第一篇：基于PLC的電磁閥響應(yīng)時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

隨著自動(dòng)化技術(shù)的普及，氣動(dòng)和液壓技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，用來調(diào)整氣液體方向及流量的電磁閥的使用量也飛速擴(kuò)大。電磁閥的質(zhì)量好壞很大程度上決定使用它的自動(dòng)化設(shè)備的性能和可靠性，所以對(duì)電磁閥的檢測(cè)也就非常重要。本文以具體的工程實(shí)踐為例，就設(shè)計(jì)電磁閥響應(yīng)時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)做簡(jiǎn)單分析。系統(tǒng)功能需求

本系統(tǒng)需要檢測(cè)的電磁閥用于控制壓縮天然氣管路通斷?？蛻籼岢鲆?guī)定如下：電磁閥開通響應(yīng)時(shí)間為，在某一輸入壓力 x 下電磁閥線圈通電到在氣路輸出端檢測(cè)到 0.5x 的壓力所需時(shí)間;電磁閥關(guān)斷響應(yīng)時(shí)間為，從電磁閥線圈斷電到氣路輸出端檢測(cè)到壓力下降至 0.05x 以下所需時(shí)間;為保證測(cè)試可靠性，要求連續(xù)測(cè)試 50 次通、斷響應(yīng)時(shí)間，取算術(shù)平均值和最大值，測(cè)出的最小值剔除且不用于計(jì)算平均值，若測(cè)出的最大值大于規(guī)定的合格上限，則認(rèn)為是不合格;氣路開通時(shí)間規(guī)定不大于 5 ms，關(guān)斷時(shí)間規(guī)定不大于 9 ms。硬件及開發(fā)平臺(tái)選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境較惡劣、工廠設(shè)備現(xiàn)狀及維護(hù)人員情況等，選擇適合于工業(yè)環(huán)境、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高的小型 PLC作為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，并且選擇輸出速度快的晶體管型;選擇工業(yè)觸摸屏為人機(jī)交互界面，同時(shí)可以執(zhí)行數(shù)據(jù)記錄和處理任務(wù)。因電磁閥線圈驅(qū)動(dòng)電流較大，PLC 不能直接驅(qū)動(dòng)，考慮中間設(shè)計(jì)放大電路或使用成品固態(tài)繼電器，重點(diǎn)確定中間環(huán)節(jié)的延時(shí)時(shí)間，一是必須穩(wěn)定，二是必須小于 1 ms。PLC 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，且受 PLC 掃描工作方式控制，完成一次氣壓值檢測(cè)所需時(shí)間太長(zhǎng)，遠(yuǎn)大于產(chǎn)品合格上限，所以使用氣壓傳感器和 AD 模塊不可行。通過反復(fù)比選和實(shí)際測(cè)試，選擇上海天賀自動(dòng)化儀表有限公司的高速壓力開關(guān) PSW-M，量程范圍為 0～400 MPa(壓力閾值可在 0.2 kPa～400 MPa 之間由廠家設(shè)定)，精度為±1%FS，響應(yīng)時(shí)間為1 ms，輸出信號(hào)為PNP晶體管輸出、常開或常閉可選、Vout=Vpower-1。此壓力開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間為一個(gè)確定的值，為得到更準(zhǔn)確的電磁閥響應(yīng)時(shí)間，可在最后采用“去皮”計(jì)算減去該值。壓力閾值可以設(shè)定，當(dāng)氣壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)將快速輸出開關(guān)量信號(hào)，這樣可以直接輸入到 PLC，減少了模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。程序算法

PLC 為循環(huán)掃描工作方式，一般小型 PLC一次掃描時(shí)間超過 10 ms，且這個(gè)時(shí)間并不是固定的，沒法修正測(cè)試值。因此程序算法的設(shè)計(jì)將是這個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。測(cè)量程序如圖 1 所示，連續(xù)執(zhí)行 50 次，數(shù)據(jù)處理要求按客戶規(guī)定執(zhí)行，采用該算法可以回避 PLC 掃描周期較長(zhǎng)且不固定的問題，同時(shí)利用立即刷新指令將相關(guān)程序控制立即輸出到 PLC 外部端子上，使電磁閥線圈立即通電，而不是等到 PLC 掃描結(jié)束后再通電，線圈通電的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，如圖 2所示(以三菱 FX2N 為例)。

除算法設(shè)計(jì)外，一些細(xì)節(jié)問題也需要考慮。可將 PLC 輸入信號(hào)濾波時(shí)間設(shè)定盡量小，以減少對(duì)測(cè)試值的影響，雖然會(huì)降低系統(tǒng)抗干擾的性能，但可通過多次測(cè)試去除最小值、取平均值等方法來解決。對(duì)于 PLC中的一些其他程序，若運(yùn)行占用時(shí)間會(huì)影響測(cè)試，可以用跳轉(zhuǎn)指令來暫時(shí)避開它不執(zhí)行。

每次測(cè)試值修正公式為：測(cè)試值=D10-PLC 輸入信號(hào)濾波時(shí)間-輸出放大電路響應(yīng)時(shí)間-PLC 輸出延遲時(shí)間-壓力開關(guān)響應(yīng)時(shí)間-程序延遲時(shí)間。其中：輸入信號(hào)濾波時(shí)間可最小設(shè)置為 0，程序延遲時(shí)間、PLC 輸出延遲時(shí)間、輸出放大電路響應(yīng)時(shí)間均為微秒級(jí)，可忽略不計(jì);壓力開關(guān)響應(yīng)時(shí)間小于等于 1 ms。所以修正公式可簡(jiǎn)化為：測(cè)試值=(D10-1)ms。結(jié)論

本文所述電磁閥響應(yīng)時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)室反復(fù)測(cè)試和客戶近一年實(shí)際使用，證實(shí)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是成功的、程序算法有效可靠。特別是程序算法具有較強(qiáng)可移植性，可在類似的 PLC 應(yīng)用領(lǐng)域使用，可以有效解決 PLC 循環(huán)掃描工作方式和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求高的矛盾。

第二篇：游泳池水處理系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)

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游泳池水處理系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)

摘 要

在工業(yè)不斷發(fā)展的今天，人們更加追求自動(dòng)化的同時(shí)可編程序控制器映入了我們的眼簾，可編程序控制器在各行各業(yè)的應(yīng)用不斷增加，讓我們看到他的應(yīng)用之廣泛，此次設(shè)計(jì)是在游泳池水處理自動(dòng)控制方面的一個(gè)具體體現(xiàn)，正文介紹了可編程序控制器（PLC）、西門子S7-300 CPU313及溫度傳感器在游泳池水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用及PID調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)在詳細(xì)了解了S7-300 PLC的結(jié)構(gòu)、用法，以及游泳池水處理系統(tǒng)的工藝流程的前提下，運(yùn)用PLC對(duì)水處理各環(huán)節(jié)進(jìn)行精確的控制。引入PLC后，比傳統(tǒng)的游泳池更加安全、可靠，更加節(jié)省人力資源，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省硬件等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著市場(chǎng)的開放與不斷擴(kuò)大許多國(guó)外的品牌不斷涌入我國(guó)，我們可以選用更適合要求的產(chǎn)品。選用合適的PLC有利于系統(tǒng)的完美發(fā)揮，無論是從抗干擾能力或是其他方面PLC控制的系統(tǒng)都是當(dāng)前最具實(shí)力的產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：可編程序控制器；S7-300；PID溫控

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PLC designing of natatorium water processing system

Abstract With the development and advancement of industry, the Programmable Logic Controller that has been widely applied in a lot fields has become focus nowadays.This designing is a material and concrete exhibition in the aspect of natatorium water processing system.This article mainly illustrates PID regulation and the application of Programmable Logic Controller---PLC, Siemens S7-300 CPU313 and temperature sensor in the natatorium water processing system.The article has detailed introduced the S7-300 PLC structure and usage.Furthermore, it has completely complained the process of circulation water processing system and temperature regulation, as well as the concrete operation process.Comparing to the traditional one, the PLC controlling system has made the natatorium more safe and credible.Moreover, it not only can be operated easily, but also can save a lot of human resource and hardware for us too.As people have known, Programmable Logic Controller has become the developing trend of industrial automation.Due to the open and distensible market, a lot of foreign products of PLC that provide more choices for us have entered.As people have known, a good choice of PLC will make the system more perfect.Keywords：Programmable Logic Controller ；S7-300；PID temperature control

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目 錄

摘 要.........................................................................................................................................I ABSTRACT...........................................................................................................................II 1 緒 論....................................................................................................................................1 1.1 引言..................................................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外游泳池水處理方式..............................................................................................1 1.3 本課題研究主要內(nèi)容......................................................................................................2 1.4 課題研究的意義..............................................................................................................2 系統(tǒng)概述.............................................................................................................................4

2.1 設(shè)計(jì)要求..........................................................................................................................4 2.2 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介..................................................................................................................4 2.3 控制系統(tǒng)要求..................................................................................................................5 2.3.1 水循環(huán)及過濾部分...................................................................................................6 2.3.2 水質(zhì)檢測(cè)及加投藥部分...........................................................................................7 2.3.3 恒溫加熱系統(tǒng)控制...................................................................................................7 PID溫度控制...................................................................................................................11

3.1 基本概念........................................................................................................................11 3.1.1 比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）..............................................................................................11 3.1.2 積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)）...............................................................................................11 3.1.3 微分調(diào)節(jié)（D調(diào)節(jié)）.............................................................................................12 3.2 PLC中的PID控制實(shí)現(xiàn)方法........................................................................................12 西門子S7-300及硬件設(shè)計(jì)........................................................................................15

4.1 PLC的簡(jiǎn)介....................................................................................................................15 4.1.1 PLC的特點(diǎn)..............................................................................................................15

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4.1.2 PLC的分類..............................................................................................................16 4.2 PLC的基本組成............................................................................................................16 4.2.1 主機(jī).........................................................................................................................16 4.2.2 編輯器.....................................................................................................................18 4.2.3 I/O擴(kuò)展和其他外圍設(shè)備........................................................................................18 4.3 PLC的基本工作原理和工作方式................................................................................18 4.4 硬件介紹........................................................................................................................19 4.4.1 數(shù)字量模塊.............................................................................................................19 4.4.2 模擬量模塊.............................................................................................................20 操作與軟件部分.............................................................................................................22

5.1 水循環(huán)控制過程............................................................................................................22 5.2 恒溫加熱部分控制........................................................................................................23

結(jié) 論......................................................................................................................................24 致 謝......................................................................................................................................25 參考文獻(xiàn)...............................................................................................................................26 附 錄......................................................................................................................................27

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第 1 頁 緒 論

1.1 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展人民的生活水平也在不斷提高，人民對(duì)物質(zhì)、精神生活不斷提出新的要求，健身、游泳、等娛樂活動(dòng)不斷增加，游泳逐步成為一項(xiàng)群眾性的休閑娛樂活動(dòng)。在炎炎夏日，游泳場(chǎng)館更是變成了人們消暑納涼的消費(fèi)場(chǎng)所。特別是在暑期，熱浪滾滾，酷熱難耐，許多家長(zhǎng)帶著放假的孩子，興致勃勃地嬉戲暢游在游泳池之“藍(lán)天碧水”間。而在最熱的時(shí)候，游泳場(chǎng)館更是天天爆滿，隨之而來對(duì)這些活動(dòng)的客觀要求也不斷提出了新的標(biāo)準(zhǔn)與要求，對(duì)游泳的環(huán)境和各方面的要求也逐步提高。近幾年來，集娛樂、休閑與健身為一體的游泳場(chǎng)館的需求與建設(shè)可謂方興未艾，國(guó)家級(jí)大型游泳館、各種公共游泳館、家用游泳池、星級(jí)賓館的室內(nèi)游泳池等遍及全國(guó)城鎮(zhèn)。游泳池、水上樂園像雨后春筍般涌現(xiàn)，其中許多游泳池已跳開古板的傳統(tǒng)模式，摹仿國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)更新穎，融健身性、娛樂性于一體，更具吸引力及生命力。

1.2 國(guó)內(nèi)外游泳池水處理方式

為了節(jié)約用水，保護(hù)水資源保證水質(zhì)及衛(wèi)生指標(biāo)，絕大多數(shù)游泳池采用循環(huán)凈化給水方式。但由于我國(guó)游泳場(chǎng)館的發(fā)展相對(duì)較晚(二十世紀(jì)九十年代中后期才真正開始大規(guī)模發(fā)展)，所以在運(yùn)行管理方面和給排水的設(shè)計(jì)方面積累總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)較少，缺乏系統(tǒng)的分析與交流，且游泳池的實(shí)際運(yùn)行與規(guī)范下的設(shè)計(jì)存在著較大的差異。就水處理系統(tǒng)來說，目前規(guī)范基本上是按市政給水處理廠的要求來制定的，在設(shè)計(jì)中均是按照規(guī)范中的專業(yè)比賽用連續(xù)處理運(yùn)行來設(shè)計(jì)的，而在實(shí)際運(yùn)行過程中，無論是水質(zhì)還是投藥管理等，均不同于設(shè)計(jì)與規(guī)范，造成了水處理場(chǎng)地及設(shè)備的極大浪費(fèi)，無形中增大了建設(shè)投資費(fèi)用。另外大多數(shù)游泳場(chǎng)館未配制專業(yè)技術(shù)人員參與運(yùn)行管理，因此，在實(shí)際運(yùn)行過程中，因各種原因發(fā)生了較大的水耗、熱耗及電耗，并造成了不必要的水質(zhì)超標(biāo)甚至惡化，給經(jīng)營(yíng)帶來較大的負(fù)擔(dān)與影響。鑒此通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)備下的游泳池的研究，對(duì)于進(jìn)一步節(jié)水、節(jié)能，降低運(yùn)行成本有著重要的經(jīng)濟(jì)意義，并由此總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行理論分析，從而提出游泳池水處理的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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1.3 本課題研究主要內(nèi)容

現(xiàn)代游泳池主要分三大部分：一是循環(huán)及過濾部分，二是水質(zhì)檢測(cè)及加投藥部分，三是恒溫及加熱部分。水處理循環(huán)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)最為關(guān)鍵的地方，主要由兩臺(tái)循環(huán)水泵互為備用，循環(huán)水泵是為提供循環(huán)動(dòng)力及循環(huán)處理水量而設(shè)置。循環(huán)水泵的自動(dòng)過程由兩臺(tái)泵互為備用(1 # 泵和2 # 泵)，且8小時(shí)自動(dòng)切換和非正常停泵自動(dòng)起動(dòng)備用泵(如加熱繼電器動(dòng)作等)。起動(dòng)過程由兩臺(tái)泵輪值起動(dòng)，即在程序中設(shè)定一個(gè)起動(dòng)泵號(hào)N(N = 1、2)，當(dāng)?shù)谝淮芜M(jìn)入水循環(huán)主程序時(shí)，首先讀取泵號(hào)N(并令N 加1)，決定首先開啟哪一號(hào)泵，若無故障運(yùn)行后，且在一個(gè)周期內(nèi)要求停泵，當(dāng)再次進(jìn)入水循環(huán)主程序時(shí)，則起動(dòng)當(dāng)前泵。以此，來減小某一臺(tái)泵因連續(xù)工作而引起的損耗。實(shí)際證明此方法可行且有效。當(dāng)某一臺(tái)泵出現(xiàn)故障需停機(jī)時(shí)，需等待該泵完全停止后，方可開啟另一臺(tái)泵，否則會(huì)出現(xiàn)局部回流現(xiàn)象，極易損壞水泵，因此，在起動(dòng)另一臺(tái)水泵時(shí)，有一個(gè)10s 的延時(shí)。為了補(bǔ)充因各種原因所造成的池水熱損失及加熱補(bǔ)充水需設(shè)置換熱設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)采用的是快速式換熱器和新型板式換熱器。恒溫加熱部分由PLC可編程序控制器來控制，恒溫及加熱控制主要采用PID調(diào)節(jié)，輸出控制信號(hào)由PQW288輸出控制伺服控制器來控制蒸汽調(diào)節(jié)閥的開啟度，定量地給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫。水池溫度的檢測(cè)通過兩個(gè)途徑獲得：一是水池溫度；二是蒸汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)水池布水口的溫度。檢測(cè)蒸汽進(jìn)水池的溫度目的是為了與水池溫度相比較，不致兩者溫差過大，以免造成人員短時(shí)間內(nèi)不適應(yīng)或受傷。I2.3控制條件為緊急停止信號(hào)，由值班人員發(fā)出。水質(zhì)檢測(cè)都是通過檢測(cè)儀器送來的模擬量檢測(cè)信息，輸入到模擬量模塊進(jìn)行處理，處理后根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定控制量，分別控制各藥劑精確計(jì)量泵，加投水處理藥劑。各模擬量輸入的處理及控制都基本相同。絮凝劑加投的前提是循環(huán)水泵開啟，若循環(huán)水泵未開啟，絮凝劑加投后，也只是在局部起作用，不僅浪費(fèi)資源，更使水質(zhì)變差。

1.4 課題研究的意義

本設(shè)計(jì)主要著重介紹各環(huán)節(jié)的控制和操作過程及原理，選用的控制設(shè)備也比傳統(tǒng)的設(shè)備更為先進(jìn)，目前可編程序控制器在整個(gè)電氣控制領(lǐng)域已經(jīng)占領(lǐng)主導(dǎo)地位，發(fā)展的也是非常迅速，它的控制方式采用可編程序控制器進(jìn)行控制。PC或PLC，它是在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有的功能強(qiáng)、可靠

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高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外以廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。近年來，國(guó)內(nèi)在PC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面的發(fā)展也很快。除許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線外，國(guó)產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來越多的采用PC控制系統(tǒng)取代的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)化的小型PC性能也基本達(dá)到同類國(guó)外產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。目前PLC已廣泛用于冶金、化工、輕工、電力、建筑、交通、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)行業(yè)[1]。

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第 4 頁 系統(tǒng)概述

2.1 設(shè)計(jì)要求

1．循環(huán)水泵的自動(dòng)過程由兩臺(tái)泵互為備用，8h自動(dòng)切換和非正常停泵自動(dòng)起備用泵。

2．溫度控制精度1°C。3．采用可編程序控制器設(shè)計(jì)。4．畫出原理圖，編制程序。

2.2 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

布水口游泳池布水口溫度儀Ⅱ進(jìn)池口水管熱力蒸汽熱交換伺服控制器溫度儀ⅠPH儀余氯儀濁度儀出池口水管循環(huán)水泵1號(hào)過濾沙缸N過濾沙缸2號(hào)定時(shí)器絮凝劑加投消毒劑加投稀鹽酸加投硫酸銅加投

圖2.1 游泳池水處理工藝流程圖

現(xiàn)代游泳觀的池水處理系統(tǒng)類似與自來水廠的水處理系統(tǒng)，通過循環(huán)水泵將池水置

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換出來檢測(cè)水質(zhì)，再通過化學(xué)和物理的方法調(diào)整水質(zhì)，然后將達(dá)到一定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的“凈水”回灌進(jìn)游泳池。本設(shè)計(jì)的游泳池水處理工藝流程如圖2.1所示。通過循環(huán)水泵將池水置換出來檢測(cè)水質(zhì)，再通過化學(xué)和物理方法調(diào)整水質(zhì)，然后將達(dá)到一定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的“凈水” 回灌進(jìn)游泳池。一般檢測(cè)項(xiàng)有濁度、過氧化物、尿素含量、菌去群含量、余氯值、臭氧值和pH值等。以pH值調(diào)節(jié)為例，當(dāng)pH值過高，超過控制時(shí)，則通過精確計(jì)量泵加投稀鹽酸以調(diào)低pH值，這就是化學(xué)的方法。再如當(dāng)濁度達(dá)到一定值時(shí)，亦通過精確計(jì)量泵將絮凝劑（需攪拌）加投到循環(huán)泵前，絮凝劑可將水中懸浮物凝結(jié)成塊，通過過濾沙缸把“濁水”過濾成“凈水”回灌到泳池[2]。另外，沙缸還有反沖洗過程，就是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間后，沙缸的沙層表面會(huì)積蓄很多的污物，使沙缸對(duì)水的阻力增大，流速減緩，過濾效果下降。因此，必須定期進(jìn)行清除。清除的辦法就是使水流反方向流動(dòng)，如圖2.2所示。溫度儀I、II進(jìn)行溫度檢測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果經(jīng)模擬量輸入模塊送到PLC，由PLC處理后一方面送控制屏進(jìn)行溫度顯示，另一方面由PLC的PID指令控制。經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，輸出的信號(hào)通過模擬量輸出模塊控制伺服蒸汽調(diào)節(jié)閥，定量的給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫[3]。

進(jìn)水F1F3F5F2廢水F4沙缸

圖2.2 沙缸反沖洗工作示意圖

2.3 控制系統(tǒng)要求

該系統(tǒng)按只檢測(cè)濁度、余氯、pH值和溫度等幾項(xiàng)來配置，PLC按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、通信接口數(shù)等技術(shù)要求選定，檢測(cè)儀、泵、伺服控制器及操作系統(tǒng)根據(jù)工藝流程選定或按甲方要求選定。

具體硬件配置如下：西門子S7-300 CPU313一塊，SM321、SM322的數(shù)字量模塊各一塊，SM331S、M332模擬量模塊各一塊；德國(guó)普羅明特溫度傳感器——變送器兩支，遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)

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濁度儀、pH儀、余氯儀各一臺(tái)；高溫電動(dòng)伺服閥一臺(tái)；精確計(jì)量泵四臺(tái)；循環(huán)水泵兩臺(tái)；大廳顯示屏（自制）一臺(tái)；5.7in臺(tái)達(dá)觸摸屏一臺(tái)；控制柜（定制）一臺(tái)。2.3.1 水循環(huán)及過濾部分

水循環(huán)主程序開始啟動(dòng)準(zhǔn)備N手動(dòng)自動(dòng)？Y啟動(dòng)1號(hào)泵Y故障？NNNY停泵？停泵延時(shí)10s計(jì)時(shí)8小時(shí)？停泵延時(shí)10sY啟動(dòng)2號(hào)泵Y故障？NN計(jì)時(shí)8小時(shí)？停泵？NYY總停水循環(huán)主程序結(jié)束

圖2.3 水處理主程序流程圖

水循環(huán)及過濾部分主程序流程圖如圖2.3所示。循環(huán)水泵的自動(dòng)過程由兩臺(tái)泵互為備用，8h自動(dòng)切換和非正常停泵自動(dòng)啟動(dòng)備用泵（如熱繼電器動(dòng)作等）。循環(huán)水泵的手

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動(dòng)過程，只是配合自動(dòng)過程的輔助手段，手動(dòng)狀態(tài)除操作兩臺(tái)泵的起/停以外，還擔(dān)當(dāng)過濾缸反沖洗過程的操作。

正常情況下，水流的方向是F1入F4出，其他閥門關(guān)閉。反沖洗時(shí)，水流從F2入F3出，其他閥門關(guān)閉。污物被反向的水流帶走而排入污水管道。反沖洗持續(xù)時(shí)間需根據(jù)實(shí)際情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。從反沖洗結(jié)束到正常過濾狀態(tài)中間有一個(gè)過渡狀態(tài)，這段時(shí)間水流不應(yīng)流入泳池，因?yàn)榇藭r(shí)水流不穩(wěn)且有殘余雜質(zhì)存在。因此這個(gè)過程的閥門狀態(tài)是F1入F5出，其他閥門關(guān)閉。這個(gè)過程持續(xù)時(shí)間很短，通常在 1min 之內(nèi)，需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，最后，F(xiàn)5關(guān)閉，F(xiàn)4打開，反沖洗過程結(jié)束。反沖洗過程的觸發(fā)條件一般有3個(gè)：壓差反沖洗、定時(shí)反沖洗和手動(dòng)反沖洗。這兩個(gè)過程基本是物理的過程[4]。2.3.2 水質(zhì)檢測(cè)及加投藥部分

水質(zhì)檢測(cè)都是通過各檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)儀器送來的模擬量檢測(cè)信息，輸入到模擬量模塊進(jìn)行處理，處理后根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定的控制量，分別控制各藥劑精確計(jì)量加投泵加投水處理藥劑。各模擬量輸入的處理及控制都基本相同，這里僅以濁度—絮凝劑為例說明模擬量輸入及控制的基本方法[5]。濁度—絮凝劑流程圖如圖2.4所示。

從圖2.5所示濁度控制曲線看出，要求濁度控制值在2~4NTU，5NTU為濁度報(bào)值，即當(dāng)大于等于4NTU時(shí)開計(jì)量泵加投絮凝劑，當(dāng)小于等于2NTU時(shí)關(guān)計(jì)量泵，大于等于5NTU報(bào)警。如果在編程時(shí)將控制值轉(zhuǎn)換為程序刻度值，由于濁度儀輸出范圍是4~20mA。因此需分兩步換算，如圖2.6第一步，將2和4NTU對(duì)應(yīng)的電流值求出來。第二步，由電流值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換值。即：

x2?

4?(20?4)2?(20?4)?4?10.4,x2??4?7.2（2.1）

1010

y1?2.3.3 恒溫加熱系統(tǒng)控制

10.4?276487.2?27648?14377,y2??99

53（2.2）

2020在環(huán)境溫度和水溫較低時(shí)，還需對(duì)池水進(jìn)行加溫控制。池水加溫在泳池水處理中，也占有重要的地位。它是通過溫度儀I、II進(jìn)行溫度檢測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果經(jīng)模擬量輸入模

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塊送

濁度—絮凝劑主程序開始子程序7開始調(diào)用子程序7初始化預(yù)置采樣計(jì)數(shù)器和清0調(diào)用子程序8計(jì)算平均值子程序7結(jié)束N循環(huán)水泵開？Y濁度 ≥ 4？N子程序8開始Y啟動(dòng)絮凝劑攪拌器從模擬量輸入PIW4中取個(gè)值加到采樣值中，采樣計(jì)數(shù)器加1，直到最大采樣數(shù)用移位求采樣平均值3S后啟動(dòng)絮凝劑劑量泵N濁度 ≤ 2？子程序8結(jié)束Y關(guān)泵及攪拌器濁度—絮凝劑主程序結(jié)束

圖2.4 濁度—絮凝劑流程圖

圖2.5 濁度刻度控制曲線

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10量程/NTU27648刻度值4204y2y10x1x2I/mA(a)204x1x2I/mA(b)20

圖2.6 濁度刻度值換算比例圖

到PLC，由PLC處理后一方面送控制屏進(jìn)行溫度顯示，另一方面由PLC的PID指令控制。經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，輸出的信號(hào)通過模擬量輸出模塊控制伺服蒸汽調(diào)節(jié)閥，定量的給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫。該流程圖僅介紹自動(dòng)部分，如圖2.7所示，該部分主要介紹池水（冬天）恒溫PID調(diào)節(jié)，溫度值向大廳顯示屏傳送的有關(guān)內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)PID控制允許將閉環(huán)控制器、脈沖控制器以及步驟控制器集成到用戶程序中。帶集成控制器設(shè)置的參數(shù)分配工具允許設(shè)置控制器，可在極短時(shí)間內(nèi)優(yōu)化使用。如果簡(jiǎn)單PID控制器不足以解決自動(dòng)化任務(wù)，可使用模塊化PID控制?？梢曰ミB所包含的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，創(chuàng)建幾乎任何一種控制器結(jié)構(gòu)。

恒溫及加熱系統(tǒng)主程序、子程序及中斷部分梯形圖恒溫及加熱系統(tǒng)主程序、子程序梯形圖見附錄。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的[6,7]。

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恒溫 加熱主程序開始Y模塊有錯(cuò)？N調(diào)用溫度控制模塊？Y調(diào)用FB41 啟動(dòng)PID調(diào)節(jié)水溫由PQW288輸出N由I1.3啟動(dòng)伺服電動(dòng)蒸氣閥驅(qū)動(dòng)電源恒溫 加熱主程序結(jié)束

圖2.7恒溫加熱系統(tǒng)控制流程圖

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第 11 頁 PID溫度控制

3.1 基本概念

PID控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱。PID控制是一種負(fù)反饋控制，在反饋控制系統(tǒng)中，自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象構(gòu)成一個(gè)閉合回路。在連接成閉合回路時(shí)，可能出現(xiàn)兩種情況：正反饋和負(fù)反饋。正反饋?zhàn)饔眉觿”豢貙?duì)象流入量流出量的不平衡，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定；負(fù)反饋?zhàn)饔脛t是緩解對(duì)象中的不平衡，這樣才能正確地達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

PID控制具有以下優(yōu)點(diǎn) 1．原理簡(jiǎn)單，使用方便。2．適應(yīng)性強(qiáng)。

3．魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感 3.1.1 比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）

在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與偏差信號(hào)e成比例，即：

u?KCe

（3.1）式中KC稱為比例增益。

比例調(diào)節(jié)的顯著特點(diǎn)就是有差調(diào)節(jié)。采用比例調(diào)節(jié)，則在符合擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，被調(diào)節(jié)量不可能與設(shè)定值準(zhǔn)確相等，他們之間一定有殘差。比例調(diào)節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大。3.1.2 積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)）

在I調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)的變化速度du/dt偏差信號(hào)e成正比，即

du?S0e

（3.2）dtt0或

u?S0?ed t

（3.3）式中S0稱為積分速度，可視情況取正值或負(fù)值。

調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號(hào)的積分成正比。積分調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是無差調(diào)節(jié)與P調(diào)節(jié)的

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有差調(diào)節(jié)形成鮮明對(duì)比，只有當(dāng)被調(diào)節(jié)量偏差e為零時(shí)I調(diào)節(jié)器的輸出才會(huì)保持不變。然而與此同時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出卻可以停留在任何數(shù)值上。這意味著被控對(duì)象在負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，被調(diào)量沒有殘差，而調(diào)節(jié)閥則可以停止在新的負(fù)荷所要求的開度上。I調(diào)節(jié)的另一特點(diǎn)是它的穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差。

采用I調(diào)節(jié)時(shí)口制系統(tǒng)的開環(huán)增益與積分速度S0成正比。增大積分速度將會(huì)降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直到最后出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。3.1.3 微分調(diào)節(jié)（D調(diào)節(jié)）

調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)被調(diào)節(jié)量的變化速度來移動(dòng)調(diào)節(jié)閥，而不要等到被調(diào)節(jié)量已經(jīng)出現(xiàn)較大偏差后才開始動(dòng)作，那么調(diào)節(jié)效果將會(huì)更好，等于賦予調(diào)節(jié)器以某種程度的預(yù)見性這種調(diào)節(jié)稱為微分調(diào)節(jié)。此時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出與被調(diào)量或其偏差對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比。

即

u?S2de

（3.4）dt單純按上述規(guī)律運(yùn)作的調(diào)節(jié)器是不能工作的。這是因?yàn)閷?shí)際的調(diào)節(jié)器都有一定的失靈區(qū)，如果被控對(duì)象流入流出量只相差很少以至被調(diào)量只以調(diào)節(jié)器不能察覺的速度緩慢變化時(shí)，調(diào)節(jié)器并不會(huì)運(yùn)作。但是經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間以后，被調(diào)節(jié)量偏差去可以積累到相當(dāng)大的數(shù)字而得不到校正，這種情況是不能容許的。

3.2 PLC中的PID控制實(shí)現(xiàn)方法

典型的基于數(shù)字PID的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化寫成離散形式的PID控制方程，再跟據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的PID控制器的輸入輸出關(guān)系如下：

?1M(t)?Kc?e(t)?TI??T0e(t)dt?1de(t)? ??M0

（3.5）dtTD?式中:M(t)為控制器的輸出量，M0為輸出的初始值，e(t)為給定值與被控變量的誤差信號(hào)，Kc為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。

將上式離散化，第n次采樣時(shí)控制器的輸出為：

Mn?KC(spn?pvn)?KCTST(spn?pvn)?KCD(pvn?1?pvn)

（3.6）

TITS

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標(biāo)準(zhǔn)PID控制允許將閉環(huán)控制器、脈沖控制器以及步驟控制器集成到用戶程序中。帶集成控制器設(shè)置的參數(shù)分配工具允許設(shè)置控制器，可在極短時(shí)間內(nèi)優(yōu)化使用。如果簡(jiǎn)單PID控制器不足以解決自動(dòng)化任務(wù)，可使用模塊化PID控制?？梢曰ミB所包含的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，創(chuàng)建幾乎任何一種控制器結(jié)構(gòu)[8]。

FB41稱為連續(xù)控制的PID用于控制連續(xù)變化的模擬量，與FB42的差別在于后者是離散型的，用于控制開關(guān)量，其他二者的使用方法和許多參數(shù)都相同或相似。PID的初始化可以通過在OB100中調(diào)用一次，將參數(shù)COM-RST置位，當(dāng)然也可在別的地方初始化它，關(guān)鍵的是要控制COM-RST；PID的調(diào)用可以在OB35中完成，一般設(shè)置時(shí)間為200MS，原理上，PID的調(diào)節(jié)節(jié)奏應(yīng)該與其采樣周期一致，這是數(shù)學(xué)模型應(yīng)與物理過程一致的要求。這也就是FB41要在OB35中周期調(diào)用且OB35的周期要與FB41采樣周期一致的原因。

當(dāng)然，在OB1或其他FC、FB中調(diào)用FB41也是可以的，此時(shí)最好將OB1參數(shù)區(qū)中掃描周期作為FB41的采樣周期。FB41參數(shù)的設(shè)置很靈活，可根據(jù)自己的習(xí)慣或應(yīng)用的方便選擇。

PVPER_ON ：是PID輸入輸出參數(shù)“PERIPHERAL化”的使能位，即將參數(shù)看成0~27648之間的整數(shù)。換個(gè)說法，就是PID的反饋值直接取自相應(yīng)AIW通道，而PID輸出則直接給出到AQW通道。參數(shù)整定由FB41完成。本設(shè)計(jì)用調(diào)節(jié)裝置的啟動(dòng)標(biāo)志來觸發(fā)本位。

CYCLE ：采樣周期。根據(jù)物理量變化快慢定，一般要求與FB41執(zhí)行的周期一致，選擇200ms。

SP_INT：PID的設(shè)定值。注意設(shè)定值與反饋值的單位一致。為了避免錯(cuò)誤，建議將SP_INT轉(zhuǎn)換為-100.0~100.0%之間無量綱的百分?jǐn)?shù)，輸入到FB41時(shí)，注意只取百分號(hào)之前的數(shù)即可，輸入設(shè)定值38.8即23.5 ℃。

PV_PER：PID過程的反饋值，直接取自反饋量的PIW通道的A/D碼。GAIN：比例系數(shù)。設(shè)定1。TI：積分時(shí)間。設(shè)定10min。

LMN_PER：PID的調(diào)節(jié)輸出，直接對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)輸出AQW通道。

P_SEL： BOOL：比例選擇位：該位ON時(shí)，選擇P（比例）控制有效；選擇有效。I_SEL： BOOL：積分選擇位；該位ON時(shí)，選擇I（積分）控制有效；選擇有效。

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D_SEL ： BOOL：微分選擇位，該位ON時(shí)，選擇D（微分）控制有效；一般的控制系統(tǒng)不用。

LMN_HLM：REAL：PID上極限，一般是100%。LMN_LLM：REAL：PID下極限；一般為0%。

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第 15 頁 西門子S7-300及硬件設(shè)計(jì)

4.1 PLC的簡(jiǎn)介

可編程序控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)稱PC或PLC。它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。近年來，國(guó)內(nèi)在PC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面的發(fā)展也很快，除許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線外，國(guó)產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來越快地采用PC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)化的小型PC性能也基本達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。4.1.1 PLC的特點(diǎn)

1．可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

為了確保PLC在惡劣的工作環(huán)境下能可靠的工作。在設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了PLC 的抗干擾能力，使之能抗諸如點(diǎn)噪聲，電源波動(dòng)，振動(dòng)，電磁干擾等干擾，能在高溫高濕以及空氣中存在有各種強(qiáng)腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣環(huán)境下可靠地工作。PLC能承受電網(wǎng)電壓的變化，可直接由交流市點(diǎn)供電，直接取自電控箱電源，即使在電源瞬間斷電的情況下仍可以正常工作[9]。

電源電壓： AC220 ±15% 抗振強(qiáng)度： 10Hz~55Hz 0.5mm 3軸方向各2h 抗沖擊強(qiáng)度：10g 3軸方向各3次

抗干擾強(qiáng)度：1000Vp-p、脈寬1us、30~100Hz噪聲 工作溫度：0℃~55℃ 存放溫度：-20℃~+70℃ 濕度：

35%~90%（不結(jié)霧）

耐壓：

AC1500V 1min（各端子與接地端之間）2．編程簡(jiǎn)單，易于掌握

PLC在基本控制方面采用“梯形圖”語言進(jìn)行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)的，形式簡(jiǎn)練，直觀性強(qiáng)，廣大電氣工程人員容易接受，還可以采用系統(tǒng)流程

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圖和語句表方式編程，三種語言可有條件地相互轉(zhuǎn)化，PLC這是PC優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。

3．模塊化結(jié)構(gòu)

PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)有機(jī)架和電纜將各模塊連接起來。系統(tǒng)的功能模塊可根據(jù)用戶的實(shí)際需求自行配置，從而實(shí)現(xiàn)最家性能價(jià)格比。由于配置靈活，使擴(kuò)展，維護(hù)方便。4．安裝簡(jiǎn)便，調(diào)試方便

PLC安裝簡(jiǎn)便，只要把現(xiàn)場(chǎng)的I/O設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端子相連就能完成了全部的接線任務(wù)，縮短了安裝時(shí)間。5．網(wǎng)絡(luò)通信

PLC提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信 6．體積小，重量輕，功耗低。4.1.2 PLC的分類

1．按結(jié)構(gòu)型式分類：整體式和模塊式。

（1）整體式PLC是將電源，CPU，I/O不見都集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。（2）模塊式PLC是將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊。（3）疊裝式PLC是將整體式和模塊式結(jié)合起來。2．按PLC控制規(guī)模分類

（1）小型PC I/O點(diǎn)數(shù)在256以下，存儲(chǔ)器容量2K步。

（2）中型PC I/O點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)之間，存儲(chǔ)容量是2K~8K步。（3）大型PC I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，存儲(chǔ)容量達(dá)8K步以上。

4.2 PLC的基本組成

從廣義上說，PLC也是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的借口和更直接的適用與控制要求的編程語言。所以PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)十分相似，也具有中央處理器，存儲(chǔ)器，輸入/輸出接口，電源等[10]。4.2.1 主機(jī)

既PC本機(jī)，它就是以CPU（中央處理單元）為核心的一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)。

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1．CPU CPU在PLC控制系統(tǒng)中的作用類似與人體的神經(jīng)中樞。是運(yùn)算與控制中心。用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算，并對(duì)全機(jī)進(jìn)行控制。它按照PLC中系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù)：

（1）接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)

（2）用掃描的方法接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)表或數(shù)據(jù)積存器中。

（3）診斷電源，PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。

（4）在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀出用戶的程序，經(jīng)指令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，去啟動(dòng)有關(guān)控制電路，分時(shí)、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換動(dòng)作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。（5）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位數(shù)據(jù)寄存器和輸出寄存器的內(nèi)容，再由輸出寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等外部功能。（6）PLC的CPU包括三種：?jiǎn)纹瑱C(jī)、通用微型處理芯片、雙極性位片處理芯片。2．存儲(chǔ)器

（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)

用以固化PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)工作程度，相當(dāng)于單片機(jī)的監(jiān)控程序或個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。在很大程度上它決定該種PLC的性能和質(zhì)量用戶無法更改或調(diào)用。（2）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)

包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（數(shù)據(jù)區(qū)）兩種。前者用于存放用戶程序，后者用于存放用戶在執(zhí)行過程中使用的有關(guān)狀態(tài)量或數(shù)值量以生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)。3．輸入、輸出單元（I/O單元）

I/O單元又稱I/O接口電路，PLC程序執(zhí)行過程中需調(diào)用的各種開關(guān)量（狀態(tài)量）數(shù)字量或模擬量等各種外部或設(shè)定值，都是通過輸入電路進(jìn)入PC。而程序執(zhí)行結(jié)果又是通過輸出電路送到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)外部控制功能[11]。（1）輸入接口電路

各種PC輸入電路結(jié)構(gòu)大都相同，其輸入方式有三種： 接口輸入12V或24V 交流輸入100V~200V或200V~240V

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交直流輸入 交直流12V或24V（2）輸出接口電路

為適應(yīng)不同的負(fù)載需要，各類PLC有三種輸出方式： 繼電器輸出 晶體管輸出 晶閘管輸出（3）電源單元

PLC對(duì)供電電源要求不高，可直接采用普通單相交流電。允許電源電壓額定值在+10%~-15%范圍內(nèi)波動(dòng)。4.2.2 編輯器

編輯器用作用戶程序編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過鍵盤去調(diào)用和顯示PC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它接口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話連接。它可分為簡(jiǎn)易型和智能型兩種。前者只能用于聯(lián)機(jī)編程，后者既可聯(lián)機(jī)又可脫機(jī)編程。4.2.3 I/O擴(kuò)展和其他外圍設(shè)備

1．I/O擴(kuò)展機(jī)用來擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)

當(dāng)用戶所需的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)超過主機(jī)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，就要加I/O擴(kuò)展機(jī)來擴(kuò)展。

2．其他外圍設(shè)備

根據(jù)系統(tǒng)控制的需要，PLC還可以通過自身的專用通信接口連接一些其他外圍設(shè)備。[12]

4.3 PLC的基本工作原理和工作方式

PLC是采用周期性循環(huán)掃描，集中輸入和集中輸出的工作方式。這種工作方式的顯著特點(diǎn)：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，但響應(yīng)滯后、速度慢，也就是說PLC以降低速度求得高可靠性。PLC處于（停止）工作狀態(tài)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容，一旦進(jìn)入（運(yùn)行）狀態(tài)，就采用周期性循環(huán)掃描方式執(zhí)行用戶程序。在正常情況下，一個(gè)用戶程序掃描周期分為三個(gè)階段組成。1．輸入采樣階段

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PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。所以一般來說，輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)少秒周期，否則很可能造成信號(hào)的丟失。2．程序執(zhí)行階段

根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，一般來說，PLC按從左到右，從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)的元件的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對(duì)元件映像寄存器來說，每一個(gè)元件的狀態(tài)會(huì)隨著程序而變化。3．輸出處理階段

在所有程序指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

4.4 硬件介紹

具體硬件配置如下：西門子S7-300 CPU313一塊，SM321、SM322的數(shù)字量模塊各一臺(tái)，SM331S、M332模擬量模塊各一塊；德國(guó)普羅明特溫度傳感器——變送器兩支，濁度儀、pH儀、余氯儀各一臺(tái)；高溫電動(dòng)伺服閥一臺(tái)；精確計(jì)量泵四臺(tái)；循環(huán)水泵兩臺(tái)；控制柜（定制）一臺(tái)。

CPU313最大數(shù)字量I/O點(diǎn)128個(gè)，最大模擬量I/O點(diǎn)32個(gè)，可連接8塊模板。內(nèi)置20KBRAM最大可擴(kuò)展512KB FLASHEPROM存儲(chǔ)卡，64個(gè)計(jì)數(shù)器128個(gè)定時(shí)器。具有PID控制器。具有MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。4.4.1 數(shù)字量模塊

S7-300有多種型號(hào)的數(shù)字量I/O模塊可供選擇 1．SM321數(shù)字量輸入模塊

SM321數(shù)值量輸入模塊主要有4種模塊可供選擇，即直流16點(diǎn)輸入、直流32點(diǎn)輸入、交流8點(diǎn)輸入、交流16點(diǎn)輸入模塊。另外，還提供了直流16點(diǎn)輸入帶過程診斷和

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中斷的模塊、直流8點(diǎn)輸入帶源輸入模板，交流32點(diǎn)輸入模板。2．SM322數(shù)字量輸出模塊

SM322數(shù)值量輸出模塊經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，信號(hào)可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)，燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等。按負(fù)載回路使用電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交支流兩用輸出模塊。按輸出開關(guān)的種類不同又可分為：晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器觸電輸出方式。

SM322數(shù)字量輸出模塊有7種型號(hào)輸出模板可供選擇，即16點(diǎn)晶體管輸出.、32點(diǎn)晶體管輸出、16點(diǎn)晶閘管輸出、8點(diǎn)晶閘管輸出、8點(diǎn)繼電器輸出和16點(diǎn)繼電器輸出模塊。選擇模塊時(shí)，因每個(gè)模塊的端子共地情況不同，應(yīng)根據(jù)模塊輸出類型和現(xiàn)場(chǎng)輸出信號(hào)負(fù)載回路的供電情況選擇。3．SM323數(shù)字量I/O模塊

此模塊有兩種類型，一種是8個(gè)共地輸入端和8個(gè)共地端，另一種上一帶有16個(gè)共地輸入端和16個(gè)共地輸出端，兩種模塊特性相同。I/O額定負(fù)載電壓DC24V，輸入電壓“1”信號(hào)電平為11V~30V，“0”信號(hào)電平為-3V~+5V。I/O通過光耦合器與背板總線隔離。輸出具有短路保護(hù)。4.4.2 模擬量模塊

1．SM331模擬量輸入模塊

SM331模擬量輸入模塊目前有三種規(guī)格型號(hào)：既8AI×12位模塊、8AI×16位模塊和2AI×12位模塊。其中具有12位的輸入模塊除通道數(shù)不一樣外，其工作原理、性能、參數(shù)設(shè)置等個(gè)方面都完全一樣。

SM331輸入模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路恒流源、光電隔離部件、邏輯電路組成。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可使用STEP7組態(tài)工具屏蔽掉不用的模擬量通道。

SM331的每?jī)蓚€(gè)聽到構(gòu)成一個(gè)通道輸入組，可以按通道輸入組任意選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍。模塊上需要接DC24V的負(fù)載電壓L+，有反接性保護(hù)功能；對(duì)于變送器或熱電偶的輸入具有短路保護(hù)功能。2．模擬量輸出模塊

SM322模擬量輸出模塊目前有三種規(guī)格型號(hào)：既4AO×12位模塊、2AO×12位模塊、4AO×16位模塊。其中具有12位的輸出模塊除通道數(shù)不一樣外，其工作原理、性能、參

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第 21 頁

數(shù)、設(shè)置等各方面都完全一樣。

這里4AO×12位模擬量輸出模塊為代表介紹SM332。SM332，4×12位模擬量輸出模塊，上有4個(gè)通道，每個(gè)通道都可以單獨(dú)編程為電壓輸出或電流輸出，輸出精度為12位，模塊對(duì)CPU背板和負(fù)載電壓都有光隔離。在輸出電壓時(shí)，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載相連。3．模擬量I/O模塊

模擬量輸入/輸出模塊有兩種規(guī)格：一種是4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為8位：另一種也是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為12位。輸入范圍為0V~10V或0mA~20mA。

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第 22 頁 操作與軟件部分

5.1 水循環(huán)控制過程

當(dāng)按下按鈕SB0時(shí)，系統(tǒng)開始啟動(dòng)，按下SB1水循環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，首先1號(hào)泵得電運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)1號(hào)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，PLC內(nèi)部計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)8小時(shí)后將自動(dòng)切換到2號(hào)泵，當(dāng)其中某一個(gè)泵運(yùn)轉(zhuǎn)的期間有故障非正常停泵，PLC內(nèi)部設(shè)有監(jiān)控裝置，比如當(dāng)1號(hào)泵非正常停轉(zhuǎn)，PLC回在10秒鐘后自動(dòng)啟動(dòng)2號(hào)泵，當(dāng)2號(hào)泵非正常停泵時(shí)，其內(nèi)部指令也會(huì)在10秒鐘后自動(dòng)啟動(dòng)1好泵，兩臺(tái)泵互為備用。

總停開關(guān)SB2，當(dāng)想停止運(yùn)轉(zhuǎn)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，可以通過此按鈕停止所有動(dòng)作，當(dāng)按下此鍵后PLC內(nèi)部有個(gè)切斷兩臺(tái)水泵的中間繼電器，當(dāng)其得電時(shí)，兩臺(tái)水泵將失去供電而停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

手動(dòng)加反沖洗部分，當(dāng)按鈕SB3按下后2號(hào)泵會(huì)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)下按鈕SB5時(shí)，可以停止2號(hào)泵，當(dāng)按下按鈕SB4后1號(hào)泵開始運(yùn)轉(zhuǎn)，如果想停止運(yùn)轉(zhuǎn)可按按鈕SB6，則1號(hào)泵也會(huì)停止下來。按下SB8可以進(jìn)行反沖洗過程，按下SB7結(jié)束反沖洗過程。

整個(gè)水循環(huán)控制過程：水循環(huán)主程序開始，啟動(dòng)準(zhǔn)備，當(dāng)無異常發(fā)生將進(jìn)行自動(dòng)控制，自動(dòng)控制過程中可以切換到手動(dòng)部分，由于手動(dòng)操作直接簡(jiǎn)單就不在這里闡述了，當(dāng)自動(dòng)控制開始后首先啟動(dòng)1號(hào)泵，1號(hào)泵檢測(cè)如果沒有故障則開始進(jìn)行計(jì)時(shí)當(dāng)計(jì)時(shí)8小時(shí)后1號(hào)泵停轉(zhuǎn)，自動(dòng)切換到2號(hào)泵，2號(hào)泵也將進(jìn)行檢測(cè)如果沒有故障也將進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)8小時(shí)后自動(dòng)切回1號(hào)泵，如果1號(hào)泵發(fā)生故障系統(tǒng)將決定是否停泵，如果停泵，經(jīng)過10秒鐘后切換到另一臺(tái)泵繼續(xù)工作，如果不需要停泵，系統(tǒng)將跳回啟動(dòng)泵的位置，重新進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)整個(gè)水循環(huán)過程不需要時(shí)可以停止系統(tǒng)，則水循環(huán)主程序結(jié)束。

根據(jù)第二章水循環(huán)主程序流程圖（2.1），寫出控制梯形圖程序（自動(dòng)程序段），見附錄。

其中T37為定時(shí)器PT為80s，1號(hào)泵和2號(hào)泵8小時(shí)長(zhǎng)延時(shí)計(jì)時(shí)器，前8小時(shí)計(jì)時(shí)器由T37和C20組成： 80×360/3600=8h，Q0.2輸出到1號(hào)泵接觸器，M0.2為1號(hào)泵自動(dòng)中繼，M2.0為反沖洗中繼，M2.2為1號(hào)泵手動(dòng)中繼。Q0.3輸出到2號(hào)泵接觸器，M0.3為2號(hào)泵自動(dòng)中繼，M2.0為反沖洗中繼，M2.3為2號(hào)泵手動(dòng)中繼。

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第 23 頁

5.2 恒溫加熱部分控制

當(dāng)水循環(huán)過程開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，可對(duì)水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，當(dāng)按下按鈕SB9后，他通過設(shè)置在PLC內(nèi)部的子程序來完成對(duì)溫度的監(jiān)控與顯示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水溫發(fā)生過高或者過低時(shí)，可通過按鈕SB10，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)溫度，當(dāng)兩個(gè)按鈕都按下后，系統(tǒng)將很快很穩(wěn)定的把溫度調(diào)節(jié)在規(guī)定范圍以內(nèi)，由于他是不間斷監(jiān)控，所以調(diào)節(jié)速度會(huì)很快，SB10按鈕是通過控制PLC內(nèi)部的一個(gè)繼電器來控制伺服蒸汽閥的，省略了人為調(diào)節(jié)過程，也避免了人為造作的超調(diào)量過高。其中SB9、SB10必須在水循環(huán)系統(tǒng)開始以后才可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

當(dāng)池水溫度過高或者過低時(shí)，通過出池口水溫的測(cè)量，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)是否報(bào)警，此系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為23.5度，最低為20度，最高45度，如果超過45度或者低于20度，系統(tǒng)將發(fā)出響鈴報(bào)警。

恒溫及加熱系統(tǒng)主程序、子程序及中斷部分梯形圖見附錄。

其中I2.3由控制按鈕操作，M22.3由按鈕操作，開機(jī)運(yùn)行中調(diào)用子程序。溫度設(shè)定值=0.388對(duì)應(yīng)溫度值為23.5度，當(dāng)PIW308≤11520時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)換成溫度值為20度，當(dāng)PIW308≥17920時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)換成溫度值為45度，將這些數(shù)值編入程序，使伺服控制器定量控制蒸汽流量，使進(jìn)水管與出水管溫差不會(huì)過大。

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結(jié) 論

本設(shè)計(jì)通過對(duì)水處理工藝流程的研究，做出了水處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的PLC控制程序和引入PID溫度控制對(duì)恒溫及加熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且完成了對(duì)各環(huán)節(jié)控制程序的調(diào)試工作。PLC技術(shù)的應(yīng)用使游泳池水處理的全自動(dòng)可視化控制成為可能，使水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化水平及控制系統(tǒng)的可靠性、智能性和安全性都得到提高，很好地滿足了人們對(duì)現(xiàn)代化游泳場(chǎng)館的需要。同時(shí)也降低了能耗，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了管理效率。本系統(tǒng)采用 S7-300可編程控制器，很好地完成了預(yù)定的控制任務(wù)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有非常好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

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致 謝

經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里要感謝我的導(dǎo)師李福云老師。李老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是李老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩李老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。最后感謝電信學(xué)院和我的母校—遼寧科技大學(xué)四年來對(duì)我的大力栽培。

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參考文獻(xiàn)

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附 錄

OB1 游泳池水處理主程序

NETWORK 1 I0.0I0.1I0.4I0.7M0.0M0.0

NETWORK 2 M0.0ENFC100ENOFC101ENENO

NETWORK 3 I1.3M0.2I1.4M0.0M21.4M5.0M5.0M0.3

NETWORK 4 M5.0M5.1Q1.1

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FC100 水循環(huán)系統(tǒng)程序 NETWORK 1 M0.1I0.3M1.0I0.4I0.5M0.3M2.0M0.2M0.2M1.6T40I0.6M1.1I0.7I0.1M0.2M2.0M0.3M0.3M1.5T38

NETWORK 2

Q0.2I0.4M0.1T39M0.4M0.4

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NETWORK 3

T38M0.4Q0.2S_ODTSSQM4.0S5T#10STVBIT39RBCD

NETWORK 4

T39T38S_ODTSSQM4.1S5T#1STVBIT39RBCD

NETWORK 5 T38M1.1M1.5M1.5

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NETWORK 6 Q0.3I0.7M0.1T40M0.5M0.5

NETWORK 7 M0.5Q0.2ST40M4.2S_ODTSQS5T#10STVBIT41RBCD

NETWORK 8

T41T40S_ODTSSQM4.3S5T#1STVBIT41RBCD

NET WORK 9 T40M1.0M1.6M1.6

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NETWORK 10

T37M0.1T37S_ODTSSQM4.4S5T#1H20MTVBIT37RBCD

NETWORK 11

C20T37C21S_CDCDQM4.5M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

NETWORK 12 T37C20CDC21S_CDQM4.6M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

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第 32 頁

NETWORK 13 M0.1C20M1.0C21M1.1

NETWORK 14 M0.1I0.1I1.1I0.4M2.2M0.2I0.2I1.2I0.7M2.3M0.3I1.3I1.4I0.4I0.5M2.0M2.0

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第 33 頁

NETWORK 15 M0.2Q0.2M2.0M2.2

NETWORK 16 M0.3Q0.3M2.0M2.3FC101水質(zhì)檢測(cè)及投藥控制系統(tǒng)主程序 NETWORK 1 FC102ENENO

NETWORK 2 M9.0M9.1FC103ENENO

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第 34 頁

NETWORK 3 M0.3CMP ≤ IM5.2M0.2MW420IN1

9953IN2CMP ≤ IM5.4MW420IN114377IN2M5.4M5.2M5.5M5.5T44M5.5S_ODTSSQS5T#3STVBIT44RBCDT44M5.6

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第 35 頁

NETWORK 4 M5.5Q0.5M8.0

NETWORK 5 M5.6Q0.4M8.1

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第 36 頁

FC101 濁度平均值計(jì)算初始化

設(shè)置采樣次數(shù) NETWORK 1 I0.0M0.0PENMOVEENO0INOUTMW400ENMOVEENO256INOUTMW402ENMOVEENO0INOUTMW410ENMOVEENO0INOUTMW414ENMOVEENO0INOUTMW418

FC103 計(jì)算濁度采樣平均值 NETWORK 1

M0.0ENPIW304INMOVEENOOUTMW412

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NETWORK 2 CMP ≥ IENMW4120IN1IN20INMOVEENOOUTMW410

NETWORK 3 M0.0ENADD_DIENOOUTMD414MD410IN1MD414IN2ADD_DIENENOOUTMW400MW400IN11IN2

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NETWORK 4

CMP ≥ IMW400IN1MW402IN2

I_DIENENOMW402INOUTMD402MOVEENENOMD414INOUTMD418DIV_DIENENOMD408IN1OUTMD418MD402IN2MOVEENENO0INOUTMD414MOVEENENO0INOUTMW400

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OB35 PID溫度控制 NETWORK 1 M5.0ENCOM_RESTMAN_ONM0.0M0.0M0.0PVPER_ONP_SELI_SELINT_HOLDI_ITL_OND_SELT#200MS3.880000e+001CYCLESP_INTPV_INPIW306PV_PERMAN1.000000e+000T#10MGAINTITDTM_LAGDEADB_W1.000000e+0020.000000e+000LMN_HLMLMN_LLMPV_FACPV_OFFLMN_FACLMN_OFFI_ITLVALDISVENOLMNLMN_PERQLMN_HLMQLMN_LLMLMN_PLMN_ILMN_DPVERPQW2889.700000e+0013.000000e+000

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第三篇：太陽能電池(光電材料)IPCEQE量子效率光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)

太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)

太陽能電池測(cè)試行業(yè)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)，使得我公司太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)始終處于行業(yè)領(lǐng)先位置。符合IEC, JIS, ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我公司太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性和重復(fù)性。

作為光伏器件廠商和科研工作者，為了獲得高效的產(chǎn)品，就需要一套高性能太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)來幫助完成產(chǎn)品改進(jìn)。我公司太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)可以出色的完成測(cè)試太陽能電池（光電材料）的IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)，進(jìn)而幫助廠商和科研工作者分析改進(jìn)太陽能電池加工制造材料和工藝等。

目前，石油、天然氣等不可再生能源價(jià)格的居高不下，使得人類對(duì)太陽能電池（光電材料）的研究開發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新的階段，國(guó)內(nèi)很多實(shí)驗(yàn)室和科研院校也都加緊了對(duì)太陽能電池材料（光電材料）的研究和開發(fā)。

太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試作為太陽能電池（光電材料）研究開發(fā)的一個(gè)環(huán)節(jié)，至關(guān)重要，需要專業(yè)的測(cè)試系統(tǒng)來完成。針對(duì)當(dāng)前人們對(duì)太陽能電池材料（光電材料）的研究和開發(fā)，以及太陽能電池（光電材料）研究人員搭建太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的耗時(shí)耗力，我公司特推出太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，并已在很多太陽能電池材料（光電材料）研究、測(cè)試實(shí)驗(yàn)室廣泛使用。

一、我公司太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：

1.技術(shù)服務(wù)全面

我公司始終把客戶需求擺在首要位置，針對(duì)客戶特殊需求量身定做，為客戶提供全套解決方案，終身提供技術(shù)服務(wù)，為客戶節(jié)省了搭建太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)所消耗的時(shí)間和人力物力，同時(shí)也得到了客戶的一致好評(píng)。

2.針對(duì)性強(qiáng)

憑借雄厚的光電技術(shù)知識(shí)和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同類型的太陽能電池（光電材料）以及客戶對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的不同需求，我公司對(duì)太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)也做出了相應(yīng)的調(diào)整，以達(dá)到較好的測(cè)試效果。目前，針對(duì)硅太陽能電池、染料敏化太陽能電池、多元化合物為材料的太陽能電池、功能高分子材料制備的大陽能電池、納米晶太陽能電池等不同的太陽能電池，我公司也都搭建了不同的測(cè)試系統(tǒng)。

3.性價(jià)比高

我公司太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)采用國(guó)外知名公司儀器集成，信噪比高，性能穩(wěn)定，技術(shù)先進(jìn)，對(duì)太陽能電池（光電材料）的IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，過程簡(jiǎn)單方便，測(cè)試結(jié)果在行業(yè)內(nèi)也會(huì)具有一定的權(quán)威性和說服力。同時(shí)，我公司推出的整套太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)具有很高的性價(jià)比。

4.成熟的太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)

憑借測(cè)試系統(tǒng)的高性價(jià)比以及全面的技術(shù)服務(wù)，我公司太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)很多單位的實(shí)驗(yàn)室投入使用，包括清華大學(xué)等知名大學(xué)、國(guó)家權(quán)威的太陽能計(jì)量單位、中國(guó)科學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)以及眾多的太陽能相關(guān)企業(yè)，經(jīng)過大量客戶對(duì)我公司太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的使用，證明了我公司的太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的成熟。

二、太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該系統(tǒng)可以測(cè)試各種光電器件，包括p-n節(jié)和染料敏化太陽能電池（DSSCs）。

系統(tǒng)中包括光源，單色儀，濾光片，和光學(xué)模塊，用以在光電器件上形成輻射，同時(shí)一個(gè)偏置光也會(huì)被加在器件上，用來模擬最終使用條件。計(jì)算機(jī)連接單色儀，數(shù)據(jù)采集設(shè)備，完成信號(hào)轉(zhuǎn)換，校準(zhǔn)，保存測(cè)試數(shù)據(jù)，并生成報(bào)告。不同的系統(tǒng)包含不同的配置，并且有不各種不同的選項(xiàng)配置。

1.預(yù)選的太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)配置

2.簡(jiǎn)單靈活的太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試軟件

3.各種光源作為選項(xiàng)以滿足不同的測(cè)試要求

4.Stanford光學(xué)斬波器和鎖相放大器保證高信噪比

5.經(jīng)權(quán)威部門校準(zhǔn)過的標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器

6.太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試夾具

憑借太陽能電池（光電材料）測(cè)試行業(yè)的長(zhǎng)期積累，我們已將太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)系統(tǒng)做到最優(yōu)化。該系統(tǒng)可以測(cè)試各種太陽能電池、探測(cè)器、光電轉(zhuǎn)換器件的IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)。系統(tǒng)中集成了最優(yōu)的測(cè)試部件，可以出色的完成太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試，滿足用戶的不同測(cè)試要求。

什么是太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)？

太陽能電池（光電材料）光譜響應(yīng)測(cè)試，或稱量子效率QE（Quantum Efficiency）測(cè)試，或光電轉(zhuǎn)化效率IPCE(Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency)測(cè)試等，廣義來說，就是測(cè)量太陽能電池（光電材料）的光電特性在不同波長(zhǎng)光照條件下的數(shù)值，所謂光電特性包括：光生電流、光導(dǎo)等。量子效率QE（Quantum Efficiency）和光電轉(zhuǎn)化效率IPCE(Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency)是指太陽能電池（光電材料）產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)目與入射到太陽能電池（光電材料）表面的光子數(shù)目之比。通常，我們所說的太陽能電池（光電材料）量子效率QE（Quantum Efficiency）都是指外量子效率EQE（External Quantum Efficiency），也就是說太陽能電池（光電材料）表面的光子反射損失是不被考慮的。太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試對(duì)于太陽能電池（光電材料）的研究至關(guān)重要，因?yàn)樘柲茈姵兀ü怆姴牧希┰谔柟饨M成比例最大的波段具有最大IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)是非常重要的。

如何測(cè)試太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)？

該太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，由寬帶光源、單色儀、信號(hào)放大模塊、光強(qiáng)校準(zhǔn)模塊、計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集處理模塊組成。我們可以與用戶密切協(xié)作，根據(jù)用戶需要測(cè)試的樣品的類型、測(cè)試指標(biāo)、測(cè)試條件，設(shè)計(jì)和組建最適合每個(gè)客戶測(cè)試需要的系統(tǒng)。

標(biāo)準(zhǔn)配置

a.計(jì)算機(jī)控制全自動(dòng)三光柵單色儀／雙單色儀

b.計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)濾光輪配備合適的級(jí)差濾光片，用以消除二級(jí)衍射雜散光

c.經(jīng)過權(quán)威部門校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器

d.測(cè)試單色光輻射強(qiáng)度，測(cè)試太陽能電池（光電材料）IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)

e.簡(jiǎn)單易用的軟件，友好的界面

f.標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試波段為350-1100nm，其它波段作為擴(kuò)展選項(xiàng)

g.單色光光譜帶寬0.06-18nm可調(diào)

h.測(cè)試步長(zhǎng)可選，默認(rèn)為5nm

i.通過參考光譜計(jì)算單色光輻射強(qiáng)度

j.測(cè)試夾具

k.安裝培訓(xùn)

系統(tǒng)選項(xiàng)

a.偏置光源

b.多節(jié)太陽能電池（雙節(jié)太陽能電池和三節(jié)太陽能電池）測(cè)試

c.溫度控制樣品測(cè)試平臺(tái)

d.真空吸附樣品臺(tái)

e.反射率、透射率以及內(nèi)量子效率測(cè)試

f.185-350，1100-1700nm，1700-2500nm測(cè)試擴(kuò)展

g.特殊定制測(cè)試夾具

h.特殊定制太陽能電池測(cè)試系統(tǒng)

系統(tǒng)組件

光源

鎢燈光源，350-2600nm，穩(wěn)定性高（<0.5%），光譜曲線平滑

氙燈光源，250-2200nm，高強(qiáng)度輻射

氘燈光源，185-400nm，深紫外光源，穩(wěn)定性高，光譜曲線平滑

復(fù)合光源，185-2600nm，計(jì)算機(jī)控制，光譜范圍寬，測(cè)試方便

單色儀

1/4米雙單色儀，超低雜散光（< 10-9），高分辨率（相加模式<0.04nm；相減模式0.06nm），計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)狹縫，全部計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化。

鎖相放大器和光學(xué)斬波器

斯坦福（Stanford Research Systems），世界頂級(jí)儀器，高信噪比

SR540 —光學(xué)斬波器 Optical Chopper System

SR830 —數(shù)字鎖相放大器100 kHz DSP Lock-In Amplifier 電流前置放大器

電流前置放大器后接鎖相放大器，BNC輸入和輸出。當(dāng)系統(tǒng)中加載偏置光源以后，最好就不要再使用前置放大器了。

光學(xué)模塊和光路系統(tǒng)

增強(qiáng)輻射強(qiáng)度，提高信噪比，聚焦輻射到樣品上，輻射面積可調(diào)。

光學(xué)暗室

光封閉，內(nèi)含光路系統(tǒng)，樣品臺(tái)高度可調(diào)，可以控制測(cè)試溫度（選項(xiàng)），可以真空吸附（選項(xiàng)）

標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器

350-1100nm（其它波段作為選項(xiàng)），附帶校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

系統(tǒng)說明書

介紹測(cè)試背景、安裝說明和測(cè)試步驟

自動(dòng)濾光輪和級(jí)差濾光片

計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)濾光輪，配備級(jí)差濾光片，消除二級(jí)衍射雜散光。

系統(tǒng)軟件

儀器控制完全自動(dòng)化（單色儀、自動(dòng)濾光輪、數(shù)據(jù)采集）

數(shù)據(jù)采集、繪制曲線、數(shù)據(jù)處理保存

交流測(cè)試模式

前置放大器

光學(xué)斬波器

數(shù)字鎖相放大器

直流測(cè)試模式

高靈敏度測(cè)試表

單節(jié)太陽能電池IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試曲線示例

三節(jié)太陽能電池IPCE/QE/量子效率/光譜響應(yīng)測(cè)試曲線示例

第四篇：自動(dòng)售貨機(jī)的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

自動(dòng)售貨機(jī)的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為了幾個(gè)程序塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說明了可編程序控制在自動(dòng)售貨機(jī)忠的作用。程序涉及到了自動(dòng)售貨機(jī)工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵字

自動(dòng)售貨機(jī)；可編程控制器；梯形圖

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

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

目錄

·摘要…………………………………………………………………………………1 ·前言…………………………………………………………………………………3 ·第一章 自動(dòng)售貨機(jī)的介紹………………………………………………………...4 ·1.1自動(dòng)售貨機(jī)功能分析…………………………………………………………..4 ·1.1.1自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能……………………………………………………...4 ·1.2 PLC的選型原理………………………………………………………………..5 ·1.3 PLC的概論……………………………………………………………………..6 ·1.3.1 PLC的產(chǎn)生…………………………………………………………………...6 ·1.3.2 PLC的定義…………………………………………………………………...6 ·1.3.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………………...7 ·1.3.4 PLC的特點(diǎn)…………………………………………………………………...8 ·1.3.5 PLC的基本功能……………………………………………………………...9 ·1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)和原理………………………………………………………10 ·1.4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)…………………………………………………………….10 ·1.4.2 PLC各部分的作用………………………………………………………….10 ·1.5 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品—FP1-C24介紹……………………………12 ·1.5.1 FP1-C24的組成各部分……………………………………………………..13 ·1.5.2 技術(shù)性能……………………………………………………………………14 ·第二章

PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………….14 ·2.1 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則………………………………………...14 ·2.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則…………………………………………………………14 ·2.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容…………………………………………………14 ·2.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟…………………………………………………15 ·2.1.4 編寫梯形圖的注意事項(xiàng)……………………………………………………15 ·2.1.5 程序設(shè)計(jì)的步驟……………………………………………………………15 ·第三章

自動(dòng)售貨機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)……………………………………………16 ·3.1 仿真實(shí)驗(yàn)中的售貨機(jī)的分析………………………………………………...16 ·3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)的確定……………………………………………………………...18 ·3.3 程序設(shè)計(jì)部分………………………………………………………………...18 ·3.3.1 程序設(shè)計(jì)說明………………………………………………………………19 ·3.3.2 PLC 程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………19 ·3.4 仿真界面與PLC……………………………………………………………...28 ·3.5 數(shù)據(jù)連接……………………………………………………………………...32 ·3.5.1 定義I/O設(shè)備……………………………………………………………….32 ·3.5.2 設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………34 ·3.5.3 運(yùn)行…………………………………………………………………………37 ·4 結(jié)束語…………………………………………………………………………38 ·致謝………………………………………………………………………………..39 ·參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………..39

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

前言

從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對(duì)的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場(chǎng)地的局限性以及購物的便利性等因素的制約，無人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。

從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機(jī)械，從狹義來講就是自動(dòng)銷售商品的機(jī)械。從供給的條件看，自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時(shí)無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本小、面積小，有吸引人們購物的好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用上升的問題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

據(jù)說世界上最早的自動(dòng)售貨機(jī)出現(xiàn)在公元前3世紀(jì)，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機(jī)。17世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。在自動(dòng)售貨機(jī)歷史的長(zhǎng)河里，日本開發(fā)出實(shí)用型的自動(dòng)售貨機(jī)，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。日本第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)是1904年問世的“郵票明信片自動(dòng)售貨機(jī)“，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，”噴水型果汁自動(dòng)售貨機(jī)“大手歡迎，果汁杯注入在紙杯里出售。后來，由于美國(guó)的飲料大公司進(jìn)入日本市場(chǎng)，1962年，出現(xiàn)了以自動(dòng)售貨機(jī)主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全改為硬幣，從而促進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)在，自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過電話線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的庫存信息及時(shí)地傳送到各營(yíng)業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動(dòng)售貨機(jī)的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時(shí)，這種機(jī)型的自動(dòng)售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀態(tài)下也能保持低溫，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)省10—15%的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。因經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢，社會(huì)對(duì)擴(kuò)大就業(yè)與工作場(chǎng)所所提供的茶點(diǎn)飲料的福利事業(yè)更為關(guān)注。自動(dòng)售貨機(jī)不僅保障了愜意的工作時(shí)間，也是最廉價(jià)、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在24小時(shí)無休工作狀態(tài)中的辦公場(chǎng)所，使用獨(dú)具魅力的迷你型飲料沖飲機(jī)解決了不間斷提供咖啡飲料服務(wù)的問題，這種服務(wù)加速了自動(dòng)售貨機(jī)與咖啡飲品服務(wù)的融合。1999年的全美自動(dòng)售貨機(jī)協(xié)會(huì)和全美咖啡服務(wù)協(xié)會(huì)的合并使人們更直觀地看到了這種融合的現(xiàn)象。

日本是自動(dòng)售貨機(jī)的天堂。出了雞蛋、米飯之外，報(bào)紙、雜志、一次性相機(jī)、干電池、磁帶、刮胡刀、襪子、花及寵物食品等各種商品都通過自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行銷售。連熟知自動(dòng)售貨機(jī)的美國(guó)游客在日本看到10臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)排成一列的景象后，也是連聲稱奇。

韓國(guó)大約有78萬臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，是除了日本、美國(guó)、英國(guó)之外自動(dòng)售貨機(jī)使用數(shù)量最多的國(guó)家。從不同的種類來看，咖咖啡茶的自動(dòng)售貨機(jī)約占全部售貨機(jī)的40%以上；另外，還有冰飲料自動(dòng)售貨機(jī)、聽裝飲料自動(dòng)售貨機(jī)、成人用品自動(dòng)售貨機(jī)、生活用品自動(dòng)售貨機(jī)、煙、方便面自動(dòng)售貨機(jī)等多種。主要的設(shè)置場(chǎng)所包括學(xué)校、樓房、公共機(jī)關(guān)、地鐵、公共汽車站、公園、體育場(chǎng)、展示場(chǎng)、工廠等。運(yùn)營(yíng)自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的公司全國(guó)大約有800余個(gè)，而銷售自動(dòng)售貨機(jī)原料、商品流通、機(jī)械銷售的公司大約達(dá)到了1150個(gè)。

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第一章 自動(dòng)售貨機(jī)的介紹

1.1自動(dòng)售貨機(jī)功能分析

這部分闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的各種動(dòng)作功能和控制要求，給出了完整的自動(dòng)售貨機(jī)操作規(guī)章，并介紹了自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)所包括的人工操作步驟。

1.1.1自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能

在進(jìn)行上、下位機(jī)程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動(dòng)售貨機(jī)本身所具備的功能及在進(jìn)行某種操作后具有的狀態(tài)。

在實(shí)際生活照，我們見到的售貨機(jī)可以銷售一些簡(jiǎn)單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機(jī)的基本功能就是投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠買某種商品，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說明，列如：售貨機(jī)中有8種商品，其中01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為2.60元，02號(hào)商品為3.50元，其余類推?，F(xiàn)投入1個(gè)1元銀幣，當(dāng)投入的貨幣超過01商品的價(jià)格時(shí)，01商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購買，其他商品同比。當(dāng)按下選擇01商品的價(jià)格時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取01號(hào)商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令。如繼續(xù)交易，則同上。如果此時(shí)不在購買而按下退幣按鈕，售貨機(jī)則要進(jìn)行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的 出發(fā)運(yùn)算，這是它內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)完整的收獲、退幣功能。自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖如圖1所示。

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1.2 PLC的選型原則

當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇哪個(gè)的PLC及外設(shè)。

對(duì)第一個(gè)問題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或者是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之間既有交流220V的接觸器、電磁閥、又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出端數(shù)有可能呢大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組公用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用，則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，成本增加。所以要盡可能所則相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點(diǎn)的晶體管輸出的PLC了。

對(duì)于第二問題，則有以下幾個(gè)方面的考慮:(1)功能方面

所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求‘或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。

(2)價(jià)格方面

不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因素。

(3)PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。

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1.3 PLC的 概述

1.3.1 PLC的產(chǎn)生

20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系聯(lián)系起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制機(jī)系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在空也控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。

20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更換，它必要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置，為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求。1968年美國(guó)通用汽車公司向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：

（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)（3）可靠性高于繼電接觸器控制系統(tǒng)（4）體積小于繼電器控制盤

（5）數(shù)據(jù)可直接送人管理計(jì)算機(jī)（6）成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)（7）輸入可以是交流150V以上

（8）輸出為交流115V容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小

（10）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝備過程的需要）

十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。

1.3.2 PLC的定義

美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出以下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或者生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原理而設(shè)計(jì)。

定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是去唄與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，它也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算

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等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。

1.3.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)

PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）向小型化、專業(yè)化、低成本方向發(fā)展

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當(dāng)于一本精裝書本的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方向發(fā)展

大型PLC多采用微處理器系統(tǒng)，有的采用32位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲(chǔ)容量大大增加。

（3）智能型I/O模塊的發(fā)展

智能型I/O模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。（4）基于PC的編程軟件取代編程器 隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來越多的用戶使用基于計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對(duì)PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上的模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通用接口的參數(shù)等。（5）PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化

與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。

（6）PLC通信的易用化

PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信號(hào)，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。（7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化

個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。

（8）PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合

現(xiàn)場(chǎng)總線I/O與PLC可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。（9）開發(fā)新型特殊功能模塊

I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。（10）CPU的處理速度進(jìn)一步加快

目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其中高的CPU也不過80486，將來會(huì)全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或者分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。

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1.3.4 PLC的特點(diǎn)

（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面：

1）隔熱：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號(hào)。這種光電隔離措施，是外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾對(duì)于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。

2）濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。

3）對(duì)內(nèi)部電源采用了屏蔽、穩(wěn)壓等保護(hù)措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、WATCHDOG（看門狗）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)時(shí)間超過了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。

5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。

6）對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或者信息部丟失。

7）采用密封、防塵、防震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基礎(chǔ)元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。

（3）編程方便，易于使用

PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編程，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。（4）功能完善

PLC的I/O功能完善，性能可靠，能適應(yīng)于任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的I/O。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及位移寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換以及順序控制功能，而且還具備模擬預(yù)算、顯示、監(jiān)控、掃描以及報(bào)表生成等功能。

（5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短

用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分方便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且以商品化，故

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僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。（6）體積小，維護(hù)操作方便

PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的I/O系統(tǒng)能夠直接的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。（7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化

PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活的組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。

1.3.5 PLC的主要功能

（1）條件控制功能

條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)及其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。（2）定時(shí)/記數(shù)控制功能

定時(shí)/記數(shù)控制功能是指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。（3）數(shù)據(jù)處理功能

數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、比較、位移、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。（4）步進(jìn)控制功能

步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序的操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。

（5）A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能

A/D與D/A轉(zhuǎn)化功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。

（6）運(yùn)動(dòng)控制功能

運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或者多軸運(yùn)動(dòng)控制。

（7）過程控制功能

過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。（8）拓展功能

拓展功能是指通過連接輸入輸出拓展單元（即I/O拓展單元）模塊來增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。（9）遠(yuǎn)程I/O功能

遠(yuǎn)程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸出、輸入設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。（10）通信聯(lián)網(wǎng)功能

通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程

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I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。（11）監(jiān)控功能

監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分地進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。

1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理

1.4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所有其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O拓展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。

如同2所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸出量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)由控制部分輸入和輸出組成。

1.4.2 PLC各部分的作用

（1）中央處理器

CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。控制器的作用是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取出指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下：

① 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程中的語法錯(cuò)誤。

② 采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。③ 按用戶程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。④ 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。⑤ 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。

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（2）存儲(chǔ)器

PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。二大部分是用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。（3）輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。（4）電源

PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。

（5）輸入輸出I/O拓展接口、若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜線將I/O拓展單元與主機(jī)單元相連接。（6）PLC的基本工作原理

PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序直至遇到結(jié)束信號(hào)后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。PLC的掃描全過程如圖3所示。

① 輸入刷新階段

在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。② 程序執(zhí)行階段

在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。③ 輸出刷新階段

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當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)現(xiàn)輸出。

顯然掃描周期的長(zhǎng)短取決于程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會(huì)相應(yīng)地繁盛變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會(huì)發(fā)生變化。這對(duì)于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)相應(yīng)較慢往往要幾個(gè)掃描周期菜響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對(duì)于控制時(shí)間要求較為嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。

1.5 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品—FR1-C24介紹

經(jīng)過從功能和價(jià)格兩個(gè)方面的考慮，發(fā)現(xiàn)松下電工可編程序控制器產(chǎn)品—FR1-C24比較適合自動(dòng)售貨機(jī)。因?yàn)樗且环N功能很強(qiáng)的小型機(jī)，在設(shè)計(jì)的過程中采用先進(jìn)的方法及組件使其通常只有在大型PLC中才具有的功

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能，且具有其他控制器所不具備的功能。雖然是小型機(jī)，但是其功能較完善，性能價(jià)格比高，較適合自動(dòng)售貨機(jī)。

現(xiàn)在就對(duì)FR1-C24的組成各部分和技能做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。在松下電工公司生產(chǎn)的FR系列產(chǎn)品中，F(xiàn)R1屬于小型的PLC產(chǎn)品，其中C24是具有高級(jí)處理功能的型號(hào)。從型號(hào)可以看出FR1-C24可編程序控制器的輸入輸出點(diǎn)數(shù)（即I/O）之和為24.1.5.1 FR1-C24的組成各部分

（1）RS232 該端口能于PC機(jī)通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。（2）運(yùn)行監(jiān)視指示燈

① 當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，“RUN”指示燈亮； ② 當(dāng)控制單元終止執(zhí)行程序時(shí)，“PROG”指示燈亮； ③ 當(dāng)發(fā)生自診斷錯(cuò)誤時(shí)，“ERR”指示燈亮；

④ 當(dāng)檢測(cè)到異常的情況時(shí)或出現(xiàn)“Watchdog”時(shí)，“ALARM”指示燈亮。（3）工作方式選擇開關(guān)

①“RUN”工作方式

當(dāng)開關(guān)扳到這個(gè)檔位時(shí)，控制單元運(yùn)行程序。②“REMOTE”工作方式

在這個(gè)工作方式下，可以使用編程工具改變可編程序控制器的工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式。③“PROG”工作方式

在此方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯(cuò)對(duì)待?？删幊炭刂破鼬Q響報(bào)警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“PROG”工作方式。④輸出端子

C24型的輸出端子有8點(diǎn)。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。⑤直流電源輸出端子

在FP1系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)部均配有一個(gè)供輸入端使用的24V直流電源。⑥輸入端子

C24型的輸入端子有16點(diǎn)。輸入電壓范圍為直流12~24V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。⑦編程工具連接插座（RS422口）

可用此插座經(jīng)專用外設(shè)電纜連接編程工具。⑧波特率選擇開關(guān)

有19 200bp和9 600sbps兩檔，當(dāng)可編程控制器與外部設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的外設(shè)選定波特率。⑨電位器（V0、V1）

電位器（V0、V1）這兩個(gè)電位器可用螺絲刀進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)定。當(dāng)調(diào)節(jié)該點(diǎn)位器時(shí)，PLC內(nèi)部對(duì)應(yīng)的特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9040和DT9041的內(nèi)容在0~255之間變化，相當(dāng)于輸入外部可調(diào)的模擬量。C24有兩個(gè)（V0、V1）。

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⑩ I/O點(diǎn)狀態(tài)指示燈和拓展單元接口插座

用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)輸入觸點(diǎn)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)于這份觸點(diǎn)編號(hào)的輸入指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮（下一排）；當(dāng)某個(gè)輸出繼電器接通時(shí)，對(duì)應(yīng)這個(gè)輸出繼電器編號(hào)的輸出只是發(fā)光二極管點(diǎn)亮（上一排）。拓展單元接口插座用以連接FP1拓展元件及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。

1.5.2 技術(shù)性能

FP1—C24的主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為16/8；最大I/O點(diǎn)數(shù)為104；運(yùn)行速度為1.6μs/步；容量為2720步；基本指令數(shù)為80；高級(jí)指令數(shù)為111；內(nèi)部繼電器為1008點(diǎn)；特殊內(nèi)部繼電器為64點(diǎn)；定時(shí)器/記數(shù)器為144點(diǎn)；數(shù)據(jù)寄存器為1660字；特殊數(shù)據(jù)寄存器為70字；索引寄存器為2字；主控指令為32點(diǎn)；跳轉(zhuǎn)標(biāo)記數(shù)為64點(diǎn)；步進(jìn)數(shù)為128級(jí)；子程序個(gè)數(shù)為16個(gè)；中斷個(gè)數(shù)為9個(gè)程序；輸入濾波時(shí)間為1—128ms。

第二章 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

2.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）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(duì)象的控制對(duì)象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。

（2）在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。

（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。

（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余量。

2.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括：

（1）用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及有輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電

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磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關(guān)數(shù)據(jù)中已有介紹。

（2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點(diǎn)，繪制I/O梯形圖。

（4）設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制程序的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，知道滿足要求為止。（5）必要時(shí)還需要設(shè)計(jì)控制臺(tái)。（6）編制程序系統(tǒng)的技術(shù)文件。

2.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一半步驟

（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。

（2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，以此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（3）選擇PLC系統(tǒng)。

（4）分配PLC的I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O接線圖。

（5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制大的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.1.4 編寫梯形圖的注意事項(xiàng)

（1）輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器。記數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可以多次重復(fù)使用，無需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)。

（2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈終止于右母線。觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時(shí)器、記數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時(shí)候都被執(zhí)行的程序段，可以通過特殊內(nèi)部常閉繼電器或者一個(gè)沒有使用過的內(nèi)部繼電器的常閉觸點(diǎn)來連接。（3）在程序中，不允許同以編號(hào)的線圈兩次輸出。（4）不允許出現(xiàn)橋式電路。

程序的編寫順序應(yīng)該按照自上而下、從左至右的方式編寫。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大下小”。

2.1.5 程序設(shè)計(jì)的步驟

（1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。

（2）設(shè)計(jì)梯形圖。是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。（3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。（4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，知道滿足要求為止。

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（6）帶控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若未滿足要求，再從新修改程序或檢查接線，知道滿意為止。（7）編寫技術(shù)文件。（8）交付使用。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖如圖4所示。

第三章

自動(dòng)售貨機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中售貨機(jī)的分析

由于售貨機(jī)的全部功能時(shí)在上位機(jī)上模擬的，所以售貨機(jī)的部分硬件是由計(jì)算機(jī)軟件來模擬

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圖4 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)置

替代的。如錢幣識(shí)別系統(tǒng)可以用按壓某個(gè)“仿真對(duì)象”輸出一個(gè)脈沖直接給PLC發(fā)布命令而傳動(dòng)系統(tǒng)也是由計(jì)算機(jī)來直接模擬的，這些并不會(huì)影響實(shí)際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實(shí)中自動(dòng)飲料售貨機(jī)的運(yùn)行。（1）試驗(yàn)狀態(tài)假設(shè)

由于是在計(jì)算機(jī)上模擬運(yùn)行，試驗(yàn)中有一些區(qū)別于實(shí)際情況的假設(shè)，本試驗(yàn)中假設(shè)：

① 自動(dòng)飲料售貨機(jī)只可售8種商品。

② 自動(dòng)飲料售貨機(jī)可識(shí)別10元、5元、1元、5角、1角硬幣。

③ 自動(dòng)飲料售貨機(jī)可退幣10元、5元、1元、5角、1角硬幣。

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④ 自動(dòng)飲料售貨機(jī)有液晶顯示功能

⑤ 實(shí)驗(yàn)中售貨機(jī)忽略了各種故障以及缺貨等因素。（2）一次交易過程分析

為了方便分析，我們以一次交易過程為例。

① 初始狀態(tài)。由電子標(biāo)簽顯示各種商品價(jià)格，顯示屏顯示友好界面，此時(shí)不能購買任何商品。

② 投幣狀態(tài)。按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費(fèi)、余額數(shù)值，當(dāng)所投幣值超過商品價(jià)格時(shí)，相應(yīng)價(jià)格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。

③ 購買狀態(tài)。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時(shí)顯示屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費(fèi)情況相應(yīng)變化。取走商品后出貨框消失。

④ 退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時(shí)顯示出應(yīng)退幣值及數(shù)量。按下確認(rèn)鈕，則恢復(fù)初始狀態(tài)。

到此為止，飲料自動(dòng)售貨機(jī)的一個(gè)完整工作過程結(jié)束。

3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)的確定

在清楚飲料自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行工作過程的基礎(chǔ)上，制定出設(shè)計(jì)方案，確定任務(wù)的目標(biāo)，以設(shè)計(jì)出合理的仿真系統(tǒng)。

首先，應(yīng)該做上位機(jī)與下位機(jī)的任務(wù)分工：上位機(jī)主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機(jī)則主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行資料的查找與收集。例如在進(jìn)行仿真界面的設(shè)計(jì)時(shí)可以去觀看一下真正售貨機(jī)的外觀，必要時(shí)可以借助一些宣傳圖片來設(shè)計(jì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)的外型：在進(jìn)行PLC程序的編寫時(shí)需要先分配PLC的I/O點(diǎn)，確定上、下位機(jī)的接口。然后，對(duì)上、下位機(jī)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。最后，進(jìn)行上位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與下位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

另外，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是緊密配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對(duì)象都應(yīng)該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對(duì)象，利用PLC來控制這個(gè)仿真的飲料自動(dòng)售貨機(jī)，仿真的飲料自動(dòng)售貨機(jī)接受PLC的控制指令并完成相應(yīng)的動(dòng)作；另一方面，仿真界面中的仿真飲料自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個(gè)仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)系。

我主要是對(duì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)中的下位機(jī)，也就是主要是對(duì)PLC在其中的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。仿真程序只做了解，雖然只做了解，但是也將在下面有所介紹。清楚了仿真試驗(yàn)的整體設(shè)計(jì)思路，下面就可以開始著手設(shè)計(jì)了。

3.3 程序設(shè)計(jì)部分

這個(gè)部分內(nèi)容是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主體部分。所要完成的任務(wù)是仿真系統(tǒng)的上位機(jī)與下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)，即在上述功能分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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3.3.1 程序設(shè)計(jì)說明

下位機(jī)程序的編制則是利用松下PLC專用編程軟件FPWIN-GR完成的。

在設(shè)計(jì)的過程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立的分別進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中，并沒有將上位機(jī)的設(shè)計(jì)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)整體分開來寫，而是相互交替，同時(shí)盡量清晰的敘述，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)部分中注明是上位機(jī)的設(shè)計(jì)還是下位機(jī)的設(shè)計(jì)。

3.3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

可以把一次交易過程分為幾個(gè)程序塊：運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞；投幣過程；價(jià)格比較過程；選擇商品過程；退幣過程。（1）運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞程序的設(shè)計(jì)

仿真系統(tǒng)運(yùn)行初期，要由PLC向仿真畫面相應(yīng)對(duì)象傳遞已存儲(chǔ)好的價(jià)格，還要給投入顯示、消費(fèi)顯示以及余額顯示存儲(chǔ)器清零，同時(shí)也要給存儲(chǔ)退幣幣值的存儲(chǔ)器清零。程序編制過程中，要用到運(yùn)行初期閉合繼電器R9013、16位數(shù)據(jù)傳送指令F0，同時(shí)在上位機(jī)上ForceControl中，必須定義相應(yīng)的變量，來實(shí)現(xiàn)與PLC程序的對(duì)接。所定義的變量如表1所示。

表1初始狀態(tài)變量表

根據(jù)表1編制PLC程序如圖5所示。

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圖5 運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞程序

在梯形圖程序圖5中，系統(tǒng)初始化時(shí)，通過運(yùn)行初期閉合繼電器R9031在第一次掃描時(shí)將數(shù)值傳遞給上位機(jī)。給WR1-WR11及SV0-SV4賦初值，賦值功能通過高級(jí)指令F0實(shí)現(xiàn)，至于為什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中將介紹他們的作用。（2）投幣過程

在投幣過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應(yīng)的幣值，余額也增加同樣幣制。先建立變量表，在編寫程序。變量表如表2所示。對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖7所示。

表2 投幣過程變量表

在圖中，當(dāng)按下投入1角時(shí)，相當(dāng)于讓R200接通，之所以用一個(gè)微分指令，就是要只在接通時(shí)檢測(cè)一次，不能永遠(yuǎn)加下 去。投入1角要投入顯示、余額顯示

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都相應(yīng)增加相同數(shù)值，加法是由16位加法指令E20來實(shí)現(xiàn)的。投入5角、1元、10元，原理同上。（3）價(jià)格比較過程

價(jià)格的比較要貫穿實(shí)驗(yàn)的始終，只要余額大于某種商品價(jià)格時(shí)，就需要輸出一個(gè)信號(hào)，圖7 投幣過程梯形圖

提示可以購買。這里只要選擇燈代表此信號(hào)。所建立的變量表如表3所示。

表3 價(jià)格比較過程變量表

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根據(jù)變量表和控制要求編寫程序如圖8所示。

在梯形圖8中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)比較，用了一個(gè)特殊內(nèi)部繼電器R9010，在程序執(zhí)行過程中，R9010始終保持閉合，F(xiàn)60是16位數(shù)據(jù)比較指令，用它來比較余額和商品價(jià)格，R900A是大于價(jià)格，R900B是等于標(biāo)志。當(dāng)余額大于等于某種商品價(jià)格時(shí)，程序使相應(yīng)的指示燈閃爍表示可以購買該種商品。

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圖8 價(jià)格比較過程梯形圖

（4）選擇商品過程

當(dāng)投入的幣值可以購買某種商品時(shí)，按下相應(yīng)的“選擇”按鈕即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時(shí)消費(fèi)顯示欄中顯示出已經(jīng)消費(fèi)掉的金額，余額也將扣除已消費(fèi)的幣值，接著余額繼續(xù)與價(jià)格相比較，判斷是否能繼續(xù) 購買。出現(xiàn)在出貨口的商品在沒有取走之前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口的商品隱藏。建立的變量表如表4所示。對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖9所示。

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表4 選擇商品過程變量表

在梯形圖9中，一是要使商品出現(xiàn)在出貨框中，而是要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的貨幣運(yùn)算。以第一步為例，按下選擇01 商品鍵，相當(dāng)于給R205加一個(gè)信號(hào)（只接受一次脈沖，所以用DF微分指令），當(dāng)Y0接通（01商品燈亮)時(shí)，則系統(tǒng)顯示可以購買01商品，購買成功。當(dāng)按下取01商品按鈕時(shí)，R230斷開，不能輸出Y8，代表01商品被取走。內(nèi)部幣值的計(jì)算和是否取走商品無關(guān)，只要按下選擇按鈕，并且可以購買此商品就要從余額中扣除相應(yīng)的金額，顯示消費(fèi)的幣值。加法由F20指令實(shí)現(xiàn)，減法由F25實(shí)現(xiàn)。

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（5）退幣過程

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在退幣過程中，最主要的是完成退幣的運(yùn)算過程，根據(jù)結(jié)果輸出相應(yīng)的錢幣，退幣結(jié)束時(shí)還要使用到的某些寄存器重新賦零，所建立的變量如表5所示，對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖10所示。

表5 退幣過程變量表

整個(gè)退幣過程在按下按鈕（即R20F接通時(shí)）時(shí)執(zhí)行，同樣也用到一個(gè)微分指令，在接收到信號(hào)時(shí)產(chǎn)生一次開關(guān)脈沖，進(jìn)而執(zhí)行一次其下面的指令。F32是除法指令，第一次將余額的幣值除以1000，商存儲(chǔ)于SV0中，作為退幣10的輸出值。余數(shù)則存儲(chǔ)于特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9015中，下次將不能被1000（10元）整除的余數(shù)除以100（5元），商且存儲(chǔ)于SV1中，余數(shù)繼續(xù)下傳，直至被1角除過，由于所投幣值最小是1角，并且商品價(jià)格也確定在整角，所以最終能被1角整除。在程序的初始化時(shí)曾給WR13、WR15、WR17、WR19和WR20賦零，WR13、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中間量，為的只是程序在使用過程中能穩(wěn)定執(zhí)行，避免出現(xiàn)退幣錯(cuò)誤。

為什么要除以1000呢？這主要是考慮到PLC的主要特點(diǎn)是執(zhí)行過程穩(wěn)定可靠，但執(zhí)行速度較慢，在計(jì)算時(shí)盡量將數(shù)值作為整數(shù)計(jì)算，因?yàn)槭窃谟?jì)算機(jī)上模擬，可以把一部分功能交由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，這里把1角當(dāng)作

10、把5角當(dāng)作50、1元當(dāng)作100、5元當(dāng)作500、10元當(dāng)作1000，可以避免把這些數(shù)據(jù)當(dāng)作有小數(shù)點(diǎn)的實(shí)數(shù)計(jì)算，這同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由計(jì)算機(jī)的任務(wù)將在以后敘述。

退幣過程結(jié)束后，PLC要將寄存器中的數(shù)值置回原定得初值0，完成一次交易，防止下一次交易時(shí)出錯(cuò)，還將中間量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5個(gè)過程，自動(dòng)售貨機(jī)的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售貨機(jī)實(shí)現(xiàn)各種要求的功能。

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圖10 退幣過程梯形圖

3.4 仿真界面與PLC的配合定

在這一段中，將仔細(xì)分析仿真界面各部分是如何與PLC連接的。分析過程是按照一次交易的實(shí)際情況來進(jìn)行的，即有初始狀態(tài)、投幣狀態(tài)、購買狀態(tài)、退幣狀態(tài)到交易結(jié)束。（1）初始狀態(tài)

通過分析得知，當(dāng)電子標(biāo)簽顯示各商品的價(jià)格、顯示屏顯示友好界面時(shí)，不能購買任何商品。因此先讓變量poiwindows=0（系統(tǒng)默認(rèn)）。

電子標(biāo)簽中的字符?J.01?（以01商品為例）對(duì)應(yīng)的變量JG01.PV與PLC程序中的地址WR4相匹配，WR4中的存儲(chǔ)器據(jù)為250，即讓字符顯示2.5元。對(duì)應(yīng)的梯形圖如

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圖11所示。（2）投幣狀態(tài)

當(dāng)投幣時(shí)，按下“投幣”提示字，出現(xiàn)投幣框。如何定義“投幣”呢？雙擊漢字“投幣”來到“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”框中作如下定義：按下鼠標(biāo)時(shí)，poiwinJB=1,poiwinJB這個(gè)變量是控制投幣框的，當(dāng)poiwinJB=1時(shí)，出現(xiàn)錢幣和提示框：poiwinJB=0時(shí)，錢幣和提示框隱藏。

圖11 數(shù)據(jù)初始化梯形圖

下面分別定義提示框和錢幣以及“確認(rèn)”按鈕，雙擊提示框，來到“動(dòng)畫連接”畫

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面，定義poiwinJB=1時(shí)顯示，各硬幣也用同樣的方法定義，這樣就使在按下漢字“投幣”時(shí)，變量poiwinJB=1，從而出現(xiàn)投幣框，以及硬幣等。我們只是定義了投幣框的顯示狀態(tài)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊代替 了實(shí)際過程中的錢幣投入動(dòng)作，最重要的任務(wù)是錢幣運(yùn)算，下面介紹錢幣的定義方法。

以10為例：雙擊10硬幣，開到“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，在動(dòng)作描述中如下定義：按下鼠標(biāo)時(shí)，poiwinJB=1；TR$100.PV=1時(shí)給PLC發(fā)出一個(gè)接通信號(hào)，由于TR$100.PV對(duì)應(yīng)的PLC地址是R204，使得204繼電器導(dǎo)通，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的加10元程序。同樣定義其他錢幣，注意其對(duì)應(yīng)的PLC軟繼電器。最后還要定義“確認(rèn)按鈕”。要實(shí)現(xiàn)的功能是按下“確認(rèn)”按鈕時(shí)，所有的錢幣以及提示框均消失。當(dāng)投幣以后，顯示屏要及時(shí)反映出投幣情況，同時(shí)“選擇”指示也要相應(yīng)變化。下面來定義顯示屏和“選擇”按鈕。

顯示屏要顯示3種數(shù)據(jù)，分別為：投入顯示、消費(fèi)顯示、余額顯示。三種顯示均用力控軟件自帶的附件—數(shù)碼管來顯示。現(xiàn)在工具箱中點(diǎn)擊“選擇子圖框”，在子圖框中找到儀表中的數(shù)碼管，放在顯示屏中，作為投入顯示，再復(fù)制兩個(gè)，分別作為消費(fèi)顯示、余額顯示。雙擊數(shù)碼管來到數(shù)碼管屬性設(shè)置畫面，在表達(dá)式中作如下定義:poiTR001.PV/100，poiTR001.PV連接的是PLC程序中的WR1軟繼電器，是用來存儲(chǔ)投入顯示數(shù)據(jù)的，除以100同樣是為了PLC數(shù)據(jù)計(jì)算的方便。這樣就可以用數(shù)碼管來顯示投入中的幣值。同樣定義消費(fèi)顯示、余額顯示?！斑x擇”按鈕要根據(jù)余額的數(shù)值發(fā)生閃爍和變色。定義過程如下：雙擊“選擇”按鈕，來到“動(dòng)畫連接”畫面，在“顏色相關(guān)動(dòng)作”中選擇“閃爍”項(xiàng)，分別定義屬性和頻率，在變量選擇中選擇相應(yīng)的指示燈變量。以01商品的選擇指示燈為例，在變量選擇中選擇D01.PV=1,滿足條件時(shí)指示燈變色。這樣就定義好了投幣狀態(tài)的上位機(jī)仿真變量，配合PLC程序可以實(shí)現(xiàn)投幣功能。（3）購買狀態(tài)

定義了投幣狀態(tài)，就可以購買商品了。當(dāng)選擇指示燈以后，按下它，在出貨口處出現(xiàn)我們要買的商品。這樣定義“選擇”按鈕：雙擊“選擇”按鈕，來到“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，在動(dòng)作描述中如下定義：按下鼠標(biāo)時(shí)，XZ01.PV=1；釋放鼠標(biāo)時(shí)，XZ01.PV=0.XZ01.PV與PLC程序中的R205相對(duì)應(yīng)，按下可以購買商品的選擇鍵，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的PLC程序，同時(shí)消費(fèi)顯示增加相應(yīng)的幣值，余額顯示減少相應(yīng)的幣值，此時(shí)還要在出貨口出現(xiàn)相應(yīng)的商品，這是用“顯示/隱藏”功能來定義在出貨口中出現(xiàn)相應(yīng)的商品。以01為例，雙擊出貨口處的小商品，來到“動(dòng)畫連接”，選擇“顯示/隱藏”項(xiàng)，定義CX01.PV=1時(shí)顯示。出貨口框架的隱藏/顯現(xiàn)是用程序來控制的。當(dāng)有一種商品出現(xiàn)在出貨口，就會(huì)顯示

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框架；當(dāng)全部商品均消失后框架隱藏。程序如圖12所示。圖中R210是控制出貨口框架是否出現(xiàn)的繼電器。（4）退幣狀態(tài)

當(dāng)按下“退幣”按鈕時(shí)，PLC進(jìn)行退幣運(yùn)算，所以按下“退幣”按鈕就要與PLC通信，執(zhí)行退幣計(jì)算。下面來定義退幣按鈕，出現(xiàn)“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，動(dòng)作描述為：按下鼠標(biāo)，poiwinJB=0；poiwinTB=1；Tenter.PV=1.釋放鼠標(biāo)，Tenter.PV=0；內(nèi)部變量poiwinJB=1是讓投幣框消失，poiwinTB=1是讓退幣框出現(xiàn)，Tenter.PV與PLC程序中的R20F對(duì)應(yīng)。退幣框中要有5種硬幣，還要有表示硬幣個(gè)數(shù)的數(shù)字。由于計(jì)算中采用的算法使得退幣時(shí)按照幣值大小順序退幣，例如退5元，只退一個(gè)5元，而不是5個(gè)1元。定義表示硬幣個(gè)數(shù)的變量只用一位數(shù)即可。在退幣時(shí)，要退出的硬幣及個(gè)數(shù)顯式，而不退的硬幣隱藏。

圖12 出貨口框架的隱藏/顯現(xiàn)梯形圖

定義錢幣時(shí)（以10為例），雙擊10元硬幣，出現(xiàn)“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“顯示/隱藏”項(xiàng)，在“可見性定義”對(duì)話框中作出的表達(dá)式為TB$100.PV=0。其他硬幣定義方法同上。定義錢幣個(gè)數(shù)：雙擊10硬幣個(gè)數(shù)字符“a”，出現(xiàn)“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“數(shù)值輸出”中的“模擬”項(xiàng)，做出表達(dá)式為TB$100.PV。同時(shí)錢幣個(gè)數(shù)也要定義是否隱藏，定義方法和定義錢幣相同。定義“確認(rèn)”鍵時(shí)，按下“確認(rèn)”鍵，代表取走了所有硬幣，完成此次交易，因此退幣“確認(rèn)”的定義很重要。雙擊“確認(rèn)”鍵，出現(xiàn)“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，在動(dòng)作描述欄中定義如下：按下鼠標(biāo)

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poiwinTB=0； 功能：退幣框消失

TuiBiok.PV=1； 功能：給PLC信號(hào)，閉合R0，完成數(shù)據(jù)的初始化

Poiwindows=0 功能：顯示屏顯示友好界面時(shí)

為了防止在未取走商品時(shí)退幣，按下“確認(rèn)”鍵又不能返回原始狀態(tài)，在描述過程中加入以下一段程序，強(qiáng)行拋掉以購買的商品。CX01.PV=0 CX02.PV=0 CX03.PV=0 CX04.PV=0 CX05.PV=0 CX06.PV=0 CX07.PV=0 CX08.PV=0 釋放鼠標(biāo)時(shí)，TuiBiok.PV=0.只是一個(gè)微分信號(hào)，不能將R0永遠(yuǎn)置為1。還有一點(diǎn)要注意，“確認(rèn)”鍵也要有隱藏的時(shí)候定義方法如錢幣。

定義退幣框架：按下“退幣”按鈕后就會(huì)出現(xiàn)退幣框架?？梢赃@樣定義：雙擊退幣框架，來到“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“顯示/隱藏”項(xiàng)，在“可見性定義”中定義poiwinTB=1時(shí)顯現(xiàn)即可。

3.5 數(shù)據(jù)連接

3.5.1 定義I/O設(shè)備

數(shù)據(jù)庫是從I/O驅(qū)動(dòng)程序中獲取過程數(shù)據(jù)的，而數(shù)據(jù)庫同時(shí)可以與多個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通信，一個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)程序也可以連接一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。下面創(chuàng)建I/O設(shè)備。（1）在Draw導(dǎo)航器中雙擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫”項(xiàng)使其展開，在展開項(xiàng)目中選擇“PLC”項(xiàng)雙擊使其展開后，選擇項(xiàng)目雙擊并定義。（2）單擊“完成”按鈕返回，在“松下電工”項(xiàng)目下增加一項(xiàng)“PLC001”，如果要對(duì)I/O設(shè)備“PLC001”的配置進(jìn)行修改，雙擊項(xiàng)目“PLC001”，會(huì)再次出現(xiàn)PLC001的“I/O設(shè)備定義”對(duì)話框。若要?jiǎng)h除I/O設(shè)備“PLC001”，用鼠標(biāo)右鍵單擊項(xiàng)目“PLC001”，在彈出的右鍵菜單中選擇“刪除”。

① 數(shù)據(jù)連接

剛剛創(chuàng)建了一個(gè)名為“PLC001”的I/O設(shè)備，而且它連接的正是假想的PLC設(shè)備。現(xiàn)在的問題是如何將已經(jīng)創(chuàng)建的多個(gè)數(shù)據(jù)庫點(diǎn)與PLC聯(lián)系起來，以使這些點(diǎn)的PV參數(shù)值能與I/O設(shè)備PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，這個(gè)過程就是建立數(shù)據(jù)連接的過程。由于數(shù)據(jù)庫可以與多個(gè)I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以必須指定哪些點(diǎn)與哪些個(gè)I/O設(shè)備建立數(shù)據(jù)鏈接。為方便起見，我們將數(shù)據(jù)列整理成如表

6、表7所示。

表6 數(shù)字I/O

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續(xù)表 6

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表7 模擬I/O表

3.5.2 設(shè)計(jì)

飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制要求

（1）該自動(dòng)售貨機(jī)可以同時(shí)投入5角、1元或5元硬幣，自動(dòng)銷售汽水、果汁和咖啡。

（2）當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過1.5元時(shí)，汽水按鈕指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過3元時(shí)，汽水按鈕和果汁按鈕同時(shí)亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過5元，汽水按鈕、果汁按鈕和咖啡按鈕同時(shí)亮。

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（3）當(dāng)汽水按鈕燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水排出10s后自動(dòng)停止，同時(shí)汽水按鈕指示燈閃爍10s。

（4）當(dāng)果汁按鈕燈亮?xí)r，按果汁按鈕，則果汁排出10s后自動(dòng)停止，同時(shí)果汁按鈕指示燈閃爍10s。

（5）當(dāng)咖啡按鈕燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則咖啡排出10s后自動(dòng)停止，同時(shí)咖啡按鈕指示燈閃爍10s。

（6）若投入的硬幣總值超過所購商品的價(jià)格（汽水1.5元，果汁3元，咖啡5元），則找錢指示燈亮，同時(shí)進(jìn)行找錢動(dòng)作。

圖13 飲料自動(dòng)售貨機(jī)示意圖 I/O地址定義表

此控制系統(tǒng)可采用自動(dòng)工作方式，輸入信號(hào)為汽水、果汁和咖啡按鈕，5角、1元或5元硬幣投入識(shí)別口記數(shù)手動(dòng)復(fù)位按鈕；出入信號(hào)為汽水、果汁和咖啡排出電磁閥、找錢電磁閥及相應(yīng)指示燈，共7個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)，均為開關(guān)量。I/O地址定義如表8所示。

表8 飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)I/O地址定義表

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 程序設(shè)計(jì)

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

3.5.3 運(yùn)行

保存所有組態(tài)內(nèi)容，然后關(guān)閉所有力控程序。將飲料自動(dòng)售貨機(jī)的PLC程序下傳到PLC裝置中，在切換到離線狀態(tài)，然后再次啟動(dòng)力控工程管理器，選擇本工程，并單擊“進(jìn)入運(yùn)行”按鈕啟動(dòng)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)。

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 結(jié)束語

經(jīng)過幾個(gè)月的學(xué)習(xí)、研究以及吳老師的指導(dǎo)，終于按時(shí)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要研究的是自動(dòng)售貨機(jī)有關(guān)PLC的部分。自動(dòng)售貨機(jī)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時(shí)無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本少、面積小，有吸引人們購物好奇新的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用的上升的問題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。所以說，自動(dòng)售貨機(jī)是今后飲料銷售方式的一個(gè)很好的發(fā)展趨勢(shì)。它的出現(xiàn)將極大的方便人們購買所需的飲品。

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

致謝

經(jīng)過幾個(gè)月的努力工作，畢業(yè)設(shè)計(jì)在指導(dǎo)老師吳金的悉心指導(dǎo)下終于順利完成了，吳老師他待人和藹可親，在這幾個(gè)月里我們相處的非常融洽，吳老師他社會(huì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，工作認(rèn)真踏實(shí)，治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，而且他深厚的理論功底及設(shè)計(jì)能力更令我感到欽佩。設(shè)計(jì)期間，吳老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，認(rèn)真查閱我的草圖和設(shè)計(jì)說明書，令我十分感動(dòng)。總之，吳老師的人品及治學(xué)態(tài)度是我學(xué)習(xí)的楷模和榜樣，在此，我要向指導(dǎo)老師吳金表示感謝。

在此次設(shè)計(jì)中，也需要感謝的是我的同學(xué)。大家在一起共同奮斗，互相討論，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大幫助，并且，我們?cè)谝黄鸸餐瑺I(yíng)造了一個(gè)融洽的學(xué)習(xí)生活環(huán)境，建立了良好的友誼。

參考文獻(xiàn) 程周·可編程序控制器原理與應(yīng)用·北京：高等教育出版社，2003年 2王永華·現(xiàn)代電機(jī)控制及PLC應(yīng)用技術(shù)·北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000年 周美蘭、周封、王岳宇·PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)·北京：科學(xué)出版社，2003年 吳建強(qiáng)、蔣三勇·可編程控制器原理及應(yīng)用·哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000年 吳中俊、黃永紅·可編程序控制器原理及應(yīng)用·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年 張萬忠、劉明芹·電器與PLC控制技術(shù)·北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003年 7 王兆義·可編程序控制器教程·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001年

第五篇：基于三菱PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要

目前中國(guó)洗衣機(jī)市場(chǎng)正進(jìn)入更新?lián)Q代期，市場(chǎng)潛力巨大，人們對(duì)于洗衣機(jī)的要求也越來越高，目前的洗衣機(jī)主要有強(qiáng)弱洗滌功能、進(jìn)排水系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷功能、暫停等七大功能，在許多方面還不能達(dá)到人們的需求。這就要求設(shè)計(jì)者們有更高的專業(yè)和技術(shù)水平，能夠提出更多好的建議和新的課題，將人們的需要變成現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動(dòng)洗衣機(jī)。目前的洗衣機(jī)都沒有實(shí)現(xiàn)全方面的兼容，大多洗衣的廠家都注重各自品牌的洗衣機(jī)的特長(zhǎng)，突出一兩個(gè)與別的洗衣機(jī)不同的個(gè)性化的功能，洗衣機(jī)的各項(xiàng)功能是PLC控制實(shí)現(xiàn)的，控制功能靈活，因此，設(shè)計(jì)出基于PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

本設(shè)計(jì)采用物美價(jià)廉的三菱為控制核心,為保證洗衣機(jī)及人身安全,設(shè)計(jì)了蜂鳴報(bào)警電路。功率驅(qū)動(dòng)電路由可控硅實(shí)施對(duì)電動(dòng)機(jī),進(jìn)水閥,排水閥的控制。為方便讀者更快地了解,熟悉本設(shè)計(jì),作為基礎(chǔ)知識(shí),還介紹了與全自動(dòng)洗衣機(jī)有關(guān)的一些常見的PLC基本功能,使全自動(dòng)洗衣機(jī)能更加智能化,更加完善。關(guān)鍵詞：PLC，洗衣機(jī)，梯形圖

I

目錄

摘要..........................................................................I 1 洗衣機(jī)的概述...............................................................1

1.1洗衣機(jī)的分類...........................................................1

1.1.1 按結(jié)構(gòu)形式劃分......................................................................................................................1 1.1.2 按洗滌方式與結(jié)構(gòu)原理劃分...............................................................................................1 1.1.3 按自動(dòng)化程度分為.................................................................................................................1 1.2全自動(dòng)洗衣機(jī)的介紹.....................................................2 2 三菱PLC洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求.............................................3

2.1控制要求...............................................................3 2.2解決思路...............................................................4 3 軟件設(shè)計(jì)...................................................................4

3.1 洗衣機(jī)工作流程圖.......................................................4 3.2可編程控制器的基本指令.................................................5 3.3 梯形圖設(shè)計(jì)............................................................11 4 調(diào)試與檢測(cè)................................................................14

4.1 程序傳送.............................................................14 4.2 監(jiān)控／測(cè)試...........................................................14 4.3 I/O地址分配與接線圖..................................................14 參考文獻(xiàn).....................................................................16 附錄 總梯形圖................................................................17

II 洗衣機(jī)的概述

1.1洗衣機(jī)的分類

1.1.1 按結(jié)構(gòu)形式劃分

洗衣機(jī)按結(jié)構(gòu)形式分為：?jiǎn)瓮?、雙桶、多桶型。1.1.2 按洗滌方式與結(jié)構(gòu)原理劃分

按洗滌方式和結(jié)構(gòu)原理分類，可以分為如下幾種：

（1）滾筒式洗衣機(jī)：衣物半浸沒于水中，滾筒作有規(guī)律的間歇的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，靠滾筒內(nèi)凸起把衣物帶至高處再跌下，起揉搓作用，然后進(jìn)行洗滌。其類型有：a、前裝式滾筒洗衣機(jī)；b、頂裝式滾筒洗衣機(jī)。

（2）波輪式（渦卷式）洗衣機(jī)也稱日本式洗衣機(jī)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，操作方便，耗電量少，洗凈率高。缺點(diǎn)：漂洗衣物不均勻，損衣率高。

（3）攪拌式或擺動(dòng)式洗衣機(jī)：洗衣機(jī)有一根主柱，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)擺動(dòng)葉繞定軸作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每次轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于360度，通過旋轉(zhuǎn)的力度來達(dá)到洗滌衣物的效果其他形式有：噴流式、噴射式、振動(dòng)式等，市場(chǎng)上比較少見。1.1.3 按自動(dòng)化程度分為

按自動(dòng)化程度分為如下幾種：

（1）普通型洗衣機(jī)：攪拌動(dòng)作為電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停靠定時(shí)器控制，而進(jìn)水、排水、脫水等完全手動(dòng)。

（2）半自動(dòng)型洗衣機(jī)：a 半自動(dòng)單筒型：洗滌、漂洗、進(jìn)出水均自動(dòng)按設(shè)定程序與時(shí)間進(jìn)行，沒有脫水機(jī)。b 半自動(dòng)雙筒型：由洗滌、脫水兩部分組成。先自動(dòng)完成洗滌、漂洗。再由人工把洗凈的衣物放入甩干桶中脫水。

（3）全自動(dòng)型洗衣機(jī)：可按選定的工作程序自動(dòng)完成洗滌、漂洗、脫水、甩干、進(jìn)水、排水等動(dòng)作，無看管。其類型有：a 機(jī)械全自動(dòng)型：由電動(dòng)程控器控制。b 電腦全自動(dòng)型：由電腦程控器控制。

1.2全自動(dòng)洗衣機(jī)的介紹

全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩水）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。該洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)，通過電控系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測(cè)高、低水位。啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作。停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。排水按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。

它能實(shí)現(xiàn)的功能有：首先系統(tǒng)處于初始狀態(tài)時(shí)，按下啟動(dòng)按扭及水位選擇開關(guān)，開始進(jìn)水，水滿（即水位到達(dá)高低）時(shí)停止進(jìn)水。2秒后開始洗滌，洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)15秒后暫停，暫停3秒后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌15秒后暫停，暫停3秒。如此循環(huán)3次，總共180秒后開始排水，排空后（水位下降到低位）開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10秒即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán)，則返回從進(jìn)水開始的全部動(dòng)作，進(jìn)行下一次大循環(huán)；若完成了3次大循環(huán)，則進(jìn)行洗完報(bào)警。報(bào)警10秒結(jié)束全部過程，自動(dòng)停機(jī)。此外按排水按鈕可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水；按停車按扭可停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)物示意圖如下圖1.1所示。

進(jìn)水口啟動(dòng)按鈕停止按鈕排水按鈕控制器高水位開關(guān)內(nèi)桶外桶低水位開關(guān)排水口波盤洗滌電機(jī)

圖1.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)物示意圖

全自動(dòng)洗衣機(jī)有各種洗滌程序,可供自由選擇,工作時(shí)間可任意調(diào)節(jié)(洗滌0～16分鐘,脫水0～5分鐘)而且工作狀態(tài)及洗、脫時(shí)間在面板都有顯示,能自動(dòng)處理脫水不平衡(具有各種故障和高低電壓自動(dòng)保護(hù)功能),工作結(jié)束或電源故障會(huì)自動(dòng)斷電,無需看管,確保安全。它還具有浸泡,手洗水流功能。它省時(shí)省力，操作簡(jiǎn)單，非常方便的適用于人們的日常生活中，給人們帶來了更多的好處。三菱PLC洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

本設(shè)計(jì)采用三菱PLC對(duì)洗衣機(jī)的工作流程進(jìn)行控制，使其實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能。

2.1控制要求

（1）按下啟動(dòng)按鈕SB1，進(jìn)水電磁閥打開，進(jìn)水指示燈亮（HL1點(diǎn)亮）；

（2）進(jìn)水到達(dá)水位上限（按上限按鈕），進(jìn)水電磁閥關(guān)閉（HL1熄滅）。波輪電動(dòng)機(jī)進(jìn)行攪拌，開始洗滌，按照正轉(zhuǎn)15s→停3s→反轉(zhuǎn)15s→停3s的順序反復(fù)進(jìn)行30次；（3）洗滌過程結(jié)束，排水電磁閥打開（HL2點(diǎn)亮），開始自動(dòng)排水；

（4）排水到達(dá)水位下限（按下下限按鈕），排水電磁閥關(guān)閉（HL2熄滅）。排水電磁閥關(guān)閉2s后，進(jìn)水電磁閥打開（HL1點(diǎn)亮），開始第二次洗滌，并重復(fù)（1）~（4）的步驟；

（5）洗滌過程完成3次（第三次按下限按鈕）時(shí)，開始甩干（甩干電動(dòng)機(jī)工作）；洗衣機(jī)在甩干的同時(shí)自動(dòng)排水;（6）甩干與排水過程中共同進(jìn)行10s后，同時(shí)結(jié)束，排水電磁閥關(guān)閉（HL2熄滅）。蜂鳴器HA進(jìn)行蜂鳴報(bào)警（0.5s通，0.5s斷），提示洗滌過程結(jié)束，直到按下停止按鈕停止蜂鳴。

2.2解決思路

1.根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求，了解需要通過定時(shí)器來完成洗滌過程（正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的交替）及蜂鳴器的報(bào)警的控制過程。

2.利用傳感器來控制進(jìn)水與排水的過程

3.利用輸出所存和輸出解鎖存線圈更方便的來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)按鈕的控制。軟件設(shè)計(jì)

3.1 洗衣機(jī)工作流程圖

脫水開始設(shè)定水位排水按下啟動(dòng)按鈕Y水是否排完？N進(jìn)水Y

水位到設(shè)定水位？Y延時(shí)10秒停止進(jìn)水延時(shí)2sN

電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)洗衣電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)洗衣洗衣過程運(yùn)行3次？Y洗完報(bào)警延時(shí)15秒結(jié)束暫停3秒

洗衣3次N延時(shí)15秒暫停3秒 Y圖3.1洗衣機(jī)工作流程圖

3.2可編程控制器的基本指令

（1）自鎖電路

圖3.2自鎖電路梯形圖

1、編程：用編程器或編程軟件輸入程序，并檢驗(yàn)。

2、將X0鈕子開關(guān)合上，Y0指示應(yīng)亮。

3、將X0開關(guān)斷開，Y0指示燈扔保持亮。

4、將X1開關(guān)接通，Y0指示燈滅。

圖3.3自鎖電路時(shí)序圖

（2）S/R置位復(fù)位指令

圖3.4 S/R置位復(fù)位指令應(yīng)用梯形圖

1、編程：用編程器或編程軟件輸入程序、并檢驗(yàn)。

2、合上X1號(hào)開關(guān)，觀察Y0指示燈。

3、斷開X1號(hào)開關(guān)，觀察Y0指示燈。

4、合上X2號(hào)開關(guān)，觀察Y0指示燈。

5、斷開X2號(hào)開關(guān)，觀察Y0指示燈。

圖3.5 S/R置位復(fù)位指令應(yīng)用時(shí)序圖

（3）PLS脈沖指令

圖3.6 PLS脈沖指令應(yīng)用梯形圖

1、編程：用編程器或編程軟件輸入程序，并檢查。

2、運(yùn)用程序。

3、合上X0開關(guān)，觀察Y0指示燈。

4、斷開X0開關(guān)，觀察Y0指示燈。

5、合上X1開關(guān)，觀察Y0指示燈。

6、斷開X1開關(guān)，觀察Y0指示燈。

圖3.7 PLS脈沖指令應(yīng)用時(shí)序圖

（4）定時(shí)器指令與應(yīng)用

圖3.8定時(shí)器指令應(yīng)用梯形圖1、2、編程：用編程器或編程軟件輸入程序，并檢驗(yàn)。合上X0開關(guān)，觀察Y0、Y1輸出的變化。

圖3.9 定時(shí)器指令應(yīng)用時(shí)序圖

（5）振蕩器

圖3.10 振蕩器梯形圖1、2、3、輸入程序并檢驗(yàn)，然后運(yùn)行程序。觀察Y0的變化。

閉合X0開關(guān)，觀察Y0的變化，并監(jiān)控T0、T1的工作情況。

圖3.11振蕩器時(shí)序圖

（6）計(jì)數(shù)器指令與應(yīng)用

圖3.12 計(jì)數(shù)器指令應(yīng)用梯形圖1、2、3、4、編程輸入程序并檢驗(yàn)，然后運(yùn)行程序。當(dāng)X0開關(guān)斷/通一次，計(jì)數(shù)器現(xiàn)行值加1。當(dāng)X0開關(guān)斷/通5次時(shí)，計(jì)數(shù)器現(xiàn)行值加1。當(dāng)X1開關(guān)接通/斷開時(shí)，C0復(fù)位，Y0燈滅。

圖3.13 計(jì)數(shù)器指令應(yīng)用時(shí)序圖

（7）步進(jìn)指令

圖3.14步進(jìn)指令梯形圖1、2、3、編程：輸入程序，并檢驗(yàn)。

運(yùn)行程序，監(jiān)控S0、S1順序接通X0-X3開關(guān)，觀察Y0、Y1的發(fā)光指示。X3為關(guān)閉步進(jìn)轉(zhuǎn)換指令。

3.3 梯形圖設(shè)計(jì)

SWOPC－FXGP／WIN－C為一個(gè)應(yīng)用于FX系列可編程控制器的編程軟件，可以在Windows98/ME/2000/XP操作系統(tǒng)下進(jìn)行梯形圖的編輯和指令表程序的編輯。微機(jī)與PLC的連接，可以用三菱公司的SC－08型電纜線串接SC－09型電纜線，SC－08的9針插頭接微

機(jī)的RS232串行口，SC－09的圓形插頭接PLC的通訊口。

運(yùn)行SWOPC－FXGP／WIN－C軟件。當(dāng)選用語句表編程方式時(shí)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊語句表編輯區(qū)，其標(biāo)題欄變?yōu)樗{(lán)色，成為當(dāng)前工作區(qū)。用鍵盤輸入語句表程序，覆蓋工作區(qū)的“NOP”語句，回車后自動(dòng)換行，當(dāng)使用語句表編程時(shí)，梯形圖編輯區(qū)立即將程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換成梯形圖，因此可以同時(shí)生成二個(gè)文件。當(dāng)選用梯形圖編程方式時(shí)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊梯形圖編輯區(qū)，其標(biāo)題欄變?yōu)樗{(lán)色，成為當(dāng)前工作區(qū)。點(diǎn)擊菜單欄[視圖]－[功能]，將顯示梯形圖的繪圖工具。編輯梯形圖時(shí)，首先確定光標(biāo)位置，在繪圖工具欄內(nèi)點(diǎn)擊欲用的元件，此時(shí)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，輸入元件號(hào)后，元件圖形出現(xiàn)在原光標(biāo)位置。按照這種方法，逐一將元件加到梯形圖上。當(dāng)梯形圖完成后，點(diǎn)擊工具欄的轉(zhuǎn)換按鈕，可以將梯形圖轉(zhuǎn)換成語句表程序。梯形圖的單元設(shè)計(jì)如下:（1）按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，S0初始化。按下停止按鈕SB2，采用區(qū)間復(fù)位ZRST指令使洗衣機(jī)停止工作。啟動(dòng)和停止的梯形圖如圖3.15所示。

圖3.15啟動(dòng)和停止梯形圖

（2）按下啟動(dòng)按鈕SB1，狀態(tài)元件S20驅(qū)動(dòng)進(jìn)水電磁閥YA1輸出線圈Y000，洗衣機(jī)進(jìn)水，按下SB3可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水，水到達(dá)高水位時(shí)SQ1閉合，狀態(tài)元件S21驅(qū)動(dòng)定時(shí)器T0延時(shí)2S，狀態(tài)元件S22驅(qū)動(dòng)接觸器KM3閉合，驅(qū)動(dòng)輸出線圈Y002電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)，開始洗滌。延時(shí)15S，再暫停3S后，狀態(tài)元件S24驅(qū)動(dòng)接觸器KM4閉合，驅(qū)動(dòng)輸出線圈Y003電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)。同樣洗滌15S，在暫停3S。通過計(jì)數(shù)器C0和定時(shí)器T4的控制，如此洗滌3次。洗衣機(jī)的洗滌梯形圖如圖3.16所示。

圖3.16洗衣機(jī)洗滌梯形圖

（3）洗滌3次后，狀態(tài)元件S26驅(qū)動(dòng)接觸器KM3閉合，驅(qū)動(dòng)輸出線圈Y002電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)，開始脫水。低水位開關(guān)SQ2，脫水離合器YA3驅(qū)動(dòng)輸出線圈Y004，通過計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)3次，洗滌完成，狀態(tài)元件S27驅(qū)動(dòng)線圈Y005報(bào)警10S結(jié)束整個(gè)洗衣機(jī)的洗滌。脫水和報(bào)警結(jié)束梯形圖如圖3.17所示。

圖3.17脫水和報(bào)警結(jié)束梯形圖 調(diào)試與檢測(cè)

4.1 程序傳送

計(jì)算機(jī)RS232 C端口及PLC之間，必須用指定的電纜線及轉(zhuǎn)換器連接。

讀入――將PLC中的程序傳送到計(jì)算機(jī)。操作方法是：執(zhí)行[PLC]－[傳送]－[讀入]菜單命令。

寫出――在PLC設(shè)置為STOP時(shí)，將計(jì)算機(jī)的程序發(fā)送到PLC中，操作方法是：執(zhí)行[PLC]－[傳送]－[寫出]菜單命令，此時(shí)出現(xiàn)寫出對(duì)話框，回答對(duì)話框并按確認(rèn)按鈕后完成。

校驗(yàn)――將計(jì)算機(jī)及PLC中的程序加以比較校驗(yàn)，操作方法是：執(zhí)行[PLC]－[傳送]－[校驗(yàn)]菜單命令。

4.2 監(jiān)控／測(cè)試

PLC在運(yùn)行時(shí)，可以利用“監(jiān)控／測(cè)試”功能，監(jiān)控元件，觸點(diǎn)或線圈的工作情況。亦可以修改定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的設(shè)定值。

當(dāng)點(diǎn)擊梯形圖編輯區(qū)，可以完成如下監(jiān)控：

首先執(zhí)行[監(jiān)控／測(cè)試]－[開始監(jiān)控]菜單命令，監(jiān)控／測(cè)試菜單出現(xiàn)如下幾種監(jiān)控命令。

元件監(jiān)控（光標(biāo)）――執(zhí)行[監(jiān)控／測(cè)試]－[元件監(jiān)控]（光標(biāo)）命令后，將光標(biāo)選定的元件登錄在元件監(jiān)控窗口，可以進(jìn)行監(jiān)控。

改變?cè)O(shè)置值――執(zhí)行[監(jiān)控／測(cè)試]－[改變?cè)O(shè)置值]菜單命令后，出現(xiàn)改變當(dāng)前值對(duì)話框。可以對(duì)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的設(shè)定值進(jìn)行修改。

4.3 I/O地址分配與接線圖

根據(jù)洗衣機(jī)操作的工藝過程及對(duì)控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)；然后根據(jù)PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)進(jìn)行I/O地址分配，使每個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個(gè)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。PLC洗衣機(jī)控制的I/O地址分配如表4.1所示。

表4.1 I/O分配表

牢記此分配表，將模塊上的I/O口按照下圖接線圖連接好，檢查無誤后，將軟件程序下載到模塊中去，開啟電源，手動(dòng)操作按照設(shè)計(jì)要求演示好洗衣機(jī)的各個(gè)功能，修改程序直到將其能完善處理設(shè)計(jì)要求的各個(gè)功能。

圖4.1模塊接線圖

參考文獻(xiàn)

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附錄 總梯形圖