第一篇：高效含浸机的控制系统设计和实现论文
本文主要论述了设备自动化控制系统的设计、开发和实现过程，并描述控制系统中各个子系统的组成和工作原理。设计的主要目的是设计出具有自动监控和操作、封闭式液体循环、保温、自动脱液以及能循环加压控制系统。
1智能化控制流程
设备操作人员只需在开始对设备进行简单的数据调用（预先设定），点击运行，系统便能根据设定的参数，完成整个含浸。
2控制系统的组成该设备的控制系统,主要由5个子系统组成,如图2所示。每个子系统均为独立的闭环控制系统，通过主系统的触发，完成相应的操作后，发送反馈信号给主系统。每个子系统的反馈信号都包含有完成信号、状态信号、报警信号等。
2.1压力控制系统
由于含浸前和入液后，含浸的缸体必须处在负压状态，而含浸过程必须处在高压状态，以达到电解液高效渗透入铝箔纸中。因此压力控制系统必须实时监控缸体压力，并根据压力传感器的反馈信号作相应的输出响应。压力控制系统主要监控主缸的压力，主要由主缸（耐压缸）、压力传感器、真空泵和流量泵组成，主缸内的压力传感器作为输入反馈信号、连接主缸的真空泵作为负压输出源、连接主缸的流量泵作为正压力输出源（正负输出是相对当地的大气压力），组成了闭环控制系统。系统选件方面，由于压力控制的范围，负压要求要达到100Pa,而缸体的体积约为150L，考虑到抽真空效率，选用流量为28L/s的真空泵，并设计一个体积约为130L真空存储缸体，以便让主缸体更快达到需要的真空度；而正压要求达到1.2MPa，最高压力不能超过1.6MPa，选用流量为1.6L/h的流量泵，作为正压的加压源，并设有爆破片，防止因压力过大发生事故。反馈信号方面，采用一个压力传感器检测缸体压力，压力传感器能把压力值转化成电压值输出，再由PLC的模拟量模块进行采集，最后PLC根据采集回来的数据作相应的输出响应，由于缸体的压力一般呈现线形变化，这样，PLC便能实时监控压力传感器反馈回来的数据，根据反馈回来的数据的变化趋势，就能判断缸体内的各种状况（如是否漏气、输出是否正常等）。并依据这些数据作出相应的输出及提示。选用压力传感器方面，通过以下计算得出压力传感器的最小分辨率。其中压力传感器反馈的电压信号输出为2～4V值,而压力传感器最大的检测范围是0～2MPa。
2.2加热及保温系统
在含浸过程中，若电解液处在一定高温（约65℃左右），能提高电解液的渗透效果和速度。所以，必须设计一个加热及保温系统，来确保电解液的温度保持在设定温度上。该系统的硬件主要由发热棒、热电偶、传热油及保温层组成。由于不能对电解液直接加热，所以必须采用隔离加热的方式，发热棒对传热油进行加热，传热油作为传热介质，对缸体的电解液导热，达到加热及保温效果。控制方面，主要采用PLC的温控模块立缸体内的温度进行控制，发热棒作为加热源、热电偶作为反馈信号，由PLC实现闭环PID控制，能精确控制传热油的温度，从而使电解液的温度可控；并在缸体外加上隔热棉保温，使电解液的温度不易下降，起到节能环保作用。
2.3电解液循环系统
主要由主缸、储液缸、辅佐缸及控制阀门组成。由于含浸过程要经过多次换液，所以本系统能在封闭的环境下，使电解液在3个缸体之间循环或导出。这不但能节约电解液的用量，还能防止电解液在空气中挥发导致的环境污染。含浸后的电解液经过过滤导出，能再次用于含浸生产，这样做就直接降低生产成本和提高电解液的使用效率，同样有助于减少对环境的污染；而且在循环过程中，能按工艺要求在任意的循环点返回，如此可让循环多样化，不但能提高含浸质量，还能提高含浸效率。
2.4脱液系统
主要由脱液筛网、密封圈、变频器及电机组成，通过PLC的PWM输出，控制变频器的输出频率，从而控制电机转速。由于含浸后的电解液需要经过晾干，如果在含浸后直接取出晾干，由于元件会残留大量的电解液，不但晾干时间长，而且电解液在空气中挥发对周围环境造成污染，所以，在取出晾干前，直接在主缸内的筛网脱液。通过采用变频电机以多段速度带动晒网旋转，在离心力的作用，可以把残留在元件上的电解液基本除去，多段速度控制可使在旋转过程中的元件所受到的冲击惯性最少，避免元件的损伤，还有助于残留液体较好地清除，然后再取出进一步晾干，这样就大大减少了晾干的时间，而且脱液过程中被甩出来的电解液能通过主缸回收，进一步减少电解液的损耗和对环境的污染。
3结论
智能化高效含浸机解决传统人手操作含浸问题，提高含浸效率和含浸质量，由于使用了脱液和液体循环系统，从而减少了电解液的用量，节约成本及减少对人体伤害和环境的污染。在设计过程中，较难点为如何准确控制缸体压力以及当加正压时的安全性等。通过对电气件的筛选和对控制系统的优化，实现缸体压力的准确控制。
第二篇：毕业设计中期报告 丝光机控制系统设计
唐 山 学 院
毕业设计（论文）中期报告
设计（论文）题目：
丝光机控制系统设计
系 别：_________________________ 机电工程系 测控技术与仪器 专 业：_________________________ 霍海亮 姓 名：_________________________ 杨旭东 指 导 教 师：_________________________ 杨旭东 辅 导 教 师：_________________________
2010 年 4 月 29 日
一、毕业设计题目说明
本设计以PLC、变频器为核心对丝光机交进行流变频调速控制，实现丝光机自动化控制、人机交互等功能，在现场可以通过人机界面来设置变频器的运行频率、启动和停止电机，对丝光机的车速进行调整，以用于不同的布料丝光。现场的人机界面显示现场的运行状况、运行数据变频器的故障信息等，以用来提示用户。本设计适用于大型的纺织厂、印染厂对布匹的丝光过程，由于调速范围宽，调速精度高，速度稳定性好，升速、降速过程平稳，可以实现不同布匹不同速度进行丝光，扩大适用范围，节约成本，应用前景广泛。
二、设计内容
1.设计任务
控制方案：在该系统中，通过各个限位开关，触点的状态输入到PLC中，由此控制系统的运行。以组态软件和PLC通讯为基础，通过组态软件设置参数，以速度传感器的输出信号作为模拟量输入，数据经过PLC比较运算后，输出模拟信号对变频器的工作进行控制，从而实现对电动机转速的自动调整，该系统最终的目的就是为了实现生产过程的自动化控制。
主要工作内容：
(1).收集相关资料，制定总体设计方案；
(2).硬件选型，具体包括PLC的选型、三相交流异步电动机的选型、变频器的选型、速度传感器的选型以及其他电器元件的选型等。
(3).确定PLC的I/O分配方案，绘制电路图、外部接线图和控制流程图。(4).根据控制要求编写相应的程序，即梯形图。
(5).使用组态软件绘制人机界面，方便操作人员对生产过程的控制。2.预期成果
利用所选用硬件组成一套丝光机生产过程的控制系统，实现生产过程的自动化控制，并且保证设备经济合理，可以安全稳定运行。针对所设计的硬件系统及工艺要求，编制一套PLC控制程序，使硬件系统能够按照要求运转，同时，绘制人机交互界面，使操作人员能够对生产过程进行实施的监测与控制。
3.硬件系统说明 本系统采用西门子公司的S7-200系列的PLC作为本控制系统的核心控制器，所选的CPU型号为226，并充分利用了可编程控制器简捷、迅速的I/O控制和快速的模拟量与数字量的传递通信功能。根据控制过程的要求，除PLC自身所带有的I/O端口之外，该系统需要用到输入输出模块、普通模拟量输入模块EM231、模拟量输出模块EM232。上位PC机与PLC之间的通信和PLC与变频器之间的通信使用PLC自带的两个RS-485接口。系统运行数据的采集主要依靠速度传感器。控制执行器主要是系统中的39台容量不同的三相异步电动机，电动机的运转速度依靠大约10台变频器调节。系统控制框图如下图所示：
各开关触点上位机传感器PLC系统中各个变频器系统中各个拖动电机
图1.控制系统框图
4.软件部分说明
该控制系统在设计过程中，使用到了STEP 7-Micro软件和组态王软件。其中STEP 7主要用于梯形图的编写与仿真，便于程序的调试与修改，组态王用于制作人机交互界面，使操作过程更加简单直观。下图为该系统的控制流程图： 开始初始化YN空车好？YN变频器好？YN幅宽调节好？YN升速？降速YY变量每10秒加1变量每10秒减1NYN变量=设定值？变量=设定值？YY吸边器运行N1#直棍越位？1#轧车运行延时60秒60秒内2#直棍越位？NY2#轧车运行故障报警延时10秒停车制动3#轧车运行结束N3#轧车越位？YA图2.系统控制流程图A布铗主传动Y延时10秒4#轧车蒸洗N1#烘筒越位？Y烘筒运行N冷水棍越位？Y冷水棍运行N牵引棍越位？Y牵引棍运行摆布运行N落布越位？Y落布运行卷布运行结束
三、设计任务完成情况
已完成的设计内容有：
1、收集了有关资料并大致分析了丝光机的组成结构，了解了丝光机的工艺流程，在此基础上确定了用行程开关控制各个直棍、轧车等机构的运转，用接触器控制各元件的接通和断开，实现布匹丝光的自动化加工。
2、根据丝光机的工艺流程，绘制完成了控制系统框图和控制流程图，尝试用组态王模拟了丝光机的工艺过程。
3、根据本系统的控制要求，大约需要54个输入点，49个输出点，所以选用24个输入16个输出的CPU226控制模块需要扩展输入/输出点来满足系统要求。其中 , PLC的输入/输出电源选择直流 24 V ,且输入端开关器件选择其常开触点。
四、未完成的设计任务、遇到的问题及安排
1、电机和变频器的选型，还未计算出电机和变频器的相关参数，今后应查阅变频器方面的资料确定变频器的类型和型号，并进一步确定电机的型号。
2、电气接线图及系统的梯形图还未完成，主要是对一些系统的结构和工作情况不太了解，今后应参看丝光机方面书籍，熟悉相关元件的作用和电气符号，画出外部接线图。
3、编写设计说明书，相关外文资料翻译，应尽快完成系统的软件和硬件设计，然后编写设计说明书并进行相关外文翻译。
五、毕业设计中英文摘要初稿
摘要
本论文是针对丝光机的调速系统提出的。丝光机是国内纺织印染行业大量采用的印染设备，由可控硅直流调速系统实施驱动与控制，由于此直流调速系统存在诸多弊端：如维护量大、可靠性低、灵活性差、响应速度慢、电源污染大、故障停车时间长且不具备故障自检测功能，因而严重影响生产线的正常运行。本文提出了基于PLC控制的交流变频调速系统，构建了一种新型丝光织染系统。
在本系统中，为了实现能源的充分利用和满足生产的要求，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性v/f控制的通用变频器。系统中由西门子PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于STEP 7-Micro软件和组态王软件的编程采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少了软件的开发和维护。
关键词:丝光过程，PLC，电动机，变频调速
Abstract This thesis is based on the speed regulation system of the Mercerizing Machine.Mercerizing Machine is widely used in textile & Printing and dyeing industry.It is drived and controlled by Silicon Controlled Direct Current Speed Regulation System.Due to the many deficiencies of this System :such as high maintenance rate，low reliability, low agility, slow responding speed, high electricity pollution，long malfunction time, and lack of self-inspection function, the operation of this product line was severely influenced.This thesis introduces the indirect current Variable-frequency speed regulation System based on PLC, thus resulted in a new-generation mercerizing weaving and dyeing system.In this system，in order to actualize the full use of power and to meet the requirements of manufacturing, we need to regulate the rotation speed of electronic machine.And taking account of the start up，operation，regulating and trigging of electronic machine, the functional v/f controlled currency inverter is needed.In this system, the data acquisition, the control of inverter and electronic machine are accomplished by siemens PLC Programming software，STEP 7-Micro and Kingview software adopts the modularized Programming method and the mass use of code repetition which reduces the development and maintenance of the software.Key words: Mercerizing procedure，PLC，Motor，AC variable-frequency speed regulation
第三篇：科学教学设计实现高效教学
科学教学设计，实现高效教学
一、科学教学设计
所谓科学教学设计，相对与粗略、单调教学设计而言。教师经过精心策划，具体细致的总体设计，设想到各个局部可能出现情况的应对策略的教学设计。
二、高效教学特征
1.精心处理教材，设计独具匠心
高效课堂要显现个人特色的教学设计。在新课程中，教材与教参只是作为教学活动重要的参考资料，而并非唯一依据，学校和教师必须根据教学环境、学生实际，结合自身对教材的透彻理解，加以灵活的处理，设计出独具匠心的教案，才能保证教学活动的有效性和生动性。
2.体现课程理念，过程流畅自然
新课程要求教师在课堂中创设一种利于发挥学生主体性的环境，通过课前精心设计与课堂中教师的恰当引导，构建一个流畅自然的教学过程。这样的课堂教学，能让学生在不知不觉中轻松而又紧凑地参与学习与思考，较大限度地开发学生的情感、情趣等因素。3.激发学生情趣，课堂活泼有序
随着对学生主体观的重新思考与定位，高效课堂必需要看学生在课堂上的表现。好课应是教师努力创设课堂情境，激发学生的学习情趣，让学生主动参与，甚至可以议论纷纷，不断质疑。课堂教学中学生的发言声不绝于耳，教师方式多样，灵活多变地体现自主、合作、探究的特征，使课堂上人人参与，个个活跃。每一个学生都有参与的机会，都有参与的愿望，使每一个学生在参与的过程中体验学习的快乐，获得心智的发展。
4.展示教师素质，塑造教师形象
新课程的实施，向教师提出了更新更高的要求。课堂上，教师除了应组织和谐有序的秩序、表述精彩悦耳的语言、展现漂亮美观的板书、呈现敏捷准确的思维外，还必需增加课堂情况的灵活应变、网络媒体的合理使用、知识背景的广泛引用等。5.设计完美提问，思维延伸课外
这要求教师在课堂教学过程中，不仅要让学生掌握这节课的绝大多数内容，而且还要让学生能学到其他更多的内容。同时，也要让学生在上完这节课后的很长一段时间，仍然在研究那节课的内容，感觉回味无穷。并且在教学过程中培养学生主动探究的个性，使其能够主动地加入课堂教学中去。
6.拒绝形式表演，抓紧实质内容
高效课堂目的是“强调形成积极主动学习态度，使获得基础知识与基本技能的过程同时成为学会学习和形成正确价值观的过程。”教师要善于抓住教学重点、难点内容，开展“合作、自主、探究”学习。通过“自主、合作、探究”学习活动，要真正实现充分的自由交往，特别是有效交往。
7.预设课堂情境，吸引学生参与
教师在备课的时候可以预见一个师生之间思维的情景，这样的情景能够引导学生的思维逐步地走进课堂，让学生以一种高昂的情绪接受新知识。这样的情景设计得好，相当于吊足学生的胃口，会让很重要的知识使得学生能够迫不及待的掌握下来。应该能引导学生不断创设有趣的问题情境，激励学生注重参与教学过程，使学生在探索中学习，在学习中探索。高效教学课堂或者说一堂好课，上述几点不是全部具备，只要具备某几点即可。除上述特征外，教师能在课堂中恰当使用网络媒体辅助教学、精心准备并使用教学用具、设计并采用不同形式的教学方式等等，也是构成一堂好课的条件。
三、实际应用
1.一个教学设计的科学性，往往体现在细节的设计上。
如对“食盐在水中溶解了”的状态理解，可以用到对“白糖在水的状态”观察，提出白糖在水中溶解了吗？这种在概念已知前提下，用到新问题上，可以加深对概念理解，有效巩固。
如观察还不够认定“溶解”了，可用滤纸过滤，来确定是否“溶解”。这种设计比较细致，可使学生加深对溶解的理解，达到高效教学。
做了实验，学生会对实验注意事项不注意，可以呈现注意事项的问题设计。
如“做过滤实验时，为了加快过滤速度，往漏斗里的液体倒得满点，液面超出滤纸的边缘也没关系”。等等。
2.课堂新知识引出后，跟进练习内容，就是一个有科学性的教学设计，能起到高效教学目的。
如“声音的变化内容，如何区分某一活动是声音强弱变化还是声音高低变化”。同一个物体，受大小不同力后，振动快慢是不变的，振幅大小会改变。这是一个很重要的概念。
例1． 向暖瓶中倒水，瓶中空气柱会越来越小，空气柱发出时声音是（）。A.音的高低不同 B.音的强弱不同 C.同一声音
例2．在大江大河的下游和入海口往往是平原，请你说说理由。
例3．在做铁丝和塑料尺谁韧性好的实验中，其他条件都相同。当都挂1千克重物后，塑料尺下弯10厘米，铁丝下弯12厘米。去掉重物，塑料尺恢复了直条形，铁丝原来直条，现在变弯了。你认为这两物韧性好的是（）。
A.铁丝 B.塑料尺 C.不能比较
以上三题的跟进练习，对巩固知识点认识和掌握能起到较好的作用，达到高效教学目的。3.课堂巩固性是达到科学教学设计，实现高效教学的一项好手段，我们要长期应用。例1．下列说法中，正确的是（）和（）。
A.我们可以用研究固体物质是否溶解于水的方法来研究液体的情况。B.不能溶解于水的物质，肯定也不能溶解在其他液体中。C.把酱油倒进水中，能看到颜色，说明酱油在水中不能溶解。D.把白酒倒进水中，还能闻到气味，不能说明白酒在水中不能溶解。例2．两气球内各装空气与水，这时的两气球大小相同。把它们各放入两相同的玻璃杯中，如右图。用相同的力推下盖片。左图可推进的深度比右图多，右图盖片推到球时，就推不下去了。下面说法正确的是（）。
A.右图气球内装了空气 B.左图气球内装了空气 C.这时的两气球都能被压缩 例3.（1）判断题
①自行车上应用了斜面，如螺丝钉。（）②自行车上没有滑轮应用。（）③自行车后架上的弹簧夹是斜面应用。（）
（2）变速自行车中，脚蹬相连的大齿轮带动后轮上的齿轮，这齿轮越小后轮转速（）。A.越快 B.越慢 C.一样（3）变速自行车中，脚蹬相连的大齿轮带动后轮上的齿轮，这齿轮越小脚蹬用的力（）。A.越大 B.越小 C.一样
（4）脚蹬相连的大齿轮带动后轮上的齿轮，后轮上的齿轮和后轮，组成（）轮轴。A.省力 B.费力 C.不省力也不费力
第四篇：基于单片机的交通灯控制系统设计与实现
基于单片机的交通灯控制系统设计与实现
目的：本文以AT89S51 单片机为核心器件,设计了多功能交通灯控制系统。软件仿真和硬件实现的结果表明该系统具有红绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。
由于计算机技术、自动控制技术和人工智能技术不断发展,城市交通的智能控制有了良好的技术基础,各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上,增加了左转提示和紧急情况(重要车队通过、急救车通过等)发生时手动控制等功能。交通方案：东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯和一组红、绿两色的左转指示灯,指挥
车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。黄灯闪亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯闪亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间.。当发生紧急情况发生时,所有信号灯转变为红色禁行信号。当深夜时, 信号灯呈黄灯缓行信号。2 电路设计
2．1 电源电路设计
由于单片机工作时需要的+ 5V 电压,所以在设计电源电路时,需要一个电子元件能提供+ 5V电压,本文采用7805 提供5V 的电压，即在7805 的1 脚和公共接地端(即2 脚)之间接入0.3μF 的电容,在公共接地端和三脚+ 5V电压输出端之间接入0.1μF 的电容。
2.2
复位电路设计
MCS51 提供了初始化的手段。有了它可以使程序从指定处开始执行,即从程序存储器中的0000H 地址单元开始执行程序。在MCS51循环复位。只有当RST 由高电平变低电平以后,MCS51 的时钟可以由两种方式产生,一种是内部方式,利用芯片内部的振荡电路;另外一种为外部方式。本文根据实际需要和简便,采用内部振荡方式.MCS51 虽然有内部振荡电路,但要形成时钟,必须外接元件所以实际构成的振荡时钟电路.外接晶体以及电容C1 和C2 构成并联谐振电路接在放大器的反馈回路中。对接电容的值虽然没有严格的要求,但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。晶体频率可在1.2MHz～12MHz 之间任选，电容C1 和C2 的典型值在20pF～100pF 之间选择,考虑到本系统对于外接晶体的频率稳定性要求不高,所以采取比较廉价的陶瓷谐振器。由于本系统应用的机器周期为1μs ,所以晶振选择为12MHz ,根据调试电容选择30pF。
在硬件电路焊接时,晶体或陶瓷振荡器和电容应该尽可能地与单片机芯片靠近,以减少寄生电容,可以更好地保证振荡器稳定和可靠的工作。
2.4
数码时间显示电路
七段LED 数码管是有八个发光二极管构成,通过给其引脚不同的高低电平,从而显出0～9 的数字和小数点。本文的交通灯数字显示部分,通过将四个一位数码管并联通过P1口控制作为个位实时显示,四个数码管并联通过P3 口控制作为十位实时显示,但考虑到单片机的系统功耗问题以及焊接电路后的实际显示效果等, 本部分的电路中又引入一7805 进行单独供电。交通灯的时间倒计时显示部分是通过将数码管分别与单片机的P1 口和P3 口连接,通过单片机
内部已经烧录好的程序,对P1 口和P3 口进行电平输出控制,从而实现数码管的倒计时时间显示。
2.5
信号灯电路设计
本部分电路设计,应用单片机的P0 口对直行方向提示灯控制,P2 口对左转方向提示灯控制。其中P0.0 ,P0.1 ,P0.2 三个输出控制口,分别控制东西方向上的绿灯、黄灯、红灯。P0.3 , P0.4 , P0.5 三个输出控制口,分别控制南北方向上的绿灯、黄灯、红灯。P2.0 ,P2.1 ,两个输出控制口,分别控制东西道左转方向的绿灯和红灯.。P2.2 ,P2.3 两个输出控制口分别控制南北道左转方向的绿灯和红灯。3
软件设计
本设计使用keil 软件完成该系统的软件设计.通过新建源文件、建立工程文件、编译和连接,最后生成所需单片机烧录的HEX文件。依据硬件电路图和设计方案设计的本系统实现程序如下: ①东西红灯,南北绿灯,倒计时30s 部分程序:
MOV P0 , # 0F3H;东西方向红灯,南北方
向绿灯
MOV P2 , # 09H;东西左转红灯,南北左转绿灯
MOV P1 , # 0C0H;倒计时时间个位显示0 MOV P3 , # 0B0H;倒计时时间十位显示3
⋯⋯
②黄灯闪烁,倒计时5s 部分程序: MOV P0 , # 0EDH;黄灯点亮
MOV P1 , # 92H;倒计时时间的个位显示5 MOV P3 , # 0C0H;倒计时时间的十位显示0
⋯⋯
③东西绿灯南北红灯,倒计时30s 部分程序: MOV P0 , # 0DEH;东西方向绿灯,南北方向红灯
MOV P2 , # 06H;东西左转绿灯,南北左转红灯
MOV P1 , # 0C0H;倒计时时间个位显示0 MOV P3 , # 0B0H;倒计时时间十位显示3
⋯⋯
④紧急状况控制程序 JB P2.7 ,L1 JMP L2
L1 : JMP ZHONGDUAN L2 : MOV P1 , # 0C0H MOV P3 , # 0B0H
⋯⋯
ZHONGDUAN: MOV P0 , # 0EDH 4
系统的硬件实现
通过对AT89S51 专用底座的焊接、时钟电路的焊接、复位电路的焊接、数码管和信号灯的焊接、电源电路的焊接,最后完成了本文设计的交通灯系统。
通电进行调试后证明该硬件系统实现了绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。5
结论
本设计利用AT89S51 单片机设计的城市交通灯控制系统,通过软件仿真和硬件实现证明了该系统在实现了交通灯控制系统基本功能的基础上还实现了车辆左转提示以及紧急事件手动控制等功能。
第五篇：PLC控制系统的设计和实践经验
PLC控制系统的设计和实践经验
2009-08-25 01:03 P.M.引言
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。2 PLC系统设备选型
PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。
目前市场上的PLC产品众多，国外知名品牌有德国的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产品牌有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手。
2.1 确定PLC 控制系统的规模
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。
小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。
中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。
大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。
2.2 确定PLC I/O 点的类型
根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。
2.3 确定PLC编程工具
（1）一般的手持编程器编程。手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。这主要用于微型PLC的编程。
（2）图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。
（3）计算机加PLC软件包编程。这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程。PLC控制系统的设计
PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
3.1 PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。
（1）PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。
PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。
（2）PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变
频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。
如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。
当PLC扫描频率为10次/min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。
对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。
对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。
（3）PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:
隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。
屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。
布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
3.2 PLC 控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
（1）PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。
基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有
三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。
模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
（2）PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。
程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。
在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。
（3）PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。
如果要使PLC多个输出为固定值 1（常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。
对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。
模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。PLC控制系统程序的调试
PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。
4.1 I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。
我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。
4.2 系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:
（1）对每一个现场信号和控制量做单独测试;
（2）检查硬件/修改程序;
（3）对现场信号和控制量做综合测试;
（4）带设备调试;
（5）调试结束。结束语
PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果
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