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自动装卸线PLC控制系统设计（附梯形图和语句表）

用PLC控制的一条自动装卸线。

电动机M1驱动装料机加料，电动机M2驱动料车升降，电动机M3驱动卸料机卸料。

装卸线操作过程是：

①料车在原位，显示原位状态，按启动按钮，自动线开始工作；

②加料定时5s，加料结束；

③延时1s，料车上升；

④上升到位，自动停止移动；

⑤延时1s ,料车自动卸料；

⑥卸料10s,料车复位并下降；

⑦下降到原位，料车自动停止移动。

答：I/O信号的地址分配表、PLC现场器件实际接线图以及梯形图如下图所示。1KM控制装料电动机M1，2KM控制升降电动机M2正转，使料车上升，3KM控制升降电动机M2反转，使料车下降，4KM控制卸料电动机M3，5KM控制料车复位，6KM控制原位指示灯。

现场器件与PLC内部继电器对照表

现场器件		内部继电器地址	说明
输入	1SB 2SB 3SB 1ST 2ST 3ST 4ST	400 401 402 403 404 405 406	单周装载启动按钮 连续装载启动按钮 停止按钮 原位行程开关 上行程开关 卸料到位行程开关 卸料机复位到位行程开关
输出	1KM 2KM 3KM 4KM 5KM 6KM	430 431 432 433 434 435	启动装载电动机M1 启动升降电动机M2正转（料车上升） 启动升降电动机M2反转（料车下降） 启动卸料电动机M3正转（料车卸料） 启动卸料电动机M3反转（料车复位） 原点指示灯亮

PLC与现场器件接线图：

梯形图为：

指令程序为：

LD   403

OUT  435

LD   401

OR   101

ANI  402

OUT  101

LD   101

AND  403

OUT  103

LD   400

OR   103

OR   430

ANI  450

ANI  402

OUT  430

LD   430

OUT  450

K    5

S    200

LD   200

OUT  451

K    6

LD   451

OR   431

ANI  404

ANI  402

OUT  431

LD   431

R    200

LD   404

OUT  452

K    1

LD   452

OR   433

ANI  405

ANI  402

OUT  433

LD   405

OUT  453

K    10

LD   453

OR   434

ANI  406

ANI  402

OUT  434

LD   434

OR   432

ANI  403

ANI  402

OUT  432

END

机械手的PLC控制系统和位置检测装置简介

（1）控制系统

有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给与机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

（2）位置检测装置

控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。

数控机床所受控制可分为两类：一类是“数字控制”；另一类是“顺序控制”。

数控机床从结构上看通常可分为3部分：

①    CNC系统(计算机数控系统)；    

②    机床电气；    

③    机床本体。

在讨论PLC时，常以PLC为界把数控机床分为"CNC侧”和"MT侧”两大部分。

“CNC侧”包括CNC系统的硬件软件以及CNC系统的外部设备。

“MT侧”则包括机床的机械部分、液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。

MT侧顺序控制的**终对象的数量随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，受控对象数量就越多。相比而言柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)的受控对象数量多，而数控车床、数控铣床的受控对象数量较少。

浮点数算术运算指令——西门子S7系列PLC

S7300系列CPU 可以处理符合IEEE标准的32位浮点数。可以完成32位浮点数的加、减、乘、除运算，以及取**值、平方、开平方、指数、对数、三角函数、反三角函数等指令。 

l        基本的浮点数算术运算指令 

STL 指令	FBD符号	说    明
+R		将累加器1，2中的32位浮点数相加，32位结果保存在果加器1中。
-R		用累加器2中的32位浮点数减去累加器1中的浮点数，结果保存在累加器1中。
*R		将累加器l，2中的32位浮点数相乘，32位乘积保存在累加器1中。
/R		用累加器2中的32位浮点数除以累加器1中的浮点数，32位商保存在累加器1中。
ABS		对累加器l中的32位浮点数取**值。

l        扩展的浮点数算术运算指令

梯形图程序设计的常用方法——转换法梯形图设计的应用举例

图5是两台电动机自动顺序联动控制的继电器电路图，将其转化为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图。

            

图5两台电动机自动顺序联动控制的继电器电路图

1） 分析动作原理

按SB1，KM1得电并自锁，电动机M1转动同时时间继电器KT线圈得电，经5秒延时后KM2得电并自锁，电动机M2转动；按SB2，KM1、KM2失电，两台电动机停止。

2） 确定输入/输出信号。

根据上述分析，输入信号有SB1、SB2、FR1、FR2，输出信号有KM1、KM2，并且可设对应关系如下：SB1-X1，SB2-X2，FR1-X3，FR2-X4，KM1-Y1，KM2-Y2。

3） 画出PLC的外部接线图和对应的梯形图。

 

 

图6外部节线图                               图7梯形图

 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。 
          a 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**方便的一种编程方法。 
        b 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。 
        c 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，**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。 
        d  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。

基于PLC的温度检测和控制系统

用PLC构成温度的检测和控制系统，接线图及原理图如图40，41所示。

1. 控制要求

温度控制原理：通过电压加热电热丝产生温度，温度再通过温度变送器变送为电压。加热电热丝时根据加热时间的长短可产生不一样的热能，这就需用到脉冲。输入电压不同就能产生不一样的脉宽，输入电压越大，脉宽越宽，通电时间越长，热能越大，温度越高，输出电压就越高。

 PID闭环控制：通过PLC+A/D+D/A实现PID闭环控制，接线图及原理图如图40，41所示。比例，积分，微分系数取得合适系统就容易稳定，这些都可以通过PLC软件编程来实现。

2. 程序设计

    如图42所示梯形图模拟量模块以EM235或EM231+EM232为例。

 

图42  PID控制梯形图

 图42（续）

 

  

图40  温度检测和控制示意图

软件PLC的优缺点 PLC的分类

      目前市场上的软PLC价格对于用户来说，性价比极高。这归根是2个主要优点

一：由于软PLC具有开放的体系结构，用户不必拘泥于厂家限制，可以根据需求，合理选择硬件和软件，从长远的目光来看，是十分节约成本的；并且由于软PLC遵循许多工业标准，能节约人员培训费用。

软件PLC的主要缺点：

但目前软PLC技术尚有许多关键技术需要解决，设备的可靠性，即能够在高温、振动、温差大、多灰尘等。实时性，即能够对现场信号作出及时和确定性响应，以防出现不测后果。

  当PLC运行时，CPU就要执行用户程序中的操作。但是CPU不可能同时执行多个操作，只能分时地一个操作一个操作地执行。PLC利用系统软件在其内部建立了输入输出映像区，当PLC的CPU执行用户程序时，从输入映像区中读取输入信号的状态，进行相应的操作。当CPU执行完**个操作后，将操作结果输出到输出映像区，然后再执行第二个操作，操作结果送到输出映像区。在程序执行过程中，PLC并不读取输入信号的真正状态，执行结果也并没有输出到PLC外部。只有当程序执行到结束指令（END）时，将输出映像区中执行结果向PLC外部输出一次，将输入信号的状态读取一次送到输入映像区。对输入输出信号的这一操作过程称为I/O刷新。I/O刷新完成后，CPU再从用户程序的**条指令开始，进行下一次程序执行。PLC的这种工作方式被称为扫描方式。
       PLC的扫描周期包括上电后初始处理、共同处理、上位链接服务、外设服务、运算处理、I/O刷新。

PLC研发工程师对PLC工作原理的看法

 许多人觉得PLC很神秘，其实PLC是很简单的，其内部的CPU除了速度快之外，其他功能还不如普通的单片机。通常PLC采用16位或32位的CPU，带1或2个的串行通道与外界通讯，内部有一个定时器即可，若要提高可靠性再加一个看家狗定时器足够。

       PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及辅助通讯程序，梯形图语言的解释程序的效率决定了PLC的性能，通讯程序决定了PLC与外界交换信息的难易。对于简单的应用，通常以独立控制器的方式运作，不需与外界交换信息，只需内部固化有能解释梯形图语言的程序即可。实际上，设计PLC的主要工作就是开发解释梯形图语言的程序。

可编程控制器PLC与个人计算机PC的主要差异
（1）PLC工作环境要求比PC低，PLC抗干扰能力强；
（2）PLC编程比PC简单易学；
（3）PLC设计调试**；
（4）PC应用领域与PLC不同；
（5）PLC的输入/输出响应速度慢，（一般ms级），而PC的响应速度快（为微秒级）；
（6）PLC维护比PC容易。

  PLC控制系统一般来讲主要有以下七部分内容：

（1）根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。
（2）选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。
（3）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。
（4）分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。
（5）编写程序并调试。
（6）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。
（7）编写设计说明书和使用说明书。

PLC控制系统硬件设计需要考虑的PLC产品种类

 随着PLC控制的普及与应用，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国引进的PLC产品及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。目前在国内应用较多地PLC产品主要包括：美国AB、GE、MODICON公司，德国西门子公司，日本OMRON、三菱公司等得PLC产品。因此PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有自己的特点，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。

图2 三菱FX2N系列PLC

 

图3 西门子S7-200系列

 

图4  美国AB公司SLC500型PLC

 

 

图5  国产永宏**SoC based（FBS)微型机

（1）   对输入 / 输出点的选择

要先弄清除控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 ～ 20 ％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。

PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。

（2）  对存储容量的选择

对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点＋输出总点数乘 5 字 / 点来估算；计数器 / 定时器按（ 3 ～ 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 ～ 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。**后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。

（3）   对 I/O 响应时间的选择

PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统， PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。

（4）   根据输出负载的特点选型

不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC 。

（5）   对在线和离线编程的选择

离线编程是指主机和编程器共用一个 CPU ，通过编程器的方式选择开关来选择 PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时， CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。在线编程是指主机和编程器各有一个 CPU ，主机的CPU 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。

（6）   据是否联网通信选型

若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC、上位计算机及 CRT 等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。

（7）   对 PLC 结构形式的选择

在相同功能和相同 I/O 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC 的结构形式。

S7-200PLC ASCII码转换成十六进制数举例（梯形图和语句表程序）

将VB10～VB12中存放的3个ASCII码33、45、41，转换成十六进制数。

梯形图和语句表程序如图所示。

例题图

程序运行结果如下：

                 

可见将VB10～VB12中存放的3个ASCII码33、45、41，转换成十六进制数3E和Ax ，放在VB20和VB21中，“x”表示VB21的“半字节”即低四位的值未改变。

整数加法（ADD-I）和减法（SUB-I）指令是：使能输入有效时，将两个16位符号整数相加或相减，并产生一个16位的结果输出到OUT。

双整数加法（ADD-D）和减法（SUB-D）指令是：使能输入有效时，将两个32位符号整数相加或相减，并产生一个32位结果输出到OUT。

整数与双整数加减法指令格式如表1所示。

表1  整数与双整数加减法指令格式

LAD
STL	MOVW IN1，OUT +I   IN2，0UT	MOVW IN1，OUT -I   IN2，0UT	MOVD IN1，OUT +D   IN2，0UT	MOVD IN1，OUT +D   IN2，0UT
功能	IN1+IN2=OUT	IN1-IN2=OUT	IN1+IN2=OUT	IN1-IN2=OUT
操作数及数据类型	IN1/IN2:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, AC, LW, AIW, 常量, *VD, *LD, *AC OUT:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, LW, AC, *VD, *LD, *AC IN/OUT数据类型：整数		IN1/IN2： VD, ID, QD, MD, SMD, SD, LD, AC, HC, 常量, *VD, *LD, *AC OUT：VD, ID, QD, MD, SMD, SD, LD, AC, *VD, *LD, *AC IN/OUT数据类型：双整数
ENO=0的错误条件	0006   间接地址， SM4.3  运行时间， SM1.1    溢出

说明：

（1）当IN1、IN2和OUT操作数的地址不同时，在STL指令中，首先用数据传送指令将IN1中的数值送入OUT，然后再执行加、减运算即：OUT+IN2=OUT、OUT-IN2=OUT。为了节省内存，在整数加法的梯形图指令中，可以指定IN1或IN2=OUT，这样，可以不用数据传送指令。如指定INI=OUT，则语句表指令为：+I  IN2，OUT；如指定IN2=OUT，则语句表指令为：+I  IN1，OUT。在整数减法的梯形图指令中，可以指定IN1=OUT，则语句表指令为：-I  IN2，OUT。这个原则适用于所有的算术运算指令，且乘法和加法对应，减法和除法对应。

（2）整数与双整数加减法指令影响算术标志位SM1.0（零标志位），SM1.1（溢出标志位）和SM1.2（负数标志位）。

嵌入式PLC技术在国内的发展

嵌入式PLC的发展也呈现多元化，国内外均有良好表现：德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色;国内几年前就有华中科技大学在EASYCORE1.00核心芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件，作为硬件平台，开发了多模人通道的嵌入式PLC;还有一种发展路径是以开发PLC与人机界面相结合的硬件/软件一体化为目标的平台，充分利用了CASE工具，结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库，专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的专用PLC。

而在我国嵌入式PLC的发展空间，首先在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点：有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础，并拥有足够的、性价比全球**的设计开发队伍。我们完全可以以**的成本、较高的质量，并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC，来代替通用PLC。

同时，嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活，易于剪裁，更贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系统的技术基础，拿来就可用。SOC芯片、嵌入式操作系统与符合工EC61131-3编程语言标准的编程环境等优势，使得其在市场上很容易找到。

国家林业局政府网12月4日讯11月21日，山东省森防站在枣庄市举办了基于PLC的林业有害生物全方位立体防控技术培训班。有关**和9个项目县（市、区）林业局局长、林场场长及项目负责人参加培训。

PLC是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。基于PLC的全方位立体防控技术，将对林业有害生物进行适时、系统和科学监测，实现信息数据科学化、**化处理，提高信息的时效性和准确性，进一步推进主动御灾、科学防灾，降低防治成本，维护生态安全。此次推广9处项目区将在一年内完成项目任务。

 山东省森防站部署PLC推广项目实施工作，强调合理使用项目资金，建立好项目档案。山东农业大学教授详细讲解了基于PLC技术的林业有害生物监测预报系统的思路、组建及应用技术。商河县林业局示范了基于移动互联网的林业有害生物智能化服务平台建设与构想。山东祥辰公司介绍了立体防治有关设备应用技术。

此次培训进一步明确了基于PLC的林业有害生物全方位立体防控技术的基础知识，为全面完成项目任务、提升林业有害生物防治工作智能化水平打好基础。（森防总站）

PLC的功能丰富体在什么地方

PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。

    它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。

    它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。

    它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多！

    它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。

    而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。

    它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。

    PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。

    PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。

    PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。

    丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。

    像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；更是传统的继电控制电路所无法比拟的。