3台电动机自动顺序启停PLC控制

3台电动机自动顺序启停PLC控制
1.引言
可编程序控制器，是集计算机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，简称PLC。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

以PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。

故本设计中采用PLC集中控制的办法，利用PLC 简单可视化的程序，对3台电动机实现顺序起停控制，可以通过手动实现，也可以通过延时实现自动起停控制，延时时间可以在线设置，并通过指示灯显示各电动机的运行状态。

本设计广泛应用在港口、电厂、煤矿、钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。

既可以运送散状物料，也可以运送成件物品。

还可应用于装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动机械。

通过本设计对所学的PLC知识综合巩固应用，巩固练习运用组态软件及组态设计，提高对PLC控制系统的设计、安装和调试能力。

2. PLC选型
世界上PLC产品可按地域分成三大流派：美国、欧洲和日本。

日本的PLC技术是
由美国引进的，但日本的主推定位在小型PLC上，在小型机领域中颇具盛名。

某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。

在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。

日本有许多PLC 制造商，如三菱、欧姆龙、松下、东芝等，在世界小型PLC市场占有很大的份额。

2.1可编程逻辑器件的主要产品
（1）、欧洲产品
德国西门子公司：它有SS系列的产品。

有SS－95U、100U、115U、135U及155U。

135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。

最近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。

性能比S5大有提高。

（2）、美国产品
美国GE公司、日本FANAC合资的GE－FANAC的90－70机也是很吸引人的。

它具有很多个特点。

诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。

它有914、781／782、771／772、731／732等多种型号。

另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、331、323、321多种；还有90－20系列小型机，型号为211。

美国莫迪康公司(施奈德)的984机也是很有名的。

其中E984－785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。

小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在最大与最小之间，共20多个型号。

美国AB（Alien－Bradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。

可编程控制器也是它的重要产品。

它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多种型号。

另外，它也有微型PLC，SLC－500即为其中一种。

有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。

美国IPM公司的IP1612系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入，12出，但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。

新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。

（3）日本产品
日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。

其小型机FI前期在国内用得很多，后又推出FXZ机，性能有很大提高。

它的中、大型机为A系列。

AIS、AZC、A3A
可分为超小型PLC 、小型PLC、中型PLC 、大型PLC 、超大型PLC。

3.按输出形式分:
（1）继电器输出:为有触点输出方式，适用于通断频率较低的直流或交流负载。

（2）晶体管输出:为无触点输出方式，适用于通断频率较高的直流负载。

（3）晶闸管输出:为无触点输出方式，适用于通断频率较高得的交流负载。

2.2.2 PLC的主要技术指标
1.I/O点数：点数越多，控制规模越大。

2.扫描速度：反应PLC运行速度的快慢。

3.指令条数：指令越丰富说明其软件功能越强。

4.内存容量：用户程序储存器容量。

5.内部器件；种类越多，数量越大存储各种信息的能力和控制能力就越强。

6.高功能模块:衡量PLC水平重要标志。

7.支持软件：便于对PLC编程和监控。

8.扩展能力：利用I/O扩展单元和功能模块进行扩展。

2.2.3 PLC选型
基于三台电机的顺序启停控制要求，由于设计要求不高，控制系统比较简单，对输入与输出的端口要求不是很多。

结合本公司生产现场实际，采用欧姆龙系列。

欧姆龙PLC有超小型、小型、中型、大型四大产品类型；PLC型号第一个字都为C表示SYSMAC即C系列；C后字母为设计序列如:CQ、CJ、CS、CV等。

本设计选用欧姆龙CJ1M-CPU11。

2.2.4 CJ1系列特点
CJ1系列PLC采用模块化、总线式结构，整个系统由CPU机架和扩展机架组成。

CPU机架由CPU单元、电源单元、基本I/O单元、特殊I/O单元、CPU总线单元和端盖组成，存储器卡可选。

扩展机架由I/O接口单元、电源单元、基本I/O单元、特殊I/O单元和CPU总线单元以及端盖组成。

扩展机架可连接到CPU机架或其它 CJ1系列扩展机架。

3.I/O点设计及外部接线图
3.1 CJ1系列I/0存储区及数据区
(1)I/O区
I/O区的地址范围从CIO 0000 ～ CIO 0079（CIO 位从000000 ～ 007915）
(2)数据链接区
数据链接区的通道范围从CIO 1000 ～ CIO 1199 （CIO 位从100000 ～119915）。

(3)CPU总线单元区
CPU总线单元区从CIO 1500 ～ CIO 1899共包含400个字。

(4)特殊I/O单元区
特殊I/O单元区共有960个字，地址范围为 CIO 2000 ～ CIO 2959。

5)串行PLC链接区
串行PLC链接区包含90个地址范围从CIO 3100 ～ CIO 3199的字。

(6)DeviceNet 区
DeviceNet 区由600个字组成，地址范围为CIO 3200 ～ CIO 3799。

(7)内部I/O区
内部I/O（工作）区有512个字，地址范围为W000 ～ W511，这些字只能用在程序中作为工作字用。

(8)保持区
保持区有 512 个字，地址范围 H000 ～ H511（位地址从H00000 ～H51115）这些字只能用于程序中。

(9)辅助区
辅助区有960个字，地址范围从A000 ～ A959。

(10) TR(暂存继电器)区
TR区包含16个位，地址范围从TR0 ～ TR15。

(11)定时器区
由TIM、TIMH（015）、TMHH（540）、TTIM（087）、TIMW（813）、和TMHW（815）指令共同使用4096个定时器编号（从T0000 ～ T4095）。

可以用定时器编号访问定时器完成标志和当前值（PV）。

(12)计数器区
CNT、CNTR （012）、CNTW （814）指令可共同使用4096个计数器编号（从C0000 ～ C4095），可用计数器编号访问计数器的完成标志和PV值。

(13)数据存储器（DM）区
数据存储器（DM）区共有32768个字，地址范围从D00000 ～ D32767，。

(14)扩展数据存储器（EM）区
扩展数据存储器（EM）区被分成3个Bank（0 ～ 2），每个Bank有32768个字，EM区地址范围从E0_00000 ～ E2_32767。

(15)变址寄存器
16个变址寄存器（IR0 ～ IR15）用于间接寻址。

16)数据寄存器
当间接寻址字地址时，这十六个数据寄存器（DR0 ～ DR15）用作变址寄存器中PLC 存储地址的偏移量。

(17)任务标志
任务标志范围从TK00 ～ TK31，且对应于周期任务0 ～ 31。

(18)条件标志
这些标志包括算术标志，如表示指令执行结果的出错标志和等于标志。

(19)时钟脉冲
时钟脉冲是由系统产生的，按一定时间间隔转ON 和OFF 的标志
3.2 I/O点选择控制点的分配
表（1）I/O控制点分配
3.3 外部接线图
本设计选用继电器输出有触点输出方式，其外部接线图如图（1）：
图(1) 外部接线图
4. 显示系统的接口电路设计
人机界面（或称人机交互，Human Computer Interaction）是系统与用户之间进行信息交互的媒介。

所谓工业人机界面，是一种集信息处理、数据通信、远程控制功能于一体的，可以连接PLC、变频器、调整器、仪器仪表等各种工业控制设备，用单色或彩色显示屏显示相关信息，通过触摸屏、键盘、鼠标输入工作参数或操作命令，以实现人机交互。

在工业中，人们通常把具有触摸输入功能的人机界面产品称为触摸屏。

实际上，“触摸屏”只是人机界面产品中可能用到的硬件部分，是一种替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示前端的输入设备，而人机界面产品则是一种包含硬件和软件的人机交互设备。

为了符合通常的习惯。

将人机界面直接称作触摸屏。

欧姆龙触摸屏有NB、NT、NS、NV、MP等系列产品，综合性能和价格因素本设计选用NB7W-TW00B触摸屏。

4.1 NB7W-TW00B触摸屏特点
（1）NB系列全部采用65536色，真彩TFT 屏幕长寿命(50000小时)LED背光。

（2）双串口同时通讯功能
利用NB多串口同时通讯的功能，可同时连接不同的设备。

如触摸屏与PLC/变频器/温控器/条码扫描仪等设备的连接。

（3）兼容标准C语言的宏指令，简单易用，可以在短时间内上手。

使其操作更容易、轻松。

（4）大容量存储空间
NB系列内存容量达128M，用户即使添加大量元件也不会出现存储空间不足的现象。

（5）USB接口
使用USB快速传输HMI画面，并通过NB-Designer快速的编辑组态画面。

（6）欧姆龙HMI的生产执行与PLC同样的生产标准，在无尘、防静电的环境里进行制作。

（7）可连接OMRON全系列PLC，兼容主流第三方PLC。

NB系列触摸屏不仅兼容OMRON系列的PLC，同时还支持SIEMENS S7系列、Mitsubishi FX系列、Modicon 公司的Modbus系列等主流的PLC。

4.2 NB7W-TW00B触摸屏通讯接口
NB触摸屏后有两个通讯端口，COM1是9针D型母作管脚，端口支持RS-232C 通讯功能，能连接RS-232C功能的控制器，也可用于产品的程序下载和调试。

COM2是9针D型母座管脚，端口支持RS-232C/RS-422A/RS-485X通讯功能。

与CPU单元内置的RS-232C端口或通信板的RS-232C端口连接，但连接外设端
口时，需要使用专用的外设端口用连接电缆（CS1W-CN118型），只能使用RS-232C连接。

4.3 NB7W-TW00B触摸屏工作模式
d-DIP开关（SW1/2）用于在4种工作模式之间进行切换。

这四种模式分别是：触摸屏校验模式、固件更新模式、系统设置模式及正常工作模式，见表（2）。

4.4 控制界面的设置
通过NB-Designer程序，对触摸屏控制显示功能进行设置。

4.4.1控制界面的设置方法
1、创建项目
启动NB-Designer单击菜单栏中的【文件】，在文件的下拉菜单中单击【新建工程】，将显示【建立工程】对话框。

2、创建画面
点击【工程结构窗口】中的HMI0，找到【工程结构窗口】，在【工程结构窗口】中找到HMI0，点击HMI0即可。

3、离线模拟
NB-Designer 支持离线模拟功能。

离线模拟不会从 PLC 获得数据，只从本地地址读取数据，因此所有的数据都是静态的。

离线模拟方便用户直观的预览组态的效果而不必每次下载程序到触摸屏中，可以极大的提高编程效率。

4、间接在线模拟
间接在线模拟通过HMI从PLC获得数据并模拟 HMI 的操作。

间接在线模拟可以动态的获得 PLC 数据，运行环境与下载后完全相同，只是避免了每次下载的麻烦，快捷方便。

但是无法脱离触摸屏硬件使用。

5、直接在线模拟
6、下载
4.4.2 手动控制界面设置
要实现用触摸屏来控制三台带式电机顺序启停的执行过程。

触摸屏对应的地址分配如表（3）。

表（3）触摸屏地址分配表
对于总开关、手动/自动开关在设计的过程中采用的是切换开关，启动、停止、急停、M1启动和停止、M2启动和停止、M3启动和停止都用复归型开关。

粉红色的M1、M2、M3是停止，浅绿色的M1、M2、M3是启动，如图（2）所示
图（2）手动启动控制界面
4.4.3 自动启动控制界面设计
如下图(3)所示为自动启动控制界面：
图（3）自动启动控制界面
5. 绘制系统框图及各流程图
5.1 总开关模块的分析
根据I/O口的分配，系统的总开关SQ为I0.01（触摸屏总开关为w10.00），当按下I0.01（w10.00）时，W0.00得电，让整个系统进行工作，同时指示灯Q100.03也得电。

因为SQ1（触摸屏总开关w10.00）为切换型开关，所以总开关电路没有设置自锁电路。

当电路过载Fr的常闭触点I0.00断开，W0.00失电，系统停止工作，指示灯Q100.03失电。

程序如下图(4)所示。

图（4）总开关模块
5.2利用跳转指令自动/手动切换分析
当SK1 I0.02（触摸屏切换开关w10.01）得电时，自动启停，而当SK1 I0.02（触摸屏切换开关w10.01）不得电时，手动启停，程序如下图（5）所示。

（自动跳转指令）
（自动跳转结束指令）
（手动跳转指令）
（手动跳转结束指令）
图（5）自动/手动切换模块
5.3 自动启停模块的分析
当SK1 I0.02（触摸屏切换开关w10.01）得电时，自动启停。

按下I0.03（触摸屏启动按钮w10.02），M3启动，D0秒后M2启动，再过D0秒后M1启动。

按下停止按钮I0.04（触摸屏停止按钮w10.03）停车时先停M1，D1秒后M2停止，再过D1秒后M3停止。

程序设计如下图(6)所示。

（跳转到自动启停程序）
（自动启停指示灯Q100.04得电）
（自动启停开关）
（电动机M3启动，同时定时器T0根据设定的时间开始计时）
（D0秒后T0时间到，电动机M2启动，同时定时器T1根据设定的时间开始计时）
（D0秒后T1时间到，电动机M1启动。

按下停止按钮，M1停车）
（M1停车的同时定时器T2根据设定的时间开始计时，D1秒后T2时间到，M2停车）
（M2停车的同时定时器T3根据设定的时间开始计时，D1秒后T3时间到，M3停车）
（跳转结束）
图（6）自动启停模块分析
5.4 手动启停模块分析
当SK1 I0.02（触摸屏切换开关w10.01）不得电时，手动启停。

按下按钮I1.06（触摸屏M3启动按钮w10.04）启动M3后，按下按钮I1.08（触摸屏M2启动按钮w10.05）启动M2，再按下按钮I1.10（触摸屏M1启动按钮w10.06）启动M1。

当按下按钮I1.07（触摸屏M1停车按钮w10.07），M1停车，再按下按钮I1.09（触摸屏M2停车按钮w10.08），M2停车，最后按下按钮I1.11（触摸屏M3停车按钮w10.09），M3停车。

程序设计如下图(7)所示。

图（7）手动启停模块
5.5 自动启停时间设置与显示模块的分析
自动启停程序系统设计了自动启停时间的输入设置D0、D1和启停时间倒计时显示D2。

时间设置与显示程序设计如前图所示。

但此程序的时间设置以0.1s为时间输入单位，若要改为以1s为输入时间单位，则只需要在每个赋值定时器前加上如下图（8）的程序部分。

其它部分以此类推。

图（8）时间设置与显示模块
6. 调试
6.1 仿真调试
在工业自动化领域，控制系统的分析、设计和系统调试中大量应用仿真技术。

在调试阶段，利用仿真技术分析系统响应与参数关系，指导调试工作，可以迅速完成调试任务。

目前在PLC控制系统的设计与调试中，越来越多使用计算机仿真技术。

PLC仿真软件的基本功能是用计算机模拟实际的PLC，构造一个虚拟的PLC，几乎所有在实际PLC上做的事情在虚拟PLC上都可以实现。

欧姆龙公司的最新仿真软件为CX-Simulator 1.5,可以仿真CS1、CJ1和CP1H。

仿真软件为PLC控制系统的开发提供了一种有效的辅助手段，具有经济、灵活、高效等优点。

6.2联机调试
联机调试时要用到实际的PLC，但不与实际设备连接，用开关和按钮模拟现场的输入信号，通过观察PLC输出点对应的发光二极管的亮/灭，来了解程序执行时PLC
输出的结果，输出端一般不接PLC实际的负载（如接触器、电磁阀等）。

将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。

可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。

对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。

在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。

发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。

6.3 现场调试
完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。

如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。

现场调试的具体程序如下：
（1）检查PLC的输入接线、输出接线，核对地址，确保接线正确。

（2）调试手动程序在接线正确的情况下，即可调试手动程序。

手动操作面板上的按钮或开关，观察PLC的输出及输出点所控制负载的动作情况。

（3）调试半自动程序半自动程序完成一个周期的动作，调试时观察一步步的动作，直至最后一步结束。

（4）调试自动程序自动程序不断重复一个周期的动作，调试时多观察几个周
期，以确保系统能正确无误的连续工作。

（5）可靠性检查 PLC程序应该保证按正常步骤操作按钮时，系统功能正常；误操作按钮时，系统是安全的，不会发生意外。

全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。

参考文献：
[1] 唐治德. 数字电子技术基础. 北京：科学出版社. 2009年
[2] 廖常初. PLC编程及应用. 北京：机械工业出版社. 2002年
[3] 崔亚军. 可编程序控制器原理及程序设计. 北京：电子工业出版社. 1993年
[4] 耿文学、华熔. 微机可编程序控制器原理、使用及应用实例. 北京：电子工业出版社. 1993年
[5] 卢巧、张凌寒. 欧姆龙plc编程指令与梯形图快速入门. 北京：电子工业出版社. 2013年
[6] 公利滨. 欧姆龙plc培训教程. 北京：中国电力出版社. 2012年
[7] 薛忠. 电机与电气设备. 北京：水利水电出版社. 1985年
[8] 苏玉刚、陈渝光. 电力电子技术. 重庆：重庆大学出版社. 2003年
[9] 陈继森、熊为群. 电力系统继电保护. 北京：中国电力出版社. 1992年。