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PLC在太阳能清洗机上的控制设计【3张CAD图纸+程序+毕业论文】

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关键词：: plc 太阳能清洗机控制设计 cad图纸程序毕业论文 PLC在太阳能清洗机太阳能清洗机

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PLC在太阳能清洗机上的控制设计

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PLC技术在太阳能硅片清洗机控制上的应用

[摘要] 文章介绍了PLC的结构和工作原理，概述了太阳能硅片清洗机的结构和工艺流程，对PLC在太阳能硅片清洗机控制上的应用可行性进行了探讨，对PLC控制太阳能硅片清洗机梯形图及程序进行了分析，对太阳能硅片清洗机采用PLC控制的优越性进行了总结。设备产品质量高，控制系统可靠性高，自动化水平高。随着PLC技术的不断发展，PLC在太阳能硅片清洗机的控制上将有更广阔的应用前景。

[关键词]太阳能硅片清洗机; PLC; 梯形图; 程序; 控制

前言 PLC控制太阳能硅片清洗机的意义 ……………… 3-4

第1章概述 ………………………………………………5-9

1.1PLC的由来 ……………………………………………5

1.2PLC的分类与特点 ……………………………………5-6

1.3PLC的应用领域与发展趋势 …………………………………6

1.4PLC的结构和工作原理 …………………………………6-7

1.5PLC的工作方式 ………………………………………7

1.6PLC应用系统的设计步骤 …………………………………7-9

第2章太阳能硅片清洗机PLC控制设计 …………………………9-32

2.1 太阳能硅片清洗机的介绍……………………………………10

2.2 PLC应用可行性及优越性 ……………………………………10-11

2.3 PLC控制清洗机的程序设计 …………………………………11-33

2.3.1 PLC的选型 …………………………………………………11-12

2.3.2可编程控制器的输入与输出接口分配 ………………………12-15

2.3.3梯形图与指令表 ……………………………………………15-33

第3章回顾与展望 ………………………………………………33-34

致谢 ……………………………………………………………34-35

参考文献 ……………………………………………………………35

附图 …………………………………………………………………36

前言

近年来我国太阳能电池生产量和市场销售量分别以年均15%和20%的速度增长，去年全国太阳能电池产量达到2.4兆瓦，创历史新高。专家预测，未来3-5年内全国太阳能电池生产总量将猛增至15-20兆瓦。

太阳能是一种清洁、可再生能源，而太阳能电池因为实现了直接将太阳能转化为电能而受到世界各国的重视。去年全球太阳能电池生产量已达到200兆瓦，总装机容量达到100万千瓦。世界光伏界一般认为，到2010年太阳能电池成本将降低到可以与常规能源竞争。我国太阳能资源丰富，年日照数在2200小时以上的地区占国土面积的2/3以上。全国目前还有6000万人口需要解决电视、通讯、照明及生产用电问题，光伏电池的市场前景十分广阔。

太阳能光伏产业的迅速发展，使得我国太阳能硅片清洗设备的发展举世瞩目，并呈现稳定增长势头。伴随着硅片的大直径化,器件结构的超微小化、高集成化,对硅片的洁净程度、表面的化学态、微粗糙度等表面状态的要求越来越高，主流工艺已经在从90nm向65nm过渡。高集成化的器件要求硅片清洗必须减少给硅片表面带来的破坏和损伤,减少溶液本身或工艺过程中带来的玷污。而太阳能清洗设备也正向着小型化、非盒式化及一次完成化方向发展,以减少工艺过程中的玷污,满足90nm乃至65nm级器件工艺的要求。这无论对清洗工艺还是对清洗设备都是一个极大的挑战,传统的清洗方法已不能满足要求。

江苏林洋新能源有限公司采用的是深圳捷佳创精密设备有限公司的硅片清洗设备，本设备是一个全自动的处理设备，清洗过程由三菱FX2N系列PLC控制，操作员通过10.4英寸彩色触摸屏控制生产。

PLC控制的清洗设备有如下的特点：1、可靠性高，由于采取了一系列的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达3~5万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2、编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3、体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能，便于操作和维修人员检查，可以较容易通过更换模块插件来迅速排除故障。PLC的结构紧凑，它与被控对象的硬件连接方式简单、接线少，便于维护。第3章回顾与展望

如果说20世纪60年代初期发展起来的PLC 主要是以它的高可靠性、灵活性和小型化来代替和补充传统的继电-接触控制，那么当今的PLC控制太阳能硅片清洗机则吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果。从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个公司的生产自动化，PLC承担着极其重要的角色，因而被称之为“工业自动化三大支柱”之一。

近年来，国内外太阳能硅片清洗机设备使用的PLC在软、硬件技术方面得到迅速提升，目前又有许多新型PLC产品控制的太阳能硅片清洗机设备推出，如PCC、软PLC控制方式的太阳能硅片清洗机设备。以计算机为平台的Soft PLC（即软PLC）可以说是这方面的优秀代表，Soft PLC基于工业计算机的柔性可编程逻辑控制技术，充分利用计算机的高速、大容量、丰富功能及各种软件资源。Soft PLC是开放的可编程控制器，在实时控制、网络控制和分布控制领域可获得广泛的应用。Soft PLC是实时多任务操作系统，能提供强大功能的指令、更加快速的扫描与指令执行速度和安全的操作。开放式的结构容易连接各种I/O模块、PID模块运动控制模块和装置、网络。它采用独特的TOPDOC软件进行编程调试，编程语言为梯形图 C/C++和JAVA等高级语言。

可以预见，随着PLC技术的不断发展，PLC技术在太阳能硅片清洗机设备上将有更加广泛的应用。参考文献：

[1] 熊葵容.电器逻辑控制技术[M].北京:科学出版社,1998.

[2] 王兆义.可编程控制器教程[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3] 齐从谦,王士兰.PLC技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2000.

[4] 朱绍祥，王宏生等.可编程控制器（PC）原理与应用[M].上海:上海交通大学出版社,1988.

[5] 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京:东南大学出版社,2003.

内容简介：: 开题报告书机电系新型纺织机电技术专业学号姓名专业新型纺织机电技术企业导师学校导师开题日期填表日期毕业论文题目PLC技术在太阳能硅片清洗机控制上的应用毕业论文的内容和要求一选题依据：我于2005年12月进入江苏林洋新能源有限公司实习，在公司主要负责太阳能硅片清洗设备的保养与维护工作。公司太阳能硅片清洗设备采用的是深圳捷佳创精密设备有限公司制造的硅片清洗设备，本设备是一个全自动的处理设备，清洗过程由三菱FX2N系列PLC控制，操作员通过10.4英寸彩色触摸屏控制生产。基于在学校学到的PLC知识，以及自己在工作岗位中对太阳能硅片清洗设备硬件、软件方面的浓厚兴趣，便写此篇论文。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，它是综合了继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的。PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：1 可靠性高，抗干扰能力强。（1）硬件措施：a、屏蔽：对PLC的电源变压器、内部CPU、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界的电磁干扰。b、滤波：对PLC的输入输出线路采用了多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰。c、隔离：在PLC内部的微处理器和输入输出电路之间，采用了光电隔离措施，有效地隔离了输入输出间点的联系，减少了故障和误动作。d、采用模块式结构：这种结构有助于在故障情况下短时维修。（2）软件措施：a、故障检测：设计了故障检测软件定期地检测外界环境。如掉电、欠电压、强干扰信号等，以便及时进行处理。b、信息保护和恢复：信息保护和恢复软件使PLC偶发性故障条件出现时，将PLC内部信息进行保护，不遭破坏。一旦故障条件消失，恢复原来的信息，使之正常工作。c、设置了警戒时钟WDT：如果PLC程序每次循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示程序进入死循环，立即报警。d、对程序进行检查和检验，一旦程序出错，立即报警，并停止执行。2 通用性强，使用方便。PLC产品已系列化和模块化，PLC的开发商为用户提供了品种齐全的I/O模块和配套部件。用户在进行控制系统的设计时，不需要自己设计和制作硬件装置，只需根据控制要求进行模块的配置。用户所做的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。3 采用模块化结构，使系统组合灵活方便。PLC的各个部件，均采用模块化设计，各模块之间可由机架和电缆连接。系统的功能和规模可根据用户的实际需求进行组合，使系统的性能价格更容易趋于合理。4 编程语言简单、易学，便于掌握。PLC是继电器接触器控制系统发展而来的一种新型工业自动化控制装置。PLC的开发制造商为了便于工程技术人员方便学习和掌握PLC编程，采取了与继电器接触器控制原理相似的梯形图语言，易学、易懂。5 系统设计周期短。由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要去设计具体的接口电路，这样大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工程的进度。6 对生产工艺改变适应性强。PLC的核心部件是微处理器，它实际上是一种工业控制计算机，其控制功能是通过软件编程来实现的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。7 安装简单、调试方便、维护工作量小。PLC软件设计和调试大多可在实验室里进行，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态可以观察PLC上的相应发光二极管，也可以另接输出模拟实验板。模拟调试好后，再将PLC控制系统安装到现场，进行联机调试，这样既省时间又很方便。二本课题国内外研究现状及发展趋势长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面做出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。1 开放和基于工业PC控制 PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为，新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。诚然，几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况，工业用户不得不同时学习相关的新旧知识，甚至彼此借鉴学习。大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。在高端应用方面，很难进一步区分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异，因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。形象地打个比喻，如果你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义，那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术，我们更多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混合体，这些技术被有效地组合到控制系统中去。另外，采用开放控制的原因一方面是系统功能集成的需要，另一方面也是由于一些工业用户对功能过分苛求所致。如果能够给予高度的重视，就能够获得更多的基本技术知识。PLC制造商专注于系统功能化，而工业用户则专注于系统应用。人们可以看到，将来的发展趋势是将更多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和过程控制这样的事件将会采用功能化方式进行处理，其他像运动控制等也能够共享到相同的控制结构体系中。可以相信，PLC技术将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。后者除了在灵活性方面比传统PLC具有截然不同的优势外，还具有其他优点，如能够缩短系统投放到市场的周期，降低系统投资费用，提高从工厂底层到企业办公自动化的数据信息流动效率等。2 PLC硬件和软件的进展 PLC硬件和软件的进展，从系统上讲是实现小型化、高速化，以及将信息技术渗入PLC；从硬件上讲是，采用32位RISC的MPU、专用的LSI和多CPU；从软件上讲则是，采用与国际标准IEC 61131-3相对应的日本工业标准JIS B 3503。 3 小型化由于日本电子工业尤以器件、电路板等硬件见长，所以在PLC系统上实现小型化，可以说最早就是起源于日本，又由他们来推动，并一直乐此不疲、贯彻至今的。小型化的好处是：节省空间、安装灵活、降低成本。现今日本主要PLC厂商生产的模块式中、大型PLC，其典型的外形尺寸要比他们在前一代的同类产品的安装空间要小50-60%。例如三菱电机的小Q系列就比AnS系列的安装空间减少60%。要做到这一点，首先需要开发大规模的专用集成电路芯片（ASIC）来减少芯片的个数，并采用球栅阵列（BGA）以保证在同样封装尺寸下能提供足够多的针脚数。例如，某CPU模块原来用了约700个元器件，通过开发了12种大规模的ASIC（采用BG352的针脚封装）和调整功能，减少了显示用的LED和开关等措施，使元器件减少了一半左右。其次，为减少接插件在印刷电路板上所占的空间，要求接插件的针脚间隔足够小。再次，随着微细加工技术的发展，印刷电路板上的接线布局可实现高密度化、多层化和薄型化，大大提高了元器件的安装率。例如某CPU模块采用了1毫米厚的基板制成8层电路板。由于采取了以上这些措施，使CPU模块由3块印刷电路板变为2块，体积减少了70%，小型化得以较完美地实现。随着小型化又产生了如何解决小空间的散热设计问题：（1）是要根据热分析仿真来确定元器件的布置安排；（2）是主要元器件的电源电压采用3.3V，达到低功耗的目的；（3）是考虑了通过安装模块的基板，使模块所产生的热量能得到良好散热的机械结构。三课题研究的主要内容1 PLC的结构和工作原理；2 太阳能硅片清洗机的结构和工艺过程；3 PLC在太阳能硅片清洗机控制上的应用可行性；4 太阳能硅片清洗机PLC控制梯形图及程序。37岳维维毕业设计论文PLC技术在太阳能硅片清洗机控制上的应用摘要文章介绍了PLC的结构和工作原理，概述了太阳能硅片清洗机的结构和工艺流程，对PLC在太阳能硅片清洗机控制上的应用可行性进行了探讨，对PLC控制太阳能硅片清洗机梯形图及程序进行了分析，对太阳能硅片清洗机采用PLC控制的优越性进行了总结。设备产品质量高，控制系统可靠性高，自动化水平高。随着PLC技术的不断发展，PLC在太阳能硅片清洗机的控制上将有更广阔的应用前景。关键词太阳能硅片清洗机; PLC; 梯形图; 程序; 控制目录前言 PLC控制太阳能硅片清洗机的意义 3-4第1章概述 5-91.1 PLC的由来 51.2 PLC的分类与特点 5-61.3 PLC的应用领域与发展趋势 61.4 PLC的结构和工作原理 6-71.5 PLC的工作方式 71.6 PLC应用系统的设计步骤 7-9第2章太阳能硅片清洗机PLC控制设计 9-322.1 太阳能硅片清洗机的介绍102.2 PLC应用可行性及优越性 10-112.3 PLC控制清洗机的程序设计 11-332.3.1 PLC的选型 11-122.3.2可编程控制器的输入与输出接口分配 12-152.3.3梯形图与指令表 15-33第3章回顾与展望 33-34致谢 34-35参考文献 35附图 36前言近年来我国太阳能电池生产量和市场销售量分别以年均15%和20%的速度增长，去年全国太阳能电池产量达到2.4兆瓦，创历史新高。专家预测，未来3-5年内全国太阳能电池生产总量将猛增至15-20兆瓦。太阳能是一种清洁、可再生能源，而太阳能电池因为实现了直接将太阳能转化为电能而受到世界各国的重视。去年全球太阳能电池生产量已达到200兆瓦，总装机容量达到100万千瓦。世界光伏界一般认为，到2010年太阳能电池成本将降低到可以与常规能源竞争。我国太阳能资源丰富，年日照数在2200小时以上的地区占国土面积的2/3以上。全国目前还有6000万人口需要解决电视、通讯、照明及生产用电问题，光伏电池的市场前景十分广阔。太阳能光伏产业的迅速发展，使得我国太阳能硅片清洗设备的发展举世瞩目，并呈现稳定增长势头。伴随着硅片的大直径化,器件结构的超微小化、高集成化,对硅片的洁净程度、表面的化学态、微粗糙度等表面状态的要求越来越高，主流工艺已经在从90nm向65nm过渡。高集成化的器件要求硅片清洗必须减少给硅片表面带来的破坏和损伤,减少溶液本身或工艺过程中带来的玷污。而太阳能清洗设备也正向着小型化、非盒式化及一次完成化方向发展,以减少工艺过程中的玷污,满足90nm乃至65nm级器件工艺的要求。这无论对清洗工艺还是对清洗设备都是一个极大的挑战,传统的清洗方法已不能满足要求。江苏林洋新能源有限公司采用的是深圳捷佳创精密设备有限公司的硅片清洗设备，本设备是一个全自动的处理设备，清洗过程由三菱FX2N系列PLC控制，操作员通过10.4英寸彩色触摸屏控制生产。PLC控制的清洗设备有如下的特点：1、可靠性高，由于采取了一系列的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达35万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2、编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3、体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能，便于操作和维修人员检查，可以较容易通过更换模块插件来迅速排除故障。PLC的结构紧凑，它与被控对象的硬件连接方式简单、接线少，便于维护。第1章概述1.1 PLC的由来 20世纪60年代末，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）为了适应汽车型号不断更新的需要，试图寻找一种新的生产线控制方法，使之尽可能地减少重新设计继电器控制系统的工作量以及尽量减少控制系统硬连接线的数量，以降低生产成本，缩短制造周期，减少生产线的故障率，从而有效地提高生产效率。首先，由美国数字设备公司（DEC）研制出符合上述想法的工业控制装置，命名为可编程逻辑控制器，即PLC（Programmable Logic Controller）。1969年，第一台PLC在GM公司汽车生产上首次运行，成功地取代了沿用多年的继电器控制器系统，尽管当时的PLC功能仅具有逻辑控制、定时、计数等功能,但却标志着一种新型的工业控制装置问世。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，20世纪70年代中期又出现了微处理器和微型计算机，这些新技术很快被用到PLC之中，使得PLC不仅具有逻辑控制功能，而且还增加了运算、数据处理和传递等功能，从而成为具有计算机功能的新型工业控制装置。1980年美国电器制造商协会(NEMA)正式将其命名为可编程控制器(Programmable Controller)简称PC。1.2 PLC的分类与特点PLC一般可按I/O点数和结构形式分类。按I/O点数可分为小型、中型和大型几类。一般小于512点为小型PLC。5122048点为中型，2048点以上为大型PLC。按结构形式可分为整体式和模块式两类。整体式PLC又称为单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I/O部件都集中在一个机箱内,其结构紧凑、体积小、价格低。模块式PLC是将PLC各部分分成若干个单独的模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块和各种功能模块。有时可根据需要将整体式和模块式结合起来,称为叠装式PLC。它除基本单元和扩展单元外,还有扩展模块和特殊功能模块,配置比较合理。PLC的特点:1可靠性高2编程简单3通用性强4体积小、结构紧凑,安装、维修方便。1.3 PLC的应用领域与发展趋势PLC已广泛应用于国内外的机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业中。若按应用类型来划分,PLC的应用领域大致可分为如下几个领域。1、开关逻辑控制2、闭环构成控制3、位置控制4、监控系统5、分布式系统。PLC的发展趋势：1、向高速度、大存储容量方向发展；2、向多品种方向发展；3、编程语言多样化；4、发展智能模块；5、加强联网和通信功能。1.4 PLC的结构和工作原理PLC主要有中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入/输出部件(I/O)、电源和编程器几大部分组成。PLC是以微机处理器为核心的数值式电子、电气自动控制装置,也可以说是一种专用微型计算机。各种PLC的具体结构虽然多种多样,但组成的一般原理基本相同，即都是以微处理器为核心，并辅以外围电路和I/O单元等硬件所构成的。正像通用的微机一样,PLC的各种功能的实现,不仅基于其硬件的作用,而且要靠其软件的支持。实际上，PLC就是一种工业控制计算机，其系统组成、工作原理、操作使用原理都与计算机相同。PLC的操作是按其程序要求进行的，而程序是用程序语言表达的。表达方式有多种多样，不同的PLC生产厂家，不同的机种，采用的表达方式也不相同。但基本上可归纳为字符表达式(即用文字符号来表达程序,如语句表程序表达方式)和图形符号表达方式(即用图形符号来表达程序,如梯形图程序表达方式)这两大类。也有将这两种方式结合起来表示PLC的程序。（1）梯形图 PLC的梯形图编程语言与传统的“继电、接触”控制原理图十分相似，它形象、直观、实用,为广大电气技术人员所熟知。这种变成语言继承了传统的继电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，使得程序直观易读。当今世界各国的PLC制造家所生产的PLC大都采用梯形图语言编程。（2）指令表用指令表所描述的编程方式是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式。由于不同型号的PLC的表识符和参数表示方法不一，所以无千篇一律的格式。（3）逻辑符号图采用逻辑符号图表示控制逻辑时,首先要定义某些逻辑符号的功能和变量函数，它类似于“与”、“或”、“非”逻辑电路结构的编程方式。一般来说，用这三种逻辑能够表达所有的控制逻辑。这是国际电工委员会(IEC)颁布的PLC编程语言之一。（4）高级语言编程随着软件技术的发展，近年来推出的PLC，尤其是大型的PLC，已开始用高级语言进行编程。许多PLC采用类似PASCAL语言的专用语言，系统软件具有这种专用语言编程的自动编译程序。采用高级语言编程后，用户可以像使用普通微型计算机一样操作PLC。除了完成逻辑控制功能外，还可以进行PID调节、数据采集和处理以及与计算机通信等。1.5 PLC的工作方式通常把PLC看作是由等效的继电器、计时器、计数器等元件组成的装置。PLC采用循环扫描的工作方式，其工作过程可分为:内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段，整个过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。在内部处理阶段,PLC检查CPU模块内部硬件是否正常，复位监视计时器，以及完成其他一些内部处理。在通信处理阶段，PLC与带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。在PLC处于停止运行状态时，只完成内部处理和通信服务工作。在PLC处于运行状态时，除完成上述操作外，还要完成输入处理、程序执行、输出处理工作。1.6 PLC应用系统的设计步骤PLC应用系统的设计一般按下述几个步骤进行：（1）熟悉被控对象首先要全面详细地了解被控对象的机械结构和生产工艺过程，了解机械设备的运动要求、运动方式和步骤,归纳出工作循环图或状态(功能)图。（2）明确控制任务与设计要求要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对控制系统的要求，归纳出电气执行元件的动作节拍表。PLC控制系统的根本任务就是正确实现这个节拍表。（3）指定电器控制方案根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定控制系统的工作方式，还要确定系统应有的其它功能。（4）确定控制系统的输入输出信号通过研究工艺过程或机械运动的各个步骤、各种状态、各种功能的发生、维持、结束、转换和其它的相互关系，来确定各种控制信号和检测反馈信号、相互的转换和联系信号。并且确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号要由PLC输出或者哪些外部负载要由PLC驱动，分类统计出各输入输出量的性质及参数。（5）PLC的选型与硬件配置根据以上步骤得到的结果，选择合适的PLC型号并确定各种硬件配置。（6）PLC元件的编号分配对各种输入输出信号占用PLC输入、输出端点及其它PLC元件进行编号分配，并设计出PLC的外部线路图。（7）程序设计程序设计是PLC系统应用中最关键的问题，也是整个控制系统设计的核心，其主要工作就是要设计出梯形图和语句表程序。（8）模拟运行与调试程序将设计好的程序通过编程器或微机传送至PLC内部之后，首先要逐条进行检查和验证，改正程序设计中的逻辑、语法、数据错误或输入过程中的按键及传输错误，然后，可以在实验室里进行模拟运行与调试程序，观察在可能的情况下个输入量、输出量之间的变化关系是否符合设计要求，发现问题及时修改设计，并改正传送到PLC 中去的程序，直到完成满足工作循环图或状态流程图的要求。在进行程序设计和模拟运行调试的同时，可以进行平行地进行控制系统的其它部分的设计、装配、安装和接线工作。（9）现场运行调试完成以上各种工作之后，即可将已初步调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，PLC接入实际输入信号与实际负载，进行现场运行调试，即解决调试中发现的问题，直到完全满足设计要求，即可交付使用。第2章太阳能硅片清洗机PLC控制设计2.1 太阳能硅片清洗机的介绍太阳能硅片清洗机由槽体、移栽机械手、抽风装置、人机界面和电控柜等五部分组成，其控制部分主要由三菱FX2N系列PLC控制，操作员通过10.4英寸彩色触摸屏控制生产。其生产工艺流程如图1所示，手动将装有硅片的提篮放入上料位，移载机械手抓取提篮，按设定程序将提篮转移到各工艺槽进行腐蚀或清洗，相关工艺槽具有加热、超声、喷淋、排液、温度检测、液位检测等功能，完成处理过程后，机械手将提篮转移至下料位，手动取出提篮。2.2 PLC应用可行性及优越性 PLC控制的清洗设备有如下的特点：1、可靠性高，由于采取了一系列的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达35万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2、编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3、体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能，便于操作和维修人员检查，可以较容易通过更换模块插件来迅速排除故障。PLC的结构紧凑，它与被控对象的硬件连接方式简单、接线少，便于维护。2.3 PLC控制清洗机的程序设计 2.3.1 PLC的选型选择日本三菱FX2N系列小型模块按I/O点数分类，一般小于512点为小型PLC，5122048点为中型,2048点以上为大型PLC。此清洗机输入输出点小于256点应选小型PLC，即选FX2N-128MR加扩展单元FX2N-48ER。表1-1 FX2N系列PLC技术指标电源AC110120V/220240V单相5060Hz电源波动范围AC99132V/198264V，电源可瞬间失效10ms环境温度055环境湿度4596%（无凝露）防震性能1055Hz，0.5mm（最大：2G）抗冲击性能10G，在x，y，z三个方向定时抗噪声能力X504V 峰-峰值，1s，30100Hz（噪声模拟器）击穿电压（绝缘耐压）AC1500V，1min（接地端与其它端子间）绝缘电阻5M，500VDC（接地端与其它端子间）接地电阻小于100（如接地有困难可不接地）环境无腐蚀性气体，无导电粉末，微粒2.3.2 可编程控制器的输入与输出分配PLC I/O接口分配表：X0臂停止Y0X1自动/手动Y1X2自动起动Y2X3自动停止Y3X4蜂鸣停止Y4运行指示X5紧急停止Y5原点指示X6电机过载Y6故障指示X7变频报警Y7蜂鸣器X101槽水位仪Y101槽水泵X112槽水位仪Y112槽水泵X123槽水位仪Y123槽水泵X134槽水位仪Y134槽水泵X145槽水位仪Y145槽循环水泵X157槽水位仪Y155槽补水泵X168槽水位仪Y168槽水泵X179槽水位仪Y1710槽循环水泵X201#机上升到位Y201#机横移左行X211#机上减速位Y211#机横移右行X221#机下减速位Y221#机横移慢速X231#机下降到位Y231#机横移快速X241#机上升Y241#机提拉上升X251#机下降Y251#机提拉下降X261#机左移Y261#机提拉慢速X271#机右移Y271#机提拉快速X30上料位Y301#后盖开X311#槽位Y311#后盖闭X322#槽位Y322#后盖开X333#槽位Y332#后盖闭X344#槽位Y343#后盖开X355#槽位Y353#后盖闭X366#槽位Y361#机横移刹车X371#机下钩位Y371#机提拉刹车X401#后盖开位Y4010槽补水泵X411#后盖闭位Y41上料电机X422#后盖开位Y42下料电机X432#后盖闭位Y43干燥抽风机X443#后盖开位Y44酸槽抽风机X453#后盖闭位Y45碱槽抽风机X464#后盖开位Y46炉1风机X474#后盖闭位Y47炉2风机X506#后盖开位Y501槽自动加热X516#后盖闭位Y512槽自动加热X5211#后盖开位Y523槽自动加热X5311#后盖闭位Y534槽自动加热X5413#后盖开位Y54予交换槽加热X5513#后盖闭位Y55热交换槽加热X5614#后盖开位Y56炉1自动加热X5714#后盖闭位Y57炉2自动加热X602#机上升到位Y602#机横移左行X612#机上减速位Y612#机横移右行X622#机下减速位Y622#机横移慢速X632#机下降到位Y632#机横移快速X642#机上升Y642#机提拉上升X652#机下降Y652#机提拉下降X662#机左移Y662#机提拉慢速X672#机右移Y672#机提拉快速X70空Y704#后盖开X717#槽位Y714#后盖闭X728#槽位Y721#排放阀X739#槽位Y73补风机X7410#槽位Y742#排放阀X7510#槽水位Y7511槽喷淋X7612#槽水位Y762#机横移刹车X772#下钩位Y772#机提拉刹车X100上料位检测1Y1006#后盖开X101上料位检测2Y1016#后盖闭X102下料位检测1Y10211#后盖开X103下料位检测2Y10311#后盖闭X104预热槽水位Y104炉1后盖开X105储水槽1水位Y105炉1后盖闭X106储水槽2水位Y106炉2后盖开X107热交换槽水位Y107炉2后盖闭X1103#机上升到位Y1103#机横移左行X1113#机上减速位Y1113#机横移右行X1123#机下减速位Y1123#机横移慢速X1133#机下降到位Y1133#机横移快速X1143#机上升Y1143#机提拉上升X1153#机下降Y1153#机提拉下降X1163#机左移Y1163#机提拉慢速X1173#机右移Y1173#机提拉快速X1201-2交错开关Y1203#排放阀X1213-4交错开关Y1214#排放阀X12211#槽位Y1227#排放阀X12312#槽位Y1239#排放阀X12413#槽位Y1246槽喷淋X12514#槽位Y125超声波X126下料位Y1263#机横移刹车X1273#机下钩位Y1273#机提拉刹车X1301#臂上保护Y1301#补水阀X1311#臂下保护Y1312#补水阀X1321#臂横移保护Y1323#补水阀X1332#臂上保护Y1334#补水阀X1342#臂下保护Y1347#补水阀X1352#臂横移保护Y1359#补水阀X1363#臂上保护Y136空X1373#臂下保护Y137空X1403臂#横移保护Y140总补水泵X1411#手动补水Y141空X1422#手动补水Y142空X1433#手动补水Y143空X1444#手动补水Y144空X1457#手动补水Y145空X1469#手动补水Y146空X147空Y147空2.3.3 梯形图与指令表(1) 时间设定指令表序号指令数据0LDM80001MULD411K60D4408MOVD440D511D511 = 1#设定时间13MULD412K60D44220MOVD442D512D512 = 2#设定时间25MOVD512D513D512 = 2#设定时间D513 = 3#设定时间30MOVD512D514D512 = 2#设定时间D514 = 4#设定时间35MULD415K60D44842MOVD448D515D515 = 5#设定时间47MULD416K60D45054MOVD450D516D516 = 6#设定时间当PLC执行程序时M8000为ON，数据寄存器D411的内容乘以数值60送D440数据寄存器中，然后执行传送指令将D440的内容传送到D511中(D411为人为设定时间、D511为人机界面显示时间，设定时间以分钟为单位显示时间以秒为单位)。执行乘法指令，将D412的数值乘以数值60送D442中，然后执行传送指令将D442的内容送到D512中(D512为2槽设定时间)。再执行传送指令将D512的数值传送到D513中(D513为3槽设定时间)。执行传送将D512的数值传送到D514中(D514为4槽设定时间，二、三、四槽时间一致)。执行传送将D415中的数值乘以数值60送D448中，传送将D448的数值送D515中(D515为5槽设定时间)。执行乘法指令将D416的数值乘以数值60送D450中，传送将D450的数值送D516中(D516为6槽设定时间)。(2)机械手提料、放料梯形图图2-2机械手提料、放料梯形图(3)机械手提料、放料指令表X101（上料位检测）得电，即辅助继电器M510得电，M510触点闭合，时间继电器T10开始计时(时间数值D510为人为设定时间)。T10时间到1号槽内无料(M511常闭时为1#槽无料)、1号、2号、3号、4号、5号槽没有料要提的情况下上料有货开始提篮，1号机械手在上料位提料完毕上升到位时，上料位有货复位。1号机械手移动到1号槽位开始下降，下降到位时放料完成1号槽M511置位显示1号槽有料同时时间继电器对1槽设定的时间开始计时。执行下一步指令，在2、3、4#槽只要有一个槽无料时同时2、3、4、5槽没有料要提的情况下，1号槽设定时间到机械手开始在1号位处提篮。机械手在1号槽位X31得电，升降马达运行到X20上升到位点，1号槽有料复位，机械手将提取的料放到2号槽内，同时T12开始计时。2号槽设定时间到，在5号槽没有料的情况下同时其他各槽没有提篮请求，机械手提取花篮运行到5号槽放料。其他各槽提放料的具体动作同上料位提篮运行到1号槽放料的过程一样。（4）取料、放料、开盖梯形图图2-3取料、放料、开盖梯形图S110或S120得电，即1号机械臂在左移或右移状态时，1号槽有货提M411得电，取1号开盖保持。2号槽无料时取料放2号槽，2号槽开盖保持；2号槽有料、3号槽无料时取料放3号槽，3号槽开盖保持；2号、3号槽有料、4号槽无料时取料放4号槽，4号槽开盖保持。执行下一步指令，1号机械臂在左移或右移状态时，2号槽有货提，M412得电，取2号开盖保持。1号机械臂在左移或右移状态时，3号槽有货提，M413得电，取3号开盖保持。1号机械臂在左移或右移状态时，4号槽有货提，M414得电，取4号开盖保持。1号机械臂在左移或右移状态时，5号槽有货提，M415得电，放6号开盖保持。（5）机械手取料、放料梯形图图2-4 机械手取料、放料梯形图上料有货提，M410得电，M441在失电状态即机械手停止动作，M451得电，1号机械手在待机状态，同时M199得电，机械手在上位原点传送数值1到数值存储器D611中，传送数值2到数值存储器D612中(D611为1号机取料位、D612为1号机放料位)；1号槽有货提，M411得电， M441在失电状态即机械手停止动作，M451得电，1号机械手在待机状态，同时M199得电，机械手在上位原点传送数值2到数值存储器D611中；2号槽无料时传送数值3到D612中；2号槽有料、3号槽无料时传送数值4到D612中；2号槽有料、3号槽有料、4号槽无料时传送数值5到D612；2号槽有货提，M412得电， M441在失电状态即机械手停止动作，M451得电，1号机械手在待机状态，同时M199得电，机械手在上位原点时传送数值3到数值存储器D611中，传送数值6到数值存储器D612中；3号槽有货提，M413得电， M441在失电状态即机械手停止动作，M451得电，1号机械手在待机状态，同时M199得电，机械手在上位原点时传送数值4到数值存储器D611中，传送数值6到数值存储器D612中；4号槽有货提，M414得电，M441在失电状态，即机械手停止动作，M451得电，1号机械手在待机状态，同时M199得电，机械手在上位原点时传送数值5到数值存储器D611中，传送数值6到数值存储器D612中；5号槽有货提，M415得电， M441在失电状态即机械手停止动作，M451得电，1号机械手在待机状态，同时M199得电，机械手在上位原点时传送数值6到数值存储器D611中，传送数值7到数值存储器D612中。（6）1号机械手手动控制梯形图图2-5 1号机械手手动控制梯形图M9得电，1#机械手进入手动状态。X24得电时，1号机械手上升，输出Y24(1号机械手提拉上升)，上升到位或1号机械手保护动作时，机械手停止工作。X25得电时，1#机械手提拉上升Y24互锁,输出Y25(1号机械手提拉下降)，下降到位或1号机械手保护动作时，机

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