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plc自动售货机控制系统的设计篇一
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陈锦
自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按 扭输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。
据说世界上最早的自动售货机出现在公元前3世纪，那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。17世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。在自动售货机历史的长河中，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动出售机”，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。50年代，“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎，果汁被注入在纸杯里出售。后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。1967年，100日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。20世纪70以来，出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统在日本和欧美发展起来。
在日本，70％的罐装饮料是通过自动售货机售出的；全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。在日本全国各地，共设有550万台自动售货机（据1998年的统计），销售额达6兆8969亿4887万日元，为世界第一。在售货机的显示屏幕上进行操作，输入商品号码和购买数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机上还能买到热呼呼的面条和米饭团。虽然日本的自动售货机总台数低于美国（据1997年的统计为689万台），但是，从人口占有数来看却是世界上最高的，美国平均三十五人占有一台，而日本为二十三人占有一台。在一些国家，自动售货机的商品销售额占全国零售业的六成以上，并以每年10%的速度递增。
从1992年开始有部分来自日、韩等国引进的旧机器摆放国内市场，到自行研制和生产自动售货机，我国各厂家、商家蹒跚起步，艰难创业，已为国内零售业开辟了一片新天地。1999年以后，它逐步进人中国市场。如今，在机场、地铁、商场、公园等客流较大的场所，不难发现自动售货机的身影。顾客只要投入5元、10元、20元的纸币或硬币，就可以方便地买到诸如饮料、口香糖等小商品。作为一种前卫的零售方式，自动售货机受到了喜欢追逐时尚的年轻人的欢迎。中国自动售货业的发展比较缓慢，国内市场由于仅仅属于市场导入期，几乎还谈不上竞争之说，满眼望去，几乎到处都是未开垦的国内市场。目前，中国的自动售货机拥有量约为4万台，相对于13亿的人口，这个数字微不足道。即使是按现在中国城市人口3.9亿人计算，平均每10000城市人口中才有一台自动售货机。
从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约10－15％的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。
现在还有些自动售货机公司售卖的商品可根据摆放场所的需要量身定制，包括冷热饮料、零食、电话卡及海外进口的特色商品等。更引人注目的是，透过这种智能售货系统，存货、销售、物流信息可以准确及时反馈给客户，此外，其还支持现金、银行卡、储值卡、代金卡等多种交易支付模式，从而使交易过程更加安全和便利，同时方便实现较大金额的支付和交易结算。这种新一代自动售货机除了更方便售卖货品之外，还被视为一种传播广泛的广告媒介。除了机器机体本身可以成为厂商的平面广告载体外，机器上所安装的lcd显示屏也可以播放动态广告。
本系统也依然存在着一系列的问题，而且有很多是在实验室很难发现的问题。尽管系统设计时，硬件设计和软件设计上都采取了多种措施来提高容错能力，但有时组态软件和plc也会发生一些连接和控制上无效的故障。
技术参数：货道、容纳数量、商品类型、制冷制热功能（制冷剂）、识别币种、找零币种、耗电量、额定电压（220v，50hz）。
plc自动售货机控制系统的设计篇二
;基于plc自动门控制系统设计 目录 一、绪论 4 (一) 背景及意义 4 (二) 国内外的研究现状和发展趋势 5 二、 自动门控制系统的总体方案 5 (一) 功能分析 5 (二) 控制要求 6 (三) 控制系统的构成 6 三、 控制系统的硬件设计 7 (一) plc的选择 7 (二) 驱动装置的选择 10 (三) 感应器件的选择 10 (四) 直流电动机的选择 11 1. 直流电动机的调速 11 2. 直流电动机的优势 13 3. 传动装置 13 4. 限位开关 13 （五）自动们控制系统的原理图 14 四、 工作过程 15 (一) 工作过程的分析 15 (二) 梯形图程序 15 五、 程序调试 18 (一) 硬件线路连接 18 (二) 联机调试 18 六、 结论 19 参考文献 20 致谢 21 附录 22 基于plc自动门控制系统设计 摘要：经济发展到现在，中国的大都市遍布着高楼大厦，各行业都在这里成长着，在这些大厦里安装的自动门更是不足为奇的了。自动门作为一种通过感应器来感受活动物体的出入的自动控制物体，使用方面了人们的出行。本文将通过使用plc的理论来设计出有plc为控制器的自动门控制系统设计。
关键词：
plc；
自动门；
控制系统 design of automatic door control system based on plc abstract: up to now, china＇s metropolitan areas are full of high-rise buildings, where various industries are growing. it is not surprising that automatic doors are installed in these buildings. as a kind of automatic control object, automatic door can sense the entry and exit of moving objects through sensors, and it can be used for people＇s travel. this paper will use the theory of plc to design the automatic door control system with plc as the controller. keywords: plc, automatic door, control system 一、绪论 (一) 背景及意义 改革开放以后，社会主义经济的迅速发展，人民手中的经济实力也是不断地增强。对生活质量的要求也是有所提高。自动门作为一种依靠感应器的自动化电子产品具备它独特的作用，是其他产品无法代替的。自动门现在普遍运用于酒店、大厦、大型事业单位等，它具有严格谨慎的结构，把过去的老式的自动门技术与现在在的控制系统结合起来，让它只做到把室内和室外完全的隔开，在它透露着豪华的外观面前做到了防尘、隔音、保温的效果，以及它的安保设施，让它成为酒店的之类场所装饰的做最好的选择。可是在人们关注它带来的美观和便利的时候，忽视它的带来的安全隐患，所以，现在我们要设计出一种保留它原来所具有的美观并且提高它的安全的可靠性的自动门。
过去的是依靠一个有微型计算机为主的控制器，由他接受传感器的信号，让操作者完成门的开关。这种自动门安装复杂，耗时耗力，而且具有很大的安全隐患已经可以被淘汰了，所以现在通过对plc原理的理解设计出一种适合现代人们需求的自动门。
plc(可编程逻辑控制器)是使用了一种可以编程的存储器，采用这种存储器的原来自身带有的存储程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。plc的具有鲜明的特点：方便使用，编程简单，性价比高，适应性强，系统简单，安全性高等。
这次将自动门和plc结合起来，可以大大的提高自动门的安全性能，带来不错的经济效益，因此对自动门的设计是必要的。
(二) 国内外的研究现状和发展趋势 进入二十一世纪以来，国外的自动化技术的发展迅速，技术也是相比较国内来说是成熟的了，而且取得了让国内叹为观止的成绩。自动门的技术就包含着自动化技术的把内容。在现在布满自动化技术的生活中，自动门技术可以带来了许多便利，如减少空调的电力消耗，减少噪音污染，防风防尘。而且突出了门口的庄重，所以从它一出来就被广泛使用。
可是在国内，自动门的自主研发依旧出于刚开始的阶段。对于自动门的自主设计考虑的不是很全面，通过我的研究和观察发现在自动门控制系统设计中自动门的稳定性、节能性、环保性、安全性、以及个性化都是需要在设计过程中考虑的因素。
目前我们所采用的自动门多是用智能控制这种方法，而对于智能控制器上的选择还要考虑是选择微计算机控制器还是plc控制，当然我们处于安全和稳定性的考虑会选择plc的。
二、 自动门控制系统的总体方案 (一) 功能分析 这次的设计重点是针对商场的入口处，商场的人流量过大，因此对自动门的安全性能和可靠性能要求会更高，对此我根据商场对自动门的要求设计出来下面几点功能：
1) 开关门的控制可分为自动和手动两种，原因是可以方便维护，当信号采集装置检测门口有活动物体的时候但是门没有打开或者没有活动物体接近但是门开了，可以通过plc输出信号控制门的开关。
2) 紧急停止功能 当活动物体没有通过门口时候，门就已经关上，并且会对活动物体造成伤害的时候，可以闭合紧急停止开关， (二) 控制要求 1）当有人通过光电检测开关k1或开关k2的时候，开门执行器km1开始执行这时电动机开始工作，当它运作到开关k3位置，电动机停止工作。
2）自动门会保持8秒的开门时间后，会自动开启关门。关闭执行器km2启动，电机反转。当门移到关闭限位开关的4个位置时，电机停止运行。
3）当关门的时候，有活动物体通过光电检测开关k2或开关k1的时候，可以马上感应到停止关门，自动开启开门程序。
4）在开门8秒等待时间里，若有活动物体通过光电检测开关k2或1k，一定要重新启动8秒的等待时间，然后自动开启关门程序，确保人身安全通过。
(三) 控制系统的构成 本设计主要是有两个部分构成的：plc控制和动作执行元件构成。使用自动和手动电动控制这两个方法，实现了把plc用作控制枢纽来控制传动机构的法子完成对门开、关的自动控制。
1) plc简述 plc多用于工业生产的电控制器，它是从继电器控制技术发展出来，又结合计算机技术。以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通信技术结合为一体它利用它的内存的程序把输入的电路通过物理过程转化为信息，进而再利用输出电路的物理过程对门的控制来实现的。
2) 具体结构 如下图: 由上图可知，当感应器件感应到活动物体的时候将信号传给plc,plc根据受到的信号发出控制信号指示驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。
(一) 传动机构的设计 本文主要是针对人流量较多的商场，需要对周围环境进行分析，对自动门的传动机构考虑了下面几点：
（1）
传动机构的零件包括安装板、轨道、门机、皮带、吊挂件等。
（2）
使用零件都是插入式零件，易于安装。
（3）
使用功率大的可调性强的直流电动机。
（4）
采用水平双导轨的方式，让它正悬挂着，可以保证自动门的安全性 （5）
使用具有强度高，耐磨度好以及减少震动的尼龙滑轮， （6）
用齿形皮带，将它的截面设计为曲面，可以抬高齿形的高度，延长了皮带的使用时间。
三、 控制系统的硬件设计 (一) plc的选择 在设计plc系统的时候要考虑下面几点:第一步要确定好控制方案，然后对plc的设计和选择。在设计和选择的时候要考虑plc的特点、控制要求、任务、范围、操作和行动。接着依据控制方案的要求，估算输入输出（i/o）点数、所需存储器容量、plc功能和外部设备特性。最后要选择性能好的plc及设计相对的控制系统。
1. 输入输出（i/o）点数的估算 在估算i/o点时，应采用适量原则。一般来说，根据统计i/o点数，把扩展性提高到10%-20%。剩下的点数应作为i/o点数估算数据。依据实际订货量，i/o点数的选择应依据生厂商plc的产品特性进行确证。因此依据上述估算的方法，本文的i/o点数的输入、出都为12。
2. 存储器容量的选择 存储器容量是为编程控制器提供的存放数据和系统的多少。程序容量是存储器中实际用的存储多少，所以程序容量小于存储器容量。在设计阶段，因为用户程序没有编制，所以在设计阶段的时候程序容量是不知道的多少，必须在程序调试后才能知道它的具体容量。为了在设计的选择中能够估计程序容量，一般使用存续器容量的估算取代。但是存储器的容量估计没有 一个公认的公式。在大多数的文献中提出了不同的公式，一般为i/o点数的10～15倍加上模拟i/o点数的100倍，便可以作为存储器中的总字数以16位一个字。此外，按次数的25%的剩下的量数。对于文中plc的存储容量选择适合它的储存的程序，以便在未来的转换过程中有足够的空间。
3. 控制功能的选择 对于这个的选择包括运算功能、控制功能、通讯功能、编程功能、诊断功能和处理速度等，依据需要的设计的自动门控制系统的要求，主要介绍了几种功能的选择。
1）控制功能 plc用的是顺序逻辑控制。在大多数情况下，通常使用单回路或多回路控制器解决控制模拟信号。也可使用专门的智能i/o完成所需的控制功能，可以提高plc的处理速度，节省存储器容量。
2）编程功能 离线编程方式：因为plc和编程器共用一个处理器。当编程器处于编程模式时，处理器只服务于编程器，不能控制现场设备。在完成编程后，编程器切换到运行模式，处理器开始对现场设备控制，没有办法编程。离线编程可以降低系统运行成本，可是对使用和调试时是不方便的。
编程方法：cpu和编程器有自己的cpu，主机cpu负责在扫描周期内与编程器进行现场控制和数据交换。编程器将在线编制或数据发送到主机上，在下一个扫描周期中，主机依据新接收的程序运行。该方法成本高，可是在系统调试和运行方便。它常用于大中型plc中。
五种标准化语言：顺序功能图、梯形图、功能模块图，三种图形化语言和语言表、结构文本两种文本语言。选用的编程语言应遵守标准（iec61131）
3）诊断功能 plc的诊断功能是对于硬件和软件进行诊断。硬件诊断利用硬件的逻辑判断出现故障地方，软件诊断包括内部诊断和外部诊断。内部诊断是经过软件对plc的内部性能和功能进行诊断，外部诊断是通过软件对plc的处理器的外部输入、输出等部件的信息唤醒功能进行诊断。
plc的诊断功能对操作人员和维修人员的技术能力和维护时长有所要求。
4. 机型的选择 1)plc类型 按结构分：整体型和模块；
按应用分：现场安装和控制室安装；
按cpu字长分：1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
如果考虑应用这个方面的话，一般采用根据控制功能或i/o点数选择型号。然而对于作为整体型的plc的i/0点数是固定的，对此用户可以不需要考虑这个方面，因为他主要在小型控制系统上使用；
而模块型plc可以提供多种i/0卡件或插卡，用户可以合理的选择和配置系统控制的i/0点数，它的功能无论是在开括还是使用上都是方便灵活，大部分在大中型控制系统上使用。
2）经济的考虑 选择plc时，应考虑性价比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。点当数增加到一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对plc选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型plc。
对plc的选择，还要从性能、价格方面进行比较。在考虑价格时，还应考虑使用的可扩展性等因素，进行比较并加以考虑，最后选择一种最为合适的。i/o点数对价格有直接影响。当点数增加到数值时，相应的内储存量容量相应上升。所以，点数的增加对plc的选择、储存量容量、控制功能范围等都有影响。为了使整个控制系统具有合理的性价比，应充分考虑系统的估计和选择。文中设计的自动门属于小型控制系统。综合考虑经济性，选用整体型的plc。
5. 对plc响应时间的要求 对于多数场合，plc的相应时间基本上能满足控制要求。响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。plc的工作方式决定了他不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的 plc或快速响应模块和中断输入模块。
在大多数情况下，plc的相应时间基本能满足控制要求。相应时间包括输入滤波时间、输出滤波时间和扫描周期。不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号是plc的工作方式的决定的。当有信号输入时，需要选择高扫描速度的plc或快速响应模块和中断输入模块。
综合以上因素，本文的设计采用日本三菱公司生产的fx1s小型plc来实现整个系统的控制。
(二) 驱动装置的选择 自动门的驱动是自动门能否正常工作的重要保证。本文采用直流无刷电机。直流无刷电机具有功率密度高、噪声低、调速性能好等优点，有着交流电动机结构简单、运行方便、维护方便又有直流电机线性机械特性、调速范围宽、起动转矩大、运行效率高等优点。对需要“轻、小、薄、静、精、可靠”等场合最好的选择。本文设计采用了亚坦电机控制有限公司生产的45bldc系列直流无刷电机。电机直径是45，额定转速4000转，额定扭矩0.036n.m，功率15w-100w，额定电压24v 。
(三) 感应器件的选择 现在的自动门使用的感应器件主要包括微波感应器、红外感应器等。微波感应器又被叫做微波雷达是物体移动有所感应，所以让他的反应速度加快，适合工作人员用正常速度走过场所，微波感应器是利用电磁波的多普勒原理制作的仪器，用平面型作为天线感应系统，把微处理器作为控制中心。全部重要零件都是用国外的先进的零件，文中设计采用零件都可以确保产品的稳定性。
以10.525ghz发射、接收的微波感应器。它的探测方式具有非接触探测、不受温湿度和噪音的影响等优点。
红外感应器作为一种对活动物体存有的反应，无论可以活动的物体有没有活动，只要在感应器感应的范围里，他都有所反映。当然，通过调查红外感应器比微波感应器的反应速度要慢。
在不同的场所使用具有不同的功能、性能的自动控制系统，是自动系统的重要的位置，它的性能对自动门系统的安全及稳定具有重要的影响，譬如酒店、写字楼等可以选择灵敏度强的感应器；
在路边的银行、商店等可以选择窄一点区域的感应器。依据文中需要采用上海顺安达门业装饰有限公司的微波自动门感应器 wb-300，它的规格如下：
图1 (四) 直流电动机的选择 1. 直流电动机的调速 通过把并励和他励直流电动机与交流异步电动机作比较发现直流电动机的结构复杂，价位高，维护也不便利，却在调动速度的性能上具备着它本身的优点。但是交流异步电动机在通常下是不可以调速的，更不可以没有级调速，所以，有些设备的调速有所要求的都可以使用直流电动机。这是因为直流电动机可以调速，而且它具有简单的机械传动机构。
直流电动机的转速公式：
n=（u-iara）/keφ 由此可见，任意值的ra、_和u都可以改变转速，改变电枢电路外电阻的方法也可以调整转速。但其缺点是能耗大，电机机械特性较软，调速小，只能进行调速，现在这种方法应用较少。直流电动机调速的常用方法有调磁法和调压法。
（1）调磁法 那就是改变磁通量。当电源电压u保持在额定值时，调整rf并改变励磁电流if 以改变磁通量，所示。由于 n=u/keφ-ra/ktkeφ·t 有上述的公式知道，当磁通量减少时，n0升高，转速降△n增大，但后者与磁通量2成反比，所以磁通量愈小，机械特性曲线愈陡，但仍具有一定硬度。在一定负载下，磁通量愈小，则n愈高。由于电动机在额状态运行时，它的磁路已接近饱和，所以通常都是减小磁通（φ＜φn），将转速往上调（n＞nn）。
调速的过程是：当电位于恒定时，减小磁通量。受到机械惯性的影响，转速产立即发生变化，于是反电动势e=ke·φ·n就减小，ia随之增加。由于ia增加的影响超过磁通量减小的影响，所以转矩t=ktφia也就增加。如果阻转矩tc未变，则t＞tc转速n上升。随着n的升高，反电动势e增大，ia和t也着减小，直到t=tc时为止。可是这时转速已比原来升高了。
这是一定要指出，如果电动机在额定状态下运行，那么电枢电流是额定值，若调速时负载转矩仍旧为额定值，因为t=ktφia，因此减小磁通量后ia一定超过额定值，所以调速后负载转矩一定会减小。这种调速方法适用于转矩与转速成反比而输出功率基本恒功率调速的场合。
这种调速方法有3个优点：调速平稳，无级调速；
调速经济，控制方便；
机械特性更刚性，稳定性好。
可是这种调速方法的局限性在于只能提高转速，即调速后的转速应超过额定转速。由于电机不允许超速过大，其转速范围受到限制。在实际应用中，这种方法常用作电压调速的辅助手段。
（2）调压法 即改变电压u。当保持他励电动机的励磁电流if为额定值时，降低电枢电压u，如下：
n=u/kt·φ-ra/ke·kt·φ2· 可以看出，n0减小，但△n不变。因此，在一定的负载下，通过改变u，可以得到一组并联的机械特性曲线。由于电枢电压只能在低于电机额定电压的方向上改变，所以转速会降低（n n），调速过程是：当磁通量保持不变时，减小由于速度变化，ed电压u不会立即改变，反电动势e暂时保持不变，因此电流ia减小，扭矩t减小。如果电阻扭矩tc保持不变，则ttc，速度n减小。随着n的减少，反电动势e减小，ia和t增大，直到t=tc。但是速度比以前低了。由于调速时磁通量不变，如果调速在一定的额定电流下，电机的输出转矩是一定的（恒转矩调速）。
这种调速方法具有以下优点：机械特性硬，降压后硬度不变，稳定性好；
调速范围大；
电枢电压可均匀调节；
可实现平滑的无级调速。这种调速方法的缺点是电压调节需要专用设备，投资大。近年来，由于采用晶闸管整流电源来调节电机的电压和转速，这种方法的优点让它得到了广泛的应用，常用于印刷设备直流电机的调速。
2. 直流电动机的优势 由于直流电机的整定非常简单，与异步电机相比，它具有以下优点：
（1）
因为采用了高性能永磁材料，可以减小无刷直流电机转子的尺寸，从而具有较低的惯性、较快的响应速度和较高的转矩惯性比。
（2）
无刷直流电机没有用转子损耗（转子采用永磁材料），不需要定子励磁电流分量（应用新理论），效率高，功率密度高。对于相同的输出容量，交流异步电动机需要更多的功率整流器和逆变器。
（3）
因为没有转子发热，无刷直流电机不需要考虑转子冷却问题。
（4）
由于交流异步电动机的非线性特性，其控制非常复杂。无刷直流电机将其复杂的磁场定向控制简化为无坐标变换的离散转子位置控制，速度范围更宽，控制性能更好。
总之，无刷直流电机具有更高的功率密度（铁芯利用率高），更高的效率和更好的控制性能。考虑到节能、变频器节能、提高生产率等因素，大大降低了用户的综合成本。因此在本文设计中选择了无刷直流电机。
3. 传动装置 本控制系统中使用的传输装置包括：
（1）
自动门机行走轨道：与列车的轨道一样，门机的起重轮系统受到约束，可以在特定的方向上进行。
（2）
自动门悬挂系统：用于悬挂活动门，在动力牵引下驱动门。
（3）
同步皮带：用于传输电机所产动力，牵引自动门吊具走论系统。
（4）
同步带：用于传递电机产生的动力，牵引自动门挂。
4. 限位开关 限位开关又称行程开关，是利用生产机械的某些运动部件碰撞发出控制指令的一种指令电器。一种自动控制装置是用于控制生产机械的方向、速度、行程大小或位置。
限位开关广泛应用于各种机床、起重机械和轻工业机械的行程控制。当生产机械移动到一定位置时，行程开关通过机械活动部件的动作把机械信号转换成电信号，从而实现对生产机械的控制，限制其移动和位置，并对生产机械进行必要的保护。
5. i/0分配表 i/0分配表是编制plc程序的前提，也是现场接线调试的重要依据。
图2：i/o分配表 （五）自动们控制系统的原理图 1. 主电路及供电线路 图4 2. 外围接线 图5 如上图所示，ka1 ka2是由电感器控制的两个继电器。当感应器感应到有热源体的时，它会自动关闭。sq1、sq2为现场跳闸开关，检查开关门是否在现场。sq3和sq4是开关减速跳闸开关。
四、 工作过程 (一) 工作过程的分析 根据本文的控制要求和安全要求，设计的程序按下图所示的过程运行，达到了系统的最佳设计要求，完成了系统的最终设计。工作流程如下：
（1）
首先，按下启动按钮，当传感器检测到活动物体时，电机向前，驱动自动门进行开门过程。
（2）
当门全开时，开门限位开关打开，此时自动门停止，延时8秒。如果此时传感器重新检测到活动物体信号，则将重新执行8秒延迟。
（3）
当8秒的延迟完成时，电机反转以执行关闭过程。在关门过程中，当传感器重新检测到活动物体的信号时，会中断关门过程，并转向开门过程。
（4）
考虑到自动门故障时使用自动控制系统的不适，设置了手动开启和手动关闭。以上工作流程可以用附图中的流程图表示。
(二) 梯形图程序 1. 梯形图的概述 plc是专业为工业控制而开发的设备。它的主要用户是工厂的电气技术人员。为了适应自己的传统习惯和掌握能力，通常plc不使用微机的编程语言，而是经常使用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。1994年5月国际电工委员会（iec）发布的iec 1131-3（可编程控制器语言标准）详细描述了语法、语义和以下五种编程语言：功能图、梯形图、功能块图、指令表、结构文本。梯形图和功能块图是图形语言，指令列表和结构文本是书面语言，功能表是结构块控制的流程图 的一种。
梯形图编程语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种设计语言。使用梯形图编程语言。这种编程语言使用因果关系来描述事件的条件和结果。每个级联都是因果关系。在级联中，描述事件发生的条件在左侧，事件结果在右侧。
梯形图设计语言是最常用的编程语言。它来源于对继电器逻辑控制系统的表述中。在工业生产控制领域，电气技术人员熟悉继电器逻辑控制技术。所以，基于这种逻辑控制技术开发的梯形图受到了广泛的欢迎和应用。梯形图程序设计语言的特点：
（1）
与电气操作原理图相对应，直观性、对应性。
（2）
与原继电逻辑控制技术一致，容易掌握和学习。
（3）
与原继电器逻辑控制技术不一样，梯形图中的功率流不是实际电流，而内部继电器不是实际继电器，因此应用应不同于原继电器逻辑控制技术的相关概念。
梯形图是最常用的图形编程语言。第一种编程语言称为plc，类似于电气控制系统的电路图。它具有直观、易懂的优点，易于工厂电气人员掌握，特别适用于开关逻辑控制。梯形图通常被称为电路或程序，梯形图的设计被称为编程。
2. 梯形图的设计 设计梯形图的基本方法和步骤：
（1）
首先，根据过程控制的要求，绘制控制流程图，使其表达清晰、准确。必要时，可将控制系统分解为几个相对独立的部分，以尽可能简化并便于编程。
（2）
所有输入信号（按键、行程限位开关、压力开关、压力、速度和时间传感器）和输出对象（接触器、电磁阀、电机、指示灯等）单独列出。i/o终端根据所采用的plc型号内部逻辑元件的数量范围进行分配和排列。
（3）
依据控制流程图，对plc中的相关逻辑元件（如辅助继电器、定时器、计数器等）进行定期的分配和利用，形成相应的基本电路。
（4）
为以梯形图的形式描述控制要求，在绘制梯形图时应遵循编程原理。 （5）
在编译程序列表时，可以按逻辑行的顺序和梯形图的逻辑单元（从上到下，从左到右）排列。
文中软件采用三菱公司设计开发的gx developer,选择他的梯形图语言进行程序设计。在设计过程中应遵循以下编程规则：
（1）每个继电器的线圈和他的触点均用同一个编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。
（2）梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有触点）。
（3）线圈不能直接接在左边的母线上。
（4）在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，他很容易引起误操作，应避免。
（5）在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析plc的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有电流流动，这个电流只能在梯形图中单向流动—即从左向右流动，层次的改变只能从上向下流动。
（6）无论选用何种plc机型，所使用的软件编号（即地址）必须在该机型的有效范围以内。
根据上述规则和plc的编程方法和思想，编制了文中的设计的自动门控制系统的梯形图程序。下图表述为该程序：
图6 五、 程序调试 (一) 硬件线路连接 图7 使用实验室中的可编程控制器试验台，主机fxcpu224 cn ac/dc/rly，所提供的的电压都是采用直流24v，调试的电路图如上图。
在模拟实验过程中，由于受到实验条件的限制，微波检测信号和限位开关动作都是由按钮（sb1、sb2、sb3、sb4）取代，sb0、sb11与按钮相连。qa1和qa2由中间继电器代替，中间继电器的线圈电压为24v。
(二) 联机调试 （1）
如上图所示，将线路连接到电源。。
（2）
写在“gx developer version8.52”上的软件将通过“rs-232/ppi电缆”下载到“cpu224”。
（3）
进行实验过程记录 按下启动按钮”sb0”的 1) 手动开/关门 现象一：当按按钮sb10时，电机m出现正转 现象二：当按手动开关按钮sb11时，电机m出现反转 2) 自动开/关门 现象一：当按下按钮sb1或sb2时，电机m正转；
当按下按钮sb4时，电机m停止转动 现象二：当电机m停止转动时，定时器的时间延迟8秒。
再次按下按钮sb1或sb2，计时器重新计时8秒。
现象三：当8秒的延时完成后，m反转；
如果在反转过程中按下按钮sb1或sb2，电机m反转。
现象四：
按下紧急按钮sb5时，电机m开始正转。
六、 结论 本次课题研究基于plc的自动门控制系统的设计和实现，包括硬件设计和软件设计。通过理论证明了本次设计的可行性，并进行了模拟实验。
本次调试后的系统总体设计能满足实际要求，可是在实际运用中，还应考虑各部分的容量和技术参数，电源设计、系统接地、电缆设计及铺设、plc输出口的保护等问题，让系统达到可以安全工作的状态。因此，如果我们想将系统交付给用户，就必须通过现场调试的测试。这给了我们一个高一级的问题，因为一个很好的应用软件不能在短时间内实践完成的了，这个系统需要不断的改进和完善，我们需要做大量的工作和时间测试。目前，系统还没有实现完全的智能化，需要增加许多新的功能和先进的科学技术，才能实现真正的智能化控制。
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致谢 马上要结束的三年的大学生活，这些年我学到了很多东西。我要对和电的老师们表示感谢。你们不仅教会了我知识，还告诉了我很多关于如何在世上生存的真理，这将对指导我未来的人生起到非常好的作用。
通过自动门控制系统的软件设计，在这个过程中，了解设计项目的工艺流程，从而完成自动门系统的软件设计。同时，我们还了解了自动门硬件的一些外围技术，扩大了知识面，增强了对过程的理解。
本文的构思、规划设计撰写得到了老师的悉心指导，他渊博的学识、敏锐的学术洞察力、认真的工作态度、严谨的学风、平易近人的作风，给我留下了深刻的印象。我从中受益匪浅。我想表达我真诚的感谢。
在这篇论文即将结束，向所有帮助我和指导我的老师、同学和朋友表示衷心的感谢。
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课程名称：专 业 综 合 实 训
专 业： 生产过程自动化
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完成日期：
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摘要
在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用plc进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用mcgs组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。
关键词： 水位控制、欧姆龙plc
1、plc简介
1.1、可编程控制器的产生
可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了plc过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有十分重要的意义。
可编程控制器(programmable controller)也可称逻辑控制器(programmable logic controller),是一微处理器为核心的工业自动控制通用装置，是计算机家族的一名成员，简称pc。为了与个人电脑（也简称pc）相混淆通常将可编程控制器称为plc。
可编程控制器的产生和继电器—接触器控制系统有很大的关系。继电器—接触器控制已经有伤百年的历史，它是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的有优点。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常使用，至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。
品多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器—接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的gm10条，编程方便，现场可修改程序； 维修方便，采用模块化结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制装置； 数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制装置竞争； 输入可以是交流115v； 输出为交流115v，2a以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；在扩展时，原系统只要很小变更；用户程序存储器容量至少能扩展到4k。
这十项指标就是现代plc的最基本功能，值得注意的是plc并不等同于普通计算机，它与有关的外部设备，按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。
用可编程控制器代替了继电器—接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活、通用性等有点，用程序代替硬接线，并且具有计算机功能灵活、通用性能强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，重新接线的工作，此种控制器借鉴计算机的高级语言，利用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，其标志性语言是极易为it电器人员掌握的梯形图语言，使得部熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在变成上发费大量地精力，只需集中精力区考虑如何操作并发挥改装置地功能即可，输入、输出电平与市电接口，市控制系统可方便地在需要地地方运行。所以，可编程控制器广泛地应用于各工业领域。
plc问世时间不长，但是随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，plc迅速发展。plc进入九十年代后，工业控制领域几乎全被plc占领。国外专家预言，plc技术将在工业自动化的三大支柱（plc、机器人和cac/cam）种跃居首位。
我国在八十年代初才开始使用plc，目前从国外应进的plc使用较为普遍的由日本omron公司c系列、三菱公司f系列、美国ge公司ge系列和德国西门子公司s系列等。
1.2、plc的发展
早期的plc一般称为可编程逻辑控制器。这是的plc多少由电继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上 以计算机的形式出现，在i/o接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置种的器件主要采用分离元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上采用广大电器工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的plc的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指示，能重复使用等。其中plc特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
在七十年代，微处理器的出现使plc发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为plc的中央处理单元（cpu）。
这样，使plc的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。再硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量快、远程i/o模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，是各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使plc的应用范围得以扩大。
进入八十年代中、后期，由于插大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的plc所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高plc的处理速度，各制造厂商纷纷开发研制了专用逻辑处理芯片。这样使得plc软、硬功能发生了巨大变化。
1.3、plc的未来展望
21世纪，plc会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统dcs（distributed control system）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
1.4、plc的特点 可靠性高，抗干扰能力强
以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.5、plc的组成
plc的硬件主要是由中央处理器（cpu）、存储器、输入单元、输出单元，通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，cpu是plc的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与cpu之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。典型plc组成框图如图1.1所示。
图1.1 典型plc组成框图
1.5.1、中央处理单元(cpu)中央处理单元(cpu)是plc控制中枢。它plc系统程序赋予功能接收并存储从编程器键入用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o以及警戒定时器状态，并能诊断用户程序中语法错误。当plc投入运行时，首先它以扫描方式接收现场各输入装置状态和数据，并分别存入i/o映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，命令解释后按指令规定执行逻辑或算数运算结果送入i/o映象区或数据寄存器内。等所有用户程序执行完毕之后，最后将i/o映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到相应输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
进一步提高plc可靠性，近年来对大型plc还采用双cpu构成冗余系统，或采用三cpu表决式系统。这样，某个cpu出现故障，整个系统仍能正常运行。
1.5.2、存储器
存放系统软件存储器称为系统程序存储器。存放应用软件存储器称为用户程序存储器。
1、plc常用存储器类型
储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。
（2）eprom（erasable programmable read only memory）这是一种可擦除只读存储器。断电情况下，存储器内所有内容保持不变。紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。
（3）eeprom(electrical erasable programmable read only memory)这是一种电可擦除只读存储器。使用编程器就能很容易对其所存储内容进行修改。
2、plc存储空间分配
（1）系统程序存储区
系统程序存储区：系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化eprom中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该plc性能。
系统ram存储区：系统ram存储区包括i/o映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。
（1）i/o映象区：plc投入运行后，输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，输出刷新阶段才将输出状态和数据送至相应外设。它需要一定数量存储单元(ram)以存放i/o状态和数据，这些单元称作i/o映象区。一个开关量i/o占用存储单元中一个位（bit），一个模拟量i/o占用存储单元中一个字（16个bit）。整个i/o映象区可看作两个部分组成：开关量i/o映象区；模拟量i/o映象区。
断电时，数据被清零。
用户程序存储区：主要用来存放用户的应用程序。所谓用户程序时指使用户根据工程现场的的产生过程和工艺要求编写的控制程序。次程序由使用者通过编程器输入到plc机的ram存贮器中，以便于用户随时修改。也可将用户程序存放在eeprom中。
1.5.3、输入/输出模块
执行机构。
1.5.4、扩展模块
当一个plc中心单元的i/o点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，使可编程控制器的功能更加强大和完善。只能i/o接口模块种类很多，例如高速计数模块、plca控制模块、数字位基于plc的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、智能存贮弄快以及智能i/o模块等。
1.5.5、编程器
它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上的信息可以重新装入plc。
目前编程器主要有以下三种类型：
1.便携式编程器(也叫简易编程器)；2.图形编程器；3.用于ibm—pc及其兼容机的编程器。
便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程控制器的编程要求。
图形编程器以液晶显示器(lcd)或阴极射线管(crt)作屏幕，用来显示编程内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。
使用图形编程器可以月多种编程语言编程，梯形图显示在屏幕上十分直观。图形编程器还可与打印机、录音机、绘画仪等设备连接，有较强的监控功能。但它的价格高，适用于中、大型可编程控制器的编程要求。
时可以进行编程，它的功能主要是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。
监控工作方式可以对运行中的控制器工作状态进行监视和跟踪，一般可以对某一线圈或触点的工作状态进行监视，也可以对成组器件的工作状态进行监视，还可以跟踪某一器件在不同时间的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还可以对一些器件进行操作。因此编程器的监控方式对控制器中新输入程序的调试与试运行是非常有用和方便的。编程器的结构一般包括显示部分与键盘部分。显示一般用液晶显示器，主要的显示内容包括地址、数据、工作方式、指令执行情况及系统工作状态等。键盘有单功能键和双功能键，在使用双功能键的时候键盘中都备有一个选择键，以选择其中一种方式工作。
现在产品越来越模块化，可编程控制器也不例外，它的结构紧密、坚固，外形小巧，cpu本身只提供了一定数量的数字输入和输出点数。不同厂家、不同型号的plc的输入／输出点数也不同，有的大型机输入／输出点数可达16k，而很多小型机仅有10来点，而且cpu本身不带模拟输入与输出，但cpu一般都带有扩展接口。因此，用户选型后，所需的输入或输出点数不够时，就需对系统做出必要的扩展，各个厂家也生产了专用于扩展用的各模板供用户选用。扩展模板的外形一般也小巧、坚固，有易于接线的端子排，带有扩展总线或通过总线连接器与cpu相连。主要有数字输入／输出模板，模拟输入／输出模板，热电阻、热电偶扩展模板，还有智能模板等许多具有专用功能的特殊模板。
用扩展模板来扩展系统具有以下的优点：
用户可根据自己时间控制系统的要求，选用各种合适的扩展模块对plc作硬件组态，以求达到各种功能或控制精度，同时节省开支，减少不必要的投资。
当已运行的系统需要改造或扩充时，plc可以随时进行升级或改版，所作的工作仅仅是替换或增加扩展模板和修改相应的控制软件。特殊模板及智能模板的开发将进一步扩展可编程控制的功能，专用模板的开发不仅扩大了可编程控制系统的控制功能，而且将进一步提高控制质量与可靠性。
1.5.6、电源
plc中的电源一般有三类：
1、+5v、±15v直流电源：供plc中ttl芯片和集成运放使用；
2、供输出接口使用的高压大电流的功率电源；
3、锂电池及其充电电源。
考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。
小型机：256点以下（无模拟量）；
中型机：256 ~ 2048点（64 ~ 128路模拟量）；
大型机：2048点以上（128 ~ 512路模拟量）。
具体实现时，通常采用模板式结构，以便用户根据实际应用需求进行配置。但一些小型机常制作成一体机，其配置固定，主要供定型成套设备使用；而一些大型机一般在电源、或者cpu，甚至两者都作了热备份。
1.6、plc的工作原理
继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。而plc的cpu则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
1.6.1、扫描技术
图1.2 plc 扫描周期
1、输入采样阶段：在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2、用户程序执行阶段 ：在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在i/o映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在i/o映象区或系统ram存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
3、输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc的真正输出。
1.6.2、plc的i/o响应时间
为了增强plc的抗干扰能力，提高其可*性，plc的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，plc采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得plc得i/o响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓i/o响应时间指从plc的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。
1.7、梯形图程序设计
梯形图编程语言是一种图形化编程语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，与传统的继电器控制原理电路图非常相似，但又加入了许多功能强而又使用灵活的指令，它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器一接触器控制系统的人来说，易被接受。继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编程，绝大多数plc用户都首选使用梯形图编程。
指令是用英文名称的缩写字母来表达plc的各种功能的助记符号，类似于计算机汇编语言。由指令构成的能够完成控制任务的指令组合就是指令表，每一条指令一般由指令助记符和作用器件编号组成，比较抽象，通常都先用其它方式表达，然后改写成相应的语句表，编程设备简单价廉。
通常微、小型plc主要采用继电器梯形图编程，其编程的一般规则有：
呈阶梯形。梯形图所使用的元件编号地址必须在所使用plc的有效范围内。
2、梯形图是plc形象化的编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而图中各支路也没有真实的电流流过。但为了读图方便，常用“有电流”、“得电”等来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件，它仅仅是概念上虚拟的“电流”，而且认为它只能由左向右单方向流：层次的改变也只能自上而下。
3、梯形图中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器，相应某位触发器为“l态”，表示该继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触点打开，反之为“o态”。梯形图中继电器的线圈又是广义的，除了输出继电器、内部继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器、状态器等的线圈以及各种比较、运算的结果。
4、梯形图中信息流程从左到右，继电器线圈应与右母线直接相连，线圈的右边不能有触点，而左边必须有触点。
5、继电器线圈在一个程序中不能重复使用：而继电器的触点，编程中可以重复使用，且使用次数不受限制。
6、plc在解算用户逻辑时，是按照梯形图由上而下、从左到右的先后顺序逐步进行的，即按扫描方式顺序执行程序，不存在几条并列支路同时动作，这在设计梯形图时，可以减少许多有约束关系的联锁电路，从而使电路设计大大简化。所以，由梯形图编写指令程序时，应遵循自上而下、从左到右的顺序，梯形图中的每个符号对应于一条指令，一条指令为一个步序。
当plc运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但cpu是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。这种分时操作的过程称为cpu对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始。
2方案的论证
2.1、工艺过程分析
水塔水位控制系统过程分析：设水塔、水池初始状态都为空着的,此时s4,s3,s2,s1均为on。当系统启动时，扫描到水池为液位低于水池下限位时，电磁阀y打开(10.02通电)，开始往水池里进水，如果进水超过4s，而水池液位没有超过水池下限位（传感器s4仍为on），说明系统出现故障，系统故障指示灯闪烁（10.03闪烁）。若4s后只有水池液位按预定的超过水池下限位（传感器s4变为off），说明系统在正常的工作。此时只有水池下限位有水，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限（s2为on），故水泵m（10.04通电）开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时（传感器s3变为off），电磁阀y就关闭（10.02失电）。但是水塔现在还没有装满，水泵m继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔装满时（传感器s1变为off），水泵m停止供水（10.04失电），此次给水塔供水完成。
2.2、plc型号的选择
输入:系统启动按钮一个,系统停止按钮一个,液位传感器四个分别表示为s4,s3，s2和s1。输入一共有6个，考虑到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整数7，所以共需7个输入点。
输出:y阀,故障指示灯 ,水泵m。输出共有3个，3×（1＋15％）＝3.45取整数4，所以共需4个输出点。可以选omron公司的cpm1a/cpm2a型plc就能满足此例的要求。
2.3、工作控制方式
采用工控机作为上位机、plc系统作为下位机的两级控制模式。plc控制系统是该程控系统的核心，工控机作为监控机械手的运行状态使用。
1、上位机：计算机作为上位机，用于完成状态显示、打印输出、向plc发送分类控制信号等功能，从而实现对控制系统的实时监控。同时，计算机还是图象处理的核心。
2、下位机：plc作为下位机，用来完成状态判别、输出控制等工作。它直接控制电磁阀、继电器，从而实现对各执行元件的控制。本系统采用价格适中、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器欧姆龙cpm2a型plc来实现水塔水位控制系统工艺的控制要求的。欧姆龙plc是由电源、中央处理器和i/o元件组成的严密高速的程序控制器，配有丰富的指令系统，易于用户编程，具有丰富的特殊模块和通信能力，可以满足生产自动化的多级要求。本系统采用cpm2a是一种功能完善的紧凑型plc，大程序容量和存储单位。另外cpu单元带rs-232c接口，具有ppi、mpi等通信协议可实现程序传送，数据通信等功能。
欧姆龙公司c系列的小型机cpm2a型plc 20点输入/输出，配有cx-programmer软件用于控制部分编程时使用。
3、通信方式：cpm2a cpu支持多样的通信协议：点到点（point-to-point）接口（ppi）、多点接口（multi-point）（mpi）。这些都基于系统内通信结构模型，都是异步、基于字符的协议。其中ppi方式是非常简单方便的通信协议，只需要一根rs-232c线进行数据信号的传递，不需要额外再配置模块或软件。因此，本系统选择ppi方式，简单且能满足通信要求。cpm2a型plc上配有rs-232c的通信接口，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将plc和计算机互联。
上位机与下位机之间通过rs-232连接构成host link协议进行通信。rs-232又称为eia-232c或rs-232c，是最通用的一种串行通讯标准。它是一种点到点的通信方式，只能连接两个通信设备。19200波特率时，最大距离为75米；9600波特率时，最大距离为900米。计算机的串口即为标准的rs-232接口。使用rs-232转换器可以免掉一个rs-422串行接口板。
水塔水位控制系统结构图如图3.1所示
图3.1 水塔水位自动控制示意图
3.1、水塔水位系统控制电路
图3.2 水塔水位控制系统电路图
3.2、输入/输出分配
输入
地址 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
y阀
输出
操作功能 故障指示灯 水泵m
水塔水位控制系统的i/o接线图如3.3 所示：
图3.3 水塔水位控制系统接线图
4.1、程序流程图
水塔水位控制系统的流程图，根据设计要求控制流程图如图5.1：
图4.1 水塔液位自动控制系统流程图
4.2、梯形图
图4.2 水塔水位控制系统梯形图
4.3、系统程序的具体分析
plc采用循环扫描的的工作方式，这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说plc是以“串行”方式工作的，它能有效地避免继电接触器控制系统中易出现的触点竞争和时序失配的问题。
实现功能：当按下00000系统启动按钮,中间继电器20001得电并自锁,系统处于等待状态并一直保持。按下00001停止按钮系统的运行停止。
实现功能：当水池水位低于水池低水位界（s4为on表示），阀y打开进水(y为on),当s3为on后，阀y关闭（y为off）。
实现功能：当y打开进水（y为on）定时器开始定时，4秒后，如果s4还不为off，那么阀y指示灯闪烁，表示阀y没有进水，出现故障。
实现功能：当s4为off时（表示水池水位高于水池低水位界），且水塔水位低于水塔低水位界时s2为on，电机m运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机m停止。
4.4、水塔水位控制系统梯形图的对应指令表
水塔水位控制系统指令表如图4.3所示：
图4.3 水塔水位控制系统的指令表
总结
五个星期的plc实训很快结束了，在这短暂的实训时间里，经过老师、同学的指导，我获益匪浅，学习了不少关于自己专业方面的知识。
在完成项目期间，我们组的分工明确，有负责编程的，有负责报告找资料，有负责画电路图的……虽说分工明确，但在完成项目过程中遇到些麻烦的话组员之间还是相互配合相互帮助尽量让每个学员学到更多的专业知识，使每个组员更上一个层次。实训期间，我主要负责编程、报告及找资料，但这并不是说我在其他组员做他们任务时置之不理，与我无关。我在旁边和组员一起，参与其中的讨论分析，并会不时帮助他们完成任务。而同样我在做我的任务时，他们也会经常帮我解决一些我无法解决的问题。这样，我们组在完成这两个项目还是比较顺利的。
我做的这个题目是有关与plc系统理论与实践相结合的设计。在此时对以前学习的知识的挑战与突破。在对这个设计的材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件的应用有了进一步的提高。同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。
通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了plc软件的简单编程方法，对于plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提高了我的工程素质。刚开始学习plc软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了。转换成指令表后则显示不出很多正确的指令程序，这主要是因为我没有把理论和实践相结合，缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。
如今设计是做完了，可是我的学习之路还没有完，这次实训让不仅学习了不少与自己专业相关的知识，而且还懂得了团队的力量，并且让自己更相信一分努力一分收获，积极的学习态度在以后的学习、工作中是永远缺少不了的！并明白人这一辈子不能仅仅局限于那一点点满足感，要放眼望去，通过去参与各种实践，提升自己的动手能力，创造属于自己的未来。
致
谢
本文是在指导老师悉心指导下完成的。从论文的选题到相关材料的收集，从论文框架的设计到具体内容遣词造句，每一章节都凝聚着指导老师的心血。在此，学生表示最诚挚的谢意。在老师严谨的治学态度、积极的人生观、学术上孜孜追求的精神以及对学生无微不至的关怀，都给我留下了终生难忘的印象，必然将对我以后的学习和生活产生重要影响。
在完成整个论文期间，对各位老师、同学、朋友、亲人辛勤劳动以及他们在治学和人品上给予我的深刻影响，我同样铭记在心，并表示由衷的感谢。
在此，我向所有在学业上、生活上帮助、理解、支持我的老师、同学、朋友和亲人致以最真诚的谢意。
最后，感谢各位专家、学者在百忙之中审阅我的拙作。
参考文献
plc自动售货机控制系统的设计篇四
;基于plc的温室控制系统的设计 摘 要 随着人们生活水平的提高，由温室大棚种植的反季节蔬菜成为人们越来越离不开的食物，所以温室大棚技术越来越重要，而温度控制是最为重要的一环。考虑到plc具有灵活性、操作简单等优点，所以设计出了基于plc的温度控制系统。
该论文介绍了温室控制系统的构成，包括信息采集部分、智能控制部分以及最后的执行部分。由于温度的变化因素很多，包括光照、湿度、通风等因素，所以本次设计的系统中包括了升降温系统、补光系统、遮阳系统、加湿系统、co2系统、通风系统，来综合调整温度的变化保证温度的准确度。根据设计需要和经济综合因素的考虑选用了西门子s7-200型plc的控制，这样既能够满足输入与输出控制，又有比较高的性价比。在设计中给出了控制系统的软硬件设计，并用step7软件进行对梯形图的输入、调试与仿真，能够完全符合设计需求。
关键词 传感器 plc 模糊控制器 mcgs组态软件 电机 greenhouse control system based on plc abstract with the improvement of people＇s living standard anti season vegetables become people are increasingly inseparable from the food, so the greenhouse technology is more and more important, and the temperature control has become the most important part, so the plc control system of greenhouse based on. temperature sensor and plc are the core of the greenhouse control system, they have a direct impact on the working status of the system. its working process is the when the temperature sensor to collect the signal is transmitted to the fuzzy controller, the fuzzy controller by the signal conversion and comparative analysis, then the signal transformation output signal to the mcgs configuration software is used to judge the and the signal is transmitted to the plc, plc receives the signal and control motor working temperature control. mcgs configuration software where the computer is also a platform for human-computer interaction. key words temperature sensor plc fuzzy controller mcgs configuration software electric machinery 目录 第1章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 国内外研究现状 1 1.3 内容安排 2 第2章 系统总设计方案 4 2.1 系统总体设计思路 4 2.2 设计概要图 4 第3章 系统硬件方案设计 6 3.1 信息采集电路的设计 6 3.1.1 温/湿度传感器的选择 6 3.1.2 光照传感器的选择 7 3.1.3 co2传感器的选择 8 3.2 主控制电路设计 9 3.2.1 plc的选择 9 3.2.2 plc内部接线图 10 3.2.3 模糊控制器设计原理 11 3.3 系统执行部分设计 12 3.3.1 正反转部分设计 12 3.3.2 开关类设计 13 3.4 系统主电路图 14 第4章 系统软件方案设计 16 4.1 step7 micro/win软件简介 16 4.2 step7-micro/win编程软件主要功能 16 4.3 step7-micro/win编程方法 17 4.4 plc系统软件介绍 18 第5章 系统调试 24 5.1 仿真软件简介 24 5.2 控制程序的仿真与调试 24 5.2.1 仿真与调试准备工作 24 5.2.2 程序仿真与调试 24 结论 26 致谢 27 参考文献 28 第1章 绪论 1.1 课题背景 时代在进步社会在发展人民的生活水平也在不断地提高，而反季节蔬菜已经成为人们餐桌上必不可少的食物，所以以大棚温室为主的农业种植面积不断增大，温室大棚主要就是为植物的生长创造合适的温度环境，但是如何创造合适的温度环境成为摆在人们面前一大难题。而现在最普遍控温方式是人们根据室内温度进行操作，例如用竹杆挑拨塑料膜来控制风口大小以及用滑轮绳索拉动塑料膜来控制风口大小。这种人工操作方式存在四个无法克服的难题；
（1）温度利用率比较低，在天气较好时为防止高温对植物生长的影响，所以风口要相对放大点，这样就造成室内低温段跟高温段温差较大，这就会使温度流失，植物的生长缓慢；
（2）当遇到雨雪大风天气，温室内的温度不能保证恒定不变，植被不能再适宜的温度下生长，就会容易发生病虫害，造成经济损失；
（3）一次性的温度失控往往会有无法逆转的损失；
例如在树花期出现一两次的高温情况，就会使的全年绝产；
（4）劳动强度很大，时间上也很难快速调整温度。蔬菜看管温度的用时约占总时的50%，水果看管温度用时约占总时的85%。最近几年虽有用单机械收放风口的技术出现，但由于都解决不了实际得问题，得不到广泛应用。
本文设计智能温控系统的目的在于针对现有技术的不足，提供一种是替代人工控制温度操作，适用广范，结构简单，操作方便，温度资源利用率高，生产成本低，产品品质优良的温室大棚智能控温技术。温室环境控制需要调控很多的环境因素，以达到调节成熟周期，加快生长发育的目的，温室环境控制为农业的高产稳产提供了保障，可以一定程度上替代人工，减少生产的成本，同时还具有结构简单，操作方便等优点。
1.2 国内外研究现状 20世纪70年代国外就开始对温室温度控制技术进行研究，当时采用模拟仪表进行组合，现场采集信息并且进行记录、指示以及控制。20世纪80年代末期出现了分布式的控制系统。科技的发展带来的是生产力的解放，计算机技术的应用使温室控制更为精确，并且逐渐朝着无人化、智能化的方向发展。
我国对于温室控制技术的研究始于20世纪80年代。我国工程技术人员大量吸取国外经验基础上，开始掌握了室内微机控制技术，但是这项技术仅仅只能控制温度、湿度和co2浓度等单环境因子，从此之后我国的温室控制技术得到了飞跃式的发展。到90年代中后期，在学习国外建造经验的基础上，我国开始尝试自主研发环境控制系统。1995年，北京农业大学研制成功了“wjg-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，这个系统是以小型分布式数据采集来控制的系统。1996年江苏理工大学研制成功了用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对较多的环境因素进行综合的控制，是国产化温室控制技术比较典型的成果。90年代末期，河北职业技术学院研制了蔬菜大棚，能够对温度和湿度进行实时测量及控制。当时我国农业现代化水平较低，农业劳动力过多，温室的建造投资太大，对工作人员的要求较高等成为了限制温室控制技术发展的主要因素。
本文目的在于探寻温室环境自动控制在实践中的应用，并且推动温室控制系统的发展进程。
1.3 内容安排 温室的建造采用了先进的科学技术可以有效的提高农作物的产量和经济效益。本文在充分了解影响温室温度控制因素的基础上做出智能温室温度控制系统的总体设计方案。系统由plc作为设备核心构建而成，可以实现我们预期达到的要求。
本文对温室温度控制算法进行研究。温室环境是个复杂的系统，根据这种情况，本文采用模糊算法进行数据的前期处理。之后使用plc网络组态方法，这样就解决了过程控制层和监控层之间通讯等问题，并且利用编程软件根据环境系统对温度控制的要求编写了监控程序，这样就能够实现远程监控、用户管理、报警记录、曲线显示等多项监控功能。
本文设计的系统大大提高了设备的利用率，降低耗能，而强大的扩展功能使其可以很容易的选用外围设备， 这样就能提高系统的容错率大大降低了系统建造的难度。
第2章 系统总设计方案 2.1 系统总体设计思路 环境因素是影响植物生长的重要因素，而温室的建造使得环境这个重要因素得以改变，可以创造出更加好的环境让植物生长。温室的主要作用就是来改变植物生长，它能避免恶劣天气对植物的影响达到促进植物更好的生长。但是环境的更改我们需要考虑的很多，我们要主要分析哪些因素会对植物的生长起到作用。经过我们不断的咨询和调查我们得出作物的生长环境主要是由温度、湿度、co2浓度、光照等因素构成，我们只是单独控制一种因素来控制温度是无法达到我们所想要的目的的，所以我们要考虑多种因素的综合控制。
2.2 设计概要图 温室是具有鲜明使用功能的农业型建筑，其构建涉及工程问题必须符合国家规定建造。温室的主要作用是承载负荷、保温、防雨雪等作用。传感器监测到温室中环境因素的变化时，会把监测到的环境信号传递给模糊控制器，模糊控制器对信号进行处理然后传递给mcgs组态进行数据的人机互动显示，最后传递给plc，plc对信号进行处理控制内部设备运作不断地改变温室的环境，使温度保持在一定的范围内。
本文设计的系统是以plc为控制核心总体分为以下三个部分；
（1）信息采集系统，它包括温/湿度传感器、光照传感器和co2传感器主要是进行实时监测温室内的环境和执行设备工作时的反馈工作。它是影响系统精确度的主要因素。
（2）智能控制部分，它主要包括了模糊控制器、mcgs组态（也是人机交互界面）还要系统最核心部分plc。信息采集系统把信号出输给模糊控制器，模糊控制器进行信号的处理（对plc做出判断做出先前分析），模糊控制信号处理完毕然后传送给mcgs组态，mcgs组态做出趋势曲线、动画演示等进行人机信息交互，最后把信号传给plc，plc把信号与我们设定的值进行对比做出相应的判断，控制下一部分工作。
（3）系统执行部分，它包括最后的设备含有正反转设备和开关类设备，根据plc给出的信号做出相应的反应控制温度等达到我们预想的目的。最终信息采集部分在进行信息采集进行反馈然后重复上述步骤，进而达到智能控温的效果。我们也可以进行手动或自动切换更加确保温度的准确性。
系统三个部分各有各的功能，它们的完美组合使得系统才能到达到我们所需要的目的，但是系统的运行过程中肯定会有误差存在。信息采集系统是系统开始的第一步它们元件的质量是保证系统准确性的第一步，所以我们在选择信息采集系统的器件时我们第一位的应该是确保器件的质量在考虑器件的价格，信息采集系统直接影响了整个系统的准确性。智能控制部分作为系统的第二部分起到了整个系统最核心的作用，它对系统准确性的影响（在我们先前校准完毕的情况下）不是特别大。最后系统的执行部分对于系统准确性影响可以排在智能控制系统的前面，作为最终的执行机构它们承担着最终完成改变环境因素的职能，在他们工作的时候总是会产生热量会影响整个温室内部环境，可能在一段时间后设备会出现故障从而达不到我们想要的结果，这些都是系统存在的误差因素。所以设计系统的时候应该加强对设备筛选和对控制系统的设计，尽量减少系统所产生的误差，确保系统的正常运行。系统流程图如图2.1所示。
图2.1 系统流程图 第3章 系统硬件方案设计 3.1 信息采集电路的设计 3.1.1 温/湿度传感器的选择 本文选择的温/湿度传感器有两种一种是北京伊泰公司型号为iec751和荷兰维拉公司型号为mmd30的产品。
北京伊泰公司型号为iec751的技术参数是：
（1）绝缘电阻：≥1000mω （2）适用范围：-20℃—500℃ （3）湿度：≤80% （4）电压：10~100v 荷兰维拉公司型号为mmd30的技术参数是：
（1）绝缘电阻：1000mω （2）适用范围：-20℃—300℃ （3）湿度：≤80% （4）电压：20~300v 根据本文设计的系统，荷兰维拉公司型号为mmd30的温/湿度传感器它的电压范围更适合实际情况，它的电压阻值也小更适合系统要求所以我选择它。
温/湿度传感器外观图如图3.1所示。
图3.1 温/湿度传感器外观图 3.1.2 光照传感器的选择 光照传感器主要是实时采集光照的变化来控制开窗设备和光照设备的开关，使得植物得到的光照更加充足更好的生长。光照度传感器有以下两种型号可供选择。
本文中选用的光照传感器的产品型号poi88-c，其光照度传感器参数如下：
（1）量程：o-200k1ux、o-20k10x、0—2000可选；
（2）供电电压：24vdc／12vdc；
（3）输出信号：20—4ma，10v—ov可选；
（4）精度：±2％；
北京和润科技有限公司的光照度传感器参数；
（1）量程：o-200k1ux、o-20k10x、0—1500可选；
（2）供电电压：24vdc／12vdc；
（3）输出信号：15—4ma，10v—ov可选；
（4）精度：±3％；
根据系统要求北京易盛泰和科技有限公司产品型号poi88-c光照度传感器精确度更准，更符合系统要求所以选择这个。光照传感器外观图如图3.2所示。
图3.2 光照传感器外观图 3.1.3 co2传感器的选择 co2传感器的作用是检测co2的浓度控制开关设备进行浓度调节，保证植物的正常生长。
c02传感器有弗加罗公司生产c02传感器和美国仪态和科技有限公司的c02传感器。
弗加罗公司生产c02传感器参数：
（1）测量范围：0～5000ppm；
（2）使用寿命：1500天；
（3）内部热敏电阻(补偿用)：100k q±5％；
（4）使用温度：一10～+50℃；
（5）使用湿度：5～95％rh；
美国仪态和科技有限公司的c02传感器参数：
（1）测量范围：0～5000ppm；
（2）使用寿命：2000天；
（3）内部热敏电阻(补偿用)：100k q±5％；
（4）使用温度：一10～+50℃；
（5）使用湿度：5～95％rh；
由于美国仪态和科技有限公司的c02传感器比弗加罗公司生产c02传感器使用寿命更长性能参数相同所以我选择它。c02传感器外观图如图3.3所示。
图3.3 c02传感器外观图 3.2 主控制电路设计 3.2.1 plc的选择 plc设备型号有两种选择一种是德国西门子的s7-200另一种德国西门子的s7-300两种，西门子设备应用比较广泛也是我们所学的设备所以我选择的都是西门子的设备。
s7-200型号的plc具有的功能能够满足我们系统的需求，并且体积小节省空间，而且能应对比较复杂的环境具有很高的性价比，所以选择s7-200型号的plc。
s7-300型号的plc具有比s7-200更加强大的功能但是考虑到实际情况，s7-200型号的plc已经符合我们的需求并且价格低廉所以我选择德国西门子公司的s7-200系列的plc。
s7-200 系列plc包含cpu221、cpu222、cpu224、cpu226等类型。根据本论文的设计要求选用的s7-200 cpu226,cpu226是集成24输入/16输出共40个数字量i/o 点。可以连接7个扩展模块，i/o端子排可进行拆卸。i/o分配如表3.1所示。
表3.1 i/o分配图 信号类型 plc地址 功能 信号类型 plc地址 功能 输入信号 i0.0 自动/手动切换 输出信号 q0.0 通风扇正转 i0.1 启动开关 q0.1 通风扇反转 i0.2 停止开关 q0.2 遮阳帘开帘 i0.7 手动通风扇正转 q0.3 遮阳帘关帘 i1.0 手动通风扇反转 q0.4 热风机启动 i1.1 手动热风机启动 q0.5 冷风机启动 i1.2 手动冷风机启动 q0.6 加热器启动 i1.3 手动加热器启动 q0.7 补光灯开启 q1.0 co2开关阀 q1.1 指示灯 3.2.2 plc内部接线图 因为plc本身受限制外部输出点的带负载能力比较低，如果直接带风机等负载输出触点容易坏，所以采用交流接触器作为接触原件，来间接的控制电动机等设备的启停以及它们的正反转。阻容吸收电路组成是由一个500ω和一个0.1μf /400v的电容串联而成。
em231具有四路模拟量输入，电流、电压都可以是它的输入信号，电流对于噪声敏感度不高，所以选用4到20ma的电流作为传输信号，同时还可以避免传输线路的损耗。电流在输入时进入端需将“r”与“+”短接，流出端为“-”，并将sw1、sw2、sw3三个开关分别设定为“on”、“on”、“off”。em231的接口电路图如图3.4所示 图3.4 em231的接口电路图 3.2.3 模糊控制器设计原理 模糊控制器本身存在一个知识库一般是由两部分组成，一部分是数据库一部分是规则库，数据库是历史数据的集合，而规则库是根据人们对于温室温度控制的经验而建立，能够做出像人们对于温室控制的一种直觉推理，从而做出规则控制。信号进入模糊控制器后会进行模糊化处理在以知识库作为参考依据的前提下对信号做出处理。最后反模糊化是把输出的模糊输出量转变成实际输出量，最终为系统有效的控制温室内的温度提供最先一步的处理。模糊控制器原理图如图3.5所示 图3.5 模糊控制器原理图 3.3 系统执行部分设计 系统执行部分一般可以分为两部分，一部分是可以进行正反转的电机设备，另一部分是开关控制的开关类设备。
3.3.1 正反转部分设计 正反转设备有侧窗电机、连续开窗、遮阳系统等，由于系统的要求它们使用的电机功能参数相差不大所以可以使用同一种正反转电机。
正反转电机有两种一种是碧凯公司wn系列电机另一种是德国福玛特公司的hj系列电机。
碧凯公司wn系列的减速电机输出转速：6.9～460r/min 输出转矩：高至1500nm 电机功率：0.12～4kw 安装形式：底脚安装法兰安装。
德国福玛特公司的hj系列电机采用高精度齿轮，并配有油封防止进水，o型环密封式齿轮箱，采用润滑脂浴润方式，具有噪音低，使用寿命长、体积小、功率大等特点。减速范围比较宽广，减速比1：3～1:1500。减速电机输出转速：4.0～290r/min 输出转矩：高至1300nm 电机功率：0.12～4kw 安装形式：底脚安装法兰安装。
根据本文设计系统的要求和实际情况我选择碧凯公司wn系列电机，它的性能更加强大性价比比较高。
由于正反转电路的控制电路相差不大，现在以遮阳系统为例做出系统控制电路介绍。
遮阳系统电路中的热继电器fr2是电机的过载保护，主要当遮阳系统因为外界原因关闭不了或打不开的情况。熔断器fu2起到过电流保护的作用。而km3、km4在电路中起到控制电机正转与反转的功能。遮阳系统主电路图如图3.6所示。
图3.6 遮阳系统主电路图 3.3.2 开关类设计 加热器、热风机、发光体、冷风机等属于开/关设备，它们控制电路大体相同，所以现以热风机为例，做以下介绍。
热风机主要的功能是控制电机的通断电来实现，、继电器来控制风机，由热继电器、熔断器来实现电路中的短路保护、过载保护、过流保护。热风机系统主电路图如图3.7所示 图3.7 热风机系统主电路图 3.4 系统主电路图 系统主电路硬件中天窗电机、侧窗电机、遮阳电机功率有所不同都同意配有限位开关，然后通过电机的正转，反转及停止来完成相应的功能的开启及闭合。所以它们的主电路都是相似的。传感器、微雾加湿器、热风机、湿帘风机、湿帘水泵、补光灯都是输入开关设备。在系统接线图中qk是闸刀开关作用是控制整个主电路的启停,qf1-qf8为断路器起到保护线路和电机作用，fu1是熔断器起到保护电路短路或过载的作用。fr1-fr8是热继电器主要是对电机起到过载保护的作用，km1-km13是交流接触器主要作用是控制电机的正反转、启动、停止和其余设备的开关。系统主电路图如图3.8和3.9所示。
图3.8 系统主电路图 图3.9 系统主电路图 第4章 系统软件方案设计 4.1 step7 micro/win软件简介 step7-micro/win编程软件功能强大同时连接方式也比较简单利用一根pc/ppi电缆就可以建立起计算机和plc之间的通信关系。这是一种单主站通信方式，不需要其他硬件设备，在加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作，是西门子plc用户不可缺少的开发工具。step7-micro/win主界面如图4.1所示。
图4.1 step7-micro/win主界面图 4.2 step7-micro/win编程软件主要功能 step7-micro/win编程软件可以实现以下功能。 （1）当脱机（离线）是可以创建用户程序，修改和编辑原来的程序。
（2）当联机（在线）时可以对与计算机建立通信关系的plc直接进行操作，如上载、下载组态数据和用户程序等。 （3）可以在编辑程序的过程中同时进行语法的检查。 （4）对用户程序可以进行加密处理和文档管理等功能。
（5）可以设置plc的参数、工作方式和运行监控等操作。 4.3 step7-micro/win编程方法 由于在使用step7-micro/win编程软件编辑程序的过程太过于繁琐，所以在此只能做出简单介绍。
（1）首先我们先打开step7-micro/win编程软件，进入主界面。
（2）我们单机浏览栏中的程序块按钮，这样我们就进入了梯形图编辑串口。
（3）在编辑梯形图的窗口中需要我们把光标定位好。（我们即将输入编程元件的地方）
（4）这是我们可以直接在指令栏中找到我们所需要的指令直接点击，这样我们所需要的指令会直接插入到我们光标所在的位置。例如我们点击常开触点指令。这时梯形图窗口中就会有常开触点的指令，还需要在？？？处输入i0.0。常开触点指令如图4.2所示。
图4.2 常开触点指令 4.4 plc系统软件介绍 （1）系统自动/手动切换 i0.1是启动开关，i0.0是自动/手动切换控制，q1.1是控制灯，当i0.1=1，q1.1得电，这时i0.2是停止开关，i0.0=0，i0.1=1时，中间继电器m0.1得电，系统选择的运行方式为手动模式。i0.0=1，i0.1=1时，中间继电器m0.0得电，系统选择的运行方式是自动模式；
系统自动/手动切换梯形图如图4.3所示。
图4.3 系统自动/手动切换梯形图 （2）系统温度控制 系统运行方式为自动模式时，温度传感器把监测到的环境信号输入到模糊控制器中，模糊控制器做出比较输出给mcgs组态，mcgs组态把信号输入给plc，plc将温度传感器检测到的值aiw0与设定值“25度”进行比较，aiw025时，中间继电器m0.2得电，启动降温设备；
当aiw025时，中间继电器m0.3得电，启动升温设备。系统自动温度控制梯形图如图4.4所示。
图4.4 系统自动温度控制梯形图 系统的运行方式为手动模式时，直接通过按钮进行控制就可以了。系统手动温度控制梯形图如图4.5所示。
图4.5 系统手动温度控制梯形图 自动模式下，温度传感器测量的值高于设定的值时，中间继电器m0.2会得电这时控制通风扇正转，手动模式下，将单刀双掷开关拨至“通风扇正转”，中间继电器m0.4得电，通风扇正转。系统通风扇正转梯形图如图4.6所示。
图4.6 系统通风扇正转梯形图 通风扇反转的原理与通风扇正传原理相同，这里就不多做介绍。系统通风扇反转梯形图如图4.7所示。
图4.7 系统通风扇反转梯形图 系统运行方式是自动模式下，温度传感器测量的值低于设定的值中间继电器m0.3得电，热风机启动；
手动模式下，按下热风机启动按钮，中间继电器m0.6得电，热风机启动。系统热风机启动梯形图如图4.8所示。
图4.8 系统热风机启动梯形图 系统运行方式为自动模式时，温度传感器测量的值高于设定的值时，中间继电器m0.2得电，冷风机启动；
手动模式下，按下冷风机启动按钮，中间继电器m0.7得电，冷风机启动。系统冷风机启动梯形图如图4.9所示。
图4.9 系统冷风机启动梯形图 系统运行方式是自动模式时，温度传感器测量的值低于设定的值时，中间继电器m0.3得电，加热器启动；
手动模式下，按下加热器启动按钮，中间继电器m1.0得电，加热器启动。系统加热器启动梯形图如图4.10所示。
图4.10 系统加热器启动梯形图 （3）系统光照控制 系统的运行方式是自动模式时。光照传感器将测得的模拟量通过模拟量输入模糊控制器中，模糊控制器做出比较输出给mcgs组态，mcgs组态把信号输入给plc，plc将光照度传感器检测到的值与设定值比对，当aiw020时m2.0得电，不启动补光设备；
当aiw220时m2.1得电，启动补光设备。系统自动光照控制梯形图如图4.11所示。
图4.11 系统自动光照控制梯形图 系统运行方式为手动模式时，可通过控制相应的按钮进行控制。系统手动光照控制梯形图如图4.12所示。
图4.12 系统手动光照控制梯形图 系统运行模式为自动模式，光照传感器测量的值低于设定的值时， m2.1得电，遮阳帘开帘补光；
手动模式下，将控制遮阳帘开关帘的单刀双掷开关拨至“遮阳帘开帘”，m2.2得电，遮阳帘开帘补光。系统遮阳帘开帘梯形图如图4.13所示。
图4.13 统遮阳帘开帘梯形图 系统运行方式为自动模式时，光照传感器测量的值高于设定值时， m2.0得电，遮阳帘关帘遮光；
手动模式下，将控制遮阳帘开关帘的单刀双掷开关拨至“遮阳帘关帘”， m2.3得电，遮阳帘关帘遮光。系统遮阳帘关帘梯形图如图4.14所示。
图4.14 系统遮阳帘关帘梯形图 系统运行方式为自动模式时，光照传感器测量的值低于设定的值时，中间继电器m2.1得电，补光灯开启补光；
手动模式下，按下补光灯的启停按钮，中间继电器m2.4得电，补光灯开启补光。系统补光灯开启梯形图如图4.15所示。
图4.15 系统补光灯开启梯形图 （4）系统co2浓度控制 当系统运行方式为自动模式时。co2浓度传感器将测得的模拟量通过模拟量输入模糊控制器中，模糊控制器做出比较输出给mcgs组态，mcgs组态把信号输入给plc，plc将co2浓度传感器检测到的测量值aiw4与设定值“1000”进行比较，当aiw41000时，中间继电器m3.0得电，添加温室中的co2。系统自动co2浓度控制梯形图如图4.16所示。
图4.16 系统自动co2浓度控制梯形图 系统运行方式为手动模式时。可通过控制co2调节阀i1.5，进行温室大棚co2浓度的手动控制。系统手动二氧化碳浓度控制梯形图如图4.17所示。
图4.17 系统手动co2浓度控制梯形图 系统运行方式为自动模式，co2浓度传感器测量值低于设定值时，m3.0得电，打开co2调节阀添加co2；
手动模式下，按下co2添加器的启停按钮，m3.1得电，打开co2调节阀添加co2。系统co2调节阀工作梯形图如图4.18所示。
图4.18 系统co2调节阀工作梯形图 第5章 系统调试 5.1 仿真软件简介 在本次系统设计中，我采用了s7-200v3.0汉化版仿真软件进行程序的仿真与调试。
此仿真软件具有仿真大量的s7-200指令的功能，当我们输入程序进行仿真时相应的指示灯亮起，程序会在显示屏上显示程序进行状况，最终显示仿真结果。我认为这款软件完全可以作为学习s7-200的一个辅助工具。
5.2 控制程序的仿真与调试 此部分主要进行对控制程序的仿真调试，确定是否能够达到本论文设计的要求、能不能实现所想要实现的功能。其步骤如下：
5.2.1 仿真与调试准备工作 我们所采用的仿真软件没有程序的编辑功能，所以我们需要事先在step7 micro/win程序编辑软件中编辑好源程序。然后加载到仿真程序中进行后续步骤。
（1）在step7 micro/win中编辑好梯形图：
（2）利用file|export命令将梯形图程序导出为扩展名为awl的文件：， （3）如果程序中需要数据块，需要将数据块导出为txt文件：
5.2.2 程序仿真与调试 采用了s7-200v3.0汉化版仿真软件进行程序的仿真与调试，主要是为了保证系统的准确性，确保系统能够正常运行并且达到我们所想达到的目的。仿真与调试可以分为以下几个步骤；
（1）打开s7-200仿真软件，选择cpu型号：cpu226，em235，载入程序：
（2）单击“run”键，系统开始运行，观察是否相应的绿灯亮起：
（3）模拟仿真结果与控制要求完全一致，程序仿真成功：程序仿真图如图5.1和5.2所示。
图5.1 控制程序仿真图 图5.2 控制程序仿真图 结论 本次设计采用的温室大棚温控系统的核心是plc及传感器。传感器实时监测温度、湿度、co2浓度，然后信号传递给模糊控制器进行处理然后传输给mcgs组态软件，mcgs组态软件对传输来的信号显示成趋势曲线、动画演示等形式进行人机信息交互，最后mcgs组态软件把信号传输给plc，plc内部对信号做出处理得出结论从而控制设备的运转来达到控制温室大棚内部温度的功能。本设计简单易操作，成本较低，对于温室大棚的发展具有很高的应用价值。
金无足赤在本次设计中也存在很多不足之处，传感器的抗干扰能力比较弱导致输出的信号微弱影响系统的准确度，同事模糊控制器也存在一定的缺陷，综合起来不能很好地保障系统的稳定性，以后再做设计的时候要避免此类事情的发生。
致谢 转眼之间时光飞逝马上我就要毕业了。毕业论文是我毕业的主要任务之一，再做这个毕业设计期间有过欢笑也有过郁闷。这份毕业设计包含了指导老师对我的指导、同学们之间的互相帮助还有自己的努力奋斗。
在设计的最后我首先最想感谢的是我的指导老师——老师，她是一位很有责任心的良师，在她的帮助下我完成了本次论文的设计和写作。在论文创作的初期，给了我们建议让我们得以充分的了解论文写作的要求，避免的很多不必要的错误。同时她还在我论文的构思和撰写方面给了极大的帮助，也在我的论文修改方面给了很多建议，一次次审阅我的论文使我的论文不断的完善，这些都多亏了老师的教诲和辛勤的指导。
此外我还要感谢我的班主任和任课老师，他们也在我写论文初期对我的论文给出了宝贵意见，让我在写作之初就有了清晰的思路，使我的写作更加顺畅。
最后我还要感谢我的同学和朋友们，在我最感觉无助的时候，他们鼓励我使我有了新的方向给了我新的思路，对我论文的写作给予了巨大的帮助。总之我要感谢所有给与我帮助的人，是他们帮我顺利完成了系统的设计和论文的编写。
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; 毕业设计（论文）报告 题 目 基于plc自动加料机控制系统设计 学院 江苏信息职业技术学院 专 业 电气自动化 班 级 自动化171 学生姓名 蒋一鸣 学 号 1702783130 指导教师 汪倩倩 年 月 毕业论文（设计）承诺书 本人郑重承诺：
1、本论文（设计）是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研究，独立撰写而成的。
2、本论文（设计）中，所有实验、数据和有关材料均是真实的。
3、本论文（设计）中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或机构已经撰写发表过的研究成果。
4、本论文（设计）如有剽窃他人研究成果的情况，一切后果自负。
作者签名：
签字日期：
年 月 日 基于plc自动加料机控制系统设计 摘要：本设计方案是一种自动上底料系统，主要用于解决当前热电厂所采用的人工上底料的方式带来的各种问题。设备投入运行之后，可以直接解决热电厂需要人工上底料的问题，减少了底料运输过程中物料所产生的飞尘，在提高工作效率的同时，对于保护周围环境和工人的身体健康都是十分有利的。本文在对需求进行分析的基础上，进行了输送设备的选型，结合可编程控制器与继电器技术实现了上料过程的全自动控制，并对可编程控制系统的原理进行了介绍和分析。
关键词：热电厂；
循环流化床锅炉；
自动化；
plc；
变频器 design of automatic feeder control system based on plc abstract：this design scheme is a kind of automatic undercharging system, which is mainly used to solve various problems caused by artificial undercharging in current thermal power plant. after the equipment is put into operation, it can directly solve the problem that the thermal power plant needs manual undercharging, reduce the flying dust generated by the materials during the transportation of the undercharging, improve the work efficiency, and at the same time, it is very beneficial to protect the surrounding environment and the health of workers. in this paper, based on the analysis of the demand, the selection of conveying equipment, combined with the programmable controller and relay technology to achieve automatic control of feeding process, and the principle of programmable control system is introduced and analyzed. key words: thermal power plant; circulating fluidized bed boiler; automation; plc; the inverter 目录 引言 1 1自动化控制概述 1 1.1自动化控制的研究内容 1 1.2 自动化控制的研究现状 2 1.3自动化控制的发展趋势 2 2 自动上底料系统的设计方案 2 2.1 需求分析 2 2.2 系统机械本体设计方案 3 2.3 控制系统设计方案 4 3 底料输送设备选型 6 3.1 ms250埋式刮板上料机 7 3.2 th250斗式提升机 8 3.3 ls250螺旋给料机 9 4 系统硬件设计 10 4.1 plc 选型 10 4.2变频器选型 11 4.3 i/o 分配 11 4.4 外部接线图 12 4.5 设备顺序启停程序设计 13 4.5.1 顺序控制过程 13 4.5.2 流程图设计 14 4.5.3 梯形图设计 15 五、系统安装调试 19 结论 20 致 谢 21 参考文献 22 引言 循环流化床锅炉是燃煤型锅炉的一种，它具备其他老式的燃煤型锅炉所没有的优点。基于鼓泡床沸腾锅炉的原理，逐渐开发了循环流化床锅炉。这种炉子在国外发展很快。单炉蒸发速率从65t / h提高到550t / h以上。目前我国有很多可以生产循环流化床锅炉的厂家，这些锅炉的蒸发量在35t/h至220t/h之间，其中已经投入运行的是高压中温锅炉，这种锅炉的单台蒸发量超过了75t/h。
在每次点火之前，锅炉必须在炉内均匀地覆盖0至13毫米的底部材料。
底部材料主要是锅炉炉渣过滤后的筛材。自循环流化床锅炉开始投入运行以来，发电厂一直采用人工装载基料的方式进行手工包装，然后由人将袋装物料运输到高约3.5米的锅炉中。这种方式导致工作效率很低，在整个运输过程中，底料也会不可避免的产生飞尘污染环境，危害工人的身体健康[1]。为了解决上述问题，本文设计了循环流化床锅炉自动给料系统，根据系统的技术需求，进行了设备的选型，并且有机的结合了可编程控制器和继电器技术，对系统实现了全自动化控制。
本章主要介绍了自动上底料系统设计的研究背景和意义，在分析了目前所使用的国产75t / h循环流化床锅炉自动上底料系统的技术需求的基础上，提出了当前课题的研究内容。
1自动化控制概述 1.1自动化控制的研究内容 自动化控制可以直接实现预期的目标，在整个工作过程中不需要人工操作或者只需要少数人参与进来。整个控制过程由机械设备或系统直接完成，从而可以实现生产或管理的目标。随着社会的进步和科技的发展，自动化已经得到了越来越广泛的应用，逐渐渗透在了生活的方方面面。而这些自动化技术的逐步完善也很好的提高了劳动生产率，改善了工人的工作环境，减少了生产过程对于环境的污染。
机械设备、系统和生产管理过程中，自动化控制直接根据人们的需求进行信息检测，自动化处理，分析，判断和运行控制，而不需要人工或者只需要几个人直接参与来实现目标。自动化技术广泛的应用于各个领域，主要包括工农商业，军事保护，医学研究，交通运输，生产生活的各个方面。自动化技术的发展在很大程度上扩大了人体各个器官的功能，并且逐步使人们摆脱沉重的体力劳动或者复杂的脑力劳动，改善了过去人们工作的恶劣环境[2]。自动化在生产生活中的应用改善了人们的思维方式，提高了人们认识世界改造世界的能力。因此可以说，自动化是现代社会进步的重要标志，也是科技、国防、工业、国家发展的重要标准。从一个国家自动化程度的发展就可以看出国家的发展。
1.2 自动化控制的研究现状 自动化控制的发展是一个漫长的动态过程，他并非一直是静止不前的。过去人们所理解的自动化，只是通过机械的动作而不是人为的劳动来实现自动化目标或综合特定的自动化任务，而实质上这只是手工劳动，并不是代替人类劳动的想法。随着现代社会经济和科技的发展，计算机得到越来越广泛的应用，信息技术也得到了突飞猛跃的发展，现代的自动化技术已经不仅仅是可以代替简单的人类劳动。结合与计算机技术，现在的自动化已经可以实现使用机器，或者特定的计算机指令来代替或者协助人类脑力的劳动，从而真正的实现自动化。
1.3自动化控制的发展趋势 自动化控制目前正朝着更先进、更稳定、更可靠的方向发展，同时自动化生产线所面对的工艺也具有更高强度，更具有设计性的特点。在机械制造业，自动化铸造、冲压、热处理、焊接、切割、装配都已经实现了自动化，并且可以实现综合的自动化生产线，包括钢坯制造、加工、装配、检验、包装等各种工艺。自动化生产线的发展可以提高劳动生产率、提高产品的质量、提高整个生产工艺过程的稳定性，同时也有助于改善生产环境，保护员工的身体健康和防止周围的环境污染。
2 自动上底料系统的设计方案 2.1 需求分析 某煤矿火电厂共装备有两台循环流化床锅炉。在生产过程中，两台锅炉均采用刮板运输机运输。通过分析，循环流化床自动装卸系统可以充分利用刮板输送机作为将底部物料放置到锅炉底部的设备。因此，只要底部材料可以从地面传送到刮板输送机，自动上底料系统就可以实现自动装载过程。
要求设计一台锅炉自动上底料系统，主要的设备有刮板运输机，斗式提升机，螺旋给料机，料仓四部分[5]。所有的操作和控制都在主控室进行，每一个设备上都有启动和停止按钮，以及一个为plc提供输入信号的开关。
上底料系统的的控制方式采用自动连锁和手动独立两种方式。在煤炭开始或停止供应时，每台设备都遵循一定的顺序进行启动或者停止，同时在设备启动停止过程中设置合理的时间间隔。启动时间隔时间设置为十二秒，停止时的要求根据不同的设备确定，分为十秒，二十秒，三十秒三种。这样就可以确定停车之后各种设备中没有剩余的煤炭。
在实际运行过程中，当有一台设备发生故障的时候也要及时的报警并且停车，停车顺序从前往后，进给方向也就是前方的设备立即停止，后面的设备按照一定的延迟顺序连锁停车。停车之后可以选择启用备用设备，特殊情况下也可以选择两台设备交叉供电这个时候也要能显示每个设备的运行及装载情况，出现问题时及时报警并停车。
2.2 系统机械本体设计方案 通过现场测量，锅炉刮板运输机要安装在离地面高度7米的工作平台上。因此，自动化的上底料系统需要提升装置将底部材料输送到工作平台，然后通过相应的设备将底部材料从提升器位置输送。通过对现有运输设备的研究，考虑物料运输过程中存在的粉尘污染，可使用斗式提升机将底部物料从地面提升至工作平台，然后将底部材料通过埋式刮板输送机运输。在整个运输过程中，底部物料在密闭空间输送，因此大大降低了运输过程中的扬尘污染。
在地面上设计安装一个底料仓，然后将经过粉碎筛选后的底料通过叉车等存储在底料仓中。为了实现斗式提升机的自动装载，结合底部物料的特点，螺旋给料机可以用来将底部料仓出口排出的底部物料输送到斗式提升机。
通过以上分析可以确定，火电厂所使用的循环流化床锅炉自动上底料系统主要有四部分组成，包括埋式刮板机、斗式提升机、螺旋给料机和料仓。最终的底料通过埋式刮板输送机分配到炉前刮板机上进行自动加料，每台设备都采用埋式或箱式密封，这样可以很大的减少运输过程中对环境的污染，也可以保护工人的身体健康，提高周围的环境质量。
设计方案如图2-1所示。
1. 进料平台 2.料斗棚 3.斗式提升机 4.平台 5.防雨棚 6.爬梯 7.埋式刮板机 8.三角支架 9.手动顶丝闸门 10.下料漏槽 11.螺旋给料机 图2-1 自动化上底料系统设备方案 埋式刮板机:通过输送带用于在封闭的料斗中输送散装物料，输送带连接到牵引链上。输送机运输的物料中埋着牵引链和刮板,刮刀只占槽的横截面的一部分,材料占大多数的通道截面，可以水平,倾斜和垂直输送物料,在水平刮板输送中使用扁条的刮刀,松散材料可以随着刮板一起向前移动是由于，埋入材料中的链条和刮板的松散材料层之间存在着切割力，而这个切割力又大于凹槽壁松散材料阻力。此时的材料层高度和凹槽宽度的比值在一定范围内，因此材料也可以稳定地流动。
斗式提升机:通常用于各种物料的垂直输送。斗提机可按牵引式分为带式、环型和板式。考虑到国内经济水平、技术能力水平，以及结合自身使用习惯，国内的用户大多使用环链和带斗式提升机。随着使用用户数量的增加，这两种斗提机的技术发展受到越来越高的重视。高品质合金钢高圆链用于牵引组件，链轮具有可更换轮辋总成结构，使用寿命长，易更换。为了避免出现滑移或者脱落现象，提升机的下部安装有重力装置，这个装置能够保持一定的张力，使斗提机可以自动张紧。为了避免意外情况发生时对于斗提机的影响，料斗设计的具有一定的耐受性，发生故障时可以有效地保护零部件。斗式升降机适用于输送粉状、粒状、小块状、体积密度小于1.5吨/立方米的粉类研磨材料，如煤、砾石、水泥、砂粒、颗粒、肥料等。th型斗式提升机适用于各种材料的垂直传送,适合各种粉末、颗粒状和小块状材料,材料温度低于250°c在同一时间。
螺旋给料机:俗称“蛟龙”，是一种广泛应用于矿产、饲料、粮食、石油、建筑等行业的运输设备，适用于垂直、水平、倾斜输送各种颗粒状、粉末状、小批量的物料。运输的距离为两米至七十米不等，具体的尺寸可以根据要求进行定制。螺旋给料机的结构简单新颖，维修保养方便，密封性能好，各种操作指标也非常先进，因此非常适用于各种工艺设备。外部还配有防尘罩装置，在工作的过程中也能有效的保护环境和工人的身体健康。
2.3 控制系统设计方案 随着现代社会经济和科学技术的发展，对工业自动化的要求也越来越高，传统的燃煤系统只能通过控制操作面板来实现目标，这种燃煤系统是手动的，并且基于继电器。继电器的数量非常多，种类频繁，设备也非常陈旧，导致整个系统的故障率非常高[7]。当有事故发生时不利于控制，严重影响了生产[14]。而使用锅炉自动上底料系统时，以可编程控制器为系统核心，可以保证煤炭及时有序的运输，也可以保证锅炉的正常运行，在出现故障时能够自动进行检测并处理。随着现代社会的发展和自动化技术的提高，工业锅炉的规模也在不断扩大，传动的送煤技术已经不能适应现代发展的需求，因此，研究锅炉的自动上底料系统是一个非常严重，并且极具现实意义的问题。
根据需要达到的系统自动化要求，以及埋式刮板机，斗式提升机，螺旋给料机的技术参数，工作过程中可以采用继电器控制系统或可编程控制器。继电器控制系统的优点是价格低廉，电路设计简单，同时继电器的缺点也十分明显，继电器设备容易受外界的影响，使用寿命短，并且继电器的控制系统非常不易于维护，主要应用于早期的设备。
相比于继电器控制系统，可编程控制器具有更多的优点。可编程控制器的环境适应性强，具有更好的性能指标，可以适应恶劣的环境。可编程控制器以微处理器为系统核心，有机的结合了计算机技术，微电子技术，自动化技术等。另外，可编程控制器的使用寿命也很长，便于维护保养，可以适用于多种自动化控制，比传统的继电器技术具有更好的兼容性，也区别于一般的微电脑控制系统，因此，目前工业中应用的大多数是可编程控制器系统。
除去以上介绍的优点外，可编程控制器在控制中还具有重要的作用，主要包括以下几方面：
（1）
可编程控制器具有灵活的结构，不容易受环境的影响。只要在有电的情况下就可以进行可编程控制器的安装和设计。在安装完成之后可以随机的改变接口的数目。在这些因素的影响下，系统能够实现很高的工作效率，有效地防止了资源的浪费。
（2）
在传输时可编程控制器的带宽是稳定的，具有很高的传输速度，可以很流畅的在线观看dvd电影，可编程控制器能够为很多应用平台提供速度保证，主要原因在于可编程控制器可以提供高达14mps的带宽。
（3）可编程控制器的另一个优势是电力线网络现在是广泛并且无处不在的，对于高层建筑，无线网络可以在不破墙的情况下实施，但是这种操作非常复杂，并且需要部署较多的ap来满足需求。就算可以部署很多的ap满足系统的需求，在实际运行过程中也难免会产生一些信号盲区。电力线的规模巨大，相比于其他的网络，电力线的应用更广泛，在生产生活中起着最基础的作用。在实际运行中，可以很直接的把plc技术接入电力线系统中，这种技术可以给互联网带来的发展空间是巨大的，一旦该技术全面的进入商业化，互联网的普及也将开始突飞猛进的发展。最终的实现只需要用户插入电源猫，可以直接完成互联网接入，接收电视节目，拨打电话或者视频通话等功能。
（4）可编程控制器具有较低的成本。在应用可编程控制器的时候不需要布线，可以直接利用现有的低压配电设施，有效地节省了资源。使用可编程控制器不需要挖沟渠或者在墙上打洞，不会损坏公共设施或者地面，有效地节省了人力[8]。和传统的控制器技术相比，可编程控制器大大降低了使用成本，并且可编程控制器的工期较短易于管理。在带来便利性的同时也没有提高经济成本，目前接入宽带互联网的用户每月花费大约在七十元左右，这与很多地方的非对称数字用户线路也是相同的。
（5）可编程控制器的应用十分广泛。可编程控制器以电力线作为通讯载体，为宽带用户提供最后一公里解决方案，广泛的应用于居民区，办公区，生活区等各种区域，能够为用户带来很多便利，只要房间有电源，就可以实现45mbps高速上网冲浪，可以进行网页浏览，在线观看电影，视频拨号通话等各种功能。实现了数据，语音，视频，电源的融合。
可编程控制器技术目前已经广泛地应用于电力电子技术和自动控制设备，这些新技术的应用提高了劳动生产率，减轻了人工的劳动强度，对产品质量的提高也有很大帮助。而随着社会的发展及自动化控制的发展，代表现代电气技术的变频器也开始了广泛的应用。变频机具有优良的控制特性，在实现功能的同时还能节省成本，因此变频器正起着越来越重要的作用。变频器技术结合了计算机技术，相比于传统的技术，变频器技术能够更好地改进工艺流程，提高生产的自动化水平，实现绿色生产。在实际的加工过程中，变频器技术的运行十分流畅，可以实现很快的运行速度，在结合了计算机技术的基础上，变频器技术的发展已经越来越快。
通过上述的比较分析可以确定，在循环流化床锅炉的设计过程中，选择可编程控制器为核心部件，从而实现控制三台变频器实现顺序启动，逆序停止。同时也符合上底料系统自动化的要求。根据自动化系统的生产工艺流程可以确定，启动顺序为刮板运输机、斗式提升机、螺旋给料机，停止顺序和启动顺序相反，控制系统原理图如图2-2所示。
图2-2 自动化上底料系统控制原理 3 底料输送设备选型 经过以下分析可以确定，循环流化床的三台输送设备的选型结果。
在整个进料过程中，首先需要考虑的是一次进料需要的数量。只有计算出总量，才能确定每次进料过程中三台设备的总量，进而推算出所需设备的型号。综合考虑各种因素可以知道，所需要的总量比上螺旋给料机上料需要的时间可以得到螺旋给料机的输送能力，确定好螺旋给料机的输送能力之后可以确定其他两台设备的型号。为了使系统安全进行，其他两台设备的输送能力需要大于螺旋给料机的运输能力，这样才不会造成物料在其他机器上卡住，同时埋式刮板机的运输能力也要大于斗式提升机，料仓的容量要大于埋式刮板机的给料量。
其次需要考虑的是充分利用时间，尽量不要让系统有多余的工作时间，这样会造成资源的浪费，劳动生产率的降低。根据实际情况，将设备的启动时间进行优化，从而可以充分地利用每台设备。
考虑到料斗仓结构的问题，每次送料可能会不均匀，因此设备的运输能力要大于基数。通过统计和计算可以知道，循环流化床锅炉在每次点火之前需要铺设材料，铺设材料大约需要三个小时，共铺设8.64立方米的材料。因此底料装载时间设置为半个小时，其中每台输送设备的运输能力都应该在20立方米/每小时之上。在考虑了以上这些指标和每台机械设备的型号尺寸之后可以确定。运输过程中需要的三台设备型号分别为ms250、th250、ls250。这些设备的具体参数可以通过设计说明书得到。三台设备的外部都有外壳，可以有效的减少底料运输过程中对于环境造成的污染，减少了粉尘的挥发。同时还可以很好地保护工人的身体健康。
3.1 ms250埋式刮板上料机 埋式刮板机的运输过程十分灵活，根据不同输送工艺的要求，他可以单机运输，也可以和其他机器组合运输，埋式刮板机在运输时可以水平或者倾斜，它通过在矩形的外壳内移动刮板链实现运输。水平运输的情况下，刮板链条给一个压力，材料自身也有重力，这两种力的影响可以使材料在运动方向上产生一种摩擦力，摩擦力作用于刮板机的内部，从而可以保证材料各层之间的稳定性。这种摩擦力可以克服机械运动过程中外部产生的摩擦阻力，保证了材料形成整体流，这个整体流就可以在刮板机内部进行运输。
本设计所选用的为ms250埋式刮板上料机，基本介绍如表3-1所示，ms250埋式刮板上料机的二维模型如图3-1所示，其中刮板机的长度为35米。
表3-1 ms250埋式刮板上料机设备参数 名称 设备参数 型号 ms250 设计长度 m 35 输送量m3/h 36-72 输送距离m 80 刮板形式 t、u 输送角度 150 链速m/s 0.2 图3-1 刮板机示意图 3.2 th250斗式提升机 斗式提升机安装在料斗之上，当料斗里出现底料时，斗式提升机将它提升到一定的高度。主要是通过链条和顶轮实现，链条用于将底料传送到顶部，顶轮用于翻转，使提升机可以将底料倒入接收仓内部，从而实现运输[10]。斗式提升机内部一般有两条平行的传送链，上边有一对传送链轮，下边有一对反向链轮，或上边有一对反向链轮，下边有一对传送链轮。斗式提升机的外部一般有机壳，可以防止底料运输过程中粉尘的飞扬，从而减少对环境的污染。
本设计所选用的为th250斗式提升机，基本介绍如表3-2所示。th250斗式提升机的二维模型如图3-2所示，其中提升机的高度为14米。
表3-2 th250斗式提升机设备参数 名称 设备参数 型 号 th250 输送量 m³/h 31 48 料斗容量(l) 3.0 4.6 料斗型式 zh sh 斗距(mm) 500 链条圆钢直径×节距（mm) 14×50 链条环数 9 斗宽mm 250 主链轮节圆直径（mm）
520 料斗运行速度 (m/s) 1.2 主轴转速 (r/min) 44.11 物料上限块度（mm）
30 图3-2 斗提机示意图 3.3 ls250螺旋给料机 螺旋给料机的输送物料主要是飞尘状、粒装、小块状物料，在输送时可选用水平、倾斜、竖直三种运输方案，一般运输距离在两米到七十米之间。螺旋给料机的结构简单，设计新颖，操作维修也十分方便，因此广泛地应用于各种工业自动化。
本设计选用ls250螺旋给料机，基本介绍见表3-3。ls250螺旋给料机的二维模型如图3-3所示，其中螺旋机的长度为3米。
表3-3 ls250螺旋给料机设备参数 名称 设备参数 规格型号 250 螺距 250 螺旋直径 250 n-转速r/min 90 q-输送量m³/h 22 n 71 q 18 n 56 q 14 n 45 q 11 图3-3 螺旋机示意图 4 系统硬件设计 4.1 plc 选型 随着现代社会科技和自动化水平的发展，市场上出现了越来越多plc产品，可编程控制可以实现的功能也越来越完善。在进行系统硬件设计，合理的选择plc产品的型号也是非常重要的，选择合理可以提高整个控制系统的技术指标，既可以满足当前控制系统的需求，同时还可以满足未来发展的需要。在选择plc产品时，如果能够合理的考虑到以上情况，一旦未来需要来扩展内存就只需要简单的更改一个模块，想要满足增加外围的情况也只需要一个可用的通信接口。相反的，如果不能全面的考虑当前和未来的目标，所选用的plc系统可能很快就会被时代淘汰。
在考虑到自动上底料系统需要实现的功能之后，选择了德国西门子公司的s7-200型plc，他在使用时可靠性较高，可以方便的扩展，具有较灵活的使用特性，完全可以适用于一些复杂的小中型控制系统。基本的cpu单元选用cpi226，集成24输入/16输出，总共有四十个io点。在连接过程中可以扩展到七个模块，最大可以扩展到248个io点。
4.2变频器选型 作为当前社会发展最快的技术之一，变频器技术结合了电子信息技术、计算机技术以及自动控制原理等相关知识。发展的趋势已经逐步变成交流调速取代直流调速，这对于电气技术来说是一场新的历史革命。变频器的使用可以很好地改善工艺产品的质量，推动技术的进步。通过合理的选择变频器的型号，最终可以实现系统的自动化控制。该系统 3台变频器的选型如表4-1所示。
表4-1 变频器选型 电动机容量/kw 变频器型号 设备 11 omron sysdrive inverter 400 v ms250埋式刮板机 5.5 omron sysdrive 3g3m v a 4055 inverter 400 v th250斗式提升机 2.2 omron sysdrive 3g3m v a 4022 inverter 400 v ls250螺旋给料机 4.3 i/o 分配 下表所示为输入输出的接口分配。
表4-2 输入接口分配 名称 代码 总启动按钮 sb1 i0.0 手动运行开关 sa1 i0.1 自动运行开关 sa2 i0.2 刮板运输机开启按钮 sb2 i0.3 刮板运输机停车按钮 sb3 i0.4 斗式提升机开启按钮 sb4 i0.5 斗式提升机停车按钮 sb5 i0.6 螺旋给料机开启按钮 sb6 i0.7 螺旋给料机停车按钮 sb7 i1.0 总停止按钮 sb10 i1.3 刮板运输机行程开关 sq1 i1.4 斗式提升机行程开关 sq2 i1.5 螺旋给料机行程开关 sq3 i1.6 表4-2 输出接口分配 名称 代码 运输电动机 km1 q0.0 提升电动机 km2 q0.1 给料电动机 km3 q0.2 报警电动机 km5 q0.4 4.4 外部接线图 下图所示为plc外部接线图，输入输出口分别对应于相应的按钮或开关、电动机等，外部电压为220v。
图4-1 电动机外部接线图 图4-2 plc外部接线图 4.5 设备顺序启停程序设计 通过对设备的分析以及需要实现的功能，确定了如下的程序设计，其中包括顺序控制过程以及梯形图程序。
4.5.1 顺序控制过程 本节主要介绍了自动上底料系统目标动作需要进行的过程，分为自动和手动两条线路，可以分开运行也可以同时运行。如图4-3所示。
图4-3 顺序控制过程图 4.5.2 流程图设计 本节主要是根据4.5.1所设计的流程图，将各个元器件的代码代入，从而实现一个顺序启停过程。如图4-4所示。
图4-4 流程图 4.5.3 梯形图设计 根据plc各端口接线和系统预定功能，借助于plc编程软件可对plc进行编程。相应的plc控制程序如下：
network 1 ld sm0.1 or m0.1 ani m0.2 ani i1.7 ani i2.0 ani m1.4 out m0.1 network 2 ld m0.1 or i0.2 or m0.2 and i1.7 ani m0.3 out m0.2 network 3 ld m0.2 or i0.3 or m0.3 and i2.1 ani m0.4 out m0.3 network 4 ld m0.3 and i1.4 and i2.5 or i0.4 or m0.4 ani t37 ani m0.5 out m0.4 network 5 ld m0.4 or i0.5 or m0.5 and t37 ani m0.6 out m0.5 network 6 ld m0.5 or i0.6 or m0.6 and i1.5 and i2.6 ani t38 ani m0.7 out m0.6 network 7 ld m0.6 and t38 or i0.7 or m0.7 ani m1.0 out m0.7 network 8 ld m0.7 and i1.6 and i2.7 or i1.0 or m1.0 ani t39 ani m1.1 out m1.0 network 9 ld m1.0 and i2.2 or m1.3 ani m1.0 out m1.3 network 10 ld i2.5 or i2.6 or i2.7 out m0.4 network 11 ld m0.1 and i2.0 and i1.7 or i0.1 or m1.4 ani m1.5 ani i2.0 ani m2.3 ani m2.6 out m1.4 network 12 ld m1.4 and i2.4 or i0.3 or m1.5 ani m1.6 out m1.5 network 13 ld m1.5 and i1.3 and i2.5 or m1.6 ani t37 ani m1.7 out m1.6 network 14 ld m1.6 and t37 or t4 or m1.7 ani m0.1 ani t41 out m1.7 network 15 ld m1.4 and i2.4 or i0.5 or m2.0 ani m2.1 out m2.0 network 16 ld m2.0 and i1.4 and i2.6 or m2.1 ani t38 ani m2.2 out m2.1 network 17 ld m2.1 and t38 or i0.6 or m2.2 ani t42 ani m0.1 out m2.2 network 18 ld m1.4 and i2.4 or i0.7 or m2.3 ani m2.4 out m2.3 network 19 ld m2.3 and i1.5 and i2.7 or m2.4 ani t39 ani m2.5 out m2.4 network 20 ld m2.4 and t39 or i1.0 or m2.5 ani m0.1 ani t43 out m2.5 network 21 ld i2.5 or i2.6 or i2.7 out m0.4 end 五、系统安装调试 使用micro/win32软件输入梯形图后，编译、连接、检查无误后下载入plc之后打开模拟坚实按钮，观察程序运行。
i0.0得电、中间继电器m0.0得电并自锁、q0.2得电并自锁；
i0.4得电、q0.2被断开、q0.0得电并自锁、q0.3得电并自锁；
i0.2得电、q0.0失电断开；
i0.5得电、q0.1得电并自锁、中间继电器m0.1得电并自锁，使得开通延时继电器t37得电并开始计时；
i0.3得电、q0.1失电断开、并使得q0.2再次得电运行；
t37计时到后、断开q0.3、并断开自身计时回路；
i0.1得电、中间继电器m0.0被断开、既i0.3得电后无法启动q0.2。
上述过程中利用plc开关量与软件模拟实际流程运行过程。程序完成指定设计要求，能较好的完成工程任务，调试成功。
结论 锅炉自动上底料系统在实际的工业自动化控制中具有很高的实用价值，目前只是采用可编程控制器和继电器技术对于控制系统进行了改造，随着自动化技术的发展，单机和整机容量的扩大，自动化上底料系统也在不断优化，主要体现在规模的逐步扩大、自动化程度的提高，控制器技术的发展等几方面[12]。目前该系统可以达到的优点如下所示：
（1）结合现代自动化技术，很好的实现了自动上底料，解决了工人劳动强度大的问题，并且提高了生产的效率，为企业可以带来很高的经济效益，对于自动化控制的发展也具有很高的纪念意义。
（2）在系统的智能化和自动化方面，融合了plc技术和变频器技术，实现了整个系统的全自动控制。
（3）系统中每台设备均采用埋式或箱式密封，减少了底料运输过程中对于外部环境的污染，有效地防止了粉尘的挥发，同时也减少了粉尘对于工人身体健康的危害，真正实现了清洁能源的要求。
致 谢 从不了解写论文过程到顺利完成本论文的过程中，在这个过程中收获来很多。虽然在进行写作论文的过程中遇到了很多的问题，在老师细心的指导下和同学的帮住下最终完成了论文写作的任务。开始对于论文的构思不够了解，通过在知网上进行查阅大量的资料并且对于这些资料的数据进行总结和分析，使我对于该论文的具体的写作的构思有所了解。尤其是对于我的论文指导老师感谢，在论文写作的过程中给于了我很大的帮助，没有她对我进行了不厌其烦的指导和帮助，是其孜孜不倦的为我指导论文写作，直到我顺利的完成论文写作，在这里我对于我的老师以及帮助过我的同学深深的由衷的感谢。
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