河南机电高等专科学校 论文设计

第4章 结果和讨论

4.1 PLC控制材料分拣装置的硬件设计 1.分析被控对象并提出要求

（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.确定输入输出设备

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、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 I/O地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 M0.0 M0.1 M0.2 实物控制 传送带电动机 汽缸1 汽缸2 汽缸3 汽缸4 下料电动机 启动开关 电容传感器 电感传感器 黄色传感器 其他传感器 光电传感器 中间继电器 中间继电器 中间继电器

图4-1 I/O口与实物分配示意图

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等。在满足功能要求的前提下，保证系统工作可靠，维护使用方便及最佳的性能 价格比，选择有西门子公司生产的S7-200系列的PLC类型。该系列机的最大I/O点数为120点，指令的平均执行时间为12us/步，用户程序存储容量为1000步。它有一个6位BCD码高速计数器，最高计数频率为2KHZ。 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。开关量I/O。标准的I/O接口用于传感器和开关及控制设备进行数据传送，典型的交流I/O信号为24--240V，直流I/O信号为5—24V。 软件接口分配表格如图4-1所示。 4.1.2系统关键技术

1.根据控制要求确定I/O点数，输入应该有6个传感器信号，包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器、预留传感器（可根据要求设置），以及检测下料的传感器和计数传感器。相应地，有相应的5个汽缸运动位置信号，每个汽缸有动作限位和回位限位，共计10个信号。输出包括控制电动机运行的接触器，以及5个控制汽缸动作的电磁阀。共需I/O点32个，其中16个输入，6个输出。

2.PLC的选择由于该材料分拣装置的控制为开关量控制，且所需的I/O点数不多。因此，选择一般的小型机即可满足控制要求。根据所选择的PLC机型，对PLC的I/O点分配编号。通过I/O的连接，即可实现PLC对分拣装置的控制。 4.2 程序设计 4.2.1 程序设计

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。 1.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，可通过上下车机的连接电缆将程序下载到PLC中去。 编程时应注意：

（1）认真分析被控对象的工艺过程的控制要求，用功能流程图的形式，表示程序设计的思想，为编程做好准备；

（2）根据现场信号与PLC外部电路图或；PLC软继电器编号对照表及程序功能流程图进行编程；

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（3）要严格遵守梯形图、指令语句表的格式规则，编写程序。 2.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。 3.程序模拟调试

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；如果控制调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。 4.硬件实施

PLC硬件设计是指PLC外部设备的设计，在硬件设计中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，为了便于程序设计和阅读，常做出I/O通道分配表，表中包含有I/O编号、设备代号、名称及功能等。

5.整理和编写技术文献

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。

（1）分配输入和输出点

一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。 分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。

（2）确定 I/O 通道范围

不同型号的PLC，其输入/输出通道的范围是不一样的，应根据所选 PLC 型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”，必须参阅有关操作手册。

（3）辅助继电器

内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器/计数器时作数据存储或数据处理用。从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。未分配模块的输入/输出继电器区以及为使用1：1链接时的链接继电器等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排PLC的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。

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4.3 PLC的软件设计

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。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，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。

4.3.1分配定时器/计数器

PLC 的定时器/计数器数量分别见有关操作手册。PLC 软件系统设计方法及步骤，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。图解法编程，图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。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。

图4-2 PLC控制系统设计流程图

4.3.2 编制控制系统的逻辑关系图

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