可编程控制系统

关键词：

可编程控制系统（精选十篇）

可编程控制系统 篇1

定时控制在工业控制、农业生产、交通疏导以及人们的日常生活等方面都有广泛的应用。目前,各种可编程时序控制器应用较广,市场上的产品种类也很多,主要是采用PLC作为控制器件。但在控制较复杂的时序过程时,有一些缺点,比如,程序设置是根据不同的工作要求,由用户通过触摸键盘对运行时间、输出继电器状态等参数进行设定,使控制系统按预先设定的步序进行自动连续运行控制。这些现有时序系统使用很不方便,更新程序过程时间较长;一些采用有线或无线联机控制的场合,布线和接口的成本又比较高。

本文提出一种可编程的时序控制系统,采用可伸缩的网状构架,针对各种有复杂时序要求的信息应用,利用了计算机软件系统的资源优势,将对控制对象的控制程序转变成代表事件序列的时序信息程序,下载到控制器的非易失存储器中,由控制器独立、离线、按程序运行。

1 系统概述

1.1 时序控制的模型

对于不同的定时控制装置或系统,其控制特征与即时时刻(T)、控制输出状态(S)以及控制时间的精度/误差(Δt)总是密切相关。

如果i控制条件的控制特征用作业(Hi)来定义,

Hi1=O(T±Δt,S,Ci1). (1)

这个输出系统可以用作业序列(∑Hi1)来表示。Ci1表示某次作业的输入条件序号。

换言之,一个定时控制装置或系统的一个控制口总是可以通过在Ci1条件下,T±Δt时刻,输出S状态来实现。

由于该序列H规范了某条件下,任意时刻的输出状态。于是可以通过一组由以上三个信息构成的队列(/序列)元(Hi)构成的控制队列(/序列)(H)来实现一个定时控制装置。

但从序列中,不难看出其给出的控制条件信息冗余度很大。对于大多数场合而言,输出状态很长一段时间是保持不变的。于是可以通过输出差分信息ΔS来表示,

Hi=O(T±Δt,S,Ci1). (2)

从而大大压缩了这个定时控制器的作业序列长度。

举例来说:一个教学工作日的打铃控制由每秒的输出控制序列,可以转换成状态跳变控制序列,如{……、(8:00:00,打开,normal)、(8:00:05,关闭,normal)、(8:45:00,打开,normal)、(8:45:05,关闭,normal)、……}。

所有的定时控制器的输出要求,我们总是能够转换成某一时刻执行一次输出状态的改变。对于前面的基本输出模型Hi1=O(T±Δt,S,Ci1)。i1表示某次作业的输入条件序号。Ci1可以是确定的条件,如前面的例子,可以描述出一个正常教学工作日(条件为Ci1)下的输出序列表。

而对于节假日或一学年的特殊教学活动安排来说,这个输出序列就不适用了。为此可以对条件进行编码。将若干条件(j)的不同序列(i)用条件Cij表示。

上面的基本输出模型可以描述为:

Hij=O(T±Δt,ΔS,Cij). (3)

1.2 控制系统的总体构架

根据上面时序控制系统的分析可以构架控制系统的构架,如图1所示:

考虑到方案应当具备一定的通用性,因此抽象出一个方案知识库,用户在应用场景中可以从方案知识库中提取所需方案,然后在此方案的基础上进行修改,用户也可以自己定义方案,然后将自定义方案添加到知识库中。这样控制器就是一个带有操作系统的硬件环境,用户可以在计算机部分进行一定的设置,这些设置最后就形成了一个应用程序下载到这个操作系统中,控制器就可以直接运行这个应用程序,这样当用户需求发生变化时只需要更新相应的应用程序。

1.3 控制时序数据结构

时序控制信息的存储方式决定了时序控制策略的可行性,因此时序控制信息的数据结构非常重要,本系统采用了可伸缩方式的时序控制结构,利用网状数据结构模型构架时序控制信息结构如图2所示。

时序控制电路中的单片机每秒读取时序控制设备的时钟芯片中的即时时间,然后将即时时间和时序信息数据结构中各个时间进行比较,首先进行年节点的判断。其中,首字节代表下面有多少时序信息有效,例如:月份中的首字节为3,代表月份中有3个月是含有时序事件的,每个月占两个字节,第一个字节代表是哪一个月,第二个字节代表偏移量。其中年和月的偏移量为一个字节,其他从天开始偏移量为2个或2个以上的字节(为了以后的扩展)。

月判断流程和年判断流程一样,小时、分钟和秒判断时步长要加3,其他都相同。如有周循环进入周区域进行判断,判断方法和年、月判断方法相同,然后进入时区域进行判断,依次到秒区域。秒节点后的偏移量就指向一个带有事件的区域。如果该事件是带条件的,就去读取输入口的状态值和条件值相比较,如果输入口状态值和条件值相匹配就执行相应条件下的动作,如果该事件是不带事件的,则直接执行该事件。

2 控制系统的硬件设计

可编程时序控制系统硬件部分由几大模块组成,如图3所示。

核心主控模块采用低成本51单片机进行时序控制策略的调度[1],其中时钟模块选用DS1307作为时钟芯片;非易失性存储器存放的是时序控制信息,这些时序信息是通信上位机设定好后下载到非易失性存储器中;电源模块负责给整个控制电路供电,该电源模块带有后备电池,能在断电的情况下给时钟供电多年;监控模块主要是防止系统出现异常时自动复位,加强系统的稳定性;通信模块可以是一个备用模块,主要负责和上位机之间的通信,用户通过上位机设定的时序信息通过串口下载到控制电路中[2]。

3 控制系统软件设计

为了用户可以很方便配置各种时序控制策略,软件采用方案库设定的方式进行操作。用户可以设置方案,设置完成后,会将该用户设置的方案、用户名和设置日期一起存入数据库中。当用户将方案设置完毕后将用户的设置转换成控制指令的数据集合,然后通过串口下载到控制系统的硬件板上。控制系统的主界面如图4所示。

4 通信流程

用户通过控制系统软件将时序控制方案设定完成后通过串口将这些时序控制信息下载到时序控制板中,其中的通信流程如图5所示。

如图5所示,通信开始是首先发送通信开始帧,时序控制电路收到后会发送确认帧。若收到上次通信事件失败帧,则控制软件将进行一定的处理,通知用户上次通信失败,让用户进行选择。如果需要恢复上次的通信事件,则抽取该帧中的事件ID号到数据库中查询相应的事件队列,然后再开始发送通信开始帧;如果要写入一个新的事件,则直接将新的事件写入时序控制电路。每发送一帧数据帧都进行等待确认帧,若通信中断则从头开始重传。含有时间信息的数据帧都发送完毕后,发送通信结束帧,通信结束

5 结论

本系统的主要优势在于其通用性、实用性以及易用性。该系统可以实现复杂信息场合下的时序控制设备的应用,用户只需在计算机的时序控制设备进行编程的软件程序中录入简单的时间信息和特殊事件,即可完成。

利用本系统所采用的这种新的技术策略,用户可以很方便地进行一些设置。根据各种不同需求建立所需的方案序列。采用非易失存储器作为程序传输的介质,避免了传统方法通过无/有线传输的空间、成本等的限制,可以使时序控制设备离线工作,实现时序控制系统设置简便、灵活,而且采用低成本51单片机作为控制器件,节约了成本,更具有人性化[3]。

摘要：针对各种复杂时序控制信息场合应用,提出一种基于计算机的对时序控制设备进行编程的方法和系统。系统利用了计算机软件系统的资源优势,将各种控制对象对应成相应的控制方案,设计一套控制对象兼容性强、控制策略通用性好且设置方便、系统拓扑方式灵活的可编程时序控制器系统。

关键词：时序控制,系统,可编程

参考文献

[1]赵亮,侯国瑞.单片机C语言编程与实例[M].北京:人民邮电出版社,2003:307-311.

[2]王幸之.单片机原理与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000:45-49.

电气控制与可编程控制器四月份教案 篇2

****年**月**日星期

课题：1.1 概述

1.2常用低压电器 1.3基本控制线路 需2课时

教学目的要求：掌握常用低压电器的基本构成和构成原理 教学重点：常用基本控制线路的工作原理 教学难点：各种控制线路的工作过程分析 教案编写日期：

教学内容与教学过程：

前言：电气控制系统实际上是继电接触器控制系统。继电接触器控制是一门重要的控制技术，尤其在电力拖动等领域中，应用的十分广泛。1.1概述：

我国从20世纪50年代开始对新建的工业控制采用这种控制方式，随着电力拖动、自动控制的发展，继电器接触器控制方式得到迅速推广，对当时我国工业建设起到了巨大的推动作用，直至20世纪80年代我国大部分自动控制仍采用这种方式。1.2常用低压电器： 1.低压电器的分类

（1）按工作方式可分为手控电器和自控电器。手控电气是依靠外力（如人工）直接操作来进行切换的电器，如刀开关、按钮等。自控电器是依靠指令或物理量（如电流、电压、时间、速度等）变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。

（2）按用途可分为低压控制电器和低压保护电器。低压控制电器主要适用于低压配电系统及动力设备中起控制作用，如刀开关、低压断路器等。低压保护电器主要用于低压配电系统及动力设备中起保护作用，如熔断器、继电器等。

（3）按种类可分为刀开关、刀形转换开关、熔断器、低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等。2.低压电器的基本结构及特点 1.3基本控制线路： 1.3.1单向运动控制线路

自动控制系统中，电动机拖动运动部件沿着一个方向运动，称为单向运动，这是基本控制线路中最简单的一种。根据控制要求不同，单向运动分为 点动和长动单向运动。1.3.2 多地控制线路

在大型生产设备上，为使操作人员在不同地方均能进行启、停操作，常要求组成多地控制线路 1.3.1 双向（可逆）运动控制线路

双向控制是电动机既可以正转也可以反转。对于三相鼠笼异步电动机来说，实现正、反转控制只要改变其电源相序，即将主回路中的三相电源任意两相对调，电动机就将改变转动方向。常用两种控制方式：一种是利用倒顺开关（或组合开关）改变相序；另一种是利用接触器的主触点改变相序。前者主要适用于不需要频繁正、反转的电动机，而后者主要适用于需要频繁正、反转的电动机

授课时间：

****年**月**日星期 课题：1.4电动机气动控制

1.5三相鼠笼式异步电动机制动控制电路 需2课时

教学目的要求：了解电动机的四种启动控制线路和两种制动控制线路 教学重点：定子串电阻启动、反接制动控制线路的原理 教学难点：能耗制动控制线路的理解与分析 教案编写日期：

教学内容与教学过程： 1.4电动机启动控制

1.4.1定子串电阻启动控制线路 1.定子串电阻降压启动的原理分析：

2按钮控制电动机定子串电阻降压启动线路分析 1.4.2电动机的Y-Δ启动控制线路： 自动控制Y-Δ降压启动电路的分析 1.4.3自耦变压器降压启动控制线路

简单介绍自耦变压器降压启动控制线路的原理 1.4.4三相交流绕线式异步电动机的启动控制

1.按电流原则控制三相交流绕线式异步电动机串电阻启动控制线路分析

可编程控制系统 篇3

1 工艺流程

艾码吊具由吊具泵、旋锁机构、伸缩机构、侧移辅助机构等组成。吊具泵由2台电压、功率的电机驱动2台派克液压泵，为其他机构运行提供液压动力；电机的启动和停止主要由轮胎吊AC80 PLC控制。旋锁机构的主要功能是在装卸集装箱时完成对集装箱的锁紧和释放。该装置分为开锁和闭锁状态，由电磁阀驱动开闭锁油缸，油缸通过拉杆的拖动改变锁头位置，锁头到位后由开锁和闭锁限位检测锁头状态。伸缩机构的主要功能是根据集装箱的尺寸调整吊具伸缩梁。该装置分为20英尺、40英尺、45英尺等3个工作尺寸，靠电磁阀驱动伸缩油缸，油缸通过伸缩拉杆的拖动改变伸缩梁位置；限位检测伸缩梁到位后，由进退销锁住，以免伸缩梁位置改变。侧移辅助机构能够微调吊具位置，以便司机抓箱。该机构依靠电磁阀驱动液压油缸实现动作控制，无限位检测，由司机根据需要操作。

艾码吊具可以左右平移各，左右旋转各5€埃舷乱贫鳎视糜谧靶？0英尺、40英尺和45英尺集装箱。

2 控制方案

2.1 控制系统

艾码吊具原电控系统中的电磁阀控制主要由8块逻辑电路板实现，PLC控制系统设计采用PLC替代电路板来控制吊具各机构电磁阀。由于电磁阀的工作电流较大，为保护PLC，在PLC输出点与电磁阀之间使用中间继电器，并采用独立电源为PLC和电磁阀等提供电压为的电源。

2.2 输入输出信号

（1）命令信号 命令信号指司机发出的请求信号，其经过AC80变频器和中间继电器后，由垂缆传输到吊具控制箱内；采用交流电，包括开锁、闭锁、20英尺位置、40英尺位置、45英尺位置等5种命令信号。

（2）检测信号 检测信号指吊具各机构的限位信号，采用直流电，包括左右闭锁、左右开锁、顶销信号、左右20英尺、左右40英尺、左右45英尺、左右进销、左右定位销退销、1号吊具泵运行、2号吊具泵运行等共计20种信号。

（3）电磁阀驱动信号 电磁阀驱动信号包括左右闭锁、左右开锁、左右快伸、左右慢伸、左右快缩、左右慢缩、左右定位销退销等共计14种开关信号，采用直流电。

（4）显示信号 显示信号指吊具反馈到轮胎吊司机室的信号，用于指示吊具状态和控制轮胎吊运行。该信号需将直流电转换成交流电信号，包括开锁指示、闭锁指示、左侧顶销、右侧顶销、20英尺位置、40英尺位置、45英尺位置等7种信号。

3 硬件选型和设计

3.1 PLC选型

鉴于三菱PLC具有通信简单、编程方法直观、尺寸较小、安装灵活、运算速度较快、性能稳定、价格低廉等优点，选择三菱FX2N系列PLC。

（1）数字量输入点 命令信号和检测信号输入点共计25个，考虑到20%的扩展余量因素，故选择32个，采用24 V直流电。

（2）数字量输出点 电磁阀驱动信号和显示信号输出点共计21个，考虑到20%的扩展余量因素，故选择32个，采用24 V直流电。

（3）存储容量 存储容量原则上以数字输入输出点数量的15倍加上模拟输入输出点数量的100倍作为内存总字数，并额外考虑25%的余量。据此，该系统PLC存储容量大约为862.5个字，即位。

（4）运算功能 运算功能包括数字信号的逻辑运算和计时器功能。

（5）输入电源 输入电源为24 V直流电。

基于上述要求，最终选定三菱FX2N-64MR-D型PLC，采用直流输入电源，输入点和输出点各32个，最大存储位。

3.2 电 源

PLC控制系统采用原逻辑电路板控制系统电源。型号为SL20；输入端为三相交流电，电压，电流；输出端为直流电，主要提供给吊具电磁阀、限位机构和PLC。

3.3 电气信号流程

PLC控制系统电气信号流程见图1，采用绘图软件PCsELcad绘制设计电控原理图。

3.4 电控盘

根据电控原理图，制作艾码吊具PLC控制系统的电控系统（见图2）。

4 软件设计

采用三菱PLC编程软件GX Developer Version 7 开发PLC控制系统程序，操作系统为Windows 2000 SP4，程序结构主要功能块包括开闭锁功能块、伸缩功能块和侧移功能块（见图3）。

4.1 开闭锁功能块程序

4.1.1 开闭锁工作原理

吊具接到司机命令（开锁或闭锁）请求后，检测吊具顶销到位和吊具工作尺寸位置，旋锁开始动作到请求位置；检测锁头到位后将信号反馈到司机室，动作结束。

4.1.2 开闭锁程序流程

PLC控制系统开闭锁程序流程（以闭锁为例）如图4所示。

4.1.3 创新功能

在作业过程中，开闭锁限位自检模式会出现开锁和闭锁灯同时亮的情况，导致操作人员难以判断吊具的开闭锁状态。PLC控制系统通过程序实现自动显示开闭锁限位状态的功能，便于维修人员检修，对码头生产和人员安全起到一定保障作用。

4.2 伸缩功能块程序

4.2.1 伸缩工作原理

艾码吊具具有慢伸和慢缩功能，伸缩到位后，退销油缸控制金属销插入工字箱梁和伸缩梁的圆孔内，将伸缩梁定位。伸缩梁受到外力作用时，吊具尺寸不会发生改变。要改变吊具尺寸，需要将插入伸缩梁和工字箱梁圆孔内的金属销退出来，然后吊具才能进行伸缩动作。以40英尺缩20英尺为例：初始状态的吊具在40英尺位置，接到20英尺位置指令（脉冲信号）后，吊具左右两侧做退销动作，进销限位关断；检测退销到位后，左右两侧的快缩和慢缩同时得电，吊具做快缩动作；吊具离开40英尺位置后，40英尺限位断开，当吊具接近20英尺位置时，左右两侧的快缩阀和退销阀失电，慢缩阀继续得电，进销动作；油缸将销顶在伸缩梁上，吊具缓慢缩进（以免吊具进销后产生巨大冲击），直到缩至20英尺定位孔；进销到位，进销限位闭合，吊具缩动作结束。

4.2.2 伸缩程序流程

PLC控制系统伸缩程序流程如图5所示。

4.2.3 创新功能

PLC控制系统不允许吊具长时间伸缩，以免吊具在伸缩过程中卡塞后继续动作，从而起到保护吊具泵、油阀和油管的作用。

5 联机和测试

三菱FX2N PLC编程口使用圆8针通信口，通信形式为串行通信。程序下载时，将PLC电源开关调至“OFF”状态，打开对应的吊具程序，选择“PLC写入”选项。程序下载结束后，将PLC电源开关调至“ON”状态，选择“监视写入”模式即可在线观看吊具运行状态，同时可对程序进行在线修改，修改后须将程序变换后再保存。

测试系统时，首先在模拟操作台上对硬件线路和程序功能进行测试，然后在吊具上进行程序伸缩功能测试，最后在轮胎吊上进行程序全部功能测试和调试，经过空载试车、重载试车后正式投入使用。

测试结果表明，PLC控制系统不仅能够实现吊具的开闭锁、定位伸缩和侧移功能，而且能够实现开闭锁限位自检模式等新功能；系统性能稳定，故障率低，能为码头生产提供可靠保障。

6 结束语

轮胎吊艾码吊具PLC控制系统利用PLC软件程序系统取代集成电路板的硬件控制系统，有助于降低设备故障率，提高设备运行的稳定性和可靠性；同时，该系统抛弃昂贵的艾码逻辑控制板，大大降低维修成本，在吊具控制系统中具有良好的推广价值和应用前景。目前，该控制系统已成功应用于青岛前湾集装箱码头的18台艾码吊具上。与原逻辑电路板控制系统相比，PLC控制系统每年可为每台艾码吊具节约维修成本元人民币，增收利润约元人民币。

参考文献：

[1] 李琳，徐笑梅，程文明，等. 集装箱吊具的型式和应用[J]. 铁道货运，2003（1）：33-36.

可编程控制器系统设计简述 篇4

可编程控制器在我国工业方面应用越来越广泛, 了解可编程控制器系统设计的原则和内容对学习利用可编程控制器实现的智能控制有着重要指导作用。

2 系统设计的原则

在电气控制系统中, 实现系统的要求, 提高生产效率, 保证产品质量是控制的最终目标。在可编程序控制器的系统设计时也应该把这个问题放到首位。PLC系统设计应当遵循以下原则。

(1) 满足要求最大限度地满足被控对象的控制要求是设计控制系统的首要前提。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究, 采集实际控制的相关信息, 总结控制过程中好的控制方法, 搜集与本被控对象相关的文献资料, 来进行深入的分析和设计, 并且要和现场的工作人员多进行沟通, 一起改进和完善设计中所存在的问题。

(2) 安全可靠在控制系统的设计中, 控制系统长期工作的安全性与稳定性是设计的基本原则。这就要求设计要考虑控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行。为了能达到这一点, 要求在系统设计上, 器件选择上, 软件编程上要全面考虑。

(3) 经济实用经济运行也是系统设计的一项重要原则。新的控制系统虽然能够对产品的质量和数量带来改善, 为生产创造更多的价值, 但新系统的引入、员工的培训、系统的维护都是一笔不小的投入。在满足实际控制需求的基础上, 要合理改进系统, 降低系统的投入。

(4) 适应发展社会在不断地前进, 科学在不断地发展, 控制系统的要求也一定会不断地在提高、不断地在完善。因此, 在控制系统的设计时要考虑到今后的升级。在对PLC型号及相关配置模块的选择方面能够留有一定的余量, 以方便日后使用过程中的改进和升级。

3 系统设计的内容

3.1 机型选择

目前, 可编程序控制器产品种类繁多, 同一个公司生产出的PLC也常常推出系列产品。这需要用户去选择最适合自己要求的产品。正确选择产品中, 首要的是选定机型。

(1) 根据系统类型选择机型根据不同类型的机型, 可将控制系统分为三类, 分别为:单体控制小系统、慢过程大系统以及快速控制大系统。这些系统在PLC的选型上是有区别的。

在单体控制的小系统中可通过使用一台可编程序控制器来实现系统的要求。该系统简单灵活, 控制对象往往是系统中的某一个控制指标。这种系统对可编程序控制器间的通信技术要求不高。但有时需要在机器与机器之间进行通信。

慢过程大系统的特点是对设备的性能要求低, 但设备之间有一定的联系, 设备之间有一定的距离, 并且控制的对象复杂, 例如加热炉、港口等系统中对象的远程控制;还有些系统中部分设备需要较高的运行速度, 但是另外一些设备则不需要太高的运行速度, 如钢厂、电厂的一些相关控制系统。对这一类控制对象, 大型机一般不适合这种灵活控制的场合。一般常采用多台中小机型和低速网相连接。通常可以选择单台中小型机对单台设备进行单独控制, 这样不仅容易编程, 而且便于调试和对故障查找、改正。

快速控制大系统:随着可编程序控制器在工业领域应用的不断扩大, 在中小型的快速系统中, 可编程序控制器能够实现对设备的各种基本控制。在这一类控制系统中, 即使使用一台性能较高的大型机也不容易实现控制的要求。假如使用多台中小型机则可以灵活的对系统进行控制, 并且反应速度快。

(2) 由被控对象选择机型根据控制对象的不同特点进行分析, 是选择机型的基础。由控制对象需要的输入输出点数的多少, 可以将PLC的大小种类确定出来。由控制对象的实际特点可确定出PLC的性能。根据控制对象的操作规则可以估计出控制程序所占内存的容量。根据以上的综合分析, 就可以更加准确的确定出PLC机型的范围。

3.2 选择接口设备

为了运行可靠在选择PLC产品时, 需要综合考虑到机型和接口设备的质量和控制可靠性的问题。PLC的接口设备分为自身的I/O与功能模块, 还有与接口模块相连的外部设备这两部分。在选择PLC自身模块时需要考虑下面两点。一是要保证其能够与PLC对接良好。这就要考虑到模块的型号与规格这两个方面, 主要是看看他们的类型与型号是否配套。二是要保证所用到的模块是否与外部设备对接良好。

硬件部分的工作完成后, 就要开始着手软件设计了, 即程序的编制工作。在编制程序之前需要绘制一个输入输出变量表, 这样有利于程序编写, 为下面的许多工作都提供了便捷的条件。

3.3 分配输入输出点

为了以后的工作的便捷, 设计者在完成上面的工作后, 就可以对设备的I/O进行设定。

(1) 单台PLC系统的输入输出点的分配在对输入输出点进行排序时, 最好不要按照顺序排列, 这样不利于系统的编程与系统的调试工作。为了方便, 可以按照控制设备的不同, 将输入输出点进行分配, 这样可以有利于调试与编程工作

(2) 多台PLC系统中输入输出点的分配如果系统中存在多个可以编程的控制器, 应该依据工程上的总要求, 把输入输出按照控制类别的不同进行分组, 并且得到各个可编程控制器分别需要遵守的规则。

3.4 建立输入输出变量表

(1) 绘制输入输出变量表为了方便编程, 需要绘制一个输入输出变量列表。在表内中应该把相应的模块端子, 地址号与信号名称对应好。

(2) 建立内存变量分配表输入输出点最终会储存在PLC的内存单元中, 也就是通常说的输入输出映像区。对于一个具体的程序可能会用到许多的器件与变量, 比如定时器、计数器还有许多的PLC内部变量等, 那么就必须在编程前, 考虑周全, 把这些变量所需要占用的内存分配好, 并建立相应的表格, 也即内存变量分配表, 它包含了所需要的所有元件和变量, 并且可以根据它来阅读程序和查找故障。

3小结

本文主要论述了可编程控制器系统设计方法, 如系统的设计原则, 设计内容, 包括选择机型、选择接口设备、分配输入输出点等。

参考文献

[1] 黄德先, 王京春, 金以慧.过程控制系统「M].清华大学出版社.2011年5月.

[2] 西门子 (中国) 有限公司.S7-200可编程控制器系统手册.2007

《交通灯的可编程控制》教学设计 篇5

摘 要： 采用任务驱动，由观察实际交通灯的变化引出本次任务，进行任务分析、决策、实施，最后进行总结评价，帮助学生更好地掌握由可编程控制器控制交通灯变化。

关键词： 任务 PLC 十字路口交通灯

可编程控制器是目前应用极为广泛的工业控制专业，是集机、电于一体实践性很强的专业课，是机电专业中专学生的主干课程，也是维修电工国家职业资格的核心课程。

一、教材分析

本节课项目选自《可编程序控制器应用技术》（机械工业出版社 程显吉主编）第二章《S7-200系列PLC的基本指令及寻址方式》中第二节《定时器指令》，本教材是中等职业教育“十一五”规划教材。

二、学情分析

本节课的授课对象是中职机电技术应用专业二年级学生，大多数学生的数理逻辑思维能力差，且注意力难于保持较长时间。学生对纯理论的学习缺乏兴趣，对实践操作兴趣较浓厚，但执行规范的能力及遵守纪律的意识较差。

三、教学目标

（一）知识与技能

1.掌握用PLC控制十字路口交通灯的时序图绘制、I/O分配及实物接线图绘制。

2.掌握西门子PLC基本指令、定时器指令及比较指令的使用。

3.掌握十字路口交通灯的PLC程序设计。

4.掌握简单故障现象的检修。

（二）过程与方法

通过任务分析、任务决策、任务实施、总结与评价，实现“做中学，学中做”。

（三）情感与态度

1.实事求是的学习态度和探究能力。

2.小组合作的团队精神和竞赛意识。

3.树立安全文明生产的观念，形成良好的职业道德。

四、教学重点与难点

（一）教学重点

1.掌握用PLC控制十字路口交通灯的I/O分配及PLC的外部接线图。

2.掌握THSMS-A型实验台上交通灯控制的接线。

3.掌握十字路口交通灯的控制过程，并熟练使用编程软件进行程序编写、下载、调试。

（二）教学难点

1.十字路口交通灯的程序设计。

2.解决在实际操作过程中出现的故障。

五、教学方法

“做中教”，采用情境教学、任务驱动、启发式教学等方法，通过操作演示、启发引导、个别指导、点评反馈等手段展开教学。

“做中学”，采用探究式、讨论式、合作式、实践式等学习方法，通过自主学习和小组合作学习等途径进行学习。

六、教学过程

（一）课前准备

1.布置学生观察某一十字路口交通灯的变化情况，并拍摄一段视频上交。

2.学生查阅书籍，回忆老师讲过的指令思考如果用PLC控制技术实现该路口的交通灯控制，那么怎么办？

（二）课堂活动

1.活动一：项目引入。

老师播放视频，创设情境，抓住学生注意力，激发学生的学习兴趣。

2.活动二：任务分析。

（1）项目描述：PLC实现交通信号灯的控制，规律：先是东西方向绿灯亮25秒，然后闪亮3秒，绿灯闪过之后是东西方向黄灯亮2秒，接下来是南北方向绿灯亮15秒、闪亮3秒及南北方向黄灯亮2秒。在东西方向绿灯亮、闪亮及东西方向黄灯亮的同时，南北方向亮的是红灯；在南北方向绿灯亮、闪亮及南北方向黄灯亮的同时，东西方向亮的是红灯。信号灯按此规律不断重复。（2）老师播放视频，了解最终正确显示结果。（3）引导学生画出十字路口交通灯时序图。

3.活动三：任务决策。

（1）确定I/O分配。（2）绘制PLC外部接线图。（3）绘制实际接线图的连接。（4）确定编程思路及主要使用的指令。

4.活动四：任务实施

（1）播放视频强调安全操作注意点：除调试外，不能带电操作，尤其是接线一定要断电。播放视频老师演示接线。（2）搭建硬件电路，安全接线，并检测接线可靠性。（3）用软件编写梯形图，下载并进行调试。

赛一赛，看哪一组配合得好，做得既快又好，评选出前三名并发小奖品以示鼓励。

（4）故障排除。

5.任务五：提高与总结

（1）对任务实施过程中学生出现的故障进行分析，对照常见故障检修表，和学生一起讨论故障检修的方法，化解难点。赛一赛：设置故障，小组派一名成员进行比赛故障检修，看哪一组快。（2）给出样例程序并进行总结。（3）填写学习过程评价表。

6.任务六：布置作业

七、教学反思

（一）可取之处

1.项目选取“十字路口交通灯的PLC控制”贴近学生生活实际，较好地激发了学生的学习兴趣和学习动机；难度适中，由项目的评估和验收情况来看，95%的同学能够完成任务，锻炼技能的同时，极大提高学习成就感，为今后的继续学习打下坚实基础。

2.教学设计上以十字路口交通灯的控制的整个工作过程为导向，将具体教学目标落实到各个工作任务中，同时，学生工作页中的知识链接、操作指导和教师制作的教学视频，为本项目的教学重点难点提供了所需补充，达到了化难为易的目的。

3.组织形式，通过小组合作学习，较好地实现了优势互补，特别是在故障检修环节，如一个小组内故障不尽相同，这时小组内同学相互检查、排故。另外就常见故障现象及解决办法我列出了表格帮助同学进行排查，较好地解决了难题。

4.评价方式，在教学环节中，变由教师一方评价为学生自评、互评，老师总评的大家一起参与的评价方式，起到了很好的互动作用。

（二）不足之处

进度控制方面，由于学生在知识和能力方面存在较大差异，小组内完成时间相差较多，一定程度上影响了整体进度。

（三）改进措施

论可编程控制器接口 篇6

关键词: 可编程控制器;I/O接口;输入;输出模块;扩展接口;智能接口

1 PLC的主要特点:高可靠性

(1)所有的I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

(2)各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数一般为1-20ms。

(3)各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。

(4)采用性能优良的开关电源。

(5)对采用的器件进行严格的筛选。

(6)良好的自诊断功能,一旦电源或其他软、硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防止故障扩大。

(7)大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三个CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2 丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号,如:交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备,如:按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀、直接连接。另外,为了提高操作性能,它还有多种人—机对话的接口模块;为了组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块等。

输人/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口。现场的输人信号,如按钮开关、行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量(压力、流量、温度、电压、电流)等,都要通过输人模块送到PLC。由于这些信号电平各式各样,而可编程控制器CPU所处理的信息只能是标准电平,所以输人模块还需将这些信号转换成CPU能够接受和处理的数字信号。

输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号,并把它转换成现场执行部件所能接受的控制信号,以驱动,如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。

可编程控制器有多种输入/输出模块,其类型有数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块。这些模块又分直流和交流、电压和电流类型,每种类型又有不同的参数等级。主要有数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块,部件上都设有输入接线端子排,为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理,这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入模块带有光电耦合电路,其目的是把PLC与外部电路隔离开来,以提高PLC的抗干扰能力。数字量输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。

模拟量输入/输出模块主要用来实现模拟量——数字量之间的转换,即A/D或D/A转换。由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量,因此这些模拟量必须通过模拟量输入/输出模块与PLC的中央处理器连接。模拟量输入模块A/D转换后的二进制数字量,经光电耦合器和输入锁存缓冲器与PLC的I/O总线挂接。模拟量输出模块D/A转换前的二进制数字量,经光电耦合器和输出锁存器与PLC的I/O总线挂接。

现在标准量程的模拟电压主要是0-5V和0-10V两种,模拟电流主要是0-20mA和4-20mA两种。另外还有0-50mV、0-1V、-5V-+5V、-10V-+10V、0-10mA等。模拟量输入模块接收到标准量程的模拟电压或电流后,把它转换成8位、l0位或l2位的二制数字信号,送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号,提供给执行机构。

3 I/O扩展模块

当一个PLC中心单元的点数不够用时,就要对系统进行扩展,扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。

4 智能I/O接口模块

随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展,各可编程控制器制造厂家已经开发出一系列的智能接口模块,使可编程控制器的功能更加强大和完善。智能I/O接口模块种类很多,例如高速技术模块、PLCA控制模块、数字位置译码模块、阀门控制模块、中断控制模块、智能存贮模块以及智能I/0模块等。

5 基于可编程控制器的智能接口

由于此类PLC产品只提供最基本的操作手册。PLC的操作系统程序固化在EPR0M之中,直接利用PLC的通讯功能,组成通信网络,就显得比较困难。PLC系统的人一机接口设备为编程器,它通过只S一422接口与主机连接。因此,需要开发一种专用单片机(本项目采用80C31)系统替代编程器工作。每台PLC通过只S一422连接一台单片机,以单片机作为下位机,通过总线方式与主控计算机连接,由主控计算机完成编程、监控和数据处理功能。这样,以单片机作为“桥梁“,采用上、下位机结构,实现了PLC联网通信功能。换句话讲,将计算机联网控制监测PLC的工作,转化为计算机一单片机集散式监测、控制系统。同时,主控计算机作为局域网中的一个数据节点,可以为管理系统提供实时生产数据。

可编程控制系统 篇7

一、什么是PLC?

采PLC (Programmable Logic Controller) 简称可编程序存储器, 能够控制各种类型的生产过程的机械设备, 主要原理是在其内部执行逻辑运算、定时、顺序控制以及算术运算等操作, 然后运用数字或者模拟输出来执行控制指令。进入二十一世纪以来, 计算机技术与微电子技术迅猛发展, 可编程控制器PLC逐渐具备了计算机所具有的功能, 不仅能够实现数据的处理、通信及互联网等功能, 而且还能够进行逻辑控制。其主要特点为抗干扰能力强、可靠性高、编程简单、组装维护方便、体积小, 现在在工业控制的各个主要领域都能够看到可编程控制器PLC的身影。就目前使用情况来看, 可编程控制器PLC主要应用在以下几个方面:第一是顺序控制领域, 可编程控制器PLC成功取代传统的继电器顺序控制系统, 这个也是可编程控制器PLC应用最为广泛的领域, 主要生产现场为数控机床、电梯控制以及装配生产线等;第二是过程控制领域, 国民经济工业生产过程中, 许多生产参数量是连续变化的, 比如流量、压力、温度等等, 可编程控制器PLC利用其自身的数模、模数转换模块, 可以实现直接采用模拟量用于过程控制领域;第三是数据处理领域, 可编程控制器PLC自身一般都设置由四则运算指令, 能够用来对生产过程中产生的数据进行处理, 可编程控制器PLC能够直接进行数据采集和处理, 并实时对生产过程进行监控。一般较为先进的可编程控制器PLC都设置有位置控制模块, 可以用来控制伺服电动机或者步进电动机, 就能够实现对各种机械设备的控制。

二、PLC电梯控制系统结构

PLC电梯控制系统主要由硬件部分和软件部分两部分构成, 下面笔者将逐一进行介绍。

1、电梯控制系统的硬件部分。

电梯系统有大量的开关量输入/输出信号, 主要包括内外呼梯信号, 上下行减

速信号, 平层信号, 开关门信号, 上下限位信号等一些开关量输入信号, 还有一些开关量输出信号包括平层、减速、上行、下行、开门、关门以及驱动楼层显示数码管信号等等。电梯运行的状态以及数据被PLC的通信模块通过RS232接口传输到计算机中。电梯控制系统的硬件框架图如下图1所示。

假设建筑物楼高共有N层, 由楼层数确定可编程控制器输入/输出点的原则, 电梯控制系统所需要的输入输出点数就可以被确定出来。输入I/O点数的确定:外呼梯按钮除了第一层只有一个上呼梯按钮, 最高一层只有一个下呼梯按钮以外, 其他各层的上下呼梯按钮都各有一个, 电梯内的控制区域有楼层每一层的按钮以及开关门按钮盒报警按钮各一个, 用两个限位开关充当轿厢门控, 电梯内部顶端有两个平层传感器以及两个减速传感器, 电梯井的顶部和底部各有两个能够有效防止电梯冲出导轨的限位传感器, 编码器需要有两个输入I/O点。所以总共的输入I/O点为3N加上13个。输出I/O点数的确定:内呼梯指示灯有N个, 外呼梯指示灯有2N减去2个, 上行下行指示灯两个, 控制变频器输出需要三个I/O点, 四位BCD码指示灯需要八个, 关门开门个需要一个。总共的输出I/O点为3N加上13个。

电梯控制系统采用减速平层传感器和编码定位器相结合的方式, 能够有效防止由于采用单一定位装置失效引发的事故, 而且还能够相互检测, 一旦出现定位系统发生故障的现象, 就可以通过人机交互系统向值班人员发出警报, 从而有效提高系统运行的安全性以及可靠性。

2、电梯控制系统的软件部分。

可编程控制器PLC的运行方式与一般的计算机不太一样, 其工作过程一般由输入采样、用户程序执行以及输出刷新三个阶段组成, 上述三个阶段完成一次被称作一个扫描周期。在整个系统的运行期间, 可编程控制器PLC的处理器以一定的扫描速度重复执行这三个阶段。可编程控制器PLC的编程有自己的特点。如果扫描周期的影响能够忽略不计, 那么在缺少循环语句的情况下, 电梯系统也能够重复执行相应的操作。

笔者开发的电梯控制系统软件没有采用简单的逻辑控制编制程序, 而是采用了数据比较编制程序, 这样做的好处是程序比较容易理解, 并且在设计楼层层数不断增加的时候, 整个程序的规模并不增加多少, 相反的, 在使用逻辑控制编制的程序, 楼层较少的时候还可以应对, 一旦楼层数目增大, 程序容量显著增加而且程序逻辑比较复杂。在编制此程序的时候, 采用了模块化的方法, 即整个程序由许多个功能相对独立简单的模块组成, 这样做的好处是程序的可读性好, 修改方便。模块主要包括:呼梯信号消除模块、上行减速模块、下行减速模块、确定上行最近目的楼层模块、确定下行最近目的楼层模块、开关门模块、初始化模块、自动返回原点模块、确定上下行模块。这些模块中最为重要是的确定上下行最近目的楼层模块以及确定上下行模块。下面将结合程序流程图详细介绍这三个模块的编程思路。逻辑线圈M100用来表示上行标志, M101用来表示下行标志, M103用来表示电梯空闲标志, 数据寄存器D0用来表示电梯处于当前楼层, 数据寄存器D1用来表示电梯上行过程中最近的呼梯楼层, D2用来表示电梯下行过程中最近的呼梯楼层, D3用来表示中间变量。确定上下行模块的流程图如图2所示。

如果电梯此时处于空闲状态, 那么楼层号将被放在D3, 当同一扫描周期中有好几个呼叫信号, 那么就将最高楼层的楼层号存放在D3, 将电梯的最高呼叫楼层和当前楼层进行比较, 假设最高呼梯楼层大于当前楼层, 则上行标志被置1, 假设当前楼层大于最高呼梯楼层, 那么下行标志被置1, 如果在一个扫描周期中未出现呼梯信号, 那么就将电梯的控制标志置1。

由于确定上行最近目的楼层模块与确定下行最近目的楼层模块相类似, 故这里仅介绍一种, 其程序流程图如下图3所示。

在上行方向确定之后, 主程序的每一个扫描周期中都会调用该程序模块, 在子程序模块中, 当前的楼层号被放在变址寄存器中, 同时使用跳转指令CJ, 它的指针是P10V, 这样就只处理比当前楼层高的楼层出现的呼梯信号, 并且这些呼梯信号会按照一定的顺序被排列起来, 当电梯进入减速或者子程序消除之前, 每个扫描周期都会刷新D1一次, 如果并未出现比当前D1中楼层对应信号更高优先级的呼梯信号, 那么D1中就存入新呼梯信号出现的楼层信号。所有的比现楼层高的呼梯信号处理完成之后, M100就会复位, 主程序解除对此子程序的调用。

三、人机交互界面设计

为了使电梯的运行情况能够比较直观的出现在值班人员的视野中, 可以考虑采用编程语言设计一个监视电梯运行情况的交互界面。主要相关程序包含以下两部分:一是PC与PLC相互通信的部分。采用串口通信设计, 把PLC的通信格式设置为与编程语言一致, PC接收到的数据用T0语句写入通信模块的数据缓冲寄存器之中。二是显示部分的设计, 运用编程语言中的数组存放接收到的帧, 数组元素对应电梯运行状态。计算机接收到数据之后, 通过对数组的内容进行分析, 就能够准确知道当前电梯的位置以及运行情况。人机交互界面方便的使值班人员时刻观察注意电梯的运行情况, 并且在电梯系统出现故障的时候, 可以快速及时的发现故障类型以及出现的位置, 这样就为及时排除故障节省了时间。

四、总结

本PLC电梯控制系统采用简化硬件电路设计, 大大提高可靠性, 有效降低了系统出现故障的可能性, 同时, 系统软件部分易于扩展, 这样不管是只有几层的小型梯还是几十层的大型梯都能够使用本电梯系统。伴随着我国经济科技的不断发展, 国内的高层建筑将会越来越多, 对于电梯的需求也会不断持续旺盛发展。电梯中使用PLC控制系统之后, 不仅能够持续稳定安全运行, 而且会带来很好的经济效益, 符合环保绿色的要求。

摘要：随着人民生活水平的逐步提高, 电梯已经成为日常生活中必不可少的交通工具, 尤其是在一些高层建筑中, 住户上下楼都离不开一部方便快捷的电梯。科技发展日新月异, 电梯逐渐抛弃了老式控制系统而采用全新的PLC控制系统。本文介绍了可编程控制器PLC在电梯控制系统中的作用, 重点分析了控制系统的基本组成结构以及实现过程。笔者认为, 可编程控制器PLC终将以其方便灵活、性能稳定等优点占领电梯控制系统领域。

关键词：可编程控制器PLC,电梯控制,控制系统

参考文献

[1]毛卫兵.基于PLC的电梯控制系统[J].才智, 2011 (13) .

可编程控制系统 篇8

关键词：调胶控制系统,PLC控制,人机界面

1 引言

调胶就是在刨花板生产线中,根据工艺和板材性能要求,在树脂中加入一定量的固化剂、防水剂等添加剂,并混合均匀,配制成胶液的过程。胶液的质量严重影响刨花板的力学强度,同时,粘贴剂是昂贵的原料,不能单纯用提高施胶量来提高产品质量。为了保证刨花板的质量稳定和合理的生产费用,有效地控制和测定各种成分含量是调胶工序的一个很重要的问题。工厂过去采用人工称重配制,此法虽准确,但是效率低,为防止混合液变质需增加员工的劳动强度。现由于生产规模的扩大及改善员工环境的需要,均采用自动计量配制,由配备液位开关的圆筒计量容器和控制电器组成,它们将预定量的各种成分送入混合罐,搅拌均匀送入混合罐备用。PLC可靠性高,编程简单,易于维护而广泛应用于各种控制系统。本系统以PLC和人机界面为核心,能够完成系统的精确控制,实现可视化操作,通过修改工艺运行程序中的相应参数,可灵活地完成各种配方的胶液配制,保证产品质量,提高生产效率。

2 调胶系统工作原理[1]

胶控制系统由主回路和PLC控制系统两部分组成,其工作原理为:各组成成份由泵送入计量桶内,先后由放胶阀注入混合罐,其各自的重量作用在称重传感器上。当传感器受力时,其输出的电压信号0-10V送到A/D转换器(称重变送器),转换成数字信号后送入PLC内处理,各种成分的加注控制数值已先经人机界面(HMI)输入PLC内。PLC把检测到的重量值送到HMI上显示并与给定值比较,当检测值等于(或大于)给定值时,控制接口输出控制信号,使加注阀停止放胶,加完第一种原料。然后再加第二种原料,并依次加注完其它各种成分原料。全部加注完后,PLC发出信号进行搅拌,搅拌时间由HMI设定送入PLC中,搅拌后自动放胶进芯(表)层罐中。工作原理如图1所示:

3 控制系统的硬件设计[2]

根据调胶系统的控制功能要求,需要对设备进行各种逻辑、顺序、过程控制,包括对设备的手自动控制、各种报警输入、输出,信号反馈等的多层控制,对PLC的输入输出点数要求较多。其中PLC控制的输入信号包括:操作台上的启停按钮、液位开关的上下限、加注阀关闭到位信号、各电机运行过载信号等共55点;PLC控制的输出信号包括:各电机、电磁阀运行状态指示、8个放胶阀中间继电器、8个交流接触器等44点。本系统选用三菱公司的FX2N系列的80MT基本单元、16EX扩展输入模块、2AD模拟量输入模块及FX2N系列的8EYR扩展输入模块。三菱FX2N系列PLC配置如图2所示:

系统运行过程中用户要求能输入芯、表层配方,混合罐、芯、表层胶罐各限位控制值,上料时间等相关信息,并要求能够打印芯、表层胶液每分钟消耗量的历史曲线,根据这些要求,PLC通过RS-485与人机界面(HMI)相连,HMI通过USB接口连接微型打印机。

现场的开关信号直接进到PLC的输入端口,而混合罐、芯、表层胶罐的重量信号则由模拟量采集模块进入PLC。对开PLC输出的控制信号,24V的信号分成一组,由公共正极通过PLC直接接到执行器;220V的上料泵和搅拌器分成一组也有PLC直接控制。HMI是操作人员与机器设备之间双向沟通的桥梁,操作人员根据屏幕上的提示输入数据,观察工艺流程的参数变化,实时监控生产工艺过程,实现可视化操作,减少了操作上的失误;HMI还负责把调胶工艺参数值下传到PLC,并在一个工艺流程结束时打印出实时数据。

4 系统软件设计[3]

在调胶控制系统的PLC软件设计中,主要完成工艺参数输入、配胶控制、故障报警与处理以及一些设备的常规控制,程序一旦调试完毕,用户只需在HMI上修改工艺参数,便可以完成不同的调胶工艺,操作过程简单、方便。

4.1 工艺参数输入程序

工艺参数包括芯(表)层的配方、各胶罐重量的上下限及上下极限、芯(表)层请求配胶值、芯(表)层配胶计时和各种原料上料时间设置。对于不同的配方,或者同一配方不同的请求配胶值,工艺参数有所不同。操作人员按照HMI上的提示一步一步地输入工艺参数;如果是已输入的工艺参数,操作人员可以调用已经储存的工艺参数文件,在HMI上完成对工艺参数的修改。

工艺参数输入程序主要由传输指令MOV(P)与基本指令构成,在HMI的基本窗口上设定每个工艺参数。数值的输入和确认调用基本窗口上的十六键小键盘来实现。

4.2 配胶控制

设备正常工作时,操作人员只需选择“自动”,此系统就会自动完成调胶。当芯(表)层胶罐的重量低于芯(表)层请求配胶值时,自动发出芯(表)层请求配胶信号,开如配胶。根据HMI上设置的芯(表)配方,自动控制相应原料的加注阀按顺动作,将各种原料按组成成份分别加入混合罐内,同时进行搅拌,各种原料的实际加注量均在HMI上显示出来。原料加注结束并搅拌延时后,混合罐开始向芯(表)胶罐放胶,完成一次配拉过程,部分梯形图如图3所示。

4.3 故障报警与处理

各个控控制部分或元件出现故障时要有声光报警,当报警发生时故障部分设备停止运行,或进行故障清理后继续运行,或使用手动独立回路单个启停控制系统。故障包括各个电机的过载保护、各胶罐超重、芯(表)层胶罐空、各原料桶空或满等等,采用三菱PLC的PLS指令可以很好的实现报警控制功能。

5 系统画面[4]

操作人员通过HMI能够清晰直观地看到整个调胶系统的运行情况,并进行集中控制。HMI的主要监控画面包括:“主流程图”、“芯层配方”、“表层配方”“、历史曲线”、“报警显示”等工程画面。图4为系统的主画面。

操作员可以通过监控画面看到各个监测点的瞬时值和各受控设备的运行状态。还提供报警显示,打印报表,数据管理等功能,真正实现调胶系统的管控一体化。

6 结束语

本系统充分利用了三菱FX2N的优越性,完全实现了调胶系统的自动控制,保证了调胶的高效性。目前,北京永清吉森木业有限公司已经成功运行。基于PLC的调胶控制系统以运行稳定、操作简单、画面直观等优点得到了用户的好评。

参考文献

[1]王恺.木材工业实用大全(刨花板卷)[M].北京:中国林业出版社,1998.

[2]FX2N系列微型可编程控制器使用手册[Z].

[3]FX2N系列微型可编程控制器编程手册[Z].

可编程控制系统 篇9

机器人已经广泛应用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作。在国家“十一五”规划的指导下,国内机器人研究与应用已经取得重大进展[1]。21世纪不仅制造业将进入一个新的阶段,机器人以及其他智能机器和自动化装备将在空间及海洋探索、农业及食品加工、采掘、建筑、医疗、服务、交通运输、军事和娱乐等领域具有广阔的市场前景。本文主要介绍了搬运机器人基于可编程控制器(PLC)的控制系统的设计。

1 机器人组成及机械手工作原理

1.1 机器人组成

机器人主要由水平皮带输送机、变频器、个人电脑和垂直固定于机架上的机械手组成。

水平皮带输送机是由三相异步电动机拖动,通过联接,电动机将能量和运动传递给皮带输送机,变频器则用于水平皮带输送的调速。个人电脑选用通信接口为RS-232C规格的计算机[2],它用于写入PLC程序,针对不同的任务编写程序。PLC根据传感器传递来的信息和输入的程序来控制机械手和其他的气动控制。机械手硬件按其功能可分为底座、立柱、气爪、悬臂和手臂,其中能控制的包括悬臂、手臂和气爪3个部件。机械手气动部分由5个气缸组成,分别使用5个两位五通双控电磁阀驱动。

1.2 机械手工作原理

机械手工作时,首先由PLC发出电控制信号给电磁阀[3];电磁阀动作输出气信号到气控阀;气控阀接到信号后,将动力输给气缸;气缸运动,运动到指定行程时,触及机械阀;机械阀将气信号传到气电继电器;气电继电器将电信号传至机械手控制系统;PLC根据气缸到位情况,按程序执行下一步动作。系统工作原理框图如图1所示。

2 机械手的PLC控制设计

2.1 PLC系统组成

PLC系统框图如图2所示,PLC根据传感器传递来的信息和输入的程序来控制机械手和其他的气动控制。

2.2 PLC选型

PLC选用了日本三菱电机生产的FX2N-48MR系列可编程控制器,它是整体式小型PLC,内部电源为直流24 V,输入点27个、输出点17个[4]。将它安装在一块模块上,PLC的输出、输入及电源的接线端都引出到模块的面板插孔上。

2.3 PLC输入/输出点的确定

根据机械手的控制要求,PLC控制的输入/输出地址分配如表1所示。输入单向有启动、停止按钮及气爪;输入双向有悬臂,气爪旋转,手臂伸缩和手臂旋转气缸的双限位传感器,共11个;输出有悬臂、手臂、气爪夹紧及气爪旋转共9个。选用的三菱FX2N-48MR系列PLC,其输入/输出点能满足控制要求。

按照PLC输入/输出点,确定了如图3所示的机械手电气控制原理图。

2.4 软件流程图

该机械手的操作过程依次是:抓取工件、搬运工件、工件定位及恢复初始状态[4]。软件可以通过梯形图来编写。机械手抓取工件的流程图如图4所示。

机械手手臂伸出到位,传感器检测到机械手伸出到位,驱动机械手手爪松开;手爪松开到位后机械手气臂下降,到最低端后,机械手气爪夹紧,从开始到夹住工件整个过程计时1 s。到此完成机械手抓取工件的整个流程。机械手搬运工件的流程图如图5所示。

机械手抓紧工件后,悬臂下降,限位传感器接收到信号,驱动手臂气缸上升;手臂提升到位后,机械手手臂缩回;手臂到最后端,机械手左旋,到位;机械手伸出,到位;机械手下降,到位。机械手工件定位的流程图如图6所示,搬运到要求位置,工件二检测到位;气爪左旋,工件定位;计时1 s,机械手气爪松开;检测后结束。机械手恢复初始状态的流程图如图7所示,机械手松开工件后,悬臂上升,到位;手爪抓紧计时1 s;机械手手臂缩回,到位;机械手右旋,到位,恢复到初始状态。

3 结语

结合生产企业的应用环境,在机器人系统特点基础上,设计了基于PLC主控的机械手控制系统。根据系统需要完成的任务特点,确定了硬件构架和软件体系。经多次实验,验证该机械手操作方便、性能稳定,可以弥补操作工效率低、成本高等缺陷。另外该系统有很好的开放性和可扩展性,可以根据需要方便地增、减功能部件,进行自主创新。

参考文献

[1]汪晓光,孙晓瑛,王艳丹.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2]陈卓.PLC与上位计算机通讯监控系统的研究与应用[D].重庆:重庆大学,2004.

[3]张宏林.PLC应用开发技术与工程实践[M].2版.北京:人民邮电出版社,2008.

可编程控制系统 篇10

在油田稠油热采工艺中水处理装置是负责向油田注气锅炉提供优质软化水的唯一装置,它的工艺流程通常分为四个步骤,从离子交换树脂失效后开始:反洗、再生(进盐和置换)、正洗和运行(软化),这四个步续。反洗的目的是翻松交换剂层,为再生创造良好的条件同时将将交换剂层表面的泥渣等污物冲出。再生就是用一定量的适当浓度的再生剂,以一定的方式与失效树脂层进行接触使其恢复交换能力的过程。正洗就是以交换运行的方向用正洗水冲洗树脂层。其目的在清除残余的再生剂和再生后产物及一些杂质。运行即是生水以一定的流速通过树脂层,水中的离子即和树脂中的可交换离子进行交换,使出口水符合要求的过程[1]。在油田稠油热采工艺中要求水处理装置能够长时间(一个月左右)不间断的运行,向油田注气锅炉提供优质的软化水来满足油田生产的需要。以往的靠人工化验水质,并手动操作水泵供水的方法,已经远远不能满足生产的需求了。为了提高工作效率,减少工人劳动强度,节约人力资源,急需寻找一种新的技术来满足生产的要求。本文介绍的就是根据以上要求采用日本欧姆龙可编程控制器(简称PLC)、台湾维纶触摸屏以及日本富士交流接触器、光电开关等低压电气件开发的一个控制系统。整个控制系统具有以下特点:

1.效率高

2.可靠性强

3.操作简便

4.自动化程度高

2 水处理装置的工艺流程及控制原理

为了保证不间断的向注气锅炉供应合格软化水,设计了两组水处理装置即:A组和B组。当A组水处理运行时B组水处理进行反洗、再生和正洗这三个步续,当A组水处理供水不合格时由B组水处理向锅炉供水,A组进行反洗、再生和正洗这三个步续,如此反复运行,这样就满足了油田注气锅炉供水的需求。

水处理控制系统的控制原理是通过PLC控制各个步续相应的液(气)动阀门的打开、关闭和开关时间来实现对水处理流程的自动控制,系统设有运行状态和阀门位置指示灯,可以对系统运行状态和阀门位置进行明确指示。为了实现AB两组水处理装置的自动转换,我们将水硬度分析仪的报警信号引入PLC,当水有一组水处理装置所生产的软化水不能满足要求时,PLC根据水硬度分析仪的报警信号,自动切换两组水处理装置的运行状态,启动相应的流程,从而实现了水处理装置的全程自动化控制,无须人为操作。具体见控制流程图如图1所示。另外系统可以通过触摸屏设定反洗、再生和正洗这三个步续运行的时间,不需人为计时。该系统设有手动和自动两套控制系统,当需要手动控制系统时,人工搏动各流程所对应阀门的控制开关即可。

3 系统的硬件组成

欧姆龙可编程控制器为系统的核心器件,一方面与维纶触摸屏通讯,以获取工作人员在触摸屏上的设定的参数和传送要显示的信息,另一方面控制水泵及其他电气回路按要求动作。见硬件控制原理图如图2所示。

4 系统的软件设计

软件设计包括两部分:触摸屏软件设计和PLC软件设计。

4.1 触摸屏软件设计

触摸屏提供人机交换界面,具体设计框架见图3所示。它是通过EASY BUILDER组态软件进行组态,共编制了10个画面,包1个主操作显示画面、5个参数设置及显示画面、2个系统运行状态显示画面、1个报警显示画面和1个手动控制画面。其中故障报警包括当前故障信息和历史故障信息,故障排除后,可以通过复位使系统正常运行。

触摸屏界面设计良好,并易于操作。触摸屏通过RS-485信号标准的9针D型连接器与PLC连接,当PLC通电,触摸屏得电后,触摸屏将进行与PLC的通讯检测及自我检测,当检测通过后,进入水处理控制系统。首先显示是主画面,操作人员可根据主画面的提示,根据需要在触摸屏上显示查看信息,设置参数。

4.2 PLC程序设计

本系统采用欧姆龙C P M 2 A型P L C并扩展了一个CPM1A16ER型输出模块,设有14个输入点和34个输出点,即满足了生产需要,又为以后的功能扩展留有余量[3]。另设置了14个计时器来控制各步续进行时间。按照控制要求,我们给出A组水处理装置的控制梯形图。当A组水处理装置进行反洗、再生、正洗、运行这四个步骤时可根据控制相应的阀门开启和关断来实现其流程的转换,图4所示的梯形图就可实现该功能。

另外A组水处理的运行状态也必须反映给操作人员。图5所示的梯形型图就可实现该功能。

在系统给各水处理各步续分配了独立的输入地址,当各步续需要手动控制时可直接搏动各地址所对应的手动开关即可。地址分配见表1。

5 结束语

本系统自投入使用以来运行稳定,未发生任何故障。事实证明以PLC为控制核心的水处理自动控制系统,完全能满足水处理的生产要求,而且提高了生产效率,为企业带来了较好的经济效益。

参考文献

[1]宋业林.锅炉水处理实用手册[M].北京:中国石化出版社,2007.

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