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基于PLC自動配料皮帶運輸機控制系統(tǒng)的設計
摘 要
在現(xiàn)代化的工業(yè)生產中常常需要對物料進行加工、搬運，如果這些繁雜的工作由人工完成的話不但效率低，而且勞動強度大，不適合現(xiàn)代化的生產需要。本文主要對基于PLC自動配料皮帶運輸機控制系統(tǒng)進行了詳細的研究，該系統(tǒng)有兩大部分構成：自動配料裝置及皮帶運輸機控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)具有精度高、成本低、抗干擾能力強、故障率低、操作維護簡單等特點，具有良好的應用價值，在建材、化工、食品機械、鋼鐵、冶金、煤礦等工業(yè)生產中廣泛使用。
本次設計主要的內容：采用三菱FX2N系列PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)的設計，著重從帶式運輸機，液體混合裝置系統(tǒng)兩個方面深入研究，確定其控制要求，明確PLC的機型的選擇，確定I/O地址的分配，設計I/O接線圖、控制流程圖及梯形圖，深入理解PLC的編程方法，按照控制要求對自動配料皮帶運輸機系統(tǒng)進行編程。
關鍵字：PLC，自動配料皮帶運輸機，程序，設計
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Ⅱ
PLC-BASED AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR
BELT CONVEYOR DESIGN
ABSTRACT
In modern industrial production is often a need for materials for processing, handling, if the complexity of the work completed by the manual, then not only inefficient, but also labor-intensive, not suitable for modern production. In this paper, PLC-based automatic control system for belt conveyor carried out a detailed study, which consisted of two major systems: Automatic batching plant and control system for belt conveyor. The control system has high accuracy, low cost, anti-interference ability, low failure rate, simple operation and maintenance, has a good application value, In building materials, chemical industry, food machinery, iron and steel, metallurgy, coal and other widely used in industrial production.
The main design elements: the use of Mitsubishi FX2N Series PLC control system design, focusing on transport belt, liquid mixing device-depth study of two aspects of the system to determine control requirements, the model explicitly the choice of PLC, determine the I / O address allocation, the design of I / O wiring diagram, control flow chart and the ladder, in-depth understanding of PLC programming method, in accordance with the control requirements of the transport belt automatic programming system.
KEY WORDS: PLC, automatic transport belt ingredients, program, design
Ⅲ
目 錄
前 言 1
第1章 可編程序控制器概述 2
1.1可編程序控制器的產生和發(fā)展 2
1.2可編程控制器的基本組成和工作原理 6
1.2.1 PLC的基本組成 6
1.2.2 PLC的工作原理 9
1.3可編程序控制器的特點 11
第2章 三菱FX2N系列可編程控制器簡介 13
2.1 FX2N系列PLC的結構特點 13
2.2 FX2N系列PLC的基本組成 14
2.3 FX2N系列可編程控制器內部元件及功能 14
第3章 應用PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)的設計 19
3.1選題依據(jù) 19
3.2方案研究與選擇 19
3.3結構設計及控制要求 21
第4章 系統(tǒng)的總體設計 24
4.1 PLC機型的選擇及外部接線圖 24
4.2 I/O設備及I/O編號的分配 24
4.3順序功能圖的設計 25
4.4梯形圖的設計及程序分析 26
結 論 30
謝 辭 31
參考文獻 32
附 錄 33
外文資料翻譯 35
Ⅳ
前 言
PLC目前已廣泛應用于工業(yè)生產的自動化控制領域，無論是從國外引進的自動化生產線，還是自行設計的自動控制系統(tǒng)，都普遍采用了PLC控制。PLC控制系統(tǒng)始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟?。其主要原因，在于它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。
與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，PLC控制系統(tǒng)具有構成簡單、可靠性高、通用性強、抗干擾能力強、易于編程，體積小、可在線修改、設計與調試周期短、便于安裝和維修等突出優(yōu)點、而且一般不需要采取特殊措施，就能直接在工業(yè)環(huán)境中使用，更加適合現(xiàn)代化的要求，使用PLC控制系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的整體性能，具有較明顯的優(yōu)越性。
本次設計主要的內容是在液體混合裝置控制系統(tǒng)上的改進，結合皮帶運輸機控制系統(tǒng)，構造出新的控制系統(tǒng)即自動配料皮帶運輸機控制系統(tǒng)。應用日本三菱公司FX2N系列PLC實現(xiàn)在自動配料皮帶運輸機控制系統(tǒng)方面的控制，該控制系統(tǒng)能夠提供均勻的干料，并附帶輸送的功能，現(xiàn)場維修與安裝非常便利，且能夠適應于高溫度、高粉塵、有沖擊和連續(xù)振動，環(huán)境比較復雜的場合，減輕人員勞動力，提高勞動生產率、節(jié)約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意義。
本次畢業(yè)設計的主要內容：
1.方案選擇與系統(tǒng)結構設計
2.輸入輸出與PLC機型的選擇
3.I/O地址的分配
4.程序狀態(tài)圖的設計
5.梯形圖的編寫及程序分析
第1章 可編程序控制器概述
1.1 可編程序控制器的產生和發(fā)展
1. 可編程序控制器的產生
20世紀60年代以前，對工業(yè)生產進行自動控制的最先進裝置就是繼電控制盤，它對當時生產力的發(fā)展確實發(fā)揮了很大的作用。但當人類歷史跨入20世紀60年代后，工業(yè)生產隨著市場的轉變，開始由大批量少品種的生產轉變?yōu)樾∨慷嗥贩N的生產。在這種轉換過程中，繼電控制系統(tǒng)的許多固有弊端越發(fā)顯得突出，成為了生產轉換的一大障礙。如繼電器控制系統(tǒng)中，使用了大量的機械觸點，系統(tǒng)的可靠性較差、功能局限性大、體積大、耗能多、特別是生產工藝要求發(fā)生變化時，控制柜內的元件和接線也必須要作相應的變動、這種變動的工期長，費用高，有的用戶寧愿扔掉舊的控制柜，另外制作一臺新的控制柜?？傊?，20世紀60年代后期，市場所需的“柔性”生產線呼喚新型控制系統(tǒng)的誕生。
1968年，美國最大的汽車制造廠家——通用汽車公司（GM）為了增強產品在市場的競爭力提出了“多品種、小批量、不斷翻新新汽車品牌”的戰(zhàn)略。為實現(xiàn)這一戰(zhàn)略，GM公司率先提出了采用一種可編程序的邏輯控制器來取代硬件接線控制電路的設想，并從用戶角度對這種未來的控制裝置明確提出了應具備的十大條件，從而引起了開發(fā)熱潮。
1969年，著名的美國數(shù)字設備公司（DEC公司）根據(jù)美國通用汽車公司的要求，首先研制成功了世界上第一臺可編程序控制器PDD-14，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。它最初目的只是為了取代繼電控制系統(tǒng)，采用存儲器存儲程序指令來完成順序控制，所以僅有邏輯運算，計時、計數(shù)等順序控制功能，只能用于開關量的控制。盡管最初的可編程控制器功能較少，但它畢竟將繼電控制系統(tǒng)的硬件線邏輯轉變成了計算機的軟件邏輯編程，把繼電控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點和計算機的功能完備、靈活、通用等優(yōu)點結合起來，基本上解決了繼電控制系統(tǒng)在可靠性、靈活性、通用性方面存在的難題，并且使不熟悉計算機的人也能方便的使用。因此，這項新的技術很快就迅速發(fā)展起來。
1971年，日本首先從美國引進這項新技術，研制車工了日本第一臺可編程控制器DSC-8。1973年西歐國家也研制觸他們的第一臺可編程控制器。1974年，我國開始研制自己的可編程控制器，1977年開始應用于工業(yè)。
由于早期的可編程控制器在功能上只能實現(xiàn)邏輯控制、定時、計時等功能，故最早稱之為可編程邏輯控制器（Programmable logic Controller），簡稱PLC。70年代后期，隨著微電子技術、大規(guī)模集成電路及微型計算機的發(fā)展，許多生產廠家開始采用微處理器作為可編程邏輯控制器的中央處理單元，使它不僅具有邏輯控制功能，而且具有數(shù)據(jù)運算、傳送與處理功能和對模擬量的控制功能，故1980年美國電氣制造商協(xié)會NEMA（National Electrical Manufactures Association）將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡稱PC。此簡稱已經(jīng)在工業(yè)界使用多年，但由于近年來個人計算機（Personal Computer）也簡稱PC。此簡稱已經(jīng)在工業(yè)界使用多年，但由于近年來個人計算機（Personal Computer）也簡稱PC，為避免二者混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。
2. 可編程序控制器的發(fā)展
(1) PLC發(fā)展情況
自從美國DEC公司1968年研制出世界第一臺可編程控制器到現(xiàn)在，PLC技術得到了飛速的發(fā)展，在美國、日本、德國、法國等工業(yè)發(fā)達國家以發(fā)展成為重要的產地，PLC產品已成為工業(yè)領域中占主導地位的基礎自動化設備，在國際市場上成為備受歡迎的暢銷產品，用PLC設計自動控制系統(tǒng)已成為一種世界潮流。PLC技術、ROBOT技術、CAD/CAM已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的三大支柱，其中PLC作用位居首位。PLC技術代表著當前程序控制的世界先進水平，PLC裝置以成為自動化系統(tǒng)的基本裝置，是構成FMS、CIMC、FA的主控單元。為促進PLC的國產化，提高產品質量，我國機械電子工業(yè)部于1988年組織了包括PLC產品在內的工業(yè)控制計算機機型優(yōu)選工作。機電部下屬的北京機械工業(yè)自動化研究所承擔了PLC產品的評優(yōu)測試工作。依據(jù)國際電工委員會（IEC）的有關標準要求，經(jīng)過嚴格測試實驗，評選出6個產品榮獲首屆優(yōu)選PLC機型的稱號。他們是：天津中環(huán)自動化儀表公司生產的DJK-S-84型PLC、無錫市電器廠生產的KCK-1型PLC、上海起重機廠生產地CF-40MR型PLC、北京椿樹電子儀表廠生產地BCM-PIC型PLC、杭州機床電器廠生產地DKK02型PLC、上海自力電子設備廠生產的KK1-IC型PLC。
除此之外，國內還有不少工廠企業(yè)開放、生產或合作生產PLC，如上海香島公司的ACMY-S80型、蘇州機床電器廠的CKY-20/40/40H型，廣州南陽電器廠的NK-40型和江蘇嘉華公司的JH120H型PLC等，但目前仍遠遠不能滿足國內市場的需求。國內PLC市場主要以國外進口機為主。國外PLC主要生產廠家由幾百家，各個生產廠家生產的PLC型號均不統(tǒng)一，基本性能也有較大差別。世界上知名的PLC生產廠家有：
美國通用電器（General Electric簡稱為GE）公司、美國艾倫-布拉德利（Allen-Bradley簡稱為A-B）公司、日本三菱（MITSUBISHI）電機公司、日本富士（FUJI)電機公司、日本歐姆龍（OMRON）公司、德國西門子（SIEMENS）公司、德國通用電氣（AGE）公司、法國TE（TELEMECANIQUE）公司。
目前，PLC的產品多達數(shù)百種，廠家遍布世界各地，不同領域、不同廠家的產品在使用上相差甚遠，甚至同一廠家不同系列的產品在編程語言和編程方法上也有較大差異。盡管幾乎所有的PLC廠家都表示在將來完全支持IEC在1994年5月公布的PLC標準中的IEC1131-3，但是不同廠家的產品之間的程序轉換仍有一個過程。所以企圖學會一種PLC的使用，就能一通百通地使用其它型號的PLC是不現(xiàn)實的。我們需從目前國內PLC使用情況出發(fā)，用歸類的方法尋求一種典型機型學習，這樣才能具有代表性。
日本1971年首先從美國引進PLC技術，并很快研制成了自己的第一臺PLC，所以其早期產品對美國產品由一定的依賴性和繼承性。但日本后期致力于小型PLC技術的研究，并取得了較大的發(fā)展。因此，在小型機方面，日本產品已具有自己獨到的優(yōu)勢。而美國PLC技術和歐洲PLC技術的形成是基本相互隔離的情況下，各自獨立開發(fā)出來的，所以歐洲產品和美國產品在許多方面存在較大差異。目前世界的PLC市場基本上被這三個派別所壟斷。從國內市場使用情況來看，進口大、中型PLC以美國和歐洲產品為主，小型PLC以日本產品為主。前者數(shù)量較少，后者數(shù)量較多?？紤]到絕大多數(shù)電氣工程技術人員面對的是小型機使用問題，故采用國內市場具有較高性能價格比的日本三菱（MITSUBISHI）公司近年推出的FX2N系列進行介紹。
(2) PLC技術發(fā)展動向
a. 規(guī)模上向大小兩頭發(fā)大型PLC出現(xiàn)了I/O點數(shù)多達14336點的超大型PLC，使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，趨勢向高性能，高速度，大容量開發(fā)展，有的PLC產品掃描速度達0.15us、條基本指令，用戶程序存儲器容量最大達幾十兆字節(jié)。另一方面，小型PLC向微型化，多功能，實用性發(fā)展，有些可編程控制器的體積非常小，被稱為“手掌上的可編程控制器”。如三菱公司FX系列可編程控制器與以前的F1系列可編程控制器相比較，其體積只有前者的1/3左右；而美國艾倫-布拉德利公司的Micro Logix1000系列只有隨身聽大小。由于可編程控制器向微型化發(fā)展，其應用已不僅僅局限在工業(yè)領域。如1999年三菱公司的推出的ALPHA系列就是面向民用的超小型PLC，采用整體式結構，I/O點數(shù)為6、10和20，廣泛應用于樓宇自動化，家庭自動化和商業(yè)領域。
b. 編程語言向標準化靠攏。與個人計算機相比較，PLC的硬件、軟件體系結構都是封閉的，各個廠家的CPU和I/O模塊相互不能通用，各個公司的總線、通信網(wǎng)絡和通信協(xié)議一般也是專用的。盡管各種系列主要以梯形圖編程，但具體的指令系統(tǒng)和表達方式并不一致，即使一個公司的不同系列也是如此，如三菱的F1系列和FX系列，不同系列的可編程控制器互不兼容。為了解決這個問題，IEC與1994年5月公布了可編程控制器標準（IEC1131),其中的第三部分（IEC1131-3）是可編程控制器的編程語言標準。IEC1131-3標準使用戶在使用新的可編程控制器時，可以減少重新培訓的時間，而對于廠家來說，使用此標準則可以減少產品開發(fā)的時間，從而減少拿出更多的精力去滿足用戶的特殊要求。標準中規(guī)定了五種標準語言，其中梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結構文本為文字語言，還有一種結構控制程序流程圖，又稱為順序功能圖。
c. 輸入輸出模塊智能化和專用化。模塊本身具有CPU，可與PLC主機并行操作，在可靠性、適應性、掃描速速和控制精度等方面都對PLC作了補充。例如智能通信模塊、語音處理模塊、智能位置控制模塊等。
d. 網(wǎng)絡通信功能標準化。由于可以PLC構成網(wǎng)絡，所以各種個人計算機、圖形工作站等可以作為PLC的監(jiān)控主機和工作站，能夠提供屏幕顯示，數(shù)據(jù)采集，紀錄保持以及信息打印等功能。
e. 控制和管理功能一體化。在一臺控制器上同時實現(xiàn)控制功能和信息處理功能。美國A-B公司的新產品PYRAMID INTEGRATOR，首次將PLC，機器視覺和信息處理器結合在一起，具有基礎自動話以及信息管理等多層次功能，是應與工業(yè)自動化系統(tǒng)，PLC產品廣泛采用計算機信息處理技術、網(wǎng)絡通信技術和圖形顯示技術，使得PLC系統(tǒng)的生產控制功能和信息管理功能融為一體，進一步提高了PLC的功能，更好地滿足了現(xiàn)代化大生產的控制與管理的需要[4]。
1.2 可編程序控制器的基本組成和工作原理
由PLC得定義可知，它實質上是一種為工業(yè)控制而設計的專用計算機，所以盡量可編程控制器的品種繁多，結構、功能多種多樣，但系統(tǒng)組成和工作原理基本相同。概括起來，系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩大部分組成，都是采用集中采樣、集中輸出的周期性循環(huán)掃描方法進行工作。
1.2.1 PLC的基本組成
可編程控制器的硬件由微處理器、存儲器、I/O接口電路、電源、擴展接口、外接接口及編程器。圖1-1為可編程控制器的硬件簡化框圖。
圖1-1 編程控制器的硬件簡化框圖
1. 微處理器（CPU）
PLC中所用CPU隨機型的不同而有所不同，一般有以下幾類芯片：
(1) 通用微處理器，常用8位機和16位機，如Tntel公司的8080，80868088、80186、80286、80386、Motorola的6800、68000型等。抵擋PLC用Z80A型微處理器作CPU較為普遍。
(2) 單片機，常用的有Intel公司的MCS48/51/96系類芯片。由單片機作CPU制成的PLC體積小，同時邏輯處理能力、數(shù)值運算能力都有很大提高，增加了通信功能，這為高檔機的開放和應用及機電一體化創(chuàng)造了條件。
(3) 位片式微處理器，如美國1975年推出的AMD2900/2901/2903系列雙極型位片式微處理器廣泛應用于大型PLC的設計。它具有速度快，靈活性強和效率高等優(yōu)點。
在小型PLC中，大多采用8位通用微處理器和單片機芯片；在中型PLC中，大多數(shù)采用16位通用微處理器或單片機芯片；在大型PLC中，大多采用雙極型位片式處理器。在高檔PLC中，往往采用多CPU系統(tǒng)來簡化如軟件的設計、進一步提高其工作速度。CPU的結構形式?jīng)Q定了PLC的基本性能。
CPU是PLC的核心組成部分，在PLC系統(tǒng)中他通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲器、I/O接口等連接，在整個系統(tǒng)中起到類似人體神經(jīng)中樞的作用，來協(xié)調控制整個系統(tǒng)。它根據(jù)系統(tǒng)程序賦予的功能完成以下任務：
a. 接受并存儲從個人計算機（PC）或專用編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。
b. 診斷電源、內部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。
c. 進入運行狀態(tài)后，用掃描方式接收現(xiàn)場的輸入設備的檢測元件狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入對應的輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。
d. 進入運行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀取用戶指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的功能產生有關的控制信號，去啟閉有關的控制電路；分時、分渠道地進行數(shù)據(jù)的存取。傳送、組合、比較和變換等操作，完成用戶程序中的邏輯或算術運算。
e. 依據(jù)運算結果更新有關的標志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內容，再由輸出映象寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)據(jù)存期的有關內容實現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通信等功能。
2. 寄存器
可編程控制器的存儲器按用途可分為以下兩種：
(1) 系統(tǒng)程序存儲器，用來固化PLC生產廠家在研制系統(tǒng)時編寫的各種系統(tǒng)工作程序。系統(tǒng)程序相當于個人計算機的操作系統(tǒng)，決定了PLC具有的基本智能、不同廠家、不同型號的PLC系統(tǒng)程序也不相同，但都在不斷地加以改進，以提高性能價格比，增強市場競爭力?？删幊炭刂破鲝S家常用的只讀存儲器ROM或可擦除可編程的只讀存儲器EPROM來存放系統(tǒng)程序。
(2) 用戶存儲器，用來存放從編程器或個人計算機輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，因而又包括用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩種。用戶存儲器的內容由用戶根據(jù)控制需要可讀可寫，可任意修改、增減；另一方面在一定的時期內又具有相對穩(wěn)定性，所以適宜使用EPROM、EEPROM、FLASH MEMORY或帶后備電池的CMOS RAM來存儲用戶程序。在PLC技術指標中的內存容量就是用戶存儲器容量，是PLC的一項重要指標，內存容量一般以“步”為單位。
3. I/O接口電路（又稱I/O單元、I/O模塊）
實際生產過程中，PLC控制系統(tǒng)所需要采集的輸入信號的電平、速率等是多種多樣的，系統(tǒng)所控制執(zhí)行機構需要的電平、速率等更是千差萬別，而PLC的CPU所能處理的信號只能是標準電平，所以必須設計輸入輸出電路來完成電平轉換，速度匹配，驅動功率放大、電氣隔離、A/D或D/A變換等任務。它們相當于系統(tǒng)的眼、耳、手，是CPU能接受的信號，將CPU的輸出信號變換成需要的控制信號去驅動控制對象，從而確保整個系統(tǒng)的正常工作。
(1) 輸入接口電路。內部電路按電源性質分三種類型：直流輸入電路，交流輸入電路交直流輸入電路。為保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠地工作，三種電路都采用了光電隔離、濾波等措施。外部電路主要是輸入器件和PLC的連接電路。輸入器件大部分是無源器件，如常開按鈕，限位開關，主令控制器等。隨著電子類電器的興起，輸入器件越來越多的使用有源部件，如接近開關，光電開關，霍爾開關等。有源件本身所需的電源一般采用PLC輸入端口內部所提供的直流24V電源（容量允許的情況下，否則需外設電源）。當某一端口的輸入器件接通有信號輸入時，PLC面板上對應的此輸入端的發(fā)光二極管（LED）發(fā)光。有的PLC外部電源所需電源由PLC內部提供（如FX2N系列），但有的PLC外部電路需外界提供電源。
(2) 輸出接口電路。為了能夠適合各種各樣的負載要求，每種系列可編程控制器的輸出接口電路按輸出開關器件來分，有以下三種形式：
a. 繼電器輸出方式。由于繼電器的線圈與觸點在電路上是完全隔離的，所以他們可以分別接在不同性質和不同電壓等級的電路中。利用繼電器的這一性質，可以使可編程控制器的繼電器輸出電路中內部電子電路與可編程控制器驅動的外部負載在電路上完全分割開。由此可知，繼電器輸出接口電路中不再需要隔離。實際中，繼電器輸出接口電路常采用固態(tài)電子繼電器。由于繼電器是觸點輸出，所以它既可以帶交流負載，也可以帶直流負載。繼電器輸出方式常采用，其優(yōu)點是帶負載能力強，缺點就是動作頻率與響應速度慢。
b. 晶體管輸出方式，輸出信號由內部電路中的輸出鎖存器給光電耦合器，經(jīng)光電耦合器送給晶體管。晶體管的飽和導通狀態(tài)和截止狀態(tài)相當于觸點的接通和斷開。由于晶體管輸出電流只能一個方向，所以晶體管輸出方式只適用于直流負載。其優(yōu)點是動作頻率高，響應速度快（相應時間0.2ms），其優(yōu)點是帶載能力少。
c. 晶體管輸出方式，可編程控制器的內部電路通過光電隔離后去控制雙向晶閘管的門級。晶閘管在負載電流過小時不能導通，此時可以在負載兩端并聯(lián)一個電阻。由于雙向晶閘管為關斷不可控器件，電壓過零時自行關斷，因此晶閘管輸出方式只適用于交流負載。其優(yōu)點是響應速度快（關斷變?yōu)閷ǖ难舆t時間小于1ms，導通變?yōu)殛P斷的延遲時間小于10ns），缺點是帶載能力不大。
4. 電源
PLC根據(jù)型號的不同，有的采用交流供電，有的采用直流供電。交流一般為單相220V（有的型號采用交流100V，如FX2N-48ER-UA1），直流一般為24V。PLC對電源的穩(wěn)定度要求不高，通常允許電源額定電壓在+10%--15%范圍內波動，如FX1N-60MR的電源要求為AC85-264V。許多可編程控制器為輸入電路和外部電子檢測設備（如光電開關等）提供24V直流電源，而PLC所控制的現(xiàn)場執(zhí)行機構的電源，則由用戶根據(jù)PLC型號、負載情況自行選擇。
5. 編程器
編程器是由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關及外存插口等部件組成的PLC的重要外設，是人機對話的窗口。它的作用是用來編寫、輸入，編輯用戶程序，也可以在線監(jiān)視可編程控制器運行時各種元器件的工作狀態(tài)，查找故障，顯示出錯信息[9]。
1.2.2 PLC的工作原理
1. 掃描工作方式
可編程控制器工作時，它的CPU每一瞬間只能做一件事情，也就是說一個CPU每一時刻只能執(zhí)行一個操作而不可能同時執(zhí)行多個操作。CPU按分時操作方式來順便處理各項任務。PLC對許多需要處理的任務依次按規(guī)定順序進行訪問和處理的工作方式稱為掃描工作方式。用戶程序所用到的PLC各種軟繼電器室按各自程序號的大小在時間上串行工作的，但由于CPU運算速度極高，宏觀上給人一中似乎是同時完成的感覺。
PLC執(zhí)行用戶程序時，采用掃描工作方式完成。整個掃描過程PLC除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成其它工作，如圖1-2所示為PLC工作過程框圖。
在執(zhí)行用戶程序前，PLC還要完成內部處理，通信服務與自診檢查。在內部
處理階段，PLC檢查CPU模塊內部硬件是否正常，監(jiān)視定時器復位以及完成其他一些內部處理。在通訊服務階段，PLC完成與一些帶處理器的智能模塊或其他外設的通信，玩成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務、響應編程器鍵入命令，更新編程器顯示內容、更新時鐘和特殊寄存器內容等工作。PLC具有很強的自診斷功能，如電源檢測、內部部件是否正常、程序語法是否有錯誤等，一旦有錯或異常則CPU能根據(jù)錯誤類型和程度發(fā)出提示信號，甚至進行相應的出錯處理，使PLC停止掃描
圖1-2 PLC工作過程框圖
或強制變成STOP狀態(tài)。當PLC處于STOP狀態(tài)時，只能完成內部處理和通信服務工作。當PLC處于運行狀態(tài)時，除完成內部處理和通信服務的操作外，還要完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理工作。
2. PLC執(zhí)行程序的過程
PLC執(zhí)行程序的過程分三個階段，即輸入采樣（輸入處理）階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新（輸出處理階段），如圖1-3所示
圖1-3 PLC掃描工作過程示意圖
(1) 輸入處理階段
在這階段，PLC以掃描工作方式按順序將所有輸入端的輸入狀態(tài)采樣并存入輸入映象寄存器中。在本工作周期內，這個采樣結果的內容不會改變，而且這個采樣結果將在PLC執(zhí)行過程時被使用。
(2) 程序執(zhí)行階段
在這一階段，PLC按順序進行掃描，即從上到下，從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入映象寄存器和輸出映象寄存器（及元件映象寄存器）中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算、處理，再將程序執(zhí)行的結果寫入寄存執(zhí)行結果的輸出映象寄存器中保存。但這個結果在全部程序未執(zhí)行完畢前不會送到輸出端口上。
(3) 輸出刷新階段
在所有用戶程序執(zhí)行完成后，PLC將輸出映象寄存器中的內容送入輸出所存其中，通過一定方式輸出，驅動外部負載。
從上述PLC的工作過程可以看出：PLC工作方式的主要特點是采用周期循環(huán)掃描，集中輸入與集中輸出的方式。這種“串行”工作方式可以避免繼電器控制系統(tǒng)中觸點競爭好時序失配等問題，使PLC具有可靠性高，抗干擾能力強的優(yōu)點，但是也存在輸出對輸入在時間上的響應滯后，速度慢的缺點。對一般的工業(yè)設備，響應滯后是允許的，對某些需要I/O快速響應的設備則采取相應措施，如在硬件設計上采用快速響應模塊、高速計數(shù)模塊等，目的是為了盡可能提高響應速度，滿足設備使用要求[2]。
1.3 可編程序控制器的特點
1. 可靠性高，抗干擾能力強。
2. 配套齊全，功能完善，適用性強。
3. 易學易用，深受工程技術人員歡迎。
4. 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造。
5. 體積小，重量輕，能耗低[3]。
第2章 三菱FX2N系列可編程控制器簡介
三菱公司是日本生產PLC的主要廠家之一。先后推出的小型、超小型PLC有F、F1、F2、FX2、FX1、FX2C、FX0、FX2N、FX2NC等系列。其中F系列已停產，取而代之的是FX2系列機型，屬于高性能疊裝式機種，也是三菱公司的典型產品。另外，三菱公司還生產A些列PLC的中大型模塊式機種，只要系列型號有AnS/AnA和Q4AR等產品。他們的點數(shù)比較多，最多可達4096點，最大用戶程序存儲量達124K步，一般用在控制規(guī)模比較大的場合。A系列產品具有數(shù)百條功能指令，類型眾多的功能單元，可以方便地完成位置控制、模擬量控制及幾十個回路的PID控制，可以方便地和上位機及各種外設進行通訊工作，在許多任務業(yè)自動化場合獲得應用。
20世紀90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎上又推出了FX2N系列產品，該機型在運算速度、指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進步，是一種小型化、高速度、高性能、各方面都相當于FX系列中最高檔次的超小型的PLC[7]。
2.1 FX2N系列PLC的結構特點
FX2N采用一體化的箱體式結構，其結構非常緊湊。它將所有的電路都裝入一個模塊內，構成了一個整體，體積小巧、成本低、安裝方便。
為了達到輸入輸出點數(shù)靈活配置及易于擴展的目的，F(xiàn)X2N系列的產品可由不同點數(shù)的基本單元和擴展單元構成，使配置就越靈活。
FX2N系列可編程序控制器還有許多專用的特殊功能單元，這些單元有模擬量I/O單元、高速計數(shù)單元，位置控制單元、凸輪控制單元、數(shù)據(jù)輸入輸出單元等。大多數(shù)單元都是通過主單元的擴展口與可編程序控制器主機相連的（如模擬量單元）。有部分特殊功能單元通過可編程控制的編程器接口連接。還有的通過主機上并聯(lián)的適配器接入，不影響原系統(tǒng)的擴展。FX2N系列最大輸入輸出點數(shù)為256點。
為了構成點數(shù)更多的系統(tǒng)，還可采用點對點通信方式，將兩臺機連接起來，構成總點數(shù)多一倍的系統(tǒng)[14]。
2.2 FX2N系列PLC的基本組成
FX2N系列PLC由基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元構成。僅用基本單元或將上述各種產品組合起來使用均可。
基本單元包括CPU、存儲器、輸入輸出口及電源，是PLC的主要部分。擴展單元時用于增加I/O點數(shù)及改變I/O比列，內部無電源，由基本單元或擴展單元供電。因擴展單元及擴展模塊無CPU，因此必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置，如位置控制模塊、模擬量控制模塊、計算機通訊模塊等等[8]。
2.3 FX2N系列可編程控制器內部元件及功能
FX系列產品，它內部的編程元件，也就是支持該機型編程語言的軟元件，按通俗叫法分別稱為繼電器、定時器、計數(shù)器等，但它們與真實元件有很大的差別，一般稱它們?yōu)椤败浝^電器”。這些編程用的繼電器，它的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題；觸點沒有數(shù)量限制、沒有機械磨損和電蝕等問題。它在不同的指令操作下，其工作狀態(tài)可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數(shù)字元件使用。一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時器，C代表計數(shù)器，S代表狀態(tài)繼電器，D代表數(shù)據(jù)寄存器，MOV代表傳輸?shù)取?
1. 輸入繼電器（X）
PLC的輸入端子是從外部開關接受信號的窗口，PLC 內部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號與接線端子編號一致（按八進制輸入），線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點的狀態(tài)。內部有常開/常閉兩種觸點供編程時隨時使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時間常數(shù)一般小于10ms。各基本單元都是八進制輸入的地址，輸入為X000 ～ X007，X010 ～X017，X020 ～X027 。它們一般位于機器的上端。
2. 輸出繼電器（Y）
PLC的輸出端子是向外部負載輸出信號的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供外部負載使用，其余常開/常閉觸點供內部程序使用。輸出繼電器的電子常開/常閉觸點使用次數(shù)不限。輸出電路的時間常數(shù)是固定的。各基本單元都是八進制輸出，輸出為Y000 ～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027。它們一般位于機器的下端。
3. 輔助繼電器（M）
PLC內有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由PLC內各軟元件的觸點驅動。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的任何聯(lián)系，只供內部編程使用。它的電子常開/常閉觸點使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點不能直接驅動外部負載，外部負載的驅動必須通過輸出繼電器來實現(xiàn)。如下圖2-1中的M300，它只起到一個自鎖的功能。在FX2N中普遍途采用M0～M499，共500點輔助繼電器，其地址號按十進制編號。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。
圖2-1 斷電保持功能
4. 狀態(tài)器（S）
狀態(tài)器S與步進梯形圖指令STL一起使用，用于順序控制的程序編程。當不對S使用STL指令時，其作用相當于普通輔助繼電器M。
無斷電保持功能的通用狀態(tài)器為S0～499，共500點。其中，S0～S9用于順序功能圖的初始狀態(tài)；S10～S19用于自動回原點程序的順序功能圖；S20～S499為通用狀態(tài)器。有斷電保持功能的通用狀態(tài)器為S500～S899，共400點。狀態(tài)器S900～S999用于外部故障診斷的輸出（又稱為報警器）。
5. 定時器（T）
在PLC內的定時器是根據(jù)時鐘脈沖的累積形式，當所計時間達到設定值時，其輸出觸點動作，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms。定時器可以用用戶程序存儲器內的常數(shù)K作為設定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內容作為設定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護功能的數(shù)據(jù)寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時，定時器或計數(shù)器往往會發(fā)生誤動作。
定時器通道范圍如下：
100 ms定時器T0～T199， 共200點，設定值：0.1～ 3276.7秒；
10 ms定時器T200～TT245，共46點，設定值：0.01～327.67秒；
1 ms積算定時器 T245～T249，共4點，設定值：0.001～32.767秒；
100 ms積算定時器T250～T255，共6點，設定值：0.1～3276.7秒；
定時器指令符號及應用如下圖2-2所示：
圖2-2 通用定時器
當定時器線圈T200的驅動輸入X000接通時，T200的當前值計數(shù)器對10 ms的時鐘脈沖進行累積計數(shù)，當前值與設定值K123相等時，定時器的輸出接點動作，即輸出觸點是在驅動線圈后的1.23秒（10×123ms = 1.23s）時才動作，當T200觸點吸合后，Y000就有輸出。當驅動輸入X000斷開或發(fā)生停電時，定時器就復位，輸出觸點也復位。
每個定時器只有一個輸入，它與常規(guī)定時器一樣，線圈通電時，開始計時；斷電時，自動復位，不保存中間數(shù)值。定時器有兩個數(shù)據(jù)寄存器，一個為設定值寄存器，另一個是現(xiàn)時值寄存器，編程時，由用戶設定累積值。
如果是積算定時器，它的符號接線如下圖2-3所示：
圖2-3 積算定時器
定時器線圈T250的驅動輸入X001接通時，T250的當前值計數(shù)器對100 ms的時鐘脈沖進行累積計數(shù)，當該值與設定值K345相等時，定時器的輸出觸點動作。在計數(shù)過程中，即使輸入X001在接通或復電時，計數(shù)繼續(xù)進行，其累積時間為34.5s（100 ms×345=34.5s）時觸點動作。當復位輸入X002接通 ，定時器就復位，輸出觸點也復位。
6. 計數(shù)器（C）
FX2N中的16位增計數(shù)器，是16位二進制加法計數(shù)器，它是在計數(shù)信號的上升沿進行計數(shù)，它有兩個輸入，一個用于復位，一個用于計數(shù)。每一個計數(shù)脈沖上升沿使原來的數(shù)值1，當現(xiàn)時值減到零時停止計數(shù)，同時觸點閉合。直到復位控制信號的上升沿輸入時，觸點才斷開，設定值又寫入，再又進入計數(shù)狀態(tài)。
其設定值在K1～K32767范圍內有效。
設定值K0與K1含義相同，即在第一次計數(shù)時，其輸出觸點就動作。
通用計數(shù)器的通道號：C0 ～C99，共100點。
保持用計數(shù)器的通道號：C100～C199，共100點。
通用與掉電保持用的計數(shù)器點數(shù)分配，可由參數(shù)設置而隨意更改。
舉個例子，如圖2-4所示：
圖2-4 計時器工作過程
由計數(shù)輸入X011每次驅動C0線圈時，計數(shù)器的當前值加1。當?shù)?0次執(zhí)行線圈指令時，計數(shù)器C0的輸出觸點即動作。之后即使計數(shù)器輸入X011再動作，計數(shù)器的當前值保持不變。
當復位輸入X010接通（ON）時，執(zhí)行RST指令，計數(shù)器的當前值為0，輸出接點也復位。
應注意的是，計數(shù)器C100～C199，即使發(fā)生停電，當前值與輸出觸點的動作狀態(tài)或復位狀態(tài)也能保持。
7. 數(shù)據(jù)寄存器（D）
數(shù)據(jù)寄存器是計算機必不可少的元件，用于存放各種數(shù)據(jù)。FX2N中每一個數(shù)據(jù)寄存器都是16bit（最高位為正、負符號位），也可用兩個數(shù)據(jù)寄存器合并起來存儲32 bit數(shù)據(jù)（最高位為正、負符號位）。
(1) 通用數(shù)據(jù)寄存器D 通道分配 D 0～D199，共200點。
只要不寫入其他數(shù)據(jù)，已寫入的數(shù)據(jù)不會變化。但是，由RUN→STOP時，全部數(shù)據(jù)均清零。（若特殊輔助繼電器M8033已被驅動，則數(shù)據(jù)不被清零）。
(2) 停電保持用寄存器 通道分配 D200～D511，共312點，或D200～D999，共800點（由機器的具體型號定）。
基本上同通用數(shù)據(jù)寄存器。除非改寫，否則原有數(shù)據(jù)不會丟失，不論電源接通與否，PLC運行與否，其內容也不變化。然而在二臺PLC作點對的通信時， D490～D509被用作通信操作。
(3) 特殊功能寄存器 通道分配D8000～D8255（共256點）。它用來監(jiān)控可編程控制器的運行狀態(tài)，如電池電壓、掃描時間、正在動作的狀態(tài)的編號等，其在電源接通時被清零，隨后被系統(tǒng)程序寫入初始值[6]。
第3章 應用PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)的設計
3.1 選題依據(jù)
可編程邏輯控制器( PLC)是20世紀70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制設備。它集自動化技術、計算機技術和通信技術為一體, 是一種專門用于工業(yè)生產過程控制的現(xiàn)場設備。目前, PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場, 為各種自動化控制設備提供非常可靠的控制應用。主要原因在它能為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案, 適合當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。由于控制對象的復雜性, 使用環(huán)境的特殊性和運行的長期連續(xù)性, 使PLC在設計上有自己明顯的特點: 可靠性高, 適應性廣, 具有通信功能, 編程方便, 結構模塊化。在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中, PLC已成為一種重要的基本控制單元, 在工業(yè)控制領域中應用前景極其廣泛[6]。
本文主要在原有混液裝置系統(tǒng)上的改進，結合皮帶運輸機控制系統(tǒng)，構造出新的控制系統(tǒng)，即自動配料皮帶運輸機控制系統(tǒng)，采用三菱公司FX2N系列PLC來實現(xiàn)自動配料皮帶運輸機系統(tǒng)的控制，該系統(tǒng)能夠提供均勻、無雜色、無結塊、品質均一的干混料，同時可運送散狀物料，現(xiàn)場安裝和維修都很方便，理檢查時也一目了然，且能適應高溫度、高粉塵、有沖擊和連續(xù)振動的工作條件, 不受惡劣環(huán)境的影響。該系統(tǒng)有著廣闊的應用空間，被廣泛應用在煤炭、電廠、鋼鐵企業(yè)、水泥、糧食、煙草、食品及輕工業(yè)的生產線。
3.2 方案研究與選擇
本次設計主要是圍繞液體混料裝置及皮帶運輸機方面的研究，綜合運用其控制功能。
1. 皮帶運輸機的控制系統(tǒng)
在建材、化工、食品、機械、鋼鐵、冶金、煤礦等工業(yè)生產中廣泛使用皮帶運輸機運送原料或物品。
圖3-1為某原料皮帶運輸機的示意圖。原料從料斗經(jīng)過PD-1、PD-2兩臺皮帶運輸機送出。從料斗向PD-2供料由電磁閥YV控制，PD-1和PD-2分別由電動機M1和M2驅動。該控制系統(tǒng)主要考慮的是傳送帶的啟動和停止。在啟動時，對其進行一些要求：為了避免在前段皮帶上造成物料堆積，要求逆物料方向按一定的流動方向按一定的時間間隔順序啟動。同樣，在停止時，為了使運輸皮帶上不殘留物料，要求順物料流動方向按一定時間間隔順序停止[5]。
圖3-1 原料皮帶運輸機控制示意圖
2. 物料混合裝置控制系統(tǒng)
圖3-2為水泥、糧食、煙草、食品等輕工業(yè)生產線的混料裝置，閥A、B、C為電磁閥，用于控制管路。線圈通電時，打開管路；線圈斷電后，關閉管路。高、中、低三個料位傳感器被淹沒時為ON。
系統(tǒng)初始狀態(tài)為電動機停止，所有閥門關閉，裝置內沒有物料，高、中、低三個傳感器處于OFF狀態(tài)。
控制要求為按下啟動按鈕后，打開A閥，物料A流入；當中傳感器被淹變?yōu)镺N時，A閥關閉，B閥打開，B物料流入容器；當高位傳感器被淹沒變?yōu)镺N時，
圖3-2 物料混合裝置系統(tǒng)示意圖
B閥關閉，攪拌電機開始運行，開始攪動物料，8s后停止攪拌，打開C閥放出均
勻的混合物料；當料位下降到露出低位傳感器（傳感器有ON變?yōu)镺FF）時，開始計時，3s后關閉C閥（以確保容器放空）系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，系統(tǒng)運行完一個完整的周期。此時，系統(tǒng)應檢測在剛過的運行周期里是否發(fā)出了停止信號，如果已發(fā)出，則系統(tǒng)停止在初始狀態(tài)等待下一次啟動信號，否則系統(tǒng)繼續(xù)運行。也就是說，按下此類系統(tǒng)的停止要求不應馬上停止。而應該等回到初始狀態(tài)運行完這個周期再停止。這生產工藝所必須要求的[11]。
3.3 結構設計及控制要求
根據(jù)皮帶運輸機控制及混液裝置系統(tǒng)的工控原理，從中提取一部分元件，綜合運用，構造出新的PLC控制系統(tǒng)，即自動配料皮帶運輸機控制系統(tǒng)。
1. 系統(tǒng)的基本構成
(1) 自動配料系統(tǒng)
由一個混料容器，三個料位傳感器，進料閥A，進料閥B及放料閥C，一臺攪拌電機組成。
(2) 皮帶傳送系統(tǒng)
包括3條個傳送帶PD-1、PD-2、PD-3，傳送帶均由步進電機驅動，共使用了3臺步進電機。
(3) 控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)的全部控制功能由一臺三菱FX2N-16MR型可編程控制器實現(xiàn)，用于控制進料、攪拌、放料、皮帶運轉、停止等工作過程。
2. 系統(tǒng)的工作原理
圖3-3為自動配料皮帶運輸機系統(tǒng)的設計原理圖，SL1、SL2、SL3、分別為高、中、低料位傳感器，料位淹沒時接通，物料A、B有進料電磁閥Y4、Y5控制、混料由出料電磁閥Y6控制，M0為攪拌電機，三條傳送帶PD-1、PD-2、PD-3分別由接觸器M1、M2、M3控制。
控制要求如下：
(1) 初始狀態(tài)
自動配料混合裝置處于OFF狀態(tài)，攪拌電動機停止，所以閥門關閉，裝置內沒有物料，上、中、下三個液位傳感器處于OFF狀態(tài)；皮帶運輸機由電動機控制，現(xiàn)處于停止狀態(tài)。
(2) 啟動操作
圖3-3 動配料皮帶運輸機控制系統(tǒng)原理圖
按下啟動按鈕SB1，裝置開始按以下規(guī)律運行：
a. 物料A電磁閥打開，物料A流入容器。當料位到達中料位傳感器SL2時，SL2接通，關閉物料A電磁閥，打開物料B電磁閥，物料B開始流入容器。
b. 當容器料位到達高料位傳感器SL1時，SL1接通，關閉物料B電磁閥，攪拌電機M0啟動，開始攪勻物料。
c. 攪拌電機工作8s后停止攪動，在開啟放料電磁閥C之前，為了避免在前段傳送帶上造成物料堆積，依次間隔2s啟動傳送帶電動機M3、M2、M1，分別帶動傳送帶PD-3、PD-2、PD-1運轉。
d. 當皮帶PD-1運轉起來2s后，放料電磁閥C打開，開始放出混合物料。
e. 當容器料位下降到低料位傳感器SL3時，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，開始計時，3s后關閉放料電磁閥C。
f. 在關閉放料電磁閥C的同時，為了使傳送帶上不殘留物料，依次間隔2s停止傳動帶M1、M2、M3電動機，傳送帶PD-1、PD-2、PD-3停止運轉，系統(tǒng)開始執(zhí)行下一個循環(huán)周期。
(3) 停止操作
按下停止按鈕SB2后，在當前的混合、放料、輸送操作處理完畢后，才停止運行（停在初始狀態(tài)上）
第4章 系統(tǒng)的總體設計
4.1 PLC機型的選擇及外部接線圖
圖4-1 自動配料皮帶運輸機PLC外部接線圖
根據(jù)對自動配料皮帶運輸機控制要求的分析，可確定輸入信號由啟動、停止按鈕SB1、SB2，物料傳感器SL1、SL2、SL3共計5點輸入；輸出信號為攪拌電機接觸器M0、傳動帶接觸器M1、傳送帶接觸器M2、傳送帶接觸器M3，進料電磁閥A、進料電磁閥B、放料電磁閥C，共計7點。
綜合上述分析系統(tǒng)要求，考慮到系統(tǒng)的經(jīng)濟型和技術指標，可選用三菱公司的FX2N系列PLC，機型為FX2N-16MR。
該機基本單元有有8個開關量輸入點，8個開關量輸出點，能夠滿足系統(tǒng)控制要求。
據(jù)此可作出自動配料皮帶運輸機控制系統(tǒng)的輸入、輸出分配，如外部接線圖4-1所示。
4.2 I/O設備及I/O編號的分配
如表4-1所示為控制系統(tǒng)的I/0分配表。
表4-1 PLC的I/O分配表
輸入設備
輸入點編號
輸出設備
輸出點編號
啟動按鈕SB1
X0
攪拌電機接觸器M0
Y0
停止按鈕SB2
X1
傳送帶接觸器M1
Y1
高料位傳感器SL1
X2
傳送帶接觸器M2
Y2
中料位傳感器SL2
X3
傳送帶接觸器M3
Y3
低料位傳感器SL3
X4
進料電磁閥A
Y4
進料電磁閥B
Y5
放料電磁閥C
Y6
4.3 順序功能圖的設計
由題目給出的控制要求，可以把順序功能圖劃分為12步，連同初始步共13
步。每一步驅動相關的負載，設計思路同STL順序功能圖一樣，圖4-2給出了用
M代表步的順序功能圖。需要注意的是M7步的轉換條件是料位露出下傳感器，也就是X4由ON變?yōu)镺FF，所以轉換條件應該是X4，下面是與順序功能圖對應的梯形圖4-3。
圖中X0為啟動信號，X1為停止信號，如果啟保停輔助繼電器M20為ON，M0為ON后能馬上狀態(tài)轉移，系統(tǒng)繼續(xù)工作；如果M20為OFF，M0為ON后不能轉移，系統(tǒng)停在初始步。編寫梯形圖時，必須把所有能夠使M為ON的條件全部考慮到，比如M0電路，M20為活動步情況下，T8為ON將會使M0為ON，所以將M12、T8的常開觸點串聯(lián)作為M0的啟動電路。可編程程控制器開始運行時應將M0置ON，否則系統(tǒng)無法正常運行，故將M20的常開觸點與上述的電路并聯(lián)，并聯(lián)后還應并聯(lián)上M0的自保觸點。M0后續(xù)步M1為ON應將M0線圈斷開，所以后續(xù)步M1的常閉觸點與M0的線圈串聯(lián)。對于傳動帶的啟動，為了避免在前段運輸皮帶上造成物料堆積，要求逆物料流動方向按一定時間間隔順序啟動PD-3、PD-2、PD-1，停止時，為了使運輸皮帶上不殘留物料，要求順物料流動方向按一定時間間隔順序啟動PD-1、PD-2、PD-3，M7、M8兩步都驅動負載Y6，為避免雙線圈輸出，用M7、M8的常開觸點并聯(lián)集中驅動Y2。具體的程序分析過程見4.4節(jié)。
以M為編程軟件的順序功能圖和S為編程軟件的順序功能圖一樣，一般情
圖4-2 自動配料皮帶運輸機的順序功能圖
況下，每一步為ON時都要驅動一定得負載，條件不滿足活動步不轉移。在狀態(tài)轉移過程中，相鄰兩步的狀態(tài)同時為ON一個周期，對那些不能同時接通的外部負載（如正反接觸器），為了保證安全，必須在外部設置硬件互鎖。
4.4 梯形圖的設計及過程分析
該控制系統(tǒng)的梯形圖程序如圖4-3所示。
1. 采用基本邏輯指令編程
根據(jù)控制要求編寫的梯形圖如圖所示，下面分析其工作過程：
(1) 初始狀態(tài)
當系統(tǒng)投入運行時，自動配料裝置處于OFF狀態(tài)，攪拌電動機停止，所以閥