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四川工程职业技术学院
电气信息工程系
毕业论文
题 目 PLC电梯控制系统 班 级 电气自动化技术1班 姓 名 学 号 指导老师
前 言
随着现代社会的迅速发展,微电子技术和计算机技术也随之迅速发展.当前数字电器系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。其中，有着代表性的是日趋进步和完善的PLC设计技术。PLC(即可编程控制器)在工业控制领域内得到十分广泛的应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。
PLC的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的PLC各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析出来，传统PLC是无法完成的。然而基于PC通信的PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC，做测量数据的处理。所以这种类型的PLC无论在功能和世界应用上，都具有传统PLC无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。
- 2
第一章 电梯的简介
一、电梯的起源与发展
1、电梯的起源
现代社会中，电梯已经成为不可短少的运输设备。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯；高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯，自动扶梯等。在现代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。
电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机，代替步行上下的楼梯。
说到电梯的起源要从公元2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，有所不同的是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。
数百年来人们制造过各种类型的升降机，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降机便急速地坠落到底层。1854年奥迪斯设计了一种制动器：在升降机的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连接，起吊绳与货车弹簧连接，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立刻与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定，免了继续下坠。这样，第一台“安全”升降梯就产生了，然而真正能够称为电梯的产品应该是在20世纪初才出现。
2、电梯技术的发展
（1）电梯的速度要求越来越快，告诉，超高速电梯的数量越来越多。 （2）电梯的拖动技术有了圈套的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到越来越广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速发展。
（3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器-接触器控制发展为可编程序控制（PLC）和计算机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。
（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用计算机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如停车操作、消防员专用等。
- 456
第二章 PLC的简介
一、PLC的定义
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与算术操作等方面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程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。
总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
二、PLC的基本结构和组成
1、PLC的结构图如下所示：
交流/直流现场设备扩展单元电源基本I/OI/O扩展接CPU存储器外围接口数据总线外设编程器通信网络
图2 PLC的结构图
（1）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，在系统监控程序的控制下工作，承担着将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然后将接过送到输
出映像寄存器区域。
（2）存储器由只读存储器ROM和随机存储器RAM两大部分组成，存放系统软件的存储器称为系统程序的存储器ROM，存放应用软件或中间运行数据的存储器称为用户程序存储器RAM。
（3）基本I/O接口电路
A.PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送到PLC内部电路。
B．PLC输出电路用来将CPU运算的结果换成一定形式的功率输出，驱动被控负载。
（4）接口电路：PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。
A.I/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。
B．外设通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。
（5）电源：PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（5V直流）。
2.PLC控制系统的组成
PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。
图3 PLC控制系统的组成
PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。
PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。在系统软件的支持西，PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。
图4 PLC内部工作示意图
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的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随机关闭输入端口，进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式输出，驱动相应输出设备工作。
四、PLC的特点
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通计算机一样，以通用或专用CPU作为处理器，实现通道的运算和数据的存储，另外还有位处理器，进行点（位）的运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高，易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。
五、PLC系统的发展趋势
PLC当初是针对工业顺序控制发展而研制的。经过30几年的迅速发展，PLC已不仅能进行开关量控制，而且还能进行模拟量控制，位置控制。特别是PLC的通信网络技术的发展，使得PLC如虎添翼，由单机控制向多机控制，由集中控制向多层次分布式控制系统发展。现在PLC的足迹已遍布了国民经济的各个领域，形成了满足各种需要的PLC应用系统。
电梯结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
今后PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化，微型化系统方向发展。作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的方向发展。二是向大型化，网络化，多功能的方向发展。
- 12131415
第四章 PLC控制系统的设计方案
一、PLC控制系统基本方案
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。
本文将用四层楼作为背景进行设计。
1.轿厢楼层位置检测方法
主要方法有以下几种：
（1）用于簧管磁感应器或其他位置开关：这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。
（2）利用稳态磁保开关：这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但是它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。
（3）利用旋转编码器：目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因此在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源可利用PLC内置的24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。
由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢的位置优于其他方法，故本设计采用此方法
2.PLC的选型
根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须且有高数计数器。又因为电梯时双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择西门子公司生产的S7—200系列机。
S7—200系列机具有以下优点： 1.体积极小
2.先进美观的外部结构 3.提供多种子系列供用户选用 4.灵活多变的系统配置 5.功能强、使用方便
二、PLC电梯控制系统设计方向
1.电梯控制系统的基本结构组成
电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖运控制系统两部分组成。图7为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿箱操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。
电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主动拖动电路和轿厢开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。十层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。
如下图：
图7 电梯PLC控制系统的基本结构
2.电梯控制系统原理框图
电梯控制系统原理框图如下图所示，主要由轿厢内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。
图8 电梯控制系统原理框图
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到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
图10 电梯信号控制系统
6．拖动控制系统
电梯主要由直流和交流两种拖动方式，PLC控制的拖动系统主电路及调速装置与继电器控制系统相比无需做很多改动。拖动系统的工作状态及部分反馈信号可直接送入PLC，由PLC向拖动系统发出速度切换、起动、运行、平层等控制信号。
7.电梯上行
（1）电梯停在1F，2F呼叫时，则上行，碰到2F的行程开关后停止。 （2）电梯停在1F或2F时，3F呼叫，则上行，碰到3F的行程开关后停止。 （3）当电梯停在1F或2F、3F时，4F呼叫，则上行到4F碰到行程开关后停止。
（4）电梯停在1F，2F、3F同时呼叫时，则电梯上行到2F后停5s，继续上行到3F后停止。
（5）电梯停在1F，2F、3F同时呼叫时，电梯上行到2F停5s，继续上行到3F停止。
（6）电梯停在1F，3F、4F同时呼叫时，电梯上行到3F停止5s，继续上行
- 2122232425
系统会根据外呼和内选信号及门锁信号综合判断电梯的运行方向。 5.执行上行程序
此段程序包括控制电梯上行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。 6.执行下行程序
此段程序包括控制电梯下行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。
四、I/O点的分配
根据需要控制的开关、设备大约有15个输入点，11个输出点。如图15：
图15 I/O点的分配
五、硬件系统调试
在硬件调试时，我们主要调试的内容有： 1.在接线端子上。
2.在PLC扩展单元上。3.在电源接线上。
注:特别是在电源接线时，一定要注意哪些端子接24V，哪些接地。
六、软件系统调试
在软件调试时，主要是结合硬件设备观察程序的过程是否与我们设计的原理一致。如果出现不正常运行和不运行时我们得回到程序编制，依次检查与修改。
七、程序梯形图
- 30
图16 PLC控制程序梯形图
注：
M0.1 电梯在一层时停止指令 M0.2 电梯在二层时停止指令 M0.3 电梯在三层时停止指令 M0.4 电梯在四层时停止指令 M1.1 电梯在一层时向上运行指令 M1.2 电梯在二层时向上运行指令 M1.3 电梯在三层时向上运行指令
- 32
E2亮，电梯停止。
11.按SB6，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。
12.按SB7（SB2），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2灭，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。
13.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，再按SQ3，E1灭，E2亮，电梯仍上升，在按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E2灭，E2亮，电梯停止。
14.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。
15.按SB6，SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，电梯提高至2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。
16.按SB6，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下降，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。
17.按SB7（SB2），SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。
18.按SB6，SB7（SB2），SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，再按SQ3，E4灭，E3亮，电梯上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，再按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止2s后下降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。
19.按SB6，SB7（SB2），SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯仍下
降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。
20.按SB6，SB7（SB2），SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止2s后下降，再按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止。
21.按SB8，SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。
22.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。
23.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯仍上升，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。
电梯停留在二层：
1.按SB8或SB9（SB3）或SB8或SB9（SB3），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。
2.按SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。
3.按SB5(SB1), 电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止。
4.按SB8，SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3灭，E4亮，电梯停止。
5.按SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。
6.按SB8，SB9（SB3），SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ3，E2灭，E3亮，电梯停止2s后上升，再按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止2s后下降，按SQ3，E4灭，E3亮，电梯停止。
电梯停留在三层：
1.按SB10（SB4），电梯上升，反方向呼叫无效，按SQ4，E3灭，E4亮，电梯停止。
2.按SB6或SB7（SB2）或SB6，SB7（SB2），电梯下降反方向呼叫无效，按SQ2，E3亮，电梯停止。
3.按SB5(SB1), 电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。
4.按SB7，SB5(SB1), 电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯仍下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止2s后上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。
5.按SB7，SB6（SB2），SB5（SB1），电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止2s后下降，按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止。
6.按SB7，SB6（SB2），SB5（SB1），电梯下降，反方向呼叫无效，按SQ2，E3灭，E2亮，电梯停止2s后下降，再按SQ1，E2灭，E1亮，电梯停止2s后上升，按SQ2，E1灭，E2亮，电梯停止。
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题 目：
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P L C 恒 压 供 水 控 制 系 统
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阿依别克·哈孜木汗 13030205 P L C恒压供水控制系统设计
目录
摘要 .............................................1.设计任务书 .....................................1.2设计目的 ..................................1.3设计内容及要求 ............................1.4设计进程安排 ..............................2.PLC恒压供水控制系统 ...........................2.1引言 ......................................2.2恒压供水PLC控制系统的基本策略 ............2.3恒压供水系统的基本构成 ....................2.4 工作原理 .................................3.水泵电机的选择 ................................3.1.概述 ....................................
4、PLC的模拟量扩展单元的配置和选型 .............4.1 PLC模拟量扩展单元的配置及应用
.......4.2 PLC系统的选型
......................
5、电控系统的原理图 .............................5.1 主电路图、..............................
6、系统的程序设计 ...............................6.1 由“恒压”要求出发的工作组数量的管理
...6.2 台组泵站泵组的管理规范 存入生活/消防频率下限
..........................................
P L C恒压供水控制系统设计
6.3 程序的结构及程序功能的实现 ............设计总结 ........................................致谢 ............................................参考文献
......................................
摘要
利用自动控制程序PLC恒压控制三台水泵电机供水给生活小区生活用水。采用可编程控制器（PLC）构成控制系统进行优化控制泵组的运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的要求，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数工作而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。
关键词：PLC，自动控制系统，控制指
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课题名称：PLC控制机械手设计
专 业： 班 级： 学 籍 号： 学生姓名： 导师姓名： 提交日期：
PLC控制机械手设计
（姓名）
摘 要：机械手是能够模仿人手动作，并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓（吸）取、搬运工件或工具或进行操作的自动化装置，它能部分的代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大地改善了工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。在我国，工业机械手近年来有较快的发展，投入了大量的人力物力加以研究和应用，并且很好的效果。本课题主要研究的问题是\"近距离自动移动式机械手臂设计--气压驱动式\"。设计包括两大方面，其中之一是自动行走部分，另一部分为手臂的运转。采用同一驱动能源--气泵。行走部分可以采用气压马达带动两轮转动。气压泵固定在某处，用一根软管将泵与马达相连，马达安装在行走装置中。运动手臂的直线运动用气缸来实现，旋转运动用气压马达来实现。行走的时候手臂不动，手臂运动的时候，行走部分停止运动。 关键词：机械手，气压驱动，自动移动，气泵
随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为\"工业机械手\"。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。
一、机械手组成
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。
（一）执行机构
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。
1、手部：即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。
2、手腕：是联接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。
3、手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。
4、立柱：是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。
5、行走机构：机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。
6、机座：它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。
（二）驱动系统
机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。
1、液压传动：是以油液的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，
1 不然有的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。
2、气压传动：是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是介质来源极方便、气动动作迅速、结构简单、成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性差，而且气源压力较低，适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。
3、机械传动：即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动。其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠、动作频率高，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于为工作主机的上、下料。
4、电力传动：即由特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。
（三）控制系统
有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给与机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
（四）位置检测装置
控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。
二、设计内容
这里介绍我将要做的近距离自动移动式机械手臂设计--气压驱动。
（一）气源系统
压缩空气是保证气动系统正常工作的动力源，空气压缩机是将动力机供给的机械能转换成气体压力能的一种能量转换装置。
（二）气动执行机构
气动执行机构由气缸和气动马达。气缸是利用压缩空气的压力能转换为机械能的一种能量转换装置。它可以输出力，驱动工作部分作直线往复运动或往复摆动。气缸可分为：单向作用式气缸和双作用式气缸。气动马达是把压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置，其作用同于液压传动的油马达。它输出力矩，驱动机构作回转运动。
（三）空气控制阀
1、压力控制阀分为：调压阀、安全阀和顺序阀等。
2、流量控制阀是用来调节和控制压缩空气的流量、流速以改变执行机构的工作速度。流量控制阀主要有节流阀、单向截流阀和排气节流阀等。
3、方向控制阀是用来控制气流的方向、气路的通断，从而使执行机构的动作发生变化的气动原件。方向控制阀在整个气动元件中数量占有相当大的比例，并在气动系统中起着神经中枢的作用。
（四）气动基本回路
1、方向控制回路主要有：单作用气缸中间停止回路，双作用气缸换向回路，双作用气缸的活塞可在任意位置停止的回路，延时控制回路。
2、速度控制回路主要有：单作用气缸的速度控制回路，双作用气缸单向速度控制回路，双作用气缸双向速度控制回路，双作用气缸速回运动控制回路，双缸同步动作的速度控制回路，缓冲回路。
（五）其他部分
行走机构有：车轮式行走机构，履带式行走机构，步行式行走机构。
三、机械手的发展趋势
机械手目前多数应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按事先制订的程序完成操作，但普通不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，将引起零件甚至机械手本身的损坏。
为此，机械手发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手，设它拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化作相应的变更，如位置发生稍些偏差时即能更正，并自行检测。重点是研究视觉功能，将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前的机械制造系统的人工操作状态。
参考文献
[1]曹承志.电机、拖动与控制学.第3版.北京：机械工业出版社,2000 [2]王庭树.机器人运动学及动力学.第2版.西安：西安电子科技大学出版社， 1990.12 [3]孟繁华.机器人应用技术.第1版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989.6 [4]马香峰.机器人机构学.第1版.北京：机械工业出版社,1991.9 [5]赵锡芳.机器人动力学.第1版.上海：上海交通大学出版社，1992.12 [6]高松海.遥控机器人.第1版.北京：原子能出版社，1981 [7]孙耀明.微型机算计在机器人技术中的作用.第1版.北京：科学技术文献出版社，1987 [8]路甬祥.液压气动技术手册.第2版.北京：机械工业出版社,2002
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| You have to believe, there is a way.The ancients said:\" the kingdom of heaven is trying to enter\".Only when the reluctant step by step to go to it \'s time, must be managed to get one step down, only have struggled to achieve it.
-- Guo Ge Tech
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第11篇：PLC变频调速毕业论文及制作
PLC控制变频器调速系统设计与调试
论文系列 2007-04-16 17:41:25 阅读2292 评论9 字号：大中小
绪 论
可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。
任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。
在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。
在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。
要完成好电气控制系统的设计系统，除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外，还要求我们必须经过反复实践，深入生产现场，将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。本次课程设计正是本着这一目的而着手实施的实践性环节，它是一项初步的模拟工程训练。通过这次课程设计，我感到更深地了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。
目 录
课程设计任务书 -------------1 绪论 -----------------------2 课程设计内容 ---------------5 一.设计要求 ---------------5 二.设计任务和目的 ---------5 三.课题要求 ---------------5 四.控制要求 ---------------5 五.总体设计方案 -----------6 六．硬件部分设计 -----------9 七．软件部分设计 -----------13 八．调试过程和结果 ---------17 心得体会 ------------------18 参考文献 ------------------19
课程设计内容
一.设计要求 1.确定控制方案，选择PLC和变频器及电动机型号。 2.画出电气控制线路原理图。 3.设计程序
4.完成PLC控制系统梯形图软件的编制任务。
5.在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。
二.设计任务和目的
1.了解PLC控制变频调速系统。
2.了解OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块和ID模块。3.了解电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。 掌握PLC控制变频调速系统调试基本过程及方法。
三.课题要求
1.按题意要求，画出PLC端子接线图及控制梯形图；
2.完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试；3.完成课程设计说明书
电气控制系统设计的基本原则：在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠、动作准确、结构简单、经济、电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。
四.控制要求
1.变频调速器受0~10V输入电压控制；
0V输出频率为0HZ，对应同步转速为0 r/min； 5V输出频率为18HZ，对应同步转速为1500 r/min； 10V输出频率为36HZ，对应同步转速为3000 r/min； 输入电压与输出频率按线性关系变化。
2.要求输出转速按函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。
3.改变输出转速~时间的变化函数，重复上述过程.
五.总体设计方案
本次设计是实现控制变频调速系统，选用PLC和变频器的组合可完成数字量的输入，实现模拟量和数字量的输出控制。可以通过对频率的调节来实现对速度的控制，使得速度变化更加平滑和实现精确调速。
1.选择机型
本次设计PLC控制变频调速系统设计系统中可以用OMRON-CPM2A PLC加模拟量扩展单元,也可以用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块.在这里选用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块和ID模块.变频器采用欧姆龙公司的变频器，电机选择380V,3000W，3000r/min。
2.确定系统控制结构 由PLC和变频器组成的开环控制系统，模拟量输入端由两输入，开始与停止按钮；PLC输出端是从0—10V的模拟量作为变频器的输入。
实现如下控制：
0V输出频率为0Hz，对应同步转速为0r/min; 5V输出频率为18Hz，对应同步转速为1500r/min; 10V输出频率为36Hz，对应同步转速为3000r/min。
当PLC模拟量输出0—10V变化时，变频器输出频率为36Hz；电机经过20s速度由0—3000r/min；电机以最大速度运行10s，PLC模拟量输出由10V将到5V，变频器输出频率为18Hz，对应同步转速降为1500 r/min经历10s达到一定值速度运行20s后，PLC模拟量输出由5V降到0V，变频器输出为0Hz，电机转速为0r/ min。
3.系统流程图
4.系统原理接线图
5.设计步骤
(1) 使用PLC的OD模块的两个输入点作为系统的启动和停止信号的输入点； (2) 使用PLC的ID模块的一个输出点作为使电机正转启动的输出信号，接到变频器的S0端子上；
(3) 连接CS1W-MAD44模拟量I/0模块的A1+、A2-至变频器的电压输入端； (4) 调节变频器使其输出频率受模拟量输入电压控制； (5) 然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序； (6) 最后调试并运行。
六.硬件部分设计
1.CS1W-MAD44模拟量I/0模块图
2.CS1W-MAD44模拟量I/0功能块
3.模拟量输出回路
4.输出规格
如果设臵值超过下面提供的规定，将发生输出设臵错误，并将输出有输出保持功能规定的输出量。
根据设计要求选取输出范围:0~10 V： 5.标度转换
输出范围:0~10V所对应的16进制数为:0000H~0FA0H 6.模拟量输出接线图
7.数据交换概要
数据通过特殊I/O单元区域(用来操作单元的数据)和特殊I/O单元DM区域(用来进行初始设臵的数据)在CPU单元和CS1W-MAD44模拟量I/O单元之间交换。
8.I/O刷新数据
模拟输入转换值，模拟输出设臵值，和其它用来操作单元的数据根据单元号在CPU单元的特殊I/O单元区域里分配，并在I/O刷新过程中交换.
9.固定数据
单元的固定数据，如模拟量输入信号范围和模拟量输出信号范围，根据单元号在CPU单元的特殊I/O单元DM区域里分配，并在电源接通或单元重启动时交换。
10.设臵单元号开关
每个模拟量I/O单元占据的特殊I/O单元区域和特殊I/O单元DM区域字地址是通过单元前板上的单元号开设臵的。11.模拟量I/0模块的软件设臵过程
在此系统中单元号设臵成4.(1)根据下表，特殊I/0单元域地址CIO2040- CIO2049, 特殊I/0单元DM区域地址D20400-D20499.
(2)根据系统原理接线图，A1 A2电压输出1和CIO区中转换可用字表设臵2040为: 0001H
(3)根据输入使用设臵表，设臵D20400为: 0001H
(4)根据输入信号范围表，设臵D20401为: 0001H
上面的所有设臵在程序的1~3条完成。
七.软件部分设计
系统的软件设计是根据系统给定的时间函数运行的，所以软件的设计主要是以时间原则来设计。
1.程序的主体主要由以下三部分组成 (1) 控制字的设臵 (2) 时间段设计 (3) 数据的增减 2.I/0分配表
3.系统设计程序 PLC梯形图
4.程序助记符
LD
启动按钮 LD
停止按钮 KEEP(011) 启动保持 LD
启动保持 MOV(021) #000F 2040 //
转换可用位臵1 LD
启动保持
MOV(021) #000F D20400 //
输出使用位臵1 LD
启动保持
MOV(021) #0055 D20401 // 输出信号范围臵0101.0-10V LD
启动保持 ANDNOT T0004
@MOV(021) #0000 D0
//
一个循环开始时臵#0000 LD
启动保持
MOV(021) D0 20
41 //
送D0 值至输出通道 LD
启动保持
ANDNOT T0004
TIM 0000#0200
//
时间变化流程 TIM 0001 #000 TIM 0002 #0400 TIM 0003 #0600 TIM 0004 #0650
LD
启动保持 AND P_0_02s ANDNOT T0000
@+(400) D0 #0004 D0
// D0值增加,使输出值连续增加 LD
启动保持 AND P_0_02s AND T0001 ANDNOT T0002
@-(410) D0 #0004 D0
// D0值减小,使输出值连续减小 LD 启动保持 AND P_0_02s AND T0003 ANDNOT T0004
@-(410) D0 #0008 D0
// D0值减小,使输出值连续减小 LD 启动保持
OUT 0.00 //
变频器正转启动信号 END(001) 5.程序说明
第0条：起动和停止信号，用KEEP保持在2100.00中，表示程序启动运行。
第1条：程序启动运行过程中，根据接线图A1 A2电压输出1和CIO区中转换可用字表设臵2040为: 000FH
第2条：程序启动运行过程中，根据输入使用设臵表设臵D20400为: 000FH 第3条：程序启动运行过程中，根据输入信号范围表设臵D20401为: 0055H
第4条：程序启动时并且每个循环的开始时D0臵#0000，所以输出电压每次都是从0V开始
第5条：只要是在运行过程中，在程序每次扫描过程中D0中的值臵入2040通道中转换成电压输出。
第6条：程序启动运行过程中，每次循环中设臵成五个时间段T0000—T0004，T0004为复位信号。
第7条：程序启动运行过程中，从0—20秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时加#0004，则20秒时刚好D0值为#0FA0，即10V。
第8条：程序启动运行过程中，从30—40秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时减#0004，则10秒后刚好D0值为#07D0，即为5V。
第9条：程序启动运行过程中，从60—65秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时减#0008，则5秒时刚好D0值减为#0000，即0V。
第10条：程序启动运行过程中电机正转信号保持为ON。 第11条：程序结束标志。
八.调试过程及结果
调试过程：
1.先将PLC程序传入OMRON-CS PLC中，只连接启动与停止开关，先不与变频器相连接，以免输出电压不正确导致变频器出错。
2.按下启动按钮，然后用万用表测CS1W-MAD44模拟量I/0模块的A
1、A2两点间的电压，看是否按照规定曲线运行，如果运行正确则证明PLC部分调试成功。3.连接PLC的输出点与变频器的输入点，并且调试好变频器的参数设臵，最后把变频器的输出与电机接好。
4.最后打开启动按钮，电机正常运行，并且按照给定的时间函数循环运行。显示的最大频率是36HZ。
调试结果：
系统按照给定的时间函数连续循环运行，如图所示，由此说明系统设计合理可靠，此设计完全符合设计要求。
心得体会
通过本次课程设计，对欧姆龙系列PLC的特点有了更深的理解。利用了欧姆龙系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的自动化。
在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以变频器为主题的课程设计精益求精。
经历一周的方案设计、比较、论证、探讨等步骤，经过不懈的努力和反复的验证，积聚了同组同学的一致讨论并通过，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。但是，由于学识浅薄和资历肤浅，对待解决问题还不成熟，望老师不吝纠正，深感谢意！
参考文献
电器控制及可编程控制器
祖龙起 主编
轻工业出版社 可编程控制器原理与程序设计
谢客明 主编 日本OMRON公司CPM2A编程手册 张立科 主编
电子工业出版社 2003
第12篇：本科毕业论文——基于PLC的热定型控制系统
目
录
第一章
绪论.............................................................................................1
1.1课题分析...........................................................................................................1
1.2国内外现状分析...............................................................................................1 1.3课题意义...........................................................................................................2
第二章
热定型原理及总体设计 ............................................................3
2.1热定型工艺原理和设备...................................................................................3
2.1.1化学纤维的热定型理论.........................................................................3 2.1.2热定型过程.............................................................................................4 2.1.3影响热定型效果的因素.........................................................................5 2.1.4热定型设备.............................................................................................6 2.2控制系统设计...................................................................................................6
2.2.1控制系统组成以及工艺要求.................................................................6 2.2.2计算机控制系统.....................................................................................8
第三章
拉幅张力控制系统 ..................................................................10
3.1拉幅工艺要求.................................................................................................10
3.2张力控制硬件组成.........................................................................................11 3.3 590型全数字驱动器......................................................................................11 3.4张力控制策略.................................................................................................14
3.4.1模糊控制...............................................................................................14 3.4.2比例积分控制PI ..................................................................................16
第四章
热风循环控制系统 ..................................................................18
4.1热风循环系统工艺要求.................................................................................18
4.2温度控制系统的硬件组成.............................................................................18 4.3 AL808智能仪表PID自整定过程 ................................................................19 4.4专家智能自整定PID控制器 ........................................................................19
4.4.1智能PID调节器的发展 ......................................................................19 4.4.2专家系统智能自整定PID控制器 ......................................................20 4.4.3专家系统智能自整定PID控制器在热风炉加热系统中的应用 ......21
第五章
通讯协议和通讯链路设计 ......................................................26
5.1通讯协议选择.................................................................................................26
5.1.1 RS-232C总线 .......................................................................................26 5.1.2 RS-422/485总线 ..................................................................................27 5.1.3 MOXA多串口卡 .................................................................................28 5.2上位机和下位机通讯实现.............................................................................28
5.2.1智能仪表和上位机连接方案选择.......................................................28 5.2.2智能仪表和上位机连接框图...............................................................30 5.2.3数据通讯协议.......................................................................................30
第六章
热定型机监控系统 ..................................................................32
6.1 SCADA系统 ..................................................................................................32
6.2监控系统设计.................................................................................................35
第七章
拉伸同步控制系统 ..................................................................38
7.1拉伸控制策略.................................................................................................38
7.2拉伸同步控制系统.........................................................................................39
7.2.1拉伸同步控制系统组成.......................................................................39 7.2.2拉伸同步控制系统编程及说明...........................................................40
第八章
实验及结果分析 ......................................................................42
8.1引
言.............................................................................................................42
8.1.1本实验应用的行业...............................................................................42 8.1.2使用的产品...........................................................................................42 8.1.3实验的主要工艺点及要解决的主要问题...........................................42 8.1.4实验方案简介.......................................................................................42 8.2实验方案详细介绍.........................................................................................45
8.2.1系统组成...............................................................................................45 8.2.2数学模型...............................................................................................46 8.2.3卷绕张力控制系统分析与设计...........................................................48 8.2.4同步控制系统分析与设计...................................................................49 8.3实验步骤.........................................................................................................49
8.3.1模拟量输入单元参数设定...................................................................49 8.3.3模拟电流输出单元参数设定...............................................................52 8.3.4 DM区和IR区 .....................................................................................52 8.3.5实验系统调试.......................................................................................54 8.4实验记录.........................................................................................................54 8.5实验结果分析.................................................................................................55
参考文献 ...................................................................................................56 附
录 ..................................................................错误！未定义书签。 致
谢 ..................................................................错误！未定义书签。
第一章
绪论
1.1课题分析
造纸网是造纸行业的一种重要的消耗材料，是用于纸或纸板成形和脱水的织物。随着造纸行业的不断发展，对造纸网的质量和成本提出了越来越高的要求。原有的磷青铜丝造纸网(简称铜网)，由于其成本高，耐磨强度低，渐渐的淡出了造纸行业，取而代之的是合成纤维织成的插接网，现在国内造纸行业使用的造纸网主要是聚酯网。由于合成纤维耐磨强度高，用于代替金属网，不但寿命可以延长2—5倍，经济效益增长，而且还可以织出多层和更多花纹。所以聚酯网和聚酯干网已成为当前造纸行业首选的脱水成型材料，并且以其较低成本和优良的性能已经稳稳的占据了市场。此外，聚酯纤维也可以织造产业用布，如造纸毛毯，制作复合材料等。
在聚酯纤维加工时，已先经过一个牵伸热定型处理。在织造成织物后，由于织物本身的物理特性(易变形，对温度敏感)，在使用前还需要有一个热定型的过程。此外，在纺织和织造以及练漂、染色、印花等加工过程中，纤维和织物经常要受到各种外力的作用，特别是织物的经向在湿热状态下受到反复的拉伸和经过多次中间干燥的环节，迫使织物经向伸长而纬向收缩，尺寸形态不够稳定，并呈现出幅宽不均、布边不齐、纬斜以及烘筒烘干后产生的“极光”和手感粗糙等缺点。为了尽可能地纠正上述缺点，织物在完成练漂、染色、印花的基本加工工序后，所以一般都要进行热定型处理。
热定型机用于对宽幅产业用布和产业用网(以下简称织物)进行定型加工，在适宜的温度、张力下对织物进行定型工艺处理，使之达到稳定状态。
1.2国内外现状分析
目前，我国的造纸网企业中使用的造纸网热定型机大多是由国外(主要是挪威和瑞典)引进或和国外的企业合作生产的，例如，1993年挪威的PRO公司与国内的厂家合作生产了热空气对流式热定型机，幅宽8.5米和12米各一台。但是，这些造纸网热定型机的造价十分昂贵，只为国内的少部分企业拥有。近年来，国内造纸行业对于聚酯网需求的急剧增加，随着造纸网行业对于热定型技术认识的逐步成熟，一些有实力的造纸网企业联合国内的科研院所，研制出具有自主知识产权的造纸网热定型机。其中，西安航空发动机公司冶金处研制的造纸网热定型机，已经在国内的很多企业成功应用。
但是随着国内造纸行业的发展，对于造纸网的生产提出了更高的要求，国内研制的第一批热定型设备已经不能满足日益变化的市场需求，在技术上也已经远远落后于国外的热定型设备。主要原因是：在研制的初期，国内对于造纸网的使
用还处于初级阶段，对于热定型机的工艺原理和控制技术认识不太深刻，研制出的热定型机总体技术水平不高，而且应用的自动控制系统难于扩展，不能很好的适应新的生产工艺的要求。维护费用高，维修工期长。现在从国外进口一台热定型设备价格在600万左右，价格十分昂贵。
1.3课题意义
国内使用热定型设备的很多企业都在探讨如何节约成本，提高质量，研制可靠实用的热定型机。所以，鉴于该项目具有广泛的通用性，可以较为迅速的推广到各个造纸网生产企业，因而具有较高的经济效益和社会效益。而且，由于该课题参考了国外先进的热定型机生产技术，应用了较为先进的计算机控制技术，因此，在国内的造纸网行业具有一定的领先性。
同时伴随着计算机技术的不断发展，自动化程度的不断提高，可编程控制器（PLC）在过程控制中的应用也越来越广泛。PLC具有以下特点：第一，可靠性高、抗干扰能力强、平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子性能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。因此PLC以其可靠性高、编程简单、在线编程、易于修改、性价比高等显著特点广泛应用于现代控制中，成为控制器的理想选择之一，而以PLC与通信网络相结合所构成的分布式控制系统已经成为现代工业过程控制的有效解决方案之一。因此本课题采用日本ORMON公司的C200HG PLC作为控制器对热定型机进行控制。
第二章
热定型原理及总体设计
2.1热定型工艺原理和设备 2.1.1化学纤维的热定型理论
为了深入的研究造纸网热定型的机理，有必要先认识所使用的纤维的结构和性能，在此基础上才能认识到织物定型后结构的变化。当前我国的造纸网一般都以聚酯纤维作为原料，为使其形态得以固定，只能利用其热塑性能，把由它们织成的织物在一定的张力作用下进行热处理，使其尺寸和形态得以稳定。这种加工工艺称作热定型。
用于制作造纸网的聚酯纤维虽然在化纤厂已进行过纤维的延伸热定型加工，但分子链的取向还不是很稳定，只要预热或受到外力的作用，纤维内分子振动便加剧，外界作用力的能量大于它的初始状态时，分子便会活化弯曲，使纤维回缩引起织物外形和尺寸的变化。尤其在造纸网的制造过程中，纤维要经过梳理、纺线、织造等多道工序加工，纤维在受到各种外力作用时不断地被拉伸、扭转、弯曲、压缩等。它们所受到的外力大小不匀，引起纤维内部各个结构单元的位移。
位移的大小受到分子间作用力的制约，当大分子的刚性越强或分子间作用力越大时，由原始状态进入新的状态所需跨越的能峰越高；而在新状态下建立新的分子间的结合，则又会降低新的位谷高峰，使体系难于逆转而稳定在新的状态。这就更加剧了纤维内部应力变化不匀的倾向。为了避免因应力不匀而造成织物的变形，造纸网都要在前部工序加工结束后，进行热定型处理，目的是使其内部应力调整到平衡状态，织物所处的新能级低于原来的能级，则织物在新的状态下更为稳定。只有织物具有了足够的稳定程度才能送交用户使用。织物稳定态曲线见图2-1。
图2-1 织物稳定态曲线
各种热塑性纤维都有各自不同的最高熨烫温度、可塑性开始温度、软化点温度、热定型最适温度、热强度等于零的温度和熔融温度。对其制品作热定型处理，只能在可塑性开始温度到热定型最适温度区间进行。如果温度低于可塑性开始温度则达不到定型的目的；若温度超过热强度等于零时的温度，则该织物的强度反而会降低，亦达不到热定形的效果。具体温度值见图2-2。因此热定形的温度必须严格掌握在规定的范围内，越接近热定型最适温度，其定型效果越佳。在热定型的过程中还必须保证温度的持续稳定，不能出现较大的波动，不然就会造成成品定型效果上的差异。
图2-2 热定型温度示意图
从分子的晶体理论角度看，纤维在受热过程中，纤维分子的热振动加剧，链段活化。开始时有些小的晶体会出现熔融，随着温度的提高，则互相连接形成较大的结晶，随着温度继续升高，完整性差的结晶继续熔融再结晶，使结晶更大。在此过程中，晶体完整地向较大的方向集中，同时随着张力的提高，分子链的取向度增加。离开受热区域后温度迅速下降，使分子链得以稳固，即受热的织物在热区形成的尺寸得以稳定，完整性得到提高。在变化过程中，织物的密度也会发生变化，温度越高结构越紧密，织物的密度增值也就越大。热定型时织物是松弛状态还是拉伸状态，其性能形状变化都会有所不同。织物经热定型后，硬挺度增加，抗变形能力也增加。定型温度越高，织物越板硬。织物表面出现明显的结晶颗粒，说明局部温度已达到熔融温度，手感也更粗糙。
合成纤维的热定型过程是大分子链解冻，进行扩散和重新调整，建立新得更为致密和稳定结构的过程，使织物结构更为密实和稳定，纤维的初始模量增加，纤维的刚性增加。在热定型时施加张力越大或伸长率越大，所产生的最大弹性恢复的最适温度越高，热回缩率降低。多次热定型处理的叠加效应，能形成较为稳定的结果。
2.1.2热定型过程
根据化学纤维的热定型理论，我们可以总结出，热定型的作用主要有两个：
第一，平整前道工序加工中产生的积聚在纤维内部的应力，改善和提高其物理机械性能，提高布面平整度；第二，提高织物的尺寸稳定性和抗温度的热收缩性，并达到成品的尺寸要求。
热定型实际上是在一定的温度和张力下的紧张定型，这样可以使所有的纱线都在相同的紧张状态，达到聚酯网的定型尺寸。在定型的过程中施加了一定的拉伸，这就不可避免的在消除前段工序产生的应力和高弹变形的同时，出现了新的高弹变形。所以，在紧张定型后，必须经过一段松弛定型，以使这种变形稳定下来，否则织物的尺寸稳定性就差。
织物的热定型工艺流程可以用图2-3表示：
图2-3 热定型工艺流程图
2.1.3影响热定型效果的因素
经过调研分析，可以总结出以下因素对造纸网的热定型效果有重要影响。 1.温度
热定型温度必须选择在高于最高熨烫温度，而低于熔融温度的范围内。温度高，所需的热定型时间短，但温度过高，晶体的折叠链作用反而减少，伴随拉伸的张力作用，织物将被过度拉伸，纤维强度严重下降。合适的定型温度对提高纤维的结晶度及结晶完整性，改善和提高尺寸稳定性至关重要。聚酯纤维的最佳热定型温度为170 oC -200 oC左右，不同定型阶段温度也应不同。在热定型机上，最高温度要比织物将来使用时温度略高。如果聚酯网用作造纸网，则还与纸网在机运行速度有关。不同材料的聚酯网其热定型温度略有差异。
2.时间
高聚物结晶过程和松弛过程都需要一定的时间，时间越长，结晶和松弛越充分。不同的纤维，由其分子结构所决定的松弛时间的长短是不一样的。对同一种纤维，松弛时间视温度而定，温度越高，结晶和松弛时间越短，反之亦然。如果热定型时温度较高，则可采用较快的速度以免局部温度过高。
3.含湿率
某些高聚物纤维在干态和湿态条件下的定型效果有显著不同。在有水分子参与的热定型中，水分子能产生很大的增塑效应，即由于小分子的存在，纤维大分子的运动变得更容易。在相同的温度下，如果纤维含有一定的水分，将加速热定
型的进行，或者说含湿状态有利于改善热定型效果，现在纤维在生产时表面已浸有油脂，可以起到一定的改善作用。
4.拉伸率
在热定型中，对织物进行一定的拉伸，除了达到需要的尺寸外，还可以改善纤维网的分布结构，增加纤维沿纵向的分布。这对提高网的拉伸强度和尺寸稳定性极为有利。拉伸率过大将产生新的高弹变形，影响最终产品的尺寸稳定性。此外，张力的存在对分子链再折叠过程产生阻碍作用，影响其结晶度的提高，张力越大，相应的定型温度也该提高。
5.张力
拉伸张力也是一个很重要的因素，张力过大，使得织物被过度牵伸，织物强度下降，张力过小，不能消除内部应力，织物尺寸也达不到要求。同时，在热定型中，如果拉伸速度稳定，则张力上升变化的也比较平稳。这就要求纵向拉伸部分要速度稳定，横向拉幅要控制好张力。
2.1.4热定型设备
当前国内厂家使用的热定型机大都是热空气对流式热定型机。热空气对流是指将空气加热后，用强力风机把热空气吹向网表面，在网背面的相对位置是风机的进风口，强力抽吸造成一定的负压，迫使热空气从网中穿过，回收后再加热循环使用。只要控制好热空气的温度，监测抽吸的空气温度，对加热的温度进行调节，加工的织物就可达到最佳的定型温度。
另外一类加热的方式采用导热油辊，用内部有导热油的辊给网接触式加热，这在普通布织物中是普遍使用的一种加热方式。但是对于12米宽的辊制造比较困难。而且，辊的设计直径为0.9米，这样所需加热油也较多，加热油的热惯性将是个大问题，开始定型时候加热时间长，加热过程中温度变化比较缓慢，不能适应要求。因此，设计方案中没有采用热辊加热方案。
本课题中的定型机由主框架、悬臂梁、可移动前支架、主动辊、主动辊传动装置、拉伸辊、拉伸辊传动装置、拉伸架、拉伸架传动装置、拉幅架、拉幅架传动装置、上热风箱、下热风箱、热风箱传动装置、热风炉及计算机控制系统组成。
2.2控制系统设计
2.2.1控制系统组成以及工艺要求
热定型机示意图如图2-4所示。
图2-4 热定型机示意图
该机由主框架、悬臂梁、可移动前支架、主动辊、主动辊传动装置、拉伸辊、拉伸辊传动装置、拉伸架、拉伸架传动装置、拉幅架、拉幅架传动装置、上热风箱、下热风箱、热风箱传动装置、热风炉和计算机控制系统组成。该机主要部分的功能和技术指标如下：
1.主动辊部分
主动辊部分由主动辊、减速箱、直流电动机、调速器和控制系统组成。主动辊传动环状织物。直流电动机功率为13KW，要求可逆运行，要求主动辊的圆周速度在1米/分—20米/分的范围内连续可调，采用英国欧陆公司生产的590型调速器实现平滑调速。
2.拉伸部分
拉伸部分由拉伸辊、前后拉伸架、前后螺母、前后双螺旋锭轴（丝杠）、前后减速器、前后拉伸直流电动机前后拉伸调速器、前后张力传感器和控制系统组成。前后拉伸电动机的功率均为13KW，均采用英国欧陆公司590型调速器实现平滑调速。要求拉伸速度在1厘米/分—25厘米/分范围内连续可调，拉伸辊在拉伸架的范围内可移动6米。
在热定型过程中，要求保证拉伸辊与主动辊平行，即要求前后拉伸机同步运行。在拉伸过程中还要求织物的纵向张力符合工艺要求。
3.拉幅部分
拉幅部分由底板架、导向轨、前后拉幅架、拉幅架传动装置、带针板的链条、链条传动装置、前后转臂、转臂传动装置、拉幅张力传感器和控制系统组成。
前后拉幅架分别由4KW直流电动机经减速器传动，要求可逆运行，移动速度在50厘米/分—350厘米/分范围内连续可调，分别采用英国欧陆公司590型调速器实现平滑调速。
在热定型过程中，根据工艺规定的横向张力自动调节前后拉幅架的位置，以
保证织物的定型质量。
4.加热部分
加热部分由750KW电加热器室(亦称热风炉)、送风机、管道、上热风箱、下热风箱、周波控制器以及智能调节器等组成。对加热系统的要求是升温快、超调小及幅向温度均匀，以保证织物的热定型质量。
2.2.2计算机控制系统
织物的热定型过程，既有运动控制又有过程控制，属于混合型生产类型。主要的控制任务包括：主动辊速度控制；前后拉幅架位置控制、速度控制和同步控制；前后拉伸机位置控制、速度控制和同步控制；前后转臂位置和速度控制；织物纵向张力控制；织物横向张力控制；前后链条速度控制；上热风箱位置和速度控制；前后拉伸架位置控制、速度控制和同步控制；热风温度控制。
根据热定型工艺的特点，采用IPC＋PLC＋IR的控制模式，工业控制计算机(IPC)为上位机，用于工艺流程画面显示、数据分析、工艺过程管理、工艺参数下装、存盘以及打印报表等。采用C168P多串口卡(COM3～COM9)，实现上位机与5台590型调速器、2块AL808型智能调节器(IR)的通讯联络。通过上位机的COM2口实现与OMRON公司C200HG型PLC的通讯联络。计算机控制系统框图如图2-5所示。
图2-5 热定型机计算机控制系统框图
本系统中，数字量输入（D/I）128点，数字量输出（D/O）112点；模拟量输入（A/I）8点，模拟量输出（A/O）5点，DA1～DA5；脉冲量输入5点，PG1～PG5。
1.工业控制计算机(IPC)
采用研华IPC－610H型工控机，除了基本配置外，增加了C168P多串口卡、PC7484多功能数据采集卡以及热电偶信号调理板。PC7484卡具有16路单端模拟量输入、4路模拟量输出、3路高速脉冲输入、16路开关量输入和16路开关量输出。使用PC7484卡中的12路A/D监视不同点的温度。使用Synall数据采集和监控软件，其运行系统具有生产和管理设备的数据采集功能、多点同时报警处理功能、设备监控参数的显示（改变、登录和趋势分析）功能、事故追忆功能以及安全管理功能。
2.可编程控制器
采用日本OMRON公司的C200HG－CPU43－E(CPU单元)、PA204(电源单元)、AD003(模拟量输入单元)、DA003(模拟量输出单元)、2个CTO21(高速计数单元)、2个ID217(晶体管输入单元)、OD219(晶体管输出单元)、3个OC225(继电器输出单元)、底板、编程器以及CX-P软件等构成PLC系统。通过上位机的COM2端口实现上位机与PLC的信息交换。
PLC用于热定型机的各种开关量控制、织物纵向和横向张力控制、拉幅架速度控制、拉伸机同步控制以及主动辊速度控制。
3.数字PID调节器（智能调节器）
AL808型数字调节器（智能调节器）用于热定型机的热风温度控制。通过上位机的COM
8、COM9端口，实现两者的信息交换。
第三章
拉幅张力控制系统
3.1拉幅工艺要求
对织物的拉幅处理中，重要的是对织物的横向拉幅的处理，这不仅能让织物达到需要的尺寸外，还可以改善纤维网的分布结构，增加纤维沿纵向的分布。这对提高织物的拉伸强度和尺寸稳定性也极为有利。织物在热定型的过程中，由于拉伸作用和加热后分子聚合作用，织物在横向上整体表现为热收缩。热定型过程中各个阶段的加热温度不同，热收缩程度也不一样，但须保证横向张力在各个阶段一致。因此有必要在横向加上拉幅器，用细密的针板挂住织物边缘，在织物过度收缩张力减小时候，拉幅器向外运动，增大横向张力，在张力过大时候，拉幅器向中心移动，相应的握持张力减小。目的在于使热定型效果最佳，使用时不会产生较大的收缩变形。在织物纵向拉伸的同时，横向上张力波动比较频繁，波动范围不大。拉伸率过大将产生新的高弹变形，影响最终产品的尺寸稳定性。因此，在拉幅控制过程中，最关键的部分就是对链条幅宽的调整，链条幅宽调整不好，就会造成拉幅后的织物的幅宽不均匀或不能达到预定的幅宽要求。
从以上对工艺的简要介绍知道，拉幅器在织物热定型过程中起到很大的作用。横向张力应保持在0.4kg/cm—1 Kg/cm左右。针板有效长度为3米，其后接有张力传感器，用来测量横向张力。
热定型中的张力波动主要是由于纵向拉伸和分子在热作用下的聚合作用所导致，不同于一般带材生产或纺织品热定型过程中的张力波动，采用普通的张力控制在此效果不明显。
拉幅装置由布侠(针铁)、链条、导轨、双向丝杠、左旋螺母、右旋螺母、减速箱、变频电动机、编码器及相应的机构组成，拉幅装置示意图如图3-1所示。
图3-1 拉幅装置示意图
当拉幅机用作高温热定形处理时，在热风烘燥机中，每个热风箱的链条机构即可独立调整又能同步调整，图3-1所示的仅是拉幅机用作拉幅处理时的一种形态。根据图3-1所示的拉幅装置示意图，当电动机顺时针方向转动时，双向丝杠带动左旋螺母和右旋螺母向里移动，左、右侧链条随之向里移动，幅宽减小;若电动机逆时针方向转动，则幅宽增大，可见拉幅控制系统是位置控制系统。
3.2张力控制硬件组成
本系统采用变频器和交流电机，采用矢量变频的恒张力控制方案。拉幅和拉伸有一些不同，表现在拉伸电机拉伸时候从来不反转，而拉幅架有正反向运动以适应张力需要。减速器后有两套传动丝杠，两套离合器决定拉幅架向里还是向外运动。
A/D转换使用PLC模块型号为C200H-ADOOI，D/A模块为C200H-DA001。张力检测信号由A/D模块输入，控制信号由D/A模块输出给变频器。调速器采用英国欧陆公司(EUROTHERM)590型驱动器。机械部分包括减速器、离合器、丝杠、拉幅架、限位开关、针板等。
图3-2是张力控制系统的框图。
图3-2 张力控制示意图
3.3 590型全数字驱动器
英国欧陆公司(EUROTHERM)590型驱动器是全数字直流调速器，可实现直流电动机单象限或四象限运行控制，性能优异，具有很高的性能价格比。
1.技术特点
（1）高速16位微处理器
全数字化控制，所有控制功能的实现均由参数设定完成。可实现复杂的计算和控制，如自整定（AUTOTUNE）、参数优化、积分分离、超前/滞后、弱磁控制、张力控制、多级同步算法和控制方法 。 （2）软件模块化
软件采用模块化结构，由多种应用软件，用户可根据具体需要进行组态，可
实现自整定、位置控制、弱磁控制、张力控制以及多级同步控制。
界面友好，参数、诊断等信息可通过LCD文字显示的目录式菜单方便地设定、存储、调用 。菜单分四级，一级菜单有7个分菜单；二级菜单有30个分菜单，有的一级分菜单含有14个二级分菜单；三级菜单有18个分菜单，有的二级分菜单含有7个三级分菜单；四级菜单有17分菜单，有的三级分菜单含有4个四级分菜单。
总共有500个参数。每个参数都有一个惟一标记号与之配用，用户在组态时，找出对应的标记号就可以进行各项设置。 （3）速度反馈方式
带有ＩＲ补偿的电枢电压反馈、测速反馈、编码器反馈。
（4）直线、S曲线斜率控制
（5）完善的故障自诊断及记忆功能
故障锁定并显示，RS-422/RS-485串口输出自诊断信息。数字液晶监控LCD。发光二极管状态显示。 （6）保护方式
线间器件网络；瞬态过电流；励磁故障；速度反馈故障；电机过热；晶闸管组过热（强制通风装置）；晶闸管触发电路故障；零速检测；停止逻辑；堵转保护。
（7）密码功能保护
（8）3个通讯接口
可与上位机、远距离数字操作站以及其它驱动器通讯。
（9）稳态精度
具有数字设定值的编码器反馈：0.01%；模拟测速反馈：0.1%；电压反馈：2%。
2.控制原理 (1) 电流电枢控制
电流环从速度环或直接从现场接受电流给定，给定信号与电流反馈的平均值之差形成电流环的误差信号ei，ei经PI（比例-积分）调节器运算后，产生电流环的输出，即触发信号。
在590系列中，误差信号分为两种，平均误差计算如上，并被送到PI调节器的积分部分；给定信号与瞬时反馈值之间的差值为瞬时误差，这一误差被送到PI调节器的比例部分，产生较高的瞬时效能，瞬时误差没有时间延迟；平均误差的时间延迟为主周期的1/6。
晶闸管的6个脉冲发生器的增益在电流断续时会急剧下降，为此，590系列采用自适应算法，电流调节器能够自动提高增益，以进行补偿。
(2) 速度控制
速度环从外部回路（如位置环）接受给定，或直接从设备接受给定，并形成误差信号es，es是给定信号与速度反馈信号之差，该信号经PI调节器运算后，输出作为电流环的给定信号。
(3) 磁场控制
磁场电流环的给定信号是由直接从面板或弱磁控制环中取得的信号与反馈信号之差形成。该给定信号经PI调节器运算后，输出励磁触发角信号，触发信号被转换成距电源过零点有一定延时的信号，并生产触发指令，在稳态时每1/2电源周期发给场桥一次。
电压控制为铭牌中未规定磁场额定电流的电动机提供了一种开路电压控制功能，其输出电压由输出/输入比控制，出厂时该比值定为90%，即输入电压415V时，所能获得的最大输出电压为370V，指定的比值直接决定触发移相角，但当电流变化或电阻磁场变化时，该控制没有调节功能。
磁场弱磁回路可接受最大电压请求作为给定，减去电枢反馈电压，形成误差信号，经PI调节器运算后，作为弱磁环的给定信号。
3.设定参数
在“MENU LEVEL”（菜单级）按[M]键便进入主菜单（一级菜单），操作[]、[]键找到“SETUP PARAMETERS”（设定参数）菜单，显示如下：
“MENU LEVEL”（菜单级）
“SETUP PARAMETERS”（设定参数） 再按[M]键便进入设定参数菜单，显示如下：
“SETUP PARAMETERS”
“RAMPS”（斜坡）
即进入二级菜单的第一个分菜单“RAMPS”（斜坡）。再按[M]键，显示如下：
“RAMPS”（斜坡）
“RAMP ACCEL TIME”（斜坡加速时间）
进入分菜单“RAMPS”（斜坡）的第一个参数。再按[M]键，显示如下：
“RAMP ACCEL TIME”
“X SECS”（X 秒）
也就是进入了分菜单参数的数值级或逻辑级。通过操作[]、[]键可改变数值。按[E]键可返回到分菜单选择其它变量。反复按[E]键，可一路返回到“MENU LEVEL”（菜单级）。590系列的四级菜单结构如图3-3所示。
图3-3 590系列菜单结构
3.4张力控制策略
为了使张力控制达到响应快、超调小且精度高的目的，采用多模态分段控制算法，综合了模糊(FUZZY)控制和比例积分(PI)控制的长处。在实际操作中，按偏差的大小来分段使用。在某段内只有一种控制被使用，这种多模态分段控制给设计和调试带来了方便，需要注意的是切换点需要通过实验来确定，从而达到最佳控制效果。
3.4.1模糊控制
当偏差O
模糊控制包括模糊量化处理、模糊控制规则、非模糊化过程。规则表示和模糊计算等工作可以事先进行，运算的数据以表格的形式存放在计算机中，使用时直接查表即可。
输人变量取误差E和误差变化量△E两个变量，输出为控制量U，描述误差E,误差变化量△E、U的词集为：
{ NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}
NB:负大 NM:负中 NS:负小 ZO:零 PS:正小 PM:正中 PB:正大
变量变化的实际范围称为变量的基本论域。基本论域内的量是精确量，因而模糊控制器的输人和输出都是精确量，但是模糊控制算法需要模糊量。所以，输人的精确量需要转换为模糊量，这个过程称为“模糊化”，模糊算法所得到的模糊控制量需要转换为精确的控制量，这个过程叫“非模糊化”过程。为了能够借助数学的方法来综合控制规则，采用了将基本论域分成若干个档次的方法。取变量的模糊子集论域表示为：
{-n, -n+1, „, 0, „, n-1, n} 增加论域中的元素个数可提高控制精度，但增加了计算量，而且模糊控制效果的改善并不显著。在词集选为上述七个的时候，选择的E和△E、U的论域均为：
{-6，-5，-4，-3，-2，-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6} 为了实现模糊化，要在上述离散化了的精确量与表示模糊语言的模糊量之间建立关系，即确定论域中的每个元素对各个模糊语言变量的隶属度。
依据人进行控制活动时的模糊概念一般呈正态型模糊型的特点，以如下表初始确定了E和△E, U的隶属度。在实验过程中对E, △E, U的各个词集的隶属度分别进行修正。实践证明，这样能够较快的找到合适的隶属度µ。
表3-1 模糊变量E、△E、U的隶属度
模糊控制逻辑为二输人单输出型，模糊推理规则在用PLC实现时，采用如下的形式:
“IF E=PB AND △E =NS THEN U=NM\" 现在将所有的模糊控制规则列表如下(其中表头横列表示△E，纵列表示E ):
表3-2 模糊控制规则集
模糊控制规则实际上是一组多重条件语句，可以表示为从误差论域到控制量论域的模糊关系矩阵R，通过误差E和△E的模糊向量与模糊关系R的合成进行模糊推理，得到控制量的模糊向量，然后采用反模糊化方法将模糊控制向量转化为精确量。
将模糊控制向量转化为实际的控制量简单易行的办法通常有两种，一种是用最大隶属度法，例如“得到的:U=0.1/2+0.4/3+0.7/4+1.0/5+0.7/6的时候，由于控制量隶属度等级5的隶属度最大，就取U =5。这种方法的优点是简单易行，但是完全排除了其他隶属度较小的控制量的影响和作用，没有充分利用取得的信息。
为了克服最大隶属度的缺点，我们采用了加权平均判别法，即：
nU(u)uii1ni
（3-1）
(u)ii1采用以上控制策略时，所有的模糊关系、推理都是离线进行的，然后得到了误差和误差变化量和增量输出的确定性关系。控制表存在PLC的DM区。
3.4.2比例积分控制PI 由于模糊控制本身没有积分环节，所以单纯用模糊控制很难消除稳态误差，误差在零点附近都被认为是零，这样在平衡点附近会有小的振荡。因此在平衡点附近切换到PI控制可以消除稳态误差。
采用的PI控制算法为：
UnUn1KP(EnEn1)KiEn
（3-2）
FUZZY—PI控制器与常规的PID控制器相比，它大大提高了系统适应外部干扰和内部参数变化的鲁棒性，减小了超调，改善了动态性能。与简单模糊控制器相比，减小了稳态误差，提高了平衡点的稳定度。
如上所述，FUZZY—PI复合控制器是采用按误差来决定采用控制器种类的方法。当误差在大范围变化时，采用FUZZY控制来提高系统的响应速度，当误差在小范围内时，则采用PI控制器来消除系统的稳态误差;两者切换量起一个开关作用。但是，在切换点上存在切换扰动.。众所周知，事物的平稳变化应该是循序渐进的，任何系统在控制上发生突变时将不可避免的存在扰动，这无疑加长了调节过程，使得控制质量变坏。
为了解决这个问题，经过试验采用了如下的平滑方式：
Un(1)uF
(3-3)
UF为切换前的FUZZY解模糊后的值，在切换过程中不变，为每一采样周期逐渐增加的量，0
在拉幅过程中，当偏差突然增大时候，也有可能发生由PI控制向FUZZY控制转换的逆过程。这个时候，同样也采用式(3-2)，此时从大到小变化，同样能起到平滑的作用。
第四章
热风循环控制系统
4.1热风循环系统工艺要求
拉幅机采用热空气对流式加热系统对织物进行热定型。其做法是：用热电阻将空气加热到一定温度，用强风力机把热空气吹向安装在织物上下表面的管道，管道上有开口程度不一的窄缝，在织物的背面相对位置强力吸风机抽吸空气，造成低压迫使热空气从织物中穿过，回收后再加热循环利用。要控制好织物表面的温度，应检测管道的热空气温度，再对温度进行调节。根据化学纤维的热定型原理，在定型的过程中使用多段不同的温度，每一段温度必须保持稳定，不能出现较大的波动，否则会造成定型效果上的差异。在热定型过程中每一段温度的温差极限须保持在给定温度的2 oC，否则定型后的成形织物质量难以保证。多段温度的温度范围在170—200 oC之间。由于温度变化的时候织物不能停下来，所以有一个温度过渡过程，工艺上要求这段时间越短越好。
4.2温度控制系统的硬件组成
根据热定型的工艺要求，设计一套温度监控系统，主要由AL808智能仪表、热风炉、上下风箱和两个可控硅调功柜组成，热风炉配有供风扇和排风扇，空气的流量可以通过两个阀门加以调节，炉中配有电空气加热器，可将温度加热到230 oC。由智能仪表控制两个可控硅调功柜，并对其进行调节，使热风温度保持恒定，最大加热功率可达780KW。系统的控制框图见下图：
图4-1 温度控制系统结构框图
系统各部分介绍如下： 1.AL808智能仪表
AL808智能仪表采用16位A/D转换器，自动温漂、零漂修正技术，保证仪表具有0.2%的测量精度。
采用了先进的专家智能PID自整定技术，保证仪表不超调，不欠调，控温精度可达1 oC或0.1 oC。
J, K, E, R, S, B, T热电偶，PT100，Cu50热电阻，远传压力电阻信号，线性
电压(电流)自由输人，并可扩充任意规格输人信号。
输出采用模块结构，可选择继电器、逻辑电平(驱动固态继电器)、可控硅过零触发、可控硅相移触发等多种输出模块。强大的软件组态功能，用户可通过按键操作对仪表功能进行组态编程。
支持RS-232, RS-422, RS-485通讯协议，配合工控组态软件与计算机构成低成本高性能的集散控制系统。
2.温度加热执行机构
温度加热执行机构由可控硅调功柜和电空气加热器组成。 3.温度检测变送
温度检测元件采用杭州热电偶厂的WRNT-202型热电偶。
4.3 AL808智能仪表PID自整定过程
AL808智能仪表采用特有的专家智能PID自整定算法，可以非常容易的完成系统PID参数的整定。在仪表投人运行之前，应设置最佳PID调节参数(加热比例带、积分时间、微分时间)，只有设置了系统的最佳PID调节参数，才能实现理想的控制精度。
从理论上说，系统在不同设定值上的最佳PID参数值不完全相同，因此在启动PID自整定前，应将设定值设置为用户需要精确控制的设定值。
当仪表处于自动控制方式，将PID自整定参数设置为ON，则将启动PID自整定。在PID自整定过程中，将PID自整定参数设置文OFF，将终止PID自整定过程。系统在PID自整定过程中，执行位式调节，测量值将出现振荡，经过1.5个振荡周期后，完成PID自整定。根据振荡的周期及振幅，仪表将计算出最佳的PID调节参数，并将其存储在仪表的EPROM中。
如果在PID自整定过程中，系统不能出现振荡响应，那么PID自整定将不能成功，根据各个系统的响应周期不同，PID自整定需要的时间可从数秒至数小时不等，PID自整定需要的时间与用户系统有关，与仪表无关。
4.4专家智能自整定PID控制器 4.4.1智能PID调节器的发展
智能控制是当前控制技术发展的新动向，是控制系统向智能化方向发展的产物。智能调节器应具有自整定、自综合和监控三种运行状态。自整定是指：调节器根据对象特性变化自动整定PID参数，使控制系统具有稳定性和鲁棒性；监控状态是用来确保控制系统安全可靠运行；自综合用来保证控制系统的性能鲁棒性。
PID调节器由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，在工业生产过程中仍然是应用最广泛的一类控制器。尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控
制系统。但对于那些具有高度非线性，时变不确定性和大纯滞后对象，难以建立精确的数学模型，应用常规的PID调节器难以实现有效地控制。
近10多年来，智能控制与常规PID控制相结合，形成所谓的智能PID控制，这种新型的控制器已经得到广泛的应用。它具有不依赖系统模精确数学模型的特点，对系统的参数变化具有较高的鲁棒性。智能PID控制器包括基于规则的智能PID自学习控制器，加辨识信号的智能自整定PID控制器，专家式智能自整定PID控制器，模糊PID控制器，基于神经网络的PID控制器，自适应PID预测智能控制器等等。
4.4.2专家系统智能自整定PID控制器
专家系统智能自整定PID控制器的原理框图如图4-2所示。专家系统应包括专家知识库、数据库和逻辑推理机制三部分。专家系统可视作为广义调节器，专家知识库中已经把专家的经验和知识，构成PID参数选择手册，这部手册记载了各种情况下被控对象特性所对应的P, I, D参数，数据库根据被控对象的输人与输出信号及给定信号提供给知识库和推理机。推理机能进行启发式推理，决定控制策略。优秀的专家系统可对已有知识和规则进行学习和修正，这样对被控过程对象的知识了解可大大降低，仅根据输人、输出信息就能实现智能自整定控制。
图4-2 专家系统智能自整定PID控制器原理框图
专家系统整定PID控制器参数的原理框图可用图4-3表示。 其算法包括三部分：
(1)利用单片机测试对象的阶跃响应，根据Cohn-Coon公式计算出受控对象特征参数K, Tp,。从阶跃响应提取对象特征参数的Cohn-Coon公式如下：
KyR(y2y1)(R2R1) TP1.5(t0.632t0.28)1.5(tt0.280.6323)式中，
△R为系统阶跃输入；
△y为系统输出响应；
t0.28为对象飞升曲线中对应0.28△y时的时间； t0.632为对象飞升曲线中对应0.632△y时的时间。
图4-3 专家系统整定PID参数的原理框图
(2)将在线测量的特征参数送入专家系统，在知识库内进行搜索查询，作出推理决策，重新整定PID参数。在自综合状态下，仅需几条控制规则就能保证系统的性能鲁棒性。
(3)监督级的主要作用是保证微机测试对象特性和专家系统整定PID参数的正常进行，并用来确保控制系统的安全可靠运行。
4.4.3专家系统智能自整定PID控制器在热风炉加热系统中的应用
为了研究的方便，通常将热风炉加热系统近似为一阶惯性环节加纯滞后来表 示，其传递函数为：
Kes
G(s)
(4-1) TPs1连续PID调节算法为：
u(t)KP[e(t)1de(t)e(t)dtT]
(4-2) DTIdt对方程(4-2)采用梯形数值积分代替矩形数值积分，则PID调节器离散增量型算法为：
u(n)KP{[e(n)e(n1)]TT[e(n)e(n1)]D[e(n)2e(n1)e(n2)]}2TIT21
KP[(1TTT2TTDDe)n()(1Den)(1)en( 2TIT2TITT22)]
p0e(n)p(n1)1e其中：
)
(4-3) pe(n 2TTDpK(1)P02TITT2TDpK(1)
(4-4) 1P2TITTDpK2pT其中，KP ,TI ,TD分别为比例系数、积分时间和微分时间。方程组(4-4)有唯一解。
pp13p2KP02T(p0p13p2)T
(4-5) I2(p0p1p2)2Tp2TDp0p13p2在数字控制系统中，采样周期T大小的选择是PID调节器参数整定必须考虑的一个重要问题。对纯滞后控制对象，一般选择T=(0.1—0.4)。
我们根据PID控制知识和控制率=/Tp大小的直觉经验，总结出以下专家系统整定PID参数规则。
规则一:调整Kp。按从小到大，逐渐减小Kp，既提高系统的动态响应速度，又不至于影响系统的稳态精度。
规则二:调整TI。按从小到大，由于大的对象不好控制，TI逐渐增大一些，使得积分增益凡KpTI /(2TI)减弱一些，这样既保证稳态精度，又避免积分饱和和积分作用太强使动态性能变差。
规则三:调整TD。按从小到大，TD应逐渐增大，在不影响系统抗干扰能力前提下，增大微分控制作用可改善系统动态特性。
为了便于计算机进行数据处理，我们将上面的专家系统整定规则转换成可查询的表格，详见表4-1。其中表中各项和PID调节器各个参数的关系如下：
TP
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Kp01[1.350.27] KTIK2TP TDK3
因此，只要测出被控对象的特征参数K, Tp,即可整定出PID调节器参数。表4-1设定参数对不同受控对象的特征参数经计算机仿真，确认为最佳设定值。
表4-1 PID参数整定表
综上所述，专家系统PID。调节器参数自整定算法流程图如图4-4：
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图4-4 专家系统智能PID自整定流程图
该控制算法在热风炉加热系统中得到成功的应用，被控对象电阻加热炉额定量为8KW，由200V单相交流电源供电，选用KS200A/800V双向晶闸管过零触发控制。图4-5是本系统的响应曲线图：
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4-5 加热炉系统响应曲线图
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图
第五章
通讯协议和通讯链路设计
5.1通讯协议选择
在分布式控制系统中，上位机和下位机的连接是必须解决好的问题，一般地，上下位机的连接可以采用并行方式、串行方式和通讯控制器方式，并行连接方式传输速度快，每次传输8位数据，但当进行远距离传输时，布线成本会大大提高，传输的可靠性也会下降，因此采用并行连接方式在分布式计算机控制系统中很少采用，而大多采用串行连接方式或通讯控制器方式。目前广泛采用的串行通讯协 议有RS-232, RS-422和RS-485等，下面将介绍几种串行通讯方式的特点。
5.1.1 RS-232C总线
RS-232C是一种串行通信总线标准，是数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)助之间的接口标准，由美国电子工业协会EIA公布，RS即推荐标准(RECOMMANDED STANDARD)。 RS-232C标准包括机械指标和电气指标，机械指标规定：RS-232C接口通向外部的连接器是一种“D”型保护壳插头，有25针的(DB-25)和9针的(DB-9)，其引脚信号具体定义如下：
DB-9引脚信号：
引脚
功能
数据载波检测Data Carrier Detect (IN)
数据接收Received Data (IN)
数据发送Transmitted Data (OUT)
数据终端就绪Data Terminal Ready(OUT)
信号地Signal Ground
数据设备就绪Data Set Ready (IN)
请求发送Request to Send (OUT)
清除发送Clear to Send (IN)
振铃指示Ring Indicator (IN)
DB-25引脚信号：
引脚
功能
数据发送Transmitted Data (OUT)
数据接收Received Data (IN)
请求发送Request to Send (OUT)
清除发送Clear to Send (IN)
数据设备就绪Data Set Ready (IN)
信号地Signal Ground
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数据载波检测Data Carrier Detect (IN)
数据终端就绪Data Terminal Ready (OUT)
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振铃指示Ring Indicator (IN)
其余空(不常用) RS-232C串行通讯协议有1个起始位，5-8位数据位，1个奇偶校验位，1个或1.5个或2个停止位，RS-232C串口的传送距离为15米，在波特率较低时，距离可以远一些。
一般地，两个标准的RS-232C串口互联时，只需三根线，即:数据发送、数据接收和信号地，当有特殊要求时，需连多根线，如图5-1所示：
图5-1 DB-9串口的简单连接
RS-232C由于发送器和接收器之间具有公共信号地，不可能使用双端信号，因此公共噪声会祸合到系统中，这是迫使RS-232C使用高传输电压的主要原因。总之，RS-232C总线缺点很明显，它适合于传输距离较短、对于数据传输率要求不高的场合。在本系统中，上位机和PLC以及590直流驱动器之间的通讯就采 用RS-232C总线，主要考虑到设备和上位机之间的距离较短(不超过10米)，而且上位机主要不用于实时的监控，对于数据传输率没有很高的要求。
5.1.2 RS-422/485总线
RS-422/485总线克服了RS-232总线的缺点，它采用双线差动传输，在多点平衡总线上，最大传输率为IOMBPS。采用差动传输，便于隔离，它有较宽的共模电压范围，因此具有很强的抗干扰能力，适合远距离传输，在波特率为100KBPS，传输距离为1.2KM。由于具有以上优点，RS-422/485串口协议已经在工业控制计算机、可编程控制器和智能仪表上被广泛地采用。研华IPC-610工控机母板上的COM2串口可以通过跳线设置通讯方式为RS-232, RS-422.RS485三者之一。我们所采用的AL808智能仪表通讯协议为RS-485串行通讯协议，而且考虑到上位机和仪表之间的距离较远，所以上位机和智能仪表之间通讯采用RS-485协议。
RS-232, RS-422, RS-485通讯协议各项指标比较如下表：
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表5-1 RS-232，RS-422，RS-485串行接口标准比较
5.1.3 MOXA多串口卡
由于工控机系统串行通讯端口数目较少，我们在这个项目中选用了MOXA公司的CP168多串口卡，提供多达8个串行连接端口。该卡可以非常方便的安装和配置，在此不做过多的介绍。
5.2上位机和下位机通讯实现
在上位机和下位机的通讯实现中，上位机和OMRON PLC之间采用HOST-LINK通讯协议，其物理连接是通过RS-232端口完成的。由于OMRON PLC使用较为广泛，故不在此详细介绍。
本文主要介绍智能仪表AL808和上位机的通讯。
5.2.1智能仪表和上位机连接方案选择
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AL808智能仪表和上位机通讯采用RS-485串行通讯协议，AL808智能仪表本身配有RS-485串行通讯端口。上位机一般带有RS-232串行通讯端口，没有RS-422/485通讯端口，要实现上位机以RS-422/485方式进行通讯，有两种方法：
第一种方法是对现有的RS-232C通讯端口进行转换，即通过1488,1489,75174,75175芯片进行RS-232到RS-422的电平转换，其结构图如图5-2：
图5-2 RS-232到RS-422/485电平转换图
这种转换原理简单，但是实施起来比较麻烦，要在机器外部做一些连线。同时这种转换方式需要本机占用一个RS-232串口，在系统串口资源比较紧张的情况下不宜采用。
第二种方法是直接使用串口扩展卡。使用串口扩展卡可以缓解机器串口资源紧张的状况，同时还可以提供更高的可靠性。下面介绍研华公司的PC-745双口RS-422/485通讯卡特点及使用：
1.PCL-745的特点：
提供两个独立的RS-422J485通讯端口 3000V直流电压隔离 2500V直流电压电涌保护 最大传输率921.6kbps I/O地址和中断可选 支持双线或四线连接 2.PCL-745使用简介：
使用板卡本身的SW1(多位拨码开关)和SW2(多位拨码开关)可以为两个通讯端口分别设置110地址，将两个串口设成本机的COM1-COM4，但要防止地址冲突。通过设置跳线JPI和JP2可以为两个通讯端口选择中断号，也要注意避免中断冲突。通过设置跳线JP6和JP9分别设定两个通讯端口采用的通讯协议，该板卡支持RS-422和RS-485两种通讯协议。
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PCL-745的安装十分简单，只需插在工控机空闲的ISA插槽上，然后为板载的两个通讯端口设置正确的I/O地址和中断号即可。PCI-745两个通讯端口采用DB9型插口，其引脚信号定义见表5-2：
表5-2 PCL-745通讯卡端口引脚信号
采用RS-422通讯协议时，需要四根连线(1, 2, 3, 4)，为全双工通讯方式。采用RS-485通讯协议时，需要两根连线(1, 2)，为半双工通讯方式。
5.2.2智能仪表和上位机连接框图
在本课题中，智能仪表和上位机的通讯协议为RS-485，其连接框图如图5-3：
图5-3 智能仪表与上位机连接框图
5.2.3数据通讯协议
智能仪表和上位机之间的数据传输方式为半双工方式，采用主从式的查询方式采集数据，上位机作为主机，发送查询请求，智能仪表作为从机响应主机的数
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据查询请求。它们之间采用简单的请求一发送协议进行协商。每一个智能仪表都有一个唯一的地址码，范围为00-99智能仪表的参数采用两位ASCII字符表示。协议帧格式如下：
(1)上位机读数据命令帧格式：
(2)下位机数据应答命令帧格式：
(3)上位机写数据命令帧格式：
(4)下位机写数据应答：
如果下位机写数据成功，则返回ACK，否则返回NAK。
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第六章
热定型机监控系统
6.1 SCADA系统
作为现代企业生产、物流、管理等企业自动化的计算机管理系统，SCADA(Supervisor Control And Data Acqusition)在生产过程和事务管理自动化中起到了重要的作用。一方面，它接受企业的生产调度安排，并操纵设备按既定计划运行;另一方面，它能收集现场运行数据，将现场各种设备的运行参数一记录下来，用作以后的工艺分析。同时，还能及时报警，对现场设备进行诊断，为维修提供依据，能够极大程度的缩短维修时间和费用，给企业增加效益。
SCADA系统通常包含三个较重要的方面的：一是分布式的数据采集系统，即数据采集部分；二是数据处理和显示系统，即上位机HMI(Human Machine Interface)系统，计算机屏幕上能直观的显示现场运行状况，能集中反映全车间乃至全厂的各个设备的工作状况，同时操作人员能够在上位机上实时操控；三是多机网络系统，这通常是任务比较繁重，数据量很多，报警频繁的大型生产过程，在这种情况下，可以用单独的主机来配置数据库服务器，报警服务器，Web服务器，双机冗余设备等。这样构成的网络系统能满足大型生产过程的需要，能够在办公室就能了解到现场状况，并保证意外故障下系统仍能正常运行。
下位机一般意义上通常指硬件层上的，即各种数据采集设备，如各种仪表、PLC及各种带通讯功能的控制设备，包括插在上位机箱中的数据采集卡等。这些采集设备与生产过程和事务管理的设备或仪表相结合，实时获得设备各种参数的状态，并将这些状态信号转换成数字信号，通过数字通信或者数字网络传递到HMI中。同时，这些智能系统可以执行上位机发送来的命令、参数，对物理设备进行设定、控制、诊断。上位机HMI系统接受这些信息后，以适当的形式如声音、图形、图像等方式显示给用户，以达到监视的目的。数据经过处理后，可以提示用户设备各种参数的状态(报警、正常或报警恢复)，存储的报警数据还可以用作事故分析、统计。HMI还可以接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机，以达到直接控制的目的。这些数据还可以保存在数据库中，也可以通过网络系统传输到企业的不同层次的平台上，供分析人员分析，可以与别的系统(MIS, GIS)结合形成功能更强大的系统，可以为企业决策分析，物流状况提供分析资料。可使系统维护的自动化程度提高，系统维护费用减少，维修时间缩短。
上位机与下位机相结合的SCADA系统，作为操作员平台和中央监控系统，己经广泛的应用在工业生产的多个领域，主要包括：楼宇自控、电力系统自动化、化工厂监控系统、生产管理、无人工作站系统和其他日常行业。
在应用了SCADA系统后，至少可以取得以下社会效益和经济效益： (1)减轻了操作人员的劳动强度，以前需要在现场操作的设备通过上位机就
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能远程操控，这对于电力行业和化工厂等设备数量多，范围广的尤有意义！同时，能极大的提高生产和管理的安全性和可靠程度；
(2)生产配方管理的自动化可大大提高产品的质量和生产的效率，在上位机就能进行生产配方的设置并下发到各生产设备；
(3)有效地减少生产人员面临恶劣工作环境的可能性，保证了生产过程中人员的安全；
(4)通过生产过程的集中监视和数据记录，能大幅度提高企业信息化程度，提高企业效率和竞争力；
(5)系统通过对生产趋势的保留和分析，可提高预测突发事件的能力，在紧急情况下依据故障设定快速做出反应，保护关键设备，减少生命和财产的损失，带来潜在的经济效益；
(6)在系统安装调试阶段，能给设计人员、施工人员、工艺人员提供直观的数据，帮助他们缩短调试时间，尽快的找到问题症结，让工艺人员分析找出最优化方案。
SCADA系统从用户的角度来讲，主要解决以下三个问题： (1)设备参数状态采集和控制信息的发送
这部分包含两个含义：一是怎样采集设备参数状态数据，这是由设备生产厂家或者行业标准制定来解决，带通讯功能的下位机在出厂时也可提供对应通讯协议格式或协议处理芯片；二是上位机通常通过标准串口或通讯功能卡，如西门子的Profibus通讯功能卡，它能够以12M/秒速率和Profibus网络实时通讯，还有一种办法就是在上位机插槽中加上I/O卡运行专用的上层采集模块，从下位机中实时地采集设备各种模拟量数据并作A/D转换，同时发送各种控制信息。采集和控制中最重要的问题就是实时性和准确性，实时性表现在采集周期的长短上，这也是衡量一个SCADA系统是否适合某个行业的重要指标之一。目前上位机系统可以达到平均毫秒级的采样周期。准确性包括通讯的正确性，采集的数据不受干扰，真实反映现场情况。
(2)事故分析和趋势分析
监控的一个重要目的是分析生产设备的运行情况和预测系统可能发生的事故，记录下操作员操作情况过程作为操作是否得当的依据。在发生事故时候，记录下各个仪表、控制器当时的运行参数以便能在事故后快速找到事故发生的原因，从这个角度上讲，事故数据采集和系统操作情况的记录就变得非常重要。因此评价一个SCADA系统功能强弱的一个重要指标就是对实时、历史数据记录的准确性。同时，上位机能够以图表的形式反映当前的运行趋势，给操作人员提供启示，帮助他们分析将来一段时间的运行状况。历史趋势分析能给操作人员分析系统提供帮助。
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(3)状态表达和报警处理
报警作为监控的一个重要环节，是所有上位机系统必须重视的问题。如果说各种图形、图像、动画、声音等用于表达设备运行状态的方式是必不可少的话，那么上位机系统若不能做出有效的报警，则所有的表现形式都是多余的。上位机必须做到该报警不漏报和不该报警的不错报，评价上位机系统可靠性和高效性的一个重要指标是看它是否能不遗漏的处理多点同时报警。同时，丰富的画面表现形式也是必要的，能利用各种图形元素变化反应生产的实际情况，给操作人员提示。
在工业监控中得到大量应用的SCADA系统现在也广泛的应用到楼宇监控、物流管理上，这廓宽了SCADA系统适用的领域，但是SCADA系统在这些新领域还得解决以下的问题：
(1)与管理信息系统(MIS)的结合
在现代企业中，生产过程管理和企业日常事务管理的结合是密不可分的，信息流的分层次流动适合于不同的管理需要。地域和管理部门的分散化在企业集团化管理的趋势下变得越来越明显，因此现代SCADA系统除了生产设备的分布式管理之外，上位机系统的分布式要求变得越来越重要。如果将SCADA系统应用到这种场合，其网络数据库功能将需要大大的增强。如何和MIS系统紧密结合将是一个值得研究的课题。
(2)与地理信息系统(GIS)的结合
SCADA系统应用所面临的众多领域中，对地理信息的要求越来越高。在一个SCADA系统中嵌人地理信息系统，对于电力等行业来说将带来不可估量的效益，从而其也成为评价SCADA系统的一个重要指标。如何整合信息，满足地理信息系统的需要是现在正在研究的问题。
基于Windows平台的SCADA上位机系统是目前发展的趋势。目前，国际和国内应用比较广泛的SCADA上位机系统有：WondWare的InTouch、西门子公司的WinCC、澳大利亚的CiTech、美国Interlution公司的Fix、意大利LogoSystem的LogView等，这些系统都较好的完成了传统SCADA上位机系统的功能。
这些系统应用时也有如下的缺点：
(1)偏向于控制，与企业MIS系统的结合性能差； (2)对楼宇自控这种新形式支持不够，GIS功能弱；
(3)缺乏高效能的控制任务调度算法的支持，而且没有开放式的接口能让客户自己编程来满足自己的需要；
(4)对国内一些仪表的支持不够，比如西门子公司的WinCC满足Profibus。通讯效果较好，但是对于其他厂家的仪表、通讯设备支持的不够，使用别的厂家 34
仪表往往通讯不稳定甚至不能进行。如果全部采用其支持的仪表，设备制造商、集成人员的熟悉了解程度不够，价格也是一个大问题；
(5)模块化功能不强。上位机系统在很多行业中都有运用，各个行业的具体特点也不一样，但现有的软件只作大致的划分，不能根据具体客户功能需要来组合，当客户选择一种上位机系统中不得不面对高昂的价格和很多自己不需要的功能。
同国外系统相比，大部分国产上位机系统开发过程中或多或少的受到国外系统开发的影响，上面谈到的问题依然存在。优点是具有较高的性能价格比，能够兼容国内大部分下位机厂商的设备，本地化能力强，能够较快的满足客户的需求。同时，国内上位机系统软件生产商调研、分析、软件编制的时间还不长，对于系统稳定性分析的还不够，实际应用中有时候会出现问题，这对于大型重要的监控任务是不能接受的！软件要满足企业级和行政部门级大型集中监控管理系统的要求，还需要相当长的时间。
SCADA系统作为一个应用软件系统，涉及到硬件设备，控制理论、计算机技术、网络技术的各个方面。从计算机软件方面讲:通讯技术、计算机网络技术、分布式数据库技术、编译技术、操作系统技术、可靠性保障技术、多媒体技术、图形用户界面技术等。从控制方面讲:控制理论，控制设备，硬件设备等。目前还需要在这些方面综合加强。
6.2监控系统设计
在热定型控制系统研制过程中，根据需要，设计如下两套监控方案： (1)用上位机通讯连接现场的PLC等。可以在上位机观察到现场运行的状况，并能通过鼠标和键盘对运行参数作调整，启停设备等。
(2)采用触摸屏终端和PLC通过网络通讯连接。触摸屏经组态后能够完成大部分上位机完成的工作，能够对PLC状态作改变。
计算机监控系统的组成结构：
硬件：采用研华的IPC-610工控机作为上位机；RS-422/485通讯卡选择的是研华的PCL745双口通讯卡，一路接到AL808仪表上，另外接到变频器。PLC用计算机本身带的COM1。采用宏拓公司的PC-7484板卡来完成A/D转换任务。
软件：选用了亚控公司的组态王(版本6.5)软件作为上位机监控系统的组态软件。
组态王由开发系统和运行系统两部分组成。使用开发系统可以完成变量的定义，和现场设备的逻辑相接，定义画面，规划报表结构等。运行系统则可以操作现场的I/O设备，画面切换等操作任务。
组态王具有以下优良的特点：
(1)以窗口操作为基本单位，管理画面元素简单明白，不需要很多编程组态
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经验也可快速人手，构造可靠的生产过程和事务监控系统。
(2)画面元素很多，软件本身附带很多图形元素，可以很多方式表现现场设备外形，工作状况等。提供了许多动画联接的方式，比如:输人、输出、位置、尺寸、移位、颜色、填充、闪烁、旋转等。让操作人员能直观明了的操作。开放式的图库管理系统可以让开发人员用别的工具生成图片，嵌人到图库中使用。
(3)独特的ActiveX控件使应用更有灵活性，比如报警窗口，对报警显示内容，格式，报警时颜色，以及运行时工具条都可以自己定义，这样非常方便使用。
(4)有趋势控件支持历史趋势曲线和实时趋势曲线的表达。简单的组态即可完成历史趋势曲线查询工作。趋势曲线可以帮助工程人员分析运行情况，找出问题症结所在。比如升温曲线非常有利于工程人员整定PID参数。
(5)软件采用32位多任务，多线程模型，提供了很好的保护机制，可以在Win98和NT操作系统下运行，使得运行速度快，稳定。
(6)通过DLL和制作DDE服务程序，驱动串口设备和插卡式智能数据采集设备，采集速度高达毫秒级，单机可接人256个独立设备，可从另外一台网络站点上通讯的方式交换数据，这样接人的设备更多。DDE程序容许用户用VB或者EXCEL等开发服务程序或客户程序。这样开发人员可以利用组态王采集的现场数据来做进一步的分析，也可以开发自己的驱动程序采集数据后让组态软件来读。
(7)透明的网络管理技术，无需专业的网络知识和经验，即可完成多机分布式集中监控系统的组态开发。
(8)具有非线性表，从现场来的数据在进行计算之前可以通过先查表线性转换，而且这种转换的时间很短，解决了传感器非线性的问题。
(9)可以对历史数据，操作事件，报警纪录分门别类的进行文件存储、打印，可以设置所需的格式，这样对事故追忆，工艺分析特别有效。
由上可看出，组态王系统能够满足绝大多数生产过程的需要。组态系统通常包括:数据词典定义、配方定义、非线性表定义、报警组定义、网络配置，历史数据实时数据记录配置等。
触摸终端在工业生产设备中己被大量采用。在采用了PLC作为主控器的机电设备中，触摸终端使用相当普遍，进口国外设计制造的机电设备基本上都配上这种简便直观的触摸控制终端。和以计算机为中心的上位机相比，触摸终端有以下特点：
(1)尺寸小，重量轻，安装方便。显示面积从5寸到14寸不等，厚度一般不超过10厘米。这样很容易嵌入设备中;重量一般在1 -3Kg左右，对那些工作过程中需要移动的部件来说，安装这样的触摸屏是非常适宜的。
(2)触摸终端主要用于和PLC进行实时通讯，可以对PLC内部可访问的存储 36
器进行读写操作，可以通过触摸终端直接对PLC中位状态操作。由于触摸终端不象上位机那样建立在Windows操作系统上，所以任务单一，针对性强。通讯能够实时稳定的进行，不易造成死机现象。终端设计时候己经过严格的抗干扰测试，确保在恶劣的条件下也能正常操作。
(3)终端一般也能做到255个画面，颜色可为2色到256色，这样能满足绝大多数工业需要。热定型机设备中，当聚酷网处于拉伸状态的时候，光长度就有50米左右，如果所有的操作都需要到操作室操作，操作变得非常麻烦。在合适的地方放置这样一个触摸终端，能让操作工在现场就能操作设备并在平时检查设备状况，操作按钮设置也更简单。
本项目中采用了台湾台安电机股份有限公司的OP36L型的终端，利用随机的OPS6软件进行编程，组态后用串行通讯将数据下传到终端中的存储器中。软件可以读取普通图片并将其转换为终端能显示的图形，这就大大丰富了画面内容。同时，该触摸终端还支持多达5种语言的操作方式，可以选定一种语言作为主操作界面元素，运行时点击切换语言按钮可以切换成设计时候定义的不同语言。其能表现的元素包括按钮、数值输人、指示灯、数字显示、仪表图、历史资料显示、警报显示、静态元素等。而且操作上也有3级控制，可以设置使某些操作元素需要高级别的工程师才能修改。
为了让终端与各厂的PLC的通讯能够双向流通资料和显示画面，需要设定终端系统用控制暂存区和状态应答暂存区(其相对于PLC中的暂存器地址)。这是通过在OPS6编程软件的应用栏中选择设定的。通过系统设定区，PLC的设计者可以控制触摸终端的动作模式，最主要的暂存器有画面编号控制暂存器、控制命令标志暂存器、缓冲区记录控制暂存器、配方编号控制暂存器等。通过状态区的位状态，终端表明了完成某些动作的状态，做到和PLC的正确交流。检查状态区主要有画面状态应答暂存器、动作状态应答暂存器、趋势图取样应答暂存器、配方编号应答暂存器等。
为了增强终端的功能，OP36L内部有可用的存储器，可以利用其内部的指令编程。支持的功能包括数值运算、逻辑判断、流程控制、数值传送、数值转换、定时器、记数器、自定义通讯指令等。终端不仅可以和PLC连线通讯，而且另一通讯口能执行和其他设备的通讯，此功能不仅提供有效的系统整合，而且大大减少了PLC的程序的大小，让PLC运行效率达到最高。
OP36L支持每个代码块多达512条，这样可以完成较复杂的任务。通常，在程序开始执行时可以执行初始化程序，在运行过程中执行背景循环程序，也可以按时钟执行定时程序。每一幅画面在打开时候执行打开程序，当前画面显示时候执行循环程序，关闭时执行关闭程序。
37
第七章
拉伸同步控制系统
7.1拉伸控制策略
在拉幅定型开始之前，移动前后拉伸架使织物绷紧，并使织物纵向张力为工艺要求的初始张力。在定型过程中，拉伸辊在前后拉伸机的拖引下对织物进行拉伸。工艺上要求前后拉伸电动机稳速精度高且同步精度高。此外，还要求织物张力符合工艺规定的数值。
图7-1为拉伸部分的示意图：
图7-1
主动辊通过织物带动拉伸辊转动，速度为V1，同时拉伸辊以速度V2平动拉伸。对于变形织物一般可以应用胡克定理如下：
FyL l
（7-1）式（7-1）中，y为织物的弹性模量，为织物的横截面积，L为两个传动点间的距离，l为伸长量。
对于只发生物理形变的过程，上公式是适用的。但是，在这里，织物的横截面由于加热后折叠链的作用，织物截面积是变小的，弹性模量增大，长度L和速度V2有关。拉伸变形后形态即稳定下来，在穿过受热区后基本上不产生回弹变形。张力变化示意图如图7-2所示，从图上可以看出，张力是在缓慢上升，实测的曲线同理论分析一致。
图7-2 张力示意图
对于这样的一个非线性系统，可以先算出其数学模型，再采用较精确的控制算法对其进行控制。但是在以PLC为核心控制器中做这些复杂的算法，其实时
38
性是无法保证的。张力的过量增长和速度有关。针对张力变化情况，我们采用了速度分段的控制策略，即将张力变化分成16份，利用PLC特有的区间比较指令区分出张力变化的区域，并针对此调用不同的拉伸速度。
为了避免速度的频繁切换，在实际中加入了一定量的死区。在以往的拉幅机中，都是保持一定的速度拉伸，只限制最大张力，这样做不是很精确。而本方案在实验运行中，已收到了较好的效果，实时性得到了保证，控制效果也远好于以往方式。
7.2拉伸同步控制系统 7.2.1拉伸同步控制系统组成
拉幅机同步控制系统由包含有高速计数单元CT021和模拟量输出单元DA003的C200HG型PLC, 2台变频器、2只E6B2-CWZ5C型旋转编码器(360P/R), 2台13KW变频调速电动机、2只张力传感器、放大器以及减速器等组成，系统框图如图7-3所示。
图7-3 拉升同步控制系统框图
拉伸同步控制系统属于位置跟随系统，前拉伸机的移动距离为Ll，后拉伸机的移动距离为L2。为了保证拉伸辊与主动辊的轴线平行，要求L2与Ll相等。在图7-3中，前拉伸机编码器PG1发出的脉冲数P1是后拉伸机的位置指令，后拉伸机编码器PG2发出的脉冲数P2为位置反馈，构成位置闭环控制系统。在PLC系统中，高速计数单元CT021的A计数器计P1脉冲数，计数值在IR182和IR183中；B计数器计P2脉冲数，计数值在IR184和IR185中，两者之差即
39
为位置误差。在实际操作中，统一给定信号U1施加于前拉伸机和后拉伸机控制系统上，计数偏差(位置误差)信号Ut叠加在后拉伸机的统一给定信号上，即后拉伸机的给定信号为(U1十Ut)，其中，Ut可正可负，取决于脉冲数P1和P2的相对大小。前拉伸机是稳速控制系统，后拉伸机是位置跟随控制系统。
为了达到响应快、不超调且同步精度高的目标，采用了多模态控制算法，将同步跟踪位置误差分为16级，对应于16个增益值。误差大时增益大，响应快，随着误差的逐渐减小，增益也随着减小，故不会产生超调，这种控制亦称增益调度控制，属于自适应控制。为提高位置跟随精度，在调用最小增益时，可执行PI控制。
编码器PG1和PG2均为360P/R，减速器的减速比为40，拉伸机锭轴螺距为12毫米，即每个脉冲对应拉伸距离为0.833微米。在实际运行中，拉伸辊移动6000毫米，跟随误差在60-100个脉冲范围内，即误差不大于83.3微米，系统的动态和稳态性能均达到规定指标。
7.2.2拉伸同步控制系统编程及说明
拉伸同步控制系统控制流程图如下图所示：
图7-4 拉升同步控制系统控制流程图
1.拉伸速度设定
40
根据操作人员要求，采用具有零点的指针多圈定位器来设定拉伸速度，多圈定位器的输出电压送到AD003的输入1，其IR字为IR151，拉伸速度设定值存放在DM0004中。
2.拉伸速度与织物张力的协调
在加工过程中，当织物张力超过设定值时，拉伸速度应自动相应降低，以保持织物张力不变。在本系统中，前、后拉伸张力信号分别送到AD003的输入2和输入3，相应的IR字为IR152和IR153，两者数据之和存放在DM0006中。利用块比较指令BCMP(68)和减法指令SBB (51)，将设定值附近的张力分为16级，在张力变化时，DM0004中设定的数值减去16级中相应的数值，并将结果存放在DM0015中，用来控制拉伸速度，实现拉伸速度与织物张力的协调控制。
3.前后拉伸机同步控制
在加工过程中，拉伸辊移动过程中应与主动辊保持平行，否则将造成环状织物变形和跑偏。长9米的拉伸辊由前拉伸机和后拉伸机同时传动，两套拉伸机的变频器、电动机和减速器规格相同。前拉伸机为主令单元，后拉伸机为从动(跟随)单元，在统一速度给定下，利用高速计数单元和编码器实现位置跟随控制。
IR172，IR173中的脉冲计数值P1代表前拉伸机移动的距离L1，IR174，IR175中的脉冲计数值P2代表后拉伸机移动的距离L2。将P1与P2相减即得到两者之间的误差，对误差进行运算处理并考虑误差的符号，就能实现后拉伸机对前拉伸机的位置跟随控制，即拉伸同步控制。
在拉伸辊返回运动过程中，误差(Pl-P2)存放在HR16中。对误差进行运算处理后的闭环控制数据存放在DM0302中，该数据传送到DA003的IR162，输出模拟量控制后拉伸变频器和电动机，使得后拉伸机与前拉伸机同步运行，前后拉伸机移动6000毫米，位置误差小于1毫米。
在拉伸过程中，误差(P2-Pl)数据存放在HR18中，该数据乘以系数后存放在HR20中，对误差进行运算处理后的闭环控制数据存放在DM0302中，该数据传送到DA003的IR162，输出模拟量控制后拉伸变频器和电动机，使得后拉伸机与前拉伸机同步运行。
在加工过程中，当织物张力变化时，拉伸速度设定值与张力协调如2所述。前后拉伸机同步控制过程如上所述。前后拉伸机移动6000毫米，位置误差仍小于1毫米。
41
第八章
实验及结果分析
8.1引
言
8.1.1本实验应用的行业
本实验以印染行业中的连续轧染机为例，介绍多单元交流变频电机同步传动控制系统的分析和设计方法。这种分析和设计方法也适用于塑料、造纸、胶片、橡胶、金属薄膜等带材或线材加工制造行业。
8.1.2使用的产品
本实验的人机界面使用OP36L型可编程终端（触摸屏），用于操作、设置和显示。
控制器由欧姆龙公司的 PA204S（电源单元）、C200HG-CPU43（CPU单元）、AD003（模拟量输入单元）、DA004（模拟电流输出单元）、ID212（晶体管输入单元）、OC225（接点输出单元）以及DA003（模拟电压输出单元）等组成，用于系统控制。
使用的变频器有ABB公司的ACS550、松下公司的VF-7F、西门子公司的MMV1500、富士公司的5000G9S和丹佛斯公司的VLT2800，用于各个单元的传动。
同步检测装置采用JWY-I型角位仪，用于检测相邻单元之间的同步误差。
8.1.3实验的主要工艺点及要解决的主要问题
以连续轧染机为例，其工艺流程图如图8-1所示，工艺难点是28个独立的传动单元和织物所构成的既要解耦又要跟随协调的工艺要求。每个单元都是由一对（或一组）导辊、减速机、变频电机、变频器、角位移传感器、气动加压摆式松紧架等组成。对于开卷（退绕）和收卷（卷绕）单元，通常还要增加旋转编码器和张力传感器。
就数学模型而言，开卷单元和收卷单元是非线性、时变环节，其转动惯量j和布卷半径r都是随时间而变的，为了保持织物的动态张力恒定，必须对转动惯量和卷经进行自适应补偿控制。
对于轧车、透风架、预烘箱、焙烘箱、烘筒、蒸洗箱、水洗箱中的传动单元，由于介质、环境和织物工艺路径的不同，加之导辊直径、减速机的减速比以及电机功率的不同，要实现任意车速设定下，28个单元在动态过程中的严格同步升、降速，且各个松紧架均应处于零位附近，必须采取智能变参数解耦控制和智能变参数跟随协调控制。以上是主要工艺点和要解决的主要问题。
8.1.4实验方案简介
42
目前的连续轧染机，采用微型PLC控制开关量，采用单片机组成同步器，但因为只有一组系数，无法实现动态解耦和快速跟随协调控制。
为了满足工艺要求，解决控制上的技术难题，需要分析退绕单元工作过程、两个相邻单元之间织物的运动过程和卷绕工作过程，并建立相应的数学模型，在此基础上进行系统的组态设计。将基于模型的控制算法和智能控制算法有机地结合起来，设计智能变参数解耦控制和智能变参数跟随协调控制系统。本实验控制系统框图如图8-2所示。应用方案主要包括两部分：第一是智能变参数全解耦控制，其中主要是变比值控制；第二是智能变参数跟随协调控制，其中主要是变增益、变积分时间控制，实现既响应快又无超调振荡的目标。
预烘(焙烘)M10420kg排风11.5kWM107[5×0.75KW]M111[5×0.75KW]排风21.5kWM2072×10kgJWYM181M1825.5KW5.5KWJWYM186M1875.5KW5.5KWJWY烘燥1蒸箱M121M124M127[4×0.75KW][4×0.75KW][4×0.75KW]轧车1M204 1.5KW1号均匀轧车进布M201 3KWM202 3KW2号均匀轧车JWYJWYJWYJWYJWYJWYJWY退卷A气动加压松紧架退卷B气动加压松紧架M1017.5KWM1143KWM1177.5KWM1315.5KW
蒸洗箱1水洗箱1轧车2M1376×0.55KW蒸洗箱2轧车3M1446×0.55KW蒸洗箱3轧车4M1515×0.55KW轧车5水洗箱2JWYJWYJWYJWYJWYJWYJWYM1345.5KWM1415.5KWM1475.5KWM1545.5KW
43
烘燥2烘燥3落布JWYM1711.5KW轧车6JWY气动加压松紧架M1577.5KW气动加压松紧架JWY气动加压松紧架M161M1645.5KW5.5KW图8-1 连续轧染机工艺流程图44
JWY气动加压松紧架打卷M1743KW
JWY-I2张力检测信号JWY-I1OP36LID212OC225OD211DA003AD003OA221DA004SP001C200HG-CPU43PA204S富士5000G9S轧车3变频器4M4松下VF-7F轧车1变频器2M2ABBACS550退绕辊变频器1M1主令单元跟随单元 2 1 张力控制退绕单元丹佛斯VLT2800卷绕辊西门子MMV1500轧车2变频器3M3变频器5M5力矩控制卷绕单元跟随单元 3 2
图8-2 实验系统框图1
8.2实验方案详细介绍 8.2.1系统组成
实验系统框图1如图7-2所示，变频器1（ACS550）的设定值由模拟电流输出单元DA004的第1路输出来设定，变频器2由DA003的第3路输出来设定、变频器3由DA003的第1路设定，变频器4由DA003的第2路设定，变频器5由DA003的第5路设定。
退绕辊与轧车1之间织物的张力由三菱公司的LX-200TD传感器检测，由LE-40MTA-E输出变送模拟信号，送到AD003的第4路输入端。
轧车1与轧车2之间同步信号由角位仪JWY-I检测，其信号送到AD003的第1路输入端，轧车1与轧车2之间的同步信号由1＃角位仪JWY-I检测，其变 45
送信号送到AD003的第1路输入端，轧车2与轧车3之间的同步信号由2＃角位仪JWY-I检测，其变送信号送到AD003的第5路输入端。
触摸屏用于多单元系统比值系数设定、车速设定、车速显示、同步状态数据显示、布长显示、卷绕层数显示、设备的开车、停车触摸按钮以及报警等。
8.2.2数学模型
1.卷绕过程数学模型
卷绕装置由卷绕轴、减速器、变频电机、变频器、编码器、张力辊以及相关机件等组成。为了有效地对卷绕过程进行控制，需要建立卷绕过程的数学模型。有关公式如下：
J28b28q28244(r28r28.0)
（8-1）
2828b28g
（8-2）
44J28bK28.1(r28r28.0)
（8-3）
K28.128b28q282g
（8-4）
\'28d\'\'J28(J2828)J2828dttt
（8-5）
d\'\'(J2828)2828M28ZM28ddt
（8-6）
22J28J28d28J28K28J28b
（8-7）
J28223dr28(28J28b)28K28.2r28ttdt
（8-8）
K28.2228q28228b28q28g
（8-9）
r28r28.0N2828
（8-10）
dr28d(r28.028N28)K28.328dtdt
（8-11） K28.3 282
（8-12）
46
Tkf21（28e27）dtkfl28e27
（8-13）
式中：28——单位宽度织物的质量密度；q28——占积率；r28——卷绕轴半径；r28.0 ——卷绕轴空轴半径；28——织物的比重；g——重力加速度；b28——织物的宽度；K28。1——转动惯量变换系数；M28d ——动态转矩；M28z ——阻转矩；μ28 ——变速比；J 28 ——折算到电动机轴上等效的转动惯量；J28d ——电动机转子的转动惯量；J28K ——空轴的转动惯量；J 28b—— 卷绕轴上织物的转动惯量；ω28——变频电机M28的角速度；β28 ——折算到电动机转轴上的等效粘性摩擦系数；δ 28——每层织物的厚度；r28.0——卷绕轴空轴半径；N28——卷绕轴上织物卷绕的层数；T ——织物张力；v27 ——牵引线速度；v28e——等效卷取线速度；kf ——张力系数；K28.2——转动惯量转换系数；K28.3 ——卷绕轴半径变化转换系数。
以上，式（8-1）至（8-13）描述了卷绕过程的动力学特征，为非线性、时变数学模型。据此，可制定卷绕张力控制方案并进行系统组态。
2.相邻单元之间织物的数学模型
以第26单元烘筒和第25单元轧车这两个相邻单元为例，烘筒和轧车分别为独立的传动点，工艺上要求夹持在这两个传动点之间的织物张力在动态和稳态过程中均保持恒定并等于设定张力。为此，需要建立这两个传动点之间织物的数学模型。相关的表达式如下：
wdw26dw25(26262525)dt
（8-14）
26ldw
（8-15）
dl262525dt26
（8-16）
ldlll(2625)25dt2
5 （8-17）
dlldt
（8-18）
~dl~~ldt
（8-19）
~TAEl
（8-20）
47
~dT~~Tk0dt
（8-21）
式中，
25、26是轧车
25、烘筒26处织物单位长度重量；w
25、w26是轧车
25、烘筒26处分别传送的织物重量；
25、26是轧车
25、烘筒26处织物的线速度；l是相对于原长度的伸长量；是时间常数；T是织物张力；带“～”的量是标称（标幺）量。
由式（8-14）至（8-21）可知，两个相邻单元之间织物的简化动力学特性可用一阶微分方程来描述。这一区间织物的张力取决于两个相邻单元的速度差或织物伸长量，据此，可制定控制方案并进行系统组态。
8.2.3卷绕张力控制系统分析与设计
1.系统分析
由式（8-1）至（8-13）可知，由于卷绕辊的卷绕半径和转动惯量都是变量，这就导致了卷绕过程的数学模型是时变、非线性数学模型。通常的张力闭环控制难于满足即响应块又无超调的要求。
2.卷绕张力控制系统设计 (1)张力闭环控制
张力闭环控制系统是使用张力传感器直接检测织物张力所构成的负反馈控制系统。
(2)智能卷绕控制
为了提高张力闭环控制系统的动态性能和稳态性能，需要解决以下三个问题：
1）变比例系数控制
卷绕线速度28应与单元27的线速度27成比例关系，为此，变频器28的速度设定信号必须与卷径成反比变化，即变比例系数控制。
2）卷径补偿控制
根据卷绕过程的数学模型，卷绕半径r28的变化是对织物张力T的内部扰动，为此，采用卷径补偿控制，消除卷径变化对张力的影响。
3）变增益、变积分时间常数控制
为了改善系统的性能，需要根据误差的大小自动改变增益值和积分时间常数，达到响应快、抑制超调和无稳态误差的目的。
为了解决上述三个问题，本系统采用了参数自适应、信号自适应、多模态控制和专家控制等先进控制策略。本系统的知识库、控制规则集和推理机构均由PLC来实现。
3.灵活使用欧姆龙PLC指令
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第13篇：基于PLC控制的机械手设计(毕业论文)
第四章 程序设计
第四章 程序设计
4.1 编程软件简介
STEP 7-Micro/WIN是西门子公司为S7-200系列PLC的开发而设计的，是基于Windows操作系统的应用软件，其功能非常强大，操作方便，使用简单，容易学习。软件支持中文界面。其基本功能是创建、编辑和修改用户程序以及编译、调试、运行和实时监控用户程序。运行STEP 7-Micro/WIN软件，看到的是英文界面。如果想切换为中文环境，执行菜单命令Tools”→“Options” ，点击出现的对话框左边的“General”图标，在“General”选项卡中，选择语言为“Chinese”，单击“OK”按钮后，软件将退出。退出后，再次启动该软件，界面和帮助文件均变为中文，在开始程序设计前必须对PLC进行通信连接，的那个PLC通信连接后在开始运行或者修改程序，在PLC程序梯形图中，程序被分成称为“网络”的一些段。一个网络是触点、线圈和功能框的有序排列。能流只能从左向右流动，网络中不能有断路、开路和反方向的能流。书写Plc程序的方法为在LAD编辑器中，它有4种输入程序指令的方法：鼠标拖放、鼠标单击、工具栏按钮、特殊功能键（如F
4、F
6、F9等）LAD程序使用线段连接各个元件，可以使用工具栏上的“向下线”、“向上线”、“向左线”、“向右线”等连线按钮，或者用键盘上的Ctrl+上、下、左、右箭头键进行编辑。STEP 7-Micro/WIN软件支持常用编辑软件所具备的插入和删除功能。通过键盘或者菜单命令可以方便地插入和删除一行、一列、一个网络、一个子程序或者中断程序，在编辑区右键单击要进行操作的位置，弹出快捷菜单，选择“插入”或“删除”选项，在弹出的子菜单中单击要插入或删除的项。子菜单中的“竖直”用来插入和删除垂直的并联线段。可以用“编辑”菜单中的命令进行以上相同的操作。按键盘上的Delete键可以删除光标所在位置的元件。在编写程序完成后，必须对程序进行编译，当程序编译无误后才能下载至PLC运行，
4.2 程序总体设计
由于设计中机械手运动方式有5种模式，分别是手动、自动回原点、连续、单周期、单步5种工作方式，且必须保证在每种模式工作下相互之间互不干扰，为了减少PLC的输入点，使程序简单明了，采用主程序OBI加子程序模块的编写方式，由于每种程序运行前都有一些必要的前期准备工作，例如在单步、单周期、连续工作时必须保证
第四章 程序设计
机械手处于原点位置，而在每种模式下工作机械手都有运送工件的操作，所以可将每种模式下工作的程序中都应具备的条件作为公用程序，为各种工作模式做前期准备工作，而公用程序是无条件执行的，即当下载并运行程序后PLC程序后自动扫描并运行公用程序，为子程序的运行做准备，设计中机械手有5种工作方式，而其中的单周期和连续工作方式所用的顺序功能图是同一个，其去呗仅仅是单周期只是允许机械手运行一次 ，而连续模式则是要求机械手连续不断的运行，所以可以将单周期和连续工作作为一个单独的子程序编写；手动工作方式是为便于对机械手的检修而设计的，其操作并不存在必然的逻辑连续，即步与步之间的操作互不影响，所以用一个单独的子程序表达即可，而自动回原点程序是为其他各种工作方式做准备的，为了保证程序的运行稳定，在该模式下工作时，机械手无论处于任何位置都将自动返回原点，其步与步之间存在一定的逻辑关系，可以用一个单独的子程序编写；单步工作方式是主要是为了调试机械手运动是否稳定可靠而设计的，虽然其运动过程和单周期、连续工作的过程一样，但在操作上存在一定的区别，单周期和连续式要求系统在按下启动按钮后程序将自动进行步与步之间的转换，而单步工作方式是按下一次启动按钮系统将向前进行一步并停止，若要继续下一步的操作，必须在按一次启动按钮，为了不和连续单周期的程序发生冲突，所以将单独为单步程序编写一个子程序，且其位存储器也区别单周期和连续工作方式，目的是为了保证程序能稳定运行。
4.3 程序主体部分
4.3.1主程序OBI 语句表 LD SM0.0 CALL 公用:SBR0 LD SA1:I2.0 CALL 手动:SBR1 LD SA2:I2.1 CALL 自动回原点:SBR3 LD SA5:I2.4 O SA4:I2.3 CALL 自动程序:SBR2 LD SA3:I2.2
第四章 程序设计
CALL 单步:SBR4 以上指令为主程序块指令，在主程序块中，可以选择相应的输入点来选择工作模式，每次只能选择一种对应的工作模式，当选择了对应的模式后，程序将自动调用相应子程序并运行，例如,当选择了手动或者回原点程序后，系统将自动调用手动子程序或者回原点子程序，但不可以同时选择两种工作模式，因为机械手不可能同时在两种模式下工作，例如，的那个机械手选择了连续工作后，若此时在选择回原点，机械手将无法判断是进行连续操作还是回到原点位置。 4.3.2 公用程序语句表 LD SQ4:I0.4 原点条件 A SQ2:I0.2 AN Q0.1 S M0.5, 1 = Q0.5 LD SM0.1 初始状态 O SA1:I2.0 O SA2:I2.1 LPS A M0.5 S M0.0, 1 LPP AN M0.5 R M0.0, 1 LD SA1:I2.0 复位非初始步 O SA2:I2.1 R M2.0, 8 LD M2.0 复位原点标志 R M0.5, 1 以上为公用程序指令，公用程序是无条件执行的，它用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同工作方式之间的相互切换处理，程序中当做限位开关I0.4好上 17
第四章 程序设计
限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的Q0.1的常闭触点的串联电路接通时，原点条件M0.5为ON，此时原位型号指示灯Q0.5接通，在开始执行用户程序SM0.1为ON时，系统处于手动状态或自动回原点状态，初始步对应的M0.0将被置位，未进入单步、单周期、连续工作方式做准备，若此时M0.2为OFF状态，初始步为不活动步，即使此时按下启动按钮也不能进行单步、单周期、连续工作的操作。 4.3.3手动程序语句表 LD I1.2 夹紧 S Q0.1, 1 LD SQ3:I0.3 松开 O SQ4:I0.4 LPS A I0.7 R Q0.1, 1 LRD 上升 A I0.5 AN SQ2:I0.2 AN Q0.0 = Q0.2 LPP 下降 A I1.0 AN SQ1:I0.1 AN Q0.2 = Q0.0 LD I0.6 左行 AN SQ4:I0.4 A SQ2:I0.2 AN Q0.3 = Q0.4 LD I1.1 右行 18
第四章 程序设计
AN SQ3:I0.3 A SQ2:I0.2 AN Q0.4 = Q0.3 以上是手动程序的指令，启动程序并按下手动操作按钮I2.0时接通手动子程序，为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了必要的连锁，设置上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，以防止功能相反地来年各个输出同时为ON，即当机械手左行时一定不可能进行右行，当机械手下降过程中，输出上升Q0.2一定为OFF状态。指令中的限位开关I0.1/I0.2/I0.3/I0.4的常闭触点是用来限制机械手的移动范围，即当机械手碰到限位开关时，相应的电磁阀断电机械化手停止运行，限位开关可以防止意外的发生，而上限位开关I0.2的常开触点与控制左、右行的Q0.4和Q0.3的线圈串联，只有当机械手上升到最高位置时才能左右移动，此设置可以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞发生损坏，而只有当机械手在做左边或者最右边时才允许执行上升、下降和松开工件的操作，在手动模式下，当按下I1.1时，机械手局执行夹紧操作，输出Q0.1并被置位，当按下I0.3时Q0.1被复位，此时PLC没有输出，按下I0.5和I0.4是机械手上升，按下I0.4和I1.0时，机械手下降，同时按下I0.6和I0.2时机械手左行,同时按下I1.1和I0.2时机械手右行，这既是机械手在手动状态下的全部操作。 4.3.4 自动程序语句表 LD SA5:I2.4 O I2.6 O SA4:I2.3 AN I1.7 = M0.6 转换允许 LD SQ4:I0.4 A SA4:I2.3 O M0.5 A M0.6 O M0.0 19
第四章 程序设计
AN I1.7 AN M3.1 = M0.0 初始步 LD M4.0 A SQ4:I0.4 A SA5:I2.4 LD M0.0 A I2.6 OLD A M0.6 O M3.1 AN I1.7 AN M3.2 = M3.1 R M0.5, 1 LD M3.1 A SQ1:I0.1 A M0.6 O M3.2 AN I1.7 AN M3.3 = M3.2 LD M3.2 A T37 O M3.3 A M0.6 AN I1.7 AN M3.4 = M3.3
下降 夹紧 上升
第四章 程序设计
LD M3.3 A SQ2:I0.2 A M0.6 O M3.4 AN I1.7 AN M3.5 = M3.4 LD M3.4 A SQ3:I0.3 A M0.6 O M3.5 AN I1.7 AN M3.6 = M3.5 LD M3.5 A SQ1:I0.1 A M0.6 O M3.6 AN I1.7 AN M3.7 = M3.6 LD M3.6 A T38 A M0.6 O M3.7 AN I1.7 AN M4.0 = M3.7 LD M3.7
右行 下降 松开 松开 21
第四章 程序设计
A SQ2:I0.2 A M0.6 O M4.0 AN M3.1 AN I1.7 AN M0.0 = M4.0 LD M3.1 O M3.5 AN SQ1:I0.1 = Q0.0 LD M3.2 S Q0.1, 1 TON T37, 20 T37LD M3.6 R Q0.1, 1 TON T38, 20 T38LD M3.3 O M3.7 AN SQ2:I0.2 = Q0.2 LD M3.4 AN SQ3:I0.3 = Q0.3 LD M4.0 AN SQ4:I0.4 = Q0.4 LD M0.0 = Q0.5
左行 夹紧置位 计时器 计时器 上升 右行 左行 原位指示灯22
第四章 程序设计
以上用起保停电路编写的自动程序指令，当启动系统是，按下I2.4时将接通自动程序子程序，指令中的M0.6的常开触点接在每一个控制代表步得存储器位的启动电路中，当它们断开时将禁止步与步之间的活动状态转换，单周期与连续的工作方式相似，下面具体介绍两者的工作的过程，当启动系统并进入连续工作模式，即按下I2.4后，系统进入连续工作状态，此时步与步之间的转换标志M0.6被接通，系统扫描时首先执行公用程序，M0.0被置位，当扫描自动程序时，按下启动按钮I2.6后系统进入M3.1步，此时机械手开始运行离开原点位置开始下降，输出为Q0.0，此时原点标志N0.5被复位，当机械手碰到下限为开关I0.1时是停止运行，此时线圈M2.1接通，机械手执行抓紧工件的操作，Q0.1被置位，输出为0.1，此时并接通T37计时器延时2秒保证能安全稳定的抓取工件，当延时结束时接通线圈M3.2，机械手开始上升，输出为Q0.1、Q0.2，当机械手碰到上限位开关I0.2时停止运行，此时接通线圈MM3.3，机械手开始右行，其输出为Q0.
1、Q0.3，当机械手右行到位碰到右限位开关时停止运行，此时接通线圈M3.4，机械手继续夹紧工件执行下降操作，输出为Q0.1、Q0.0，当机械手碰到下限位开关I0.1时，线圈M3.5得电，此时Q0.1被复位，机械手执行松开工件的操作，接通计时器T38并延时2秒，保证完全放开工件，计时结束后，接通线圈M3.6，此时机械手开始上升，输出为Q0.2，当上升到位时碰到上限位开关I0.2，机械手停止上升，并接通线圈M3.7，机械手开始左行返回原点，当机械手碰到左限制为开关时停止，此时机械手完成一个周期的运行，由于我们选择的连续运行模式，机械手在左移过程中碰到上限位开关的同时接通了线圈M4.0，此时M4.0步将转换到M.1步并接通线圈M3.1，如此循环往复的进行下去，机械手就达到了连续操作的目的，若此时我们选择的是单周期操作。即启动系统是我们按下的按钮为I2.3，当系统进行到最后一步是接接通线圈M4.0后。I2.4为OFF状态，系统将不能进入M3.1步，而转入M0.0步的初始状态由于没有碰到左限位开关断电也不能运行M0.0步，这样既可以达到单周期运行的目的。
4.3.5 自动回原点语句表
LD I1.2 S Q0.1, 1 LD I2.6 A Q0.1
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第四章 程序设计
AN SQ3:I0.3 O M1.0 AN I1.7 AN M1.1 = M1.0 上升 LD M1.0 A SQ2:I0.2 O M1.1 AN I1.7 AN M1.2 = M1.1 = Q0.3 LD I2.6 A SQ3:I0.3 A Q0.1 LD M1.1 A SQ3:I0.3 OLD O M1.2 AN I1.7 AN M1.3 = M1.2 = Q0.0 LD M1.0 O M1.4 = Q0.2 LD M1.2 AN I1.7 A SQ1:I0.1
右行 下降 上升 24
第四章 程序设计
O M1.3 AN I1.7 AN M1.4 = M1.3 R Q0.1, 1 夹紧复位 TON T39, 20 LD I2.6 AN Q0.1 LD M1.3 A T39 OLD O M1.4 AN I1.7 AN M1.5 = M1.4 上升 LD M1.4 A SQ2:I0.2 O M1.5 AN I1.7 AN SQ4:I0.4 = M1.5 = Q0.4 左行
以上指令为自动回原点程序的语句表，当我们在主程序中选择了自动回原点工作模式后即按下I2.1后，机械手自动返回原点，该程序的设计思路是让那个机械手能在任何位置和状态下按下自动回原点按钮后能自动返回原点，若子啊运行中出现特殊问题时，可通过停止按钮I1.7停止机械手的运行，介于机械手在工作过程中可能停留在任何位置，所以我们根据机械手当时所处的状态和位置将其分为三种情况进行处理，并将其编写在同一字程序中，当机械手夹紧装置松开时即Q0.0为0状态，因为机械手是按照工作流程一步一步进行操作的，此时机械手没有夹持工件，只可能处于
25
第四章 程序设计
上升状态和左行状态，可直接返回原点，当我们选择了自动回原点工作方式按下启动按钮I2.6后应进入程序中的M1.4步，此时的转换条件为I2.6 Q0.1，如果此时机械手已经在最上面，上限位开关I0.2为1状态，在进入上升步后，因为转换条件已经满足，将马上转到左行步返回原点，此为第一种情况，第二种情况是当机械手处于夹紧状态，且机械手在最右边时，此时夹紧装置Q0.1和右限位开关I0.3均处于1状态，而此时应将工件放下后才能返回原点位置，按下启动按钮I2.6后，机械手转入下降步M1.2，转换条件为I2.6.Q0.1.I0.3，首先执行下降和松开操作，将工件放下后，机械手即返回原点 ，这是第二种情况，最后一种情况是当机械手装置处于夹紧状态，但机械手不在最右边时，此时夹紧输出Q0.1为1状态，右限位开关I0.3为0状态，当按下启动按钮后应进入步M1.0，此时转换条件为I2.6.Q0.1.I0.3 ,机械手进入步M1.0后将按顺序执行一个此工件的搬运工作后返回原点，即执行上升、右行、下降、松开、上升、左行返回原点。这既是机械手可能存在的位置情况划分，当机械手返回原点后公用程序中的原点条件标志M0.5和原位指示灯Q0.5应为1状态，当系统处于原点位置时即可以进行自动程序的运行。 4.3.6 单步程序语句表 LD SM0.0 O M3.0 A I2.6 A SA3:I2.2 A M0.5 A M0.0 O M2.0 AN I1.7 AN M2.1 = M2.0 启动 LD M2.0 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ1:I0.1 26
第四章 程序设计
O M2.1 AN I1.7 AN M2.2 = M2.1 下降 LD M2.1 A SA3:I2.2 A I2.6 A T37 O M2.2 AN I1.7 AN M2.3 = M2.2 LD M2.2 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ2:I0.2 O M2.3 AN I1.7 AN M2.4 = M2.3 LD M2.3 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ3:I0.3 O M2.4 AN I1.7 AN M2.5 = M2.4 LD M2.4
夹紧 上升 右行27
第四章 程序设计
A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ1:I0.1 O M2.5 AN I1.7 AN M2.6 = M2.5 LD M2.5 A SA3:I2.2 A I2.6 A T38 O M2.6 AN I1.7 AN M2.7 = M2.6 LD M2.6 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ2:I0.2 O M2.7 AN I1.7 AN M3.0 = M2.7 LD M2.7 A SQ4:I0.4 O M3.0 AN M2.0 AN I1.7 = M3.0
下降 松开 上升 28
第四章 程序设计
S M0.5, 1 左行 LD M2.0 O M2.4 AN SQ1:I0.1 = Q0.0 = Q0.5 夹紧置位 LD M2.1 S Q0.1, 1 TON T37, 20 夹紧 T37计时器计时 LD M2.5 R Q0.1, 1 TON T38, 20 松开 T38计时器计时 LD M2.2 O M2.6 AN SQ2:I0.2 = Q0.2 上升 LD M2.3 AN SQ3:I0.3 = Q0.3 右行 LD M2.7 AN SQ4:I0.4 = Q0.4 左行
以上语句表为单步程序的子程序语句，在设计此程序是因为其实现的功能和单周期操作一样，但单周期实现的为连续的操作，中间没有间断不需要人为的干扰便可自动运行，而单步工作是一步一步进行，且每一步的进行都需要人工启动，主要是为了调试机械手而设计的操作，为了不和自动程序发生冲突，为单步工作方式单独编写独立的子程序，并采用区别于自动程序的位存储器M2.0到M3.0。当在主程序中选择了单步工作方式后，即按下单步工作按钮I2.2后即开始运行单步程序，因为单步状态必须送原电位置开始启动运行，左移此时系统扫描会先无条件执行公用程序，此时若机
29
第四章 程序设计
械手手处于原点状态，则原点标志M0.5和原位信号指示灯Q0.5将为1状态，此时我们按下启动按钮I2.6后便接通M2.0步，此时机械手开始下降，当碰到下限位限位开关I0.1时停止运动，但并不马上转到下一步的操作，此时必须人为的按下启动按钮I2.6后才可接通M2.1步，此时机械手执行夹紧操作，若此时正在调试机械手的运行情况，便可观察到机械手在夹紧工件的过程中是否能在规定的2S时间内完成夹紧操作，若未能完成夹紧操作造成工件掉落，说明程序设计中给定的时间太短，又或者机械手夹取装置防滑性能不好，便可找出原因对机械手程序进行修改或者对夹取装置进行改进，当在按下启动按钮I2.6后机械手夹紧工件开始向上运行，的那个碰到上限位开关I0.2后停止运行，在此过程中我们可以检查机械手的上限位和下限位限位开关、上升电磁阀和下降电磁阀是否正常工作，若为正常工作，机械手将不会停止，若此时发生故障不能停止，可通过停止按钮I1.7强行停止机械手的运行，然后找出问题所在，机械手的单步工作程序的工作流程和单周期、连续操作一样，区别在于其使用上，单周期和连续式为生产加工工件而设计，而单步是为检修机械手而设计，在通过一次次按启动按钮的过程中观察机械手的运动情况和稳定性，来检修设备。 4.3.7 PLC程序调试模拟调试
PLC程序模拟调试是使用S7-200仿真软件对已编好的机械手运动控制程序进行调试，在调试程序时需对仿真软件进行CPU模块配置，本次调试中我们选择CPU226模块进行调试，然后将PLC程序用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件导出功能将机械手运动程序保存为仿真软件所支持*awl文件格式，然后将*awl文件加载到使用仿真软件中并下载，即可以开始调试程序，调试时，可用鼠标点击CPU模块下的开关面板上面的黑色部分，的那个开关向上是，触点闭合，对应的输入点变为绿色，但开关向下时，即出点断开，输入点变为灰色，在运行程序后，可通过观察输入点的颜色变化来检查程序是否正确，本次仿真实验的截图如下图4-1所示: 30
第四章 程序设计
图4-1 4.3.8 上机调试
上机调试是在实际的PLC编程器上对程序进行调试和修改，当在计算机上对PLC程序模拟调试完成后，还应实际在PLC上对程序进行调试，以保证程序的完整和正确，在调试进行前，应对PLC进行连线并检查PLC的各输入输出点是否正常工作，在确认PLC无任何输入输出点故障时，变可将写好的OLC程序通过V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件导入计算机，首先我们应对PLC进行通信调试，在通信前应将PLC调解至RUN模式，然后将V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件和PLC控制器连接起来，在计算机和PLC通信成功后，将PLC在软件中进行编译，在确认无错误后，将机械手运动控制程 31
第四章 程序设计
序下载至PLC，然后通过鼠标操作计算机中的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件，然后点击软件中的小三角符号，即开始运行程序，然后观察PLC的输出点是否和程序中的输出一致，由于在本次上机调试中，程序中的一些输入点为机械手的限位开关，在实际中是有机械手的运动通过物理方法启动，在上机调试过程中我们没有机械手进行相应的工作，只能由人工将相应的输入点按下，其实际效果和机械手按下一样，然后观察输入输出是否对应，在调试过程中我们可以通过V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件来辅助查看调试的结果，如程序出现错误，可以通过软件中的开始状态表监控、符号表、交叉引用表来检查程序中的错误点以便帮助我们修改程序。 4.3.9 程序调试中遇到的问题
在本次程序调试中遇到的问题主要有，在对单步程序、单周期和连续程序进行调试时，在开始调试时三个程序是共用一个子程序即自动程序，由于三者的工作过程相近，所以在开始写程序时便将三个程序卸载一个子程序中运行，到哪子啊实际的上机调试过程中单周期和自动程序能够按照预定的要求运行，在运行单步程序时，却无法进行，经过对程序的检查分析后，是由于PLC程序中的一些软继电器和软元件位置在置位和无法自动复位，由于三种工作过方式共用一个子程序，也造成了一些位储器没有正常工作，由于多次的输入造成冲突，使程序无法正常运行，在几经调整后，决定单独为单步程序编写一个独立的子程序并使用了区别于单周期和连续的位存储器后，问题得到解决，单步程序和单周期、自动程序均可以正常运行，在其他的程序调试过程中，由于程序相对简单，未遇到问题，调试结果和预期结果一致。
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第四章 程序设计
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第14篇：机电一体化毕业论文PLC机械手控制设计
毕 业 设 计
论文名称：
PLC机械手控制设计
系部： 机车车辆学院
专业： 机电一体化 班级:
313-1 姓名：
全伟
指导教师：刘伟
二O一六年 一月
目录
第一章 PLC机械手控制设计………………………………...…3 1.1 摘要 .................…………………………………………….3
1.2 引言 ……………………………………....................………4 第二章
PLC 的概述 …………………………………………4 2.1 PLC的基本知识
…………………………………………..4 2.2 PLC的应用与前景
………………………………………..5
第三章
PLC 的编程语言
…………………………………..7 3.1 梯形图编程语言……………………………………………...7 3.2 功能块图编程语言……………………………………………8 第四章
PLC控制机械手的设计……………………………….9 4.1
机械手在工业生产中的应用………………………………..9 4.2
各电器设备的制方式及控制要求…………………………..10 4.3
电器元件设备的选择 ………………………………………12 4.4
控制系统的软、硬件设计 ………………………………...13 4.5
功能表图设计
……………………………………………..26 第五章
设计小结
………………………………………………33 参考文献 ……………………………………………………....…..34 谢辞
…………………………………………………….....35
2
PLC机械手控制设计
1.1摘要： 当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力，他们需要进一步降低成本、缩短产品生产周期，并能够迅速完成产品的更新换代。采用最新的自动化技术才是解决这一系列问题的有效手段。
本次论文明确了机械手的功能需求和动作流程通过查找了大量资料，了解完成了布进电机和驱动器的选型。通过对机械手制作流程的分析，确定采用PLC为核心的控制系统。在对机械手的分析设计部分梯形图及控制程序，完成PLC的I/O点分配和硬件接线图。
关键词：机械手，步进电机，可编程序控制器
3
引言
机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。
机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。
第二章
可编程控制器的概述
2.1可编程控制器的基本知识
PLC的种类繁多，其规格和性能也各不相同，对PLC的分类，通常根据其形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类.根据 1
PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类 （1）整体式PLC
整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等各件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式机构。
整体PLC由不同PLC点数的基本单元和扩展单元组成，基本单元内有CPU、I/O接口，与I/O扩展单元相连的扩展口、以及编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电等，没有CPU，基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展 (2)
模块式PLC
模块式PLC是将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及其他模块。模块式PLC由框架或基板和
1 各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活、可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用这种模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU，电源，I/O接口等也是各自独立的模块。但它们之间是非电缆进行联接，并且各模块可以应地叠装，这样不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。 2 按功能分
根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低，中，高档次
（1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断监控等基本功能还可以少量模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较等功能，主要用于逻辑控制，顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
（2）中档PLC出具有低档PLC的功能外，还具有模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较；数据转换，远程I/O，子程序，通信联网等功能，有些还可增设中断控制，PID控制等功能，适应于复杂控制系统。
（3）高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了符号算术运算，矩阵运算，位逻辑运算，平方根运算及其他特殊功能函数的运算，制表及表格传递功能等。高档PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。
按I/O点数分类
根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型，中型和大型三类
（1）.型PLC——I/O点数
CE-I型
美国通用电气（GE）公司 TI100
美国德洲仪器公司 F、F
1、F2
日本三菱电气公司 C20 C40
日本欧姆龙公司 SF200
德国西门子公司 EX20 EX40
日本东芝公司
SR-20/21
中外合资无锡华光电子工业有限公司 （2）．中型——点数256-2048点，双CPU，用户存储器容量2-8K S7-300
德国西门子
SR-400
中外合资无锡华光电子工业有限公司 SU-5 SU-6
德国西门子公司 C-500
日本立石公司
2 CE-Ш
GE公司
（3）.大型PLC——I/O点数>2048点，多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8-16K S7-400
德国西门子公司 GE-IV
GE公司 C-2000
立石公司 K3
三菱公司
2.2 可编程控制器PLC的应用与前景
目前，在国内外PLC已广泛应用冶金，石油，化工，剪彩，机械制造，电力，汽车，轻工，环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格 的不断提高，器应用领域不断扩大，从应用类型看大致可归纳为以下几个方面： 2.2.1 强量逻辑运算
利用PLC最基本的逻辑运算，定时，计收等功能实现逻辑运算，科取代传统的继电器控制用于单片机控制，多机群控制，生产自动线控制等。例：机床，注塑机印刷机械，装配生产线，电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。 2.运动控制
大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能广泛用于各种机械设备。例如：各种机床，装配机械。机器人等进行运动控制。 3.过程控制
大，中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能。有的小型PLC也具有模拟量输入输出，所以PLC可实现模拟量控制而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于铝炉，反应堆，水处理，酿酒及闭环位置控制和速度控制等方面。 4.数据处理
现代的PLC都具有数学运算数据传递，转换，排序和查表等功能，可进行数据的采集，分析和处理，同时的通过通信接口将这些数据传送给其电智能装置。例如：CNC设备进行处理。 5.通信联网
PLC的通信包括PLC与PLC，PLC与计算机，PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元，通信转换单元相连构成网络，已实现信息的交换和构成。集中管理分散控制的多级分布式控制系统。满足工厂自动化（FA）
3 系统发展的需要。 2.2.2 国外PLC发展概况
PLC在问世以来，经过40多年的发展。在美、德国等工业发达国家已成为重要的产业之一，世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC。较多的有美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、欧姆龙等；德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司。韩国：三星、LG公司等
PLC的发展前景
（1）产品规模向大小两个方向发展
大：I/O点数达14336点，32位微处理器，多CPU并行工作 ，大容量存储器，扫描速度快高速；
小：整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本； （2）PLC在闭环过程中应用日益广泛； （3 不断加强通讯功能； （4）新器件和模块不断推出
第三章 可编程控制器的编程语言
3.1可编程控制器的几种编程语言
可编程控制器的编程语言按IEC61131-3国际标准来分主要包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括:梯形图(LD-Ladder Diagram)、功能块图(FBD-Function Block Diagram)、顺序功能图(SFC-Sequential Function Chart)。文本化编程语言包括:指令表(IL-Instruction List)和结构化文本(ST-Structured Text)。这些语言是基于WINDOWS操作系统的编程语言.而SFC编程语言则在两类编程语言中均可使用。下面分别来介绍这几种编程度语言。
3.1.1梯形图编程语言(LD-Ladder Diagram)
梯形图来源于继电器逻辑控制系统的描述，是PLC编程中被最广泛使用的一种图形化语言，由于梯形图类似于继电器控制的电气接线图，便于理解,因此许多编程人员和维护人员都选择了这一编程方式。而且其图形结构类似于登高用的梯子，故名梯形图。梯形图程序的左右两侧有两垂直的电力轨线，左侧的电力轨线名义上为功率流从左向右沿着水平梯级通过各个触点、功能、功能块、线圈等提供能量，功率流的终点是右
4 侧的电力轨线。每一个触点代表了一个布尔变量的状态，每一个线圈代表了一个实际设备的状态，一个简单的梯形图程序如图1所示:
图3.1
梯形图程序示例
梯形图的每个梯级表示一个因果关系,事件发生的条件表示在梯形的左面,事件发生的结果表示在梯级的右面。
梯形图编程语言具有如下特点: (1) 与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性; (2) 与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习; (3) 对于复杂控制系统描述,仍不够清晰; (4) 可读性仍不够好。
几乎所有PLC厂商提供的PLC都支持梯形图编程语言,而且都比较容易理解，只是在梯形图结构上可能稍有变化。比如西门子的S7系列梯形图就没有右边的电力轨线。有时在有此参考书中右边的电力轨线也常常被省略。
3.1.2 功能块图编程语言(FBD-Function Block Diagram)
功能块图编程语言采用功能模块表示所具有的功能，不同的功能模块具有不同的功能。功能模块用矩形来表示，每一个功能模块的左侧有不少于一个的输入端，右侧有不少于一个的输出端。功能模块的类型名称通常写在块内，其输入输出名称写在块内的输入输出点对应的地方。
功能模块基本上分为两类:基本功能模块和特殊功能模块。基本功能模块如AND，OR XOR等等.特殊功能模块如ON延时，脉冲输出，计数器等等。 功能块编程语言具有以下特点: (1) 以功能模块为单位,从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变的容易; (2) 功能模块用图形化的方式描述功能，较直观易掌握，方便组态，易操作。是有发展前途的一种编程语言; (3) 对较复杂系统，由于控制功能关系能够比较清晰的描述，因此缩短了编程和调试时
5 间; (4) 因为每一个功能模块要占用一定程序存储空间，对功能块的执行需要一定的执行时间，因此，这种语言在大中型可编程控制器和分散控制系统中应用较广泛。
第四章 PLC控制机械手的系统设计
4.1各电器设备的控制方式及控制要求
1 机械手的技能和特性
根据古典力学观点，物体在三维空间的静止位置是由三个坐标和绕三轴旋转的角度来决定的。因此，抓握物体的位置和方向（即关节间的角度）能从理论上求得。据资料介绍，如果采用的机械手，其机能要接近人的上肢，则需要具有27个自由度，而每一个自由度至少要有一根“人造肌肉”。这样就需要安装27根重量轻、小型和高输出力的“人造肌肉”。就目前的技术状况而言，上述功能还很难办到。而且把机械手的功能搞得那么复杂，动作彼此严重重叠也是完全不必要的。退一步，如果机械手要求具有完全通用的程度，那么它的整机、本体、手臂和手指都得有三个直线运动和三个旋转运动，总共就要有24个自由度。这在实际上也是不必要的，这样会使机械手结构复杂，费用增多。因此，不应盲目模仿人手的动作，增加过渡的自由度，而应根据实际需要的动作，设计出最少的自由度就能完成作业所要求的动作。所以一般专用的机械手（不包括握紧动作）通常具有二到三个自由度。而通用机械手一般取四到五个自由度。
6 本设计中设计的机械手，它共有五个自由度。即：手臂伸缩、手臂上下摆动、手臂左右摆动、手腕回转、手指抓握。
2 .躯干和传动系统
机械手的传动分为液压、气压、电气和机械四种，本设计采用综合传动方式，即手臂采用电气传动，而手爪则采用气压传动。
(1)、夹紧机构
机械手手爪使用来抓取工件的部件。手爪抓取工件是要满足迅速、灵活、准确和可靠的要求。设计制造夹紧机构——手爪时，首先要从机械手的坐标形式、运行速度和加速度的情况来考虑。其加紧力的大小则根据夹持物体的重量、惯性和冲击力的大小来计算。同时考虑有足够的开口尺寸，以适应被抓物体的尺寸变化，为扩大机械手的应用范围，还需备有多种抓取机构，以根据需要来更换手爪。为防止损坏被夹的物体，夹紧力应限制一定的范围内，并镶有软质垫片、弹性衬垫或自动定心结构。为防止突然停电被抓物体落下，还可以有自锁结构。夹紧机构本身则应结构简单、体积小、重量轻、动作灵活和动作可靠。
夹紧机构形式多样，有机械式、吸盘式和电磁式等。有的夹紧机构还带有传感装置和携带工具进行操作的装置。本设计采用机械式的夹紧机构。
机械式夹紧机构是最基本的一种，应用广泛，种类繁多。如按手指运动的方式和模仿人手的动作，可分为回转型、直进型；按夹持方式可分为内撑式、外撑式和自锁式；按手指数目可分为二指式、三指式、四指式；按动力来源可分为弹簧式、气动式、液压式等。本设计采用二指式气动手爪。由可编程控制器控制电磁阀动作，从而控制手爪的张闭。手爪的回转则用一个直流电动机完成，同时通过两个限位磁头完成回转角度的限位，一般可设置在180度。 (2) 躯干
躯干由底盘和手臂两大部分组成。
底盘是支撑机械手全部重量并能带动手臂旋转的机构。底盘采用一个直流电动机驱动，底盘旋转时带动一个旋转码盘旋转，机械手每旋转3度发出一个脉冲，由传感器检测并送入可编程控制器，从而计算底盘旋转的角度。同时，在底盘上装有限位磁头，最大旋转角度可达270度。
手臂是机械手的主要部分，它是支撑手爪、工件并使它们运动的机构。本设计中手臂由横轴和竖轴组成，可完成伸缩、升降的运动。手臂采用步进电动机带动丝杠、螺母来实现伸缩和升降运动。由可编程控制器发出脉冲信号，经步进电动机驱动器驱动步进电动机旋转，带动滚珠丝杠旋转，完成手臂的运动。改变发出脉冲的个数，可控制手臂的两个轴运动的距离。同时在两轴的两端分别加限位开关限位。采用丝杠、螺母结构传
7 动的特点是易于自锁，位置精度较高，传动效率较高。
4.2电器元件、设备的选择
PLC机型的选择
根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，可进行PLC型号的选定。
进行PLC选型时，基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修、备件的通用性。对开关量控制的系统，当控制速度要求不高时，一般的PLC都可以满足要求，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。当控制速度要求较高、输出有高速脉冲信号等情况时，要考虑输入/输出点的形式，最好采用晶体管形式输出。对带有部分模拟量控制的ｗ装置等。 2 输入/输出的点数：
I/O点数可以衡量PLC规模的大小。准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数并考虑今后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，一般应加上10%-20%的备用点数。多数小型PLC为整体式，具有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单的系统。模块式结构的PLC采用主机模块与输入模块、功能模式块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多、控制要求复杂的系统。
此外，还应考虑用户储存器的容量、PLC的处理速度是否能满足实时控制的要求、编程器与外围设备的选择等。
本设备控制的对象是一个开关量控制的系统，同时利用脉冲控制步进店动机的运转，故应采用晶体管形式的输出。松下FPO系列小型PLC具有性价比高、功能完善、指令丰富等优点，能满足本对象各项控制性能要求，因此，本系统采用松下FPO系列的FPO——C16T作为基本模块，能输出两路脉冲信号进行步进电动机的控制。由于输入输出点不够，扩展一个FPO——E16RS模块。 3
电源模块的选择：
采用Dm150系列开关电源。其特点是输出功率大，体积小，重量轻，可靠性高，适应宽范围的输入电压波动，具有完备的过电压、过电流保护功能。 主要参数：
输入交流电压：110~220V/50Hz、60Hz
8 输出直流电压：24V/6.5A 最大功率：156W 工作环境：-10~40度 4 .步进电动机的选择：
采用二相八拍混合式步进电动机，主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等特点。型号：42BYGH101。
快接线插头中的红色表示A相，蓝色表示B相。
使用时如果发现步进电动机转向不对时可以将A相或B相两根线对调。 （1）.步进电动机驱动模块
采用中美合资SH系列步进电动机驱动器，主要由电源输入部分、信号输入部分、
输出分等。如下图所示。
驱动模块
电源输入部分由电源模块提供，用两根导线连接，注意极性。
信号输入部分：信号源由FPO主机提供。由于FPO提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，中间加了保护电路。
输出部分：与步进电动机连接，注意相序。 （2.）传感器
采用接近开关作为手爪旋转和底盘旋转限位检测用;采用微动开关作为横轴、纵轴限位检测用。
接近开关：接近开关有三根连接线（红、蓝、黑）红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。
9 微动开关：当挡块碰到微动开关动作（常开点闭合）。
（3） FPO模块
由松下FPO系列PLC晶体管输出的主机，具有高速运算能力、PID调节功能，同时可以输出两路脉冲控制两台电动机的优点。输出两路脉冲梯形图及f/t。
（4） 直流电动机
采用36ZY5-12型直流电动机。输入电压为12~24V,由FPO模块控制电动机正反转。 （5）旋转码盘
机械手每旋转3度发出一个脉冲。
4.3 控制流程图
机械手工作流程图如下图所示。把可编程序控制器主机上的RUN-PROG的开关拨在RUN上，如果机械手不在初始位置上，步进电动机开始运转（横轴向手爪那边移动，竖轴向上移动）。归位后首先横轴步进电动机工作，横轴前伸；前伸到位后，手抓电动机得电带动手爪旋转；当传感器检测到限位磁头时，电动机停止，PLC控制电磁阀动作，手张开；延时一段时间，竖轴步进电动机工作，竖轴下降；下降到位后，电磁阀复位，手爪加紧；延时过后，竖轴上升，同时横轴缩回、底盘都到位后，横轴前伸；到位后手爪旋转，然后竖轴下降，电磁阀动作，手张开；延时后竖轴上升复位；然后开始下一周期动作。
图4.1机械手控制流程图
4.4控制系统的软、硬件设计 1 控制系统硬件设计
PLC硬件设计是指PLC外部设备的设计。在硬件设计重要进行输入设备的选择（如控制按钮、开关及计量保护装置的输入信号等），还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等。硬件设计还包括PLC输入/输出通道的分配，为便于程序设计和阅读，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O编号、设备代号、名称及功能等。机械手控制系统电器原理图。
可编程序控制器采用松下FP系列的FPO——C16T作为基本模块，由于输入输出点
11 不够，扩展一个FPO——E16RS模块。由于接近开关有三根线，接线时注意把红色的线接电源的正极，黑色线接电源的负极，蓝色的线接PLC的输入端子。 2 控制系统的软件设计
软件设计主要是指编写工艺流程图，即将整个流程分解为若干步，确定每步的控制要求及转换条件，配合定时、计数、分支、循环、跳转及某些特殊功能指令便可完成梯形图的设计。 I/O地址分配 I/O地址分配如表所示 I/O地址分配一览表
输入： X0 X1 X2 X3 X4 X20 X21 X22 X23 横轴正限位 竖轴正限位 横轴反限位 竖轴反限位 旋转脉冲 手正转限位 手反转限位 底座正限位 底座反限位
输出： Y0 Y1 Y2 Y3 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24
横轴脉冲 竖轴脉冲 横轴方向 竖轴方向 手正转 手反转 底座正转 底座反转 电磁阀动作
(1).确定输入输出接点的总数
输入接点：启动按钮SB、行程开关SQ1——SQ
4、光电开关SQ5，一共6个。输出接点：YV1——YV2总共5个。 (2).估算PC内存总数
选取PC类型，PC内存总数取决于程序指令总条数。PC内存总数又是选取PC类型的重要依据，为此依据下面的经验公式对指令总条数进行估算。 指令总条数=（10——20）*（输入点数+输出点数）
本例中指令总条数为（10——20）*（6+5）=110——220条。 (3).输入输出点分配
如下图是机械手输入和输出信号与PC输入输出端子的分配图，其中根据需要增加了机械手回到原位时的指示灯，为了防止误按启动按钮引起机械手的误动作，增加了复位按钮，启动时需要先按复位按钮在按启动按钮，否则机械手不会动作。
图4.2机械手PC输入/输出端子的分配
(4).方案选择
考虑到机械手在工作时间时可能发生误动作行程开关而引起的不安全动作，各个输入开关信号只能在规定的状态发生作用，例如，SQ1的闭合信号只能当机械手位于原位而且按下SB2后或从原位右移到右位后才能起作用，其他状态时SQ1不起作用。为了达到这一目的，选择使用移位寄存器来完成顺序控制。 3 梯形图设计
机械手的控制属顺序控制，采用步进指令，根据说明机器工作状态转换的图形，很容易进行程序设计。
（1） 根据机械手的工作方式情况，选择“梯形图的总体设计
单步操作”方式时，应执行“单步操作”程序；在选择“返回原位”方式时，应执行“返回原位”程序; “自动”方式时，应执行“自动”程序，故梯形图的总体构成如下图所示。其中，自动程序要在启动按钮按下时才执行。
图4.3机械手PLC控制梯形图总体构成
（2） 各部分梯形图的设计
通用部分梯形图设计
A状态器的初始化：初始状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关处于“返回复位”（X501接通）时，按下返回复位按钮（X505）时被置位;在“单步操作”（X500接通）时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动作复位操作，即在方式选择开关位于“单步操作”或 “返回复位”时，中间状态器同步复位，故初始状态梯形图如下图示（如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要M71）
状态器初始化梯形图。
B状态器转换启动：若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位后，按下启动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步步向下传递，即可以进行转换。在执行“连续操作”程序时，转换启动继电器M575一直保持到停机按钮按下为止。另一方面，采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时，从初始状态开始进行转换，其梯形图如下图。
图4.4状态器转换启动梯形图
C状态器转换禁止梯形图：激活特殊辅助继电器M574，并用步进指令控制状态器转换时，状态器的自动转换就被禁止。
在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并保持，操作停止在现行工步。当按下启动按钮时，从现行工序重新开始工作，M574应复位，即重新允许转换。
在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但每按下一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一步。
在“手动”工作方式（单一操作，返回原位）情况下，禁止进行状态转换。在手动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除，M574复位。
PLC在启动时，用初始化脉冲M71使M574自保持，以次禁止状态转换，直到按下启动按钮。状态器转换禁止梯形图如下。
图4.5状态器转换禁止梯形图
通过对上图的分析可得出：在执行“单步操作”和“返回原位”程序时，M575一直不能被接通，而M574长期被接通（按下启动按钮时除外）；执行“步进”程序时，每按一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的状态可一步一步向下转换，直至按下停止按钮时，M574自锁，状态器的状态转换被禁止，操作停止现行工序（再次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；在执行“连续操作”程序时，M575一直接通到按下停止按钮，此时M574一直不能接通。
D单步操作梯形图
手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方法来设计梯形图。“单步操作”时，按下夹持按钮时，夹持输出Y431自保持，只有按下松开按钮时，Y431才会复位；按下上升按钮，上升输出Y432保持接通；按下下降按钮，Y430保持接通；在上限位按下左行按钮，左行输出Y434保持接通；在上限位按下右行按钮，右行输出Y433保持接通。单步操作是梯形图如下图。
图4.6机械手单步操作梯形图
E返回原位梯形图
在“返回原位”状态下，“夹持”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形图如下图。
图4.7机械手返回原位梯形图
F “自动”状态梯形图
如下图表示了机械手自动工作时执行各工步的情况。表明了各工步的实现以及各工步的转换条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y430接通。自下限位置时，X401接通，转化为“夹持”过程。在夹持工步中，夹持电磁阀Y431置位，同时驱动T450。T450接通后，转化为第一次上升。此后执行类似的操作，完成由初始条件到下一个初始条件的一系列操作。在夹持输出Y431置位后，保持夹持，直到夹持输出复位松开。如上述一步步按顺序驱动各个负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。这种控制过程用继电器符号程序很难实现程序设计。
图4.8机械手自动工作流程图
用状态器替代自动工作流程图中的各工步，可得到如下图所示的功能表图。初始状态在图中用双线框表示。
图4.9机械手自动工作功能表图
根据上图所示的功能表图，可设计出自动操作时的梯形图，如下图所示。
图4.10机械手自动工作梯形图
20 绘制机械手PLC将控制梯形图
将从初始化开始的一系列梯形图，按照总体构成图的形式作何在一起，得到机械手PLC控制的梯形图，如下图所示。
21
22
图4.11机械手PLC控制梯形图
23 该机械手在自动工作状态时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放至自动工作方式下。若自动工作状态解除，则应将工作方式选择开关放至“单步操作”位置。
4.5 功能表图设计
步的划分
分析被控对象的工作过程及控制要求，将系列的工作过程划分成若干阶段，这些阶段称为“步”。步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。如下图所示，某液压动力滑台的整个工作过程可划分为四步，即：0步A、B、C均不输出；1步A、B输出；2步B、C输出；3步C输出。在每一步内PLC各输出量状态均保持不变。
步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象的状态变化应该是由PLC输出状态变化引起的。如下图所示，初始状态是停在原位不动，当得到起动信号后开始快进，快进到加工位置转为工进，到达终点加工结束又转为快退，快退到原位停止，又回到初始状态。因此，液压滑台的整个工作过程可以划分为停止（原位）、快进、工进、快退四步。但这些状态的改变都必须是由PLC输出量的变化引起的，否则就不能这样划分。例如：若从快进转为工进与PLC输出无关，那么快进、工进只能算一步。
总之，步的划分应以PLC输出量状态的变化来划分，因为我们是为了设计PLC控制的程序，所以PLC输出状态没有变化时，就不存在程序的变化。
24 2.
转换条件的确定
确定各相邻步之间的转换条件是顺序控制设计法的重要步骤之一。转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器触点的动作（通/断）等。
如上图“步的划分方法二”所示，滑台由停止（原位）转为快进，其转换条件是按下起动按钮SB1（即SB1的动合触点接通）；由快进转为工进的转换条件是行程开关SQ2动作；由工进转为快进的转换条件是终点行程开关SQ3动作；由快退转为停止（原位）的转换条件是原位行程开关SQ1动作。转换条件也可以是若干个信号的逻辑（与、或、非）组合。如：A1*A
2、B1+B2。3. 功能表图的绘制
根据以上分析画出描述系统工作过程的功能表图，是顺序控制设计中最为关键的一个步骤。绘制功能表图的具体方法将在下面介绍。 4. 梯形图的编制
根据功能表图，采用某种编程方式设计出梯形图程序。有关编程方式建在下一节中介绍。
5 功能表图的绘制方法 A
功能表图概述
功能表图又称流程图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种徒刑。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，是一种通用的技术语言，因此，功能表图也可用于不同专业的人员进行技术交流。
功能表图是设计顺序控制程序的有力工具。在顺序控制设计法中，功能表图的绘制是最关键的一个环节。它直接决定用户设计的PLC程序的质量。
各个PLC厂家都开发了相应的功能表图，各国也动制定了功能表图的国家标准。我国于1986年也颁布了功能图的国家标准（GB6988.6——86）。 B
功能表图的组成要素
如下图所是为功能表图的一般形式。它主要是由步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。
25
C
步与动作
前面已介绍过，用顺序控制设计法设计PLC程序时，应根据系统输出状态的变化，将系统的工作过程划分成若干个状态不变的阶段，这些阶段称为“步”。步在功能表图中用矩形框表示。如
，框内的数字是该步的编号。如下图所示各步的编号为n-
1、
。当系统正工作于某一步时，该步处于活动状态，
，每个功能表图至少应n、n+1。编程时一般用PLC内部软继电器来代表各步，因此经常直接用相应的内部软继电器编号作为步的编号，如该有一个初始步。
所谓“动作”是指某步活动时，PLC向被控系统发出的命令，或被控系统应该执行的动作。动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。如果某一步有几个动作，可用下图中的两种画法来表示，但并不隐含这些动作间的任何顺序。
称为“活动步”。在功能表图中初始步用双线框表示，如
当步处于活动状态时，相应的动作被执行。但应注意表明动作是保持型还是非保持型的。保持型的动作是指该步活动时执行该动作，该步变为不活动后继续执行该动作；非保持型动作是指该步活动时执行，该步变为不活动时动作也停止执行。一般保持型的动作在功能表图中应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。 D
有向连线、转换和转换条件
26 如上图“功能表图的一般形式”所示，步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时，其进展方向是从上倒下、从左到右。如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头注明方向。步的活动状态进展是由转换来完成的。转换是用与有向连线垂直的短划线来表示。步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须由步隔开。转换条件是与转换相关的逻辑命题。转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注表示转换的短划线旁边。
转换条件和，分别表示当二进制逻辑信号为“1”和“0”状态时条件成立；转换条件和1.分别表示的是，当从“0”（断开）到“1”（接通）和从“1”到“0”状态条件成立。
功能表图中转换的实现
步与步之间实现转换应同时具备两个条件：①前几步必须是“活动步”；②对应的转换条件成立。
当同时具备以上两个条件时，才能实现步的转换，即所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动，而所有由有向连线与相应转换符号相连的前几步都变为不活动。 2.功能表图的基本结构
根据步与步之间转换的不同情况，功能表图有以下几种不同的基本结构形式。 （1）单序列结构
功能表图的单序列结构形式最为简单，它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。，每一步的后面只有一个转换，每一个转换后面只有一步。 （2）选择序列结构
选择序列有开始和结束之分。选择序列的开始称为分支，选择序列的结束称为合并；选择序列的分支是指一个前级步后面紧接着有若干个后续步可供选择，各分支都有各自的转换条件。分支中表示转换的短划线只能标在水平线之下。
如下图所示为选择序列的分支。假设步4为活动步，如果转换条件a成立，则步4向步5实现转换；如果转换条件b成立，则步4向步7转换；如果转换条件c成立，则步4向步9转换。分支中一般同时只允许选择其中一个序列。
27
选择序列的合并是指几个选择分支合并到一个公共上。各分支也都有各自的转换条件，转换条件只能标在水平线之上。
如下图所示为选择序列的合并。如果步6为活动步，转换条件d成立，则由步6向步11转换；如果步8为活动步，且转换条件c成立，则步8向步11转换；如果步10为活动步，转换条件f成立，则步10向步11转换。
（3）并列序列结构
并列序列也有开始与结束之分。并列序列的开始也称为分支，并列序列的结束也称为合并。下图（a）所示为并列序列的分支，它是指当转换实现后将同时使多个续步激活。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。如果步3为活动步，且转换条件c也成立，则
4、
6、8三步同时变成活动步，而步3变为不活动。应当注意，当步
4、
6、8被同时激活后，每一序列接下来的转换将是独立的。下图（b）所示为并列序列的合并，当直接在双线上的所有前级步
5、
7、9都为活动步时，转换条件d成立，才能使转换条件实现，即步10变为活动步，而步
5、
7、9均变为不活动步。
28
（4）子步结构
在绘制复杂控制系统功能表图时，为了使总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，能更简洁地表示系统的整体功能和全貌，通常采用“子步”的结构形式，可避免一开始就陷入某些细节中。
所谓子步的结构是指在功能表图中，某一步包含着一系列子部和转换。如下图所示的功能表图采用了子步的结构形式。功能表图中步5包含了5.1、5.
2、5.3、5.4四个子步。
子步结构
这些子步序列通常表示整个系统中的一个完整子总能，类似于计算机编程中的子程
29 序。因此，设计时只要先画出简单的描述整个系统的总功能表图，然后再进一步画出更详细的子功能表图。子步中可以包含更详细的子步。这种采用子步的结构形式，逻辑性强，思路清晰，可以减少设计错误，缩短设计时间。
功能表图除以上四种基本结构外，在实际使用中还经常碰到一些特殊序列，如跳步、重复和循环序列等。
（5）跳步、重复和循环序列
除以上单序列、选择序列、并行序列和子步四种基本结构外，在实际系统中经常使用跳步、重复和循环序列等特殊序列。这些序列实际上都是选择序列的特殊形式。 如下图（a）所示为跳步序列，当步3为活动步时，如果转换条件c成立，则跳过步4和步5直接进入步6。
如下图(b)所示为重复序列，当步6为活动步时，如果转换条件d步成立而条件e成立，则重复返回步5，重复执行步5和步6。直到转换条件d成立，重复结束，转入步7。 如下图（c）所示为循环序列，在序列结束后，即步3为活动步时，如果转换条件e成立，则直接返回初始步0，形成系统的循环。
跳步、重复和循环序列
在实际控制系统中，功能表图中往往不是单一地含有上述某一种系列，而经常是上述各种序列结构的组合。
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第五章 设计小结
毕业设计是我们毕业前夕最后也是最重要的一份作业，是对我们三年求学的一个总结，包含了我们三年中所学知识的积累，更是提升我们能力的一种方式。同时也是对我们学业的考核使我们的学业得以圆满结束。
经过一段时间的设计，可编程控制器和机械手的设计完毕，机械手的模型已设计完毕，其功能基本达到要求。整个系统稳定性好，而且只要修改控制程序，就可以让机械手作出不同的动作，控制的柔性很好。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习与探索的过程。在这个过程中，我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械手的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识和深刻的体会，并在学习和实践过程中增长了知识、丰富了经验。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行于调试的过程来进行。系统的分析和设计是一项既复杂又辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程，在设计过程中，要边学习，边实践，遇到新的问题就不断探索和努力直到问题得到解决。
在设计中，体会到理论必须和实际相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多差异，出现了许多意想不到的问题。许多问题都是书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到要求的系统。
31 参 考 文 献
可编程序控制器的原理及应用
机械工业出版社
主编
王卫兵 可编程序控制器的原理应用试验
机械工业出版社 主编
常斗南 机电传动与控制
华中理工大学出版社
主编 程宪平数控机床电气控制
西安电子科技大学出版社
主编机电一体化系统设计
高等教育出版
主编
张建民
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姚永刚
谢辞
紧张充实的毕业设计就要结束了，大学三年的生活也到了尾声。回想起以往的美好时光，此时感慨万千，首先感谢指导教师党老师在毕业设计中对我的帮助，鼓励和精心指导，党老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄廓，关键是指导有方严格我们要求，为我营造了一种良好的精神氛围。置身党老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕然一新，也改善了我的思考方式，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。其严以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，令我如沐春风，倍感温馨。一股暖意细水长流，源自内心而又沐润全身，微言寸语岂能祥诉感激之情，只好铭记心中，唯有虔诚的祝福导师合家欢乐，一生平安。同时，也将祝福送给每一位帮助我的师长。同时感谢我的同学在我的毕业设计过程其中对我莫大的鼓励。毕业设计的完成也算是对我们学习生涯的一个句号，回想三年大学时光，与老师和同学们的点点滴滴，你们给与我的种种帮助，使我得以今天能顺利完成毕业设计，完成学业。谢谢你们，我所有的老师与同学。最后衷心的祝愿你们工作顺利、家庭幸福、身体健康！
感谢我的朋友和同学们在我三年生活和学习中对我的帮助，就要分别了，衷心祝福各位一路走好。再次感谢各位老师和同学，希望大家以后工作顺利。谢谢！！
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第15篇：plc
PLC故障
PLC常见故障分为功能性故障和硬件故障，硬件故障占80%以上。PLC硬件部分包括外围线路、电源模块、I/O模块等。其中外围线路由现场输入信号和现场输出信号，及导线、接线端子及接线盒等组成。PLC本身故障和处理方法：
1、plc受干扰引起的故障
PLC受干扰将会影响系统信号，造成控制精度降低、PLC内部数据丢失、机器误动作，甚至引发人身设备事故，因此要采取措施。
干扰有外部干扰和内部干扰。外部干扰是随机的，与系统结构无关，内部干扰与系统结构有关。
PLC在工作现场使用的抗干扰措施，通常从接地保护、接线安排、屏蔽和抗噪声等4个方面着手考虑。
1）接地保护。对供电系统中的强电设备的外壳、框架以及操作手柄等金属构件必须保护接地；PLC内部电路共接数字地，外部电路共接模拟地；PLC非接地工作时，其安装支架要容性接地。
2）接线安排。在plc系统中，导线主要有plc的负载电源线，交、直流电压的数字量、模拟量信号线等。
电气柜内线路要按要求排布：只有屏蔽的模拟量输入信号线才能与数字量信号线同槽布置，只有屏蔽的220V电源线才能与信号线同槽布置，电气柜进出口的屏蔽一定要接地。
电气柜外线路要按要求排布：交直流电压的数字量信号线和模拟量屏蔽电缆信号线一定要各自用独立电缆，信号电缆和电源电缆同槽布置时要间隔10cm布线。
3）屏蔽。包括PLC机壳屏蔽和电缆屏蔽。一般将PLC机壳于电气柜浮空，在PLC机壳底板上加装一块等位屏蔽板，且与保护接地保持一点连接，以消除磁场干扰。
4）抗噪声措施。金属屏蔽抗强磁场，电控柜内不用荧光灯具，采用隔离变压器等措施提高电源抗干扰。
2、PLC周期性死机
工作环境差、长时间的积灰是造成PLC周期性死机的最常见原因，所以应定期对PLC机架插槽接口处进行清扫。用干净毛刷清扫，用皮老虎等吹净插槽中灰尘，最后用95%酒精洗净插槽和插头。
3、PLC程序丢失
PLC程序丢失通常是由于接地不良、接线有误、操作失误和干扰等几个方面造成的。措施：
1）PLC主机及模块必须有良好的接地。通常采用主机外壳与开关柜外壳连接的接地方式，另外，保证I/O模块24V直流电源负极有良好的接地。
2)主机电源接线端子相线必须接线正确，不然也会出现主机不能启动，时常出错或程序丢失的现象。
3）备份一个程序包，防止程序丢失。
4）使用编程器查找故障时，应将锁定开关置于垂直位置，拔除就可起到保护内存的功能，要注意PLC系统的断电顺序不能出错。
5）尽可能抑制和削弱干扰。
第16篇：基于PLC控制的机械手设计(毕业论文)摘要
摘要
本文的主要内容是基于PLC的机械运动手控制，工业机械手是工业生产的产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定程序输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。本文将通过PLC程序来实现机械手的运动控制，PLC是一种以微处理器为核心的工业控制装置，它采用了可编程序的存储器，可以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时器、计数器和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的设备或生产过程。本文中机械手涉及到8个动作过程，我们将通过V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6PLC编程软件来对其工作过程进行编程设计，V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6编程软件操作简单方便，而且还可以通过和计算机的通信实时的对工作程序进行模拟调试和修改，工业机械手是工业机器人的一部分，是机电一体化的结合，为了使工业机械手的操作自动化程度提高，本文还将加入机械手人机界面控制，通过触摸屏的来对机械手的运功过程进行操作，人机界面能更加直观方便的对机械手的运动过程进行控制和实时监控，本文将使用SIMATIC WinCC flexible 2007人机界面软件来对机械手人机界面进行设计，使用PLC编程控制器和人机界面一起对工业机械手的运动过程进行控制。
关键字： 工业机械手 PLC 人机界面 机电一体化
Abstract
The main content of this paper is based on the PLC mechanical movements of the hand control, industrial machinery hand is the product of industrial production, it is a copy of the upper part of the human body functions, in accordance with predetermined program conveying workpieces or hold the tools to operate the equipment automation technology, to achieve industrial production automation, the promotion of industrial production of the further development plays an important role in.This will be through the PLC program to the manipulator motion control, PLC is a microproceor as the core of industrial control device, it uses a programmable memory, can be in the implementation of its internal storage logical, sequential control, timer, counter and arithmetic operations such as instructions, and through digital, analog input and output, the control of various types of equipment or production proce.In this paper the manipulator relates to the 8course of action, we will be through the V4.0STEP 7MicroWIN SP6PLC programming software on its working proce of programming, V4.0STEP 7MicroWIN SP6 programming software operation is simple and convenient, but also through the communications and computer real time on work procedure of the simulation to debug and modify, industrial machinery hand is industrial robot part, is the integration of mechanical and electrical integration, in order to make the industrial manipulator operation has high degree of automation, this paper will also join the manipulator of man-machine interface control, through the touch screen to manipulator\'s moving proce, man-machine interface can be more intuitive and convenient for the manipulator motion proce control and real time monitoring, this paper will use the SIMATIC WinCC flexible 2007interface software for mechanical hand man-machine interface design, the use of PLC programming controller and human-machine interface for industrial manipulator motion proce control.Keywords : industrial machinery hand PLC man-machine interface integration of mechanical and electrical
第17篇：毕业论文参考皮带运输机控制PLC课程设计1.
前言
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。
皮带机是皮带输送机的简
本设计中采用 PLC 集中控制的办法,本设计中利用 PLC 简单可视化的程序, 采用了手动和自动控制的两种不同的控制方式。
本课程设计分为五章。 第 1章主要介绍皮带运输机的相关概述, 第 2章介绍 皮带运输机控制方案确定, 第 3章介绍皮带运输机硬件设计, 第 4章介绍皮带运 输机软件设计,第 5章主要介绍皮带运输机软件调试结果。
目 录
前言 ....................................................................................................1 第 1章 皮带运输机概述 ...................................................................3 第 2章 皮带运输机控制方案 .............................................................5 2.1 继电器控制 ..........................................................................5 2.2 微机控制 ................................................................................5 2.3 PLC控制 .................................................................................5 2.4 方案确定 ..............................................................................5 第 3章 皮带运输机硬件设计 .............................................................7 3.1 电路元件选择 ........................................................................7 3.2 主电路设计 ..........................................................................8 3.3PLC 接口电路设计 .................................................................8 第 4章 皮带运输机软件设计 .............................................................9 4.1 主程序设
计 ............................................................................9 4.2 自动子程序设计 ....................................................................9 4.3公用子程序设计 ....................................................................10 4.4 手动子程序设计 ..................................................................10 4.5 故障子程序设计 ...................................................................11 第 5章 皮带运输机软件调试 ............................................................11 5.1 公共调试 ....................................................................................11 5.2 软件调试 ....................................................................................11 5.3 系统联调 ...................................................................................12 第 1章 皮带运输机概述 1.1控制要求
皮带运输机由 4台皮带机组成, 4台皮带机分别用 4台电动机 (M1~M4 拖动, 如图 1所示,控制要求如下: M1 M2 M3 M4 图 1 皮带运输机系统示意图
(1启动时先起动最末一台皮带机,经过 5S 延时,再依次起动其它皮带机: 1234555M M M M S S S −→−−→−−→− (2停止时应先停止第一台皮带机 (M1,待料运送完毕后再依次停止其它皮 带机: 4321555M M M M S
S S −→−−→−−→− (3当某台皮带机发生故障时,该皮带机及其前面的皮带机立即停止,而该皮带 机后面的皮带机待料运完后才停止。例如当 M2故障时, M
1、M2应立即停,经过 5S 延时后, M3停,再过 5S 后 M4停。
1.2皮带运输机简介及摘要
皮带传输机是一种连续运输机械, 也是一种通用机械。 皮带传输机被广 泛应用在港口、电厂、钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。即可以运送 散状物料, 也可以运送成件物品。 工作过程中噪音较小,结构简单。 皮带传输机 可用于水平或倾斜运输。 皮带传输机还应用与装船机、卸船机、堆取料机等连续 运输移动机械上。皮带传输机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、
回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。 在大型港口或大型冶金企业, 皮带 传输机得到最广泛的应用。其总长度可大十几千米。
普通皮带传输机的提升角度一般不大 20度 , 原因是当皮带运输机的倾角大 于 20度时对大多数的物料来讲都会发生物料下滑的情况,即物料在皮带上的摩 擦力过小发生下滑。对输送煤炭的皮带传输机一般提升角度不大于 15度,对输 送烧结球团的皮带传输机提升角度不大于 12度。如果物料相对粒度较小,其提 升角度可选较大值。特殊的皮带传输机其提升角度可大于 45度,其皮带的构造 是特殊制造的。
皮带传输机的驱动装置由单个或多个驱动滚筒驱动, 驱动电机也可以是单个 电机或多个电机驱动。 一般驱动装置包括电动机、减速机、液力偶合器、制动器 或逆止器等组成。 偶合器的作用是改善皮带传输机的启动性能。 制动器和逆止器 是为了防止当皮带运输机停机时皮带向下滑动。
皮带传输机的电气保护和控制装置主要有:拉绳开关、皮带跑偏检测开关、皮带打滑检测、皮带防撕裂检测、料流检测、堵料检测、皮带秤。
皮带传输机所用的皮带有多种选择, 如钢芯带, 帆布芯带, 尼龙带, 聚脂带 等。 对载荷较小的皮带传输机一般选择帆布带。 如果皮带的载荷较大时可采用钢 芯带。所谓钢芯带是皮带中的芯部采用较细的钢丝绳承受载荷。
皮带传输机的输送能力可以为几百千克 /小时到万吨 /小时, 皮带的宽度可以 从 100-200mm 到 2600mm 。
第 2章 皮带运输机控制方案
控制方案有:继电器控制系统、微机控制方式、PLC 控制方式 2.1 继电器控制
控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的 电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作, 以实现电力拖动装置的自动 控制及保护, 系统复杂, 在控制过程中, 如果某个继电器损坏, 都会影响整个系 统 的正常运行,查找和排除故障往往非常困难,虽然继电器本身价格不太贵, 但是控制柜的安装接线工作量大, 因此整个控制柜价格非常高, 灵活性差, 响应 速度慢。
2.2 微机控制
微机控制也具有软硬件结合实现功能的特点, 而且目前的微机系统有专业的工控 机适用于工业控制环境,一 般维修人员难以掌握其维修技术,成本也较高。 2.3 PLC控制
由于它采用的是程序指令实现半导体电路来控制, 运行十分稳定、可靠; 由于它 内部有特定的计数器, 可实现对皮带运输机的步进控制, 又照顾到现场电气操作 维修人员的技能与习惯, 特别是 PLC 的程序编制, 不需要专门的计算机编程语言 知识, 而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式, 使用户程序编制 形象、直观、方便易学,调试与查错也都很方便。
2.4 方案确定
通过对多种设计方案的比较, 决定选择可编程控制系统, 相比于继电器系统, 它性能可靠性高,接线很简单,系统不复杂,易于维护,性能先进,易于改造。 和单片机系统相比, 它编程简单, 易于掌握, 连线简单。 工业控制计算机控制系 统性能先进, 但是价格昂贵, 系统复杂, 对于本系统而言实在是大材小用。 综上 所述, 本次设计应选
择 PLC 控制更为合理。 根据对自动配料皮带运输机控制要求 的分析,可以确定输入信号由启动、停止按钮 SB
1、SB2,物料传感器 SL
1、SL
2、SL3共计 5点输入:输出信号为搅拌电机接触器 M0、传感器 M
1、传送带接触器
M
2、传送带寄存器 M3,进料电磁阀 A、进料电磁阀 B、放料电磁阀 C ,共计 7点。 综合上述分析系统要求, 考虑到系统经济型和技术指标, 可选用三菱公司的 FX2N 系列 PLC ,机型为 FX2N-16MR 。
该机基本单元有 8个开关量输入点, 8个开关量输出点,能够满足系统控制 要求。
按下启动按钮 X0, M20接通并自保, 同时使并联在第 2行及串联在第 3行的 M20动合触点闭合,此时 M0接通并自保,第 3行串联的动合触点(为开启进料 电磁阀 A 准备及串联在第 12行的 M0动断触点断开 (切断执行皮带停止转动系 统 ,同时 M1接通并自保,使串联在第 4行的 M1动合触点闭合(为开启进料电 磁阀 B 作准备及串联在第 2行的 M1动断带触点断开(切断初始步系统,同 时使 Y4接通,物料 A 电磁阀打开,物料流入容器。
第 3章 皮带运输机硬件设计 3.1 电路元件选择
表 3-2 PLC I/O元件明细表
由题目给出的控制要求, 可以把顺序功能图分为 12步, 连同初始步共 13步。 每 一步驱动相关的负载, 设计思路同 STL 顺序功能图一样, 图 4-2给出了用 M 代表 步的顺序功能图。需要注意的是 M7步的转换条件是料位露出下传感器,也就是 X4由 ON 变为 OFF ,所以转换条件应该是 X4,下面是与顺序功能图对应的梯形图 4-3.图中 X0为启动信号, X1为停止信号,如果启保停辅助继电器 M20为 ON , M0为 ON 后能马上状态转移, 系统继续工作:如果 M20为 OFF , M0为 ON 后不能转移, 系统停在初始步。编写梯形图时,必须把所有够使 M 为 ON 的条件全部考虑到, 比如 M0电路, M20为活动步情况下, T8为 ON 将会使 M0为 ON ,所以将 M
12、T8的常开触点串联作为 M0的启动电路。可编程控制器开始运行时应将 M0置 ON , 否则系统无法正常运行, 故将 M20的常开触点与上述的电路并联, 并联后还应并 联上 M0的自保触点。 M0后续步 M1为 ON 应将 M0线圈断开,所以后续步 M1的常 闭触点与 M0德 线圈串联。 对于传送带的启动, 为了避免在前段运输皮带上造成
无聊堆积,要求逆物料流动方向按一定时间间隔顺序启动 PD-
3、PD-
2、PD-1, 停止时, 为了使运输皮带上不残留物料, 要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺 序启动 PS-
1、PD-
2、PD-3, M
7、M8两步都驱动负载 Y6,为了避免双线圈输出, 用 M
7、M8的常开触点并联集中驱动 Y2。具体的程序分析过程见 4.4节。
以 M 为编程软件的顺序功能图和 S 为编程软件的顺序功能图一样, 一般情况下, 每一步为 ON 时都要驱动一定得负载,条件不满足活动不转移。在状态转移过程 中, 相邻两步的状态同时为 ON 一个周期, 对于那些不能同时接通的外部负载 (如 正反接触器,为了保证安全,必须在外部设置硬件互锁。
3.2 主电路设计
3.3PLC 接口电路设计
由于学校 PLC 实验室所装 PLC 型号均为 S7-200 CPU224XP CN,考虑到硬件调试 的方便性,故 PLC 的型号定为 S7-200 CPU224XP CN。另外,由于此型号 PLC 自 带的输入点在实际应用时不够用,故需要外部扩展数字量输入模块 (EM221CN 8×24V DC。具体 I/O接线图如图 3-2所示, 第 4章 皮带运输机软件设计 4.1 主程序设计 图 4-1 主程序 4.2 自动子程序设计
根据对自动配料皮带运输机控制要求的分析, 可以确定输入信号由启动、停 止按钮 SB
1、SB2,物料传感器 SL
1、SL
2、SL3共计 5点输入:输出信号为搅拌 电机
接触器 M0、传感器 M
1、传送带接触器 M
2、传送带寄存器 M3, 进料电磁阀 A、进料电磁阀 B、放料电磁阀 C ,共计 7点。
图 4-2 自动子程序 4.3公用子程序设计
公用程序 (如图 4-6 用于处理各种工作方式下都要执行的任务, 以及不同工作方 式之间相互切换的处理。
左限位开关 I1.0、上限位开关 I1.2的常开触点及抓紧限位开关 I0.7的常 闭触点串联电路接通时, “原点条件” M1.5为通电状态。当机械手处于原点状态 时, 在程序执行的第一个周期 (SM0.1为 ON 或系统处于手动状态时, 初始步对应 的 M0.0被置位,为进入自动工作方式做好准备。如果此时 M1.5为 OFF ,亦即原 点条件不满足则 M0.0被复位, 初始步为不活动步, 按下启动按钮 I0.3也不能进 入下面的步,这时,系统将无法在自动方式下工作。
图 4-3 公用子程序 4.4 手动子程序设计
输出电路是自动程序的一部分,主要是对当前执行的步进行汇总,由输出点 输出以驱动外部设备。 M1.6是急停条件, 当满足条件时, Q0.0~Q0.6全部复位, 机械手将停在急停瞬间的状态,急停信号由启动信号取消。
图 4-4 手动子程序
4.5 故障子程序设计 图 4-5 M1 故障子程序 图 4-6 M2 故障子程序 图 4-7 M3 故障子程序 图 4-8 M4 故障子程序 第 5 章 皮带运输机软件调试 5.1 公共调试 在上位机上编写好公用程序，对其进行编译，编译无错误后下载到 PLC 中。 按照 PLC I/O 接线图接好，开始调试。首先打开 PLC 的上位机监控，然后开启 PLC 电源。当开关 I1.0 和开关 I1.2 动作且开关 I0.7 处于断开状态时，可以看 到 M1.5 线圈处于通电状态，此时打开开关 I0.0，线圈 M0.0 置位，打开自动程 序则可看到 M0.0 线圈处于通电状态，而且 M0.1～M1.2 均处于断电状态，按下启 动按钮 I0.3，无动
作。 5.2 软件调试 将设计好的程 极管来显示，一般不用接 PLC 实际的负载(如接触器、电磁阀等。可以根据 功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点 的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否 符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确
变化， 即该转换所有的前级步是否变为不活动步， 所有的后续步是否变为活动步， 以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。 在调试时应充分考虑各种可能的情 况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种 可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和 PLC 中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要 求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在 调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调 试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC 之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。 5.3 系统联调 输入继电器 （X）PLC 的输入端 进制输入的地址，输入 X000 ～ X007，X010 ～X017，X020 ～X027 。它们 一般位于机器的上端。 输出继电器（Y）PLC 的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继 电器的线圈由程序控制， 输出继电器的外部输出主触点接到 PLC 的输出端子上供 外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/ 常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的 。各基本单元都是八进 制输出，输出为 Y000 ～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027 。它们一般位于机器 的下端。 辅助继电器（M） ：PLC 内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一 样，由 PLC 内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的 任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但 是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实 现。 如下图中的 M300， 它只起到一个自锁的功能。 FX2N 中普遍途采用 M0～M499， 在 共 500 点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅 助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。
结束语 这个学期开设了 PLC 实训的课程，跟以前所有开设的课程有很大的区别，这 门课程的灵活性很强，充分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学 到多少东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好 体现了这一点。此次的实训以 以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过 程中最好要不停的改善 ，让我深切的认识到实践的重要性我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多 与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可 以打造一片属于自己的天地。经 过 一 周 的 实 训 ， 首 先 我 们 都 很 喜 欢
参考文献 [1] 万太福，唐贤永 编著， 《可编程序控制器及其应用》 ，重庆大学出版社,1994 年，第 8 版。 [2] 李振安 主编,《工厂电气控制技术》 ，重庆大学出版社,1995 年，第 6 版。 [3] 邵裕森 主编，《过程控制技术》 ，中央广播电视大学出版社，1998年，第2 版 [4] 廖常初 主编，《PLC基础及应用》 ，机械工业出版社，2004年，第一版，第3 次印刷 [5] 郭敬枢，庄继东，孔峰 主编《微机控制技术》 ，重庆大学出版社,1994年， 第5版。 [6] 廖常初 主编， 《可编程序控制器的编程方法与工业应用》 重庆大学出版社。 ， [7] 互联网相关网站：中华工控网；三菱技术网；仪表与传感器技术网等。 [8] 中华人民共和国国家标准 电气制图.北京: 中国标准出版社 [9] 林晓峰 主编 《可编程控制器原理及应用》高等教育出版社 [10] 朱绍祥 月 张宏生 《PLC 的原理及应用》上海交通大学出版社 1987 年 1991 年 4 月 1988 年 12
第18篇：基于PLC自动售货机控制系统毕业论文课题设计(精)
1、绪论 1.1、设计背景
公元1世纪,希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售货机。1925年美国研制出售香烟的自动售货机,此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异,主要有食品、饮料、香烟、邮票、车票、日用品等自动售货机。一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。钱币装置是售货机的核心,其主要功能是确认投入钱币的真伪,分选钱币的种类,计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号,并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品的品种。贮藏售货装置保存商品,接收出售指示信号,把顾客选择的商品送至付货口。一般售货机的钱币装置由投币口、选别装置、确认钱币真伪的检查装置、计算金额的计算装置和找钱装置组成。70年代以来,出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统,如无人自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等
1.2、应用前景
现在,自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式,通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中,从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且,为防止地球暖化,自动售货机的开发致力于能源的节省,节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时,这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温,与以往的自动售货机相比,它能够节约10-15%的电力。进入21世纪时,自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。
从自动售货机的发展趋势来看,大量生产,大量消费以及消费模式和销售环境的变化,要求出现新的流通渠道,而相对的超市,百货购物中心等新的流通渠道的产生,人工费用也
不断上升,在加上场地的局限性和购物的便利性等这些因素的制约,无人自动售货机作为一种必须的机器也就有了其相当可观的前景。
1.3、设计的目的和意义
PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关,这些高新技术的发展推动了PLC的发展,而PLC得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求,促进了他们的发展。本次设计就在于结合PLC的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足,利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性,保证了自动售货机能够长期稳定的运行。
2、总体设计方案 2.1、总体设计思路
自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算,然后根据运算结果做出相应的判断,看看哪种商品可以进行购买,哪种商品不能购买,本次课程设计的要求是可识别三种钱币,分别是1元、2元、5元,采用三个按钮进行模拟,自动售货机共出售四种货物,其价格分别定为1元、3元、4元、6元,当投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时,指示灯亮,表示可以进行购买,四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。除此之外,本次设计还涉及了显示、找零、送货等功能的实现,其中显示部分采用数码管进行显示,显示投币总数和购买后的余额;当按下找零按钮后,数码管显示进行清零,采用从高到低递减的形式进行清零,例如:当余额为17元时,按下找零按钮后,先找三个五元数码管分别显示
12、
7、2,然后再找2元,清零。送货部分采用小车直线运动进行模拟,将四种货物分别送到四个不同的地点,采用四个光电开关分别代表四个不同的送货地点,当按下不同的送货按钮后,小车会以其对应的光电开关为终点做直线往返运动,表示送货过程由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的,所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟替代的这些并不会影响实际程序的操作,完全能模拟现实售货机的运行。
目录
1、绪论 .......................................................................................................................1.1、设计背景......................................................................................................1.
2、应用前景......................................................................................................1.3、设计的目的和意义........................................................................................
2、总体设计方案 .........................................................................................................2.1、总体设计思路................................................................................................2.
2、PLC总体设计流程.........................................................................................
3、硬件设计 ................................................................................................................3.1、I/O地址分配................................................................................................3.
2、中间继电器分配 ...........................................................................................3.3、整体系统工作流程........................................................................................3.
4、硬件接线图 ..................................................................................................3.5、实物接线图 ..................................................................................................
4、软件设计 ................................................................................................................
5、程序调试 ..............................................................................................................
6、结论 .....................................................................................................................参考文献....................................................................................................................2.2、PLC总体设计流程
以下为PLC的一般工作过程流程图。 分析评估控制任务 PLC机选型、I/O设备选择 I/O地址分配
程序设计电器系统安装 调试程序
设计硬件系统接线图和 控制柜 检查修改硬件 检查硬件接线 满足要求 联机测试
满足要求 现场安装调试 交付使用 编制技术文件 N Y N N Y 图一PLC工作过程流程图
3、硬件设计
我们本次采用的是西门子公司的S7—200系列PLC,它可以提供4种不同的基本单元
和6种型号的扩展单元,其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
3.1、I/O地址分配
本次课程设计的主要I/O分配如下: 表一I/O地址分配
输入单元PLC地址输出单元PLC地址
投币1元I0.1 A货物显示Q1.0 投币2元I0.2 B货物显示Q1.1 投币5元I0.3 C货物显示Q2.0 送货(A货物I0.4 D货物显示Q2.1 送货(B货物I0.5 找零出口Q2.2 送货(C货物I0.6 出货口Q2.3 送货(D货物I0.7 电机正转Q2.6 找零I0.0 电机反转Q2.5 数码个位显示I0.0—I0.3 数码十位显示I0.4—I0.7 限位开关S1 I1.0 限位开关S2 I1.1 限位开关S3 I1.2 限位开关S4 I1.3 3.2、中间继电器分配 表二中间继电器分配
中间继电器功能中间继电器功能 M0.0 送A货M1.2 电机反转 M0.1 限位开关S1 M1.3 电机正转
M0.2 限位开关S2 M1.4 电机正转 M0.3 送B 货 M1.5 电机反转 M0.4 送C 货 M1.6 电机正转 M0.5 限位开关S3 M2.0 送货延时 M0.6 送D 货 M2.1 送货延时 M0.7 限位开关S4 M2.2 送货延时 M1.0 电机反转 M20.0 找零 M1.1 电机正转
3.3、整体系统工作流程
整个系统的整体工作流程如图二所示 初始状态 投币状态 购买状态 退币状态 投 入 硬币 按下选择按钮 是否有剩余 按下退币按钮 N Y 图二 整体工作流程图 清零按钮
1元按钮 2元按钮 5元按钮 购A货按钮 购B货按钮 购C货按钮
货
1、2限位开关货3限位开关货4限位开关 5V e d c b a g f CPU-224 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3
I0.4 I0.5 I0.6 A1 1 A2 2 3 /LT 4 /BI v cc f g a 16 15 14 13
LE 5 A3 6 7 A4 8 GND b c d e 12 11 10 9 CD4511 L+ M
24V 1M 1L+ 24V I1.0 I1.1 I1.3 A1 1 A2 2 3 /LT 4 /BI v cc f g a
16 15 14 13 LE 5 A3 6 7 A4 8 GND b c d e 12 11 10
9 Q0.4 Q0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.5 Q0.6 Q1.0 Q1.1 Q2.0 A货指示灯 B货指示灯 C货指示灯 Q2.5 Q2.6正转 反转 Q2.2退钱灯
5V Q2.1D货指示灯 I0.7 购D货按钮 M M 24V 图三硬件接线图 投一元投二元投五元 购买A 货物
购买B 货物购买C 货物找零 地 A 货物显示 B 货物显示 C 货物显示 D 货物显示
个位8个位4个位2个位15V 地 十位8 十位4 十位2 十位1 5V 地
I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.024V 5V 24V 地 Q0.0 Q0.1
Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q2.0Q2.2Q2.3Q2.6 S1 S2 S3 S4 正 反 24V 地
Q1.0Q1.1Q2.1I0.7购买D 货物 Q2.5退钱灯 I1.0I1.3I1.2I1.1 图四 实物接线图
4、软件设计
5、程序调试
在整个程序的调试过程中,我遇到了一些问题,最初的设计比较简单,只是将投币,购买的过程考虑进去,而没有将购买之后送货的过程加进设计的方案中,后来在老师的提醒之下,我又将送货的过程采用了小车直线运动进行模拟,将四个光电开关模拟成四种货物的送货地点,分别在按下四个送货按钮之后,将货物送到四种地点,使得整个系统更加完善,功能更加强大。
在数码显示的过程中也遇到了一些问题,数码显示时数据的传输所用到的中间继电器和后来送货时的中间继电器发生了冲突,使得程序运行过程发生了紊乱,后来在同学的帮助下,我明白了问题的关键,将其解决,使数码显示功能顺利实现。
在最后的送货过程中,由于有四个地点,所以要对电机的正反转分别进行控制,最初我是将所有的正转输入都采用了Q2.6进行驱动,所有的反转输入都采用了Q2.5进行驱动,当程序运行时,发现得不到预期的现象,经检查程序没有问题,后来经过考虑和同学的提醒,采用中间继电器进行驱动,现象就出现了,实现了最初预想的送货过程。
在找零阶段,最初只是按下找零按钮后直接将数码显示清零,后来经过思考和老师的提醒,将找零部分又逐步进行了完善,将找零的过程在数码管上显示了出来先找大面额的钱币,后找小面额的钱币,其内部进行减法运算,使得整个找零的过程清晰可见。
在购买货物的过程中最初忽略了如果货物售完该怎么办,后来经过完善将货物的数量进行了设定,只有当投币金额大于等于所要购买的货物时,且货物数量大于零时才能进行购买,这使得整个过程更加完善。
6、结论
通过本次PLC课程设计使得我对PLC的操作更加的熟练,同时掌握了自动售货机的基本工作原理,对自动售货机的发展也有了一定的了解更加充分的体会到了PLC在实际生活中的重要应用与在当今控制领域的重要地位。
与此同时,我也对S7—200系列的PLC有了更进一步的了解,同时对PLC的高效性和实用性有了更进一步的认识,在整个课程设计过程中,在遇到问题的时候,我学会了如何借助外界的帮助和自身的努力来解决实际问题,懂得如何进行独立思考,如何冷静的面对要解决的问题,这些都是今后学习生活的宝贵经验,在以后的各个方面都有着至关重要的作用。
参考文献
[1]赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社,2002,7 [2]钟肇新.范建东.可编程控制器原理及应用.华南理工大学出版社,2003 [3]陈金华.可编程序控制器(PC应用技术.北京电子工业出版社,1995 [4]陈在平.赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京机械出版社,2002 [5]廖常初主编.PLC编程及应用.北京机械工业出版社,2002 [6]何衍庆.可编程序控制器原理及应用技巧.北京化学工业出版社,2000
第19篇：plc课程设计
一、基本要求
1、PLC实践实训的基本要求
PLC实践实训的主要内容包括：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、PLC实践实训的教学要求
PLC实践实训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或者迟到、早退累计达到2次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要查找资料，可到图书馆查阅。
课程设计的任务相对分散，每1-3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。
三、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、内容提要
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； (2) 硬件电路设计及描述；
(3) 软件设计流程及描述； (4) 源程序代码；
5、心得体会
6、参考文献
四、考核方法
PLC实训的考核方式为考查，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%。
五、设计题目（参考：http://www.daodoc.com/）
项目一 停车场车位控制 ...........................................3 项目二 病床呼叫系统 .............................................4 项目三 自动双层停车场控制设计 ...................................5 项目四 自助洗车机控制设计 .......................................6 项目五 自动售货机的控制设计 .....................................7 项目六 电子计算器设计 ...........................................8 项目七 台车呼叫控制 .............................................9 项目八 自动喷泉的PLC控制 ......................................10 项目九 气动机械手操作控制 ......................................11 项目十 小车多方式运行的PLC控制 ................................12 项目十一 装瓶流水线的PLC控制 ..................................13 项目十二 工业洗衣机的PLC控制 ..................................14 项目十三 包装生产线的PLC控制 ..................................15 项目十四 彩灯广告屏的PLC控制 ..................................16 项目十五 自动门控制装置 ........................................18 项目十六 全自动洗衣机PLC控制 ..................................19 项目十七 汽车自动清洗装置PLC控制 ..............................20
项目一 停车场车位控制
一、控制要求
二、设计任务
学生根据控制
1.2.3.运用功能指令进行PLC4.5.
三、设计报告 要求”。
项目二 病床呼叫系统
一、控制要求 13病人不适时紧急呼叫。 23钮时，房紧急呼叫并闪烁指示灯。 4紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力。 5的紧急指示灯方町被重置。
二、设计任务
识
1.2.3.运用功能指令进行PLC4.
4个床位。每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利
5s内按下重置按5.
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰、论述清楚、图表正确、书写工整。详见“课程设计报告写作要求”。
项目三 自动双层停车场控制设计
1.双层停车场控制的配置如图所示，上下共可听5部车。
2.本停车场设计的规则为
1、
2、3车位只能上下移动，不能左右移动，
4、5车位只可左右移动不可上下移动。
3.下排车位只需直接将车子开出即可
4.如要呼叫上排车子，只要按下1至3的按钮，再按下[叫车]按钮，则所按车位将降至下层，而下排车位将左右移动，让出车位让上层车位降下。
二、设计任务
知识工程应用能力、
1.2.3.运用功能指令进行PLC4.
5.
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰、论述清楚、图表正确、书写工整。详见“课程设计报告写作要求”。
项目四 自助洗车机控制设计
一、控制要求 1100元自助洗车机。 23个投币孔，分别为5元、10元及50元3种，当投币合计100元或超过时，按启动，开关洗车机才会动作吗，启动灯亮起。7段数码管会显示投币金额，用BCD码，当投币超过100元时，可按退币按钮，这时7段数码管会退回零，表示找回余额，退币选作。
洗车机动作流程。
123开始动作——喷洒清洁剂。
4
5，开始往左移，继续喷洒清洁剂。
洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往朽移3s
，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。
，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。
，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设备6刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止然后往左移。
78洗车机往左移3s5s洗车机开
5s
3 s后停止
洗开始往右移。
3[复位按钮]水、洗刷、风扇及清洁
复位动作。
二、设计任务
移、喷
1.2.3.运用功能指令进行PLC4.5.
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰、论述清楚、图表正确、书写工整。详见“课程设计报告写作要求”。
项目五 自动售货机的控制设计
一、控制要求 I3个投币孔，分别为1元、5元和10元。 23种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。 3，将可由退币按钮找回余额。 45678经掉出。
91 元，如果小于10元则直接退1元的。
二、设计任务 学生根据控制要求进行自动售货机运行
1.2.3.运用功能指令进行PLC
10
10元再退
7段数码管上。
12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。
15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。 20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。
，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示饮料 已4.
5.
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰、论述清楚、图表正确、书写工整。详见“课程设计报告写作要求”。
项目六 电子计算器设计
一、控制要求
123
4二、设计任务 行
7=
4位数。
7段数码管上。
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识进 电子计算器设计运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知
1.2.
识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，4.
5.进行系统调试，实现自助洗车机的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰、论述清楚、图表正确、书写工整。详见“课程设计报告写作要求”。
项目七 台车呼叫控制
一、控制要求
一部电动运输车供8 PLC
(下称呼车)时
表的工位呼车无效。如停车位呼车时，台车不动，呼车工位号大于停车位时，台车自动向高位停车时间为30s车不会自行启动。
PLC硬件安排及软件规划 为了区别工位依1-8
，系统设启动及停机按钮各1个，台车设正反转接触器各1个。每工位设呼车指示灯1个，但并联接于各个输出口上。系统布置图如图所示。
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识进行 台车呼叫控制设计运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.2.
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，4.
5.进行系统调试，实现自助洗车机的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰、论述清楚、图表正确、书写工整。详见“课程设计报告写作要求”。
项目八 自动喷泉的PLC控制
一、控制要求
有16个彩灯代表16
4二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识进行自动喷泉的PLC设计运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1.
2.
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，4. 5.进行系统调试，实现自助洗车机的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰、论述清楚、图表正确、书写工整。详见“课程设计报告写作要求”。
项目九 气动机械手操作控制
一、控制要求
气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。控制要求为：
1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；
2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV
2、YV1；右行、左行的电磁阀线圈为YV
3、YV4；
3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；
4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1.7S实现；
5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ
1、SQ
2、SQ
3、SQ4来实现；
机械手的操作面板如图所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。
1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；
2、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；
3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；
4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；
5、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；
6、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件；
7、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识进行气动机械手操作控制设计运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.2.系统有
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，4.
5.进行系统调试，实现自助洗车机的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰、论述清楚、图表正确、书写工整。详见“课程设计报告写作要求”。
项目十 小车多方式运行的PLC控制
一、控制要求
小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成，每个站台有检测传感器、指示灯和按钮，
控制要求如下：
小车起始位置停在x(x=1~4)号站台，SYx传感器为ON; 假如y(y=1~4)号站台呼叫，如果：
x>y，小车左行到呼叫站台停车；
x
x=y，小车停止；
小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；
小车路过每个站台要有指示灯显示；但LB1和LB4灯要闪3次；
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行小车多
方式运行的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、
系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动、停止功能；
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
6.进行系统调试，实现小车多方式运行的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
项目十一 装瓶流水线的PLC控制
1、控制要求
有A1~A10选瓶、装瓶、盖盖、贴签、传送、成品入库生产线操作工序，用10盏灯来模拟；并有启动/停止、移位、复位按钮进行操作，如下图所示。实现手动，自动等四种以上的装瓶流水线工序控制。
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行装瓶流水线运行的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.2.3.4.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
系统有启动/停止、移位、复位功能按钮；
运用移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
程序结构与控制功能自行创新设计；
5.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
6.进行系统调试，实现装瓶流水线的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
项目十二 工业洗衣机的PLC控制
1、设计要求：
全自动洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用；内桶可以旋转，作脱水甩干用。内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通，全自动洗衣机实物示意如图所示。从图可见洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电气控制系统使进水阀打开，经进水管将水注入外桶；排水时，电控系统把排水阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正、反转是由洗涤电机驱动波盘正、反转实现的，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用于检测高、低水位。起动按钮用来起动洗衣机工作；停止按钮起手动停止进水、排水及报警等作用，排水按钮用来实现手动排水。
全自动洗衣机实物示意图
控制流程如下：接通电源PLC投入运行，系统处于初始状态，准备起动。按下起动按钮，洗衣机开始进水，当水满即水位到达所设定的高度时，停止进水并开始正转洗涤。正洗15 s后暂停，暂停3 s后就进行反转洗涤，反洗15 s后暂停，待3 s后，此时如果正、反洗没有满3次，则返回从正洗开始的动作；若正、反洗已满3次，则开始排水，水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水10s即完成一次从进水到脱水的大循环过程。如果没有完成3次大循环，则返回从进水开始到脱水的全部动作，进行下一次的循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。10s报警后结束全部洗衣过程，自动停机。 另外，还可以按排水按钮实现手动排水，按停止按钮实现手动停止进水、排水脱水及报警。
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行系统的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动/停止、移位、复位功能按钮；
3.运用移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
6.进行系统调试，实现装瓶流水线的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
项目十三 包装生产线的PLC控制
一、控制要求
某包装生产线上，包装物品由传送带1随时运来，运送时间不固定，因此包装物品的间隔是不确定的，有的包装距离较远，有的包装则靠在了一起。在传送带1的电动机轴上安装一个旋转编码器E6A，电动机转动1圈，旋转编码器发出1个脉冲。每个包装物品的宽度是4个脉冲，当光电检测器SP1检测到包装物品，且旋转编码器发出4个脉冲时，表示有1个包装物品通过传送带1到传送带2。这样就可以通过对旋转编码器发出的脉冲数的计数，实现对包装物品的准确计数。
说明 ：
按下启动按钮SB1后，传送带1和传送带2运转，传送包装物品到传送带2。 当传送带2上有3个物品后，挡板电动机M1正转，驱动挡板上升，阻止后面的包装物品继续运送到传送带2上。 当挡板上升到位，上限位开关SQ3动作，挡板停止上升，推动器电动机M2正转，将3个包装物品向前推出。
当推动器到达前限位开关SQ2动作，推动器停止向前，推动器电动机M2反转，驱动推动器后退。 当推动器后退到位时，后限位开关SQ1动作，推动器停止后退，推动器电动机M2停转。此时挡板电动机M1反转，驱动挡板下降。
当挡板下降到位，下限位开关SQ4动作，挡板回到初始位置。
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行系统的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动/停止、移位、复位功能按钮；
3.运用移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
6.进行系统调试，实现装瓶流水线的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
项目十四 彩灯广告屏的PLC控制
一、控制要求
彩灯在我们日常生活中随处可见的，无论是美化，亮化工程，还是企业的广告宣传，都借助与彩灯的形势，使得各个城市的夜晚光彩夺目，缤彩纷呈。这些彩灯可以是用霓虹灯管制成各种形状和各种颜色的灯管，也可以是用白炽灯或者日光灯做光源，照亮大幅或巨幅的宣传画彩灯控制可以达到宣染效果，是通过控制全部或者部分彩灯的亮和灭，闪烁的频率，灯的亮度及灯光流的方向来实现。在不太复杂的彩灯控制中，一般可以采用单片机或者各种专用的彩灯控制器来实现，设计是采用PLC来完成课题设计的。
彩灯广告屏,其示意图如(图1)所示：
彩灯广告屏示意图
彩灯和流水灯的时序图如图所示：
广告屏中间部分有81-2-3-4-5-6-7-8后按照8-7-6-5-4-3-2-1从88-7-6-5-4-3-2-120等待2分成61-2-3-4-5-6-7-8-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ -- 广告屏四周安装有2
4-
18
1-8。系统启动以后灯管点亮的
101秒。灯管全熄灭后等待
21
141秒点亮并循环。18直到系统停止工作。 电压均为220VAC
-/连续控制各个彩灯的工作
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行系统的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动/停止、移位、复位功能按钮；
3.4.5.6.运用移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
程序结构与控制功能自行创新设计；
用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
进行系统调试，实现装瓶流水线的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
项目十五 自动门控制装置
一、课题内容：
1．自动门控制装置的硬件组成：
自动门控制装置由门内光电探测开关K
1、门外光电探测开关K
2、开门到位限位开关K
3、关门到限位开关K
4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。
2．控制要求：
1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。
2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。
3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
二、设计任务 学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行系统的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动/停止、移位、复位功能按钮；
3.4.5.6.运用移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
程序结构与控制功能自行创新设计；
用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
进行系统调试，实现装瓶流水线的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”
项目十六 全自动洗衣机PLC控制
一、控制要求：
（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水2秒后开始洗涤。
（3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒
（4）如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒 （5）开始清洗，重复（1）～（4），清洗两遍 （6）清洗完成，报警3秒并自动停机
（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行系统的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动/停止、移位、复位功能按钮；
3.运用移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
6.进行系统调试，实现装瓶流水线的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
项目十七 汽车自动清洗装置PLC控制
一、控制要求
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行系统的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动/停止、移位、复位功能按钮；
3.运用移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
6.进行系统调试，实现装瓶流水线的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
PLC实训实践报告
题
目： 专业班级： 姓 名： 学 号： 同组成员： 指导教师：
2014 年12月22日至2014年12月28日
课程设计报告正文内容要求
一、系统总体方案设计 1 系统功能
2 系统硬件配置及组成原理（要有系统组成图） 3 系统变量定义及分配表 4 系统接线图设计
二、控制系统设计 1 控制程序流程图设计 2 控制程序时序图设计 3 控制程序设计思路 4 创新设计内容
三、系统调试及结果分析 1 系统调试及解决的问题 2 结果分析
四、结束语参考文献
附录（带功能注释的源程序）
第20篇：PLC心得
PLC四级皮带传送设计心得
PLC即可编程逻辑控制器，采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，级数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
在本次设计中的主要过程：
1.分析要求的控制需求，结合PLC的特点来设计，达到控制要求。根据四级皮带的控制和设计要求，进行反复设计，讨论：（1）确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图； （2）根据要求将顺序功能图转换为梯形图； （3）将设计好的图用CAD制图
2.选择适当类型的PLC：根据要求，确定I /O点数和I/O的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。
对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O的总数乘以8。
（1）对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；
（2）对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。我们这次的PLC需求既有输出模拟量又有输入模拟量，所以符合第二种情况。于是我们在网上查到西
门子PLC该型号的参数，进行选择。
