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毕业设计论文
论文题目：涂装烘干 PLC自动控制系统的研究与设计
系 部： 专 业：
班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师：
xx年 5 月 6 日
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摘 要
随着工业现代化的进一步发展，人们需要方便、快捷地将不同的物件输送到不同的工位上去完成各种工艺作业，因此积放式悬挂输送机应运而生，它是现代化生产中广泛使用的物料输送设备。目前，积放式悬挂机广泛适用于机械、汽车、冶金、家电、轻工、食品等行业。本文以汽车涂装烘干生产线的自动控制的设计过程为例，论述了可编程控制器在积放式悬挂输送机中的应用，系统采用积放式悬挂输送机和PLC控制涂装烘干生产线的运行，应用微机参与生产管理，根据生产情况确定最佳的物流状态，按指定路线完成物料的输送、积存、转挂、分流及工艺工装，有效减轻工人的劳动强度，提高生产效率。文中介绍了系统的硬件和软件组成，提出了机型选择的依据，论述了PLC及其应用，给出PLC实现程序控制详细步骤，最后给出软件梯形图程序。
关键词：积存；满位；占位；合流/分流道岔
Abstract
With the further modernization of industrial development, we need to facilitate, quickly to different objects transported to different places up for the completion of various operations, Therefore plot hoisting up-conveyor crops, it is modern production widespread use of material handling equipment. Currently, the plot-up flying machine widely used in machinery, automobile, metallurgical, electrical appliances, light industry, food and other industries. Based automobile drying coating production line control of the design process as an example. Programmable controller discussed in the plot flag carrier to-machine applications, system uses the plot to-flag conveyor PLC control and drying coating production line operation, computer application in production management, According to determine the best production of the logistics state designated route completed by the delivery of material, accrued transfer link Tooling and streaming technology, effectively reducing the labor intensity of the workers and improve production efficiency. This paper introduces a system of hardware and software components, a selection of the type discussed in the PLC and its application PLC gives detailed step process control, given the software's Ladder.
Keywords : Cumulative; Fully booked; Masses; Convergence / triage Turnout
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目 录
绪论 ..................................................................... 1 第1章 研究背景及行业介绍 ................................................ 2
1.1.1 研究背景 ........................................................ 6 1.1.2 行业介绍 ........................................................ 2 1.2系统的控制要求、方案确定 ............................................ 3 1.2.1系统的控制要求 .................................................. 3 1.2.2系统的方案确定 .................................................. 4 第2章 积放式悬挂输送机的简介 ............................................ 7 2.1输送机的概述 ........................................................ 7 2.2积放式悬挂输送机的工作原理 .......................................... 7 第3章 可编程控制器（PLC）的简介 ......................................... 9 3.1可编程控制器的概述 .................................................. 9 3.2可编程控制器的硬件和软件 ........................................... 14 3.2.1 可编程控制器的硬件 ............................................. 14 3.2.2 可编程控制器的编程语言 ......................................... 11 3.3 可编程控制器的工作原理 ............................................. 16 第4章 控制系统的的简介 ................................................. 14 4.1控制系统的整体设计 ................................................. 14 4.2控制系统的的工作过程 ............................................... 18 第5章 控制系统的硬件设计 ............................................... 19 5.1 可编程控制器的选配 ................................................. 19 5.2 变频器的选配 ....................................................... 21 5.2.1 概述 ........................................................... 21 5.3 其它设备的选配 ..................................................... 24
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第6章 控制系统的软件设计 ............................................... 26 6.1 系统启动、停止工作过程 ............................................. 29 6.2 停止器的工作过程 ................................................... 31 6.3 运料小车给址与读址的工作过程 ....................................... 31 6.4 分流与合流道岔的工作过程 ........................................... 33 第7章 展望 ............................................................. 36 参考文献 ................................................................ 38 附录A系统电气原理图、电气布置图及PLC接线图(见大图) .................... 39 附录B系统软件程序 ...................................................... 41 附录C主要元器件选型 .................................................... 46
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绪论
近年来，随着国民经济的发展，在现代工业生产自动化过程中可编程控制器（PLC）从无到有，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。可编程序控制器是集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体的通用工业控制装置。它不仅可以取代传统的继电接触控制系统，还可以构成复杂的工业过程控制网络，在工业控制的各个领域里得到了极为广泛的应用，且经济效益明显，是实现工业自动化的一种强有力的工具。
今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。可编程控制器在电力工业，电梯工业，立体车库，汽车工业，制冷工业，钢铁工业，冶炼工业，建筑工业等各个行业的杰出表现使它的重要性日益突出。总之，是否采用PLC已经成为衡量自动控制水平的一个重要标志。
本文以汽车涂装烘干线为例介绍了可编程控制器在积放式悬挂输送机中的应用。本输送线分为物料输送线(快速链)和物料烘干线(慢速链)两部分，其中快速链主要用于输送物料，链速较快(链速约12m/min);慢速链属于可调速工艺链，根据物料的不同，所需的烘干时间也不同，因此链速并不是固定不变的，必须通过控制柜内的变频器来调整其速度，所以在整个系统起动前应先设定变频器的频率，来控制电动机的转速，从而控制链速(链速约0.5m一2.5m/min)。本输送线运行全部采用PLC自动控制,通过输送线上各占位开关,满位开关,清除开关,以及给址器,读址器等向PLC输入端发出信号,经中央处理机(CPU)内部程序处理后,向PLC输出端发出相应信号,来控制输送线上每辆小车的停止或运行,从而达到自动控制输送线正常运行的目的。
本系统设计包括两部分内容，即硬件和软件，共七章。第一章是绪论，从研究背景及行业介绍开始讲，最终落脚到本次系统的控制要求、方案确定与系统的工作原理。第二、三章是有关硬件部分的介绍。第四、五、六章是整个设计的重点，第四章控制系统的组成和工作原理，第五、六章分别是控制系统的硬件和软件部分。尤其要说明的是整个设计较大，所以编程复杂，因此在第六章将程序分成几部分介绍，由于涉及点数太多，所以列出了I/O点，最后附录中有整个完整的梯形图程序。
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第1章 研究背景及行业介绍
1.1 研究背景
随着自动化技术的飞速发展，大力地推动了PLC控制技术的快速前进。由于PLC控制具有其他设备无法比拟的优点，使得它在控制领域得到了广泛的应用与创造了很多的科研成果。
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，集微机技术，自动化技术，通信技术于一体的通用工业控制装置。长期以来，PLC及其控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场，其提供的安全和完善的解决方案，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用。
本文以汽车涂装烘干生产线的自动控制的设计过程为例，论述了可编程控制器在积放式悬挂输送机中的应用，系统采用积放式悬挂输送机和PLC控制涂装烘干生产线的运行，应用微机参与生产管理，根据生产情况确定最佳的物流状态，按指定路线完成物料的输送、积存、转挂、分流及工艺工装，有效减轻工人的劳动强度，提高生产效率。
1.2 行业介绍
涂装、烘干是汽车、摩托车、家电、空调及其它物品生产过程中的一项不可缺少的工艺，在现代工业中处于极为重要的地位，采用PLC控制涂装烘干生产线的运行，可根据生产情况确定最佳的物流状态，按指定路线完成物料的输送、积存、转挂、分流及工艺工装，有效减轻工人的劳动强度，提高生产效率，还可以构成工业过程控制网络。本文以汽车涂装烘干线为例介绍PLC控制系统的构成及应用。
涂装烘干生产线控制系统非常复杂，它需要控制道岔、停止器、捕捉器、隔离开关、急停开关、接近开关、光电开关、传送机、张紧器、提升机等许多执行机构。整个控制系统由中央控制室和远程控制站组成了一个工业局域网，远程控制柜PLC通过以太网将自己所控制区域内的生产情况传送至中央控制室的计算机系统。其中涂装、烘干区由多条宽推杆积放式悬挂输送链系统组成，用来存储不同的汽车和同种汽车的不同颜色汽车。积放式悬挂输送机是因应工厂自动化生产需要发展起来的一种宗合性空间输送系统，输送机轨道上下两层组成，牵引链沿上层轨道运行，载货小车沿下层轨道运行。系统中承载小车通过线路自动装置及PLC控制系统停止或前进，实现货物的运输、分类、储存，它能高效地完成生产运输、组织、协调任务，是家电、轻工、食品、纺织、汽车、摩托车、邮电、像胶及建材等行业理想的输送设备。
涂装烘干生产线控制系统的特点同时也是控制的难点，主要体现在以下两方面：一是，要切实保证设备运行的安全性，在生产过程中出现任何微小的故障都可能导致重大的安全事故和巨大的经济损失；二是，控制系统复杂的连锁关系，包括工艺链和快速链之间的衔接，需要设备的各个环节紧密配合，不能出现丝毫差错。
涂装烘干生产线控制系统自动化程度较高、数据采集量大、控制站多，因此，对系统可靠性的要求较高。要求系统，运行效果较好，运行稳定、可靠，能灵活地实现复杂的连锁任务，具有较高的机电一体化水平。同时，要求系统设计合理、安全可靠，能减轻工人的劳动强度，减少设备运行的故障率，这样才能提高生产效率。
本输送线运行全部采用PLC自动控制,通过输送线上各占位开关,满位开关,清除开
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关,以及给址器,读址器等向PLC输入端发出信号,经中央处理机(CPU)内部程序处理后,向PLC输出端发出相应信号,来控制输送线上每辆小车的停止或运行,从而达到自动控制输送线正常运行的目的。
1.2系统的控制要求、方案确定
1.2.1系统的控制要求
涂装烘干线可分为物料输送线（快速线）和物料烘干线（慢速线）两部分，其中快速线主要用于物料输送，线速较快，约12m/min；慢速线属于可调速工艺链，因为物料的不同，所需烘干时间也不同，因此线速不是固定不变的，系统通过变频器来实现其无级平滑变速，所以在整个系统起动前应先设定变频器的频率，来控制电动机的转速，从而控制其线速。
系统起动前先将运料小车从生产线的固定上车点处倒送入线内，严禁在输送机运行时将车送入线内。系统起动后，小车按照给定的路线进入相应工位进行涂装，涂装后汽车由快速线进入慢速线，经烘干后从慢速线中驶出，至下料点卸料，最后返回上料点继续装料，如此周而复始。生产线的运行路线如图1.1所示。
综上所述，为保证系统能正常运行，PLC控制系统必须具备以下功能：
（1）控制生产线的起动、停止、设定物料烘干线的线速，并可根据随时改变线速。 （2）在相应工位（如上料点、卸料点及关键工位等）设置紧急停止按钮。当出现紧急情况时，操作工人可直接按急停按钮停止生产线的运行，以免发生重大事故。
（3）运料小车由于所载物料的不同，必须进入各自对应的工位，所以在上料点上料后,应根据需要对小车给定地址。给址完毕后，小车根椐所给地址进入不同的工位，经过喷漆、烘干后，合格的工件经下料点时被卸下，空载小车返回上料点积存,以待重新上料。不合格的工件返回相应工位，重新进行加工。
（4）物料的涂装通过机械手自动喷涂。现场安装触摸屏，根据物料的不同随时更改喷涂时间。
图1.1 系统运行组态
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1.2.2系统的方案确定
在现代工业控制中一般采用的控制技术有可编程控制器技术控制、单片机控制和继电器控制，下面以上面所说的二种控制方式逐一介绍，并比较它们的性能、特点，最终确定最优的控制方案。
可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC具有如下特点：
（1） 可靠性高，抗干扰能力强。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
（2） 配套齐全，功能完善，适用性强。
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎。
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
（4） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 （5） 体积小，重量轻，能耗低。
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按
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照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为40%左右。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
单片微型计算机，简称单片机，是微型计算机的一个分支。它是在一块芯片上集成（嵌入）了CPU、RAM和ROM存储器、I／O接口等而构成的微型计算机。因主要用于工业测控领域，故又称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器CPU。用超大规模集成技术把CPU集成在一块芯片上，称为微处理器。微处理器、微控制器和微型计算机三者的关系十分密切。目前，单片机在工业测控领域中已占重要地位。各电气厂商、机电行业和测控企业都把单片机作为本部门产品更新换代、产品智能化的重要工具。
单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的。单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。因此，单片机有着自已的特点，主要是：
（1） 品种多样，型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开发者有很大的选择自由。CPU从4、8、16、32到64位，有些还采用RISC技术；
（2） 提高性能，扩大容量。集成度已达200万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微秒。工作频率达到30MHz甚至40MHz。指令执行周期减到数十微秒。存储器容量RAM发展到1K、2K，RO M发展到32K、64K；
（3） 增加控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到在一块含有CPU的芯片上，除嵌入RAM、ROM存储器和 I／O接口外，还有A／D、PWM、U ART、Timer／Counter、DMA、Watchdog、Serial Port、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统；
（4） 低功耗。供电电压从5V降到3V、2V甚至1V左右。工作电流从mA级降到μA级。在生产工艺上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS过渡；
（5） 应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。使有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品； 系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外，还特别配置有传感器，人机对话 、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。
单片机的应用广泛主要在如下几方面 ：
（1） 在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
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（2） 在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。
（3） 在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。
（4） 在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。
（5） 在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。
PLC和单片机本质是一样的，都是基于微处理器技术，都可以实现对仪器设备的智能化控制，PLC内部就用了单片机。但两者各有不足。
PLC的缺点：
（1） 价格昂贵，体积大，
（2） 功能扩展需要较多的模块， （3） 不适合大批量重复生产的产品。
单片机的缺点：
（1） 编程方法复杂，不容易上手。 （2） 抗干扰能力差。
但两者最不同的是适用的范围：PLC适合于工作母机控制和工业过程控制。而单片机应用范围广泛，可以用于小批量产品，特别是仪器仪表，家电以及小型控制系统。
根据以上介绍和比较，结合PLC的优点，最终确定汽车涂装烘干生产线的自动控制系统由PLC来控制。根据厂家所提出的生产率，以及设计要求输送线共设置20个停止器(如图1.2所示)，每两个停止器之间是一个积放段，停止器之间的距离由积放段所存的运料小车数所决定，在本次输送线中，存车数范围是1-20辆。
图1.2 系统示意图
由前面给出的输送线运行图，我们首先根据要求和确定出的控制方案，先设计出继电接触系统的电气控制线路如附录。
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第2章 积放式悬挂输送机的简介
2.1 积放式悬挂输送机的组成
积放式悬挂输送机是一种具有起重、运输、合理利用空间和实现科学管理等多功能的柔性贮运设备。它通过线体组合，并配以电控技术，可以组成自动化程度较高的综合笥空间贮运系统。积放式悬挂机广泛适用于机械、汽车、冶金、家电、轻工、食品等行业。
该系统通过PLC控制，完成物料的自动输送、停止、储存、分检、传递、升降、旋转、推进等功能，实现复杂的生产过程的自动化，能更有效地组织快节奏，高效率的现代化大规模生产。
其主要部件简介如下：
（1） 驱动装置：驱动装置是输送机系统的动力源，由电动机、减速器、机架、驱动链条等组成。它具有机械过载和电流过热继电器双重保护功能。根据载荷大小可分为A、B、C三种形式。速度范围：0.5—18M/MIN。
（2） 张紧装置：用来吸收牵引链条从驱动装置绕出时所产生的松弛和链条长期运行磨损产生的伸长，保持链条具有一定的张紧力；
新型张紧装置为四轮浮动式结构，张紧气缸和浮动架之间由原来的刚性连接改为环链式柔性连接，从根本上避免了原有刚性连接可能出现的卡阻现象。此外在张紧中还增加了安全阀和电接点压力表，保证了张紧的可靠性。
（3） 牵引链条：牵引链条由链片、销轴、宽推杆及链支撑小车组成。上述部件均为模锻件，强度高、抗冲击性强；链支撑小车为整体轴承轮，运行阻力小。新型宽推杆比原来加宽了2-3倍，这就从根本上解决了积放小车的传递方式，由原来的两次传递化为一次传递。不但缩短了传递时间，提高了道岔传递的可靠性，而且取消了原来的压轨长度，明显地提高了工艺线路的有效利用率。
（4） 积放小车：积放小车升降爪较原来加宽了4-5倍，其端部采用叉式结构，并把原升降爪和止逸爪合二为一，因此积放小车不但可以承受推杆的推力，还可以有效地限制推杆在运行过程中的纵向游移、同时前小车车体和升降爪之间增加了一导向机构，保证了升降爪垂直升降的灵活性。
（5） 轨道：轨道由牵引轨和承载轨及括架组成，均由优质合金结构钢制作，具有强度高、耐磨等特点。新型承载轨采用特制异型凸缘槽钢制造，不仅有效地提高了轨道的承载能力和刚度，而且轨道的凸缘和积放小车导轮之间由原来的点接触变为线接触，明显提高了轨道的耐磨型和小车的运行平稳性。
（6） 道岔：道岔设计改变了原来的抬压轨的传递方式，取消了送车断的压轨段，将原来的二次传递简化为一次传递，缩短了传递时间，提高了生产率。由于传递是由宽推杆和宽升降爪的啮合完成的，道岔的传递中心与前小车的中心距无关，因此，避免了因工程项目的不同，前后小车中心距变化而每次都进行的重复设计。
2.2积放式悬挂输送机的工作原理
积放式悬挂输送机的行车轨道是由平行的牵引轨和承载双层复合组成，链条推杆和承载小车通过执行机构的动作，可以相互脱开和咬合运行。全系统采用升降装置，道岔
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的分流和合流，转轨装置，停止器等，将各种节奏不同的运输线路、贮运仓库、工艺线路联合成一个统一的完全自动化的工程系统。
积放式输送机能够连续地在车间内部或车间之间运输各种物件，同时也可在流水线的各工序间传递工件，并进行各种工艺处理，将各种不同节奏的单独运输线路和工艺线路有机联合成一个完全自动化系统，完成运输和工艺作业的综合机械化和自动化。可采用计算机及大屏幕监控和故障自诊断处理。
输送机在传动装置、张紧装置、上下坡段以及电控部份设置了过载和断链保护机构，对人身和设备的安全起到了保障作用。输送机系统可实现定点或跟踪润滑，也可以采用干膜无油润滑，并可根据用户的不同要求，配以微机控制，实现不同程度的自动化连续生产，以及纳入计算机管理。
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第3章 可编程控制器（PLC）的简介
3.1可编程控制器的概述
国际电工委员会(IEC)曾于l982年颁布了可编程序控制器标准草案第一稿，1985年颁布了第二稿，1987年颁布了第三稿。在草案第三稿中对可编程序控制器又作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”
由上述定义可见，可编程序控制器是专为在工业环境下应用而设计制造的一种面向用户的工业控制计算机，非常适用于工业现场的工程技术人员和电气专业维修人员。
计算机出现后，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制，代替传统的继电器-接触器控制系统。但采用小型计算机对使用环境要求较高，现场的输入输出电路与计算机不匹配，计算机程序编制复杂，一般工程技术人员不容易运用自如，加上造价高，所以尚未得到广泛应用。
自从美国在1969年研制出世界上第一台可编程序逻辑控制器以后，日本在1971年从美国引进这项技术后很快研制出日本第一台可编程序控制器。原西德和法国等西欧国家在1973～1974年也研制出他们的第一台可编程序控制器。
早期的可编程序控制器在功能上只能进行逻辑运算，完成开关量的逻辑控制，因此被称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Control1er)，简称PLC。随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器在功能上大大增强，它不仅具有逻辑控制功能，还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能，可编程序逻辑控制器这一名称已不能准确地反映出它的特性,于是，美国电气制造协会(National Electrical Manufacturers Association，简称NEMA)于1980年将它正式命名为可编程序控制器(Programmable Contro11er)，简称PC。PC定义如下：“PC是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器以存储指令，能完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种类型的机械或生产过程。”但近年来个人计算机(Personal Computer)也简称PC，为了加以区别，现在通常把可编程序控制器仍然简称为PLC。
这些年来日本主要发展中、小型PLC。日本的小型PLC产品性能先进、结构紧凑、价格便宜，因而在国际市场上占有重要地位，使得美国不得不转向发展大型PLC。日本三菱电机公司是日本目前PLC销售量最大的厂家，其代表产品是A系列中型PLC和FX系列小型PLC。
我国从1974年开始研制可编程序控制器，当时是仿制美国的第一台产品。直到1977年研制成功了以一位微处理器MC14500为核心的PLC，并开始在工业中应用。
几十年来，PLC控制技术的发展相当迅速，应用领域迅速扩大，几乎覆盖了所有的工业部门。据统计，在发达的工业化国家，百分之八十以上的工业设备都采用了PLC控制。PLC在发达的工业化国家已成为工业控制的标准设备，与工业机器人、计算机辅助设计和计算机辅助制造、数控机床并称为工业生产自动化的四大支柱。
综上所述，可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，逐
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渐发展成以微处理器为中央处理单元(Central Processing Unit，简称CPU)，并综合计算机技术、自动控制技术以及通信技术发展起来的新一代通用工业自动控制装置。PLC从诞生至今，其功能越来强大，特点突出，应用领域广阔。现在，PLC已经在大型网络化、智能I/O模块等方面迅速得到发展。
3.2可编程控制器的硬件和软件
3.2.1 可编程控制器的硬件
PLC是一种专为在工业环境下应用而设计制造的面向用户的工业控制计算机，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC分为整体式、模块式和叠装式三类。
PLC各部分的介绍：
第一，中央处理器单元(CPU)：CPU在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，是PLC的运算、控制中心。
第二，存储器：根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种： ① 系统程序存储器
PLC的系统程序存储器和各种计算机一样，也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序。系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是由制造商开发固化好的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM。 ② 用户程序存储器
用户根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池保护RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM。目前较先进的PLC均采用快闪存储器EEPROM作为用户程序存储器（西门子公司产品称之为MMC存储卡），快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护，但读写次数有限。 ③ 工作数据存储器
工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区，不仅开辟有用于存放输入信号和输出信号状态的输入映像寄存器和输出映像寄存器，而且开辟有用于存放PLC其它编程元件(定时器、计数器、辅助继电器等)状态的元件映像寄存器和用于存放数据的数据表。
第三，输入映像寄存器：输入映像寄存器可按位进行寻址，对于数字量输入模块来说每一个位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描期，CPU可以读其值，但不可以对其值写或进行修改。
第四，输出映像寄存器：输出映像寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出映像寄存器的值，表明的是上一时间的真实输出值。在程序执行过程中，CPU可以读其值，并作为条件参加控制，还可以修改其值，而中间的变换仅仅影响映像寄存器的值。只有程序执行到一个循环的末尾时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。
数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字节。它存储用户程
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序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来存放A/D转换得到的数字和数字运算的结果等。
根据需要，部分数据在掉电时用后备电池保持其当前值，在掉电时可以保持数据的存储器区域称为数据保持区。
第五，I/O单元也称为I/O模块。PLC通过I/O单元与工业现场设备相联系。输入单元接收操作指令和现场的状态信息，如控制按钮、操作开关、行程开关、继电器触点及各类传感器（如接近开关、光电管、光栅）等信号，并通过输入接口电路的滤波、光电隔离和电平转换等将这些信号转换成CPU能够接收和处理的数字信号。输出单元将CPU送出的弱电控制信号通过输出接口电路的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的各种等级的电信号输出，以驱动各种声光装置、继电器、接触器、电磁阀和电磁铁等执行元件。
I/O扩展口是PLC的总线接口。当用户所需的I/O点数或类型超出主机上的点数或类型时，可以通过加接I/O扩展单元来解决。主机与I/O扩展单元通过I/O扩展口连接。 第六，现代PLC一般配有开关式稳压电源，供内部电路使用。与普通电源相比，开关电源的输入电压范围宽，体积小，重量轻，效率高，抗干扰性能好。有的PLC还向外提供DC24V直流电源，给开关量输入单元连接的现场无源开关使用，或给外部传感器供电。
第七，编程工具的主要作用是用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PLC的内部状态和参数，与PLC进行人机对话。因此，编程工具是开发、应用、监控运行和检查维护PLC不可缺少的设备。编程工具可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机。
PLC的外部设备除了编程工具以外，还常用以下几种：人机接口、外存储器、打印机和EPROM写入器等，其中，人机界面是PLC控制系统现场监控的必要设备，其它外部设备可根据具体情况选用。
3.2.2 可编程控制器的编程语言
PLC是专为工业控制而开发的装置，主要使用对象是广大工程技术人员及操作维修人员。为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，这些编程语言有梯形图(Ladder Diagram，简称LAD或LD)、指令表(Instruction List，简称IL或称语句表，简称STL)、功能块图(Function Block Diagram，简称FBD)等。
PLC的梯形图是在继电器控制系统电路图的基础上演变而来的。它与继电器控制线路原理图相对应，具有直观、简单、易懂和易于检查等特点，很容易被广大工程技术人员掌握。梯形图编程语言特别适用于开关量逻辑控制，是PLC的主要编程语言。
用梯形图编程虽然直观、简便，但要求PLC配置CRT显示器方可输入图形符号。在许多小型、微型PLC的编程器中没有CRT屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示，就只能用一系列PLC操作命令组成的指令程序将梯形图控制逻辑描述出来，并通过编程器输入到机器中去。
PLC的指令表(语句表、指令程序、助记符语言)是由若干条PLC指令组成的程序。PLC的指令类似于计算机汇编语言的形式，它是用指令的助记符来编程的。但是PLC的指令系统却比计算机汇编语言的指令系统简单得多。PLC有20多条基本逻辑指令，可以编制出能替代继电器控制系统的梯形图。因此，指令表也是一种应用很广的编程语言。
PLC中最基本的运算是逻辑运算，最常用的指令是逻辑运算指令，如“与”、“或”、
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“非”等。这些指令再加上“输入”、“输出”和“结束”等指令，就构成了PLC的基本指令。不同厂家的PLC，指令的助记符不相同。语句表（指令表）是由若干条指令组成的程序。指令是程序的基本单元。每个控制功能由一条或几条指令组成的程序来完成。每条指令规定CPU如何操作。
PLC的指令表达形式和计算机的指令表达形式类似，它也是由操作码和操作数两部分组成。其表达式为：
操作码 操作数 （指令） （数据）
语句表（指令表）是梯形图的派生语言，保持了梯形图的简单、易懂的特点，并且键入方便、编程灵活。但是语句表（指令表）不如梯形图形象、直观，较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时—般使用梯形图语言。使用语句表（指令表）编程时，一般先根据要求编出梯形图，然后再根据梯形图转换成语句表（指令表）后再写入PLC中，这种转换的规则是很简单的。
功能块图也是一种图形语言。在功能块图中也允许嵌入别的语言，如梯形图、指令表和结构文本。
随着PLC的迅速发展，如果仍然用梯形图来表示高级功能，会很不方便。为了增强PLC的数学运算、数据采集和处理、图形显示、报表打印、联网通信等功能，方便用户的使用，许多大中型PLC都配备了Pascal，Basic，C等高级编程语言。
随着PLC处理功能的不断增强，使用不同的语言来处理不同的问题，可取得事半功倍的效果。因此，在PLC编程中要根据控制任务和不同程序的特点，灵活使用其编程语言是非常重要的。
3.3 可编程控制器的工作原理
PLC是依靠执行用户程序来实现控制要求的。外面把使PLC进行逻辑运算、数据处理、输入和输出步骤的助记符称为指令，把实现某一控制要求的指令的集合称为程序。PLC在执行程序时，首先逐条执行程序命令，把输入端的状态值（接通为1，断开为0）存放于输入映像寄存器中，在执行程序过程中把每一次的运算结果的状态存放于输入映像寄存器中。
PLC执行程序是以循环扫描方式进行的。每一个扫描过程主要分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。
1 输入采样阶段 在每一个扫描周期开始时，PLC顺序读取全部输入端信号，把输入端的通断状态存放于输入映像寄存器中。
2 程序执行阶段 PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按Network number（三菱、OMRON公司PLC称步序号）顺序排列。在没有执行跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。然后，进入输出处理阶段。
3 输出刷新阶段 当第二阶段完成之后，输出映像寄存器中各输出点的通断状态将通过输出部分送到输出锁存器，去驱动输出继电器线圈，执行相应的输出动作。
完成上述过程中所需的时间称为PLC的扫描周期。PLC在完成一个扫描周期后，又返回去进行下一次的扫描，读入下一周期的输入点状态，再进行运算、输出。
PLC的工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理、通信处理等工作。在内部处理阶段，PLC检测CPU内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信处理阶段，CPU处理从通信端口接收到的信息。
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第4章 控制系统的的简介
4.1控制系统的整体设计
（1）PLC控制系统设计的基本原则
① 使控制系统简单、经济、安全可靠，使用维修方便。
② 考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当地留有余地。 （2）PLC控制系统设计的主要内容。
① 拟定控制系统设计任务书（包括设计的技术条件），明确设计任务和要求。 ② 确定PLC的型号，容量，I/O模块，电源模块等，及对控制系统的硬件进行配置（包括输入，输出设备等）。
③ 编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图。
④ 根据系统的设计要求编写程序规格要求说明书，再用编程语言进行程序设计。 ⑤ 选择所需的电器元件，设计操作台，电气柜及非标准电器元件。
⑥ 编写控制系统的技术文件，包括说明书，电气原理图，电气元件明细表，控制软件等。
图4.1 PLC控制系统设计的一般步骤
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（3） 系统设计的步骤
PLC控制系统设计的一般步骤，如图4.1所示
① 根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作时序，条件，必要的保护和联锁等），操作（手动，自动，连续，间断等）。
② 在明确了控制任务和要求后，选择电气传动方式和确定系统所需的用户输入，输出设备。
③ 选择合适的PLC类型。（包括机型的选择，容量的选择，I/O模块的选择等） ④ 分配I/O点，设计I/O端子接线图（这一步也可结合第2步进行）。 ⑤ 进行PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
⑥ 将编写好的程序输入PLC中去，并对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 ⑦ 联机调试。在PLC软硬件设计和控制台、柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统联机调试，调试中发现的问题，要逐一排除，直到调试成功。
⑧ 编制技术文件（包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC程序清单）。
⑨ 交付使用。
以上各项的取舍根据系统设计的实际需要而定.
(4) 积放式悬挂输送机涂装烘干生产线的使用过程中应注意以下几个方面：
①停止器的设置
停止器是整个输送机系统车流控制的核心它有以下两个重要作用.
首先，在输送机系统中对车流实行安全可靠的控制,尤其是在承载小车分流或汇合的道岔区域内,停止器对车流实现联锁控制,帮助道岔区域内承载小车顺利通行.
其次，在输送机系统中,调节车流.当承载小车通过水平回转段、垂直弯曲段和操作工位时,停止器等距离地释放承载小车对车流起着稳定和均衡作用.
停止器的设置关系到输送机系统能否正常工作,停止器设置得太少,输送机将不能满足生产率的要求;停止器设置得太多,致使气路单元增加,电控复杂、造价升高,故障源增多,其可靠性反而降低.
停止器设置通常应遵循如下原则:
分支道岔前为保证承载小车安全通过应设置一个停止器;
合流道岔前为保证二支线上的承载小车顺利通过,每一支线上均应设置一个停止器;
不能积存的水平回转段前应设置一个停止器,以避免承载小车在水平回转段上积存;
上坡段和下坡段前必须设置一个停止器,目的在于均衡车流,限制爬坡段上的承载小车数量,减少提升载荷;
快慢链直线传递区送车端一般应设置一个停止器; 升降段(或旋转段)以及其前方应各设置一个停止器;
各操作工位均应设置停止器,同时操作时间和生产节拍要求,酌情决定操作工位前是否设置停止器;
特殊工艺要求的地方设置停止器; ②快速线与慢速线的交接
运料小车离开喷漆室后，行至快速线与慢速线交接处占位，首先对漆后汽车检修，如不合格，分流道岔打至弯通，停止器打开，小车返回至上料点准备重新喷漆；如合格，分流道岔打至直通，快速线与慢速线交接处所设置光电传感器检测牵引小车运行之推钩，检测到停止器打开，推钩将小车牵引至慢速线开始烘干，完成快速线与慢速线交接。
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输送机系统各个不同的区域有着不同的工艺要求,有些区域需要承载小车快速运行(u1=15～18m/min),有些区域需要承载小车慢速运行(u2=0.8～2.5m/min).在这种需要承载小车快慢速运行的输送机系统中,不同运行速度的牵引链分区域布置,各条牵引链之间必然存在着快慢链传递的问题.
快慢链传递系统中,慢速链为强制性生产节拍,承载小车采用连续运行方式,运行区域不设停止器,牵引链推杆远距离等间距布置,每一个牵引链推杆带动一辆承载小车;即慢速链上承载小车的运动间距等于牵引链的推杆间距,带车的牵引链之间不设空余的推杆.
快慢链传递系统中,快速链为柔性生产节拍,快速链区域设停止器,快速链推杆以较小间距布置,承载小车根据PLC的指令以间歇方式运行.
当承载小车按一定的生产节拍由快速链向慢速链传递时,由于快速链上带车的推杆之间设置有空余的推杆,快速链的送车段采用压轨后推传递方式,即可使承载小车顺利地跨越快慢链之间的传递空档.
快速链上停止器的发车节拍可以根据慢速链的信号控制(检测推杆),也可以根据慢速链的运行速度进行时间控制.
当承载小车由慢速链向快速链传递时,由于慢速链上是一个推杆带动承载小车,带车的推杆之间没有空余的推杆,所以当慢速链的牵引链推杆绕出水平回转段的切点后,承载小车将停放在水平回转段的切点附近,后续来的带车的牵引链推杆也无法将前一辆承载小车送过传递空档,此时必须借助于推车机或转辙器(转辙器只用于快慢链传递系统中推车机不宜布置的场合).
③牵引链的布置
当输送机系统物流路线(工艺路线)确定之后,牵引链布置是否合理是影响整个输送机系统工作性能好坏、输送机使用寿命及整个工程造价的重要因数.
牵引链的布置灵活多变,通常可遵循如下原则:
对复杂的输送机系统按不同的区域分片布置牵引链,以便于控制、维护和生产管理; 按线路的功能和不同的工艺要求分割布线,以满足各工艺线路不同速度、不同输送频率的特殊要求;
尽可能充分地利用牵引链的许用张力,减少多余的驱动装置和张紧装置,降低动力消耗和设备投资;
最大可能地减小水平弯轨和垂直弯轨的转向角度,降低线路运行阻力,提高牵引链的使用寿命;
④张紧装置的布置
张紧装置的合理位置,不仅保证牵引链在驱动装置的绕出端和驱动链轮或驱动爪脱离啮合时具有一定的初张力,而且应保证整机系统运行时全线牵引链均处于张紧状态.张紧装置合理位置的选择原则是:
首先，选择在全线最小张力点的前面（沿输送机运行方向）; 其次，选择在输送机全线的最低点; 第三，选择在紧接驱动装置的绕出端; ⑤驱动装置的布置
驱动装置的合理位置应使驱动装置的驱动力及牵引链的全线张力为最小,但不应出现负张力.驱动装置合理位置的选择原则是:
首先，选择在重载段几经水平回转或经较大的上坡段的前面（沿输送机运行方向）; 其次，选择在紧接最大张力段的前面; 第三，选择在输送机全线的最高点;
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⑥喷涂生产线的烘干和固化设备
喷涂生产线的烘干和固化设备，它与悬挂输送机、地面输送机及各型号的高压静电喷涂、喷粉设备、喷漆设备或各种前处理设备组成连续生产的自动化生产线，它是各行各业加热、干燥、烘烤、固化等工艺的理想烘干设备。发热元件和加热形式及烘干室的工艺结构可根据用户的需要及条件设计选取。 热源形式的选择：
按热源形式分。1、电热式：如电热管、电阻带、碳化硅板、石英管等均属远红外辐射元件。与普通加热方法比较，具有节约能源、提高生产率和便于实现工艺自动化等优点。2、燃油、燃气式：此种热源方式不受电力和场地限制，并且加热升温快。3、蒸汽式：非常适用于电力不足的工厂，近年来汽车工业广泛应用，主要用来烘干温度80℃以下的产品。
按传热形式分。1、直热式：尤以远红外电加热器最有代表性。2、间接传热式：如用电热翼形管、液体燃烧器、蒸汽加热器等作为中心热源件，将热交换器加热，再经过循环送风将热交换器周围的热空气带入工作室，达到加热目的。3、单热源复合加热式，这种形式将辐射和对流合二为一，即是在直热式热源的基础上附加风循环。 炉体工艺结构形式：
烘箱式、室式，常用于小批量、周期生产中，小工件可采用多室多门、各自独立的烘烤单元，可满足各种加热时间的需要。
普通及桥式烘道：有I型、U型、L型、C型、S型等。又分为单、双行程及三行程等，同理还有双层式立体烘道等多种形式。对于长度短、内腔大、温度高的隧道炉，两端可加热风幕以减速少热损失，提高热效率。
汽车的涂装采用机器人自动喷涂，为保证涂装质量，对机器人的要求极为严格。 运料小车进入喷漆室前在相应停止器前占位，向机器人发出脉冲信号，如喷漆室内尚有未涂装完汽车，停止器关闭，运料小车停止等待；喷漆室内无汽车，机器人重新设定喷涂时间（如同种物料，可不必再设定时间），停止器打开，运料小车进入喷漆室。
运料小车进入喷漆室后，为保证运料小车到位，在车头、车尾处安装4个光电传感器检测运料小车位置。如运料小车已精确到位，一机械手将汽车固定，另一机械手准备喷涂。
汽车固定处上下左右各安装2个接近传感器，分别为SP41-SP48，可发出10100（001、010、101、110），10101（001、010、101、110）等16个八位二进制数据，每个数据对应一种物料（如物料种类增加可相应增加数据量），根据物料检测传感器所发出的PLC输入信号，确定物料种类，调用相关子程序，控制机械手喷涂动作，按从左至右，从上至下的顺序完成涂装。部分程序运行过程如下：
10100001→DM100
CMP DM100 （DM101，DM102…DM116） DM100＝DM101→CALL子程序1 DM100＝DM102→CALL子程序2 ……
DM100＝DM116→CALL子程序16
DM100≠DM101或DM102…DM116→系统报警
结果：DM100＝DM101→CALL子程序1→控制机器手大臂、小臂、手指执行第一种汽车部件的涂装过程。一个循环过程结束后向PLC主机发出回复信号，等待下一循环过程的开始。
涂装完毕如在设定时间内完成，运料小车离开喷漆室，机器人等待下一汽车到位。
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否则系统报警。
4.2控制系统的的工作过程
本输送线运行全部采用PLC自动控制,通过输送线上各占位开关,满位开关,清除开关,以及给址器,读址器等向PLC输入端发出信号,经中央处理机(CPU)内部程序处理后,向PLC输出端发出相应信号,来控制输送线上每辆小车的停止或运行,从而达到自动控制输送线正常运行的目的。
在全线正式起动前应先将小车送入输送线内.上车点位于16#停止器前。只有在16#停止器后或1#停止器后有空位时才可将车放入。应注意严禁在输送机运行时将车放入线内。小车进入输送线后,先经合流道岔清除开关SP40及满位开关SP41,再通过清址器后(每辆小车都有两个用来给址的信号杆, 通过清址器后,信号杆将恢复原位),至1#停止器等待。1#停止器为上料点,此处有一工位操作站,分布有急停按钮(SM1)和给址按钮(WS1,WS2)。全线共有5个急停按钮,当任意一个按钮被按下时,全线停止,只有重新起动,全线才能恢复运行。小车在上料点上料后,根据需要对小车给址:当WS1被按下时小车应进入第一个分流道岔的弯通道岔。当WS2被按下时小车应进入第一个分流道岔的直通道岔,之后进入第二个分流道岔的弯通道岔。当WS1,WS2同时被按下时小车应进入第二个分流道岔的直通道岔。给址完毕后,小车根椐所给地址进入不同的工位,经过喷漆,烘干后,合格的工件经下料点时被卸下,空载小车返回上料点,在那里停止下来,以待重新上料。不合格的工件返回相应工位,重新进行加工。小车运行线路图如下：
图4.3小车运行线路图
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第5章 控制系统的硬件设计
5.1 可编程控制器的选配
在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题。在满足控制要求的前提下，选型时应选择性价比最佳的机型。
一般来说，机型的选择可以从以下几个方面来考虑。 (1) I/O点数的确定
I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。首先必须清楚控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的15～20％留有余量，确定所需PLC的点数，PLC的I/O总点数和种类应根据被控对象所需的模拟量、开关量等输入/输出设备情况（包括模拟量、开关量等输入信号和需控制的输出设备数目及类型）来确定。一般控制系统，如果I/O点数较小，且由PLC构成单机控制系统，应选用小型的PLC。如果I/O点数过多，且由PLC构成控制系统的控制对象分散，控制级数较多，应选择大、中型的PLC。 (2) 存储器容量的确定
一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于1～2KB之间。用户程序所需内存量与很多因素有关，如开关量I/O点数，模拟量I/O点数，内存利用率，编程水平等，因此我们对用户存储容量只能作粗略的估算。一般，根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下：
开关量输入元件： 10～20B/点 开关量输出元件： 5～10B/点 定时器/计数器： 3～5B/点 模拟量： 80～100B/点
通信接口： 每个接口需要200B以上
最后，根据上面算出的总字节数，一般按估算容量的50～100％留有余量，从而选择合适的PLC内存。
为了适应各种各样的控制信号，PLC有多种I/O模块，智能模块供选择。 I/O模块包括开关量I/O模块和模拟量I/O模块。
PLC输入模块的任务是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关、接近开关等）的高电平信号为机器内部的电平信号。
开关量输入模块的类型分直流5V、12V、24V、48V几种，交流110V、220V两种。根据现场检测元件与模块之间的距离选择电压的大小。距离较近时，可选择电压等级低一些的模块，如5V、12V、24V等。距离较远的设备选用较高电压的模块比较可靠。另
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外，对于高密度的输入模块，如32点或64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般来讲，同时接通点数最好不超过模块总点数的60％，以保证输入/输出点承受负载能力在允许范围内。为了提高控制系统的可靠性，必须考虑门槛电平（输入点的接通电平和关断电平的差值）的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。还有在进行连接配线时，存在着不同程度的漏电流。因此在输入端并联适当的电阻和电容，以降低输入总阻抗。模拟量输入模块的输入可以是电压信号或电流信号。在选用时一定要注意与现场过程检测信号范围相对应。
PLC输出模块的任务时将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。 开关量输出模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，同时还应注意同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。对于开关频率高、电感性、低功率因数的交流负载可选用晶闸管输出模块；而对于开关频率较高的直流负载，可选用晶体管输出模块。模拟量输出模块的输出类型有电压输出和电流输出两种，在使用时要根据负载情况选择。
西门子提供了EM231 4路模拟量输入、EM231 AI 4路热电偶、EM231 AI 2路热电偶（RTD）、EM232 2路模拟量输出模块、EM235 4输入1输出组合模块等，可根据实际情况选用。
PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。
如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。
选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
目前，中小型PLC种类繁多，发展迅速，使用范围从替代传统的继电器控制系统发展到更复杂的自动化控制。其中，西门子（SIEMENS）公司S7-200系列小型PLC在同行业中处于领先地位，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。其强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
S7-200系列小型PLC应用领域极为广泛，覆盖了所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。
S7-200系列PLC，有4个不同的基本型号的8种CPU可提供选用。根据控制要求结合本次设计的现场情况，我选择的是CPU226，EM223（16点）和EM221（16点）。
CPU226：宽度W为196.0mm、高度H为80mm、深度D为62mm；CPU226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。表5-1 列出了PLC模块型号的I/O点数。图5.1为PLC的接线图。
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表5-1 PLC模块型号 型 号 继电器输出 CPU226AC/DC EM223 EM221 晶体管输出 CPU226DC/DC/DC EM223 EM221 本机输入/输出点数（I/O） 输入点数（I） 输出点数（O） 24 16 16 16 16 0
图5.1 CPU226 I/O接线图
(3) 技术经济分析
选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
5.2 变频器的选配
5.2.1 概述
通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。
对于异步电动机来说，目前工业生产中所使用的变频器可分为交—直—交电压
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源型SPWM变频器和交—直—交电流源型SPWM变频器两种，当今工业生产中应用最多、最广泛的变频器是交—直—交电压源型SPWM变频器。这类变频器的主电路用不可控整流器、用SPWM逆变器，其输出电压波形接近正弦波。由于这类变频器通用性好，因此通常称为通用变频器。20世纪90年代末以来，变频器制造厂家对这类变频器增加了矢量控制功能，即恒压频比控制方式和矢量控制方式都集于装置中，成为多控制方式变频器，用户可根据生产工艺要求通过设置选择控制方式。
5.2.2 变频器控制原理图设计
（1）首先确认变频器的安装环境
①工作温度：变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。
② 环境温度：温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。 ③腐蚀性气体：使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。 ④振动和冲击：装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。
④电磁波干扰：变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。 （2）变频器和电机的距离确定电缆和布线方法
①变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。
②控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。
③电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。 ④与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。 （3）变频器控制原理图
①主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器。滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，
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断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。
②控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。 （4）变频器的接地
变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。
5.2.3变频器选型
变频器选型时要确定以下几点
（1）采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。
（2） 变频器的负载类型：如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。 （3）变频器与负载的匹配问题：
①电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
②电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
③转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生，所以要尽可能避免这种情况。
④ 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输
出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
⑤变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
⑥ 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
根据以上分析和本次设计实际要求我们选择三菱FR—E540—1.5K—CH变频器，它使用的功率是1.5KW。这种型号的变频器端子接线图、主回路端子说明及控制回路端子说明如下：
L3L2L1PCSTFSTRRHRMRLMRSRESSD10254U3WVUP1+PR-ABCRUNFUSEAM5M
图5.2 变频器端子接线图
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表5-2主回路端子说明
端子记号 L1，L2，L3 (注) U，V，W +，PR +，- +，P1 接地端 端子名称 电源输入 变频器输出 连接制动电阻器 连接制动单元 连接改善功率因数DC电抗器 接地 说明 连接工频电源。当使用高功率因数整流器时不要接任何东西。 接三相鼠笼电机。 在端子+—PR之间连接选件制动电阻器。 连接选件制动单元或高功率因数整流器。 拆开端子+—P1间的短路片，连接选件改善功率因数用直流电抗器。 变频器外壳接地用，必须接大地。 （注）单相电源输入时，变成L1，N端子。
表5-3控制回路端子说明 类型 端子记号 端子名称 STF STR 正转启动 反转启动 多段速度选择 说明 STF信号处于ON便正当STF和STR信号转，处于OFF便停止。 同时处于ON时相当STR信号ON为逆转，OFF于给出停止指令 为停止 用RH，RM，RL信号的组合可以选择多段速度 MRS信号为ON时，变频器输出停止。用电磁制动停止电机时，用于断开变频器的输出。 输入端子功能选择用于改变端子功能 输入信号功能设定 RH，RM，RL 接点启动MRS 输出停止 *1：低电平表示集电极开路输出用的晶体管处于ON（导通状态）。 *2：变频器复位中不被输出。
5.3 其它设备的选配
(1) 空气开关
空气开关又称自动空气断路器。当电路发生严重过载、短路以及失压等故障时能自动切断电路，有效地保护串接在其后的电气设备，在正常条件下，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机，因此空气开关是低压线路中常用的具有齐备保护功能的控制电器。由于空气开关具有可以操作、动作值可调、分断能力较高，以及动作后一般不需要更换零部件等优点，因此得到了广泛应用。
选择空气开关时，应使空气开关的额定电压和额定电流大于电路的正常工作电压和工作电流，热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流相等；电
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RES SD 复位 公共输入端子（漏型*） 用于解除保护回路动作的保护状态。使端子信号处于ON在0.1秒以上，然后断开。 接点输入端子的公共端。直流24V，0.1A（PC端子）电源的输出公共端。 上海交通大学
磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流，应大于负载电路正常工作时的尖峰电流；空气开关用于控制电动机时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍。 (2) 控制按钮
控制按钮是一种接通或分断小电流电路的主令电器，其结构简单，应用广泛。触头允许通过的电流较小，一般不超过5A，主要用在低压控制电路中，手动发出控制信号。
选用按钮主要根据：需要的触头对数、动作要求、是否需要带指示灯、使用场合以及颜色要求等。 (3) 行程开关
行程开关又称限位开关,当其与生产机械的运动部件产生碰撞，行程开关便发出控制信号，实现对生产机械的电气控制。行程开关主要用于行程控制、位置及极限位置的保护等，属于行程原则控制的范围，即生产机械的行程改变电路状态的基准。
在选用行程开关时，主要根据机械位置对开关型式的要求，控制线路对触头数量和触头性质（常开或常闭）的要求，保护类型（限位保护或行程控制）和可靠性以及电压、电流等级确定其型号。 (4) 接近开关
接近开关是一种非接触式的、无触点行程开关。它不仅能代替有触点行程开关进行行程控制和限位保护，还可用作高速计数器和高速脉冲发生器。由于接近开关具有工作可靠、寿命长、消耗功率低、操作频率高以及能适应恶劣环境等特点，所以在工业生产中得到了广泛应用。
接触器主要由线圈、铁心、衔铁、动触头与静触头、灭弧装置等部分组成，按流过接触器触头电流的性质可分为交流接触器和直流接触器。 (5) 交流接触器
交流接触器是用于控制电压至380V、电流至600A的50Hz交流电路。铁心由双E型硅钢片叠成，在静铁心端面上嵌入短路环。对于CJ0、CJ10系列交流接触器，大都采用衔铁作直线运动的双E直动式或螺管式电磁机构，而CJ12、CJ12B系列交流接触器，则采用衔铁绕轴转动的拍合式电磁机构。线圈做成短而粗的形状，线圈与铁心之间留有空隙以增加铁心的散热效果。 (6) 热继电器
选择热继电器的原则为：根据电动机的额定电流确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。对于星形接法的电动机及电源对称性较好的场合，可选用两相结构的热继电器；对于三角形接法的电动机或电源对称性不够好的场合，可选用三相结构或三相结构带断相保护的热继电器。热继电器热元件的额定电流原则上按被控电动机的额定电流选取，即热元件额定电流应接近或略大于电动机的额定电流（0.95~1.05倍的额定电流）。
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第6章 控制系统的软件设计
在编制软件前，应首先熟悉所选用的PLC产品说明书，待熟悉后再编程。若采用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可以减少出错，速度也快，编程完成后先空运转，再在设备上调试。
采用PLC对输送线进行自动控制，对慢速线来说，它是可调速工艺链，通过控制柜内的变频器来调整其速度。PLC主要控制的是快速线，所以必须了解运料小车所处的位置及各积存段所存小车的数量。通过在输送线上安装占位传感器（检测小车位置），满位传感器（检测积存段存车数量是否已达到要求）、清除开关以及给址器（给定小车地址）、读址器（根椐所给地址命令小车进入不同的工位）等向PLC输入端发出信号，经中央处理机（CPU）内部程序处理后,来控制输送线上各个停止器的打开与关闭，从而控制每辆小车的停止或运行，达到自动控制生产线正常运行的目的。 (1) 系统控制程序框图如图附录A所示。 (2) PLC I/O点配置表如下：
输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 名称 钥匙开关 启动 停止 复位 小车给址 小车给址 小车给址 小车给址 上料点急停 传动站1急停 传动站2急停 下料点急停 下料点急停 小车读址 小车读址 小车读址 小车读址 小车读址 热过载保护 热过载保护 空气开关 空气开关 空气开关 变频器过载保护 传动站1点动 符号 SS ST STP RS WS1 WS2 WS3 WS4 SM1 SM2 SM3 SM4 SM5 SP45 SP46 SP47 SP48 SP49 KH1 KH2 QF1 QF2 QF3 K14 STE1 29
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输入点 名称 符号 I3.1 传动站2点动 STE2 I3.2 传1手/自动转换开关 AMS1 I3.3 传2手/自动转换开关 AMS2 I3.4 张紧站1限位开关 SL1 I3.5 张紧站1限位开关 SL2 I3.6 张紧站2限位开关 SL3 I3.7 张紧站2限位开关 SL4 I4.0 传1过载保护 SL5 I4.1 传2过载保护 SL6 I4.2 下坡捕捉器 SL8 I4.3 气路保护单元 SL10 I4.4 机器人工作完毕信号 K13 I4.5 机器人工作完毕信号 K23 I4.6 1#停止器占位开关 SP1 I4.7 2#停止器占位开关 SP2 I5.0 分流道岔弯通清除开关 SP3 I5.1 17#停止器占位开关 SP4 I5.2 3#停止器占位开关 SP5 I5.3 4#停止器占位开关 SP6 I5.4 5#停止器占位开关 SP7 I5.5 6#停止器满位开关 SP8 I5.6 6#停止器占位开关 SP9 I5.7 分流道岔直通清除开关 SP10 I6.0 20#停止器占位开关 SP11 I6.1 7#停止器占位开关 SP12 I6.2 分流道岔直通清除开关 SP13 I6.3 分流道岔弯通清除开关 SP14 I6.4 18#停止器占位开关 SP15 输入点 名称 符号 I6.5 8#停止器占位开关 SP16 I6.6 9#停止器占位开关 SP17 I6.7 10#停止器占位开关 SP18 I7.0 合流道岔清除开关 SP25 I7.1 20#停止器满位开关 SP26 I7.2 11#停止器占位开关 SP27 I7.3 分流道岔直通清除开关 SP28 I7.4 分流道岔弯通清除开关 SP29 I7.5 12#停止器满位开关 SP30 I7.6 12#停止器占位开关 SP31 I7.7 13#停止器满位开关 SP32 I8.0 13#停止器占位开关 SP33 I8.1 14#停止器满位开关 SP34
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I8.2 14#停止器占位开关 SP35 I8.3 15#停止器满位开关 SP36 I8.4 15#停止器占位开关 SP37 I8.5 19#停止器满位开关 SP38 I8.6 16#停止器占位开关 SP39 I8.7 合流道岔清除开关 SP40 I9.0 1#停止器满位开关 SP41 I9.1 2#停止器清除开关 SP42 I9.2 19#停止器占位开关 SP43 I9.3 16#停止器满位开关 SP44 I9.4 推头检测开关 SL7 I9.5 推头检测开关 SL9
输出点 名称 符号 Q0.0 停止指示灯 HL1 Q0.1 启动指示灯 HL2 Q0.2 复位指示灯 HL3 Q0.3 电源指示灯 HL4 Q0.4 电铃预报警 HV1 Q0.5 传动1运行 KM1 Q0.6 上料点急停显示 HL5 Q0.7 传动1指示灯 HL6 Q1.0 传动2指示灯 HL7 Q1.1 下料点1指示灯 HL8 Q1.2 下料点2指示灯 HL9 Q1.3 1#张紧报警指示灯 HL10 Q1.4 2#张紧报警指示灯 HL11 Q1.5 传动1过载报警 HL12 Q1.6 传动2过载报警 HL13 Q1.7 气压欠压报警 HL14 Q2.0 1#停止器电磁阀 YV1 Q2.1 2#停止器电磁阀 YV2 Q2.2 道岔弯通电磁阀 YV3 Q2.3 道岔直通电磁阀 YV4 Q2.4 3#停止器电磁阀 YV5 Q2.5 4#停止器电磁阀 YV6 Q2.6 5#停止器电磁阀 YV7 Q2.7 道岔弯通电磁阀 YV10 Q3.0 道岔直通电磁阀 YV11 Q3.1 8#停止器电磁阀 YV12 Q3.2 9#停止器电磁阀 YV13
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Q3.3 输出点 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 Q4.6 Q4.7 Q5.0 Q5.1 Q5.2 Q5.3 Q5.4 Q5.5 Q5.6 Q5.7 Q6.0 Q6.1 Q6.2 Q6.3 Q6.4 Q6.5 Q6.6 Q6.7 输出点 Q7.0 Q7.1 Q7.2 Q7.3 10#停止器电磁阀 名称 6#停止器电磁阀 7#停止器电磁阀 11#停止器电磁阀 12#停止器电磁阀 13#停止器电磁阀 14#停止器电磁阀 15#停止器电磁阀 16#停止器电磁阀 道岔弯通电磁阀 道岔直通电磁阀 17#停止器电磁阀 18#停止器电磁阀 19#停止器电磁阀 20#停止器电磁阀 传动1自动电磁阀 传动2自动电磁阀 小车给址电磁阀 小车给址电磁阀 小车给址电磁阀 小车给址电磁阀 机器人运行指示灯 机器人运行指示灯 变频器运行指示灯 变频器报警 热继电器1报警 热继电器2报警 传动1自动指示灯 传动2自动指示灯 名称 写址推出电磁阀 写址推出电磁阀 写址推出电磁阀 写址推出电磁阀 YV14 符号 YV15 YV16 YV22 YV23 YV24 YV25 YV26 YV27 YV28 YV29 YV30 YV31 YV32 YV33 K11 K12 WS1 WS2 WS3 WS4 K43 K33 K10 HL15 HL16 HL17 K11 K12 符号 K21 K22 K23 K24 6.1 系统启动、停止工作过程
由于设计中的执行部件都采用气动,必须保证气压足够大,因此气压开关应串在启动电路中,同样其它的保护开关也应串在启动电路中,但保护开关大都是瞬时开关,为便于控制把它们和PLC中的中间继电器结合起来,为了安全每次启动时要延时以及电铃和指示灯的警示,特别是发生故障或急停后,要有一个复位才能启动。
在全线正式起动前应先将小车送入输送线内，上车点位于16#停止器前，只有在16#
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停止器后或1#停止器后有空位时才可将车放入。应注意严禁在输送机运行时将车放入线内。小车结构图如下图：
图6.2 小车结构图
系统启动:
(1) 先将控制柜内空气开关QF0,QF1,QF2闭合。
(2) 由于本输送线分快速链和慢速链两部分, 慢速链为可调速工艺链,通过柜内的变频器来调整其速度,所以在起动前应先将其频率设定。
(3) 将柜门上自动/手动旋钮开关旋至自动,并将钥匙开关SS闭合。 (4) 关上柜门,按下系统起动按钮,输送机开始运行。
(注:严禁在输送机运行时打开柜门。) 系统停止:
(1) 打开柜门，按下控制柜内的停止按钮使生产线停止运行。 (2) 再将控制柜内空气开关QF0,QF1,QF2断开。 (3) 将钥匙开关SS断开。
程序梯形图可表示为：
图6.3系统启动、停止工作过程程序梯形图
系统运行期间应注意手/自动开关AMS的作用，它主要在生产线安装时检查电动机运行方向和系统出现故障时使用,比如链条断开时将手/自动开关旋至手动,在利用点动按钮即可解决故障。系统手/自动开关部分程序如下：
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图6.4系统手/自动开关程序梯形图
6.2 停止器的工作过程
下面用系统中的直通部分来说明其工作过程。说明：SP35是接近开关、SP36是行程开关，YV25是电磁阀。其中停止器的开关是由电磁阀的得电、失电两种状态决定的，电磁阀得电要满足两个条件：一是此停止器处有小车占位；二是前方停止器处有空位。停止器部分线路结构图如下:
图6.5 停止器线路图
停止器的程序梯形图可表示为：
图6.6停止器的程序梯形图
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6.3 运料小车给址与读址的工作过程
图6.7小车前视图
小车进入输送线后,先经合流道岔清除开关SP40及满位开关SP41,再通过清址器后(每辆小车都有两个用来给址的信号杆, 通过清址器后,信号杆将恢复原位),至1#停止器等待。
1#停止器为上料点,此处有一工位操作站,分布有急停按钮(SM1)和给址按钮(WS1,WS2)。当按下给址按钮时，可控制小车信号杆伸出，通过光电传感器检测，向PLC发出01、10、11三个信号，如图4所示。全线共有5个急停按钮,当任意一个按钮被按下时,全线停止,只有重新起动,全线才能恢复运行。
小车在上料点上料后,根据需要对小车给址:
(1) 当WS1被按下时小车应进入第一个分流道岔的弯通道岔，至2#机器人喷漆室。 (2) 当WS2被按下时小车应进入第一个分流道岔的直通道岔,之后进入第二个分流道岔的弯通道岔，至1#机器人喷漆室。
(3) 当WS1,WS2同时被按下时小车应进入第二个分流道岔的直通道岔，开始外线大循环。
给址完毕后,小车根椐所给地址进入不同的工位,经过喷漆,烘干后,合格的工件经下料点时被卸下,空载小车返回上料点,在那里停止下来,以待重新上料。不合格的工件返回相应工位,重新进行加工。
图6.8 给址和读址
为了给址充分，利用时间继电器来限定一个时间，软件程序如下：
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图6.9 给址程序图
读址部分利用常开触点代表读址传感器得电，常闭触点代表读址传感器断电，软件程序如下：
图6.10 读址程序图
6.4 分流与合流道岔的工作过程
（1）分流道岔的控制
分流道岔所起的作用是将一条通路分成直通和弯通两条通路，根据运料小车所给地址来产生相应动作的。由于装载不同物料的小车需进入不同的工位，所以控制分流道岔的动作很重要。选用双线圈二位电磁阀推动气缸控制分流道岔，即当直通线圈得电后，道岔打至直通，即使线圈断电，道岔仍保持现有的状态，直至弯通线圈得电后，道岔才打至弯通状态，反之亦然。
图6.11 分流道岔示意图
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图6.12分流道岔程序图
（2）合流道岔的控制
合流道岔所起的作用是将直通和弯通两条通路合成一条通路，在合流道岔的两个分支前必须安装停止器。对它的控制主要是决定哪个分支的停止器先被打开，即哪个分支的小车先行通过。首先设定小车优先权，再根据安装在合流道岔前的清除传感器或满位
传感器的状态令小车按优先权高低依次通过
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图6.13 合流道岔示意图
图6.14 合流道岔程序图
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第7章 展 望
涂装烘干控制系统应用比较广泛，采用了可编程控制技术，使整个控制系统的可靠性和精度大大提高，实现了自动控制。同时由于PLC扩展容易，可以对它进行扩展，如只需增加I/O接口模块就可扩展涂装烘干系统的输送控制。
PLC控制系统可靠性高，且PLC内部程序编制的灵活性及功能的多样性大大降低了外部的硬件配置，不但提高了生产效率，降低了生产成本，而且方便了控制人员的管理。由此可见，PLC在自动控制中处于不可替代的地位，对现代工业起着越来越大的作用。近几年，在电石厂、冶炼厂、钢铁厂等重型工业的输送系统中广泛采用了PLC控制，改善了工人的工作环境，精简了操作人员，取得良好的经济效益。该输送机系统既能完成物件连续输送又能解决分类储存问题，使整个工厂的所有工序连接起来，成为一个完整的运作系统，加上电子计算机控制，可以实现整个工厂的生产自动化。
由于PLC具有的一系列特点，它已被广泛应用于矿山、冶金、机械、石油、化工、汽车制造、电力、造纸、印刷、轻工、纺织、交通、通讯、邮政、建筑、建材、环保、娱乐、食品加工、家电等各行各业。PLC作为通用的自动控制设备，可对单台设备、多台设备、自动生产线进行逻辑控制、顺序控制、运动控制、过程控制以及集散控制等。可编程序控制器从诞生至今，己发展到了第五代，其功能强大，特点突出，应用领域广阔，PLC不仅使小型、微型机功能更强大，而且已经在大型化方面也得到迅速发展。同时，具有较高的性能价格比，系统综合成本大幅度减少，与传统控制方法相比，具有无可比拟的优势。
通过这次设计我认识到了PLC在工业生产中的巨大作用和它在现代工业自动化中的重要意义，体验到了由理论到实践的乐趣。而且，从中不仅学习到了许许多多课本上学不到的知识，更体会到了如何面对一个从未接触的任务，以及如何解决那些从未碰到的困难，尤其是如何将一项大的工程从头做起，虽然在这段时间里总会遇到一些棘手的问题，但最终都会解决。我觉的毕业设计就像踏上工作之路前的最后一次检阅，不光检阅我们的基础知识和专业能力，更检阅我们三年大学生活中所养成的习惯、性格。总之，由于这是大学的最后一份作业，我在完成的过程中格外认真，力求完美，但终究能力有限，仍有许多缺憾，敬请谅解，同时，恳请各位老师、专家指出和帮助。谢谢！
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致谢
在这两个多月的毕业设计过程中，我由于参加了工作，时间比较紧张，加上原先自己的专业知识掌握的不够好。中间遇到了好多困难，曾一度想到放弃，是李老师鼓舞了我，她教会了我如何面对困难，更让我知道如何做人，做事。值此论文完成之际，谨向李老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。
在本课题的设计过程中，认识到自己对PLC的掌握不足，我又系统的学习一下三年来所学的知识，使基础知识和专业能力都得到了很好的巩固和提高，而且在设计中还得到了周围同事和同学的大力支持和帮助，使本课题得以顺利完成，在此向他们表示衷心的感谢。同时，感谢母校为我们提供了如此珍贵的学习机会。
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参考文献
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[14] 徐世许. 可编程序控制器原理 应用 网络. 北京. 中国科学技术大学出版社. 2000年
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系统电气原理图、电气布置图 电气原理图
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附录A
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控制系统程序框图
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附录B系统软件程序
Network 1 LD I0.0 A I2.4 A I2.5 A I2.6 = M0.1 Network 2 LD I0.1 O Q0.4 A M0.1 AN M0.2 AN M0.3 AN M0.7 AN M1.0 AN M1.1 TON T37, 50 AN T37 = Q0.4 Network 3 LD T37 S M0.1, 1 Network 4 LD I0.2 O M0.2 O M0.3 O M0.7 O M1.0 O M1.1 ON M0.0 R M0.1, 1 Network 5 LD M0.1 AN I3.2 LDN M0.1 A I3.0 A I3.2 OLD
AN M1.2 = Q0.5 Network 6 LD M0.1 AN I3.3 LDN M0.1 A I3.1 A I3.3 OLD
AN M1.2 = Q6.2 Network 7 LD Q0.5 = Q0.1 Network 8 LDN Q0.5 = Q0.0 Network 9 LD I0.3 R M0.1, 10 R Q6.3, 3 R Q1.6, 2 R Q6.2, 4 Network 10 LD I2.2 O I2.3 S M0.2, 1 Network 11 LD I2.2 O Q6.4 S Q6.4, 1 Network 12 LD I2.3 O Q6.5 S Q6.5, 1 Network 13 LD I2.7 S M0.3, 1 Network 14 LD I2.7 O Q6.3 S Q6.3, 1 Network 15 LD M0.4 O M0.5 = M1.0 Network 16 LD I3.4 O I3.5 S M0.4, 1 Network 17 LD M0.4 = Q1.4 Network 18 LD I3.6 O I3.7 S M0.5, 1 Network 19 LD M0.5 = Q1.5 Network 20 LD I4.0 O I4.1 S M0.7, 1 Network 21 LD I4.0 O Q1.6 = Q1.6 Network 22 LD I4.1 O Q1.7 = Q1.7 Network 23 LD I4.3 S M1.1, 1 Network 24 LD M1.1 = Q1.7 Network 25 LD I1.0 O I1.1 O I1.2 O I1.3
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O I1.4 S M1.2, 1 Network 26 LD I0.4 S Q7.0, 1 Network 27 LD Q7.0 TON T38, 30 Network 28 LD T38 R Q7.0, 1 Network 29 LD I0.5 S Q7.1, 1 Network 30 LD Q7.1 TON T39, 30 Network 31 LD T39 R Q7.1, 1 Network 32 LD T38 O T39 S M1.3, 1 Network 33 LDN I4.6 R M1.3, 1 Network 34 LD M1.3 A I4.6 AN I4.7 AN M1.4 S M1.5, 1 Network 35 LDN I4.6 R M1.5, 1 Network 36 LD M1.5 = Q2.0 Network 37 LD Q2.0 S M1.4, 1 Network 38 LD Q2.1 R M1.4, 1 Network 39 LD I1.5 AN I1.6 S M5.0, 1 Network 40 LD Q2.2 R M5.0, 1 Network 41 LD M5.0 A I4.7 A M5.2 AN M10.4 AN Q2.3 S M1.6, 1 Network 42 LDN I4.7 R M1.6, 1 Network 43 LD M1.6 = Q2.2 Network 44 LD Q2.2 O Q2.3 = Q2.1 Network 45 LDN I5.0 AN I5.7 AN M10.0 AN M10.1 = M5.2 Network 46 LD Q2.2 S M10.0, 1 Network 47 LD I5.0 R M10.0, 1 Network 48 LD I5.0 S M10.4, 1 Network 49 LD Q4.6 R M10.4, 1 Network 50 LD I1.6 S M5.1, 1 Network 51 LD Q2.3 R M5.1, 1 Network 52 LD M5.1 A I4.7 A M5.2 AN M10.5 AN Q2.2 S M1.7, 1 Network 53 LDN I4.7 R M1.7, 1 Network 54 LD M1.7 = Q2.3 Network 55 LD Q2.3 S M10.1, 1 Network 56 LD I5.7 R M10.1, 1 Network 57 LD I5.7 S M10.5, 1 Network 58 LD Q3.5 R M10.5, 1 Network 59 LD I2.1 S M5.3, 1 Network 60 LD Q2.7 R M5.3, 1 Network 61 LDN M5.3 A I6.1 A M10.6 AN M11.0 AN Q3.0 S M11.1, 1 Network 62
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LDN I6.1 R M11.1, 1 Network 63 LD M11.1 = Q2.7 Network 64 LD Q2.7 O Q3.0 = Q3.5 Network 65 LDN I6.3 AN I6.2 AN M11.2 AN M11.3 = M10.6 Network 66 LD Q2.7 R M11.2, 1 Network 67 LD I6.3 R M11.2, 1 Network 68 LD I6.3 S M11.0, 1 Network 69 LD Q4.7 R M11.0, 1 Network 70 LD M5.3 A I6.1 A M10.6 AN M2.0 AN Q2.7 S M2.1, 1 Network 71 LDN I6.1 R M2.1, 1 Network 72 LD M2.1 = Q3.0 Network 73 LD Q3.0 S M11.3, 1 Network 74 LD I6.2 R M11.3, 1 Network 75 LD I6.2 S M2.1, 1 Network 76 LD I8.1 R M2.0, 1 Network 77 LD I5.1 AN M3.0 S Q4.6, 1 Network 78 LDN I5.1 R Q4.6, 1 Network 79 LD Q4.6 S M3.0, 1 Network 80 LD Q2.4 R M3.0, 1 Network 81 LD I5.2 AN M3.1 S Q2.4, 1 Network 82 LDN I5.2 R Q2.4, 1 Network 83 LD Q2.4 S M3.1, 1 Network 84 LD Q2.5 R M3.1, 1 Network 85 LD I5.3 AN M3.2 S Q2.5, 1 Network 86 LDN I5.3 R Q2.5, 1 Network 87 LD Q2.5 S M3.2, 1 Network 88 LD Q2.6 R M3.2, 1 Network 89 LD I5.4 AN M3.3 S Q2.6, 1 Network 90 LDN I5.4 R Q2.6, 1 Network 91 LD Q2.6 S M3.3, 1 Network 92 LD I5.5 R M3.3, 1 Network 93 LD I6.4 AN M4.0 S Q4.7, 1 Network 94 LDN I6.4 R Q4.7, 1 Network 95 LD Q4.7 S M4.0, 1 Network 96 LD Q3.1 R M4.0, 1 Network 97 LD I6.5 AN M4.1 S Q3.1, 1 Network 98 LDN I6.5 R Q3.1, 1 Network 99 LD Q3.1 S M4.1, 1 Network 100 LD Q3.2 R M4.1, 1 Network 101 LD I6.6
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AN M4.2 S Q3.2, 1 Network 102 LDN I6.6 R Q3.2, 1 Network 103 LD Q3.2 S M4.2, 1 Network 104 LD Q3.3 R M4.2, 1 Network 105 LD I6.7 AN I5.6 AN Q3.4 AN M4.3 S Q3.3, 1 Network 106 LDN I6.7 R Q3.3, 1 Network 107 LD Q3.3 S M4.3, 1 Network 108 LD I7.0 A I7.1 R M4.3, 1 Network 109 LD I5.6 A Q3.3 A M4.3 S Q3.4, 1 Network 110 LDN I5.6 R Q3.4, 1 Network 111 LD Q3.4 S M4.3, 1 Network 112 LD I7.0 A I7.1 R M4.3, 1 Network 113 LD I6.0 AN M6.0 S Q5.1, 1 Network 114 LDN I6.0 R Q5.1, 1 Network 115 LD Q5.1 S M6.0, 1 Network 116 LD Q3.6 R M6.0, 1 Network 117 LD I0.6 S Q7.2, 1 Network 118 LD Q7.2 TON T40, 30 Network 119 LD T40 R Q7.2, 1 Network 120 LD I0.7 S Q7.3, 1 Network 121 LD Q7.3 TON T41, 30 Network 122 LD T41 R Q7.3, 1 Network 123 LD I1.7 A I2.0 S M6.1, 1 Network 124 LD Q4.4 R M6.1, 1 Network 125 LD M6.1 A I7.2 A M6.2 AN M7.0 AN Q4.5 S M6.3, 1 Network 126 LD M6.3 = Q4.4 Network 127 LD Q4.4 O Q4.5 = Q3.6 Network 128 LDN I7.3 AN I7.4 AN M6.4 AN M6.5 = M6.2 Network 129 LD Q4.4 S M6.4, 1 Network 130 LD I7.4 R M6.4, 1 Network 131 LD I7.4 S M7.0, 1 Network 132 LD I7.5 R M7.0, 1 Network 133 LD I1.7 O I2.0 S M7.1, 1 Network 134 LD Q4.5 R M7.1, 1 Network 135 LD M7.1 A I7.2 A M6.2 AN M7.3 AN Q4.4 S M7.4, 1 Network 136 LDN I7.2 R M7.4, 1 Network 137 LD M7.4 = Q4.5
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Network 138 LD Q4.5 S M7.5, 1 Network 139 LD I7.3 R M7.5, 1 Network 140 LD I7.3 S M7.3, 1 Network 141 LD I5.4 R M7.3, 1 Network 142 LD I7.6 AN M8.0 S Q3.7, 1 Network 143 LDN I7.6 R Q3.7, 1 Network 144 LD Q3.7 S M8.0, 1 Network 145 LD I7.7 R M8.0, 1 Network 146 LD I8.2 AN M8.1 S Q4.1, 1 Network 147 LDN I8.2 R Q4.1, 1 Network 148 LD Q4.1 S M8.1, 1 Network 149 LD I8.3 R M8.1, 1 Network 150 LD I8.4 AN M8.2 S Q4.2, 1 Network 151 LDN I8.4 R Q4.2, 1 Network 164 Network 152 LD Q4.0 LD Q4.2 S M8.4, 1 S M8.2, 1 Network 165 Network 153 LD I8.7 LD I8.5 A I9.0 R M8.2, 1 R M8.4, 1
Network 154 LD I9.2 AN M8.3 S Q5.0, 1 Network 155 LDN I9.2 R Q5.0, 1 Network 156 LD Q5.0 S M8.3, 1 Network 157 LD I9.3 R M8.3, 1 Network 158 LD I8.6 AN I8.0 AN Q4.0 AN M8.4 S Q4.3, 1 Network 159 LDN I8.6 R Q4.3, 1 Network 160 LD Q4.3 S M8.4, 1 Network 161 LD I8.7 A I9.0 R M8.4, 1 Network 162 LD I8.0 AN Q4.3 AN M8.4 S Q4.0, 1 Network 163 LDN I8.0 R Q4.0, 1
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附录C主要元器件选型
名称 PLC PLC扩展1 PLC扩展2 变频器 限位开关1 限位开关2 接近开关 钥匙开关 转换开关 热继电器 接触器 断路器 电磁阀 指示灯 按钮 电铃 电动机 型号 CPU226 EM221 EM231 FR-540-1.5K-CH XCE-106 XCE-145 CKK-B AS6M-2K1B KX-2D6W 3UA52 3TF33 C65N17902 Q24GD-6 3SB12 12-6B ZB2-BC BJ-2 1.5KW 数量 1 3 1 1 16 6 20 1 2 2 2 3 20 20 20 1 1 厂家 西门子 西门子 西门子 三菱 施耐德 施耐德 欧姆龙 三门峡仪电 华联无线电器厂 西门子 西门子 施耐德 上海四通气动 西门子 施耐德 备注 红/绿/黄
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