1、1.引言可編程序控制器，是集計算機技術、自動化技術、通信技術于一體的通用工業控制裝置，簡稱PLC。它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程

2、語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產實踐。以PLC為主構成的控制系統具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優點，是目前工業自動化的首選控制裝置。故本設計中采用PLC集中控制的辦法，利用PLC簡單可視化的程序，對3臺電動機實現順序起?？刂?，可以通過手動實現，也可以通過延時實現自動起?？刂?，延時時間可以在線設置，并通過指示燈顯示各電動機的運行狀態。本設計廣泛應用在港口、電廠、煤礦、鋼鐵企業、水泥、糧食以

3、及輕工業的生產線。既可以運送散狀物料，也可以運送成件物品。還可應用于裝船機、卸船機、堆取料機等連續運輸移動機械。通過本設計對所學的PLC知識綜合鞏固應用，鞏固練習運用組態軟件及組態設計，提高對PLC控制系統的設計、安裝和調試能力。2. PLC選型世界上PLC產品可按地域分成三大流派：美國、歐洲和日本。日本的PLC技術是由美國引進的，但日本的主推定位在小型PLC上，在小型機領域中頗具盛名。某些用歐美的中型機或大型機才能實現的控制，日本的小型機就可以解決。在開發較復雜的控制系統方面明顯優于歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、東芝等，在世界小型PLC市場占

4、有很大的份額。2.1可編程邏輯器件的主要產品（1）、歐洲產品德國西門子公司：它有SS系列的產品。有SS95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U為大型機，控制點數可達6000多點，模擬量可達300多路。最近還推出S7系列機，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400機（大型）。性能比S5大有提高。（2）、美國產品美國GE公司、日本FANAC合資的GEFANAC的9070機也是很吸引人的。它具有很多個特點。諸如，用軟設定代硬設定，結構化編程，多種編程語言，等等。它有914、781782、771772、731732等多種型號。另外，還有中型機9030系列，其

5、型號有344、331、323、321多種；還有9020系列小型機，型號為211。美國莫迪康公司(施奈德)的984機也是很有名的。其中E984785可安31個遠程站點，總控制規模可達63535點。小的為緊湊型的，如984-120，控制點數為256點，在最大與最小之間，共20多個型號。 美國AB（AlienBradley）公司創建于1903年，在世界各地有20多個附屬機構，10多個生產基地。可編程控制器也是它的重要產品。它的PLC5系列是很有名的，其下有PLC5/10，PLC5/11，PLC5/250多種型號。另外，它也有微型PLC，SLC500即為其中一種。有三種配置，20、30及40I/O配置

6、選擇，I/O點數分別為12/8、18/12及24/16三種。美國IPM公司的IP1612系列機，由于自帶模擬量控制功能，自帶通訊口，集成度又非常之高，雖點數不多，僅16入，12出，但性價比還是高的，很適合于系統不大，但又有模擬量需控制的場合。新出的lP3416機，I/O點數擴大到34入、12出，而且還自帶一個簡易小編程器，性能又有改進。（3）日本產品 日本三菱公司的PLC也是較早推到我國來的。其小型機FI前期在國內用得很多，后又推出FXZ機，性能有很大提高。它的中、大型機為A系列。AIS、AZC、A3A等。 日本日立公司也生產PLC，其E系列為箱體式的?；鞠潴w有E-20、E-28、E40、E

7、64。其I/O點數分別為12/8、16/12、24/16及40/24。另外，還有擴展箱體，規格與主箱體相同其EM系列為模塊式的，可在16160之間組合。 日本東芝公司也生產PLC，其EX小型機及EXPLUS小型機在國內也用得很多。它的編程語言是梯形圖，其專用的編程器用梯形圖語言編程。另外，還有EX100系列模塊式PLC，點數較多，也是用梯形圖語言編程。 日本松下公司也生產PLC。FPI系列為小型機，結構也是箱體式的，尺寸緊湊。FP3為模塊式的，控制規模也較大，工作速度也很快，執行基本指令僅0.l微秒。 日本富士公司也有PLC。其NB系列為箱體式的，小型機。NS系列為模塊式。歐姆龍公司系列產品，

8、安裝簡便，應用靈活，編程簡化。它有CPM1A型機，P型機，H型機，CQM1、CVM、CV型機，Ha型、F型機等，大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長，在中國及世界市場，都占有相當的份額。 （4）、國內 國內PLC 生產廠約30 家，廠家規模多不大。最有影響的算是無錫的華光。它生產多種型號與規格的PLC，如SU、SG等，發展也很快，在價格上很有優勢。Keyence的PLC進入市場較晚，但在日本已占有相當的市場份額，產品包括CPU，各種附加模塊，以及實現人機操作的觸摸屏操作產品。型號包括KV5000/3000，KV1000,以及專門應對中國市場的KV-M,等等。此外比較出名的還有深圳德

9、維森，深圳艾默生、無錫光洋、北京和利時等。2.2 PLC的選型 、PLC的分類1.從組成結構上分：（1）固定式：PLC各部件組合成一個不可拆卸的整體。（2）組合式（模塊式）：PLC的各部件按照一定規則組合配置。2.按I/O點數及內存容量分:可分為超小型PLC 、小型PLC、中型PLC 、大型PLC 、超大型PLC。3.按輸出形式分:（1）繼電器輸出:為有觸點輸出方式，適用于通斷頻率較低的直流或交流負載。（2）晶體管輸出:為無觸點輸出方式，適用于通斷頻率較高的直流負載。（3）晶閘管輸出:為無觸點輸出方式，適用于通斷頻率較高得的交流負載。 PLC的主要技術指標1.I/O點數：點數越多，控制規模越大

10、。2.掃描速度：反應PLC運行速度的快慢。3.指令條數：指令越豐富說明其軟件功能越強。4.內存容量：用戶程序儲存器容量。5.內部器件；種類越多，數量越大存儲各種信息的能力和控制能力就越強。6.高功能模塊:衡量PLC水平重要標志。7.支持軟件：便于對PLC編程和監控。8.擴展能力：利用I/O擴展單元和功能模塊進行擴展。 PLC選型基于三臺電機的順序啟停控制要求，由于設計要求不高，控制系統比較簡單，對輸入與輸出的端口要求不是很多。結合本公司生產現場實際，采用歐姆龍系列。歐姆龍PLC有超小型、小型、中型、大型四大產品類型；PLC型號第一個字都為C表示SYSMAC即C系列；C后字母為設計序列 如:CQ

11、、CJ、CS、CV等。本設計選用歐姆龍CJ1M-CPU11。 CJ1系列特點CJ1系列PLC采用模塊化、總線式結構，整個系統由CPU機架和擴展機架組成。CPU機架由CPU單元、電源單元、基本I/O單元、特殊I/O單元、CPU總線單元和端蓋組成，存儲器卡可選。擴展機架由I/O接口單元、電源單元、基本I/O單元、特殊I/O單元和CPU總線單元以及端蓋組成。擴展機架可連接到CPU機架或其它 CJ1系列擴展機架。3. I/O點設計及外部接線圖3.1 CJ1系列I/0存儲區及數據區(1)I/O區I/O區的地址范圍從CIO 0000 CIO 0079（CIO 位從000000 007915）(2)數據鏈接

12、區數據鏈接區的通道范圍從CIO 1000 CIO 1199 （CIO 位從100000 119915）。(3)CPU總線單元區 CPU總線單元區從CIO 1500 CIO 1899共包含400個字。(4)特殊I/O單元區 特殊I/O單元區共有960個字，地址范圍為 CIO 2000 CIO 2959。5)串行PLC鏈接區 串行PLC鏈接區包含90個地址范圍從CIO 3100 CIO 3199的字。(6)DeviceNet 區 DeviceNet 區 由600個字組成，地址范圍為CIO 3200 CIO 3799。(7)內部I/O區 內部I/O（工作）區有512個字，地址范圍為W000 W511

13、，這些字只能用在程序中作為工作字用。(8)保持區 保持區有 512 個字，地址范圍 H000 H511（位地址從H00000 H51115）這些字只能用于程序中。(9)輔助區 輔助區有960個字，地址范圍從A000 A959。(10) TR(暫存繼電器)區 TR區包含16個位，地址范圍從TR0 TR15。 (11)定時器區 由TIM、TIMH（015）、TMHH（540）、TTIM（087）、TIMW（813）、和TMHW（815）指令共同使用4096個定時器編號（從T0000 T4095）?？梢杂枚〞r器編號訪問定時器完成標志和當前值（PV）。(12)計數器區 CNT、CNTR （012）、C

14、NTW （814）指令可共同使用4096個計數器編號（從C0000 C4095），可用計數器編號訪問計數器的完成標志和PV值。(13)數據存儲器（DM）區 數據存儲器（DM）區共有32768個字，地址范圍從D00000 D32767，。(14)擴展數據存儲器（EM）區 擴展數據存儲器（EM）區被分成3個Bank（0 2），每個Bank有32768個字，EM區地址范圍從E0_00000 E2_32767。(15)變址寄存器 16個變址寄存器（IR0 IR15）用于間接尋址。16)數據寄存器 當間接尋址字地址時，這十六個數據寄存器（DR0 DR15）用作變址寄存器中PLC 存儲地址的偏移量。(17

15、)任務標志 任務標志范圍從TK00 TK31，且對應于周期任務0 31。(18)條件標志 這些標志包括算術標志，如表示指令執行結果的出錯標志和等于標志。 (19)時鐘脈沖 時鐘脈沖是由系統產生的，按一定時間間隔轉ON 和OFF 的標志3.2 I/O點選擇控制點的分配輸入輸出設備地址設備地址FR0.00帶式電機M1100.00總開關 SQ0.01帶式電機M2100.01自動/手動 SK10.02帶式電機M3100.02啟動 SB10.03停止 SB20.04M3啟動 SB31.06M2啟動 SB41.08M1啟動 SB51.10M1停止 SB61.07M2停止 SB71.09M3停止 SB81.

16、11急停 SB91.00 表（1）I/O控制點分配3.3 外部接線圖 本設計選用繼電器輸出有觸點輸出方式，其外部接線圖如圖（1）： 圖(1) 外部接線圖4. 顯示系統的接口電路設計人機界面（或稱人機交互，Human Computer Interaction）是系統與用戶之間進行信息交互的媒介。所謂工業人機界面，是一種集信息處理、數據通信、遠程控制功能于一體的，可以連接PLC、變頻器、調整器、儀器儀表等各種工業控制設備，用單色或彩色顯示屏顯示相關信息，通過觸摸屏、鍵盤、鼠標輸入工作參數或操作命令，以實現人機交互。在工業中，人們通常把具有觸摸輸入功能的人機界面產品稱為觸摸屏。實際上，“觸摸屏”只是

17、人機界面產品中可能用到的硬件部分，是一種替代鼠標及鍵盤部分功能，安裝在顯示前端的輸入設備，而人機界面產品則是一種包含硬件和軟件的人機交互設備。為了符合通常的習慣。將人機界面直接稱作觸摸屏。歐姆龍觸摸屏有NB、NT、NS、NV、MP等系列產品，綜合性能和價格因素本設計選用NB7W-TW00B觸摸屏。 4.1 NB7W-TW00B 觸摸屏特點（1）NB系列全部采用65536色，真彩TFT 屏幕長壽命(50000小時)LED背光。（2）雙串口同時通訊功能 利用NB多串口同時通訊的功能，可同時連接不同的設備。如觸摸屏與PLC/變頻器/溫控器/條碼掃描儀等設備的連接。（3）兼容標準C語言的宏指令，簡單易

18、用，可以在短時間內上手。使其操作更容易、輕松。（4）大容量存儲空間NB系列內存容量達128M，用戶即使添加大量元件也不會出現存儲空間不足的現象。（5）USB接口 使用USB快速傳輸HMI畫面，并通過NB-Designer快速的編輯組態畫面。（6）歐姆龍HMI的生產執行與PLC同樣的生產標準，在無塵、防靜電的環境里進行制作。（7）可連接OMRON全系列PLC，兼容主流第三方PLC。 NB系列觸摸屏不僅兼容OMRON系列的PLC，同時還支持SIEMENS S7系列、Mitsubishi FX系列、Modicon 公司的Modbus系列等主流的PLC。4.2 NB7W-TW00B觸摸屏通訊接口 NB

19、觸摸屏后有兩個通訊端口，COM1是9針D型母作管腳，端口支持RS-232C通訊功能，能連接RS-232C功能的控制器，也可用于產品的程序下載和調試。 COM2是9針D型母座管腳，端口支持RS-232C/RS-422A/RS-485X通訊功能。與CPU單元內置的RS-232C端口或通信板的RS-232C端口連接，但連接外設端口時，需要使用專用的外設端口用連接電纜（CS1W-CN118型），只能使用RS-232C連接。4.3 NB7W-TW00B 觸摸屏工作模式d-DIP開關（SW1/2）用于在4種工作模式之間進行切換。這四種模式分別是：觸摸屏校驗模式、固件更新模式、系統設置模式及正常工作模式，見

20、表（2）。SW1SW2系統工作模式ONON系統設置模式ONOF硬件更新設置模式0FON觸控校正模式0F0F正常工作模式 表（2）觸摸屏工作模式4.4 控制界面的設置 通過NB-Designer程序，對觸摸屏控制顯示功能進行設置?？刂平缑娴脑O置方法1、創建項目啟動NB-Designer單擊菜單欄中的【文件】，在文件的下拉菜單中單擊【新建工程】，將顯示【建立工程】對話框。 2、創建畫面點擊【工程結構窗口】中的HMI0，找到【工程結構窗口】，在【工程結構窗口】中找到HMI0，點擊HMI0即可。3、離線模擬 NB-Designer 支持離線模擬功能。離線模擬不會從 PLC 獲得數據，只從本地地址讀取數

21、據，因此所有的數據都是靜態的。離線模擬方便用戶直觀的預覽組態的效果而不必每次下載程序到觸摸屏中，可以極大的提高編程效率。 4、間接在線模擬間接在線模擬通過HMI從PLC獲得數據并模擬 HMI 的操作。間接在線模擬可以動態的獲得 PLC 數據，運行環境與下載后完全相同，只是避免了每次下載的麻煩，快捷方便。但是無法脫離觸摸屏硬件使用。 5、直接在線模擬6、下載 手動控制界面設置要實現用觸摸屏來控制三臺帶式電機順序啟停的執行過程。觸摸屏對應的地址分配如表（3）。輸入輸出設備地址設備地址總開關SQ10.00M1啟動指示100.00自動/手動 SK110.01M2啟動指示100.01啟動 SB110.0

22、2M3啟動指示100.02停止 SB210.03系統總開關指示100.03M3啟動 SB310.04系統自動指示100.04M2啟動 SB410.05M1啟動 SB510.06M1停止 SB610.07M2停止 SB710.08M3停止 SB810.09急停 SB911.0表（3）觸摸屏地址分配表對于總開關、手動/自動開關在設計的過程中采用的是切換開關，啟動、停止、急停、M1啟動和停止、M2啟動和停止、M3啟動和停止都用復歸型開關。粉紅色的M1、M2、M3是停止，淺綠色的M1、M2、M3是啟動，如圖（2）所示 圖（2） 手動啟動控制界面 自動啟動控制界面設計如下圖(3)所示為自動啟動控制界面：

23、 圖（3）自動啟動控制界面5. 繪制系統框圖及各流程圖5.1 總開關模塊的分析根據I/O口的分配，系統的總開關SQ為I0.01（觸摸屏總開關為w10.00），當按下I0.01（w10.00）時，W0.00得電，讓整個系統進行工作，同時指示燈Q100.03也得電。因為SQ1（觸摸屏總開關w10.00）為切換型開關，所以總開關電路沒有設置自鎖電路。當電路過載Fr的常閉觸點I0.00斷開，W0.00失電，系統停止工作，指示燈Q100.03失電。程序如下圖(4)所示。 圖（4）總開關模塊5.2利用跳轉指令自動/手動切換分析當SK1 I0.02（觸摸屏切換開關w10.01）得電時，自動啟停，而當SK1

24、I0.02（觸摸屏切換開關w10.01）不得電時，手動啟停，程序如下圖（5）所示。（自動跳轉指令） （自動跳轉結束指令）（手動跳轉指令）（手動跳轉結束指令） 圖（5）自動/手動切換模塊 5.3 自動啟停模塊的分析當SK1 I0.02（觸摸屏切換開關w10.01）得電時，自動啟停。按下I0.03（觸摸屏啟動按鈕w10.02），M3啟動，D0秒后M2啟動，再過D0秒后M1啟動。按下停止按鈕I0.04（觸摸屏停止按鈕w10.03）停車時先停M1，D1秒后M2停止，再過D1秒后M3停止。程序設計如下圖(6)所示。（跳轉到自動啟停程序）（自動啟停指示燈Q100.04得電）（自動啟停開關）（電動機M3啟動

25、，同時定時器T0根據設定的時間開始計時）（D0秒后T0時間到，電動機M2啟動，同時定時器T1根據設定的時間開始計時）（D0秒后T1時間到，電動機M1啟動。按下停止按鈕，M1停車）（M1停車的同時定時器T2根據設定的時間開始計時，D1秒后T2時間到，M2停車）（M2停車的同時定時器T3根據設定的時間開始計時，D1秒后T3時間到，M3停車）（跳轉結束） 圖（6）自動啟停模塊分析5.4 手動啟停模塊分析當SK1 I0.02（觸摸屏切換開關w10.01）不得電時，手動啟停。按下按鈕I1.06（觸摸屏M3啟動按鈕w10.04）啟動M3后，按下按鈕I1.08（觸摸屏M2啟動按鈕w10.05）啟動M2，再按

26、下按鈕I1.10（觸摸屏M1啟動按鈕w10.06）啟動M1。當按下按鈕I1.07（觸摸屏M1停車按鈕w10.07），M1停車，再按下按鈕I1.09（觸摸屏M2停車按鈕w10.08），M2停車，最后按下按鈕I1.11（觸摸屏M3停車按鈕w10.09），M3停車。程序設計如下圖(7)所示。 圖（7）手動啟停模塊5.5 自動啟停時間設置與顯示模塊的分析 自動啟停程序系統設計了自動啟停時間的輸入設置D0、D1和啟停時間倒計時顯示D2。時間設置與顯示程序設計如前圖所示。但此程序的時間設置以0.1s為時間輸入單位，若要改為以1s為輸入時間單位，則只需要在每個賦值定時器前加上如下圖（8）的程序部分。其它部分

27、以此類推。 圖（8）時間設置與顯示模塊6. 調試6.1 仿真調試在工業自動化領域，控制系統的分析、設計和系統調試中大量應用仿真技術。在調試階段，利用仿真技術分析系統響應與參數關系，指導調試工作，可以迅速完成調試任務。目前在PLC控制系統的設計與調試中，越來越多使用計算機仿真技術。PLC仿真軟件的基本功能是用計算機模擬實際的PLC，構造一個虛擬的PLC，幾乎所有在實際PLC上做的事情在虛擬PLC上都可以實現。歐姆龍公司的最新仿真軟件為CX-Simulator 1.5,可以仿真CS1、CJ1和CP1H。仿真軟件為PLC控制系統的開發提供了一種有效的輔助手段，具有經濟、靈活、高效等優點。6.2聯機調

28、試聯機調試時要用到實際的PLC，但不與實際設備連接，用開關和按鈕模擬現場的輸入信號，通過觀察PLC輸出點對應的發光二極管的亮/滅，來了解程序執行時PLC輸出的結果，輸出端一般不接PLC實際的負載（如接觸器、電磁閥等）。將設計好的程序寫入PLC后，首先逐條仔細檢查，并改正寫入時出現的錯誤。可以根據功能表圖，在適當的時候用開關或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關觸點的接通和斷開。對于順序控制程序，調試程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規定，即在某一轉換條件實現時，是否發生步的活動狀態的正確變化，即該轉換所有的前級步是否變為不活動步，所有的后續步是否變為活動步，以及各步被驅動的負載是否發生