煤矿胶带输送机集控系统说明书.doc

中国矿业大学毕业设计（论文）
目 录

第1章 绪论 6
第1.1节 可编程控制器的现状和发展 6
第1.2节 可编程控制器的特点 6
第1.3节 基于可编程控制器的监控系统 7
第1.4节 PLC控制系统的一般步骤 10
第1.4节课题研究内容 13
第1.5节课题的背景及研究意义 14
第2章 皮带集控系统的功能设计 15
第2.1节 概述 15
第2.2节 控制和保护 15
第2.3节　系统功能设计 16
2.3.1原理配置图 16
2.3.2设备的控制方式 16
2.3.3　自动控制方式时实现的联锁关系 17
2.3.4　电机运行选择 17
2.3.5　显示与报警功能 17
2.3.6　保护及信号装置 18
2.3.7 系统的技术参数 18
2.3.8　系统原理 19
2.3.9 系统特点 19
第3章 系统组成及主要设备设置 20
第3.1节　可编程控制器(简称PLC) 20
3.1.1 S7-200系列PLC概述 21
3.1.2 PLC的CPU的工作方式 22
3.1.3 PLC选型 24
第3.2节 操作台 24
第3.3节 配电柜 24
第3.4节 开关柜 24
第3.5节 中继柜 25
第3.6节　检测装置 25
3.6.1 堆煤传感器 25
3.6.2 跑偏传感器 26
3.6.3 急停开关 27
第4章 系统程序设计 28
第4.1节 PLC控制系统软件设计 28
4.1.1 PLC 软件系统设计的方法 28
4.1.2 软件系统设计的步骤 30
第4.2节 设计技巧 32
4.2.1 I/O点数的估算 32
4.2.2 内存容量的估算 32
4.2.3 响应时间 33
4.2.4 功能要求与PLC结构的合理性 33
4.2.5 输入/输出模块的选择 33
第4.3节 PLC控制系统设计的注意事项 33
4.3.1 输入信号处理 33
4.3.2 短路保护 34
4.3.3 感性输入/输出的处理 34
4.3.4 安装与布线 35
第4.4节 PLC控制原理 35
图4.2 PLC接线图 35
第4.5节 原理说明 36
第4.6节 工作过程 36
4.6.1 手动控制过程 36
4.6.2 自动控制过程 36
第4.7节 应用程序设计 37
4.7.1 I/O分配 37
4.7.2 主程序设计 38
4.7.3 检测程序设计 39
4.7.4 自动启动程序 39
4.7.5 自动停止程序 39
4.7.6 手动程序 39
第5章 PLC柜设计 40
第6章 控制台设计 41
第7章 安装与使用 51
第8章 常见故障分析及解决办法 52

第1章 绪论
第1.1节 可编程控制器的现状和发展
可编程控制器（简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化控制技术而开发的新一代工业控制器产品，广泛用于各种生产机械的过程控制中，被认为是构成机电一体化产品的重要装置。PLC是从早期的继电器控制逻辑技术结合计算机控制技术发展出来的产品，因此，初期的PLC基本上只是替代控制装置中的中间逻辑继电器及一些定时器和计数器的功能，近年来，随着计算机技术的迅速发展，PLC得到了快速的发展，特别是进入90年代以来，PLC的性能价格比大幅度地提高。所以PLC已经成为新一代工业控制机的首选装置。
目前，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。
第1.2节 可编程控制器的特点
1）高可靠性 高可靠性实PLC 最突出的特点之一。由于工业生产过程实昼夜连续的，一般的生产装置要几个月，甚至几年才大修一次，这就对用于工业生产的控制器提出了高可靠性的要求。PLC具有较高的可靠性实因为它采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，另外还才取了屏蔽，滤波，隔离等抗干扰措施。它的平均故障间隔为3-5万小时以上
2）灵活性 过去，电气工程师必须为每套设备配置专用控制装置。有了可编程控制器，硬件设备采用相同的可编程控制器，只需要编写不同应用软件即可，而且可以用一台可编程控制器控制几台操作完全不同的设备。
3）便于改进和修正 相对传统的电器控制线路，可编程控制器为改进和修订原设计提供了极其方便的手段，以前也许要花费几周时间，而用可编程控制器也许只需要几分钟就可以完成了。
4）节点利用率提高 传统电路中一个继电器只能提供几个节点用于连锁，在可编程控制器中，一哥输入中的开关量或程序中的一个“线圈”可提供用户所需要的任意个连锁节点，也就是说节点在程序中可不受限制的使用。
5）丰富的I/O接口 由于空也控制机只是整个工业生产过程自动控制系统中的一个控制中枢，为了实线对工业生产过程的控制，它还必须与各种工业现场的设备相连接才能完成控制任务。因此PLC除了具有计算机基本部分如CPU，存储器等以外，还有丰富的I/O接口模块
第1.3节 基于可编程控制器的监控系统
随着电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期出现的微型计算机技术被应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制、定时、计数功能，而且增加了运算、数据传送和处理等功能，成为具有计算机功能的工业控制装置，具有可靠性高、编程简单、通用性强、安装及维护方便等特点。
一般来说，由PLC构成的监控系统可分为三种类型，分别是：单机控制系统、集中控制系统和分布式控制系统。
1）单机控制系统：这类控制系统的被控对象往往是一台机器或是一条生产流水线，如机床、皮带运输机、简易生产流水线等，其控制是由一台PLC来实现被控对象的控制。这种系统对PLC的输入/输出点数要求较少,控制系统一般不需要与其他控制器或计算机进行通信.如图1.1

图1.1 PLC单机控制系统的典型结构

2）集中控制系统:这类系统多用于数台机器或流水线的控制,被控对象所处的地理位置比较接近,且相互之间的动作有一定联系的情况.系统的控制由一台PLC控制多台被控设备,每个被控对象与PLC的指定I/O相连。由于采用一台PLC控制，故各被控对象之间的数据、状态的变化不需要另设专门的通信线路，缺点是一旦某一控制对象的控制程序需要改变或者PLC出现故障是，就必须停止整个系统的运行。如图1.2

图1.2 PLC集中控制系统的典型结构
3） 分布式控制系统： 这类系统多用于多台相互间有数据连接的生产流水线的控制，被控对象分布在一个较大的地理区域内，相互之间的距离较远且要求经常的交换数据和信息。系统的控制由若干个相互之间具有通信联网功能的PLC构成，系统的上位机采用工业控制计算机，每一台PLC控制一个或者多个被控对象，各控制器之间既可以通过硬线连接信号传递进行内部连锁、响应，又可由上位机通过数据总线进行通信，由于各控制对象都有自己的PLC，所以某一台PLC的停运并不影响其他PLC的工作如图1.3

图1.3 PLC分布式控制系统典型结构

第1.4节 PLC控制系统的一般步骤

可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图 1.4 所示。

图1.4 控制系统一般设计步骤

1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求
1）被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。
2）控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。
2）确定 I/O 设备
根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
3）选择合适的 PLC 类型
根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。
4）分配 I/O 点
分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
5）设计应用系统梯形图程序
根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
6）将程序输入 PLC
当使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。
7）进行软件测试
程序输入 PLC 后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。
8）应用系统整体调试
在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。
9）编制技术文件
系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。
第1.4节课题研究内容
因井下独具的恶劣环境，由胶带运输机引发的事故时有发生，严重影响了生产的正常运行。为实现输送系统的安全、稳定运行，对胶带输送机系统进行改造，即以工控机为人机接口，采用PLC过程控制系统，将整个操作过程绘制成动态流程图画，通过工控机进行监视与操作。

第1.5节课题的背景及研究意义
随着我国改革开放事业的不断深入，采煤技术不断进步，煤矿胶带运输机集控系统运行安全可靠与否直接影响矿井的经济效益。为提高系统的可靠性和安全性，实施集中监控，实现系统的综合保护和集中监控，是十分必要的。集控系统与调度电话系统、工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控。该系统可实现提高生产效率、降低事故率、减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。

第2章 皮带集控系统的功能设计
第2.1节 概述
皮带综合保护集控系统，用于对煤矿井下胶带输送和刮板运输机进行集控和综合保护监控，该装置利用先进的PLC技术，对胶带运输系统进行实时监控，对胶带机运输系统实现集中控制和单台控制，并实时显示皮带运行状态，配用胶带智能测速控制仪、、煤位传感器、跑偏传感器、紧急停车开关等器件可实现煤位、跑偏、急停、等综合保护，超速可实行抱闸保护，本装置具有双电机拖动延时启停控制功能、跑偏急停故障显示功能、台位和集控台数显示功能，正常运行时可实时显示皮带运行的状态，当故障发生时显示故障部位。本装置具有语音报警功能。本装置还可以用于其它场合的带式运输系统的保护监控。
第2.2节 控制和保护
本装置用于集中控制时，要求皮带运输距离不大于10千米的运输系统。集中控制采用通常的逆煤流集控基本方式，逆煤流集控时，逆煤流逐台延时起车，停车时顺煤流逐台延时停车。
在集控方式或单控方式下，本装置都有起车延时功能、语音预警功能、故障停车保护功能、故障显示功能、故障语音报警功能、故障自锁及复位功能、全线系统状态显示功能。
集控方式运行时集控线上各条皮带机有运输情况显示、各单台故障种类显示等。
1) 起车延时时间为：≥7秒(起车预警时间)；
2) 逆煤流逐台延时起车，顺煤流逐台延时停车；
3) 当急停开关或沿线紧急停车开关接通时，紧急停车；
4) 当主机获得堆煤、跑偏传感器报警信号时，保护停车；
5) 各种故障在本台上均有相应的显示，同时发出语音报警
6) 具有自检、故障按时间自动存储及查阅功能；
第2.3节　系统功能设计
2.3.1原理配置图
如图2.1

图2.1 原理配置图
2.3.2设备的控制方式
设备的控制有自动控制和手动控制两种工作方式，控制方式的选择在操作台上选择。自动控制方式时各设备之间具备联锁关系，起动时按逆煤流方向顺序起动，停车时按顺煤流方向顺序停车，手动控制方式时设备间不具备联锁关系。参加集控的设备不仅能受集控室远控，而且也能选择现场控制方式，实现现场开停。
由于采用了可编程序控制器，使胶带机输送系统的可靠性大大提高，故障率大为降低，生产效率明显提高。加之PLC是集计算机与继电技术为一体的新型控制装置，因此给现场的维护、操作人员带来极大的便利，同时给矿井生产带来显著的效益。可以预见，随着PLC自身功能与结构不断完善与发展，特别是矿用本安型PLC的研制成功，可编程序控制器将越来越多地应用于煤矿生产中。
2.3.3　自动控制方式时实现的联锁关系
1) 设备起动时按逆煤流方向顺序起动，停车时按顺煤流方向顺序停车，下游设备未起动时上游设备不能起动。
2) 某一台设备故障时，故障点上游的设备立即停车并给出信号。
3) 两台给煤机不能同时工作。
2.3.4　电机运行选择
操作台上设置“正常”及“故障”开关来选择3台电机运行或2台电机运行，运行电机的选择应能在操作台上由操作人员人工任意选择。在电机发生故障时，故障电机二次控制回路不应带电。
2.3.5　显示与报警功能
1）、状态显示
在控制箱上显示皮带的起停状态等。
2）、故障指示
在控制箱上显示各皮带机跑偏、堆煤、拉线急停等显示。
2.3.6　保护及信号装置
1）、胶带跑偏保护
采用胶带跑偏传感器，用于皮带运输跑偏的监测和保护，成对使用。如果采用多对跑偏传感器可以采用跑偏传感器常开点并接或常闭点串接的方法采集跑偏传感器的动作情况。
3）、拉线急停开关闭锁
控制急停的闭锁保护及故障识别，拉线急停闭锁开关，用于皮带沿线的紧急闭锁保护。当闭锁开关动作，控制机报警并发出急停命令。如果采用多个拉线急停闭锁开关可以采用常闭点串接的方法采集跑偏传感器的动作情况。
4）、堆煤及满仓保护
采用堆煤传感器，一般吊挂在机头胶带机头或机头的煤仓内,当发生堆煤时报警并急停。堆煤传感器的动作角度可以通过调整堆煤传感器的安装位置和高度来调整。
2.3.7 系统的技术参数
1)、防爆等级： 矿用一般型
2)、控制部分采用由PLC组成的网络系统，可集控又可单控。
3)、系统供电电压AC127V、50Hz、
4)、本安电压： DC24V
5)、本安电流: 〈250mA
6)、地面上位机供电电压AC220V、50Hz
2.3.8　系统原理
系统自动控制工作方式时，操作台送控制信号给可编程控制器，可编程控制器通过事先编制的程序起动开关柜，按一定的联锁关系根据现场实际条件控制现场设备的开停，同时随时检测设备的开停状态、故障情况，送模拟盘上显示，供操作人员参考。
2.3.9 系统特点
该装置适用于煤矿井下、露天煤矿、选煤厂等带式运输机的工作场所，能对单台或多台胶带输送机进行控制与保护，且具有以下特点：
1）控制电路的核心器件采用单片微型计算机，并设计了完善的软、硬件抗干扰措施，从而使得整个装置工作十分可靠；
2）该装置能对运输线上的多达15台胶带输送机进行集中监控；整条线上的输送机均跟随首台的开停而开停；
3）能对运输线上的多达15台胶带输送机进行随机监控，即整条线上的输送机均是有煤自动运行，无煤自动停机，杜绝了无煤空转现象，具有很大的节能效果；
4）能对单台输送机进行手动控制；
5）具有机头下堆煤保护、跑偏等多种故障保护、语言报警、数码显示及灯光指示功能；
6）具有讯号联系、双工讲话功能，讲话清晰、宏亮，静噪声极小；
7）整条运输线的多台控制器能进行计算机通讯，维修人员可在任何一台的显示器上查看全部或任何一部皮带机的运转情况，对于运输线的维护十分方便、快捷、实用。

第3章 系统组成及主要设备设置
　　电控系统主要由PLC、本安电源、信号转换装置、检测传感器控制台、低压配电柜、高压开关柜等组成。组成框图如图3.1所示。

图3.1　电控系统组成框图

第3.1节　可编程控制器(简称PLC)
为保证系统的高可靠性，PLC选用西门子公司的s7-200，S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

3.1.1 S7-200系列PLC概述
西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。
小型PLC中，CPU221价格低廉能满足多种集成功能的需要。CPU 222是S7-200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU 224具有更多的输入输出点及更大的存储器。CPU 226和226XM是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。四种型号的PLC具有下列特点：
1）集成的24V电源
可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU 221和CPU222具有180mA 输出。CPU224输出280mA，CPU 226、CPU 226XM输出400mA 可用作负载电源。
2）高速脉冲输出
具有2 路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。
3）通信口
CPU 221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。
4）模拟电位器
CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。
5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
6）EEPROM 存储器模块（选件）
可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。
7）电池模块
用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5 天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。
8）不同的设备类型
CPU 221~226 各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。
9）数字量输入/输出点
CPU 221具有6个输入点和4个输出点；CPU 222具有8个输入点和6个输出点；CPU 224 具有14个输入点和10个输出点；CPU226/226XM 具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。
10）高速计数器
CPU 221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。
3.1.2 PLC的CPU的工作方式
1）CPU的工作方式
CPU前面板上用两个发光二极管显示当前工作方式，绿色指示灯亮，表示为运行状态，红色指示灯亮，表示为停止状态，在标有SF指示灯亮时表示系统故障，PLC停止工作。
①STOP（停止）。CPU在停止工作方式时，不执行程序，此时可以通过编程装置向PLC装载程序或进行系统设置，在程序编辑、上下载等处理过程中，必须把CPU置于STOP方式。
②RUN（运行）。CPU在RUN工作方式下，PLC按照自己的工作方式运行用户程序。
2）改变工作方式的方法
①用工作方式开关改变工作方式。
工作方式开关有3个挡位：STOP、TERM（Terminal）、RUN。
把方式开关切到STOP位，可以停止程序的执行。
把方式开关切到RUN位，可以起动程序的执行。
把方式开切到TERM（暂态）或RUN位，允许STEP7- Micro/WIN32软件设置CPU工作状态。
如果工作方式开关设为STOP或TERM，电源上电时，CPU自动进入STOP工作状态。
设置为RUN时，电源上电时，CPU自动进入RUN工作状态。
②用编程软件改变工作方式。
把方式开关切换到TERM（暂态），可以使用STEP 7-Micro/WIN32编程软件设置工作方式。
③在程序中用指令改变工作方式。
在程序中插入一个STOP指令，CPU可由RUN方式进入STOP工作方式。
3.1.3 PLC选型
本系统共有24个输入，12个输出，所以选用CPU224，配2个EM221 8×DC24V 输入模块和一个EM222 8×DC24V 输出模块
第3.2节 操作台
操作台上有系统运行的按钮、信号器主机、时间钟及运行计时钟，系统的控制在操作台上选择并执行，操作台上显示部分有电压表、电流表及运行状态、故障性质、故障地点的指示，操作台内部装有本安信号到隔爆信号转换器及PLC输入隔离继电器。

第3.3节 配电柜
胶带输送机等设备电机起动时对电网产生冲击，为了防止电网波动及干扰通过电源影响系统的正常运行，电源柜为上位机、PLC、打印机等设备提供经过隔离变压器隔离的交流220V电源，并为PLC、传感器、中继柜等设备提供多组直流电源，根据直流稳压电源采用开关稳压电源及串联稳压电源。依据煤矿的安全规程要求，提供去矿井下的本质安全电源。
第3.4节 开关柜
高压开关柜、转子柜、转子控制柜用于胶带输送机电机开停控制，主接触器采用真空接触器，以降低故障率，减少维修量，具有过流、操作过电压等保护功能。为了保证设备的可靠性，选用引进国外先进技术有良好信誉的厂家生产的或进口的元器件。
第3.5节 中继柜
中继柜用于信号电平转换、功率放大、信号隔离，保证系统更安全可靠运行。
第3.6节　检测装置
3.6.1 堆煤传感器
堆煤传感器为矿用本质安全型电气设备，可适用于煤矿井下具有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，用来检测煤仓或胶带输送机机头下煤位的高低信号。如图3.3

图3.3 堆煤传感器
技术特征：
1） 接点容量：DC 24V/0.5A
2） ②接触电阻：≤0.1Ω 。
3） 触杆动作力：≤10N。
4）动作角度：20。±3。；复位角度：15。±3。
5）动作性能：传感器受动作力作用，触杆转动至动作角度输出信号，动作力撤除触杆自动返回原位经过复位角度时立即恢复。
3.6.2 跑偏传感器
该传感器为矿用本质安全型电气设备，可适用于煤矿井下具有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，与胶带输送机电控设备配套，用作输送机胶带跑偏检测和保护。如图3.4

图3.4 跑偏传感器
技术特征：
1）接点容量：DC 24V/0.5A。
2）接触电阻：≤0.1Ω。
3）动作角度：40。±3。；
4）探杆动作力：20N～80N。
5）探杆转动的极限角度：≥70。。
6）动作性能：传感器受动作力作用，探杆转动至动作角度输出信号，动作力撤除探杆自动返回原位，信号解除。
3.6.3 急停开关
该急停开关为本质安全型电气设备，可适用于煤矿井下具有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，与胶带输送机电控设备配套，作为紧急事故停车的一种保护装置。

图3.5 急停开关
技术特征：
1)接点容量：DC 12V/0.3A。
2)接触电阻：≤0.1Ω。
3)动作角度：45。±3。；
4)动作力：120N±20；复位力：120N±20
5)动作方向：双向。
6)动作方式：扭转式。
(7)动作性能：在急停开关任一边的驱动拉环上向外施加相应的作用力时，急停开关内的接点闭合，并能自锁，同时报警；人工在驱动拉环上施加相应的复位力时，急停开关内的接点状态断开，并能解锁与解除报警。

第4章 系统程序设计
第4.1节 PLC控制系统软件设计
4.1.1 PLC 软件系统设计的方法
在了解了 PLC 程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制 PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。
1）图解法编程
图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。
① 梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC 程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成 PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种编程方法。
② 逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示 PLC 程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的 PLC 控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制 PLC 应用程序。
③时序流程图法：时序流程图法使首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把程序框图写成 PLC 程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。
④步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少 PLC 生产厂家在自己的 PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。
2） 经验法编程
经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。
3）计算机辅助设计编程
计算机辅助设计是通过 PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成 EXE 运行文件。

4.1.2 软件系统设计的步骤
在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写 PLC 程序了。编写 PLC 程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。
1) 对系统任务分块
分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。
2) 编制控制系统的逻辑关系图
从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。
3) 绘制各种电路图
绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端，把高压引入 PLC 输入端，会对 PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和可靠性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、全面。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。
4) 编制 PLC 程序并进行模拟调试
在绘制完电路图之后，就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，最好不要整个程序完成后一起算总帐。
5) 制作控制台与控制柜
在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格必须满足要求。设备的安装必须注意安全、可靠。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题必须妥善处理。
6) 现场调试
现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能最后实地测试和最后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。
7) 编写技术文件并现场试运行
经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要全面整流技术文件，包括整理电路图、 PLC 程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。
第4.2节 设计技巧
4.2.1 I/O点数的估算
在选机型时，应保证I/O点数有15～20%的余量。
4.2.2 内存容量的估算
用户程序所占内存容量受I/O点数、用户程序编制水平等因素的影响，程序越短，程序执行的扫描周期就越短。
估算内存大小可根据下列方法来确定：
1）开关量I/O点数：
一般PLC的开关量I/O点数的比值为3/2（CPM1A）或1/1（FX2N），因此根据I/O总点数所需的内存容量为：
所需内存步数 = I/O开关量总点数×（10～15）
2）模拟量I/O总点数
具有模拟量控制要求的系统要用到数据传送和运算等功能指令，所占内存较多，其内存容量可按下式计算：
所需内存步数 = 模拟量I/O总点数×（200～250）
3）程序编写的质量
设计人员的编程水平直接影响到程序的长短及运行时间。
综上所述，估算PLC所需内存的总容量为：
开关量I/O总点数×（10～15）+模拟量I/O总点数×（200～250）+30%的余量
4.2.3 响应时间
系统响应时间：指输入信号产生时刻与输出信号状态发生变化的时间间隔，若输入信号的变化频率快于一个扫描周期，系统就不能可靠地响应每个输入信号，这时应尽量缩短程序，提高响应速度。
4.2.4 功能要求与PLC结构的合理性
1）不需要PLC之间通讯，系统规模较小，可考虑用整体式结构的PLC。
2）既有开关量控制，又有模拟量控制，以及通讯要求等大中型控制系统，可考虑用模块式结构，易于功能的扩展，同时模块式结构一旦发生故障比较容易排除。
4.2.5 输入/输出模块的选择
输入模块类型分为DC5V、12V、24V、48V和AC110V、220V等。
1） 系统现场与主机之间距离<10m，可选择DC5V输入形式；
2） 系统现场与主机之间距离为10～30m可用DC12V、24V；
3） 系统现场与主机之间距离>30m可用DC48V等
输出模块有继电器输出型、晶体管输出型、晶闸管输出型，可根据不同需要选择输出类型。
第4.3节 PLC控制系统设计的注意事项
4.3.1 输入信号处理
1）输入设备采用两线式传感器（如接近开关）时，由于漏电流比较大，可能会产生错误的输入信号。要在输入端并联一旁路电阻。
2）输入信号由晶体管提供，要求晶体管截止电阻大于10kΩ，导通电阻小于800Ω。（二）PLC的安全保护及提高可靠性的措施
4.3.2 短路保护
如果负载发生短路，很容易烧坏PLC，因此与继电器控制线路一样，在负载回路中要装熔断器。
4.3.3 感性输入/输出的处理
I/O端口接有感性元件时：
1)对直流电路，应在两端并联续流二极管，如图4.1（a）；
通常续流二极管可选择1A的管子，额定电压应大于电源电压的3倍
2)对交流电路，应并联阻容电路，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响，如图4.1（b）。
电阻可取50～120Ω，电容取0.1～0.47μF，电容的额定电压应大于电源峰值电压。

a b
图4. 1 感性负载的处理
4.3.4 安装与布线
PLC应远离强干扰源，如大功率可控硅装置、高频焊机等，PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内PLC应远离动力线（二者间距应大于200mm）。与PLC装在同一开关柜内的不是由PLC控制的电感性元件，如接触器的线圈，应并联RC消弧电路。
4.3.5 PLC的接地
PLC应与其它设备分开接地，或接到同一接地端，禁止通过其它设备接地，以免产生干扰。接地线的截面应大于2mm²。
第4.4节 PLC控制原理
PLC接线图如图4.2

图4.2 PLC接线图
第4.5节 原理说明
本装置以PLC为核心，PLC是面向用户的专用工业控制计算机，其明显的特点是可靠性高、抗干扰能力强，平均无故障时间达到3~5万小时以上；而且编程直观简单、适应性好、功能完善、接口功能强。 本装置配以七种故障检测传感器，经光电隔离电路送入PLC，根据带式输送机综合保护的要求进行逻辑判断，输出控制信号控制拖动电机起停、抱闸保护、电磁阀洒水，并进行语音报警、数码LED故障显示。本装置还具有自检、故障按时间自动存储及查阅功能。集控时主机除具有以上功能之外，还可以综合实时监控各从机的运行状态。
第4.6节 工作过程
4.6.1 手动控制过程
当旋钮在手动上时手动控制，手动启动和停止皮带电机和给煤机，按下启动电机启动，按下停止电机停止
4.6.2 自动控制过程
当旋钮在自动上时自动控制，启动起车信号，逆煤流延时启车；按下停止按键，顺