第一篇：研究PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用
研究PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用
摘要：在目前的全自动化生产中，工业机械手在大量的环节中都占据着不可替代的位置，其中，PLC控制的工业机械手由于其自身自带的很多优点在实际生产中被越来越多的使用，本文将从对PLC对工业机械手的控制系统、其软硬件结构的设计方法的探讨等方面来阐述PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用。
关键词：PLC控制；工业机械手；自动化 引言：
工业机械手作为一种能够代替人们进行危险、繁重的工作的现代化工业装置，近年来被大量应用在各种专业领域，如电焊、烤漆、机械制造等，甚至在航空航天业都有它被大量使用的影子，它能按照人们设置的程序不断地进行几乎无差错的工作。人们对机械手的控制既可以通过单片机，也可以通过PLC系统来实现，但是相对与单片机来说，PLC所需的电压比较低，驱动电流也较小，并且抗干扰能力更强，稳定性、可靠性更高，再加上其自带非常丰富的IO接口而被人们广泛的使用，但是其相对应的技术要求也较高，这就要求我们的广大操作人员要积极提升自己的业务水平和经验，从而才能对该系统控制的机械手有更深入的了解，更好地利用PLC系统的性能来控制工业机械手。
一、机械手的工作要求
机械手基本工作要求是首先机械手要从工作台一上方启动下移，当移至工作台一上的物件时，停止下移，接着，夹紧物件，然后上移，移至启动位置后向工作台二方向移动，移至工作台二上方时，停止移动，然后机械手下移，移至工作台二上时松开机械手将物件放在工作台二上，再然后上移，移到工作台二的正上方，接着向工作台一的方向平移，直至回到原来的位置，形成一个工作循环[1]。
二、机械手工作的原理
图
一、机械手的工作原理
其工作原理如图一所示，开始时机械手在工作台一上方，当机械手需要下移时，按下开关，电磁铁5YA被通电，机械手被打开，接着2YA通电，机械手在气缸5的活塞带动下下移，当机械手移动至工作台一上的物件旁时，自动压到限位开关，2YA被断电，机械手停止移动，5YA断电，机械手合拢夹紧物件，夹紧后1YA被通电，机械手在活塞带动下上升至原位置，当移动至原位置时，自动压到限位开关，1YA断电，上升停止，与此同时3YA被通电，机械手在气缸11的带动下平移，当移动至工作台二的上方时压到限位开关，3YA断电，机械手停止移动，然后2YA被通电，机械手开始下移，下移至工作台二上时，压到限位开关，2YA停止通电，机械手停止下移，然后，5YA被通电，机械手在气缸17的带动下被打开，物件被放在工作台二上，然后1YA通电，气缸5的活塞带动机械手上升，上升到位是自动压到限位开关，1YA停止通电，机械手停止上升，接着电磁铁4YA通电，机械手向工作台一方向移动，移动至原位置时，压到限位开关，4YA被断电，机械手停止移动，机械手就完成了一次循环作业[2]。图中单向节流阀４、６、１０、１２、１６、１８能有效提高气缸动作时的速度的稳定，液控单向阀３和７则可以防止在机械手停止时发生上下漂移的现象。
二、PLC对工业机械实现控制的原理
图
二、PLC控制的具体流程图
我们根据上述对机械手工作的要求，可以制定出PLC控制的具体流程图，并规定系统中的输入输出点数，本文讲述所采用的是日常实际使用中被使用最广泛的ＦＸ２Ｎ－４８ＭＲ型ＰＬＣ，该型号的PLC系统可靠性和抗干扰能力都相对较强，特别是其编程要求相对较简单，控制系统也能在使用中随时可变的优点而被众多使用者喜欢[3]。
三、PLC对工业机械手控制的软硬件设计
（一）PLC系统的硬件要求。PLC系统对工业机械手实现控制的过程中，PLC对机械手控制的接口全部采用的是触摸屏控制，极大的方便了我们的使用人员，降低了工作难度，节省了大量的IO口连接，在工作时只要把PLC系统通上电源，并装载好所有所需的程序在控制器中，通过触摸屏来操作就能完成大部分的工作，但这同时也要求我们的工作人员文化知识水平要足够，能够正常理解并使用触摸屏来控制机械手的运作，并积极提升自己的业务和经验，当仪器损坏时，要利用仪器工作原理来关停仪器以免对仪器有损害，以便仪器的维修。同时我们也应该看到，触摸屏控制器相比从前的机械式控制器有了很大的提升，极大的提高了工作效率和维修频率。
（二）PLC系统的软件要求。由该系统控制的机械手运动的顺序性很强，第一步完成以后采取进行下一步，所以编程设计都相对比较容易，可提前将程序写入控制器来进行控制。
四、结束语
工业机械手在现代自动化生产中发挥着及其重要的作用，它是不可替代的，帮人们完成了非常多人们几乎无法完成或非常危险的工作，而在未来发展趋势中，电气化一体是不可避免的，所以就要求我们的设计人员和工作人员提升自己的水平，对基础知识要熟练掌握，与此同时多接触最新的技术甚至是想法来提高对电气化发展的认识，只有这样才能紧跟时代潮流，对自己所设计和使用的电气化设备有新的认识并在使用时熟练掌握其使用技巧，随时应付其突发状况。在对PLC系统控制的工业机械手进行调试过程中，应先延长其定时器时间，待对整套系统流程控制无误之后，再缩短其控制时间，提高它的运行速度。
参考文献
[1]张劲.基于PLC的工业机械手在自动化生产线中的应用[J].机械制造与自动化,2014,(4):133-134,139.[2]师亚娟,刘欣.基于PLC的自动化生产线三自由度机械手控制系统设计[J].工业控制计算机,2013,26(6):112-113.[3]张玲莉.基于PLC控制的自动识别、分拣系统设计[J].自动化技术与应用,2010,29(5):110-111,122.[4]王思婷.西门子PLC自动化生产线[J].青年与社会,2014,(2):257-258.
第二篇：PLC在物料搬运机械手控制中的应用
引言
机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线[1>。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。物料搬运机械手结构
如图1所示，物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放(如图1中，长、短工件各放一边，以4个为一组进行堆放)，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。
图1 物料搬运机械手装置结构示意图 机械手控制系统组成
由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用PLC作为核心控制器，上述各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作(如图2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。
图2 基于PLC的机械手控制系统硬件原理图
步进电机选用深圳白山机电公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步进电机，最大扭矩:12Nm;保持转矩:13.5Nm;额定电流4.2A。步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。为此，我们仍选择白山公司与BS110三相混合式步进电机配套的Q3HB220M等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与FX2N系列PLC配套的脉冲发生单元FX2N-1PG作为步进电机驱动器的控制单元[2>。PLC通过扩展电缆、控制信号以及FROM/TO指令对1PG进行控制，向1PG发出定位命令，然后由1PG通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲(最大100KPPS)来具体执行这个定位命令，从而最终实现PLC对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性, 又便于控制程序的编写。
在图2中，FX2N-1PG的FP和RP分别与步进电机的DR-和PU-端子相连，表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。1PG的DOG端为确定步进电机原点位置时所用。在调试时，当步进电机接近原点位置时，应通过此端对应的按钮接通24V电源，从而使步进电机开始以原点返回速度(爬行速度)转动，以便在到达设定的原点位置时方便于PG0端的控制。PG0+和PG0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信号，需外加一个5V电源，正端接PG0+，负端通过开关K与PG0-相连。当步进电机在DOG信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时，可通过手动或行程开关触发PG0+和PG0-，使两端接通5V电源，于是电机停转，并将原点位置记录下来，存贮在1PG的BFM#26和#27这2个寄存器中，作为PLC对步进电机进一步控制的基准和重要参数。
气动比例伺服控制系统采用德国Festo公司的相关产品，主要由HMP坐标气缸、伺服定位控制器SPC200以及与之配套的内置位移传感器MLO-POT-0225、气动伺服阀MPYE-5-1/8-LF-010-B和伺服定位控制连接器SPC-AIF-POT等装置组成。在图2的控制系统硬件接线中，主要涉及其中SPC200的DIO数字量I/O模块的接线[3>。从该图中可见，一方面PLC通过输出端Y0-Y3控制SPC200的定位指令(Record Select工作方式)记录号选取，并通过Y6启动伺服定位;另一方面SPC200又通过定位任务完成信号Q0.4(MC-A)将定位执行情况反馈到PLC的输入端X12，以便于PLC 的程序控制。
在滑块气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，并结合步进电机和气动伺服的启停信号，在PLC的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。控制系统PLC程序设计 4.1 步进电机初始化控制程序
PLC与1PG间通过FROM/TO指令进行联系。通过TO指令，PLC将控制命令及参数写入1PG的缓存，而在1PG控制下，步进电机的运行状态则由PLC通过FROM指令读入，以便程序处理。在图3所示的部分步进电机初始化程序中，PLC一旦通电运行，便在每一个循环执行周期中将其M0～M15寄存器的内容写入1PG的操作命令缓存“BFM#25”中，控制1PG的工作。同时，PLC还不断从1PG的“BFM#28”、“BFM#27”和“BFM#26”缓存中读入步进电机的运行状态和当前位置值，以便在逻辑控制中通过对这些输入值的处理来进一步控制机械手的动作。
图3 步进电机初始化控制程序
按设计要求，同类型工件每4个为一组放置，两种工件各自的堆放顺序不能互相干扰。因此，同类型的4个工件搬运为一个基本循环，在各自的工件循环中分别设置了相应的工件计数标志位。
4.2 机械手综合控制程序
综合前述的步进电机和气动伺服控制技术，同时结合对垂直手臂滑块气缸、气爪的控制要求, 下面给出机械手完成一次定位并抓取工件的部分PLC程序(如图4所示):
图4 机械手综合控制程序
该程序表明:当工件分拣加工完毕后，机械手首先转动一定的角度指向取工件位置，待步进电机定位结束后，垂直手臂滑块气缸活塞落下，然后水平手臂气缸在气动伺服控制下伸出设定的定位位移。定位位移是由PLC的输出端子(Y2～Y0)控制SPC200输入端子(I0.2～I0.0)的状态来决定的，如附表所示，从而实现了PLC对气动伺服定位的控制。当气动伺服定位结束后，气爪动作,夹紧工件。后续的搬运和放置工件的控制程序原理与之类似。
附表 PLC输出端子与SPC200输入端子接口状态对应表结束语
上述针对机械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制装置的特性，结构紧凑、控制可靠，目前在现场运行良好。作为一个相对独立的PLC控制系统，它还可以通过RS-485总线或CC-Link总线与生产线上的其它PLC及控制器组成工业控制网络, 实现更进一步的自动化生产控制。
参考文献
[1> 张建民.工业机器人[M>.北京:北京理工大学出版社,1996.[2> 三菱公司.FX2N-1PG PULSE GENERATOR UNIT USER’S MANUAL[Z>.2003.[3> FESTO公司.Pneumatic positioning system Smart Positioning Controller SPC200 Manual[Z>.2002
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第三篇：传送带工业机械手的PLC控制课程设计
工业机械手的PLC控制
一、课题概述（1）机械手作用
工业机械手的任务是搬运物品，要求它将传送带A上的物品搬运到传送带B上，由于传送带A、B都按规定的方向和规律运行，故可将物品春送到指定位置.传送带A为步进式传送，每当机械手从传送带A上取走一个物品时，该传送带向前步进一段距离，将下一个物品传送到位，以便机械手在下一个工作循环取走物品。机械手按照规定的动作，将传送带A上的物品搬运到传送带B上。传送带B是连续运转的。（2）机械手操作流程
工业机械手工作流程如图所示，其工作过程说明如下：
三、方案设计与论证
用三菱FX软件编写程序，画出SFC图，编写相应的内置梯形图，写入PLC，运行监控，按照输入输出模块连接开关和二极管。通过按键开关，按照设计要求步骤控制程序步进运行，通过二极管发光表示机械手的电动机控制。实现任务要求。
1、I/O地址
X0：启动按钮 Y0: 机械手工作指示 X1：停止按钮 Y1：传送带B X2:单步/连续控制开关 Y2：传送带A X3：机械手下限位开关 Y3：控制右旋 X4：机械手上限位开关 Y4：控制左旋 X5: 机械手左旋限位开关 Y5：机械手上升 X6: 机械手右旋限位开关 Y6：机械手下降
X7: 机械手夹紧限位开关 Y7：机械手夹紧/放松 X10:传送带A向前送物控制信号 X11:机械手手动上升 X12:机械手手动下降 X13:机械手手动右旋 X14:机械手手动左旋
X15:机械手手动夹紧/放松
2、系统的PLC I/O地址分配表
3、画出PLC 的I/O硬件接线图
4、指令表程序
5、梯形图
四、上机调试程序（验证能否完成功能，写出过程）操作步骤： 连动部分：
1、按下X0（P01）启动按钮，机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B开始运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手从右下限位开始上升Y5(ZJ6)灯亮
2、按下X4(PS4), 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始左旋Y4(ZJ5)灯亮
3、按下X5(PS5), 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始下降Y6(ZJ7)灯亮
4、按下X3(PS3)、X10(TD), 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，传送带A启动Y2(ZJ3)灯亮
5、按下X7（HL2），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手上升Y5(ZJ6)灯亮
6、按下X4(PS4), 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始右旋Y3(ZJ4)灯亮
7、按下X6（HL1）, 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始下降Y6(ZJ7)灯亮
8、按下X3(PS3), Y0机械手工作指示(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始抓物Y7(TL4)灯亮 点动部分：
1、按下X2（PS2）、X0（P01）、X11（P02），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手上升Y5(ZJ6)灯亮
2、按下X14（P05），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始左旋Y4(ZJ5)灯亮
3、按下X12（P03），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始下降Y6(ZJ7)灯亮
4、按下X10（TD），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，传送带A启动Y2(ZJ3)灯亮
5、按下X15（P06），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始抓物Y7(TL4)灯亮
6、按下X11（P02），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手上升Y5(ZJ6)灯亮
7、按下X13（P04），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始右旋Y3(ZJ4)灯亮
8、按下X12（P03），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始下降Y6(ZJ7)灯亮
五、结论与心得（设计中遇到的问题，如何解决的，有何收获）
我们持续一周的关于工业机械手的PLC控制的课程设计已经结束了，通过此次PLC程序设计实践,我实在是获益不浅!PLC是今年刚接触的一门新课，刚开始对这门课程很感兴趣，可是学起来的时候感觉有点难度，所以学起来有点畏惧感，以致没怎么学好！每次上实验课的时候，虽然都是尝试着去操作，可还是只会简单的输入程序。我知道PLC程序设计是一门重要的基础课程，是数据结构，操作系统，数据库原理和软件工程等后继课程的基础。适用于大型系统软件和应用软件的开发。而此次课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，当今PLC应用在生产生活中可以说得是无处不在，因此作为二十一世纪的大学来说掌握PLC技术是十分重要的，例如，这次的实训内容是工业机械手的PLC控制设计。通过这次实训，我了解到了很多关于PLC程序设计方面的知识，如：工业机械手的PLC控制，这就是PLC的一个应用领域，在这次的实训中，利用PLC相关知识，将工业机械手PLC的硬件图、IO表、流程图以及梯形图编辑出来，然后在计算机中进行模拟，让我们目睹了这一模拟过程，使我们进一步认识到PLC的重要性。虽然在这次实训过程中我也遇到了很多难题。但在通过查阅资料，以及向同学请教后，也终于成功的运行了课程设计所要求的程序。有许多东西，许多事，不是想像中的那么容易，不去实践，永远也不会有提高，尤其是学习PLC上。当然，我也学到了很多关于步进顺控指令系统中画SFC图，梯形图和调试的小技巧。如：在加停止按钮时要实现任何工作状态下都可以停止的功能则可以在主干路或则在输出线圈前串联一个X1常闭触点，那么任何时候按下X1则会使常闭断开，从而使状态断开。还有调试时为了便于观察现象和快速走完全程观察总体结构是否正确，可以将状态图中的定时器数值定为3秒左右，时间太长会浪费太多时间，太短则效果不明显误以为没有动作。还有在试验模拟前先列出I/O表及操作步骤与现象，在实验时一步步操作验证猜想是否一致，若不一致在检查错误排错，这样思路清晰也会更节省时间等等。同时，在这次课程设计的过程中，我认识到学好PLC要重视实践操作，不仅仅是学习PLC程序设计，还是其它的课程设计，以及其它方面的知识都要重在实践，不能只是学习和重视书本上的理论知识，所以日后在学习过程中，我会更加注视实践操作，使自己更好地学好PLC这门课程.六、参考文献
1．电气控制与可编程控制器应用技术（第2版）郁汉琪
2．百度文库
3．三菱FX系列可编程控制器
第四篇：PLC在光源机械上泡机械手控制中的应用
题目：光源机械上泡机械手的PLC控制系统设计
一、控制要求：
在光源机械中，上泡机械手的功能是从间歇运转的上泡盘上抓取泡壳，并将其送到运转的封口机上。为此，上泡机械手在一个工作循环中需要完成上升与下降、左旋与右旋、抓泡与放泡等一系列动作。
在自动化生产线上，工作开始后，上泡机械手在一个工作循环中需要按顺序依次完成以下动作：上升、左旋、下降、抓泡、上升、右旋、下降、放泡。采用PLC实现机械手运动的自动控制，需要设置检测各步动作是否到位的传感器，并确定从一个工步到下一工步的转步条件。
二、课题要求：
1．根据设备工艺要求，制定合理的设计方案；
2．确定输入/输出设备，正确选用PLC；
3．PLC I/O点分配，并绘制I/O接线图以及其它外部硬件图；
4．绘制系统功能表图；
5．设计梯形图并模拟调试；
6．正确计算选择电器元件，列出电器元件一览表；
7．课程设计的心得；整理技术资料，编写使用说明书。
第五篇：工业控制与PLC应用总结
工业控制与PLC应用总结
经过一段时间的学习、使用，对可编程逻辑控制器（PLC）在工业领域中的应用有了比较深刻的理解，PLC为我们实现某种流程或过程的自动化搭建了一种控制系统硬件平台，其实际上与传统的DCS系统已经没有严格的区分，是工控领域中最基本、最常用的控制设备，也是我们最应该会使用的一种控制器。
从本质上讲，PLC仅仅是实现控制目的的一种工具，一种具有特殊功能和特点的工具，工具本身的使用方法很简单，大部分功能通过“傻瓜式”的组态设置而实现，重要的是在使用此工具完成某种任务的过程中所体现的思想和技巧。我认为实现一台机器自动化的过程，就是赋予此机器“灵魂”的过程，而PLC是我们赋予机器灵魂的工具，“灵魂”即是在实现工艺要求的控制程序中所体现的编程者的思想，显然，相比而言重点是“灵魂”而不是工具。
下面是我在编写程序和调试过程中的一些体会和思考，供大家参考。
一、理解工艺
实现工艺要求是控制的核心目的，因此工艺的要求即是我们编写程序的根本依据和衡量程序质量的最终标准，对工艺特点理解的深浅程度也就决定了编写程序框架的完善程度。需要强调的是，要站在控制的角度去分析工艺，要精确到每一个输入输出控制点，每一个设备的执行动作及对其他设备或动作的影响，而不是仅仅停留在宏观的、整体的流程，因为控制人员得到的几乎所有工艺流程资料都是工艺人员要求的最佳运行状况，也是所要实现的控制目的，它仅仅是一个目标状态，而要实现这种目标运行状态还需要考虑大量的非理想情况，这就需要思考在工艺流程中，哪些地方、环节会出现哪些异常情况，这些信息对于控制人员而言，算是工艺要求中的隐含信息，需要去分析寻找，分析的越细越好，总之，没有最细只有更细。
因此，理解工艺的重点就是去思考那些可能的异常情况，它与确定的工艺要求有着直接的关系，这种对工艺的认识思想是必要的。比较重要的思考方向大体有以下几点：
1、根据整体工艺和设备特点，需要将整体流程细分为哪些子工序。
2、子工序之间是否存在接口不统一的问题。
3、整个工艺中的控制难点是什么。
4、哪些设备或动作之间存在着严格的互锁，或者说是哪些动作必须考虑安全因素。
5、生产如何连续进行，需要整体考虑循环运行的状况。
以上内容仅仅列出了一部分，不容否认，对工艺特点和各种状况的思考深浅程度是和经验有关系的，应该在学习中逐渐积累经验并培养这种思考习惯。
二、顺序控制法编程
顺序控制法是相对于经验控制法而言的，使用顺序控制法编写梯形图程序的优点是逻辑缜密、思路清晰、可读性好，同时便于维护和差错修改，这种特点在工程中是非常重要的，尤其对于逻辑复杂的大型项目，没有顺序控制思想，很难实现编写高质量的程序。
其实顺序控制的原理很简单，很容易理解，即当前步有效的条件是上一步有效且满足当前步有效的其他条件，当前步无效的条件是下一步变为活动步，并且要求在程序中的某一顺序逻辑段中只有一个活动步，且步有效与否不直接对应输出，只体现工艺要求的具体执行逻辑。这种用步来体现程序执行过程的方式的特点就是逻辑非常清晰。然而需要指出的是，只分析两步之间的顺序控制并不能完整体现顺序控制法的好处，最好便是在一个控制逻辑复杂一些的大程序中去体会这种编写方法的优点。我认为顺序控制法是一种思想，其表现形式也没有像书上所表述的那么严格，非得下一步有效即关闭上一步，或者只有一个活动步，主要还是看程序的具体内容，步是一种概念，并不一定就是指一行梯形图程序，它们之间可以理解为是本质和表现形式的关系，只要在程序中思路清晰，可以多行程序表示为一步；相反，对步的认识不全面，反而会限制编写程序的灵活性。
在阅读或调试程序中去理解顺序控制法的思想会更加深刻，否则很难体会到其优点，也很难变为自己的编程习惯，容易出现这种现象：谈及顺序控制方法很简单，但是编写梯形图程序却又体现不出这种思想。所以只看资料无助于养成使用顺序控制法的编程习惯，应该多实践和经验交流。
另外，关于程序的组织方式并不固定，有很多不同的模式，实验室以往做过的工控项目主要使用了西门子系列PLC的S7-300，并形成了统一的编程方法和模式，主要思想是：输入输出点统一映射到PLC内部存储器中，所有的输出信号以“起保停”的方式在单独的功能块中统一处理，这样也便于应用顺序控制法编写程序；在控制功能实现方式上，将整体工艺细分为不同的子工艺，即可以在手动模式下单独执行，也可以由另一程序在自动运行模式下按照某种逻辑调用。有些专业公司的编程模式会不同，也是由其编程人员在实践中总结形成的，但是，目前实验室的这种模式是相对很成熟和规范的，我们应该继续发展和完善，程序组成如图1所示，具体情况可了解实际工程案例。
输入映射自动/手动程序其他OB检修程序OB1/主程序系统功能块子程序1子程序n数据块输出程序输出映射 图1 程序一般组成内容
三、程序编写
当其他工作已经准备就绪，开始着手编程，编程期间的主要工作就是完成控制流程图绘制，写流程图的本质就是写程序，其好处就是在一段时间内集中思考如何实现工艺流程的控制要求，并以文本形式记录下来，这样便于保持在思考如何实现控制要求时的思维连续性和缜密性，同时也生成了一份控制程序详细文档，为程序的后续修改、维护提供了直接技术资料，完整的流程图应该体现控制所需的全部程序。据我了解，很多从事工控职业的控制人员并不知道流程图概念，他们是直接上机编程，问题就是程序质量比较低，也许是项目太简单，或者是工艺太熟悉，总之，给人的感觉很不正规。编写流程图是我们实验室的优良传统，其是完成工控项目的核心步骤之一，通过流程图编程也应该是工控领域的正统做法。
在工艺熟悉后，要根据具体的工艺特点划分出若干个子工艺，做到这些子工艺组合起来即是整体工艺，关于如何划分子工艺的问题，没有固定的规范，因编程者、工艺特点等而不同，但是一般而言，子工艺划分的越多，程序会越灵活，而程序越灵活，对一些条件的要求也会相应增多。因此，工艺划分的粗细程度可以视情况具体权衡。
子工艺划分完成后，可以编写与其一一对应的子程序了，细分后的子工艺对应的子程序一般不会有太复杂的逻辑，因此写起来会容易的多，子程序在整个控制程序中是一个个具体的主体程序，之所以是主体程序，是因为设备的有序运行是由它们实际控制的，自动程序也不过是组织这些子程序按照某种逻辑或时间顺序执行而已，所以子程序的编写质量对控制系统的性能十分重要。鉴于此，在写子程序时需要特别注意一些问题，主要体现在以下几点。
1、程序执行的条件
一般称为程序入口条件，考虑这一点时，主要判断依据对工艺的深刻理解，对当前子程序对应的子工艺包含哪些设备和输入输出点，是如何动作的，运行时需要哪些机构处在哪些状态，是否存在程序互锁等，必须有清晰明确的认识，在确定启动条件时一定要找到关键条件，其实关键条件的确定贯穿于编写程序的整个过程。需要强调的是要考虑其他子工艺的结束状态，如果其他工艺与当前工艺有直接关联且其结束状态不满足当前工艺的启动条件，这时要考虑如何处理，是在其他工艺结束时处理还是在当前工艺执行时处理或是其他的处理方式，依据实际情况而定。另外，需要判断子程序手动模式单独执行同自动模式调用是不是使用同一入口，有时是需要不同入口的。
2、程序的结束状态
跟入口条件类似，程序的结束状态有可能会影响到其他子工艺的启动，所以结束状态也是需要考虑权衡的，与程序执行条件类似，不再详述。需要注意的是，结束状态同样存在手动模式程序退出与自动模式程序退出是否使用同一出口的问题，根据工艺特点，有可能需要设置自动模式和手动模式从不同出口退出程序。
3、程序体编写
重要的工作是考虑程序如何处理异常情况，仅仅按照工艺流程写出程序逻辑是很简单的事情，应该考虑到各种各样的状况，而不是仅仅停留在“如果A则B，如果B则C”这样的思路上，这种逻辑是不严密的，应该考虑到所有的条件可能性并编写与其对应的处理程序，我觉得可以形象地比喻为把一个“房子”的漏洞都堵上，仅留下固定的入口和出口。
另外，写子程序时，每写一步都应该知道设备会如何动作，我觉得与其说是编写程序控制设备不如说是构思设备的工作流程后映射出程序，这样有利于考虑问题更加全面。当子程序编写完成时，其一般具有这样的特性：
（1）程序启动后退出以前，任何信号都无法再次启动它。（2）程序运行结束后，可以再次启动，或者说是可以反复启动。（3）程序运行结束后，程序内没有任何活动步。
（4）急停信号有效时，除非有特殊设置，否则必须立刻清掉所有活动步，即使有特殊设置，最终也必须清掉所有活动步，并且不影响下次启动。
（5）如果程序内存在循环，当程序停止信号有效时，若正在执行循环程序段，应该跳出当前循环程序段，执行完剩余程序后退出。
（6）至于程序的功能性，考虑到设备有可能处在任何状态下，除非出现特殊情况，否则必须在满足工艺要求的基础上，保证在程序上做到安全可靠。
以上几条特点，基本上反映了对子程序的要求，但是绝不局限于这些，所有的程序都是为工艺服务的，一切要以具体工艺而定。
子程序编写完成后，就要考虑如何使它们组合起来完成整体工艺的要求，这就需要另外编写一个程序以确定他们执行的节拍，这个程序即是所谓的自动程序，有时候也不一定单独编写一个程序块，可以在主程序中去处理，当遇到子程序较多且逻辑复杂的时候，为了使程序结构清晰一些，一般会单独编写自动程序。自动程序与子程序没有本质的区别，但是有一些特点：程序段之间往往没有严密的顺序逻辑，具有关键条件的单独指令比较多，没有直接的输出信号而主要是反复地调用子程序等。这时就需要整体考虑工艺流程了，比较重要的工作就是寻找流程中的一些关键条件，这也是难点，这些条件与子程序的划分有关系，如果关键条件找的恰当，在功能实现上就会容易的多，编写思路也会清晰的多。
自动程序的实现方式多种多样，某些细节体问题的处理完全取决于编程者的思想，但同时也受子程序的影响，最好由编写子程序的人员一并完成自动程序。由于工艺的不同，自动程序会体现出截然不同的特点，所以对于具体的技巧、方法问题很难概括，一般需要注意的问题有以下几条。
（1）调用子程序脉冲时序问题
也许这种问题不经常遇到，但是在编写时需要有意识地去分析，尤其对于初学者，其出现时序问题的原因会是多样的，主要存在子程序的启动条件中。比如如果某一子程序的某一启动条件同样与自动程序发出的启动脉冲有关，则容易出现时序问题，还跟此条件位在程序扫描过程中处于那一子程序的前后有关，具有不确定性，时序问题与简单的逻辑问题相比一般不容易被发现，因此写程序时尽量不要使用这种边缘的、不确定的方法。
（2）异常情况处理问题
这一点还是体现在关键条件的确定上，也就是调用子程序的条件，由于自动程序包含了所有的工艺流程，为了达到某些环节的稳定和可靠，需要考虑异常情况的处理，体现为逻辑条件往往会相对比较复杂。比如如果在执行自动程序过程中，某一工艺流程受条件限制必须结束但又没有完成相应的功能任务，造成下面的环节无法进行，可是考虑到自动程序的循环特点，在下一循环周期，没有完成任务的工艺流程会继续工作并完成功能任务，所以在这种异常情况下，需要考虑某些子程序不执行对整体程序运行的影响。异常情况可能是多种多样的，总之，希望自动程序能够自动处理并保持生产的连续性。
（3）效率问题
整体工艺流程是由自动程序调用子程序来实现的，应该尽可能地保证程序执行的紧凑性，以提高生产效率。效率问题实现起来没有难点，应该是一种意识问题，关键是要有对实际生产的理解，站在生产人员的角度考虑问题。
（4）初始化问题
自动程序运行时，必须首先对设备进行初始化操作，对设备进行初始化是基于这样一种考虑：自动运行时，设备有可能处于任何一种状态下，必须使设备回到符合自动运行条件的初始位置，这也是基于安全考虑。
（5）循环执行
关于自动程序的循环执行，不能简单地理解为“A—B—C„D—A—B„”模式，有的情况可以那样去处理，有的情况则不能那样去处理，要摆脱这种思维的限制，这种简单的理解也许可以通过一些处理解决大部分自动程序中的逻辑，但是会使程序变得很僵硬，并且不稳定不灵活，有时候这种思维也会影响子程序的编写质量，这是我个人体会。
（6）灵活性
灵活性可以理解为根据设备运行的不同状态作出不同的调整，简单地调整一些参数或设置就可以自动适应，无需修改程序本身，这种功能对实际生产来说非常有价值，实现起来相对会比较困难一些，但是是程序编写质量的一个重要标准，也应该是编程者的努力方向。
灵活性可以体现为整体程序具有可组态功能，算是一种比较新的编程思想，为了实现这种可组态功能，需要搭建一个“组态平台”，这种“平台”即是经过分析得出的所有子工艺的逻辑组合，由操作人员具体选择当前运行哪种组合，由于每个子工艺都由子程序去控制完成的，所以每种组合都一一对应着一种自动程序。
实现这种功能应该从以下几个方向考虑：
a.必须根据工艺特点在满足安全生产的条件下，统计出所有可能的运行工况。
b.子程序的调用条件必须重新考虑，因为调用条件中增加了工况组合内容。c.要保证每种组合都能顺序执行，甚至考虑组合的灵活、实时切换。d.灵活性高也一定程度上意味着可靠性低，所有尤其要思考程序的安全性。总之，自动程序运行后，整体上应该具有以下特点；
（1）自动程序运行后，除非急停信号有效，否则操作人员无法停止程序执行。
（2）自动程序运行后，为了避免不稳定因素，除非某些特殊参数，否则不应该支持在线参数修改。
（3）自动程序运行后，可以正常退出程序和自动运行模式，没有任何活动步保留，并且不能影响程序再次启动。
（4）自动程序运行后退出以前，无法再次启动，或者说再次给出启动信号是无效的。
（5）急停信号有效时，除非有特殊设置的保护条件，否则应该立刻依次清除所有活动步和状态位，并且任何时候急停后，都不能影响程序的再次启动。
（6）一次正常运行不能说明程序是稳定的，自动程序尤其具有这样的特点，至少需要连续自动循环运行10次以上。
四、关于程序运行模式和停止、急停
1、运行模式
整体程序依据调试和生产要求会设置成不同的运行模式，基本上都会设置成检修、手动和自动三种运行模式，某些简单工艺的程序也会设置为手动和自动两种运行模式，这时的手动模式和检修模式效果是一样的。
检修模式。检修运行模式下，操作人员只能操作单一的输出点对应的设备，只能一个一个地去动作控制对象。需要注意的是要考虑动作之间的关联情况，不当操作会造成事故的设备应该设置程序互锁，但也并不是互锁越严密越好，那样会影响检修操作的灵活性，如何平衡是情况而定。手动模式。手动运行模式下，可以单独启动事先编写的子程序，也就是说可以运行某一子工艺，设备会有一连串的动作按照相应逻辑在执行，在不相互影响的前提下可以同时运行多个子程序，需要根据工艺在子程序之间做严格的互锁条件。
自动模式。自动运行模式下，设备完全按照自动程序进行动作，无需人员参与。
2、停止与急停
在多种程序运行模式中，会有不同的启动、停止及急停信号，程序在不同状态下应对停止、急停信号有不同的反应，具体的实现方法不在此详述，只明确停止信号的分类、名称和停止或急停信号有效时的常规要求。
系统停止，即是运行模式的停止，包括“检修停止”、“手动停止”和“自动停止”；“程序停止”即是手动运行模式下的子程序停止；“系统急停”是程序运行中的紧急停止。可以通过以下描述来体现停止或急停信号有效时的常规要求：
（1）无论程序运行于哪种模式下，“系统急停”有效时，除非有设置的特殊保护功能，应该立刻、依次清除所有活动步和状态标志位。
（2）检修运行模式下，“检修停止”与“系统急停”的效果完全一样。（3）手动运行模式下，是否设置“程序停止”信号，取决于子程序的特点，往往在程序包含循环时设置“程序停止”，当“程序停止”有效时，要求子程序执行结束后退出，若还没执行到循环程序段，则不再体现循环特点，若正在执行循环程序段，则跳出循环，其他不变。若某个或某几个子程序正在执行，这时“手动停止”有效时，不影响当前子程序的执行，程序也不会立刻退出手动运行模式，而是等所有子程序运行结束后，才退出手动运行模式，并且在退出手动运行模式之前，无法启动其他没有运行的子程序，“手动停止”兼有“程序停止”的功能。
（4）自动运行模式下，“自动停止”有效时，与手动运行模式下的“程序停止”有些类似，可以当所有子程序运行标志位无效时退出，也可以执行完一个整体工艺流程后退出，依据具体情况而定，方式方法可以讨论，集思广益。
另外，关于“系统急停”的实现方法需要特别说明，一般而言，系统急停信号来自为了应对突发事件而设置的紧急停止按钮，因此还不能将急停的作用简单等同为清除所有活动步、输出位和状态标志位，其最终目的是设备发生异常情况时，按下此按钮使得设备、人员安全，损失最小，清除活动步或状态位只是实现设备、人员安全目的的程序变化情况之一。为了实现急停功能，主要考虑程序结构及生产工艺特点，与之对应的处理方法是使用分步急停和设置急停附加流程。
（1）分步急停。由于程序中存在运行模式的选择和嵌套调用，所以不能在同一时刻清除所有活动步、输出位和状态标志位等，这会影响下一次程序的运行，解决的方法是使用分步急停，依据嵌套顺序由里向外依次清除活动步和状态标志等。
（2）急停附加流程。考虑的具体工艺要求和实际控制对象特点，可能存在不能保证任意时刻复位所有输出位是安全的，这与上述的“设备、人员安全，损失最小”的目标相违背，所以这就需要判断急停信号有效时所处的生产阶段，根据不同阶段希望系统做出不同的反应，有时必须在急停信号清除其他所有活动步和状态位的同时适时启动急停附加流程以应对急停信号在生产的特殊阶段有效时所产生的不良后果。
五、程序调试
程序编写完成需要经过全面调试才能应用于生产，程序调试即是在保证安全的前提下，按照要求逐一检验系统功能，由于程序是第一次联机控制设备运行，这时可能会遇到各种各样的问题，所以安全因素就变得尤其重要，最基本的原则是不管以哪种方式进行调试，必须保证设备和人员是安全的。
调试应该按照从简单到复杂的顺序有序进行，按照预先制定的调试计划从控制系统接线情况到程序功能实现效果等逐一进行，具体步骤为：检修→手动→自动。除验证程序功能之外，程序调试需要做的工作和注意事项还有：
1、制定调试计划
制定调试计划是为了避免没有针对性和目的性的盲目调试，需要分析程序的关键部分并有针对性地去验证，这样可以在最短的时间内发现程序中的问题。调试计划一般包括调试时间、调试内容等，即便没有书面的调试计划，调试人员至少要有清晰的调试思路，方式方法依据个人经验和能力而定，但是应该养成制定调试计划的习惯。
2、完成调试记录
在调试过程中，需要将调试的效果和出现的问题详细记录下来，以便于继续完善程序，同时也总结了实践经验。调试记录一般包括调试时间、参加人员、调试内容及实际效果、出现的问题及原因等。
3、虽然控制台/柜在出厂之前一般已经测试完毕，但是在系统从新运行之前，必须再次测试，内容是检查所有电源线路是否存在短路情况，保证控制系统设备安全，其他信号线可以等系统运行后测试。
4、一定要和现场人员保持密切、流畅的沟通，根据实时工况合理设置参数，并且必须得到现场人员的认可后才能进行操作。
5、应该首先调试系统急停功能，系统急停有效是最基本的要求，而且要验证任意时刻的系统急停功能，要保证在调试其他功能出现异常时，系统急停的有效性。
6、调试中发现有程序编写错误或其他问题，若需修改程序，要尽量做到程序与流程图同步修改，并且务必做到程序备份，并记录备份程序的内容。
调试过程中的其他事宜会根据工艺的不同而不同，但是必须强调的是，要时刻将安全因素放在首位，要尽可能全面、完整地模拟实际生产的工况，以检验程序的稳定性、可靠性。
六、控制系统设计流程
以上内容主要是总结了在控制系统设计各阶段中需要特别注意的事项，跟实践经验的关系比较密切，下面从整体的角度概括控制系统设计的流程，其一般步骤为：
1、制定控制系统总体方案
控制系统总体方案主要是明确项目的控制功能、控制指标、工艺流程分析、控制对象及I/O点统计、需求分析、设计思路、系统总体框架、设备选型、程序设计思路、控制柜设计思路、现场布线思路和其他接口等，要以文本的形式明确以上内容。
2、绘制控制系统电气接线原理图
图纸内容主要包括图纸目录、设计说明、电机设备、电气设备、系统框图、控制柜正面组合图、控制柜电气原理图、系统DI原理图、DO原理图、AI原理图、AO原理图、仪表原理图等，要求图纸设计必须清晰、规范，是第三方加工控制柜的技术依据，也是向甲方提供的竣工资料之一。
3、绘制控制系统现场施工图
主要是依据现场实际情况，确定控制柜与现场设备之间的线缆连接情况，一般与甲方人员会商后根据现场情况确定。
4、明确控制系统采购清单
以上内容确定之后，就应该确定所有的系统材料采购清单，主要包括名称、品牌型号、单价、数量、有无附件、供货周期等。
5、编写控制系统程序流程图 其实本质是开始编写程序，不再详述
6、编写控制系统上位机设计说明书
内容是介绍上位机监控界面的设计原则，主要包括组态软件介绍、系统画面组成和画面设计风格，另外还需详细介绍操作画面的功能设置。
7、程序调试
8、整理其他技术资料
主要内容有控制系统编程资料，包括内存分配、通信设置、IO点地址分配等，除此之外，还有操作说明书和维护说明书。
以上内容主要体现了工控领域编程的大体要求以及某些工程思想，对写程序流程图、绘制电气接线原理图和编程方法、技巧等具体问题涉及不多，主要是我认为工控思想的建立比编程本身要高一个层次。总之，控制领域入门简单却又深不可测，上述有不妥、不对之处，望能给予指正，彼此学习，共同进步！
陈成瑞 2012.08.27
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