基于PLC的机械滑台设计.doc

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第一章绪论 1.1 本课题的意义滑台作为组合机床完成进给运动的通用部件,它可根据加工零件的工艺要求,在其上配置动力箱、多轴箱、钻、镗、铣、车、攻丝等工艺，亦可在其上安装工件组成输送运动实现工作循环。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。机械动力滑机台是用来组成专用机床一个通用部件,它能实现进给运动，如在滑台面上装上被加工工件后,能使工件进行进给运动,像龙门铣床,普通铣床,镗床的工作台一样使用,也可装上铣,钻,镗等动力头,使刀具进行进给运动,因此,可组成各种专用机床,形成生产流水线。机械动力滑台可实现快进----工作进给----快退---原位停止典型工作循环,能满足铣、镗、钻、铰等工序的需要。滑台由工作台、滑座、传动丝杠与螺母,防屑板等部件组成,滑台在滑座上移动,其动力来自进给箱。进给箱采用全齿轮传动,装有两个电机,一个工作进给使用,另一个电机带电磁摩擦离合器能使滑台实现快速移动和原位停止作用。在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。目前工业机械滑台主要用于流水线工件传送，焊接。装配，机床加工，锻造，热处理等方面，无论数量，品种和性能方面都满足工业生产发展的需要。机械滑台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。在机械制造业中，工业机械滑台应用较多，发展较快。目前主要应用于机床，模短压力机的上下料以及点焊，喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，有些还就具有传感反馈能力，能应付外界的变化，如果机械滑台发生偏离时，会引起零部件甚至机械滑台本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械滑台就可以根据反馈自行调整。 1.2 本文主要做的工作本文主要介绍PLC的基础知识、PLC的编程语言、系统的设计方法等，通过PLC对机械滑台的控制，来进一步了解滑台的工作过程，能在工业控制中实现利用PLC对机构进行控制，独立完成了PLC控制机械滑台程序的编制。第二章可编程控制器概述 PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。 2.1可编程序控制器的历史美国数字设备公司(DEC)于1969年研制成功了第一台可编程序控制器(PDP-14)，并在汽车自动装配线上使用成功。第一个商品化的PLC是美国的歌德（Gould）公司，PLC的型号为Gould-084，并推向了市场，在工业界产生了巨大的影响。从此可编程序控制器在世界各地迅速发展起来。 1971年，日本从美国引进了这项新技术，日立公司并很快研制成功了日本第一台可编程序控制器，型号为DSC-8，紧接着横滨公司研制成功了YOUDIC’S PLC。 1973年，德国西门子公司研制出了第一台PLC，型号为SIMATIC S4。法国也相继研制成功了他们的可编程序控制器。我国从1974年开始研制，1977年研制成功了以一位微处理器MC14500为核心的可编程序控制器，并开始应用于工业生产控制。从第一台PLC诞生至今，PLC大致经历了五次更新换代。第一代PLC，多数用1位机开发，采用磁芯存储器存储，仅具有逻辑控制、定时、计数功能。第二代PLC，使用了8位微处理器及半导体存储器，其产品逐步系列化，功能也有所增强，已能实现数字运算、传送、比较等功能。第三代PLC，采用了高性能微处理器及位片式CPU，工作速度大幅度提高，同时促使其向多功能和联网方向发展，并具有较强的自诊断能力。第四代PLC，不仅全面使用16位、32位微处理器作为CPU，内存容量也更大。可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统：编程语言除了可使用传统的梯形图、流程图等外，还可以使用高级语言；外设也更多样化。第五代PLC，PLC保持了强劲的发展势头，并不断扩展其功能，发展了冗余技术、人机界面、网络通信功能等。 2.2 可编程控制器的组成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图2-1所示：图2-1PLC的基本结构 1. CPU CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 2.I/O模块　 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 3. 电源模块　 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。 2.3 可编程控制器PLC的应用目前，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： 1．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，可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）系统发展的需要。 2.3可编程序控制器的发展趋势 PLC自问世以来，经过近40年的发展，在美国、德国等工业发达国家已成为重要的产业之一。近年来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，著名的有美国的AB通用电气、莫迪康公司；日本的松下、三菱、富士、欧姆龙等；德国的西门子公司；法国的TE施耐德公司；韩国的三星、LG公司等。 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；大型的PLC一般为多微处理器系统，有较大的存储能力和功能强筋的输入/输出接口通过丰富的职能外设借口，可以实现流量、温度、压力、位置等闭环控制；通过网络接口，可以连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局域网络，适用于大型的自动化控制系统。　小：单片机技术的发展，促进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。这种小型的PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和小型生产的控制，如OMRON公司的C20、C20P、C28P、C40P、C60P、C20H、C40H等 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高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还带有处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块高速计数模块，运程I/O模块等专用滑模块。 5.编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有多种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语言表等编程语言，示有高档的PLC指令系统； 6．容错技术；采用热备用或并行工作，多数表决的工作方式； 7.追求组件的标准化。现在，PLC已广泛应用于工业控制的各个领域，PLC技术、机器人技术、CAD/CAM技术共同构成了工业自动化的三大支柱。它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。第三章 PLC程序设计方法 PLC在控制系统的应用中，外部硬件接线部分较为简单，对被控对象的控制作用，都体现在PLC的程序上。因此，PLC程序设计的好坏，直接影响控制系统的性能。 3.1 梯形图编程语言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，因其图形结构类似于登高用的梯子，故名梯形图。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。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3.1所示。图3.1 梯形图程序实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．梯形图的特点（1）梯形图自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左母线，然后是触点的连线，最后中止与继电器线圈或右母线（有些PLC右母线可省略）。注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈于右母线之间则不能有任何触点。（2）梯形图中的继电器不是物理继电器，每个继电器均为存储器中的一位，因此称为“软继电器”。当存储器相应位的状态为“1”，表示该继电器线圈得电，其动合触点闭合或动断触点断开。梯形图中的线圈是广义的，除了输出继电器、辅助继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器以及各种运算的结果等。（3）梯形图是PLC形象化的编程手段，梯形图两端的母线并非实际电源的两端。因此，梯形图中流过的电流也不是实际的物理电流，而是“概念”电流，使用户程序执行过程中满足输出条件的形象表示方式。梯形图中，“概念”电流只能从左到右流动，层次改变只能先上后下。（4）一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器出电（动合或动断）可无限次引用。如果在同一程序中，同一继电器的线圈使用了两次或多次，成为“双线圈输出” 。对于“双线圈输出’,有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许;有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出优先；而有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中循序双线圈输出。（5）梯形图中，前面所有逻辑行的逻辑执行结果，将立即被后面逻辑行的逻辑操作所利用。（6）梯形图中，除了输入继电器没有线圈，只有触点外，其与继电器及优先权，又有触点。 (7)对于复杂控制系统描述,仍不够清晰; (8)可读性仍不够好。 3.2 功能表图法 PLC在逻辑控制系统中的程序设计方法主要有经验设计法、逻辑设计法和继电器控制电路移植法三种。在工业控制领域中，顺序控制的应用很广，尤其在机械行业，几乎无例外的利用顺序控制来实现加工的自动循环。可编程促控制器的设计者们继承了顺序控制的思想，为顺序控制程序的编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。这种方法设计方法很容易被初学者接受，程序的调试、修改和阅读也很容易，并且大大缩短了设计周期，提高了设计效率。 1．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、工盟和特性的一种图形。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，功能表也可用于不同专业的人员进行技术交流。功能表图示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为关键的一个环节。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，各国也都制定了功能表图的国家标准。我国于1986年也颁布了功能表图的国家标准（GB6988.6—86）。 2.功能表图的组成要素图3.2所示为功能表图的一般形式，它主要有步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。图3.2 （1）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为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，框内的数字该步的编号，编号时一般用PLC内部的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的编号作为步的编号，当系统正工作与某一步时，该步处于活动状态，称为“活动步”控制过程刚开始阶段的活动步与系统初始状态想对应，称为“初始步”，在功能图表中初始步用双线表示，每个功能表图至少有一个初始步。所为动作是指某步活动中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向连接。如果某一步有几个动作，可以如图3.3所示，但并不隐含这些动作之间的任何顺序。图3.3 多个动作的画法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，保持性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；非保持型的是指该步活动是执行，该步变为不活动是也停止执行。一般保持型的动作在功能标图中应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。（2）有向连线、转换和转换条件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，其进展方向是从上到下，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有转换来完成的，转换是用于游行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，饿转换和转换之间也同样不能相连，必须有步隔开，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在表示转换的短划线旁边。（3）功能图表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）前进步必须是活动步；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，即索要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级步都变为不活动。 3.功能标图的基本结构根据步与步之间的转换的不同情况，功能表图有以下几种不同的基本结构形式。（1）单序列结构功能表土的单序列结构形式最为简单，它有一系列按顺序排列、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，选择序列的结束为合并。选择序列的分支是指一个前级步后面紧挨着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线只能表在水平线下。选择序列的合并是指几个选择分支合并到一个公共序列上。各分支也都有各自的转换条件，转换条件只能表在水平线之上。如图3.5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e成立则步8向步11转换；如果步10为活动步，且转换条件f成立则步10向步11转换。图3.5 选择序列的合并（3）并列序列结构并列序列也有开始和结束之分，并列序列的开始也称分支，并列序列的结束也称合并。（4）子步结构在绘制复杂控制系统功能标图时，为了使总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，能更简洁的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。所为子步的结构是指在功能标图中，某一步包含着一系列子步和转换。如图3.6 所示的功能图表采用了子步的结构形式。功能图表中包含了5.1、5.2、5.3、5.4四个子步。图3.6子步结构这些子步序列通常表示整个系统中的一个完整的子功能，类似与计算机编程中的子程序，因此，设计时只要先画出简单的描述整个系统的功能图表，然后再进一步画出更相信的子功能表图。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，可以减少错误，缩短设计时间。 3.3指令语句表语言指令语句表语言是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描述出来，并通过编程器送到PLC中去。不同厂家的PLC语句指令表使用的助记符并不相同，因此，一个功能相同的梯形图，书写的语句表并不相同。指令语句表是由若干条语句组成的程序。语句是程序的最小独立单元。每个操作功能由一条或几条语句来执行。 PLC的语句表达式形式与微机汇编语言的语句表达形式相类似，也是由操作码和操作数两部分组成。操作码用助记符表示，用来说明要执行的功能，告诉CPU该进行什么操作，例如逻辑运算的与、或、非；算术运算的加、减、乘、除；时间或条件控制中的计时、计数等功能。操作数一般由标识符和参数组成。标识符表示操作数的类别，例如表明是否是输入继电器、输出继电器、定时器、计数器等，如图3.7语句表。图3.7 语句表 3.4逻辑功能图这是一种较新的编程方法，基本采用了数字逻辑电路图的逻辑门和逻辑框图来表达。一般用一个运算框图表示一种可能。逻辑控制常用“与”、“或”、“非”三种逻辑功能来完成。例如图3.7逻辑功能示意图。图3.7 逻辑功能示意图 3.5高级编程语言近年来推出的PLC，尤其是大型的PLC已经开始使用高级语言进行编程。有的PLC采取BASIC语言，有的PLC采用类似于PASCAL的专用语言。采用高级语言编程后，用户可以象使用PC机一样操作PLC。在功能上除可以完成逻辑运算功能外，还可以进行数据采集和处理、上位机通信等功能。目前，各种类型的PLC一般都能同时使用两种或两种以上的语言，而且大多数都能同时使用梯形图和指令表。不同厂家生产的PLC，其梯形图、指令语句表间都有差异，使用的符号也不尽相同，配置的功能也各有千秋，但其基本原理和方法是相同或类似的。第四章 PLC控制系统设计简介 4.1 PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： (1)充分发挥PLC的功能，最大限度的满足被控对象的控制要求。 (2)在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。 (3)保证控制系统安全可靠。 (4)在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上应适当留有余地，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 4.2 PLC控制系统设计的基本内容（1）拟定控制系统设计的技术条件技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；（2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；（3）选定PLC的型号；（4）编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线；（5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计；（6）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；（7）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件；（8）编写设计说明书和使用说明书。 4.3 PLC控制系统设计的步骤（1）分析被控对象分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。（2）确定输入/输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的输入设备（按钮、位置开关、转换开关等）和输出设备（接触器、电磁阀、信号指示灯等）。据此确定PLC的I/O点数。（3）选择PLC 包括PLC的机型、容量、I/O模块、电源的选择。（4）分配I/O点分配PLC的I/O点，画出PLC的I/O端子与输入/输出设备的连接图或对应表。（可结合第2部进行）。（5）设计控制程序 PLC程序设计的一般步骤如下：对于较复杂系统，需要绘制系统功能表图；设计梯形图程序；根据梯形图编写语句表程序清单；对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。（6）硬件设计及现场施工硬件设计及现场施工的步骤如下:设计控制柜机操作面板电器布置图及安装接线图；设计控制系统各部分的电气接线图；根据图纸进行现场接线，并检查。（7）联机调试联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。开始时，先带上输出设备（接触器线圈、信号指示灯等），不带负载进行调试。利用编程器的监控功能，采用分段调试的方法进行。各部分都调试正常后，在带上实际负载运行。若不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部分程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。 (8)整理技术文件包括设计说明书、电器安装图、电器元件明细表及使用说明书等。 4.4 PLC的选择随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等引进的PLC产品和国内厂家组装或自行开发的产品，已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，使用的场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经济指示有着重要意义。下面从PLC的机型选择、容量选择、I/O模块选择、电源模块选择等方面分别加以介绍。 1．PLC机型的选择机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。（1）合理的结构型式整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便、I/O点数量、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面，选择余地大。维修时只需更换模块，判断故障的范围也很方便。因此，模块式PLC一半用于较复杂系统和环境差的长河。（2）安装方式的选择根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程I/O式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低。大型系统经常采用远程I/O式，因为他们的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在I/O装置附近，I/O连线比集中式的短，但需要增设驱动器和远程I/O电源。多台联网的分布式适合用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通信模块。（3）相当的功能要求一般小型PLC具有逻辑运算、定时、技术等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足控制要求；对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元、具有加减算术运算、数据传送功能的增强型抵挡PLC；对于控制较复杂，要求实现PID运算、璧还控制、通信联网等功能，可视控制规模大小既复杂程度，选用中档或高档PLC，但价格一般较贵。（4）响应速度的要求 PLC的扫描工作方式引起的延迟可达2、3个扫描周期。对于大多数应用场合来说，PLC的响应速度都可以满足要求，不是主要问题。然而对于某些个别场合，则要求考虑PLC的响应速度。为了减少PLC的I/O相应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，或选用具有高速I/O处理功能指令的PLC，或选用具有快速相应模块和中断输入模块的PLC等。（5）系统可靠性的要求对于一般系统，PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用沉余控制系统或者被用系统。（6）机型统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同一机型的PLC，其功能和编程方法相同，有利于技术力量的培训和技术水平的提高；同一机型的PLC，其外围设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上为计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。 2．PLC容量的选择 PLC容量包括I/O点数和用户程序存储容量两个方面。（1）I/O点数 PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定的备用量。通常I/O点书是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%～15%的备用量来确定。不同机型的PLC输入与输出点的比例不同，选择较少点数的主机加扩展模块可以不直接选择角度点数的主机更经济。（2）用户程序存储容量用户程序存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量，其大小由用户程序的长短决定。一般可按以下式估算，再按实际需要留适当的余量（20%～30%）来选择：存储容量=开关量I/O点总数×10+模拟量通道数×100 绝大部分PLC均能满足上式要求。特别要注意的是：党控制较复杂、数据处理量大时，可能会出现存储容量不够的问题，这时应特殊对待。 3．I/O模块的选择一般I/O模块的价格占PLC价格的一半以上。不同的I/O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格。下面仅介绍有关开关量I/O模块的选择。（1）开关量输入模块的选择 PLC的输入模块是用来检测接受现场输入设备的信号，并将输入信号转换为PLC内部接受的低电压信号。（2）开关量输出模块的选择输出模块是将PLC内部低电压信号转换成外部输出设备所需的驱动信号。选择是主要应考虑夫在典雅的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等。 4．电源模的选择电源模块的选择较为简单，只需考虑电源的额定输出电流。电源模块的额定电流必须大于CPU模块、I/O模块及其他模块的总销号电流。电源模块选择进对于模块式结构的PLC而言，对于整体式PLC不存在电源的选择。第五章 PLC控制机械滑台的设计 5.1设计任务和要求图5.1是机械滑台的工作示意图，其主要是实现对工作台位移的控制。图5.1 工作示意图要求工作台具有以下工作方式： 1）工作台工作方式有点动控制和自动控制两种方式，采用选择开关S1来转换。选择开关S1闭合时，工作台工作在点动状态；选择开关S1断开时，工作台工作在自动连续状态。 2）工作台的单周循环和连续循环两种工作状态，采用选择开关S2来转换。S2闭合时，工作台实现单循环工作，S2断开时，工作台实现自动循环工作。 5.2 PLC输入/输出分析及机型选择（1）输入/输出分析根据对控制要求分析，可以确定输入信号有正传、反转、停止按钮SB1、SB2、SB3，点动/自动选择开关S1，单周/连续选择开关S2，行程开关SQ1～SQ4，共计9点输入；输出信号为KM1～KM5，共计5点。（2）PLC机型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。输入/输出的点数可以衡量PLC规模的大小。PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，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。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。综合分析系统要求，考虑系统的经济性和综合技术指标，可选用三菱公司的小型PLC，机型F1—20MR。该机有12个开关量输入，8个输出点，满足系统的要求。图5.2输入/输出接线图输入信号输出信号名称代号输入点编号输出点编号代号名称点动/自动选择开关 S1 X0 Y1 KM1 接触器正转启动按钮 SB1 X1 Y2 KM2 接触器反转启动按钮 SB2 X2 Y3 KM3 接触器停止按钮 SB3 X3 Y4 KM4 接触器单周/连续选择开关 S2 X10 Y5 KM5 接触器行程开关 SQ1 X11 行程开关 SQ2 X12 行程开关 SQ3 X13 行程开关 SQ4 X14 表5-1 输入/输出分配表 5.3 PLC控制系统（1）控制系统工作过程图5.3 主电路图工作台前进和后退是通过并励直流电动机正反转来控制的，所以完成这一动作可采用电动机正反转控制基本程序。并励直流电动机正反转控制和反接制动减速控制的主电路图如图5.3所示。设接触器KM1控制直流电动机正转和反转减速时的反接制动，KM2控制直流电动机反转和正转减速时的反接制动。接触器KM5保证制动电阻R3在反接制动时，串联在电枢电路中，限制制动电流。直流电动机正、反转启动时，接触器KM3和KM4逐段切除启动电阻R1和R2，限制直流电动机启动电流，并使直流电动机有足够大的启动转矩，缩短直流电动机的启动时间。过电流继电器KA对电动机过载保护，欠电压继电器KV防止电动机反接制动结束后，反向启动。并励直流电动机正转启动或反转启动时，电枢电路串入启动电阻，随转速上升，逐段切除启动电阻。无论电动机是正转还是反转运行状态，按下停止按钮或碰到减速行程开关，都进入反接制动减速，使电动机停止运转。（2）梯形图根据工作过程可以设计其控制梯形图如图5.4所示。图5.4电动机拖动机械滑台梯形图（3）设计控制程序 1) 正反转控制程序因电动机正转运行和反转运行都是连续工作状态，所以在正反转控制程序中采用SET指令。为防止电动机的电源发生故障，正反转控制应采取联锁措施。 2) 电枢串电阻启动控制程序无论直流电动机是正转还是反转启动，都采用电枢串电阻的启动方法。当电动机转速上升到一定值时，切除一段电阻R1，电动机转速继续上升到一定值时，再切除一段电阻R2。电动机转速继续上升到额定转速，调动结束。启动过程中，电阻R1和R2的切除，采用时间控制原则。KM5常开触点的作用是，当电动机启动时，使电阻R3短接；而制动时，使电阻R3不被短接。 3) 反接制动(减速)控制程序直流电动机反接制动时，制动电流接近堵转电流的两倍。为限制制动电流，反接制动时，电枢电路必须串联制动电阻。电动机反接制动时，为使电枢电路中串入电阻R1、 R2和R3，KM5常开触点应断开。但在启动过程中，只需串入电阻R1和R2。因此，按下启动按钮SB1或SB2后，KM5常开触点应该闭合将电阻R3切除，仅保留启动电阻R1、R2。X5受欠电压继电器 KV控制。欠电压继电器的线圈与电枢绕组并联，当电动机正常运行时，电枢绕组中存在的反电势，使KV线圈上电压大于吸合电压，KV的常开触点闭合，PLC输入继电器X5线圈被驱动，X5常开触点闭合，X5常闭触点断开。因此，凡是需要在电动机正常运转时执行的程序，均由X5常开触点控制，需要在电动机停止运转后执行程序，均由X5常闭触点控制。电动机运转时，X5常开触点闭合，这时按下停止按钮SB3，X3常开触点闭合，RST Y5指令使KM5线圈失电，KM5常开触点断开，R3接到电路中。直流电动机正向运行时，按下停止按钮SB3后，接触器KM1的主触点应该由闭合状态变为断开状态，接触器KM2的主触点应该由断开状态变为闭合状态，将直流电动机电枢电压极性改变，电动机进入反接制动状态。此时，相应的PLC输出继电器Y1应该被复位，Y2应该被置位。同样，直流电动机反向运行时，按下停止按钮SB3后，接触器KM2的主触点应该由闭合状态变为断开状态，接触器KM1的主触点应该由断开状态变为闭合状态，直流电动机电枢电压极性改变，电动机也将进入反接制动状态。此时，相应的PLC的输出继电器Y2应该被复位，Y1应该被置位。无论电动机正向运行和反向运行，按SB3之后，电动机均进入反接制动状态，而此时被置位的输出继电器又不相同，所以，采用两个辅助继电器M1和M2，分别为从正转和反转进入反接制动作准备。M1和M2不应同时被置位。电动机正向运行时，Y1常开触点和X5常开触点都闭合，SET M1指令使M1置位，M1常开触点闭合。这时按下停止按钮SB3，X3常开触点闭合，RST Y1指令使Y1复位，KM1的主触点断开，电动机惯性转动。Y1的常闭触点闭合，RST Y2指令使Y2置位，KM2的主触点闭合，电动机进入反接制动。同样，电动机反向运行时，Y2常开触点和X5常开触点均闭合，SET M2指令使M2置位，M2常开触点闭合。这时按下停止按钮SB3，X3常开触点闭合，SET Y2指令使Y2复位，KM2的主触点断开，电动机惯性转动。Y2的常闭触点闭合，SET Y1指令使Y1置位，KM1的主触点闭合，电动机

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