基于plc的洗车机

第一篇：基于plc的洗车机

基于PLC的自动洗车机课程设计

电气控制与PLC课程设计

院 系：工学院电气与电子工程系专 业：电气工程及其自动化班 级：电气工程姓 名：学 号：指导教师：

题目：自动洗车机

XXXX班 XXXXXX

XXXXXXXXXXXX

XXXXXX

二〇一五年六月

PLC课程设计任务书

一、基本情况

学时：1周

学分：1学分

适应班级：

二、进度安排

本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下： 实习动员及准备工作：

1学时 总体方案设计：4学时 硬件设计：10学时 软件设计：10学时 撰写设计报告：4 学时 总结：

1学时

教师辅导：

随时

三、基本要求

1、课程设计的基本要求

电气控制与PLC课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、软件系统设计;硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等;软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图，应用程序。程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。

2、课程设计的教学要求

电气控制与PLC课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到6次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。

课程设计的任务相对分散，每3-4名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴

或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。

四、设计题目及控制要求

题目：自动洗车机 要求：

1.按下启动按钮，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。 2.洗车机右移到达右极限开关后，开始左移，喷水及刷子继续工作。

3.洗车机左移到达极限位置后，开始右移，喷水机及刷子停止工作，清洗机设备开始动作喷洒清洗剂。

4.洗车机右移到达极限位置，开始左移，继续喷洒清洁剂。

5.洗车机左移到达极限位置，开始右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往右移3s后停止，刷子开始洗刷。

6.刷子洗刷5s停止，洗车机继续右移3s，刷子又开始洗刷5s停止，洗车机继续右移，到达右极限开关后停止，然后往左移。

7.重复上面第6步，左移碰左极限开关停止。

8.洗车机往右移，风机设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机往左移，直到碰到左极限开关，重复2次动作。洗车整个过程完成。启动灯熄灭。

9.原点复位设计

若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全流程的动作，其动作就是按下[复位按钮]，则洗车机的右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。

五、设计报告

设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字(不含图形、程序)不少于2000字，图形绘制规范。设计报告的格式如下：

1、封面

2、摘要

3、目录

4、正文

(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能; (2) 方案选择及论证;

(3) 硬件电路设计及描述(包括硬件的选型及电路图、输入输出接线图等的设计); (4) 软件设计流程及描述(流程图及文字说明; (5) 源程序代码及调试;

5、心得体会

6、参考文献

六、考核方法

电气控制与PLC技术课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。

考核分三个方面进行：平时表现20%;设计过程25%;设计报告 40%;设计答辩15%。

有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理：

1、设计期间累计迟到、早退达8次;

2、设计期间累计旷课达6节;

3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告;

4、不能完成设计任务，达不到设计要求。

摘 要

本文PLC的课程设计采用西门子S7-300PLC来实现自动洗车机的自动清洗任务。并利用Microsoft Visio 绘图工具，进行主电路图、I/O接线图和流程图的绘制，最后利用SIMATIC Manager编程软件完成梯形图的程序设计。在老师的指导下，对PLC的编程程序进行仿真和调试。

本次设计中，自动洗车控制系统采用了四个输入信号(I0.0-I0.3)，八个输出信号(Q0.0-Q0.7)。其中喷水、刷子动作和喷洒洗洁剂等电动机的运行由PLC的程序控制执行。自动洗车机启动后能按顺序完成要求动作，结束后自行停止，若断电停止在得电后不会自行启动，用PLC实现了洗车的自动化。PLC的程序设计和编程文中选择西门子S7-300型PLC进行操作，该型号西门子为中小型，有着模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高等优点，有助于本文设计实现。

关键词：自动洗车机

西门子S7—300 PLC设计

目录

第1章绪论 ................................................................................................................................ 1

1.1 课题简述 .................................................................................................................... 1 1.2 课题背景和意义 ........................................................................................................ 1

1.2.1 背景 ................................................................................................................. 1 1.2.2 课题研究的必要性 ......................................................................................... 1 1.3 课题要求 .................................................................................................................... 1 第2章硬件电路设计 ................................................................................................................ 3

2.1 热继电器的选择 ........................................................................................................ 3 2.2 接触器的选择 ............................................................................................................ 3 2.3 总电路图 .................................................................................................................... 3 2.4 PLC的选择 ................................................................................................................. 4 2.5 PLC输入、输出口分配(I/O分配) ...................................................................... 5 2.6 PLC I/O接线图 ......................................................................................................... 6 第3章软件设计 ........................................................................................................................ 8

3.1 流程图 ........................................................................................................................ 8 3.2 PLC梯形图 ............................................................................................................... 11 3.3 仿真调试 .................................................................................................................. 15 心得体会 .................................................................................................................................. 19 参考文献 .................................................................................................................................. 20

第1章

绪论

1.1 课题简述

如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱[2]。

而我们本次设计的自动洗车机，也是应运而生，随着汽车种类的增多和汽车均价的下降，有车族人数不断攀升，而随之兴起的汽车周边产业中，洗车行业则算是龙头。我们的生活中见到的大都是人力洗车，所以我们需要研究和设计自动洗车系统，来优化洗车行业、提升洗车效率。

1.2 课题背景和意义 1.2.1 背景

经过多年的发展，为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。

SIMATIC S7-300 PLC是中小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-300 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。本次设计是将PLC用于自动洗车机的运行和实现，对学习和实用是很好的结合[3]。

1.2.2 课题研究的必要性

(1)可以促进我国PLC产业与当下热门行业的结合 (2)研究自动洗车机可以推动洗车行业的发展和自动化; (3)使有车族对汽车的使用和保养更加方便快捷 (4)解放劳动力，让洗车行业更加高效 1.3 课题要求

(一)本次课题的设计要求为：

1

1.进行总体设计规划，合理分配I/O点，并绘出电气控制线路的原理草图; 2.绘制电气原理图，计算并选择电器元件; 3.编写PLC软件清单并进行模拟调试; 4.编写课程设计说明书。

(二)本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有： 1.是自动洗车机可以按照规定的程序运行; 2.满足PLC对所有装置的控制;

3.对自动洗车机实现的设计和个人程序调试。

本课题应解决的主要问题是如何使PLC实现自动洗车机洗车的功能和多种要求，在实际当中对PLC运用于洗车技术并不多见，以致人们难以根据它的具体情况正确选用参数进行系统控制，也就难以满足如何实现并且达到高效可靠的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探讨。

2

第2章

硬件电路设计

2.1 热继电器的选择

热继电器的工作原理是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用[4]。

我们选用JR16B-60/3D型热继电器。其中“J”表示继电器，“R”为热的谐音，“16”表示设计序号，“60”表示额定电流，“3D”表示三相保护。相关元件主要技术参数如下：

(1)额定电流为20(A);

(2)热元件额定电流为32/45(A)。 2.2 接触器的选择

CJX2系列交流接触器主要用于交流50Hz或60Hz、额定绝缘电压690V,在AC-3使用类别下，额定工作电压380V、额定工作电流至620A的电力系统中，供远距离接通和分断电路及频繁地起动和控制交流电动机。并可与适当的热过载继电器或电子式保护装置组合成电磁起动器，以保护可能发生过载的电路。

选用CJl0Z-40/3型接触器，其中“C”表示接触器，“J”表示交流，10为设计编号，“40”为额定电流，“3”为主触点数目[5]。

2.3 总电路图

由题目可知，我们需要设置的装置有：洗车机、清洗机、刷子、风机和喷水机。分别设置交流接触器来开断和控制电路，设置熔断器和隔离开关保护电路，根据题意和选择好的器件，我们最终设计出的总电路图如图2.1所示。

3

FuL1L2L3KM1KM2KM3KM4KM5KM6FR1FR2FR3FR4FR5M13~M23~M33~M43~M53~洗车机喷水机清洗机刷子风机

图 2.1 自动洗车机电路图

2.4PLC的选择

生活中常见的洗车一般都是人力清洗，用时较长，而且由于工作时间较长会导致疲劳，工作精度下降。基于此，我们考虑利用PLC的知识，设计一个可以自动清洗车辆的自动洗车机，在工作效率、工作精度和工作时间上为洗车这一行业提供便利及创新。

随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。而其中，西门子PLC的优势也很明显，第一，西门子PLC抗干扰能力比较强，也比较耐用，维护率，损坏率比较低;第二，西门子PLC的通信效果特别好;第三，西门子PLC的软件SIMATIC Manager比较好用;第四，技术支持服务比较好;第五，网上资料比较多。所以我们选用了课程所学的西门子PLC，型号为S7-300。西门子的S7系列有快速的CPU处理速度，大程序容量，以及编程及监控功能强大，维修简单，所以性价比比较高[6]。

4

西门子PLC的一般结构如图2.2。

电源主机CPU输入 模块EPROM扫描程序 I/O管理输出模块RAM用户储存器编程器图2.2 PLC一般结构图

(1)中央处理单元(CPU)与通用计算机中的CPU一样，PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。

(2)存储器10存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。

(3)I/O模块

输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。

(4)电源模块输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。

2.5 PLC输入、输出口分配(I/O分配)

根据图2.1总电路图，我们设置PLC的I/O分配，其中I0.0-I0.3共4个输入端点，Q0.0-Q0.7共8个输出端点，如表2.1所示。

5

表2.1 I/O分配表

输入点地址

I0.0 I0.1 I0.2 I0.3

功能 SB1启动开关 复位按钮 左侧极限开关 右侧极限开关

输出点地址

Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7

功能 洗车机左移 洗车机右移 喷水机喷水 刷子动作 清洁剂喷洒 风机动作 启动灯 复位灯

2.6 PLC I/O接线图

根据I/O分配和电路图，我们设计出I/O接线图，如图2.3所示。其中SB

1、SB2分别为启动和复位两个手动按钮，Q0.2-Q0.5为喷水、刷子等电动机，Q0.6和Q0.7为启动灯、复位灯。

6

N(-)1M1MSB1SB2 I0.0 I0.1I0.2Q0.5启动灯KM3KM1KM2Q0.0Q0.1KM4喷水机Q0.2刷子MM清洗机Q0.3Q0.4风机MMI0.3Q0.6复位灯Q0.72LC1Q1.0C2Q1.1C3Q1.2C4Q1.3MDC24VL+图2.3 I/O接线图

7

第3章

软件设计

3.1 流程图

自动洗车机执行流程为：

(1)按下启动按钮，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。 (2)洗车机右移到达右极限开关后，开始左移，喷水及刷子继续工作。 (3)洗车机左移到达极限位置后，开始右移，喷水机及刷子停止工作，清洗机设备开始动作喷洒清洗剂。

(4)洗车机右移到达极限位置，开始左移，继续喷洒清洁剂。

(5)洗车机左移到达极限位置，开始右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往右移3s后停止，刷子开始洗刷。

(6)刷子洗刷5s停止，洗车机继续右移3s，刷子又开始洗刷5s停止，洗车机继续右移，到达右极限开关后停止，然后往左移。

(7)重复上面第6步，左移碰左极限开关停止。

(8)洗车机往右移，风机设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机往左移，直到碰到左极限开关，重复2次动作。洗车整个过程完成。启动灯熄灭。

(9)原点复位设计：

若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全流程的动作，其动作就是按下[复位按钮]，则洗车机的右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。

设计流程图如图3.1。

8

启动是否存在故障?NY停止启动指示灯亮右极限?N复位Y洗车右移、喷水、刷子洗刷右极限?YN洗车左移、喷水、刷子洗刷左极限?YN洗车右移、喷洒清洁剂右极限?N

9

洗车左移、喷洒清洁剂N左极限?Y洗车右移? 3s ?YN洗车停止右移、刷子洗刷N5s?YN右极限?Y洗车左移N3s?Y洗车停止左移、刷子洗刷5s?YN左极限?N

10

Y洗车右移、风机吹风N右极限?Y洗车左移、风机吹风左极限?YN吹风3次?NY洗车结束、指示灯灭

图3.1 流程图

3.2 PLC梯形图

根据流程图(图3.1)，我们在SIMATIC Manager编程软件中，进行梯形图的编程，具体程序如图3.2所示。

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图3.2 梯形图

3.3 仿真调试

由编程完成的梯形图进行运行操作，我们可以得到程序仿真图，模拟自动洗车机的运行过程。

点击I0.0启动按钮，启动后实现Q0.1右移，Q0.2喷水，Q0.3刷子动作，Q0.6启动灯亮(运行过程中，启动灯Q0.6一直亮)。

15

右移直至触碰到I0.3右极限开关，此时运行Q0.0左移、Q0.2喷水、Q0.3刷子动作。

左移到触碰左极限开关I0.2后，开始Q0.1右移、Q0.4清洁剂喷洒。

右移直至触碰右极限开关I0.3，开始Q0.0左移、此时Q0.4清洁剂继续喷洒。

左移直至触碰左极限开关I0.2，停止喷洒清洁剂，Q0.3刷子开始动作。

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Q0.1右移3s，Q0.3刷子动作5s停止再次右移，交替进行，直至再次右移至极限。

右移触碰右极限开关I0.3，此时Q0.3刷子继续动作。

Q0.0左移3s、Q0.3刷子动作5s停止再次左移，交替进行，直至左移至左极限。

左移触碰左极限开关I0.2，此时刷子停止动作，实现Q0.1右移、Q0.5风机动作。

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右移触碰右极限开关I0.3，开始Q0.0左移，此时Q0.5风机继续动作。

左右移动往返重复2次，Q0.5风机持续动作，Q0.6启动灯一直亮。

动作2次后，直至再次触碰到I0.2左极限开关，完成整个洗车过程，停止时Q0.6启动灯灭，无电动机动作。

18

心得体会

经过小组4人的研究与讨论，最终我们完成了基于西门子S7-300PLC的自动洗车机简单设计。在本次设计中，我们先在书籍和网络上调查了洗车机的背景和发展概况，对自动洗车机有了初步的了解，之后我们进行了硬件的电路图绘制，对各个电机进行了保护。再根据绘制的总电路图，选择主要的硬件器件，主要包括热继电器和接触器。之后是设计重点，相关于PLC的选择和设计，我们选用了常见的西门子S7-300型号PLC，相对于三菱等牌子更加智能和优化，基于此PLC选择，我们对洗车机的要素进行了I/O分配，然后绘制出I/O接线图，完成了硬件设计。软件设计是重点也是难点，我们先根据题目要求写出工作流程图，然后根据流程图编程梯形图，在编程的过程中，我们在左移、右移、风干和复位编程上面没有遇到阻碍，但是在喷水、刷子工作和喷洒清洁剂上面遇到了问题，导致第一次没能成功运行，最后经过咨询老师和同学，我们又设计了计时器，然后重新编程了喷水、刷子工作和喷洒清洁剂，才得以成功运行，得到了最后的仿真模拟图，完成了本文的设计。

在本次设计中，我不仅仅是巩固实践了PLC的学习内容，更是充分了解到了自己在PLC方面的不足，我在I/O接线图和梯形图编程上还有一些漏洞，比如不会设置时间和对程序重复设置的错误，在老师的耐心指导下，我改正并且牢牢记住了。感谢老师和同学的帮助，也感谢学校提供给我一个实践编程的机会，相信在不久的将来，我会在PLC上更大的进步。

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参考文献

[1] 柳春生.电器控制与PLC[M]. 北京:机械工业出版社,2010. [2] 程子华.PLC原理与实例分析[M]. 北京:国防工业出版社,2006. [3] 高钦和.可编程控制器应用技术[M]. 北京:高等教育出版社，2004. [4] 廖常初.PLC编程及应用[M]. 北京:机械工业出版社,2005. [5] 易传禄.可编程控制器应用指南[M]. 上海:科普出版社,2002. [6] 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M]. 北京:机械工业出版社,2012. [7] 程宪平.现代电气控制及PLC应用技术[M]. 武汉:华中科技大学出版社,2003.

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第二篇：基于PLC的十字路口交通灯课程设计

湘潭大学信息工程学院

课程名称：十字路口人行道交通灯设计

专

业：自动化

学

号：2011551810

班

级：11自动化(3)班

学生姓名：余帆

完成日期：2015年1月11日

摘

要

PLC是一种新型的通用的自动控制装置。PLC它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，是专门为工业控制而设计的，具有功能强、运用灵活、可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、编程简单，使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列有点。十字路口的红绿灯指挥着行人和车辆的安全运行，实现红绿灯的自动指挥能使交通管理工作得到改善，也是交通管理工作自动化的重要标志之一。解决好公路交通灯控制问题是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。

本设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是采用西门子的S7-200系列CPU224型号PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制程序为梯形图(LAD)。

关键词：PLC控制、梯形图、交通灯

目

录

0

(一) PLC概述 ............................. 错误!未定义书签。

1.1 PLC的硬件结构 ........................................ 3 1.2 PLC的工作原理 ......................................... 4 1.3 S7-200的概述 ......................................... 5

(二) 交通信号灯 ............................................ 7

(三) 方案设计 .............................................. 8

3.1控制要求 ............................................... 8 3.2系统设计方案分析 ....................................... 8 3.3 交通灯状态图 .......................................... 9 3.4 主程序流程图： ....................................... 10

(四) 硬件设计 ............................................ 10 4.1 硬件选择 ............................................. 10 4.2 PLC的I/O分配表 ..................................... 10

4.3 PLC的硬件接线图： .................................. 11

(五) 软件设计 ............................................ 12 5.1 十字路口交通信号灯梯形图.............................. 12

(六) 仿真实验 ............................................ 14

(七) 设计总结 ............................................ 16 参考文献 .................................................... 16 1

(一) PLC概述

可编程序控制器(Programmabie Logic Controller,缩写PLC)是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要，生产、发展起来的一种新型的工业控制装置，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。

1.1 PLC的硬件结构

PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，模块式包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。其结构如图1所示。中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，按照系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、存储器I/O以及警戒定时器的状态;并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止。

2

图1 PLC的结构图

1.2 PLC的工作原理

PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段：

1输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

3

2用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

3输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

1.3 s7-200的概述

西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号：

小型PLC中，CPU221价格低廉能满足多种集成功能的需要。CPU 222是S7-200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU 224具有更多的输入输出点及更大的存储器。CPU 226和226XM是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。四种型号的PLC具有下列特点：

集成的24V电源

4

可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU 221和CPU222具有180mA输出。CPU224输出280mA，CPU 2

26、CPU 226XM输出400mA可用作负载电源。

高速脉冲输出

有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电(3)通信口CPU 2

21、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。

CPU 2

26、CPU 226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。

(4)模拟电位器CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器(SMB28，SMB29)中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。

(5)中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。

(6)EEPROM存储器模块(选件)可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。

(7)电池模块用户数据(如标志位状态、数据块、定时器、计数器)可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块能延长存储时间到200天(10年寿命)。电池模块插在存储器模块的卡槽中。

(8)不同的设备类型CPU 221～226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。

(9)数字量输入/输出点CPU 221具有6个输入点和4个输出点;CPU 222具有8个输入点和6个输出点;CPU 224具有14个输入点和10个输出点;

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CPU226/226XM具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流(MOS型)两种类型

(10)高速计数器CPU 221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快脉冲信号。

(二) 交通信号灯

交通十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢?交通信号灯控制方式很多，可以用电子电路来实现，也可以用单片机编程控制来实现。本文主要介绍如何利用PLC来实现十字路口交通灯的控制。

随着社会的发展，人们的消费水平不断提高，私人车辆不断的增加。人多、车多、道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLC的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC根据不同时刻车流量的不同，将红绿灯时长按一定的规律分档。这样就可以达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞留，缓解交通拥挤，实现最优控制，从而提高交通控制系统的效率。

交通信号灯的出现，使得交通得以管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管制，力求交通管理先进性、科学化。

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用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法。实验证明该系统实现简单、经济，能够有效的疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制和管理问题的现状，结合交通实际情况阐述了交通控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程控制器在工业自动化中的地位极其重要。广泛应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、低价格、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。

(三) 方案设计

3.1控制要求

交通灯控制系统的控制要求如下：

(1)信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

(2)南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。 (3)东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始

3.2系统设计方案分析

按照交通灯系统控制要求下，结合西门子S7-200系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个SB1的按钮，当SB1启动按钮动作，系统工作。

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当启动开关SD合上时，I0.0触点接通，Q0.2得电，南北红灯亮;同时Q0.2的动合触点闭合，Q0.3线圈得电，东西绿灯亮。1秒后，T49的动合触点闭合，Q0.7线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒，T43的动合触点接通，与该触点串联的T59动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T44的动断触点断开，Q0.3线圈失电，东西绿灯灭;此时T44的动合触点闭合、T47的动断触点断开，Q0.4线圈得电，东西黄灯亮，Q0.7线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。再过2秒后，T42的动断触点断开，Q0.4线圈失电，东西黄灯灭;此时起动累计时间达25秒，T37的动断触点断开，Q0.2线圈失电，南北红灯灭，T37的动合触点闭合，Q0.5线圈得电，东西红灯亮，Q0.5的动合触点闭合，Q0.0线圈得电，南北绿灯亮。1秒后，T50的动合触点闭合，Q0.6线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T38动合触点闭合，与该触点串联的T59的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁;闪烁3秒，T39动断触点断开，Q0.0线圈失电，南北绿灯灭;此时T39的动合触点闭合、T48的动断触点断开，Q0.1线圈得电，南北黄灯亮，Q0.6线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。维持2秒后，T40动断触点断开，Q0.1线圈失电，南北黄灯灭。这时起动累计时间达5秒钟，T41的动断触点断开，T37复位，Q0.3线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。

3.3 交通灯状态图

十字路口交通灯如下图1所示，将12个交通灯进行编号

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图2 十字路口交通灯状态图

3.4 控制要求及程序流程：

(1)按下启动按钮，信号灯开始工作，东西向绿灯、南北向红灯同时亮。 (2)东西向绿灯亮25s后，闪烁三次，频率为1s/次。然后东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，30s后东西绿灯亮……按此循环。

(3)南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后，闪烁3次，频率为1s/次。然后南北向黄灯亮，2s后南北向红灯亮，30s后南北向绿灯亮……按此循环下去。

(四) 硬件设计

4.1 硬件选择

本设计采用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是选用西门子的S7-200系列CPU222型号PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮， 9

以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用顺序控制法用多个定时器自动实现对六个控制对象的控制。根据交通信号灯的亮灭规律，可用PLC编程对其实行自动控制。

4.2 PLC的I/O分配表

名称

启动按钮停止按钮

表1 交通信号灯PLC的输入/输出点分配表

输入信号

输出信号

代号 输入点编号

名称 代号 输出点编号

SB1

I0.0

南北向绿

灯

L0

Q0.0

SB2 I0.1

南北向黄灯

L1 Q0.1

南北向红

灯

L2 Q0.2

东西向绿

灯

L3 Q0.3

东西向黄

灯

L4 Q0.4

东西向红

灯

L5 Q0.5

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4.3 PLC的硬件接线图：

图5 PLC 控制接线图

端口I0.0为接入系统开关的传送信号，端口Q0.0接南北绿灯，端口Q0.1接南北黄灯，端口Q0.2接南北红灯，端口Q0.3接东西绿灯，端口Q0.4接东西黄灯，端口Q0.5接东西红灯。

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(五) 软件设计

5.1 十字路口交通信号灯梯形图

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(六)仿真实验

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(七)设计总结

在这次课程设计中我遇到了一些问题，但加强了以往学过的理论的知识的应用。虽然这次的课程设计花了我一个星期的时间，通过这次的锻炼，我学到了很多的东西，不仅锻炼了自己的思考能力、绘图能力和程序仿真能力，还锻炼了综合应用知识的能力，同时，我也是在这次课程设计中意识到了自己的不足，我还有许多未知的知识和问题等着学习和处理，知道了今后需要更加努力，使自我能够不断完善。

经过本次课程设计，让我更加深刻的学习和巩固了PLC这门课程，不仅从理论上掌握了课堂上没有学懂的知识，还从实践中扩展了我的知识面，让我对我们专业的知识有了更加全面的认识，更加清晰的认识到我们专业知识的实用性是如此的强，不仅能培养我们的兴趣爱好，更对我们今后的求职就业起到至关重要的作用。

参考文献

[1] 许谬、王淑英.电气控制与PLC.机械工业出版社,2006. [2] 廖常初.PLC编程及应用(第3版).机械工业出版社,2008. [3] 罗宇航.流行PLC实用程序及设计.机械工业出版社,2006. [4] 罗宇航.流行PLC实用程序及设计.西安电子科技大学出版社,2006.

第三篇：基于plc机械手控制系统的工程设计

1 课题背景及研究意义

机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。

可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。

由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。

组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用。本设计通过组态软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。

2 机械手

2.1 机械手介绍

Mechanical hand也被称为自动手，Auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

2.2机械手的分类

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用 机械手有2~3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

2.3机械手的特点

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

1. 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

2. 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。

3. 可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

4. 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

5. 宇宙及海洋的开发。

6. 军事工程及生物医学方面的研究和试验。

2.4 机械手的构成

机械手简述：机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1. 执行机构 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件， 可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。

2. 传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3. 控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制

3 机械手控制方式的选择

3.1 控制方式的分类

传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：

(1) 仅适合于简单的逻辑控制;

(2) 仅适合特殊的工程项目，而没有通用性;

(3) 没有改动和优化的可能性。 伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：

(1) 硬件上至少有一个微处理器;

(2) 通过软件实现控制思想。

目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：

(1) 可编程序逻辑控制器(PLC);

(2) 工业控制计算机(IPC);

(3) 集散控制系统(DCS)。

3.2 PLC与工业控制计算机(IPC)和集散控制系统(DCS)的比较及选型

1. 各自技术发展的起源

计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块;运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机;通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。

2. 相同点 在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。

3. 不同点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。

PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。

特别需要提出的是，PLC与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。

总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。

本章小结

本章主要介绍了机械手的来源、研究背景及研究意义，机械手的分类、特点。由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性 能可靠。机械手的控制方式可以有多种，本文主要研究通过PLC来控制机械手。

第四篇：基于三菱PLC的双面铣床控制系统程序设计

摘 要：采用三菱PLC对双面铣床进行技术改造，针对双面铣床的控制要求，给出两种程序设计方案，并简单分析了各自的优缺点，PLC的应用不但大大提高了系统运行的可靠性和抗干扰能力，降低了设计运行的故障率，同时给设计维护带来极大的便利，对同类设备的技术改造有较大的参考价值。

关键词：PLC;铣床;工作方式;IST

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.012

PLC的全称是Programmable Logic Controller(可编程控制器)，刚引入国内时，曾简称为PC。后来，IBM-PC获得广泛应用，PC成了个人电脑的代名词，才改为PLC。PLC是一种智能产品，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿，明确强调了PLC直接应用于工业环境，具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、搞干扰能力强，编程简单等特点。在工业领域中，PLC控制技术的应用已成为世界潮流。

在传统的机床控制系统中，都是采用继电器――接触器等元器件组成的硬件逻辑控制电路，在PLC出现之前，一直占主导地位，应用广泛。但是电气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂，工艺难度高，不易更改，对生产工艺变化的适应性也差，所以用PLC控制取代传统机床电气控制系统是机床控制发展的主要趋势。它可以完美的解决传统机床电气控制系统的可靠性、柔性、开发周期、故障自诊断等问题。

铣床作为机械加工的通用设备，在汽车等配件生产加工中起着不可替代的作用。而双面铣床由于两面可同时加工，加工效率高，应用更为广泛，本文主要进行双面铣床的PLC控制程序设计。

1 双面铣床控制系统控制要求

工作台来回往返运动由液压驱动，工作台速度和方向由限位开关SQ1―SQ3控制。工作台与主轴循环工作过程为：工作台启动――向右快进(左动力头)――减速工进，同时主轴启动，加工结束――停止工进，主轴延时10S停转――工作台向左快退回原位――进入下一循环工作状态。右动力头的运行方向与左动力头相反。

控制要求：PLC设计时，工作方式设为自动循环、点动、单周循环和步进4种;主轴只在自动循环和单周循环时启动;要有必要的电气保护和联锁装置;自动循环时按下图的顺序动作。

2 PLC设计设计

2.1 采用IST指令实现程序设计

根据控制系统要求，该程序主要需包括四种工作方式，分别为自动循环、点动、单周循环和步进，最为简便的编程方法是使用功能指令的初始化指令IST(FNC60)。

梯形图源操作数S表明的是首地址，它有共8个位连号软元件元件组成，由开关量输入继电器X20～X27组成，其功能分别是：

X20：手动工作方式的输入控制信号;X21：返回原点工作方式的输入控制信号;X22：单步工作方式的输入信号;X23：单周期工作方式的输入控制信号;X24：全自动工作方式的输入控制信号;X25：返回原点的启动信号;X26：进入自动工作方式的启动信号;X27：停止。在开关量输入X20～X24中，不允许有两个或两个以上的输入端同时闭合，因此，必须选用满足该条件的转换开关，且该开关至少有五挡位置，当开关扳到某挡位置时，只有该位置的触点闭合，其他各位置的触点断开。在梯形图中，目的操作数D1和D2只能选用状态器S，其范围是S20～S899，其中D1表示自动工作方式所使用的最低位状态器，D2表示自动工作方式时所使用的最高位状态器。S0～S9是实际发始状态器地址编号。S0是各操作的初始状态，S1是原点回归的初始状态。

同时，与IST指令有关的特殊辅助继电器有8个。它们是M8040～M8047，其中M8040：转移禁止;M8040：转移开始;M8042：起动脉冲;M8043：返回原点完成，当M8043为1时，允许进入自动工作方式，当M8043为0时，表示返回原点未完成，不允许进入自动工作方式;M8047：STL监控有效。

因此，如果采用IST指令设计该双面铣床控制程序时，可将程序设计成四部分，第一部分IST指令;第二部分为手动程序，设计在状态点S0下;第三部分为返回原点程序，设计在状态点S1下，且在该部分程序最后，到达原点时对M8043置1，表示返回原点完成;第四部分为自动和单周程序，设计在状态点S2下。若X20为ON时，状态器S0为1，表示工作在手动工作状态;若X21为ON时，状态S1为1，处于返回工作原点状态，当返回工作原点完成时，M8043置1，，此时如果X22为ON，则工作于单步工作状态即步进状态，每按一次启动按钮，就进行一次状态转移，如果输入端X23为ON，则处于单周期工作状态，每按一次启动按钮，扫行完一个周期后，停止在起始状态S2;如果输入端X24为1时，则处于自动工作方式，循环执行用户程序。由此可见，该程序完全满足该双面铣床控制系统的四种工作方式。但是我们同时也可以发现，一旦采用IST指令，其输入端一次性占用X20～X27共8个输入点，对于三菱FX2N-32MR的PLC来说，有可能输入点是不够用的，并且它必须采用至少有五档的转换开关，那我们可不可以不采用IST指令同样也可以实现控制要求呢?

2.2 采用基本指令实现程序设计

2.2.1 程序的总体结构

图3为双面铣床的PLC梯形图程序的总体结构，将程序分为公用程序、手动程序和自动程序三个部分，其中自动程序包括单步、单周期、自动循环和自动回原点四部分。这是因为它们的工作都是按照同样的顺序进行，所以将它们合在一起编程更加简单。回原点程序放在自动程序的初始状态点S0中，因为自动循环等工作方式起点就要求动工作台处于原点位置，梯形图中使用跳转指令使得自动程序和手动程序不会同时执行。

2.2.2 各部分程序的设计

(1)公用程序。公用程序如图4所示，用于自动程序和手动程序相互切换的处理。当选择自动X

7、单周X

10、步进X11这三种工作方式时，程序跳转至P0执行自动程序，反之若选择的是手动X12，则执行手动程序。当执行手动程序时，首先将状态点S0～S13复位，同时将输出Y0～Y4复位，再进行手动工作方式，必免同时有两个活动步的异常情况，同时为避免手动工作时的越程故障，可在左动力头和右动力头输出上分别加上SQ3和SQ1的常闭触点，进行位置限制。

自动程序初始状态点S0的激活，由自动X

7、单周X

10、步进X11三个输入的并联进行触发，并采用边沿触发，如果采用普通触发，当以上三个输入开关闭合时，会出现初始状态点S0一直处于激活状态，当自动程序开始执行时，会同时出现两个活动步的异常情况，而采用上升沿触发，只有当开关合上一瞬间，初始状态点S0才会被激活，当下一个状态点满足条件激活时，S0状态点关闭。

步进工作状态依靠特殊辅助继电器M8040来实现，由启动按钮X0的常闭触点和步进工作状态选择开关S11的常开状态驱动特殊辅助继电器M8040。当步进选择开关S11闭合，没有按下启动按钮X0时，M8040为1，禁止状态转移，按下启动按钮X0时，常闭触点断开，M8040为0，允许状态转移，即跳转至下一个状态点，执行下一步动作，由此，每按一次，自动程序执行一步，即实现了步进控制。

(2)自动程序。自动程序功能图如图5所示，其中包含单周、自动循环以及自动回原点程序。其中单同和自动循环通过状态点S13下的跳转实现，当选择单周或步进时，程序跳转至状态点S0，当选择自动或步进时，程序跳转至状态点S10。自动回原点程序设计在初始状态点S0下。当返回原点后，即到达行程开关SQ1位置，给出原点信号Y5，作为下一个状态S10激活的条件之一。同时需注意的是，因为步进工作方式与自动程序是合在一起编程的，当程序工作在单周或自动时，满足下一个状态点激活条件时，则跳转至下一个状态点执行，而工作在步进工作状态时，尽管满足了下一个状态点激活条件，但没有按下启动按钮，程序不会执行下一个状态点的动作，即当前状态点一直处于激活状态，当前状态点也一直有输出，为了避免这种情况的出现，在每个状态点的输出元件上，加上条件限制，当满足跳转条件时，尽管没有跳转，当前状态点也无输出。如在状态点S10的输出元件前串上SQ2的常闭触点。

(3)程序调试。程序调试时，可各部分程序分别调试，然后再进行全部程序的调试，也可直接进行全部程序的调试。

3 总结

本文介绍的在双面铣床控制系统中应用PLC替代继电器―接触器电气控制线路的技术改造，经过实际运行，系统运行稳定可靠，能很好的保证其加工精度和定位精度，两个编程方法各有优缺点，采用IST指令，编程方法简单，程序结构清晰，但在工作方式的选择开关上一定要采用五档转换开关来实现，采用普通指令，编程较为复杂，但开关无特殊要求。总之，PLC的应用不但大大提高了系统运行的可靠性和抗干扰能力，降低了设计运行的故障率，同时给设计维护带来极大的便利，对同类设备的技术改造有较大的参考价值。

参考文献：

[1]王兆义.可编程控制器教程[M].机械工业出版社，2004(07).

[2]陈韦明，何美生.电气控制及PLC控制技术[M].北京交通大学出版社，2010(09).

[3]高级维修电工专业技能训练[M].中国劳动社会保障出版社，2004(06).

第五篇：基于PLC与变频器的恒压供水系统

摘要：阐述了恒压供水的构成框图、工作原理及软件构成，侧重于给出恒压供水的实现思路。

关键词：PLC 变频器 恒压供水

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2014)04-0018-01

PLC作为新一代工业自动化控制装置，具有可靠性高、编程简单、通用性好、维护简单等优点，被广泛应用于冶金、化工、机械、电子、电力等几乎所有的工业领域;触摸屏技术的发展，也为人机对话提供了良好的平台。

我公司大部分设备需用循环冷却水，但又受生产淡旺季、产品结构变化等因素的影响，经常出现冷却水供应、使用的不平衡，这主要表现在冷却水管网水压上，用水量大时，水压偏低、流量偏小;用水量小时，水压则偏高、流量偏大。将其控制系统进行改造，采用PLC、变频器、触摸屏等控制后，不但解决了上述水压不稳的问题，还有操作界面友好、节能降耗、降低维护成本等优点。

1 构成框图

该系统由触摸屏、PLC、变频器、压力变送器等组成，其构成框图如图1所示。

PLC：采用三菱FX1N-24MR，且选用配套的FX0N-3A模块，采集冷却水供水总管上的水压信号，并将其转换为4～20mA的电信号给PLC。变频器：采用三菱FR-A540系列。触摸屏：采用三菱F930GOT，显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等。

2 工作原理

公司冷却水供应由2个泵组成，安装在公司冷却水供水总管上的压力变送器，采集水压信号，并将其转变为电信号给PLC，PLC将该信号与触摸屏上的设定值进行比较并计算，并将结果输出给变频器，控制变频器的频率值，从而控制水泵电机的转速，进而控制冷却水的压力。如用水量增大，1#泵转速达到额定转速也无法满足工艺要求时，系统自动将1#泵切换到工频电网上，同时启动、调节2#泵，直到采集到的水压稳定在水压设定值。如用水量减小，2#泵运行到下限频率时，系统自动将1#泵停运，2#泵继续通过变频器调节水压。此时，如用水量又增大，2#泵转速达到额定转速也无法满足工艺要求时，系统自动将2#泵切换到工频电网上，同时启动、调节1#泵，直到采集到的水压稳定在水压设定值。如此循环，实现自动恒压供水。

3 系统软件

系统的软件包括变频器参数设定和PLC程序设计。

3.1 变频器参数设定

变频器变频运行，当水泵电机转速过低时，容易形成“空转”现象，所以将其变频下限设为20Hz;水泵电机可高速运行至额定功率(50Hz)，所以将其变频上限设定为50Hz。除此之外，变频器还自带欠压保护、过压保护、过载保护等功能，当电网电压异常或水泵出现异常时可及时发出警报。

3.2 PLC程序设计

PLC的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计，手动部分是通过按钮控制水泵电机在工频下的运行与停止，供调试、维修用;自动控制程序采用PID调节指令，在此不作详细论述。

4 系统优点

(1)冷却水压力可根据产品工艺要求在可设范围内任意设定，并将当前实际压力与设定压力显示在触摸屏上。(2)水泵电机启动由变频器控制，避免了直接启动的大电流给供电电网的冲击，既避免了对周边设备的影响，也能延长水泵电机的有效使用寿命。(3)工作泵与备用泵轮换运行，保证各泵有基本相同的运行时间，避免了因备用泵长期不用而发生的锈蚀现象。(4)有效降低水泵电机的运行能耗，节电率至少可达30%。

5 结语

该控制系统具有功能强大、性能稳定、运行可靠等优点，硬件品牌可根据个人实际情况合理选用，稍作改进，可广泛用于生活供水、消防供水、中央空调系统、集中供热等供水系统。

参考文献

[1]王红梅，方贵盛.基于PLC与变频器的恒压供水节能技术研究[J].浙江水利水电专科学校学报，2009，(12).

[2]韩卫杰.PLC和变频器在城市小区恒压供水中的应用[J].科学之友，2008，(10).

[3]杜韦辰，张世俊.基于PLC与触摸屏的恒压供水系统的设计[J].兰州石化职业技术学院学报，2010，(6).