plc控制系统设计论文

2024-09-09

plc控制系统设计论文（精选8篇）

plc控制系统设计论文篇1

电科班

一、摘要

随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进行亮化工程。企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:霓虹灯广告屏来实现这一目的.当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告均可以见到,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管,另一种为光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果。这些灯的亮灭,闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求。

随着P

LC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。

PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。

PLC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。选择时主要考虑以下几点：

(一)合理的结构型式，(二)

安装方式的选择，(三)相应的功能要求，(四)响应速度要求，(五)系统可靠性的要求，(六)机型尽量统一。

二

.控制系统介绍及控制要求

本控制系统只要是用于控制霓虹灯和边框流水灯的按顺序的闪烁。它能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。如图1，八个字能按顺序地进行亮灭，并且边框的灯能同时地隔位闪烁。

1.霓虹灯广告屏示意图

利用s7-200控制由8根灯管，24只流水灯，每4只灯为一组广告牌。，如下图所示：

图1

2.控制要求：

（1）该广告屏中间8根灯管亮灭的时序为：第1根亮→2亮→3亮→……→第8根亮，时间间隔为1s，全亮后，显示10s，再反过来从8→7→……→1按1s间隔顺序熄灭，全灭后停亮2s；再从第8根开始亮，顺序点亮7→6→……→1，时间间隔1s，显示5s，再从1→2→……→8按1s间隔顺序熄灭，全灭后停亮2s，然后重复运行，周而复始。

（2）24只流水灯，4个一组分成6组，从Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1s时间间隔依次向前移动，且点亮时每相隔1灯为亮，即从Ⅰ“、”亮→Ⅱ“、”亮，同时Ⅰ“、”灭→Ⅲ““、”亮，同时Ⅱ“、”灭……，如此移动一段时间（如30s）后，再反过来移动一段时间：Ⅵ“、”亮

→Ⅴ“、”亮，同时Ⅵ“、”灭，……如此循环往复。

（3）系统有单步/连续控制，有起动和停止按钮。

（4）起动时，灯管和流水灯同时起动，关闭时，可同时也可分别关闭。

（5）要求有移位指令的应用

（6）在控制要求1中，若要求将全亮后显示10s改为以0.5s间隔同时闪烁5s，试修改程序。

三.工作原理

1.I/O分配

根据控制要求，PLC控制霓虹灯广告显示屏的输入，输出地址如下表所示，其中SB1为启动开关,SB2为停止开关,SB3为单步连续选择开关SB4为不进按钮开关.Q0.0～Q0.7控制霓虹灯用的发光管模拟显示，Q1.0～Q2.1控制6组流水灯泡。如表1

输入接点

输入开关名称

I0.0

启动按钮SB1

I0.1

停止按钮SB2

I0.3

单步/连续开关SB3

I0.4

步进按钮开关SB4

输出接点

输出名称

Q0.0

灯管1

Q0.1

灯管2

Q0.2

灯管3

Q0.3

灯管4

Q0.4

灯管5

Q0.5

灯管6

Q0.6

灯管7

Q0.7

灯管8

Q1.0

L1.L3流水灯

Q1.1

L2.L4流水灯

Q1.2

L5.L7流水灯

Q1.3

L6.L8流水灯

Q1.4

L9.L11流水灯

Q1.5

L10.L12流水灯

Q1.6

L13.L15流水灯

Q1.7

L14.L16流水灯

Q2.0

L17.L19流水灯

Q2.1

L18.L20流水灯

Q2.2

L21.L23流水灯

Q2.3

L22.L24流水灯

2.PlC型号的选择

由于共由20个端口输出，并且用是交流点的，所以我选择用FX2N-48MR-001.FX2N-48MR-001的主要的技术参数：输入继电器的24点，输出继电器由24点。电源电压为AC100-240V

50/60Hz。

3.硬件接线图

图

4．时序图

5.流程图

6.梯形图及程序

0.1启动

LD I0.1

MOVB 16#1, MB0

MOVW 16#FF, VW0

S M1.0, 1

MOVB 16#81, VB2

I0.2总停止

LD I0.2

MOVB 16#0, MB0

MOVW 16#0, VW0

R M1.0, 2

MOVB 16#0, VB2

8路灯管单独停止

LD I0.2

MOVB 16#0, MB0

MOVW 16#0, VW0

24l路循环灯管单独停

LD I0.3

R M1.0, 2

MOVB 16#0, VB2

8路灯管控制,Q0----7（QB0）为8路灯管输出控制点

LD SM0.0

LPS

A M0.0

LPS

A SM0.5

RLW VW0, 1

LPP

AW= 16#FF00, VW0

RLB MB0, 1

LRD

A M0.1

LPS

TON T37, 100

A T37

A SM0.5

RRW VW0, 1

LPP

AW= 16#FF, VW0

RLB MB0, 1

LRD

A M0.2

LPS

TON T38, 20

A T38

A SM0.5

RRW VW0, 1

LPP

AW= 16#FF00, VW0

RLB MB0, 1

LRD

A M0.3

LPS

TON T39, 50

A T39

A SM0.5

RLW VW0, 1

LPP

AW= 16#FF, VW0

TON T40, 20

LPP

A T40

MOVB 16#1, MB0

LD SM0.0

LPS

A SM0.5

MOVB VB1, QB0

LPP

AN SM0.5

A M0.1

AN T37

MOVB 16#0, QB0

24路循环灯控制，由于2个灯同时亮，所以每2个共用一个输出点。QB1单数灯管，QB2双数灯管（双数的灯管安装顺序与单数灯管相反，即Q1.0-----Q1.5对应灯管1,3-------21,23，Q2.0-----Q2.5对应灯管24.22-------4,2,这样可以省掉一些程序）

LD SM0.0

LPS

A M1.0

LPS

A SM0.5

RLB VB1, 1

LRD

AN M1.1

TON T42, 300

LRD

A T42

S M1.1, 1

LRD

A M1.1

TON T43, 300

LPP

A T43

R M1.1, 1

LRD

AN M1.1

MOVB VB1, QB1

MOVB 16#0, QB2

LPP

A M1.1

MOVB VB1, QB2

MOVB 16#0, QB1

7.主电路

四、设计心得

本程序是用STL图所写的，在启动按钮按下以后，有两步程序同时运行，一个是霓虹灯字的亮灭，一个是四周边框流水灯的亮灭。霓虹灯字的亮灭：在按下启动按钮以后，八个字会按要求亮灭，主要是计时器控制的，在S20和S21中，S20是灯的正序亮反序灭，S21是灯的反序亮正序灭。流水灯的亮灭，状态就比较多了，我是把每一中亮的情况都纳入一个状态的，所以有6中状态，然后在循环，在30秒过后，会由正序的亮转换成反序的亮。反序的亮30秒都又转换成正序的两，这个30秒我是用计数器控制的，因为每一个循环是6秒，那30秒就是5次，计到5次都才会进行正反序的转换。

经过这次的课程设计，使得我对PLC的掌握进一步的增强，加深了对PLC它们的理解，并对PLC产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己的不足之处，比如说对应用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序复杂程度。多在学习过程中不能想通的问题，在PLC调试过程中，终于得以解决。可以看出它对理论教学起到了必要的补充和额拓宽作用，对培养既具有扎实理论功底又具有相当实践能力的人才必不可少。在这次的课程中，我发现PLC在工业控制中的作用很大，它能使人的控制转变成电脑的控制，大大地降低了产品的成本，很大地提高生产效率。

在此过程中我还发现到修改完善程序的重要性。当时编完一个程后感觉是正确的。就是这样还要仔细检查自己的程序。考虑到各种可能发生的情况。

经过这次课程设计培养了我们的设计能力以及全面的考虑问题能力。学习的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦更是让人激动的。相信通过这次课程设计它对我以后的学习及工作都会产生积极的影响。

五、参考文献

1．史国生主编

《电气控制与可编程控制器技术》

北京:

化学工业出版社

2005.2

2．尹宏业主编

《PLC可编程控制器教程》

北京：航空工业出版社

1997

3．廖常初主编

《PLC编程及应用

》

北京：机械工业出版社

2002

4．张万忠主编

《可编程控制器应用技术》

北京：

化学工业出版社

2002

5．张凤珊主编

《电器控制及可编程控制器》

北京：中国轻工业出版社

plc控制系统设计论文篇2

PLC是专为工业生产环境设计的计算机控制设备,具有可靠性高、抗干扰能力强的特点,一般不需要采取特殊的措施,PLC就可直接应用于工业环境中。但工业控制现场环境条件多很恶劣,干扰强,同时还需考虑PLC自身的故障,因此必须注意诸多因素,采取不同的保护措施,以保证PLC系统长期安全可靠地运行。

2 影响PLC控制系统可靠性的主要因素

2.1 PLC的工作环境。

PLC要求环境温度在0~55℃,为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。同时,PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动,避免有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。

2.2 内部干扰源。

内部干扰源主要包括由于元器件布局不合理造成的内部信号相互串扰和线路中存在的电容性元件引起的寄生振荡,以及数字地、模拟地和系统地的处理不当。

2.3 辐射干扰。

能产生空间辐射电磁场的设备均能影响到PLC的正常运行。如大的电力网络、电器设备的暂态过程、运行中的高频感应加热设备以及雷电等。若此时PLC置于其辐射场内,其信号、数据线和电源线即可充当天线接受辐射干扰。此种干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场的大小,特别是与频率有关。

2.4 接地干扰。

接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统无法正常工作。PLC系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱或死机。例如:电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。

2.5 传导干扰。

2.5.1来自电源的干扰。在工业现场中,开关操作浪涌、大型电力设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等均能在电网中形成脉冲干扰。PLC的正常供电电源均由电网供电,因而会直接影响到PLC的正常工作。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间的电磁干扰而产生持续的高频谐波干扰。特别在断开电网中的感性负载时产生的瞬时电压峰值是额定值的几十倍,其脉冲功率足以损坏PLC半导体器件,并且含有大量的谐波可以通过半导体线路中的分布电容、绝缘电阻等侵入逻辑电路,引起误动作。2.5.2信号传输线引入的干扰。除了传输有效的信息外,PLC系统连接的各类信号传输线总会有外部干扰信号的侵入。由信号线引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。若系统隔离性能较差,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动作甚至死机。

3 控制系统硬件设计

3.1 设备选型。

首先要选择有较高抗干扰能力的PLC产品,其中包括了电磁兼容性,尤其是抗外部干扰能力,如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统;其次还应了解生产厂家给出的抗干扰指标,如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大的电场强度和多高频率的磁场强度下工作;同时也要考察其在类似工作中的应用效果。

3.2 环境优化。

当PLC工作环境温度超过55°C时,可通过将系统安装于通风好、有空调的控制室内,在柜中设置风扇、冷风机等措施。当温度低于0°C时,可通过在柜中设置加热器、不切断控制器电源等来改善。湿度过大或过小可导致PLC内部元件性能恶化、短路和静电感应损坏等不良后果。可采用以下对策:盘柜设计成封闭型,电路板覆盖保护层,尽量避免人体接触感应等。PLC不可安装在有尘埃、导电粉末、有害气体、水分、有机溶剂、强碱性溶液的环境中,应将盘柜设置成密闭结构,以防止对系统可靠运行有影响的不清洁空气进入。

3.3 接地抗干扰设计。

接地在消除干扰上起很大的作用,良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件之一,可以避免偶然发生的电压冲击危害。为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰,应给PLC接以专用地线,接地线与动力设备(如电动机)的接地点应分开,若达不到此要求,则可与其它设备公共接地,严禁与其它设备串联接地。接地电阻要小于5Ω,接地线要粗,面积要大于2平方毫米,而且接地点最好靠近PLC装置,其间的距离要小于50米,接地线应避开强电回路,若无法避开时,应垂直相交,缩短平行走线的长度。连接接地线时,一般应注意以下几点:a.PLC控制系统单独接地;b.PLC系统的接地端子是抗干扰的中性端子,应与接地端子连接,其正确接地可以有效消除电源系统的共模干扰;c.PLC系统的接地线至少用20mm2的专用接地线,以防止产生感应电;d.输入/输出信号电缆的屏蔽线应与接地端子端连接,且接地良好。

3.4 电源部分的抗干扰设计。

电源波动造成的电压畸变或毛刺,将对PLC及I/O模块产生不良影响。据统计分析,PLC系统的干扰中有70%是从电源耦合进来的。为了抑制干扰。PLC供电系统可采用如下方式,控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电,并与主电路电源分开。当某一部分电源出了故障时,而不会影响其他部分,如输入、输出供电中断时,控制器仍能继续供电,提高了系统的可靠性。

3.5 输入/输出信号的抗干扰设计。

输入信号的输入线之间的差模干扰可以利用输入模块滤波来减小干扰,而输入线与大地间的共模干扰可通过控制器的接地来抑制。在输入端有感性负载时,为了防止电路信号突变而产生感应电势的影响,可采用硬件的可靠性容错和容差设计技术,对于交流输入信号,可在负载两端并联电容C和电阻R,对于直流输入信号,可并接续流二极管D。一般负载容量在10VA以下时,应选C为0.1μF,R为120欧姆,当负载容量在10VA以上时,应选C为0.47μF,R为47欧姆。

对于PLC系统为开关量输出,可有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式。具体选择要根据负载要求来决定。若负载超过了PLC的输出能力,应外接继电器或接触器,才可正常工作。PLC输出端子若接有感性负载,输出信号由OFF变为ON或从ON变为OFF时都会有某些电量的突变而可能产生干扰。在设计时应采取相应的保护措施,以保护PLC的输出触点。对于直流负载,通常是在线圈两端并联续流二极管D,二极管应尽可能靠近负载,二极管可为1A的管子。对于交流负载,应在线圈两端并联RC吸收电路,根据负载容量,电容可取0.1μF~0.47μF,电阻可取47Ω~120Ω,且RC尽可能靠近负载。

对于模拟量I/O信号,宜采用4~20m A的电流传输方式,一般不采用电压传输方式,因为它易受干扰。传输模拟信号的屏蔽线,其屏蔽层应一端接地,同时为了释放高频干扰,数字信号线的屏蔽层应并联于电位均衡线,其电阻值要小于屏蔽电阻的1/10,且屏蔽层的两端应接地。若无法设置电位均衡线,或只考虑抑制低频干扰,也可只一端接地。

3.6 执行元件可靠性设计。

执行元件一般选用电磁阀,它必须设计成在信号、电源、或气源故障下起到保护作用,即故障断电工作。在大多数情况下,系统必须设置手动复位功能,不管是机构锁定或者是电气锁定,都必须由操作工来复位系统,以避免出现潜在危险。

4 控制系统的软件设计

只采用硬件措施不能完全消除干扰的影响,因此在PLC系统的软件设计和组态时,还应在软件方面进行抗干扰处理,进一步提高系统的可靠性。

4.1 延时确认。

对于开关量输入,可采用软件延时20ms,对同一信号作两次或两次以上读入,结果一致才确认输入;对于模拟量输入,为了消除工业现场瞬时干扰对其影响,可以采取软件的数字滤波技术,如中值法、算术平均值法、一阶递推数字滤波等算法。

4.2 信号滤波

对于模拟信号,可采用多种软件滤波方法来提高数据的可靠性。连续采样多次,采样间隔根据A/D转换时间和信号的频率而定。采样数据先后存放在不同的数据寄存器中,经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。常用的滤波方法有:a.程序判断滤波;b.中值滤波;c.滑动平均值滤波;d.去极值平均滤波;e.算术平均值滤波;f.防脉冲干扰平均值滤波。

4.3 故障的检测和诊断。

PLC利用本身完善的自诊断功能,借助其他工具找到故障的部位与部件,更换后即可恢复常态。另外还有一些常用的软件抗干扰措施:定时校正参考点电位,并采用动态零点,可有效防止电位漂移;采用信息冗余技术,设计相应的软件标志位;采用间接跳转,设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。

结束语

工程实践表明,优化采用以上措施可以大大提高PLC控制系统可靠性。但是PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,还需在实践中不断摸索,综合考虑各方面的因素,进一步完善、优化抗干扰设计方法,更合理有效地抑制干扰,进一步提高系统可靠性。

摘要：随着工业设备自动化控制技术的发展,可PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产运行的关键。介绍了影响PLC控制系统可靠性的主要因素,并提出了提高控制系统可靠性的硬件与软件方案。

关键词：PLC,硬件设计,软件设计

参考文献

[1]西门子公司.SIMATICS5用户操作维护手册[M].1993.

[2]三菱公司.FX2系列可编程序控制器使用手册[M].2001.

PLC控制系统设计浅析篇3

关键词：PLC；控制系统；设计；交通灯

中图分类号：TH707文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0132-02

PLC（可编程序控制器）是一种新型的通用控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计。因此，学习PLC的最终目的就是能将它应用到实际的工业控制系统中去。高职院校传统的教学方法侧重于软件程序设计的教学，忽略了对PLC控制系统的整体设计，学生在学习完课程后，依然不太明白PLC到底能干什么，在实际工作过程如何应用。为了能让学生彻底理解PLC控制系统设计的全过程，必须让学生了解PLC从程序设计到硬件组成的PLC工作控制系统的整个过程。

经过多年的教学实践和不断探索，笔者进行了大胆的改革和创新，取得了良好的效果。

1在系统设计中学习PLC

在传统的教学过程中，教师侧重于介绍梯形图、指令表和顺序功能图等程序设计方法，尽管是以项目为载体，也仅仅是让学生在PLC软件仿真系统上实施软件设计，或者是在PLC实训箱上完成软件设计、PLC程序写入和简单的硬件线路连接，学生在项目任务完成之后，会有短暂的成就感，但若要学生面对一个实际的PLC控制系统的设计项目，他们往往不知如何动手。

在一个完整的PLC控制系统设计中引导学生学习PLC。在系统软件和硬件的设计过程中，会遇到很多的问题，通过引导学生主动面对这些问题，师生共同解决问题，来激发学生主动学习的积极性，也让学生逐渐清楚的了解一个完整的PLC控制系统的设计和调试方法。

然而一个完整的PLC控制系统通常需要十多课时甚至更多课时才能完成，为了防止学生感觉目标遥远，因设计过程中困难重重而中途放弃，我将整个PLC控制系统的设计分割成若干个任务，让学生在每一节课完成其中一个设计任务，也就是，每次课每节课都有明确的目标，做到重点突出，使得学生在每次课每节课都有所得，即陶行知先生说的“每课有学理，有实习，二者联络无间，然后完一课即成一事。成一事再学一事，是谓升课。”

2十字路口交通灯的PLC控制系统设计

十字路口交通灯控制系统是学生比较熟悉并且容易理解的一个PLC实际应用的案例，对于较为熟悉的控制对象，学生比较容易有信心面对和解决即将到来的众多问题和困难。

基于系统设计的教学组织实施的具体做法是将顺序功能图的知识点设计成具体的十字路口交通灯的PLC控制系统设计情境，将知识与技能融合于教学中，让学生在学中做，在做中学，以学会做，做学结合。伴随着教学过程的进行，学生逐渐成为学习的主体，达到教是为了不教的目的。

2.1系统的控制要求

改系统要求用三菱FX1N-40MRPLC实现十字路口交通灯的PLC控制系统设计，包括软件程序设计和硬件电路设计与制作。十字路口交通灯的PLC控制系统模拟图如图1所示，系统控制时序图如图2所示。

具体控制要求如下：

①通过启动按钮和停止按钮实现十字路口交通灯PLC控制系统的开启和关闭。

②按下启动按钮后，东西方向红灯点亮并持续25 s，同时南北方向绿灯点亮并持续20 s后熄灭，转为绿灯闪烁3 s后熄灭，继而南北黄灯点亮并持续2 s后熄灭；南北黄灯熄灭转为红灯点亮并持续25 s同时，东西方向红灯熄灭，转为绿灯点亮并持续20 s，之后绿灯闪烁3 s后熄灭，转为黄灯点亮2 s，至此，交通灯系统完成一个周期。

③要求设计并制作出满足系统要求的硬件电路。

④要求设计出满足系统要求的软件程序。

⑤系统软硬件联调至满足十字路口交通灯的控制要求。

2.2系统的硬件设计与制作

十字路口交通灯的PLC控制系统硬件设计包括交通灯的PLC控制系统的I/O端口分配、交通灯显示装置的设计与实物制作、PLC与交通灯显示装置的硬件连接。在传统的《PLC技术》课程教学中，PLC控制系统的I/O端口分配和PLC与交通灯显示装置的硬件连接是侧重的训练任务，因此，为了让学生更清楚的理解和掌握一个完整的PLC控制系统的设计和调试方法，交通灯的显示装置也要求学生自己设计与制作。图3和图4所展示的是学生自己设计和制作十字路口交通灯的显示装置。

2.3PLC程序设计与调试

根据十字路口交通灯系统的控制要求和PLC的I/O端口分配，可以写出该控制系统的PLC程序见表1。

2.4系统软硬件联调

在检查整个PLC控制系统硬件接线无误后，接通PLC的电源，将程序写入到PLC中，按下启动按钮，观察LED指示灯的点亮效果是否满足系统控制要求。若LED指示灯的点亮时序与控制要求不一致，则需要综合分析问题出现的原因。

2.5取得的效果

通过采用基于系统设计的教学组织模式，学生能通过一个完整的十字路口交通灯的PLC控制系统的设计与制作实现对PLC技术在实际生产应用的充分理解和掌握。在培养了学生的实际设计能力的同时，也为学生学习专业课程和终生学习奠定了坚实的基础。

3结语

通过多年的改革与实践证明，在《PLC技术》课程中采用系统设计的教学组织模式，能够培养学生的专业学习兴趣，增强学生的创新意识，提高学生的实际应用和动手能力。

参考文献：

[1] 张旭.在系统设计中学习PLC[J].电子设计工程,2012,(17).

[2] 谢银荣.提高PLC教学有效性的策略探析[J].高职教育,2008,(8).

[3] 赵瑞林.基于工学结合的PLC课程改革及实践效果[J].黑龙江教育,2011,(6).

endprint

摘要：文章通过十字路口交通灯的PLC控制系统设计与制作的实施，具体阐述了该课程的组织过程。通过突出PLC控制系统设计与制作，培养了实际设计能力，为专业课的学习奠定了坚实的基础。

关键词：PLC；控制系统；设计；交通灯

中图分类号：TH707文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0132-02

经过多年的教学实践和不断探索，笔者进行了大胆的改革和创新，取得了良好的效果。

1在系统设计中学习PLC

2十字路口交通灯的PLC控制系统设计

2.1系统的控制要求

具体控制要求如下：

①通过启动按钮和停止按钮实现十字路口交通灯PLC控制系统的开启和关闭。

③要求设计并制作出满足系统要求的硬件电路。

④要求设计出满足系统要求的软件程序。

⑤系统软硬件联调至满足十字路口交通灯的控制要求。

2.2系统的硬件设计与制作

2.3PLC程序设计与调试

根据十字路口交通灯系统的控制要求和PLC的I/O端口分配，可以写出该控制系统的PLC程序见表1。

2.4系统软硬件联调

2.5取得的效果

3结语

参考文献：

[1] 张旭.在系统设计中学习PLC[J].电子设计工程,2012,(17).

[2] 谢银荣.提高PLC教学有效性的策略探析[J].高职教育,2008,(8).

[3] 赵瑞林.基于工学结合的PLC课程改革及实践效果[J].黑龙江教育,2011,(6).

endprint

关键词：PLC；控制系统；设计；交通灯

中图分类号：TH707文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0132-02

经过多年的教学实践和不断探索，笔者进行了大胆的改革和创新，取得了良好的效果。

1在系统设计中学习PLC

2十字路口交通灯的PLC控制系统设计

2.1系统的控制要求

具体控制要求如下：

①通过启动按钮和停止按钮实现十字路口交通灯PLC控制系统的开启和关闭。

③要求设计并制作出满足系统要求的硬件电路。

④要求设计出满足系统要求的软件程序。

⑤系统软硬件联调至满足十字路口交通灯的控制要求。

2.2系统的硬件设计与制作

2.3PLC程序设计与调试

根据十字路口交通灯系统的控制要求和PLC的I/O端口分配，可以写出该控制系统的PLC程序见表1。

2.4系统软硬件联调

2.5取得的效果

3结语

参考文献：

[1] 张旭.在系统设计中学习PLC[J].电子设计工程,2012,(17).

[2] 谢银荣.提高PLC教学有效性的策略探析[J].高职教育,2008,(8).

[3] 赵瑞林.基于工学结合的PLC课程改革及实践效果[J].黑龙江教育,2011,(6).

PLC控制系统的设计和实践经验篇4

2009-08-25 01:03 P.M.引言

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。2 PLC系统设备选型

PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。

目前市场上的PLC产品众多，国外知名品牌有德国的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产品牌有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手。

2.1 确定PLC 控制系统的规模

依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。

小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。

中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。

大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。

2.2 确定PLC I/O 点的类型

根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。

根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。

2.3 确定PLC编程工具

（1）一般的手持编程器编程。手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。这主要用于微型PLC的编程。

（2）图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。

（3）计算机加PLC软件包编程。这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程。PLC控制系统的设计

PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

3.1 PLC控制系统的硬件设计

硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

（1）PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。

（2）PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变

频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。

如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次/min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。

对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。

对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

（3）PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:

隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。

屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。

布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

3.2 PLC 控制系统的软件设计

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

（1）PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有

三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

（2）PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。

在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

（3）PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。

PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。

如果要使PLC多个输出为固定值 1（常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。PLC控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

4.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。

我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。

4.2 系统调试

系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。

把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:

（1）对每一个现场信号和控制量做单独测试;

（2）检查硬件/修改程序;

（3）对现场信号和控制量做综合测试;

（4）带设备调试;

（5）调试结束。结束语

游泳池水处理系统的PLC设计篇5

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游泳池水处理系统的PLC设计

摘要

在工业不断发展的今天，人们更加追求自动化的同时可编程序控制器映入了我们的眼帘，可编程序控制器在各行各业的应用不断增加，让我们看到他的应用之广泛，此次设计是在游泳池水处理自动控制方面的一个具体体现，正文介绍了可编程序控制器（PLC）、西门子S7-300 CPU313及温度传感器在游泳池水处理系统中的应用及PID调节。本设计在详细了解了S7-300 PLC的结构、用法，以及游泳池水处理系统的工艺流程的前提下，运用PLC对水处理各环节进行精确的控制。引入PLC后，比传统的游泳池更加安全、可靠，更加节省人力资源，操作简单，节省硬件等诸多优点，随着市场的开放与不断扩大许多国外的品牌不断涌入我国，我们可以选用更适合要求的产品。选用合适的PLC有利于系统的完美发挥，无论是从抗干扰能力或是其他方面PLC控制的系统都是当前最具实力的产品。

关键词：可编程序控制器；S7-300；PID温控

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PLC designing of natatorium water processing system

Abstract With the development and advancement of industry, the Programmable Logic Controller that has been widely applied in a lot fields has become focus nowadays.This designing is a material and concrete exhibition in the aspect of natatorium water processing system.This article mainly illustrates PID regulation and the application of Programmable Logic Controller---PLC, Siemens S7-300 CPU313 and temperature sensor in the natatorium water processing system.The article has detailed introduced the S7-300 PLC structure and usage.Furthermore, it has completely complained the process of circulation water processing system and temperature regulation, as well as the concrete operation process.Comparing to the traditional one, the PLC controlling system has made the natatorium more safe and credible.Moreover, it not only can be operated easily, but also can save a lot of human resource and hardware for us too.As people have known, Programmable Logic Controller has become the developing trend of industrial automation.Due to the open and distensible market, a lot of foreign products of PLC that provide more choices for us have entered.As people have known, a good choice of PLC will make the system more perfect.Keywords：Programmable Logic Controller ；S7-300；PID temperature control

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摘要.........................................................................................................................................I ABSTRACT...........................................................................................................................II 1 绪论....................................................................................................................................1 1.1 引言..................................................................................................................................1 1.2 国内外游泳池水处理方式..............................................................................................1 1.3 本课题研究主要内容......................................................................................................2 1.4 课题研究的意义..............................................................................................................2 系统概述.............................................................................................................................4

2.1 设计要求..........................................................................................................................4 2.2 控制系统简介..................................................................................................................4 2.3 控制系统要求..................................................................................................................5 2.3.1 水循环及过滤部分...................................................................................................6 2.3.2 水质检测及加投药部分...........................................................................................7 2.3.3 恒温加热系统控制...................................................................................................7 PID温度控制...................................................................................................................11

3.1 基本概念........................................................................................................................11 3.1.1 比例调节（P调节）..............................................................................................11 3.1.2 积分调节（I调节）...............................................................................................11 3.1.3 微分调节（D调节）.............................................................................................12 3.2 PLC中的PID控制实现方法........................................................................................12 西门子S7-300及硬件设计........................................................................................15

4.1 PLC的简介....................................................................................................................15 4.1.1 PLC的特点..............................................................................................................15

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4.1.2 PLC的分类..............................................................................................................16 4.2 PLC的基本组成............................................................................................................16 4.2.1 主机.........................................................................................................................16 4.2.2 编辑器.....................................................................................................................18 4.2.3 I/O扩展和其他外围设备........................................................................................18 4.3 PLC的基本工作原理和工作方式................................................................................18 4.4 硬件介绍........................................................................................................................19 4.4.1 数字量模块.............................................................................................................19 4.4.2 模拟量模块.............................................................................................................20 操作与软件部分.............................................................................................................22

5.1 水循环控制过程............................................................................................................22 5.2 恒温加热部分控制........................................................................................................23

结论......................................................................................................................................24 致谢......................................................................................................................................25 参考文献...............................................................................................................................26 附录......................................................................................................................................27

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第 1 页绪论

1.1 引言

随着社会的不断发展人民的生活水平也在不断提高，人民对物质、精神生活不断提出新的要求，健身、游泳、等娱乐活动不断增加，游泳逐步成为一项群众性的休闲娱乐活动。在炎炎夏日，游泳场馆更是变成了人们消暑纳凉的消费场所。特别是在暑期，热浪滚滚，酷热难耐，许多家长带着放假的孩子，兴致勃勃地嬉戏畅游在游泳池之“蓝天碧水”间。而在最热的时候，游泳场馆更是天天爆满，随之而来对这些活动的客观要求也不断提出了新的标准与要求，对游泳的环境和各方面的要求也逐步提高。近几年来，集娱乐、休闲与健身为一体的游泳场馆的需求与建设可谓方兴未艾，国家级大型游泳馆、各种公共游泳馆、家用游泳池、星级宾馆的室内游泳池等遍及全国城镇。游泳池、水上乐园像雨后春笋般涌现，其中许多游泳池已跳开古板的传统模式，摹仿国外的先进经验，设计更新颖，融健身性、娱乐性于一体，更具吸引力及生命力。

1.2 国内外游泳池水处理方式

为了节约用水，保护水资源保证水质及卫生指标，绝大多数游泳池采用循环净化给水方式。但由于我国游泳场馆的发展相对较晚(二十世纪九十年代中后期才真正开始大规模发展)，所以在运行管理方面和给排水的设计方面积累总结的经验较少，缺乏系统的分析与交流，且游泳池的实际运行与规范下的设计存在着较大的差异。就水处理系统来说，目前规范基本上是按市政给水处理厂的要求来制定的，在设计中均是按照规范中的专业比赛用连续处理运行来设计的，而在实际运行过程中，无论是水质还是投药管理等，均不同于设计与规范，造成了水处理场地及设备的极大浪费，无形中增大了建设投资费用。另外大多数游泳场馆未配制专业技术人员参与运行管理，因此，在实际运行过程中，因各种原因发生了较大的水耗、热耗及电耗，并造成了不必要的水质超标甚至恶化，给经营带来较大的负担与影响。鉴此通过对现有设备下的游泳池的研究，对于进一步节水、节能，降低运行成本有着重要的经济意义，并由此总结实践经验，进行理论分析，从而提出游泳池水处理的优化设计。

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1.3 本课题研究主要内容

现代游泳池主要分三大部分：一是循环及过滤部分，二是水质检测及加投药部分，三是恒温及加热部分。水处理循环系统是整个系统最为关键的地方，主要由两台循环水泵互为备用，循环水泵是为提供循环动力及循环处理水量而设置。循环水泵的自动过程由两台泵互为备用(1 # 泵和2 # 泵)，且8小时自动切换和非正常停泵自动起动备用泵(如加热继电器动作等)。起动过程由两台泵轮值起动，即在程序中设定一个起动泵号N(N = 1、2)，当第一次进入水循环主程序时，首先读取泵号N(并令N 加1)，决定首先开启哪一号泵，若无故障运行后，且在一个周期内要求停泵，当再次进入水循环主程序时，则起动当前泵。以此，来减小某一台泵因连续工作而引起的损耗。实际证明此方法可行且有效。当某一台泵出现故障需停机时，需等待该泵完全停止后，方可开启另一台泵，否则会出现局部回流现象，极易损坏水泵，因此，在起动另一台水泵时，有一个10s 的延时。为了补充因各种原因所造成的池水热损失及加热补充水需设置换热设备。目前，国内采用的是快速式换热器和新型板式换热器。恒温加热部分由PLC可编程序控制器来控制，恒温及加热控制主要采用PID调节，输出控制信号由PQW288输出控制伺服控制器来控制蒸汽调节阀的开启度，定量地给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温。水池温度的检测通过两个途径获得：一是水池温度；二是蒸汽调节阀进水池布水口的温度。检测蒸汽进水池的温度目的是为了与水池温度相比较，不致两者温差过大，以免造成人员短时间内不适应或受伤。I2.3控制条件为紧急停止信号，由值班人员发出。水质检测都是通过检测仪器送来的模拟量检测信息，输入到模拟量模块进行处理，处理后根据水质标准确定控制量，分别控制各药剂精确计量泵，加投水处理药剂。各模拟量输入的处理及控制都基本相同。絮凝剂加投的前提是循环水泵开启，若循环水泵未开启，絮凝剂加投后，也只是在局部起作用，不仅浪费资源，更使水质变差。

1.4 课题研究的意义

本设计主要着重介绍各环节的控制和操作过程及原理，选用的控制设备也比传统的设备更为先进，目前可编程序控制器在整个电气控制领域已经占领主导地位，发展的也是非常迅速，它的控制方式采用可编程序控制器进行控制。PC或PLC，它是在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有的功能强、可靠

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高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外以广泛应用于自动化控制的各个领域，并成为实现工业自动化的支柱产品。近年来，国内在PC技术与产品开发应用方面的发展也很快。除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多的采用PC控制系统取代的继电器、接触器控制系统。国产化的小型PC性能也基本达到同类国外产品的技术指标。目前PLC已广泛用于冶金、化工、轻工、电力、建筑、交通、运输等各个行业[1]。

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第 4 页系统概述

2.1 设计要求

1．循环水泵的自动过程由两台泵互为备用，8h自动切换和非正常停泵自动起备用泵。

2．温度控制精度1°C。3．采用可编程序控制器设计。4．画出原理图，编制程序。

2.2 控制系统简介

布水口游泳池布水口温度仪Ⅱ进池口水管热力蒸汽热交换伺服控制器温度仪ⅠPH仪余氯仪浊度仪出池口水管循环水泵1号过滤沙缸N过滤沙缸2号定时器絮凝剂加投消毒剂加投稀盐酸加投硫酸铜加投

图2.1 游泳池水处理工艺流程图

现代游泳观的池水处理系统类似与自来水厂的水处理系统，通过循环水泵将池水置

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换出来检测水质，再通过化学和物理的方法调整水质，然后将达到一定水质标准的“净水”回灌进游泳池。本设计的游泳池水处理工艺流程如图2.1所示。通过循环水泵将池水置换出来检测水质，再通过化学和物理方法调整水质，然后将达到一定水质标准的“净水” 回灌进游泳池。一般检测项有浊度、过氧化物、尿素含量、菌去群含量、余氯值、臭氧值和pH值等。以pH值调节为例，当pH值过高，超过控制时，则通过精确计量泵加投稀盐酸以调低pH值，这就是化学的方法。再如当浊度达到一定值时，亦通过精确计量泵将絮凝剂（需搅拌）加投到循环泵前，絮凝剂可将水中悬浮物凝结成块，通过过滤沙缸把“浊水”过滤成“净水”回灌到泳池[2]。另外，沙缸还有反冲洗过程，就是当系统运行一定时间后，沙缸的沙层表面会积蓄很多的污物，使沙缸对水的阻力增大，流速减缓，过滤效果下降。因此，必须定期进行清除。清除的办法就是使水流反方向流动，如图2.2所示。温度仪I、II进行温度检测。检测的结果经模拟量输入模块送到PLC，由PLC处理后一方面送控制屏进行温度显示，另一方面由PLC的PID指令控制。经PID调节后，输出的信号通过模拟量输出模块控制伺服蒸汽调节阀，定量的给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温[3]。

进水F1F3F5F2废水F4沙缸

图2.2 沙缸反冲洗工作示意图

2.3 控制系统要求

该系统按只检测浊度、余氯、pH值和温度等几项来配置，PLC按输入/输出点数、通信接口数等技术要求选定，检测仪、泵、伺服控制器及操作系统根据工艺流程选定或按甲方要求选定。

具体硬件配置如下：西门子S7-300 CPU313一块，SM321、SM322的数字量模块各一块，SM331S、M332模拟量模块各一块；德国普罗明特温度传感器——变送器两支，辽宁科技大学本科生毕业设计

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浊度仪、pH仪、余氯仪各一台；高温电动伺服阀一台；精确计量泵四台；循环水泵两台；大厅显示屏（自制）一台；5.7in台达触摸屏一台；控制柜（定制）一台。2.3.1 水循环及过滤部分

水循环主程序开始启动准备N手动自动？Y启动1号泵Y故障？NNNY停泵？停泵延时10s计时8小时？停泵延时10sY启动2号泵Y故障？NN计时8小时？停泵？NYY总停水循环主程序结束

图2.3 水处理主程序流程图

水循环及过滤部分主程序流程图如图2.3所示。循环水泵的自动过程由两台泵互为备用，8h自动切换和非正常停泵自动启动备用泵（如热继电器动作等）。循环水泵的手

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动过程，只是配合自动过程的辅助手段，手动状态除操作两台泵的起/停以外，还担当过滤缸反冲洗过程的操作。

正常情况下，水流的方向是F1入F4出，其他阀门关闭。反冲洗时，水流从F2入F3出，其他阀门关闭。污物被反向的水流带走而排入污水管道。反冲洗持续时间需根据实际情况现场调整。从反冲洗结束到正常过滤状态中间有一个过渡状态，这段时间水流不应流入泳池，因为此时水流不稳且有残余杂质存在。因此这个过程的阀门状态是F1入F5出，其他阀门关闭。这个过程持续时间很短，通常在 1min 之内，需现场调整，最后，F5关闭，F4打开，反冲洗过程结束。反冲洗过程的触发条件一般有3个：压差反冲洗、定时反冲洗和手动反冲洗。这两个过程基本是物理的过程[4]。2.3.2 水质检测及加投药部分

水质检测都是通过各检测项目的检测仪器送来的模拟量检测信息，输入到模拟量模块进行处理，处理后根据水质标准确定的控制量，分别控制各药剂精确计量加投泵加投水处理药剂。各模拟量输入的处理及控制都基本相同，这里仅以浊度—絮凝剂为例说明模拟量输入及控制的基本方法[5]。浊度—絮凝剂流程图如图2.4所示。

从图2.5所示浊度控制曲线看出，要求浊度控制值在2~4NTU，5NTU为浊度报值，即当大于等于4NTU时开计量泵加投絮凝剂，当小于等于2NTU时关计量泵，大于等于5NTU报警。如果在编程时将控制值转换为程序刻度值，由于浊度仪输出范围是4~20mA。因此需分两步换算，如图2.6第一步，将2和4NTU对应的电流值求出来。第二步，由电流值计算出对应的转换值。即：

x2

4(204)2(204)410.4,x247.2（2.1）

1010

y12.3.3 恒温加热系统控制

10.4276487.22764814377,y299

53（2.2）

2020在环境温度和水温较低时，还需对池水进行加温控制。池水加温在泳池水处理中，也占有重要的地位。它是通过温度仪I、II进行温度检测。检测的结果经模拟量输入模

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块送

浊度—絮凝剂主程序开始子程序7开始调用子程序7初始化预置采样计数器和清0调用子程序8计算平均值子程序7结束N循环水泵开？Y浊度 ≥ 4？N子程序8开始Y启动絮凝剂搅拌器从模拟量输入PIW4中取个值加到采样值中，采样计数器加1，直到最大采样数用移位求采样平均值3S后启动絮凝剂剂量泵N浊度 ≤ 2？子程序8结束Y关泵及搅拌器浊度—絮凝剂主程序结束

图2.4 浊度—絮凝剂流程图

图2.5 浊度刻度控制曲线

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10量程/NTU27648刻度值4204y2y10x1x2I/mA(a)204x1x2I/mA(b)20

图2.6 浊度刻度值换算比例图

到PLC，由PLC处理后一方面送控制屏进行温度显示，另一方面由PLC的PID指令控制。经PID调节后，输出的信号通过模拟量输出模块控制伺服蒸汽调节阀，定量的给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温。该流程图仅介绍自动部分，如图2.7所示，该部分主要介绍池水（冬天）恒温PID调节，温度值向大厅显示屏传送的有关内容。标准PID控制允许将闭环控制器、脉冲控制器以及步骤控制器集成到用户程序中。带集成控制器设置的参数分配工具允许设置控制器，可在极短时间内优化使用。如果简单PID控制器不足以解决自动化任务，可使用模块化PID控制。可以互连所包含的标准功能块，创建几乎任何一种控制器结构。

恒温及加热系统主程序、子程序及中断部分梯形图恒温及加热系统主程序、子程序梯形图见附录。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的[6,7]。

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恒温加热主程序开始Y模块有错？N调用温度控制模块？Y调用FB41 启动PID调节水温由PQW288输出N由I1.3启动伺服电动蒸气阀驱动电源恒温加热主程序结束

图2.7恒温加热系统控制流程图

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第 11 页 PID温度控制

3.1 基本概念

PID控制是比例积分微分控制的简称。PID控制是一种负反馈控制，在反馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。在连接成闭合回路时，可能出现两种情况：正反馈和负反馈。正反馈作用加剧被控对象流入量流出量的不平衡，从而导致控制系统不稳定；负反馈作用则是缓解对象中的不平衡，这样才能正确地达到自动控制的目的。

PID控制具有以下优点 1．原理简单，使用方便。2．适应性强。

3．鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感 3.1.1 比例调节（P调节）

在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即：

uKCe

（3.1）式中KC称为比例增益。

比例调节的显著特点就是有差调节。采用比例调节，则在符合扰动下的调节过程结束后，被调节量不可能与设定值准确相等，他们之间一定有残差。比例调节的残差随着比例带的加大而加大。3.1.2 积分调节（I调节）

在I调节中，调节器的输出信号的变化速度du/dt偏差信号e成正比，即

duS0e

（3.2）dtt0或

uS0ed t

（3.3）式中S0称为积分速度，可视情况取正值或负值。

调节器的输出与偏差信号的积分成正比。积分调节器的特点是无差调节与P调节的

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有差调节形成鲜明对比，只有当被调节量偏差e为零时I调节器的输出才会保持不变。然而与此同时调节器的输出却可以停留在任何数值上。这意味着被控对象在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量没有残差，而调节阀则可以停止在新的负荷所要求的开度上。I调节的另一特点是它的稳定作用比P调节差。

采用I调节时口制系统的开环增益与积分速度S0成正比。增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的振荡过程。3.1.3 微分调节（D调节）

调节器能够根据被调节量的变化速度来移动调节阀，而不要等到被调节量已经出现较大偏差后才开始动作，那么调节效果将会更好，等于赋予调节器以某种程度的预见性这种调节称为微分调节。此时调节器的输出与被调量或其偏差对于时间的导数成正比。

即

uS2de

（3.4）dt单纯按上述规律运作的调节器是不能工作的。这是因为实际的调节器都有一定的失灵区，如果被控对象流入流出量只相差很少以至被调量只以调节器不能察觉的速度缓慢变化时，调节器并不会运作。但是经过相当长的时间以后，被调节量偏差去可以积累到相当大的数字而得不到校正，这种情况是不能容许的。

3.2 PLC中的PID控制实现方法

典型的基于数字PID的闭环控制系统。PLC的PID控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的PID控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。在连续系统中，典型的PID控制器的输入输出关系如下：

1M(t)Kce(t)TIT0e(t)dt1de(t) M0

（3.5）dtTD式中:M(t)为控制器的输出量，M0为输出的初始值，e(t)为给定值与被控变量的误差信号，Kc为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

将上式离散化，第n次采样时控制器的输出为：

MnKC(spnpvn)KCTST(spnpvn)KCD(pvn1pvn)

（3.6）

TITS

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标准PID控制允许将闭环控制器、脉冲控制器以及步骤控制器集成到用户程序中。带集成控制器设置的参数分配工具允许设置控制器，可在极短时间内优化使用。如果简单PID控制器不足以解决自动化任务，可使用模块化PID控制。可以互连所包含的标准功能块，创建几乎任何一种控制器结构[8]。

FB41称为连续控制的PID用于控制连续变化的模拟量，与FB42的差别在于后者是离散型的，用于控制开关量，其他二者的使用方法和许多参数都相同或相似。PID的初始化可以通过在OB100中调用一次，将参数COM-RST置位，当然也可在别的地方初始化它，关键的是要控制COM-RST；PID的调用可以在OB35中完成，一般设置时间为200MS，原理上，PID的调节节奏应该与其采样周期一致，这是数学模型应与物理过程一致的要求。这也就是FB41要在OB35中周期调用且OB35的周期要与FB41采样周期一致的原因。

当然，在OB1或其他FC、FB中调用FB41也是可以的，此时最好将OB1参数区中扫描周期作为FB41的采样周期。FB41参数的设置很灵活，可根据自己的习惯或应用的方便选择。

PVPER_ON ：是PID输入输出参数“PERIPHERAL化”的使能位，即将参数看成0~27648之间的整数。换个说法，就是PID的反馈值直接取自相应AIW通道，而PID输出则直接给出到AQW通道。参数整定由FB41完成。本设计用调节装置的启动标志来触发本位。

CYCLE ：采样周期。根据物理量变化快慢定，一般要求与FB41执行的周期一致，选择200ms。

SP_INT：PID的设定值。注意设定值与反馈值的单位一致。为了避免错误，建议将SP_INT转换为-100.0~100.0%之间无量纲的百分数，输入到FB41时，注意只取百分号之前的数即可，输入设定值38.8即23.5 ℃。

PV_PER：PID过程的反馈值，直接取自反馈量的PIW通道的A/D码。GAIN：比例系数。设定1。TI：积分时间。设定10min。

LMN_PER：PID的调节输出，直接对应调节输出AQW通道。

P_SEL： BOOL：比例选择位：该位ON时，选择P（比例）控制有效；选择有效。I_SEL： BOOL：积分选择位；该位ON时，选择I（积分）控制有效；选择有效。

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D_SEL ： BOOL：微分选择位，该位ON时，选择D（微分）控制有效；一般的控制系统不用。

LMN_HLM：REAL：PID上极限，一般是100%。LMN_LLM：REAL：PID下极限；一般为0%。

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第 15 页西门子S7-300及硬件设计

4.1 PLC的简介

可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC或PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PC技术与产品开发应用方面的发展也很快，除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越快地采用PC控制系统取代传统的继电器控制系统。国产化的小型PC性能也基本达到国外同类产品的技术指标。4.1.1 PLC的特点

1．可靠性高，抗干扰能力强

为了确保PLC在恶劣的工作环境下能可靠的工作。在设计中强化了PLC 的抗干扰能力，使之能抗诸如点噪声，电源波动，振动，电磁干扰等干扰，能在高温高湿以及空气中存在有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作。PLC能承受电网电压的变化，可直接由交流市点供电，直接取自电控箱电源，即使在电源瞬间断电的情况下仍可以正常工作[9]。

电源电压： AC220 ±15% 抗振强度： 10Hz~55Hz 0.5mm 3轴方向各2h 抗冲击强度：10g 3轴方向各3次

抗干扰强度：1000Vp-p、脉宽1us、30~100Hz噪声工作温度：0℃~55℃ 存放温度：-20℃~+70℃ 湿度：

35%~90%（不结雾）

耐压：

AC1500V 1min（各端子与接地端之间）2．编程简单，易于掌握

PLC在基本控制方面采用“梯形图”语言进行编程，这种梯形图是与继电器控制电路图相呼应的，形式简练，直观性强，广大电气工程人员容易接受，还可以采用系统流程

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图和语句表方式编程，三种语言可有条件地相互转化，PLC这是PC优于微机的另一个特点。

3．模块化结构

PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计有机架和电缆将各模块连接起来。系统的功能模块可根据用户的实际需求自行配置，从而实现最家性能价格比。由于配置灵活，使扩展，维护方便。4．安装简便，调试方便

PLC安装简便，只要把现场的I/O设备与PLC相应的I/O端子相连就能完成了全部的接线任务，缩短了安装时间。5．网络通信

PLC提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信 6．体积小，重量轻，功耗低。4.1.2 PLC的分类

1．按结构型式分类：整体式和模块式。

（1）整体式PLC是将电源，CPU，I/O不见都集中在一个机箱内。（2）模块式PLC是将PLC各部分分成若干个单独的模块。（3）叠装式PLC是将整体式和模块式结合起来。2．按PLC控制规模分类

（1）小型PC I/O点数在256以下，存储器容量2K步。

（2）中型PC I/O点数在256~2048点之间，存储容量是2K~8K步。（3）大型PC I/O点数在2048点以上，存储容量达8K步以上。

4.2 PLC的基本组成

从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的借口和更直接的适用与控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器，存储器，输入/输出接口，电源等[10]。4.2.1 主机

既PC本机，它就是以CPU（中央处理单元）为核心的一台专用计算机。

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1．CPU CPU在PLC控制系统中的作用类似与人体的神经中枢。是运算与控制中心。用来实现逻辑运算、算术运算，并对全机进行控制。它按照PLC中系统程序所赋予的功能，完成以下任务：

（1）接收并存储从编程器键入的用户程序和数据

（2）用扫描的方法接受现场输入设备的状态或数据，并存入输入状态表或数据积存器中。

（3）诊断电源，PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等。

（4）在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读出用户的程序，经指令解释后，按指令规定的任务产生相应的信号，去启动有关控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。（5）根据运算结果，更新有关标志位数据寄存器和输出寄存器的内容，再由输出寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等外部功能。（6）PLC的CPU包括三种：单片机、通用微型处理芯片、双极性位片处理芯片。2．存储器

（1）系统程序存储区

用以固化PLC生产厂家编写的系统工作程度，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统。在很大程度上它决定该种PLC的性能和质量用户无法更改或调用。（2）用户程序存储区

包括用户程序存储器（程序区）和数据存储区（数据区）两种。前者用于存放用户程序，后者用于存放用户在执行过程中使用的有关状态量或数值量以生成用户数据区。3．输入、输出单元（I/O单元）

I/O单元又称I/O接口电路，PLC程序执行过程中需调用的各种开关量（状态量）数字量或模拟量等各种外部或设定值，都是通过输入电路进入PC。而程序执行结果又是通过输出电路送到现场实现外部控制功能[11]。（1）输入接口电路

各种PC输入电路结构大都相同，其输入方式有三种：接口输入12V或24V 交流输入100V~200V或200V~240V

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交直流输入交直流12V或24V（2）输出接口电路

为适应不同的负载需要，各类PLC有三种输出方式：继电器输出晶体管输出晶闸管输出（3）电源单元

PLC对供电电源要求不高，可直接采用普通单相交流电。允许电源电压额定值在+10%~-15%范围内波动。4.2.2 编辑器

编辑器用作用户程序编制、编辑、调试和监视，还可以通过键盘去调用和显示PC的一些内部状态和系统参数。它接口与CPU联系，完成人机对话连接。它可分为简易型和智能型两种。前者只能用于联机编程，后者既可联机又可脱机编程。4.2.3 I/O扩展和其他外围设备

1．I/O扩展机用来扩展输入、输出点数

当用户所需的输入、输出点数超过主机输入、输出点数时，就要加I/O扩展机来扩展。

2．其他外围设备

根据系统控制的需要，PLC还可以通过自身的专用通信接口连接一些其他外围设备。[12]

4.3 PLC的基本工作原理和工作方式

PLC是采用周期性循环扫描，集中输入和集中输出的工作方式。这种工作方式的显著特点：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢，也就是说PLC以降低速度求得高可靠性。PLC处于（停止）工作状态，只进行内部处理和通信服务等内容，一旦进入（运行）状态，就采用周期性循环扫描方式执行用户程序。在正常情况下，一个用户程序扫描周期分为三个阶段组成。1．输入采样阶段

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PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。所以一般来说，输入信号的宽度要大于一个少秒周期，否则很可能造成信号的丢失。2．程序执行阶段

根据PLC梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左到右，从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应的元件的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件的状态会随着程序而变化。3．输出处理阶段

在所有程序指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，最后经过输出端子驱动外部负载。

4.4 硬件介绍

具体硬件配置如下：西门子S7-300 CPU313一块，SM321、SM322的数字量模块各一台，SM331S、M332模拟量模块各一块；德国普罗明特温度传感器——变送器两支，浊度仪、pH仪、余氯仪各一台；高温电动伺服阀一台；精确计量泵四台；循环水泵两台；控制柜（定制）一台。

CPU313最大数字量I/O点128个，最大模拟量I/O点32个，可连接8块模板。内置20KBRAM最大可扩展512KB FLASHEPROM存储卡，64个计数器128个定时器。具有PID控制器。具有MPI通讯协议和自由方式通讯能力。4.4.1 数字量模块

S7-300有多种型号的数字量I/O模块可供选择 1．SM321数字量输入模块

SM321数值量输入模块主要有4种模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流8点输入、交流16点输入模块。另外，还提供了直流16点输入带过程诊断和

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中断的模块、直流8点输入带源输入模板，交流32点输入模板。2．SM322数字量输出模块

SM322数值量输出模块经过电平转换，信号可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机，灯和电动机启动器等。按负载回路使用电源不同分为：直流输出模块、交流输出模块和交支流两用输出模块。按输出开关的种类不同又可分为：晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器触电输出方式。

SM322数字量输出模块有7种型号输出模板可供选择，即16点晶体管输出.、32点晶体管输出、16点晶闸管输出、8点晶闸管输出、8点继电器输出和16点继电器输出模块。选择模块时，因每个模块的端子共地情况不同，应根据模块输出类型和现场输出信号负载回路的供电情况选择。3．SM323数字量I/O模块

此模块有两种类型，一种是8个共地输入端和8个共地端，另一种上一带有16个共地输入端和16个共地输出端，两种模块特性相同。I/O额定负载电压DC24V，输入电压“1”信号电平为11V~30V，“0”信号电平为-3V~+5V。I/O通过光耦合器与背板总线隔离。输出具有短路保护。4.4.2 模拟量模块

1．SM331模拟量输入模块

SM331模拟量输入模块目前有三种规格型号：既8AI×12位模块、8AI×16位模块和2AI×12位模块。其中具有12位的输入模块除通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等个方面都完全一样。

SM331输入模块主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路恒流源、光电隔离部件、逻辑电路组成。实际应用时可使用STEP7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道。

SM331的每两个听到构成一个通道输入组，可以按通道输入组任意选择测量方法和测量范围。模块上需要接DC24V的负载电压L+，有反接性保护功能；对于变送器或热电偶的输入具有短路保护功能。2．模拟量输出模块

SM322模拟量输出模块目前有三种规格型号：既4AO×12位模块、2AO×12位模块、4AO×16位模块。其中具有12位的输出模块除通道数不一样外，其工作原理、性能、参

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数、设置等各方面都完全一样。

这里4AO×12位模拟量输出模块为代表介绍SM332。SM332，4×12位模拟量输出模块，上有4个通道，每个通道都可以单独编程为电压输出或电流输出，输出精度为12位，模块对CPU背板和负载电压都有光隔离。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。3．模拟量I/O模块

模拟量输入/输出模块有两种规格：一种是4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位：另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。输入范围为0V~10V或0mA~20mA。

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第 22 页操作与软件部分

5.1 水循环控制过程

当按下按钮SB0时，系统开始启动，按下SB1水循环自动控制系统启动，首先1号泵得电运转，当1号泵运转时，PLC内部计时器开始计时，当计时8小时后将自动切换到2号泵，当其中某一个泵运转的期间有故障非正常停泵，PLC内部设有监控装置，比如当1号泵非正常停转，PLC回在10秒钟后自动启动2号泵，当2号泵非正常停泵时，其内部指令也会在10秒钟后自动启动1好泵，两台泵互为备用。

总停开关SB2，当想停止运转整个系统时，可以通过此按钮停止所有动作，当按下此键后PLC内部有个切断两台水泵的中间继电器，当其得电时，两台水泵将失去供电而停止运转。

手动加反冲洗部分，当按钮SB3按下后2号泵会开始运转，当下按钮SB5时，可以停止2号泵，当按下按钮SB4后1号泵开始运转，如果想停止运转可按按钮SB6，则1号泵也会停止下来。按下SB8可以进行反冲洗过程，按下SB7结束反冲洗过程。

整个水循环控制过程：水循环主程序开始，启动准备，当无异常发生将进行自动控制，自动控制过程中可以切换到手动部分，由于手动操作直接简单就不在这里阐述了，当自动控制开始后首先启动1号泵，1号泵检测如果没有故障则开始进行计时当计时8小时后1号泵停转，自动切换到2号泵，2号泵也将进行检测如果没有故障也将进行计时，当8小时后自动切回1号泵，如果1号泵发生故障系统将决定是否停泵，如果停泵，经过10秒钟后切换到另一台泵继续工作，如果不需要停泵，系统将跳回启动泵的位置，重新进行检测，当整个水循环过程不需要时可以停止系统，则水循环主程序结束。

根据第二章水循环主程序流程图（2.1），写出控制梯形图程序（自动程序段），见附录。

其中T37为定时器PT为80s，1号泵和2号泵8小时长延时计时器，前8小时计时器由T37和C20组成： 80×360/3600=8h，Q0.2输出到1号泵接触器，M0.2为1号泵自动中继，M2.0为反冲洗中继，M2.2为1号泵手动中继。Q0.3输出到2号泵接触器，M0.3为2号泵自动中继，M2.0为反冲洗中继，M2.3为2号泵手动中继。

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5.2 恒温加热部分控制

当水循环过程开始运转后，可对水温进行调节与控制，当按下按钮SB9后，他通过设置在PLC内部的子程序来完成对温度的监控与显示，当发现水温发生过高或者过低时，可通过按钮SB10，系统将自动进行调节，可设置标准温度，当两个按钮都按下后，系统将很快很稳定的把温度调节在规定范围以内，由于他是不间断监控，所以调节速度会很快，SB10按钮是通过控制PLC内部的一个继电器来控制伺服蒸汽阀的，省略了人为调节过程，也避免了人为造作的超调量过高。其中SB9、SB10必须在水循环系统开始以后才可以进行调节的。

当池水温度过高或者过低时，通过出池口水温的测量，系统将根据设定标准是否报警，此系统的标准温度为23.5度，最低为20度，最高45度，如果超过45度或者低于20度，系统将发出响铃报警。

恒温及加热系统主程序、子程序及中断部分梯形图见附录。

其中I2.3由控制按钮操作，M22.3由按钮操作，开机运行中调用子程序。温度设定值=0.388对应温度值为23.5度，当PIW308≤11520时，其输出转换成温度值为20度，当PIW308≥17920时，其输出转换成温度值为45度，将这些数值编入程序，使伺服控制器定量控制蒸汽流量，使进水管与出水管温差不会过大。

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结论

本设计通过对水处理工艺流程的研究，做出了水处理系统各环节的PLC控制程序和引入PID温度控制对恒温及加热系统进行调节，而且完成了对各环节控制程序的调试工作。PLC技术的应用使游泳池水处理的全自动可视化控制成为可能，使水处理系统的自动化水平及控制系统的可靠性、智能性和安全性都得到提高，很好地满足了人们对现代化游泳场馆的需要。同时也降低了能耗，减轻了工人的劳动强度，提高了管理效率。本系统采用 S7-300可编程控制器，很好地完成了预定的控制任务，取得了明显的经济效益和社会效益，具有非常好的推广价值和应用前景。

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致谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里要感谢我的导师李福云老师。李老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是李老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩李老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下自动化专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。最后感谢电信学院和我的母校—辽宁科技大学四年来对我的大力栽培。

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参考文献

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附录

OB1 游泳池水处理主程序

NETWORK 1 I0.0I0.1I0.4I0.7M0.0M0.0

NETWORK 2 M0.0ENFC100ENOFC101ENENO

NETWORK 3 I1.3M0.2I1.4M0.0M21.4M5.0M5.0M0.3

NETWORK 4 M5.0M5.1Q1.1

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FC100 水循环系统程序 NETWORK 1 M0.1I0.3M1.0I0.4I0.5M0.3M2.0M0.2M0.2M1.6T40I0.6M1.1I0.7I0.1M0.2M2.0M0.3M0.3M1.5T38

NETWORK 2

Q0.2I0.4M0.1T39M0.4M0.4

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NETWORK 3

T38M0.4Q0.2S_ODTSSQM4.0S5T#10STVBIT39RBCD

NETWORK 4

T39T38S_ODTSSQM4.1S5T#1STVBIT39RBCD

NETWORK 5 T38M1.1M1.5M1.5

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NETWORK 6 Q0.3I0.7M0.1T40M0.5M0.5

NETWORK 7 M0.5Q0.2ST40M4.2S_ODTSQS5T#10STVBIT41RBCD

NETWORK 8

T41T40S_ODTSSQM4.3S5T#1STVBIT41RBCD

NET WORK 9 T40M1.0M1.6M1.6

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NETWORK 10

T37M0.1T37S_ODTSSQM4.4S5T#1H20MTVBIT37RBCD

NETWORK 11

C20T37C21S_CDCDQM4.5M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

NETWORK 12 T37C20CDC21S_CDQM4.6M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

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NETWORK 13 M0.1C20M1.0C21M1.1

NETWORK 14 M0.1I0.1I1.1I0.4M2.2M0.2I0.2I1.2I0.7M2.3M0.3I1.3I1.4I0.4I0.5M2.0M2.0

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NETWORK 15 M0.2Q0.2M2.0M2.2

NETWORK 16 M0.3Q0.3M2.0M2.3FC101水质检测及投药控制系统主程序 NETWORK 1 FC102ENENO

NETWORK 2 M9.0M9.1FC103ENENO

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NETWORK 3 M0.3CMP ≤ IM5.2M0.2MW420IN1

9953IN2CMP ≤ IM5.4MW420IN114377IN2M5.4M5.2M5.5M5.5T44M5.5S_ODTSSQS5T#3STVBIT44RBCDT44M5.6

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NETWORK 4 M5.5Q0.5M8.0

NETWORK 5 M5.6Q0.4M8.1

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FC101 浊度平均值计算初始化

设置采样次数 NETWORK 1 I0.0M0.0PENMOVEENO0INOUTMW400ENMOVEENO256INOUTMW402ENMOVEENO0INOUTMW410ENMOVEENO0INOUTMW414ENMOVEENO0INOUTMW418

FC103 计算浊度采样平均值 NETWORK 1

M0.0ENPIW304INMOVEENOOUTMW412

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NETWORK 2 CMP ≥ IENMW4120IN1IN20INMOVEENOOUTMW410

NETWORK 3 M0.0ENADD_DIENOOUTMD414MD410IN1MD414IN2ADD_DIENENOOUTMW400MW400IN11IN2

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NETWORK 4

CMP ≥ IMW400IN1MW402IN2

I_DIENENOMW402INOUTMD402MOVEENENOMD414INOUTMD418DIV_DIENENOMD408IN1OUTMD418MD402IN2MOVEENENO0INOUTMD414MOVEENENO0INOUTMW400

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OB35 PID温度控制 NETWORK 1 M5.0ENCOM_RESTMAN_ONM0.0M0.0M0.0PVPER_ONP_SELI_SELINT_HOLDI_ITL_OND_SELT#200MS3.880000e+001CYCLESP_INTPV_INPIW306PV_PERMAN1.000000e+000T#10MGAINTITDTM_LAGDEADB_W1.000000e+0020.000000e+000LMN_HLMLMN_LLMPV_FACPV_OFFLMN_FACLMN_OFFI_ITLVALDISVENOLMNLMN_PERQLMN_HLMQLMN_LLMLMN_PLMN_ILMN_DPVERPQW2889.700000e+0013.000000e+000

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plc控制四路抢答器课程设计篇6

市场上有许许多多种抢答器，但功能却各不相同，电路也形形色色，而所选元件也各不相同。笔者设计了一款用plc控制的抢答器，该抢答器集抢答、声音警示、灯光指示和计时于一身，借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，选用的是（OMRON）生产的C20p型PLC设计制作了四路抢答器，该设计编程简单，容易理解掌握，且工作稳定可靠。总体电路简单，易于制作。

1、系统工作原理 1．1 控制要求

（1）竞赛者若要回答主持人所提问题时，须抢先按下桌上的抢答按钮；

（2）绿色指示灯亮后，须等主持人按下复位按钮PB5后，指示灯才熄灭；

（3）如果竞赛者在主持人打开SW1开关10 s内抢先按下按钮，电磁线圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会；

（4）如果在主持人打开SW1开关10 s内无人抢答，则必须有声音警示，同时红色指示灯亮，以示竞赛者放弃该题；

（5）在竞赛者抢答成功后，应限定一定的时间回答问题，根据题目难易可设定时间（如2 min）；

（6）当主持人打开SW2开关后记时开始，如果竞赛者在回答问题时超出设定时限，则红色指示灯亮并伴有声音提示，竞赛者停止回答问题。1．2 选定输入、输出设备

输入设备

输入端子号

抢答按钮 PB11 0000

抢答按钮 PB12 0001

抢答按钮 PB21 0002抢答按钮

抢答按钮 PB31 0004

抢答按钮 PB32 0005

抢答按钮 PB41 0006

抢答按钮 PB42 0007

复位按钮 PB5 0008

选择开关 SW1 0009

限时开关 SW2 0010

输出设备

输出端子号

绿色指示灯L1输出

0500

绿色指示灯L2输出

0501

绿色指示灯L3输出

0502

绿色指示灯L4输出

0503

红色指示灯L5输出

0504

红色指示灯L6输出

0505

PB22 0003

电磁开关SOL输出

0506

回答限时声音输出

0508

2、系统软件设计［1～3］ 2．1 控制梯形图

系统控制梯形图如图1所示。

2．2 工作过程

（1）由于0500使用他的自身触点（常开触点），在0000或0001闭合后仍保持在ON状态（自锁）。同时，将其常闭触点串入其他各回路中，在0500接通后，他的常闭触点打开，切断其他抢答回路（互锁）；

（2）0501，0502和0503以同样方式动作，自锁继电器在复位按钮PB5再次动作时将清零；

（3）机会选择开关SW1使0009闭合后，10 s定时器TIM00启动；

（4）如果0500，0501，0502和0503在10 s定时器TM00动作之前任何一个闭合，则0506变为ON以示抢答成功，同时切断10 s计时显示输出回路，否则输出声音提示，以示竞赛者放弃该题；

（5）常开触点0009断开后，自锁继电器和定时器TIM00将清零；

（6）抢答成功后，主持人闭合限时开关SW2使 0010闭合后，2 min定时器TIM01启动，时间到0505和0508闭合，红灯亮并有声音提示停止回答；

（7）常开触点0010断开后，定时器TIM01清零，为下一轮抢答做好准备。2．3 程序指令

程序指令如表1所示。

2．4 外部接线图

外部接线如图2所示。

3、适当扩展

PLC控制系统的设计方法篇7

1 PLC控制系统设计的基本原则

为了保证被控制对象生产时所需的生产工艺, 以使它生产的产品质量与工作效率等都能够符合规定的要求。PLC控制系统在进行设计时, 需要遵守下列几个设计原则:

(1) 发挥PLC控制系统的最大功能, 满足被控制对象的要求

在PLC控制系统设计的过程中, 要尽最大可能的发挥出PLC控制系统所具备的的功能, 以满足被控制对象对其生产工艺上的要求, 这也是PLC控制系统设计必须遵循的一个原则, 是PLC控制系统设计的前提。

(2) 保证PLC控制系统运行的可靠性、安全性以及稳定性

在PLC控制系统设计的过程中, 要充分考虑到PLC控制系统的使用寿命, 并且能够长期的保持可靠、安全、稳定的运行, 是PLC控制系统设计时, 需要遵守的最重要原则。这就需要PLC控制系统的设计者, 在设计的过程中, 充分考虑各个元器件与软件编程之间的最优化选择, 从PLC控制系统的整体进行考虑, 使设计出的PLC控制系统的运行能够达到最优化的状态。

(3) 操作简单、经济性高、维修方便

一个新的控制系统在设计时, 主要是考虑工业生产时的工作效率以及它的投入使用带来的经济效益, 但是这些条件都不是将PLC控制系统设计成复杂系统的原因, PLC控制系统在设计过程中不仅要遵循上述所说的原则, 还需要考虑到PLC控制系统在投入使用后的维修问题和操作问题。因为一旦有新的系统投入使用到工业生产时, 就会需要对操作人员进行技术以及系统维修上的培训, 这就在无意之中增加了PLC控制系统设计的资金成本投入, 要不断扩大工业生产的经济效益, 将PLC控制系统设计时所需的资金成本投入控制在最小化。

(4) 满足后续发展的需要

科学技术的不断发展, 推动了我国控制系统的进步, 更新速度也在加快。在PLC控制系统设计时, 需要不断考虑PLC控制系统在投入使用后, 它的完善性以及后续的发展等问题。这就要求设计师在进行PLC控制系统的设计时, 需要在PLC控制系统的输入和输出等模块适当的留出一定的发展空间, 以满足PLC控制系统后续发展的需要。

2 PLC控制系统的选型

2.1 PLC控制系统的规模

在对PLC控制系统进行设计时, 最先要做的就是要确定PLC控制系统的规模, 还要确定PLC控制系统是由单机控制的, 还是由网络进行控制的。

2.2 负载类型

在PLC控制系统设计的过程中, 可以根据PLC输出端的负载信息来进行继电器输出是晶闸管输出还是晶体管输出的选择。PLC控制系统输出端输出直流电或者交流电, 大小电流以及此处的动作频率。

2.3 存储容量和速度

虽然世界各国的PLC产品大都有着异曲同工之妙, 既有相同点, 又存在区别, 不同公司设计的PLC控制系统之间存在着不完全兼容性, 因此各个开发公司所选择的开发软件也不相同。存储容量和速度决定着PLC控制系统的价格。工业生产可以根据系统的信息来对PLC控制系统进行选择。

2.4 编程器的选购

2.4.1 手持式编程器

手持式的编程器只是针对商家所规定的的语句进行编程, 工作效率非常低, 且编程后的PLC控制系统的容量非常小。手持式编程器的体积小, 非常方便在现场进行调试。

2.4.2 图形编程器

图形编程器是运用梯形图进行编程的, 非常直观, 且操作人员可以在较短的时间内就可以学会。但是图形编程器的编程需要的编程器的资金成本投入较高。

2.4.3 PLC软件包编程

用PLC软件包进行编程时, 工作效率极高, 但是设备所需的资金成本投入较高, 在现场进行调试时非常的不方便。因此要根据PLC控制系统设计时的难度、开发周期、资金周转情况等, 对PLC控制系统进行合理地选择。

3 PLC控制系统的设计步骤

对PLC控制系统进行设计时的步骤

(1) 根据工业生产中的生产工艺对控制对象的要求进行分析, 需要做的动作, 例如:动作的顺序、保护以及联锁等, 操作方式, 例如:自动、单步和连续等。 (2) PLC控制系统的输入和输出设备。明确PLC控制系统设计过程中对控制的要求, 并分析PLC控制系统对输入和输出设备的要求, 对PLC控制系统的输入和输出系统进行确定, 以此为依据, 来确定PLC控制系统的I/O的点数。 (3) 对PLC控制系统进行选择。 (4) 将I/O的的点数, 按照一定的要求进行合理、科学的分配, 并对I/O的连接图进行设计。 (5) 对PLC控制系统的程序进行设计。 (6) 对PLC控制系统中的控制柜等硬件设施进行设计, 并在现场进行施工, 此时的程序设计和硬件实施可以同时推进, 大大减少了PLC控制系统进行设计时需要的时间, 缩短了PLC控制系统进行设计时的周期, 加快了PLC控制系统的更新速度。 (7) 联机调试是对设计完成的PLC控制系统进行模拟程序的调试, 对PLC控制系统进行在线统调。联机调试需要遵循循序渐进的方式进行, 先对PLC控制系统中的输入、输出设备进行连接, 然后再对它的负载等信息进行逐一的调试。一旦出现与要求不符的项目, 就需要对PLC控制系统中的程序以及硬件进行调整, 这个过程通常是修改部分的程序就可以。

等到PLC控制系统调试完成后, 就可以进行试运行了, 如果在试运行的时间内, PLC控制系统运行的较为正常和稳定, 程序就可以不用进行修改, 就能投入使用了, 需要把程序储存到EPROM之中, 防止丢失程序的现象出现。

(8) 对与PLC控制系统有关的资料文件进行编写, 例如:设计说明书、原理图、接线图、使用说明书等。

4 结束语

综上所述, PLC控制系统已经成为工业生产中最主要的控制系统, 大大提高了我国工业生产的自动化与智能化, 对PLC控制系统进行设计时, 需要根据实际的资金、生产工艺以及要求, 对PLC控制系统进行设计, 以求能够在工业生产活动中, 发挥PLC控制系统的最大作用, 获得最大化的经济效益。

摘要：PLC控制系统具有可靠性强、抗干扰能力强、体积小、耗能低等多个特点, 被广泛的应用到我国的工业生产中去。文章对PLC控制系统设计的原则进行了分析说明, 又对PLC控制系统的选型和设计步骤进行了阐述, 表明了PLC控制系统在我国工业生产中具有的优势。

关键词：PLC,控制系统,设计方法

参考文献

[1]李振胜.在工业自动化生产过程中PLC控制系统的设计方法[J].工业仪表与自动化装置, 2009 (2) .[1]李振胜.在工业自动化生产过程中PLC控制系统的设计方法[J].工业仪表与自动化装置, 2009 (2) .

[2]樊中孝, 朱奉春.自动机气动回路PLC控制系统的设计方法[J].齐齐哈尔大学学报, 2008 (1) .[2]樊中孝, 朱奉春.自动机气动回路PLC控制系统的设计方法[J].齐齐哈尔大学学报, 2008 (1) .

[3]朱凌云, 林琳.基于WINCC的PLC控制系统仿真平台设计[J].实验室研究与探索, 2010 (5) .[3]朱凌云, 林琳.基于WINCC的PLC控制系统仿真平台设计[J].实验室研究与探索, 2010 (5) .

[4]陈在平, 郑鸣.虚拟状态在PLC控制系统设计中的应用研究[J].制造业自动化, 2009 (5) .[4]陈在平, 郑鸣.虚拟状态在PLC控制系统设计中的应用研究[J].制造业自动化, 2009 (5) .

PLC控制系统的设计与应用篇8

关键词 PLC;工业控制;技术改进

中图分类号 TP273 文献标识码A文章编号1673-9671-(2009)111-0069-01

1PLC控制系统设计的一般步骤

设计PLC应用系统时,首先是进行PLC应用系统的功能设计,即根据被控对象的功能和工艺要求,明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析,即通过分析系统功能,提出PLC控制系统的结构形式,控制信号的种类、数量,系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果,具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。

PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。

⑴ 熟悉被控对象,制定控制方案。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。

⑵ 确定I/O设备。根据系统的控制要求,确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I/O点数。

⑶选择PLC。选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。

⑷分配PLC的I/O地址。根据生产设备现场需要,确定控制按钮,选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量;根据所选的PLC的型号列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表,以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。

⑸设计软件及硬件进行PLC程序设计,进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行,因此,PLC控制系统的设计周期可大大缩短,而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。

⑹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,先不带上输出设备(接触器线圈、信号指示灯等负载)进行调试。利用编程器的监控功能,采分段调试的方法进行。各部分都调试正常后,再带上实际负载运行。如不符合要求,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、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中,以防程序丢失。

⑺整理技术文件。包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。

2PLC控制系统设计的注意事项

2.1 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。

2.2 PLC的安全保护及提高可靠性的措施

2.2.1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。

2.2.2感性输入/输出的处理

I/O端口接有感性元件时:

⑴对直流电路,应在两端并联续流二极管;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

⑵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,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。