辽宁工程技术大学课程设计
2 PLC的硬件设计
2.1 PLC概述
2.1.1 PLC的基本概念
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PLC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。
2.1.2 PLC的基本原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一） 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映象区中的相应的单元内。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。
(二） 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
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个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
（三） 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。
2.1.3 PLC的特点
PLC具有以下鲜明的特点：
（1） 功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强；
（2） 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无
需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易； （3） 安装简单，容易维修；
（4） 抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型； （5） 环境要求低； （6） 易学易用；
2.2 PLC的硬件系统组成
三菱FN2X系列PLC 硬件系统的配置方式采用整体式加积木式,即主机中包含一定数量的输入输出(I/O)点,同时还可以扩展I/O 模块和各种功能模块。考虑到整个打捆机控制系统所需的输入输出量、控制程序的编排、程序及数据存储容量，选用了三菱FN2X可编程控制器系列中48MD-R CPU模块[3]。它具有24路输入／24路输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，具有13K字节程序和数据存储空间、2个RS485通讯编程口[4]，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。根据实际数字量的情况，为CPU模块增加了一个16路输入／16路输出数字量扩展模块EM223。为建立良好的交互形式，及进行工况监视、故障检测等操作，选用了三菱FX2N TP7触摸屏[5]作为主要的交互手段，三菱FN2X系列PLC的一个完整的系统组成如图2.1所示：
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编程工具 CPU主机 扩展模块 功能模块 人机界面 通信设备 图2.1完整系统硬件组成图
Figure2.1 Complete system hardware
2.3 PLC的控制系统接线图设计
2.3.1 PLC的控制过程简单分析
经过对打捆机整体功能和整体工作流程的分析，大体确定了PLC的工作原理和方案，下面简述如下：
信号的输入：在气动系统中的气缸道路上，钢带行程路径中等位置，分别装有相对应的红外传感器，行程开关，压力传感器等装置，当气动系统启动后，活塞钢带锁扣等运动到相应位置后，会触发感应开关，从而执行下一步相应的输入信号。
信号的输出：当对应的感应开关被触发，并输出信号后，该信号会影响相对应的三位五通电磁阀[6]的一侧的电路开关，使电磁阀得电或者失电，从而控制三位五通阀换位，实现了对气缸和马达的控制，使活塞运动已经马达正反转，最终达到打捆机各机构的运动。所有气缸和马达所相应对应的三位五通电磁阀两侧开关，分别为FA1，FA2，FB1，FB2，FC1，FC2，FD1，FD2，FE1，FE2，FF1，FF2，FG1，FG2。
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2.3.2 PLC接线图的I\\O地址分配表
首先确定该打捆机的输入输出端口地址分配， 如表2.1和表2.2
表2.1 I地址分配表 Table2.1 I address allocation table I地址 元件 说明 IO.0 开关 打捆机启动 IO.1 红外传感器 钢卷检测到位 I0.2 行程开关1 环臂下降行程开关闭合 IO.3 压力传感器 钢卷压紧装置压力传感器感应
IO.4 压力传感器 送扣按钮闭合 IO.5 行程开关2 送带行程开关闭合 IO.6 行程开关3 卡扣预锁紧 IO.7 压力传感器 压带气缸带动压板反转 IO.8 压力传感器 抽带压力传感器感应 IO.9 行程开关4 钢卷压紧行程开关闭合 IO.10 行程开关5 咬扣切带行程开关闭合 IO.11 行程开关6 压带装置行程开关闭合 IO.12 行程开关7 送扣装置行程开关闭合 IO.13 行程开关8 摆臂大气缸行程开关闭合 IO.14
行程开关9
环臂下降行程开关闭合
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辽宁工程技术大学课程设计 表2.2 O地址分配表 Table2.2 O address allocation table O地址 O0.0 O0.1 O0.2 O0.3 O0.4 O0.5 00.6 O0.7 00.8 O0.9 O1.0 O1.1 O1.2 01.3 O1.4
元件
电流继电器KA1 电流继电器KA2 电流继电器KA3 电流继电器KA4 电流继电器KA5 电流继电器KA6 电流继电器KA7 电流继电器KA8 电流继电器KA9 电流继电器KA10 电流继电器KA11 电流继电器KA12 电流继电器KA13 电流继电器KA14
说明 系统得电
控制环臂升降气缸驱动旋紧装置下降 控制压紧钢卷装置气缸驱动机构压紧 控制送扣装置气缸驱动装置送扣
控制马达正转送带
控制压紧带头气缸驱动机构压紧紧带头 二级气缸第一级伸出实现预锁紧 控制压紧钢带气缸复位控制
马达反转抽带
控制咬扣切带气缸驱动机构咬扣切带
控制钢卷压紧气缸复位 控制咬扣切带气缸复位 控制送扣装置气缸复位 摆臂大气缸复位 控制环臂升降气缸复位
2.3.3可编程控制器的选择
通过上面I/O地址分配表，分析并查阅手册[7]选择三菱FN2X系列PLC基本单元（24输入16输出）1台
2.3.4 外部接线图的设计
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