《可编程序控制器应用技术》项目二 自动往返运料小车的PLC控制-经验设计法

项目二自动往返运料小车的PLC控制——经验设计法

2.1项目任务2.2项目分析与实施小结

巩固与提高习题与思考学习目标：本项目拟从自动往返运料小车这个项目任务入手，以PLC设计的实施步骤为主线，以经验设计法为设计手段，详细介绍自动往返运料小车的PLC设计过程。通过本项目的学习，学生能够领会可编程序控制器的经验设计法的设计思路，熟悉项目分析与实施的步骤，熟悉PLC机型的选择方法，掌握并熟练应用进栈、读栈、出栈的指令，形成一定的PLC设计实践能力。教学提示：

(1)遵循由浅入深、循序渐进的原则，先引出简单的项目任务进行分析，然后在“巩固与提高”环节中增加项目任务的功能，在熟练使用经验设计法的同时，对经验设计法的适用场合进行对比性的阐述，加深学生的理解。

(2)应充分利用学校的实验实训设施进行现场调试与运行，在条件不充裕的情况下，让学生在模拟仿真软件GXSimulator的仿真环境中进行模拟调试与运行。2.1项目任务运料小车运行过程如图2-1所示，SQ1、SQ2为运料小车左右终点的限位行程开关，运料小车在SQ1处自动装料，20 s后装料结束，开始右行，碰到SQ2后停下来自动卸料，15 s后开始左行，碰到SQ1后又停下来装料，如此不停地循环往返工作，直到按下停止按钮时，小车才停止工作。图2-1小车运行过程示意图2.2项目分析与实施下面围绕小车自动控制系统的控制要求，详细介绍PLC控制系统的设计与实施的步骤，并穿插PLC选型的相关知识。

1．分析被控对象，明确输入/输出信号为了明确控制系统的输入/输出信号，下面分析作为被控对象的小车的工作过程及特点。

(1)能不停地自动循环往返工作，给小车提供自动往返信号的是两个限位行程开关SQ1、SQ2。当小车压下左限位行程开关SQ1时，停止左行；当小车压下右限位行程开关SQ2时，停止右行。控制小车的左右行由电机的正反转来实现，分别用接触器KM1、KM2加以控制，KM1得电时右行，KM2得电时左行。

(2)根据系统自动装料、自动卸料的要求，考虑采用两个电磁阀YA1、YA2分别来控制漏斗门和小车门。

(3)考虑过程的控制，或者突然停电、系统故障等突发情况，小车需要从行进路程中的任意位置启动运行，给小车系统加上了左、右行启动按钮SB1、SB2，另外根据控制要求，给系统配置了停止按钮SB3。

(4)运料小车不停地循环往返工作说明控制小车的电机是长时间运行的，因此需要加热继电器FR对小车电机进行过载保护。根据以上分析，我们确定了系统的输入信号由左限位行程开关SQ1、右限位行程开关SQ2、左行启动按钮SB1、右行启动按钮SB2、停止按钮SB3、热继电器FR等6个输入元件提供，输出信号提供给正转接触器KM1、反转接触器KM2、漏斗门电磁阀YA1、小车门电磁阀YA2等4个执行元件，据此确定PLC的I/O点数分别为6和4。

2．选择PLC

PLC一般应用在控制系统逻辑关系较复杂(需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等)、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理(有数据运算、模拟量的控制、PID调节等)、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等场合。目前，国内外众多生产厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从，所以全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。

1)对PLC机型的选择机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，追求最佳的性价比。

(1)结构形式。PLC的结构形式一般分为整体式和模块式两种。在相同功能和相同I/O点数据的情况下，整体式比模块式价格低，且体积小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；模块式具有功能扩展灵活、维修方便(换模块)、容易判断故障等优点，因此，模块式PLC一般用于较复杂的系统和环境差(维修量大)的场合。

(2)安装方式。PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快，成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须附加通信模块。

(3)相应的功能要求。一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。若控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，则可视控制规模大小及复杂程度选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

(4)响应速度要求。PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，也可选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

(5)系统可靠性的要求。对于一般系统，PLC的可靠性均能满足；对于可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

(6)机型尽量统一。一个企业应尽量做到PLC的机型统一。这主要出于以下三方面的考虑。①机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。②机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。③机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。对照分析小车自动控制系统的要求，我们选用具有逻辑运算、定时、计数等功能的成本较低的小型整体式或集中式PLC。

2)对PLC容量的选择

PLC的容量包括输入/输出点数和用户存储容量两个方面。

(1)输入/输出点数的选择。盲目选择点数多的机型会造成不必要的浪费。一般情况是先弄清楚控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的10%～15%留出备用量(为系统的改造等留有余地)，之后确定所需PLC的点数。

(2)存储容量的选择。用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，而且与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25%之多，所以初学者应该在估算存储容量时多留裕量。

PLC的I/O点数的多少在很大程度上反映了PLC系统的功能要求，因此可在I/O点数确定的基础上按下式估算存储容量后，再加上20%～30%的裕量。

存储容量(字节) = 开关量I/O点数 × 10 + 模拟量I/O通道数 × 100从前面的分析我们知道，运料小车自动往返控制系统的I/O总点数为6+4点，根据裕量要求，I/O的总点数至少需要12点，而PLC的最小存储容量远大于120字节，所以对PLC的存储容量不作要求。

3)对PLC的I/O模块的选择

(1)开关量输入模块的选择。开关量输入模块用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接收的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时，应主要考虑以下几个方面：①输入信号的类型及电压等级。开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。选择时应主要考虑现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5 Ｖ、12 Ｖ、24 Ｖ、48 Ｖ、60 Ｖ等，交流110 Ｖ、220 Ｖ等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5 Ｖ、12 Ｖ、24 Ｖ用于传输距离较近的场合，如5 Ｖ输入模块最远不得超过10米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。②输入接线方式。开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。如图2-2所示，汇点式的开关量输入模块的所有输入点共用一个公共端(COM)；分组式的开关量输入模块将输入点分成若干组，每一组(几个输入点)有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高。如果输入信号之间不需要分隔，则一般选用汇点式的开关量输入模块。③注意同时接通的输入点数量。对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。图2-2输入的接线方式④输入门槛电平。为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。

(2)开关量输出模块的选择。开关量输出模块将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：①输出方式。开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压范围较宽，导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢(驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1 Hz)，寿命较短，可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。②输出接线方式。开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。如图2-3所示，分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择输出接线方式时，应主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。图2-3输出的接线方式③驱动能力。开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，则输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。④注意同时接通的输出点数量。选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220 V/2 A的８点输出模块，每个输出点可承受2 A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16 A(8×2 A)，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60%。⑤输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关。开关量输出模块的技术指标与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。对照分析小车自动控制系统的要求，我们选用开关量汇点式接线方式的24Ｖ直流输入模块和开关量分组式接线方式继电器输出模块的PLC。

(3)模拟量I/O模块的选择。模拟量I/O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全，也有电气隔离功能。模拟量输入(A/D)模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出(D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。典型模拟量I/O模块的量程为-10～+10 V、0～+10 V、4～20 mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号(如RTD、热电偶等信号)。

(4)特殊功能模块的选择。目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I/O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。

4)在线和离线编程的选择离线编程是指主机和编程器共用一个CPU，通过编程器的方式选择开关来选择PLC的编程、监控和运行工作状态。编程状态时，CPU只为编程器服务，而不对现场进行控制，专用编程器编程就属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个CPU，主机的CPU完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。由于运料小车自动往返控制系统并不复杂，对现场控制的要求也不高，因此选择离线编程的方式。综合以上几方面的分析，我们选择型号为FX2N-16MR-ES/UL的PLC。它的I/O点数各为8点。其型号含义如图2-4所示。另外，一个完整的复杂控制系统对PLC通信联网功能的选择还有相应的要求，由于不涉及本项目PLC的选型，因此在此处就不多做叙述了。

3．分配I/O点，画出电气接线图

1) PLC的I/O分配确定好控制系统的输入/输出信号后，就要与PLC的I/O端一一对应，编排地址，列出外部I/O信号与PLC的I/O端地址编号分配表。小车自动往返控制系统的I/O端口地址分配表如表2-1所示。图2-4PLC的型号含义表2-1小车自动往返控制系统的I/O端口地址分配表

2) PLC的电气接线图可编程序控制器的输入/输出端子分配好后，即可进行硬件连接。小车自动往返控制PLC系统的电气接线图如图2-5所示。

4．软件设计

【相关知识7】PLC的梯形图和相关指令介绍

FX2N系列可编程序控制器共有20条基本控制指令，在项目一中已经介绍了LD、LDI、OUT、AND、ANI、OR、ORI、ORB、ANB、END等10条基本指令，下面对定时器或计数器的使用作一介绍。在使用OUT指令后，必须设定常数K，或指定数据寄存器的地址号，如图2-6所示。图2-5PLC的电气接线图图2-6定时器T指令的使用

PLC的软件包含系统软件和应用软件两部分。其中，系统软件在用户使用之前就已固化在PLC内，在各种控制工作中并不需要做什么调整。应用软件也叫用户软件，是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序，这种自主编制程序的过程我们习惯上称为软件设计。软件设计根据任务的不同通常有三种设计方法：电路“翻译”法、经验设计法和状态转移图设计法。小车自动往返控制系统在典型的正反转控制电路的基础上作适当添加或修改即可实现其功能，运用经验设计法的思想实现程序设计是首选。经验设计法顾名思义就是依据设计者的经验进行设计的方法。用经验设计法设计程序时，将生产机械的运动分成各自独立的简单运动，分别设计这些简单运动的控制程序，再根据各自独立的简单运动设置必要的联锁和保护环节。这种设计方法要求设计者掌握大量的控制系统的实例和典型的控制程序。设计程序时，还需要经过反复修改和完善，才能符合控制要求。下面就用经验设计法来设计小车自动往返控制系统的控制程序。

1)根据控制对象设计基本控制环节的程序小车由电动机拖动右行与左行，这样利用电动机正、反转基本控制程序便可以设计出梯形图，列出相应的指令表，如图2-7所示。图2-7小车左、右行控制梯形图和指令表

2)实现自动往返功能的程序设计小车右行前进至行程开关SQ2处，SQ2动作，使小车停止前进，并使小车左行，这样输入信号X004的常闭触点就要断开Y000的线圈，常开触点启动Y002的线圈，完成小车由右行转为左行(前进转为后退)的工作过程。同理，当小车后退至行程开关SQ1处时，输入信号X003要完成小车由左行转为右行(后退转为前进)的工作过程。梯形图如图2-8所示。

3)实现定时控制自动装、卸料功能的程序设计根据运料小车碰到SQ1后自动装料，20 s后装料结束，碰到SQ2后停下来自动卸料，15 s后卸料结束的要求，设定T0为小车装料时的定时器，T1为小车卸料时的定时器，Y001控制漏斗门电磁阀YA1，Y002控制小车门电磁阀YA2。当SQ1被压下，Y002线圈失电时，Y001得电控制漏斗门打开装料，同时，T0得电开始定时20 s，时间到点后，控制小车右行；当SQ2被压下，Y000线圈失电时，Y003控制小车门打开卸料，同时，T1得电开始定时15 s，时间到点后，控制小车左行。梯形图如图2-9所示。

4)实现过载保护的程序设计根据控制要求，运料小车不停地循环往返工作说明控制小车的电机是长时间运行的，因此需要加热继电器FR对小车电机进行过载保护。图2-5所示的PLC的电气接线图中，接入的是FR的常闭触点，因此，输入继电器X005的线圈在常态时是得电的，其触点在梯形图中应接入常开触点才能保证正常工作状态。其梯形图和完整的指令表如图2-10所示。图2-8小车自动往返控制梯形图图2-9小车自动往返装料、卸料控制梯形图图2-10实现过载保护的小车自动控制梯形图和指令表当然，在PLC电气接线图中，也可以接入FR的常开触点，正如项目一中连续运行控制的PLC电气接线图的画法，这样，输入继电器X005的线圈在常态时是不得电的，其触点在梯形图中应接成常闭才能保证正常工作。那么，这两种接法在实际应用中究竟有没有不同呢？由于PLC通过输入回路接收输入信号，因此，输入回路的元器件质量的好坏和连接方式将影响到控制系统的可靠性，比如按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好，接线是否牢固等。仔细想一下按钮、开关的结构，常开触点需要按到底才会接通，常见的故障是常开触点接触不良，如果用来作停止按钮，特别是急停按钮，则按下后却不能停的后果是不可想象的，而按钮(开关)的常闭触点只要稍微动一下常闭就断开了。如果出现了接触不良的情况，则处于停止状态，所以在实际应用中，出于安全和抗干扰两个因素考虑，停止按钮、常闭触点在PLC的输入回路常采用图2-11(a)所示的常闭形式。但是实际的接线图中有时也会采用图2-11(b)所示的常开形式，这主要由控制系统的安装环境来决定，比如在湿度很大或容易受水淹的地方，SB3、FR接成图(b)的常开形式比图(a)的常闭形式显然要合理。请读者根据图2-11所示的两个接线图分别画出相应的梯形图，列出指令表。一般情况下，我们要求在接线图中尽可能采用常开触点形式连接到输入端，以使编制的梯形图与继电器的原理图一致，便于阅读。图2-11PLC的两种电气接线图比较

5．程序的调试与运行

PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程。在调试之前首先应对PLC外部接线进行仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误，当然也可以用事先编写好的试验程序对外部接线进行扫描通电检查来查找接线故障。不过，为了安全考虑，最好将主电路断开，当确认接线无误后再连接主电路，然后将编制的程序送入PLC的存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。

1)程序的模拟调试将设计好的程序写入PLC后，首先应逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通断状态用PLC面板上的发光二极管来显示，一般不用接PLC的实际负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据控制要求在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、各种可能的进展路线都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，则为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。如果身边没有三菱PLC机，那么我们也可以直接采用三菱全系列编程仿真软件在计算机上对用户程序进行模拟仿真，以纠正用户程序中可能出现的语法或逻辑错误。

2)程序的现场调试完成上述工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露的系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题及时解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际运行了。小结

(1) PLC设计与实施的步骤如下：①分析被控对象，明确输入/输出信号。②选择PLC机型。③分配I/O点，画出I/O分配表和电气接线图。④软件设计，即设计梯形图，编写指令表。⑤程序的调试与运行。

(2)选择PLC机型一般可从以下几个方面来考虑。①对PLC结构形式进行选择。PLC结构形式分为整体式和模块式。②选择输入信号的类型、电压等级及输入接线方式。开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。开关量输入模块有汇点式和分组式两种接线方式。③根据输出负载的特点选择PLC的输出方式和输出接线方式。PLC的输出方式一般有晶体管输出型、晶闸管输出型和继电器输出型三种。④确定输入/输出点数。一般要按实际所需总点数的10%～15%留出备用量，以确定最终所需PLC的点数。⑤对在线和离线编程进行选择。

(3)经验设计法的定义：依据设计者的经验进行设计的方法。经验设计法设计程序时，将生产机械的运动分成各自独立的简单运动，分别设计这些简单运动的控制程序，再根据各自独立的简单运动设置必要的联锁和保护环节。这种设计方法要求设计者掌握大量的控制系统的实例和典型的控制程序。设计程序时，还需要经过反复修改和完善，才能符合控制要求。

(4)输入回路元器件质量的好坏和连接方式对控制系统的可靠性有影响，因此，输入回路元器件接入常开、常闭触点是有一定讲究的。

(5)程序的调试与运行一般分两步进行：①程序的模拟调试。②程序的现场调试。巩固与提高有一运料小车的运行过程如图2-12所示，小车在SQ1处自动装料，在SQ2、SQ3两处轮流卸料，装料需要20 s时间，第一次碰到SQ3后停下来自动卸料，15s后开始左行，碰到SQ1后开始装料，第二次碰到SQ3后继续右行，碰到SQ2后停下来自动卸料，15 s后开始左行，碰到SQ1后又停下来装料，如此不停地循环往返工作，直到按下停止按钮时，小车才停止工作。

(1)分析小车的工作过程及特点，列出PLC的I/O端口地址编号分配表，如表2-2所示。

(2)画出PLC电气接线图，如图2-13所示。注意，在接线图中，停止按钮SB3和热继电器FR触点都接成常开的形式。图2-12小车运行过程示意图表2-2小车自动往返控制系统的I/O端口地址编号分配表图2-13PLC电气接线图

(3)设计PLC梯形图。分析图2-12，小车仍然在SQ1处装料，并在SQ2、SQ3两处轮流卸料，这就是说，小车在一个循环过程中两次右行都要碰到SQ3，第一次碰到SQ3后停下来自动卸料，第二次碰到SQ3后继续右行。如何让PLC识别是第一次碰到SQ3还是第二次碰到SQ3成为梯形图设计的关键。我们在梯形图中设置了一个具有记忆功能的编程元件M0，如图2-14所示。图2-14PLC梯形图具体设计思路是：小车第一次碰到SQ3后应停止右行并自动卸料，因此把连接SQ3的PLC输入端X006常闭触点串接在右行输出继电器Y000的线圈电路中，才能使小车停止右行，同时应该接通Y003和T1进行卸料，所以X006常开触点与X004常开触点并联。但是，第二次碰到SQ3后应继续右行，于是在X006常闭触点处并联了记忆元件M0的常开触点。这样，小车第一次碰到SQ3后应停止右行并自动卸料，同时M0线圈得电，其常开触点闭合，为小车第二次碰到SQ3后继续右行提供条件。当小车第二次碰到SQ3后，X006常闭触点断开，但是与之并联的M0的常开触点已经闭合，保证小车继续右行，直至碰到SQ2(X004)后停止右行并自动卸料，同时X004常闭触点又串接在M0线圈回路中使M0断电，以保证下一工作循环时第一次碰到SQ3后能停止右行。设计过程中还应该注意两点：①小车碰到SQ2后左行时，要碰到SQ3，使X006常开触点闭合，M0得电，使下一次小车右行碰到SQ3后无法停下来，因此，在M0电路中串入Y002的常闭触点，以保证左行碰到SQ3时M0不得电。②小车左行和第二次右行碰到SQ3时虽然不会停止，但接通Y003会出现短暂卸料动作。因此必须将Y000和Y002的常闭触点串入Y003的线圈回路中，以保证小车停止才能卸料。具体的梯形图工作过程请读者参照项目任务自行分析。

(4)编写PLC指令表。根据图2-14所示的PLC梯形图，编写对应的指令表，如图2-15所示。图2-15小车自动往返控制系统指令表以上两个项目任务我们都采用了经验设计法进行PLC设计，并且能够得到比较清晰的结论。用经验设计法来设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序(如手动程序等)具有一定的实用意义，但如果用该法来设计相对复杂的系统梯形图，则存在一些困难和问题，归纳如下：

(1)考虑不周，设计麻烦，设计周期长。用经验设计法设计，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性。设计复杂系统的梯形图要用大量的中间元件来完成记忆、自锁、互锁等功能。由于需要考虑的因素很多，它们又交织在一起，因此分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些问题。修改某一局部程序时，很可能会对系统其他部分程序产生意想不到的影响，梯形图的修改也很麻烦，往往花了很长时间，还得不到一个满意的结果。

(2)梯形图的可读性差，系统维护困难。用经验设计法设计的梯形图往往非常复杂。该法是按设计者的经验和习惯的思路来进行设计。因此，即使是设计者的同行，要分析这种程序也非常困难，更不用说维修人员了，这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。后面将要介绍的顺序控制设计可以解决以上这些问题。

【拓展知识2】PLC应用中需注意的若干问题

PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强等优点，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈或安装使用不当时，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统的可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此，在使用中应注意以下问题。

1．工作环境

1)温度

PLC要求环境温度为0～55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30 mm以上间隔，开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射。如果周围环境超过55℃，则要安装电风扇强迫通风。

2)湿度为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。

3)振动应使PLC远离强烈的振动源，防止振动频率为10～55 Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免地振动时，必须采取减振措施，如采用减振胶等。

4)空气避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。

5)电源

PLC系统的正常供电电源均由电网供电，PLC本身具有足够的抵制能力。由于电网覆盖范围广，因此它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压，尤其是电网内部的变化、刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都通过输电线路传到电源原边。对于可靠性要求较高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1∶1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

FX系列PLC有直流24 V输出接线端，该接线端可为输入传感器(如光电开关或接近开关)提供直流24 V电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用纹波系数较小的直流稳压电源，以避免因受电源的影响而使PLC接收到错误信息。

6)变频器干扰

变频器干扰包括两方面：一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。对变频器干扰的抑制一般有下面几种方式：

(1)加隔离变压器。该方式主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

(2)使用滤波器。滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源的功能，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

(3)使用输出电抗器。在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是为了减少变频器输出在能量传输过程中产生电磁辐射，影响其他设备的正常工作。

2．安装与布线

(1)动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。

(2) PLC应远离强干扰源，如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。

(3) PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

(4) PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。

(5)交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

3．I/O端的接线

1)输入接线

(1)输入接线一般不要超过30米。但如果环境干扰较小，电压降不大，则输入接线可适当长一些。

(2)输入线和输出线不能用同一根电缆，输入线和输出线要分开。

(3)尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器的原理图一致，便于阅读。

2)输出连接

(1)输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。

(2)由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，则将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。

(3)采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器的工作寿命要长。

(4) PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护、交流输出的阻容吸收电路、晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

4．外部安全电路为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部电源发生故障、PLC出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故，PLC外部应安装必要的保护电路。

(1)急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。

(2)保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统要设置外部电器互锁保护；往返运行及升降移动的控制系统要设置外部限位保护电路。

(3)可编程控制器有监视定时器等自检功能。检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。

(4)电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，则PLC工作不受影响；若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。

(5)重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍能够进行可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。

5．PLC的接地良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个：其一是安全，其二是抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，则存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态(如雷击)时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，则所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分