易受干擾的電壓傳輸方式。

5、PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源

如大功率可控硅裝置、高頻焊機(jī)和大型動力設(shè)備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi),在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動力線(二者之間的距離應(yīng)大于200mm)。與PLC裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)的電感性元件,如繼電器、接觸器的線圈,應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。6.2 PLC的檢修與維護(hù)

PLC的主要構(gòu)成元器件是以半導(dǎo)體器件為主，考慮到環(huán)境的影響，隨著使用時(shí)間的增長，元器件總是要老化的。因此定期檢修與做好日常維護(hù)是非常必要的。[6]對檢修工作要定個(gè)制度，按期執(zhí)行，保證設(shè)備運(yùn)行狀況最佳。每臺PLC都有確定的檢修時(shí)間，一般情況下檢修時(shí)間以每6個(gè)月至一年為宜，當(dāng)外部環(huán)境較差時(shí)，可根據(jù)具體情況縮短檢修間隔時(shí)間。參考文獻(xiàn): 1.陳立定等

電氣控制與可編程控制器[M]，廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000.6 2.殷洪義

可編程控制器選擇、設(shè)計(jì)與維護(hù)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.5 240～243 3.范永勝、王岷

電氣控制與PLC應(yīng)用[M]，北京：中國電力出版社，2007 4.李道霖

電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2004 10～16 5.趙春秀

淺析PLC的抗干擾維護(hù)[J]，東北電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（2）

6.楊菊青

PLC在火電廠輸煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]，西北化工研究院，2005.12 7.蘇成斌

輸煤程控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]，大慶石油學(xué)院，2003.6

8.陳在平，岳有軍

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線技術(shù)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 9.S7-200 PLC用戶指南[M]，北京：西門子（中國）有限公司自動化部，2002 11～13 10.RSLogie5OOPLCUserManual，Roekwe11Internationa1Corporationl998 致謝:

本論文是在導(dǎo)師張繼紅老師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度、淵博的知識、高尚的人格以及為人師表的風(fēng)范使我受益匪淺。大學(xué)四年期間，在我的學(xué)習(xí)、課題設(shè)計(jì)中，張老師給了我大量的幫助和寶貴的意見，在這里謹(jǐn)向辛勤培育我的導(dǎo)師表示最真摯的感謝。在課題設(shè)計(jì)和完成論文的過程中，也得到了教研室其他老師和同學(xué)的幫助，在此一并表達(dá)我真誠的感謝!謝謝所有給過我?guī)椭凸膭?lì)的朋友！

第二篇：輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)

目錄

第1章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ……………………………………………………4 1.1.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 …………………………………4 1.2.PLC機(jī)型選擇 …………………………………………………… 5 第2章 輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 …………………………………………7 第3章 輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)硬件的選擇 …………………………… …………8 第4章 輸煤機(jī)組系統(tǒng)的設(shè)計(jì) …………………………………………………10 4.0 輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路………………………………………10 4.1.主電路的設(shè)計(jì)………………………… 10 4.2.PLC硬件控制電路設(shè)計(jì) …………………………………………12 4.3.PLC控制程序設(shè)計(jì)……………………………………………… 15 4.4.梯形圖程序調(diào)試…………………………………………………20 第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)

…………………………………………………………21 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………21

第1章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：

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(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題和疑難問題。

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(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。

3.力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便

一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)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?cái)U(kuò)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(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，2

而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。

4.適應(yīng)發(fā)展的需要

由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)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(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。實(shí)際上PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，按照國外發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)：首先考慮的是系統(tǒng)的安全性、可靠性設(shè)計(jì)，然后才是根據(jù)控制工藝要求進(jìn)行控制流程設(shè)計(jì)，然后就是編寫切實(shí)可行、高效的PLC程序，這里在安全性、可靠性設(shè)計(jì)要求的前提下，編寫相應(yīng)的PLC程序非常重要，硬件上保證的安全性，以及軟件PLC程序中的安全考慮應(yīng)該同步進(jìn)行。

1．2 PLC機(jī)型選擇

PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號不同,對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同,適用的場合也各有側(cè)重。因此,合理選用PLC,對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。

PLC機(jī)型的選擇

PLC的選擇主要應(yīng)從PLC 的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下,力爭最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。一 合理的結(jié)構(gòu)型式

PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。

整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜,且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便,在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便,一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。二 安裝方式的選擇

PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O硬件,系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng),系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣,遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近,連線短,但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨(dú)立控制,又要相互聯(lián)系的場合,可以選用小型PLC,但必須要附加通訊模塊。三 相應(yīng)的功能要求

一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能,對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。

對于以開關(guān)量控制為主,帶少量模擬量控制的系統(tǒng),可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元,具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。

對于控制較復(fù)雜,要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能,可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度,選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴,一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。四 響應(yīng)速度要求

PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計(jì)的通用控制器,不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC,或者某些功能或信號有特殊的速度要求時(shí),則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度,可選用具有高速I/O處理功能的PLC,或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。五 系統(tǒng)可靠性的要求

對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng),應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。六 機(jī)型盡量統(tǒng)一

一個(gè)企業(yè),應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：

1)機(jī)型統(tǒng)一,其模塊可互為備用,便于備品備件的采購和管理。

2)機(jī)型統(tǒng)一,其功能和使用方法類似,有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。3)機(jī)型統(tǒng)一,其外部設(shè)備通用,資源可共享,易于聯(lián)網(wǎng)通信,配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級分布式控制系統(tǒng)。

第2章 輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)示意圖如圖所示。

磁選料器輸煤方向給料器輸煤方向YA(15kVA)送煤機(jī)P1破碎機(jī)M4(5kW)提升機(jī)送煤機(jī)P2煤送至卸煤倉M1(3kW)M2(3kW)M3(13kW)煤回收方向M5(75kW)回收機(jī)P2M6(3kW)

輸煤機(jī)組的拖動系統(tǒng)由6臺三相異步電動機(jī)M1～M6和一臺磁選料器YA組成。SA1為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SB1和SB2為自動開車/停車按鈕，SB3為事故緊急停車按鈕，SB4～SB9為6個(gè)控制按鈕，手動時(shí)單機(jī)操作使用。HA為開車/停車時(shí)訊響器，提示在輸煤機(jī)組附近的工作人員物煤機(jī)準(zhǔn)備起動請注意安全。HL1～HL6為Ml～M6電動機(jī)運(yùn)行指示，HL7為手動運(yùn)行指示，HL8為緊急停車指示，HL9為系統(tǒng)運(yùn)行正常指示，HL10為系統(tǒng)故障指示。

輸煤機(jī)組控制要求：

(1)手動開車/停車功能：可對輸煤機(jī)組單臺設(shè)備獨(dú)立調(diào)試與維護(hù)使用，任何一臺單機(jī)開車/停車時(shí)都有音響提示，保證檢修和調(diào)試時(shí)人身和設(shè)備安全。

(2)自動開車/停車功能：

1)正常開車 按下自動開車按鈕SB1，音響提示5s后，回收電動機(jī)M6起動運(yùn)行并點(diǎn)亮HL6指示燈；10s后，2#送煤電動機(jī)M5電動機(jī)起動運(yùn)行并點(diǎn)亮HL5指示燈；10s后，提升電動機(jī)M4起動運(yùn)行并點(diǎn)亮HL4指示燈；10s后，破碎電動

機(jī)M3起動運(yùn)行并點(diǎn)亮HL3指示燈；10s后，1#送煤電動機(jī)M2起動運(yùn)行并點(diǎn)亮HL2指示燈；10s后，給料器電動機(jī)M1和磁選料器YA起動運(yùn)行并點(diǎn)亮HL1指示燈；10s后，點(diǎn)亮HL9系統(tǒng)正常運(yùn)行指示燈，輸煤機(jī)組正常運(yùn)行。

2)正常停車 按下自動開車按鈕SB2，音響提示5s后，給料器電動機(jī)M1和磁選料器YA停車并熄滅HL1指示燈，同時(shí)，熄滅HL9系統(tǒng)正常運(yùn)行指示燈；10s后，1#送煤電動機(jī)M2停車并熄滅HL2指示燈；10s后，破碎電動機(jī)M3停車并熄滅HL3指示燈；10s后，提升電動機(jī)M4停車并熄滅HL4指示燈；10s后，2#送煤電動機(jī)M5電動機(jī)停車并熄滅HL5指示燈；10s后，回收電動機(jī)M6停車并熄滅HL6指示燈；輸煤機(jī)組全部正常停車。

3)過載保護(hù) 輸煤機(jī)組有三相異步電動機(jī)M1～M6和磁選料器YA的過載保護(hù)裝置熱繼電器，如果電動機(jī)、磁選料器在輸煤生產(chǎn)中，發(fā)生過載故障需立即全線停車并發(fā)出報(bào)警指示。系統(tǒng)故障指示燈HL10點(diǎn)亮，HA電鈴斷續(xù)報(bào)警20s，HL10一直點(diǎn)亮直到事故處理完畢，繼續(xù)正常開車，恢復(fù)生產(chǎn)。

4)緊急停車 輸煤機(jī)組正常生產(chǎn)過程中，可能會突發(fā)各種事件，因此需要設(shè)置緊急停車按鈕，實(shí)現(xiàn)緊急停車防止事故擴(kuò)大。緊急停車與正常停車不同，當(dāng)按下紅色蘑菇形緊急停車按鈕SB3時(shí)，輸煤機(jī)組立即全線停車，HA警報(bào)聲持續(xù)10s停止，緊急停車指示燈HL8連續(xù)閃亮直到事故處理完畢，回復(fù)正常生產(chǎn)。

5)系統(tǒng)正常運(yùn)行指示 輸煤機(jī)組中，拖動電動機(jī)M1～M6和磁選料器YA按照程序全部正常起動運(yùn)行后，HL9指示燈點(diǎn)亮。如果有一臺電動機(jī)或選料器未能正常起動運(yùn)行，則視為故障，系統(tǒng)故障指示燈HL10點(diǎn)亮，輸煤機(jī)組停車。

第3章 輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)硬件的選擇

PLC型號的選擇

FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2n系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力，另外FX2n系列有大量的輸入和輸出適合本次設(shè)計(jì)（兩組輸入和三組輸出）和它的大內(nèi)存足夠編寫這些程序

FX2n系列：

電機(jī)選用需要注意事項(xiàng): 在選用電機(jī)時(shí)，考慮負(fù)載需要多大的起動扭距，比如像帶負(fù)載起動的就比空載起動的需要扭距就大。如果是大功率大負(fù)載起動，還要考慮降壓啟動（或星三角啟動）；至于在決定了電機(jī)極對數(shù)后和負(fù)載的轉(zhuǎn)速匹配問題，則可考慮用不同直徑的皮帶輪來傳動或用變速齒輪（齒輪箱）來匹配。如果由于決定了電機(jī)極對數(shù)后經(jīng)過皮帶或齒輪傳動后達(dá)不到負(fù)載的功率要求，那就要考慮電機(jī)的使用功率問題了

以下為電機(jī)部分配件圖片

24v的指示燈

220v的報(bào)警器

第4章 輸煤機(jī)組系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.0 輸煤機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

（1）將設(shè)計(jì)要求分為6個(gè)部分： 手動控制，自動控制，正常啟動，正常停車，緊急停車，過載保護(hù)

（2）分別針對六個(gè)部分設(shè)計(jì)，其中正常啟動和正常停車用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)可以有效防止干擾。

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求將6各部分組合，在組合過程要注意干擾的產(chǎn)生。（4）程序設(shè)計(jì)成功之后，開始仿真，在仿真中可以發(fā)現(xiàn)程序中存在的問題，不斷修改程序，反復(fù)試驗(yàn)，直到成功。

第三篇：淺析火電廠輸煤PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

淺析火電廠輸煤PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要隨著輸煤系統(tǒng)自動化水平的不斷提高，PLC系統(tǒng)在電廠輸煤程控中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文對火電廠輸煤PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞輸煤系統(tǒng)PLC 聯(lián)鎖運(yùn)行模式 施耐德

一、前言

在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中，PLC已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景極其廣泛。在筆者開發(fā)的烏魯木齊石化電廠三期輸煤自控系統(tǒng)中，系統(tǒng)要求在遠(yuǎn)離輸煤廊的主廠房控制室里，對兩條輸煤線的設(shè)備進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

鑒于電廠輸煤系統(tǒng)的重要性，我們采用PLC實(shí)現(xiàn)輸煤設(shè)備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)則作為上位機(jī)與PLC互相配合，共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控功能。本文將主要介紹PLC的控制應(yīng)用。

二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.PLC選型。根據(jù)輸煤系統(tǒng)的自控要求，我們選用了法國施耐德公司的Quantum系列PLC，其具有可靠性高、體積小、擴(kuò)展方便，使用靈活的特點(diǎn)。基本CPU單元選用的是CPU型號：67160，其性能如下：（1）采用Pentium II 266M芯片；（2）多種參數(shù)顯示、診斷和設(shè)置：系統(tǒng)診斷、停機(jī)診斷、參數(shù)設(shè)置；（3）集成多種通訊端口：Modbus、USB、Modbus Plus、Ethernet（或光纖HSBY）；（4）可擴(kuò)展內(nèi)存：最大可達(dá)17M。

2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。在本方案中，考慮到輸煤系統(tǒng)的重要性，4個(gè)遠(yuǎn)程站通訊方式為冗余通訊，從而保證了不會因?yàn)橥ㄓ崋栴}影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)，為了保證在突然斷電而不影響PLC系統(tǒng)的，在控制內(nèi)為PLC系統(tǒng)配置了UPS電源，保證30分鐘內(nèi)PLC系統(tǒng)不斷電，當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)系統(tǒng)自動運(yùn)行。

三、運(yùn)行模式

根據(jù)輸煤過程的要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)行模式。在一般情況下，采用并行模式，可根據(jù)需要單獨(dú)選用或同時(shí)運(yùn)行輸煤甲線和輸煤乙線。交叉模式是由輸煤甲線和輸煤乙線的有關(guān)設(shè)備組成的，主要由電動三通實(shí)現(xiàn)兩條線之間的切換，可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整運(yùn)行線路。

四、設(shè)備的控制

1.皮帶機(jī)的控制。無論是手動還是自動啟動皮帶機(jī)前，都要先響警鈴20秒，通知在皮帶周圍的人員盡快遠(yuǎn)離，以免發(fā)生事故。皮帶機(jī)是輸煤系統(tǒng)的主要運(yùn)輸設(shè)備，因此對它的保護(hù)和要求也就相應(yīng)的多了一些。在皮帶機(jī)兩側(cè)設(shè)事故拉線開關(guān)，巡檢人員發(fā)現(xiàn)皮帶及其附近設(shè)備有異常情況時(shí)，可直接拉事故拉線，使皮帶停止。

皮帶重跑偏、縱向撕裂、打滑、管道堵煤等信號都直接進(jìn)入了PLC，一旦其中某一個(gè)事故出現(xiàn)時(shí)，都要使皮帶機(jī)立即停止。但是為了避免由于這些事故的假信號影響正常上煤，還設(shè)置了一些屏蔽這些信號的鍵，當(dāng)操作人員能夠確認(rèn)某個(gè)信號為誤動作時(shí)，就可以使用屏蔽鍵令這個(gè)信號不起作用，等信號處理好后，要馬上恢復(fù)此信號的功能，以免造成更大的損失。2.電動三通擋板的控制。為了使上煤系統(tǒng)更加靈活，設(shè)置了4個(gè)電動三通擋板，并且要求其參與系統(tǒng)聯(lián)鎖，且能就地、程控操作。在自動工作狀態(tài)下，當(dāng)按下預(yù)啟動鍵時(shí)，三通擋板根據(jù)選定的在其前后兩條皮帶的位置，自動完成通甲路或通乙路的動作（例如現(xiàn)在選中的是1#甲皮帶和2#乙皮帶，按下預(yù)啟動鍵后，1#三通擋板就自動打在了通乙路的位置上），為下一步的程啟做好準(zhǔn)備。

但是由于種種原因，甲、乙路到位信號有可能在使用過一段時(shí)間后失靈，因此就又增加了甲路通到位和乙路通到位的假信號，在到位信號失靈后替代實(shí)際信號工作。

為了避免由于誤操作而引起上煤中斷，在已經(jīng)運(yùn)行的流程中對所有三通擋板操作無效（閉鎖操作）。

3.除塵器。系統(tǒng)設(shè)置了15個(gè)除塵器，自動時(shí)，在預(yù)啟動時(shí)啟動，但在啟動皮帶時(shí)不判斷除塵器是否運(yùn)行。聯(lián)鎖手動時(shí)與所在帶式輸送機(jī)聯(lián)動，在啟動皮帶前先輸出啟動除塵器信號，但不論除塵器啟動與否，都繼續(xù)向下啟動皮帶機(jī)。除塵器自身故障不連跳主設(shè)備。

4.除鐵器。系統(tǒng)共有2個(gè)盤式除鐵器和4個(gè)帶式除鐵器，自動時(shí)，在預(yù)啟動時(shí)啟動，但在啟動皮帶時(shí)不判斷除塵器是否運(yùn)行。聯(lián)鎖手動時(shí)與所在帶式輸送機(jī)聯(lián)動，在啟動皮帶前先輸出啟動除鐵器信號，但不論除鐵器啟動與否，都繼續(xù)向下啟動皮帶機(jī)。除鐵器自身故障不連跳主設(shè)備。

5.皮帶秤。皮帶秤輸出的脈沖累加點(diǎn)用于計(jì)算累計(jì)上煤量。

6.震動給煤機(jī)。震動給煤機(jī)由變頻器拖動，操作員根據(jù)需要，通過上位機(jī)設(shè)置頻率達(dá)到合適輸煤量。

7.斗輪機(jī)。斗輪機(jī)的控制是由斗輪機(jī)自帶控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，輸煤PLC系統(tǒng)只向其提供“允許堆煤”和“允許取煤”的信號，當(dāng)斗輪機(jī)操作員收到信號后就可以對斗輪機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作。為了防止系統(tǒng)誤運(yùn)行，對斗輪機(jī)運(yùn)行信號和配煤流程程序進(jìn)行了互鎖。

8.滾軸篩。滾軸篩位于10#皮帶和9#皮帶之間，其作用是把煤炭進(jìn)行篩分，篩下物直接落到9#皮帶運(yùn)往原煤倉，篩上物通過11#皮帶和碎煤機(jī)進(jìn)行破碎后送入原煤倉。當(dāng)滾軸篩出現(xiàn)故障時(shí)，煤炭直接從9#皮帶落在10#皮帶上運(yùn)往原煤倉，可保證原料的供應(yīng)不會因?yàn)闈L軸篩的故障而停止。

9.犁式卸煤器。犁式卸煤器共有八個(gè)，分布在四個(gè)煤倉上的甲乙兩條皮帶上面，其功能是把11#皮帶上的煤炭卸到原煤倉中。

五、配煤方式

分為自動配煤、手動配煤和就地配煤3種方式。

在自動配煤方式下，當(dāng)輸煤系統(tǒng)發(fā)出“啟動”操作后，配煤皮帶（11號甲、乙）即先運(yùn)行。當(dāng)配煤皮帶出現(xiàn)運(yùn)行信號后，首先按照煤倉的順序進(jìn)行檢測，從第一倉開始進(jìn)行順序配煤，將所有煤倉配至高煤位。此時(shí)如果某些倉不使用，則需要把這些倉置于停用狀態(tài)，這樣在輪到這個(gè)倉配煤的時(shí)候，就會把它跳過去，繼續(xù)為下一個(gè)倉配煤。當(dāng)所有倉都處于高煤位時(shí)，配煤就完成了。

手動配煤是由操作人員根據(jù)現(xiàn)場的煤位，在上位機(jī)上手動操作設(shè)備的運(yùn)行/停止，完成原煤倉的配煤工作。

就地配煤是在現(xiàn)場由操作人員根據(jù)實(shí)際情況，操作小車的運(yùn)行/停止，完成原煤倉的配煤工作。

六、結(jié)束語

這套系統(tǒng)目前已經(jīng)運(yùn)行了一年半時(shí)間，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況證明：整個(gè)系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定性高，控制靈活性強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)和PLC技術(shù)的提高，輸煤系統(tǒng)的自動化水平也在不斷提高，目前已經(jīng)做到了把相對分散的各個(gè)設(shè)備統(tǒng)一集中到一起控制的情況，幾乎涵蓋了全部的設(shè)備，這其中大部分設(shè)備可以自動順序啟/停，個(gè)別設(shè)備只能夠上位機(jī)手動操作，表明了目前自動化水平的提高。相信隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)、PLC硬件及軟件水平的不斷提高，程序控制作為輸煤系統(tǒng)的主要控制方式，在火力發(fā)電廠將得到更加廣泛的應(yīng)用。

第四篇：基于plc水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí) 訓(xùn)（習(xí)）報(bào) 告

課程名稱：專 業(yè) 綜 合 實(shí) 訓(xùn)

專 業(yè)： 生產(chǎn)過程自動化

班 級：

學(xué) 號：

姓 名：

指導(dǎo)教師： 成 績：

完成日期：

目 錄

1、PLC簡介.........................................................................................................1 1.1、可編程控制器的產(chǎn)生..................................................................................1 1.2、PLC的發(fā)展..................................................................................................3 1.3、PLC的未來展望..........................................................................................4 1.4、PLC的特點(diǎn)..................................................................................................4 1.5、PLC的組成..................................................................................................5 1.5.1、中央處理單元(CPU)................................................................................6 1.5.2、存儲器.......................................................................................................6 1.5.3、輸入/輸出模塊..........................................................................................8 1.5.4、擴(kuò)展模塊...................................................................................................9 1.5.5、編程器.......................................................................................................9 1.5.6、電源.........................................................................................................11 1.6、PLC的工作原理........................................................................................11 1.6.1、掃描技術(shù).................................................................................................12 1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間.............................................................................13 1.7、梯形圖程序設(shè)計(jì)........................................................................................13

2、方案的論證...................................................................................................15 2.1、工藝過程分析............................................................................................15 2.2、PLC型號的選擇........................................................................................15 2.3、工作控制方式............................................................................................15

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì).....................................................................17 3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路............................................................................17 3.2、輸入/輸出分配...........................................................................................18 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖............................................................................18

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì).............................................................19 4.1、程序流程圖................................................................................................19 4.2、梯形圖........................................................................................................20 4.3、系統(tǒng)程序的具體分析................................................................................21

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表................................................22

5、總結(jié)...............................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。致

謝.............................................................................................................24 參考文獻(xiàn).............................................................................................................25

摘要

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進(jìn)行測量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個(gè)自動測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報(bào)警信息顯示、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

關(guān)鍵詞： 水位控制、歐姆龍PLC

1、PLC簡介

1.1、可編程控制器的產(chǎn)生

可編程控制器是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個(gè)行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強(qiáng)了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了PLC過程控制能力。因此，無論是單機(jī)還是多機(jī)控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)，對提高我國工業(yè)自動化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義。

可編程控制器(Programmable Controller)也可稱邏輯控制器(Programmable Logic Controller),是一微處理器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡稱PC。為了與個(gè)人電腦（也簡稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC。

可編程控制器的產(chǎn)生和繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器—接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號控制強(qiáng)電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點(diǎn)。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種，向小批量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器—接觸器控制難以滿足市場要求，此問題首先被美國通用汽車公司（GM公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號的不斷翻新，滿足用戶對產(chǎn)

品多樣性的需求，公開對外招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制。其對新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，編程方便，現(xiàn)場可修改程序； 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流115V； 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4K。

這十項(xiàng)指標(biāo)就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來設(shè)計(jì)。

用可編程控制器代替了繼電器—接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性等有點(diǎn)，用程序代替硬接線，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)志性語言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語言，使得部熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費(fèi)大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。

PLC問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAC/CAM）種躍居首位。

我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應(yīng)進(jìn)的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。

1.2、PLC的發(fā)展

雖然PLC問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三各階段：

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上 以計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。

這樣，使PLC的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。

進(jìn)入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。

1.3、PLC的未來展望

21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

1.4、PLC的特點(diǎn) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)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(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)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(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低

以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

1.5、PLC的組成

PLC的硬件主要是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元，通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。典型PLC組成框圖如圖1.1所示。

圖1.1 典型PLC組成框圖

1.5.1、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時(shí)器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

進(jìn)一步提高PLC可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣，某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

1.5.2、存儲器

存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。

1、PLC常用存儲器類型

（1）RAM（Random Assess Memory）這是一種讀/寫存儲器(隨機(jī)存

儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。

（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下，存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。

（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進(jìn)行修改。

2、PLC存儲空間分配

各種PLCCPU最大尋址空間各不相同，PLC工作原理，其存儲空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：

（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)

（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶程序存儲區(qū)

系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC性能。

系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。

（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運(yùn)行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲單元(RAM)以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲單元中一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量I/O占用存儲單元中一個(gè)字（16個(gè)bit）。整個(gè)I/O映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。

（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) ：I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域，前者PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當(dāng)PLC

斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。

用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時(shí)指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機(jī)的RAM存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。

1.5.3、輸入/輸出模塊

輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于PLC內(nèi)部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來，以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8未、10未或12位的二進(jìn)制數(shù)字信號，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號，提供給

執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.5.4、擴(kuò)展模塊

當(dāng)一個(gè)PLC中心單元的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。只能I/O接口模塊種類很多，例如高速計(jì)數(shù)模塊、PLCA控制模塊、數(shù)字位基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置譯碼模塊、閥門控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。

1.5.5、編程器

它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。

目前編程器主要有以下三種類型：

1.便攜式編程器(也叫簡易編程器)；2.圖形編程器；3.用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器。

便于攜帶的特點(diǎn)，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。

圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。

使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。但它的價(jià)格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。

用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)

時(shí)可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。

監(jiān)控工作方式可以對運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進(jìn)行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤中都備有一個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。

現(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，外形小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。不同廠家、不同型號的PLC的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入／輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)16K，而很多小型機(jī)僅有10來點(diǎn)，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴(kuò)展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，就需對系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入／輸出模板，模擬輸入／輸出模板，熱電阻、熱電偶擴(kuò)展模板，還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。

用擴(kuò)展模板來擴(kuò)展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

用戶可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對PLC作硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或控制精度，同時(shí)節(jié)省開支，減少不必要的投資。

當(dāng)已運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或擴(kuò)充時(shí)，PLC可以隨時(shí)進(jìn)行升級或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。

1.5.6、電源

PLC中的電源一般有三類：

1、+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運(yùn)放使用；

2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；

3、鋰電池及其充電電源。

考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。

目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點(diǎn)的數(shù)量將 PLC分為三大類：

小型機(jī)：256點(diǎn)以下（無模擬量）；

中型機(jī)：256 ~ 2048點(diǎn)（64 ~ 128路模擬量）；

大型機(jī)：2048點(diǎn)以上（128 ~ 512路模擬量）。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。但一些小型機(jī)常制作成一體機(jī)，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機(jī)一般在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。

1.6、PLC的工作原理

最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會立即同時(shí)動作。而PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。

為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC

與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。

1.6.1、掃描技術(shù)

當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。如圖2.2所示：

圖1.2 PLC 掃描周期

1、輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2、用戶程序執(zhí)行階段 ：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

3、輸出刷新階段：當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間

為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時(shí)間。

1.7、梯形圖程序設(shè)計(jì)

梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。

指令是用英文名稱的縮寫字母來表達(dá)PLC的各種功能的助記符號，類似于計(jì)算機(jī)匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語句表，編程設(shè)備簡單價(jià)廉。

通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：

1、梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形

呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。

2、梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。

3、梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點(diǎn)閉合，動斷觸點(diǎn)打開，反之為“o態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。

4、梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。

5、繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。

6、PLC在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時(shí)動作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時(shí)，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個(gè)符號對應(yīng)于一條指令，一條指令為一個(gè)步序。

當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的過程稱為CPU對程序的掃描。掃描從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始。

2方案的論證

2.1、工藝過程分析

水塔水位控制系統(tǒng)過程分析：設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的,此時(shí)S4,S3,S2,S1均為ON。當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限位時(shí)，電磁閥Y打開(10.02通電)，開始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過4S，而水池液位沒有超過水池下限位（傳感器S4仍為ON），說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)故障指示燈閃爍（10.03閃爍）。若4S后只有水池液位按預(yù)定的超過水池下限位（傳感器S4變?yōu)镺FF），說明系統(tǒng)在正常的工作。此時(shí)只有水池下限位有水，系統(tǒng)檢測到此信號時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限（S2為ON），故水泵M（10.04通電）開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)（傳感器S3變?yōu)镺FF），電磁閥Y就關(guān)閉（10.02失電）。但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，水泵M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔裝滿時(shí)（傳感器S1變?yōu)镺FF），水泵M停止供水（10.04失電），此次給水塔供水完成。

2.2、PLC型號的選擇

輸入:系統(tǒng)啟動按鈕一個(gè),系統(tǒng)停止按鈕一個(gè),液位傳感器四個(gè)分別表示為S4,S3，S2和S1。輸入一共有6個(gè)，考慮到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整數(shù)7，所以共需7個(gè)輸入點(diǎn)。

輸出:Y閥,故障指示燈 ,水泵M。輸出共有3個(gè)，3×（1＋15％）＝3.45取整數(shù)4，所以共需4個(gè)輸出點(diǎn)?？梢赃xOMRON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能滿足此例的要求。

2.3、工作控制方式

采用工控機(jī)作為上位機(jī)、PLC系統(tǒng)作為下位機(jī)的兩級控制模式。PLC控制系統(tǒng)是該程控系統(tǒng)的核心，工控機(jī)作為監(jiān)控機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)使用。

1、上位機(jī)：計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，用于完成狀態(tài)顯示、打印輸出、向PLC發(fā)送分類控制信號等功能，從而實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，計(jì)算機(jī)還是圖象處理的核心。

2、下位機(jī)：PLC作為下位機(jī)，用來完成狀態(tài)判別、輸出控制等工作。它直接控制電磁閥、繼電器，從而實(shí)現(xiàn)對各執(zhí)行元件的控制。本系統(tǒng)采用價(jià)格適中、可靠性高、維護(hù)方便且抗干擾能力強(qiáng)的可編程控制器歐姆龍CPM2A型PLC來實(shí)現(xiàn)水塔水位控制系統(tǒng)工藝的控制要求的。歐姆龍PLC是由電源、中央處理器和I/O元件組成的嚴(yán)密高速的程序控制器，配有豐富的指令系統(tǒng)，易于用戶編程，具有豐富的特殊模塊和通信能力，可以滿足生產(chǎn)自動化的多級要求。本系統(tǒng)采用CPM2A是一種功能完善的緊湊型PLC，大程序容量和存儲單位。另外CPU單元帶RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信協(xié)議可實(shí)現(xiàn)程序傳送，數(shù)據(jù)通信等功能。

歐姆龍公司C系列的小型機(jī)CPM2A型PLC 20點(diǎn)輸入/輸出，配有CX-Programmer軟件用于控制部分編程時(shí)使用。

3、通信方式：CPM2A CPU支持多樣的通信協(xié)議：點(diǎn)到點(diǎn)（Point-to-Point）接口（PPI）、多點(diǎn)接口（Multi-Point）（MPI）。這些都基于系統(tǒng)內(nèi)通信結(jié)構(gòu)模型，都是異步、基于字符的協(xié)議。其中PPI方式是非常簡單方便的通信協(xié)議，只需要一根RS-232C線進(jìn)行數(shù)據(jù)信號的傳遞，不需要額外再配置模塊或軟件。因此，本系統(tǒng)選擇PPI方式，簡單且能滿足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和計(jì)算機(jī)互聯(lián)。

上位機(jī)與下位機(jī)之間通過RS-232連接構(gòu)成HOST LINK協(xié)議進(jìn)行通信。RS-232又稱為EIA-232C或RS-232C，是最通用的一種串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。它是一種點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式，只能連接兩個(gè)通信設(shè)備。19200波特率時(shí)，最大距離為75米；9600波特率時(shí)，最大距離為900米。計(jì)算機(jī)的串口即為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。使用RS-232轉(zhuǎn)換器可以免掉一個(gè)RS-422串行接口板。

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)

水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示

圖3.1 水塔水位自動控制示意圖

3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路

圖3.2 水塔水位控制系統(tǒng)電路圖

3.2、輸入/輸出分配

水塔水位控制系統(tǒng)I/O分配表見表3.1。

表3.1 水塔水位自動控制系統(tǒng)I/O分配表

輸入

操作功能 啟動按鈕 停止按鈕 液位傳感器s4 液位傳感器s3 液位傳感器s2 液位傳感器s1

地址 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Y閥

輸出

操作功能 故障指示燈 水泵M

地址 10.02 10.03 10.04 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖

水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如3.3 所示：

圖3.3 水塔水位控制系統(tǒng)接線圖

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)

4.1、程序流程圖

水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制流程圖如圖5.1：

圖4.1 水塔液位自動控制系統(tǒng)流程圖

4.2、梯形圖

PLC控制程序用CX-Programmer編程軟件開發(fā)。CX-Programmer是OMRON公司PLC的軟件編程﹑調(diào)試的工具程序，其運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡捷的操作環(huán)境和強(qiáng)大的編程、調(diào)試功能?？蓪?shí)現(xiàn)梯形圖的編程、監(jiān)視和控制等功能，尤其擅長于大型程序的編寫，彌補(bǔ)了手編程器編程效率低的不足[1]。CX-Programmer編程軟件支持模塊化設(shè)計(jì)，在程序編寫時(shí)可以直接將編寫好的程序通過RS-232C傳送到PLC來控制現(xiàn)場設(shè)備。根據(jù)程序流程圖設(shè)計(jì)的梯形圖如5.2所示：

圖4.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖

4.3、系統(tǒng)程序的具體分析

PLC采用循環(huán)掃描的的工作方式，這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向各輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號，任一時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的，它能有效地避免繼電接觸器控制系統(tǒng)中易出現(xiàn)的觸點(diǎn)競爭和時(shí)序失配的問題。

PLC執(zhí)行用戶程序是從梯形圖左母線開始由上至下，由左向右逐個(gè)掃描每個(gè)梯級的每個(gè)元素，進(jìn)行運(yùn)算，此時(shí)CPU只是與映象區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，讀取輸入數(shù)據(jù)，送出輸出信號。當(dāng)CPU執(zhí)行到END指令時(shí)，表示程序段結(jié)束，則此次掃描用戶程序結(jié)束。PLC控制程序分析

實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下00000系統(tǒng)啟動按鈕,中間繼電器20001得電并自鎖,系統(tǒng)處于等待狀態(tài)并一直保持。按下00001停止按鈕系統(tǒng)的運(yùn)行停止。

實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥Y打開進(jìn)水(Y為ON),當(dāng)S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。

實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)Y打開進(jìn)水（Y為ON）定時(shí)器開始定時(shí)，4秒后，如果S4還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進(jìn)水，出現(xiàn)故障。

實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)S4為OFF時(shí)（表示水池水位高于水池低水位界），且水塔水位低于水塔低水位界時(shí)S2為ON，電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時(shí)電機(jī)M停止。

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表

水塔水位控制系統(tǒng)指令表如圖4.3所示：

圖4.3 水塔水位控制系統(tǒng)的指令表

總結(jié)

五個(gè)星期的PLC實(shí)訓(xùn)很快結(jié)束了，在這短暫的實(shí)訓(xùn)時(shí)間里，經(jīng)過老師、同學(xué)的指導(dǎo)，我獲益匪淺，學(xué)習(xí)了不少關(guān)于自己專業(yè)方面的知識。

在完成項(xiàng)目期間，我們組的分工明確，有負(fù)責(zé)編程的，有負(fù)責(zé)報(bào)告找資料，有負(fù)責(zé)畫電路圖的……雖說分工明確，但在完成項(xiàng)目過程中遇到些麻煩的話組員之間還是相互配合相互幫助盡量讓每個(gè)學(xué)員學(xué)到更多的專業(yè)知識，使每個(gè)組員更上一個(gè)層次。實(shí)訓(xùn)期間，我主要負(fù)責(zé)編程、報(bào)告及找資料，但這并不是說我在其他組員做他們?nèi)蝿?wù)時(shí)置之不理，與我無關(guān)。我在旁邊和組員一起，參與其中的討論分析，并會不時(shí)幫助他們完成任務(wù)。而同樣我在做我的任務(wù)時(shí)，他們也會經(jīng)常幫我解決一些我無法解決的問題。這樣，我們組在完成這兩個(gè)項(xiàng)目還是比較順利的。

我做的這個(gè)題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)。在此時(shí)對以前學(xué)習(xí)的知識的挑戰(zhàn)與突破。在對這個(gè)設(shè)計(jì)的材料搜索進(jìn)行獨(dú)立搜索時(shí)，對于辦公軟件的應(yīng)用有了進(jìn)一步的提高。同時(shí)在對搜集的材料進(jìn)行整核，結(jié)合所學(xué)理論知識，以及實(shí)際應(yīng)用操作的情況下，提高了實(shí)際操作和獨(dú)立解決問題的能力。

通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。讓我更熟練的掌握了PLC軟件的簡單編程方法，對于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運(yùn)用中，也提高了我的工程素質(zhì)。剛開始學(xué)習(xí)PLC軟件時(shí)，由于我對一些細(xì)節(jié)的不加重視，當(dāng)我把自己想出來的一些認(rèn)為是對的程序運(yùn)用到梯形圖編輯時(shí)，問題出現(xiàn)了。轉(zhuǎn)換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因?yàn)槲覜]有把理論和實(shí)踐相結(jié)合，缺乏動手能力而造成的結(jié)果，最后通過老師的糾正和自己的實(shí)際操作，終于把正確的結(jié)果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。

如今設(shè)計(jì)是做完了，可是我的學(xué)習(xí)之路還沒有完，這次實(shí)訓(xùn)讓不僅學(xué)習(xí)了不少與自己專業(yè)相關(guān)的知識，而且還懂得了團(tuán)隊(duì)的力量，并且讓自己更相信一分努力一分收獲，積極的學(xué)習(xí)態(tài)度在以后的學(xué)習(xí)、工作中是永遠(yuǎn)缺少不了的！并明白人這一輩子不能僅僅局限于那一點(diǎn)點(diǎn)滿足感，要放眼望去，通過去參與各種實(shí)踐，提升自己的動手能力，創(chuàng)造屬于自己的未來。

致

謝

本文是在指導(dǎo)老師悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到相關(guān)材料的收集，從論文框架的設(shè)計(jì)到具體內(nèi)容遣詞造句，每一章節(jié)都凝聚著指導(dǎo)老師的心血。在此，學(xué)生表示最誠摯的謝意。在老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、積極的人生觀、學(xué)術(shù)上孜孜追求的精神以及對學(xué)生無微不至的關(guān)懷，都給我留下了終生難忘的印象，必然將對我以后的學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生重要影響。

在完成整個(gè)論文期間，對各位老師、同學(xué)、朋友、親人辛勤勞動以及他們在治學(xué)和人品上給予我的深刻影響，我同樣銘記在心，并表示由衷的感謝。

在此，我向所有在學(xué)業(yè)上、生活上幫助、理解、支持我的老師、同學(xué)、朋友和親人致以最真誠的謝意。

最后，感謝各位專家、學(xué)者在百忙之中審閱我的拙作。

參考文獻(xiàn)

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第五篇：基于plc機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于plc機(jī)械手控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 課題背景及研究意義

機(jī)械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視。總之，機(jī)械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個(gè)重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。

可編程序控制器（PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。

由于自動化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機(jī)械手在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機(jī)械手還比較少。本次課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手就是通過PLC來實(shí)現(xiàn)自動化控制的。通過此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。

組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)通過組態(tài)軟件對機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動作過程進(jìn)行了動畫顯示，使機(jī)械手的動作過程更加形象化。機(jī)械手

2.1 機(jī)械手介紹

Mechanical hand也被稱為自動手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

2.2機(jī)械手的分類

機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用 機(jī)械手有2~3個(gè)自由度。

機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。

機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。

機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。

2.3機(jī)械手的特點(diǎn)

機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：

1.機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。

2.在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。

3.可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。

4.可在危險(xiǎn)場合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。

5.宇宙及海洋的開發(fā)。

6.軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。

2.4 機(jī)械手的構(gòu)成

機(jī)械手簡述：機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。

1.執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。

2.傳動系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動系統(tǒng)分機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。

3.控制系統(tǒng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動作，簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動作。動作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制 機(jī)械手控制方式的選擇

3.1 控制方式的分類

傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：

(1)僅適合于簡單的邏輯控制；

(2)僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒有通用性；

(3)沒有改動和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變，計(jì)算機(jī)控制方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

(1)硬件上至少有一個(gè)微處理器；

(2)通過軟件實(shí)現(xiàn)控制思想。

目前，工業(yè)自動化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：

(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；

(2)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）；

(3)集散控制系統(tǒng)（DCS）。

3.2 PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較及選型

1.各自技術(shù)發(fā)展的起源

計(jì)算機(jī)是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。

集散系統(tǒng)從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。

近年來隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊；運(yùn)算速度提高，CPU的能力趕上了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)(LAN)，因而也可構(gòu)成為一個(gè)集散系統(tǒng)。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到PLC系統(tǒng)中。PLC在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場總線，暨向下拓展功能，開放總線。

2.相同點(diǎn) 在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點(diǎn)。

3.不同點(diǎn)由于PLC和計(jì)算機(jī)屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件工具，實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在。

PLC用編程器或計(jì)算機(jī)編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)自身或用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。

特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機(jī)的區(qū)別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運(yùn)行，但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機(jī)，但是從開關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機(jī)。

總的來說，在選擇控制器時(shí)，首先要從工程要求、現(xiàn)場環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮。沒有哪種控制器是絕對完善的，也沒有哪種產(chǎn)品絕對差，只能說根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品。

本章小結(jié)

本章主要介紹了機(jī)械手的來源、研究背景及研究意義，機(jī)械手的分類、特點(diǎn)。由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。此機(jī)械手易于操作，性 能可靠。機(jī)械手的控制方式可以有多種，本文主要研究通過PLC來控制機(jī)械手。