1、PLC 在砂處理生產線上的應用目錄第一章任務書及設計目的. 3第一節設計目的.3第二節設計任務書.3第二章可編程序控制的基本組成和工作原理. 6第一節 可編程序控制的基本組成. 6第二節 PLC 的基本工作原理. 7第三章可編程控制器概述. 8第一節 PLC 的特點和應用 . 8一、PLC 的主要特點. 8二、PLC 的應用范圍. 9第二節 PLC 與其它工業控制系統的比較. 10一、PLC 控制系統與繼電器控制系統的比較. 10二、PLC 控制系統與微型計算機控制系統的比較. 11第四章 PLC 的選型及系統設計. 11第一節 PLC 的選型. 11一、PLC 的選型依據. 12二、機型的選

2、擇. 14第二節 PLC 系統的設計. 15一、生產線工藝過程分析和系統控制要求. 15二、主電路的設計. 19三、硬件的選擇. 19四、系統統控制的 I/O 分配圖和梯形圖. 21五、系統控制程序. 21六、系統控制的電氣原理圖. 21PLC 在砂處理生產線上的應用22-2 -七、課程設計總結. 21八、程序附圖第一章設計目的及任務書第一節設計目的通過設計，使我們所學的理論知識與生產實踐更緊密地結合起來，是對 以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。在作課程設計的過程 中，可以綜合性地運用幾年內所學知識去分析、解決問題，所學知識得到疏 理和運用，使自己的實踐動手能力得到鍛煉，增強了即將

3、跨入社會去競爭、 去創造的自信心。本課程設計是在學完可編程控制器課程之后綜合利用所學可編程控制 器知識完成一個可編程控制器應用系統設計。 該課程設計的主要任務是通過 解決一、兩個實際問題，鞏固和加深 可編程控制器原理與應用”課程中所學 的理論知識和實驗能力，基本掌握可編程控制器應用電路的一般設計方法， 提高電子電路的設計和實驗能力，加深對可編程控制器軟硬知識的理解，獲 得初步的應用經驗，為以后從事生產和科研工作打下一定的基礎。本課題把 PLC 作為開發工具，設計要求具備一定的 PLC 硬、軟件的設 計能力。通過本課題的設計，使我們了解了用 PLC 進行設計的基本方法和步 驟。由于設計主要是獨立

4、完成的，因此培養了我們分析問題、綜合運用知識 去解決問題的能力，以及獨立工作的能力。第二節課程設計任務書題目：PLC 在砂處理生產線上的應用（一）應用背景與需求砂處理生產線由混砂機、帶式輸送機及其配套設備、生產及除塵等用電 設備組成，主要完成型砂、新砂及粘土、煤粉的輸送任務。砂處理生產線的 主要用電設備是連續工作制，采用傳統的繼電器控制系統，需要采用大量中 間繼電器，可靠性差，難以保證系統長時間連續工作。雖然用繼電器構成一 個控制系統的直接投資比 PLC 少，但從系統的壽命及其維修費用來考慮，用 PLC 取代繼電器是合適的。本例論述采用 PLC 實現砂處理生產線的控制問題 工藝過程：1、型砂輸

5、送系統中，輸送帶的工藝流程如圖（1）所示。PLC 在砂處理生產線上的應用-3 -圖（1）型砂輸送帶工藝流程該系統的基本控制要求：1 ）、啟動時應逆工藝流程延時啟動，其啟動順序如圖（2）所示。2）、停止時，全部設備同時停機。圖（2）型砂輸送帶啟動順序2、舊砂輸送系統中，輸送帶的工藝流程如圖（3）所示圖（3） 舊砂輸送帶工藝流程該系統的基本控制要求：1 ）、啟動時應逆工藝流程延時啟動，其啟動順序如圖（4）所示。2）、停止時應順工藝流程延時停止，其停止順序如圖（5）所示。圖（4）舊砂輸送帶啟動順序圖（5）舊砂輸送帶停止順序PLC 在砂處理生產線上的應用-4 -3、混砂機的碾混系統為循環工作方式，其工

6、藝流程及控制要求如圖（6）所示。圖（6）碾混系統的工藝流程（二） 任務及要求1、 畫出本控制的 I/O 分配圖2、 畫出控制梯形圖3、 寫出指令4、 設計控制電路圖5、 上機調試6、 編寫課程設計說明書一份（不少于 15 頁）內容包括：1） 控制方案的選擇：為何采用 PLC 控制？說明繼電器接觸器控制的缺點，為何 PLC 控制可克服此缺點？兩種控制方法有什么不同？PLC 控制與微機控制的區別是什么？2） 如何選型，怎樣定輸入、輸出點數，闡明自己的觀點。3） 分析所編的程序并闡述系統的工作原理。4） 編寫指令語句表。（三） 參考資料1、 趙明等工廠電氣控制設備，北京機械工業出版社 1998 第二

7、版2、 上海工業自動化儀表研究所三菱超小型 F1 系列可編程控制器19903、 王兆義可編程控制器的選型問題上海電器技術NO2 29 334、 宮淑貞可編程控制器原理及應用人民郵電出版社，20025、 謝克明可編程控制器原理與程序設計電子工業出版社，20036、 高欽和可編程控制器應用技術與設計實例人民郵電出版社，2004PLC 在砂處理生產線上的應用-5 -成績評定第二章可編程序控制的基本組成和工作原理第一節 可編程序控制的基本組成PLC 由中央處理單元、存儲器、輸入輸出單元、電源、編程器五部分組 成。其結構框圖如下。1、中央處理單元（簡稱 CPU）CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現

8、它們之間聯系的數據、控制 及狀態總線構成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。CPU是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現 場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。2、存儲器（RAM、ROM）存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序及工作數據。存放系統軟件的 存儲器稱為系統程序存儲器；存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器；存 放工作數據的存儲器稱為數據存儲器。常用的存儲器有RAM、EPROM

9、和EEPROM。RAM 是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序，生成 用戶數據區，存放在 RAM 中的用戶程序可方便地修改。RAM 存儲器是一種 高密度、低功耗、價格便宜的半導體存儲器，可用鋰電池做備用電源。掉電 時，可有效地保持存儲的信息。EPROM、EEPROM 都是只讀存儲器。用這 些類型存儲器固化系統管理程序和應用程序。3輸入輸出單元（I/O 單元）I/O 單元實際上是 PLC 與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。I/O 單元有良編程器可編程控制器的基本結構編程器接口PLC 在砂處理生產線上的應用-6 -好的電隔離和濾波作用。接到 PLC 輸入接口的輸入器件是各種開PLC 在

10、砂處理生產線上的應用-7 -關、按鈕、傳感器等。PLC 的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電 器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。4電源PLC 電源單元包括系統的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉換成內部工作電壓。PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源(220VAC或 110VAC ),直流電源(常用的為 24VAC)o5 編程器編程器是 PLC 的最重要外圍設備。利用編程器將用戶程序送入PLC 的存儲器，還可以用編程器檢查程序， 修改程序，監視 PLC 的工

11、作狀態。除此 以外，在個人計算機上添加適當的硬件接口和軟件包，即可用個人計算機對 PLC 編程。利用微機作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。第二節 PLC 的基本工作原理PLC 采用循環掃描的工作方式，在 PLC 中用戶程序按先后順序存放， CPU 從第一條指令開始執行程序，直到遇到結束符后又返回第一條，如此周 而復始不斷循環。PLC 的掃描過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、 程序執行、程序輸出幾個階段。當 PLC 處于停狀態時，只進行內部處理和通 信操作服務等內容。在 PLC 處于運行狀態時，從內部處理、通信操作、程序 輸入、程序執行、程序輸出，一直循環掃描工作。 PLC 的工作過

12、程可分為三 個階段：輸入處理、程序處理和輸出處理如圖所示。1 .輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在 此階段，順序讀入所有輸入端子 的通端狀態，并將讀入的信息存 入內存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執行階段。在程序執 行時，輸入映象寄存器與外界隔 離，即使輸入信號發生變化，其 映象寄存器的內容也不會發生 變化，只有在下一個掃描周期的 輸入處理階段才能被讀入信息。2.程序執行根據 PLC 梯形圖程序掃描 原則，PLC 在程序執行階段， 總是按先左后右，先上后下的順 序對每條指令進行逐句掃描， 執 行程序。 遇到程序跳轉指令，根據跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。從用

13、戶程序涉及到輸入輸出狀 態時，PLC 從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態，從程序處理元件換惓輸出坯理PLC 在砂處理生產線上的應用-8 -輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器，根據用戶程序進行邏輯運算，存入有 關器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內容，會隨 著程序執行過程而變化。3 輸出處理程序執行完畢后，將丫映象寄存器中的寄存器的通/斷狀態向輸出鎖存 器傳送，通過隔離電路，驅動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信 號，驅動外部負載。PLC 經過以上三個階段的工作過程，稱為一個掃描周期（或稱工作周 期），然后PLC 又重新執行上述過程，周而復始地進行。每執

14、行一遍所需的 時間稱為掃描周期。為了提高工作的可靠性，及時接收外來的控制命令，PLC 在每次掃描期 間，除完成上述三步操作外，通常還要進行故障自診斷，完成與編程器等的 通信。因此，還要進行整個掃描的過程。每次掃描開始，先執行一次自診斷程序，對各輸入輸出點、存儲器和 CPU 等進行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當前狀態， 并與正常的 標準狀態進行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認為有 故障。此時，PLC 立即啟動關機程序，保留現行工作狀態，并關斷所有輸出 點，然后停機。診斷結束后，如沒發現故障，PLC 將繼續往下掃描，檢查是 否有編程器等的通信請求。如果有則進行相應的處理，

15、比如，接受編程器發 來的命令，把要顯示的狀態數據、出錯信息送給編程顯示等。處理完通信后， PLC 繼續先往下掃描，輸入現場信息，順序執行用戶程序，輸出控制信號， 完成一個掃描周期。然后又從自診斷開始，進行第二輪掃描。PLC 就這樣不斷地反復循環，實現對機器的連續控制，直到接收到停機命令，或因停電、 出現故障等才停止工作。第三章可編程控制系統的特點及優勢第一節 PLC 的特點和應用一、PLC 的主要特點1、可靠性高，抗干擾能力強（1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業現場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。（2） 各輸入端均采用 R-C 濾波器， 其濾波時間常 數一般為 10

16、20ms.（ 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （4）采 用性能優良的開關電源。 （5）對采用的器件進行嚴格的篩選。2、 豐富的 I/O 接口模塊PLC 針對不同的工業現場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電 壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的 I/O 模塊與工業現場的器 件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈； 控制閥等直接連接。另外為了提PLC 在砂處理生產線上的應用-9 -高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模 塊;為了組成工業局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊等等。3、 采用模塊化結構為了適應各種工業控制需要，除了單元式的小型P

17、LC 以外，絕大多數PLC 均采用模塊化結構。PLC 的各個部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用 模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統的規模和功能可根據用 戶的需要自行組合。4、 編程簡單易學PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，梯形圖語言 的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏 輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。對使用者來說，不需要具 備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。5、 安裝簡單，維修方便PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業環境下直接運行。使用時只需 將現場的各種設備與 PLC

18、相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上 均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模 塊化結構，因此一旦某模塊發生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系 統迅速恢復運行。二、PLC 的應用范圍目前，PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制 造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可 歸納為如下幾類。1 開關量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏 輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化 流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝

19、生產線、電 鍍流水線等。2 模擬量控制在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和 速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。PLC 廠家都 生產配套的 A/D 和 D/A 轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3 運動控制PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接 用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動 控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界 上各主要 PLC 廠家的產品幾乎都有運

20、動控制功能，廣泛用于各種機械、機 床、機器人、電梯等場合。4 過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算 機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID 調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。 過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。PLC 在砂處理生產線上的應用-10 -5 數據處理現代 PLC 具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據

21、的采集、分析及處理。 這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可 以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用 于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如 造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。第二節 PLC 與其它工業控制系統的比較一、PLC 控制系統與 繼電器控制系統的比較1、 功能強，性能價格比高一臺小型 PLC 內有成百上千個可供用戶使用的編程元件， 有很強的功能, 可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的相比，具有很高的性能價格比。 可篇程序控制器可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。2、 硬件配套齊全，用

22、戶使用方便，適應性強可編程序控制器產品已經標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的 各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統配置，組成不同的功 能、不規模的系統。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子 連接外部接線。PLC 有很強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交 流接觸器。3、 可靠性高，抗干擾能力強傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于 觸點接觸不良，容易出現故障，PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼 電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統 的 1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。4、

23、系統的設計、安裝、調試工作量少PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設計方法。這種編程方法很有規律，很容易掌 握。對于復雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時 間要少得多。5、編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達 方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電 器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序 控制

24、器在執行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去 執行。二、PLC 控制系統與微型計算機控制系統的比較1 應用范圍：微機除了用在控制領域外，還大量用于科學計算、數據 處理、計算機通信等方面。而 PLC 主要應用于工業控制。PLC 在砂處理生產線上的應用-11 -2、 使用環境：微機對環境要求很高，一般要在干擾小，具有一定的溫 度和濕度要求的機房內使用。而 PLC 適用于工程現場的環境。3、 輸入輸出：微機系統的 I/O 設備與主機之間采用微機聯系，一般不 需要電氣隔離。而 PLC般控制強電設備，需要電氣隔離，輸入輸出均用“光 -電”耦合，輸出還采用繼電器，晶閘管或大功率晶體管進行

25、功率放大。4、 程序設計：微機具有豐富的程序設計語言，例如：匯編語言、FORTRAN 語言、PASCA 語言、C 語言等，其語句多，語法關系復雜，要求使用者必須具備一定水平的計算機硬件和軟件的知識。而 PLC 提供給用戶的編程語句數 量少，邏輯簡單，易于學習和掌握。5、 系統功能：微機系統一般配有較強的系統軟件，例如：操作系統， 能進行設備管理、文件管理、存儲器管理等。它還配有許多應用軟件，以方 便用戶。而 PLC 一般只有簡單的監控程序，能完成故障檢查，用戶的程序輸 入和修改、用戶程序的執行與監視等功能。6、 運算速度和存儲容量：微機運算速度快，一般為微秒級。因有大量 的系統軟件和應用軟件，

26、故存儲容量大。而 PLC 因接口的響應速度慢而影響 數據處理速度。一般接口響應速度為 2ms PLC 的巡回檢查速度為每千字 8ms PLC 的軟件少，編程簡短，故內存量少。7、價格：微機是通用機，功能完善，故價格較高。而PLC 是專用機，功能較少，其價格是微機的十分之一。從以上幾個方面的比較可知：PLC 是一種用于工業自動化控制的專用微 機控制系統，結構簡單，抗干擾能力強，易于學習和掌握。價格也比一般的 微機系統便宜。第四章 PLC 的選型及系統設計第一節PLC 的選型一、PLC 的選型依據PLC 機型選擇方法的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可 靠、維護使用最方便以及性能價格比最

27、優化的機型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC 及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功 能的原則選型所選用 PLC 應是在相關工業領域有投運業績、 成熟可靠的系統，PLC 的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可 編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工 程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任 務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、 所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能 價格比的 PLC 和設計相應

28、的控制系統。一、輸入輸出（I/O ）點數的估算I/O 點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數， 再增加PLC 在砂處理生產線上的應用-12 -10%-20%勺可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時， 還需根據制造廠商 PLC 的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。二、存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程 序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設 計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量 有一定估算，通常采用存儲器容

29、量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不 同公式，大體上都是按數字量 I/O 點數的 1015 倍，加上模擬 I/O 點數的 100 倍，以此數為內存的總字數（16 位為一個字），另外再按此數的 25%考慮 余量。三、控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能 和處理速度等特性的選擇。（1）運算功能簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能；普通 PLC 的 運算功能還包括數據移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數運算、 數據傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能。隨著 開放系統的出現，

30、目前在PLC 中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機 的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或 企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發，合理選 用所需的運算功能。大多數應用場合，只需要邏輯運算和計時計數功能，有 些應用需要數據傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數運算， 數值轉換和 PID 運算等。要顯示數據時需要譯碼和編碼等運算。控制功能控制功能包括 PID 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等， 應根據控制要求確定。PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采 用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能

31、輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節省存儲器容量。例如 采用 PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC 碼轉換單元等。通信功能 大中型 PLC 系統應支持多種現場總線和標準通信協議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）相連接。通信協議應符合 ISO/IEEE 通信標準， 應是開放的通信網絡。PLC 系統的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO 通信口、工業以太網、常用 DCS 接口等；大 中型 PLC 通信總線（含接口設備和電纜、應 1:1 冗余配置，通信總線應符 合國際標準，通信距離應滿

32、足裝置實際要求。編程功能PLC 在砂處理生產線上的應用-13 -離線編程方式：PLC 和編程器公用一個 CPU 編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切 換到運行模式，CPU 對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可 降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU 和編程器有各自的 CPU 主機 CPU 負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交 換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根 據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中 型 PLC 中常采用。五種標準化編程語

33、言：順序功能圖（SFC、梯形圖（LD）、功能模塊 圖（FBD三種圖形化語言和語句表（IL ）、結構文本（ST）兩種文本語言。 選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123,同時，還應支持多種語言編 程形式，如 C, Basic 等，以滿足特殊控制場合的控制要求。診斷功能PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判 斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC 內部的性能和功能進行診斷是內診斷， 通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等 部件信息交換功能進行診斷是外診斷。(6)處理速度PLC 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越

34、好， 如果信號持續時間小于掃描時間，則 PLC 將掃描不到該信號，造成信號數據 的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU 處理速度、軟件質量等有關。目前， PLC 接點的響應快、速度高，每條二進制指令執行時間約0、20、4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期(處理器掃描周期) 應滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 0、5ms/K;大中型 PLC 的掃描時間不大 于 0、2ms/K。二、機型的選擇(1) PLC 的類型PLC 按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制 室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等

35、。從 應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。整體型 PLC 的 I/O 點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統； 模塊型PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制 系統的 I/O 點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。(2)輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊，應考 慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出 模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用 電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻 繁，電感性低功率因數負荷場合

36、，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還 有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。可根據應用要 求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平PLC 在砂處理生產線上的應用-14 -和降低應用成本。考 慮是否需要擴展機架或遠程 I/O 機架等。電源的選擇PLC 的供電電源，除了引進設備時同時引進 PLC 應根據產品說明書要 求設計和選用外，一般 PLC 的供電電源應設計選用 220VAC 電源，與國內電 網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩壓電源供電。存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術的發展，存儲器的價格已下降，因此，為保證 應用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存

37、儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲 器。(5)冗余功能的選擇1 .控制單元的冗余(1)重要的過程單元：CPU(包括存儲器)及電源均應 1B1 冗余。(2)在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統、2 重化或 3 重化冗余容錯系統等。2.I/O 接口單元的冗余(1)控制回路的多點 I/O 卡應冗余配置。重要檢測點的多點 I/O 卡可冗余配置。(3 )根據需要對重要的 I/O 信號，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口單元。(六)經濟性的考慮選擇 PLC 時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同

38、時考慮應用的可 擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意 的產品。輸入輸出點數對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增 加一定的費用。當點數增加到某一數值后，相應的存儲器容量、機架、母板 等也要相應增加，因此，點數的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范 圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統有較合理 的性能價格比。PLC 是一種計算機化的高科技產品，相對繼電器而言價格相對較高。因 此，在應用 PLC 之前，首先應考慮是否有必要使用 PLC 如果被控制系統很 簡單，I/O 點數很少，或者 I/O 點數雖多，但是控制要求并不復雜，各部分

39、的相互聯系也很少，就可以考慮采用繼電器控制的方法，而沒有必要使用PLC在下列情況下，可以考慮使用 PLC1、系統的開關量 I/O 點數很多，控制要求復雜。如果用繼電器控制，需要大量的中間繼電器時間繼電器，計數器等器件。2、系統對可靠性的要求高，繼電器控制不能滿足要求。3、由于生產工藝流程或產品的變化，需要經常改變系統的控制關系， 或需要經常修改多項控制參數。4、可以用一臺 PLC 控制多臺設備的系統；遵行以上原則，為了實現被控對象(生產設備或生產過程)的工藝要求， 以提高生PLC 在砂處理生產線上的應用-15 -產效率和產品質量。因此，本控制系統采用PLC 控制。對于 PLC 控制系統的構成問

40、題，從 I/O 點數上考慮，在砂處理系統中， 一臺中型PLC 就夠了，使用小型 PLC 則要幾臺，考慮到砂處理系統可分為幾 個相對獨立的子系統，各系統之間只有很少的幾個信號聯鎖， 采用多臺小型 PLC 可以將事故分散，更便于提高設備的使用率和系統調試，因此本系統采 用多臺小型 PLC 控制方案。第二節 PLC 系統的設計PLC 控制系統的一般設計步驟可以分為以下幾步：熟悉控制對象，PLC選型及確定硬件配置，設計 PLC 的外部接線，設計控制程序，程序調試和編PLC 在砂處理生產線上的應用-16 -制技術文件。設計過程如下：一、生產線工藝過程分析和系統控制要求：1、型砂輸送系統中，輸送帶的工藝流

41、程如圖（1）所示皮帶 PD-1- 皮帶 PD-2 -* 皮帶 PD-3- * 松砂 SS-1 -k皮帶 PD-4圖（1）型砂輸送帶工藝流程該系統的基本控制要求：1 ）、啟動時應逆工藝流程延時啟動，其啟動順序如圖（2）所示。2）、停止時，全部設備同時停機。圖（2）型砂輸送帶啟動順序型砂輸送 I/O 分配和梯型圖采用計時器來實現上述控制要求，設計的 I/O 分配圖和梯型圖如附圖 1 所示, 由該圖可知，啟動時送入啟動信號，則各設備按控制要求順序啟動，停止或 者發生異常情況時只要解除啟動信號，則全部設備同時停機。輸入信號輸出信號名稱輸入點編號代號名稱輸入點編號代號停止X1SB1PD-4 接觸器Y0K

42、M1PD-4X2SB2SS-1 接觸器Y1KM2SS-1X3SB3PD-3 接觸器Y2KM3PD-3X4SB4PD-2 接觸器Y3KM4PD-2X5SB5PD-1 接觸器Y4KM5PD-1X6SB6定時器T0KT定時器T1KT1定時器T2KT2定時器T3KT3由上表可知，輸入有 6 點,輸出 9 點,I/O 總數為 15 而三菱公司 FX2N系列機型FX2N-32MR-001 滿足 I/O 總數，從而確定 FX2N-32MR-001 機型更為適合。2、舊砂輸送系統中，輸送帶的工藝流程如圖（3）所示PLC 在砂處理生產線上的應用-17 -圖（3）舊砂輸送帶工藝流程該系統的基本控制要求：1 ）、啟

43、動時應逆工藝流程延時啟動，其啟動順序如圖（4）所示。2）、停止時應順工藝流程延時停止，其停止順序如圖（5）所示。圖（4）舊砂輸送帶啟動順序圖（5） 舊砂輸送帶停止順序舊砂輸送 I/O 分配和梯型圖采用計時器和輔助繼電器來實現上述控制要求，設計的 I/O 分配圖和梯型圖 如附圖 2所示，由該圖可知，啟動時送入啟動信號，則各設備按控制要求順 序啟動，停止或者發生異常情況時只要解除啟動信號，則全部設備同時停機。輸入信號輸出信號名稱輸入點編號代號名稱輸入點編號代號啟動X0SBOPD-8 接觸器Y0KMPD-8X1SB1TS 接觸器Y1KM1TSX2SB2PD-7 接觸器Y2KM2PD-7X3SB3PD

44、-6 接觸器Y3KM3PD-6X4SB4YG 接觸器Y4KM4YGX5SB5PS 接觸器:丫 5KM5PSX6SB6PD-5 接觸器Y6KM6PLC 在砂處理生產線上的應用-18 -PD-5X7SB7ZG 接觸器Y7KM7ZGX10:SB10停止X11SB11由上表可知，輸入有 10 點,輸出 8 點,1/0 總數為 18,而三菱公司 FX2N系列 機型FX2N-32MR-001 滿足 I/O 總數，從而確定 FX2N-32MR-001 機型更為適合。3、混砂機的碾混系統為循環工作方式，其工藝流程及控制要求如圖（6）所示。圖（6）碾混系統的工藝流程碾混系統的 I/O 分配圖和梯形圖根據碾混系統

45、循環工作方式的特點，采用移位寄存器來實現上控制要求，所設計的 I/O 分配圖和梯形圖如附圖 3 所示，由該圖可知，啟動時送入啟動信 號，則各設備按控制要求順序啟動，停止或者發生異常情況時只要解除啟動 信號，則全部設備同時停機。輸入信號輸出信號名稱輸入點編號;代號名稱輸入點編號代號啟動X0SB0回轉定量器接觸器Y0KM1新砂給料接觸器Y1:KM2氣壓加水接觸器Y2KM3缺料門開接觸器 :Y3:KM4缺料門關接觸器Y4KM5由上表可知，輸入有 1 點輸出 5 點,1/0 總數為 6,而三菱公司 FX2N系列機 型FX2N-16MR-001 滿足 I/O 總數，從而確定 FX2N-16MR-001

46、機型更為適合。對梯形圖的控制過程說明如下：1）系統啟動時，啟動信號有效，使 M100 產生一單脈沖，將移位寄存器初始 位置 M0置“ 1”，從而 Y0 和 Y1 同時接通，回轉定量器 HZ 和新泵給料 XSG 同 時工作。2）PLC 的內部繼電器 M100 接通一個掃描周期后斷開，當 T0 產生一個脈沖時 移位寄存器數據端“ 0”存入 MQ 而 M0 原來的“ 1”移入 M1,使 64 繼續接 通，丫1 因有自鎖因此也繼續接通。3） 當 TO 產生的下一個脈沖來到時，M1 的“ 1”移入M2M0 的“0”移入 M1, 從而使丫0 繼開，HZ 停止工作，由于每隔 5S 來一個脈沖，因此 HZ 工

47、作著 10 秒。4）以后由定時器 T0 每隔 5 秒產生一個脈沖，使移位寄存器右移一位，當經PLC 在砂處理生產線上的應用-19 -過 50 秒后，也送入 10 個脈沖，則“ 1”也移動了 10 步，移入 M1Q 則 M10 的常閉接點斷開，使丫1 斷開，新泵給料 XSG 亭止工作。5）此后，再繼續送入 6 個脈沖，即再過了 30 秒后，“ 1”移入到 M16 使丫2接通，氣壓加水開始工作，由于一個脈沖只有5 秒，因此氣壓加水也只工作5S。6）再繼續送入 22 個脈沖，即 110 秒后，“ 1”移入到 M38 中，使丫3 接通， 卸料門打開。7）再繼續送入 8 個脈沖后，“ 1”移入到 M46

48、 中，使丫4 接通，卸料門關閉。8）再繼續送入 2 個脈沖后，“ 1”移入到 M60 中，數據端 M60 端的“ 1”又移 入到M0 中，接通丫0 和 Y1,使 HZ 和 XSG 又工作,如此反復循環工作。4、設計 PLC 的外部接線：正確選擇 PLC 對于保證整個控制系統的技術與經濟性能指標起著重要的 作用。選擇 PLC 包括機型的選擇，容量的選擇，I/O 模塊的選擇，電源模 塊的選擇等。根據被控制對象系統的要求，及 PLC 的輸入量，輸出量的類型和點數， 確定出PLC 的型號和硬件配置。對于整體式 PLC，應該確定基本單元和擴展 單元的型號；對于模塊式 PLC，應確定框架（或基板）的型號，

49、及所需模板的型 號和數量。PLC 硬件配置確定后， 應對 I/O 點進行分配， 確定外部輸入輸出元件與 PLC 的 I/O點的連接關系，完成 I/O 點地址定義表。分配好與各輸入量和輸出量相對應的元件后，設計出 PLC 的外部接線圖, 其它部分的電路原理圖，接線圖和安裝所需要圖紙，以便進行硬件裝配。具 體設計如下。二、 主電路的設計根據砂處理生產線控制系統中的控制要求，設計出其主電路如附圖 4、5 所示三、硬件的選擇（一）、按鈕開關 SB按鈕開關是一種結構簡單，應用廣泛的手動主令電器，用以接通或斷開 控制回路中的電流，在控制電路中發出手動指令遠距離控制其他電器，再由 其他電器去控制主電路或轉移

50、各種信號， 也可以直接用來轉換信號電路和電 器聯鎖電路等。選擇開關 SA（二）、選擇開關選擇開關是由多組相同結構的開關元件疊裝而成，可以控制多回路的一 種主令電器，它由操作機構、定位裝置和觸點三部分組成。（三）、續流二極管PLC 的輸入端或輸出輸出常常接有感性元件。如果是直流感性元件，應 在其兩端并聯續流二極管；如果是交流元件，應在其兩端并聯阻容電路（也 稱滅弧罩，有系列產品可供選擇）。從而抑制電路斷開時產生的電弧對PLC內部輸入、輸出元件的影響。PLC 在砂處理生產線上的應用-20 -其工作原理是：正常通電時，電源電壓為正，二極管不通，當電源斷開， 電壓變負時，負載上產生很大的反電動勢，并聯

51、二極管可使負載間的電壓等 于二極管管壓降，接近于零這樣電路中總的電壓的變化將會很少，就不易產 生弧光，從而起到保護負載的作用。熔斷器（四）、熔斷器熔斷器是一種用于過載與短路保護的電器， 當超出限定值的電流通過熔 斷器的熔體是將其熔化而分斷電路。具有結構簡單、體積小、重量輕、使用 方便、價格低廉等優點，獲得廣泛的使用。其工作原理是：熔斷器接入電路 時，熔體是串接在電路中，負載電流流經熔體，由于電流的熱效應使溫度上 升，當電路發生過載或短路時，電流大于熔體允許的正常發熱電流，使熔體 溫度急劇上升，超過其熔點而熔斷，將電路切斷，有效保護電路和設備。（五）、時間繼電器時間繼電器可分為空氣式時間繼電器，電子式時間繼電器，數字式時間 繼電器，但在交流電路中常采用空氣式時間繼電器，它是利用空氣阻尼作用 而達到動作延時的目的。其工作原理是：當吸引線圈通電后就將動鐵心吸下，使動鐵心與活塞桿 之間有一段距離，在釋放彈簧的作用下，活塞桿就向下移動，在傘形活塞的 表面固定有一屋橡皮膜，因此當活塞身下移動時，在膜上面造成空氣稀薄的 空間，活塞受到下面空氣的壓力，不能迅速下移，當空氣由進氣孔進入時， 活塞才逐漸下移，移動到最后位置時，杠桿使微動開關動作。（六）、熱繼電器熱繼電器是利用測量元件被加熱到一定程度而動作的一種繼電器。熱繼電器的