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    本例的输入/输出信号较多，而且逻辑过程也比较复杂，因此本液压系统适合用PLC控制。

    2．PLC的选型

    PLC的种类繁多，不同种类的PLC功能差异很大，价格差距也很大，这为挑选PLC提供了很大的空间。机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，力争选用性能价格比高的，并且可以升级的产品。通常选型要注意以下几点：

    (1)功能的选择

    对于只有开关量和少量模拟量的控制设备，一般选用小型PLC；对于有较多模拟量控制、有复杂的通信、多闭环控制系统，一般根据其规模选用中高档PLC机型；对于本例只有开关量，而且点数不**过20点，因此选用中小型机足够，选择面十分广泛，市面上的PLC应都能满足要求。

    (2)基本单元的选择

    基本单元的选择主要包括相应速度、结构形式和扩展能力。

    PLC输入信号与响应的输出信号之间存在着一定的时间延迟，称为延时时间，PLC的延迟时间短则响应速度快。对于以开关量为主的系统，PLC的响应速度能够满足要求，*特殊考虑，而以模拟量为主的系统则必须考虑。本例只有开关量，因此不必考虑响应速度。

    一般PLC有整体式和模块式两种结构形式，前者的价格*，而且通常小型PLC多采用整体式结构。

    在扩展方面也应注意，如通信扩展，设计时不需要，并不代表以后用户一定不用。

    (3)内存容量的估算

    本系统有SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SP1、SP2、起动SB1、停止SB1、复位SB3和急停SB4 10个输入信号，输出有1YA、2YA、3YA、4YA、5YA、EL和电动机的起动KM 7个信号。输入、输出信号共有17个，一般在选型时输入和输出点数要比实际多20%～30%，富裕的点数通常预留给用户。所以输入、输出点数为17×(1+25%)≈21，可以初步选定输入、输出点数和为21。

    由于西门子的S7-300 PLC性能可靠，故选定的型号为：CPU 313C(当然，读者也可以选用其他品牌的PLC，如三菱的FX系列PLC)，此机型有l6个输入，16个输出。又因为本例的控制要求中没有提出通信等特殊要求，所以不需要选用特殊模块。

    3．PLC控制系统的硬件设计

    (1) PLC的I/O分配

    PLC的I/O分配表见表5-3。

    表5-3    PLC的I/O分配表

PLC的I/O分配表

    (2) PLC的硬件系统设计时要注意以下问题

    ①西门子S7-300 PLC输入端需外接DC 24V电源，可以选用西门子生产的电源，但西门子的电源价格较高，使用市面上的品牌开关电源是完**够满足要求的。这点有别于三菱FX系列PLC，三菱FX系列PLC的输入端不要外接电源。

    ②输入端开关（如按钮）一般都用常开触点，但注意急停开关必须接常闭触点，尽管从逻辑上讲，急停开关接常开触点是可行的，但如果急停开关接常开触点，由于某些情况下，急停开关的连线断开，系统仍然能正常工作，但紧急情况下，特别是重大事故发生时，急停开关将不能起到作用，很*发生事故。如果急停开关接常闭触点，只要急停开关的连线断开，系统就不能正常工作。因此，“急停开关”总是能起到作用。

    ③输出端若用直流电源，则较好与接触器或继电器线圈并联一个续流二极管，续流二极管起续流作用。读者应注意二极管的接法，若接反，则会短路。

    ④输出端若用交流电源，则较好与接触器或继电器线圈并联一个浪涌吸收器。

    ⑤接触器的电源是220V交流电，而电磁阀的电源是24V直流电，因此二者一定不能共用一组输出。

    ⑥在画I/O接线图前务必认真阅读选定型号PLC的使用说明书，否则较易出错。

    ⑦由于PLC的继电器比较小，允许通过的电流只有2A，损坏后不易更换，因此建议将每个输出点转接一个中间继电器，再由中间继电器控制电磁阀和接触器的线圈，尽量保护PLC。

    4．PLC控制系统的软件设计

    物料的混合操作是一些工厂关键的或不可缺少的一环，尤其在化工行业中，经常需要将两种或两种以上的液体按照一定的比例混合，然后再做相应的后续处理和加工。对物料混合装置的要求是设备对物料的混合质量高、生产效率和自动化程度高、适应范围广、抗恶劣工作环境等。采用PLC来控制液体搅拌机，由于其结构灵活、可靠性高、使用范围广等特点，完全满足物料混合控制工艺的要求，能大大提高对各种成分含量的有效控制，提高生产效率，因此多种物料混合的PLC控制具有广泛的应用。

    多种液体按一定比例进行混合是物料混合的一种典型形式，本实例中以两种液体的混合装置的控制为例，来介绍PLC在液体混合装置控制中的应用。

    一、控制工艺流程

    两种液体混合装置的控制工艺流程图如图10-1所示，主要包括对混料装置的加料、混料以及出料的控制。在该控制实例中使用H、I、L3个液位传感器来检测液位，使用3个电磁阀门来分别控制液体1、液体2的进入和混合液的排出。

液体混合装置控制工艺图

    图10-1    液体混合装置控制工艺图

    整个实例的控制流程描述如下：液面在较下方时，按下启动按钮，可进行连续混料。首先，控制液体1的阀门Q0.0，液体1流人容器。当液面上升到传感器I的位置时，关闭液体1的阀门Q0.0，打开控制液体2的阀门Q0.1。当液面上升到传感器H的位置时，控制液体2的阀门Q0.1关闭，此时搅拌电动机开始工作。搅拌电动机工作6s后，停止搅拌，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面降到传感器L的检测位置时，延时2s后，关闭混合液体阀门3Q0.2，然后再开始下一周期操作。若工作期间有停止按钮按下，则待本次混料结束后方能停止搅拌机的工作，不再进入下一周期工作。由于初始工作时，液位不一定在液面的较下方，为此需按下复位按钮，使料面液位处于较下方。

    二、控制系统硬件设计

    1．输入/输出信号分析

    系统的输入信号：启动按钮1个，停止按钮1个，液位传感器3个，共5个输入信号，需5个输入端子。

    系统的输出信号：控制进料的电磁阀2个，控制出料的电磁阀1个，电机接触器1个，共4个输出信号，需4个输出端子。

    2．PLC的输入/输出分配表

    编制PLC的输入/输出分配表如表10 -1所示。

    表10-1    PLC的输入/输出分配表

   随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩、低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。一旦制成成品只能按固定的模式闪亮，从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，不能根据不同场合、不同时间段的需求来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。

    PLC由于具有可靠性高、抗干扰能力强、适用性强、维护方便、体积小、能耗低等优点，在人们的日常生活中得到了越来越广泛的应用，本节将就PLC在节日彩灯控制中的应用进行介绍。

    一、节日彩灯简介

    用PLC实现对节日彩灯的控制，结构简单、变幻形式多样、价格低。彩灯的形式及变幻尽管花样繁多，但其工作方式可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变换灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用于照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接进行控制，不需要PLC控制。流水灯负载变化频率高，变换速度快，犹如行云流水、星光闪烁，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形，特点是定时通断，但频率较高，通常间隔几十毫秒至几百毫秒。变换灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地变换花样，但频率不高。流水灯及变换灯均适宜PLC控制。

    二、控制方案设计

    当用PLC对流水灯或变换灯进行控制时，需要按预定节拍产生一个“环形分配器”（一般可用SHRB、ROL_W产生），有了环形分配器，彩灯就能得到预设频率和预设花样的闪亮信号，即可实现花样的变幻。通常先根据花样变幻的规律写出动作时序表，再按预设彩灯变幻花样在表中“打点”，然后再依据动作时序表输出即可。

    本节所选彩灯变换花样为逐次闪烁方式：程序开始时，灯1 (Q0.0)、灯2(Q0.1)亮；一次循环扫描且定时时间到后，灯1 (Q0.0)灭，灯2(Q0.1)亮、灯3(Q0.2)亮；再次循环扫描且定时时间到后，灯2(Q0.1)灭，灯3 (QO.2)亮、灯4(Q0.3)亮……。其动作时序表如表9-3所示，梯形图如图9-10所示。

   一、应用背景与需求

    工业机床的控制在工业生产自动化控制中占有重要的位置。在机床行业中，多工步机床由于其工步及动作多，控制较为复杂。采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此故障多，维修困难，费工费时。采用PLC控制，可使接线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修量，提高了工效。

    某多工步机床是用于加工棉纺锭子锭脚的一种加工机床，其锭脚加工工艺比较复杂，零件加工前为实心坯件，整个机械加工过程由7个刀具分别按照7个工步要求依次进行切削。7个工步依次为：钻孔、车平面、钻深孔、车外圆及钻孔、粗铰双节孔及倒角、精铰双节孔、铰锥孔，各工步的动作分解如图8-24所示。

    本节以该锭脚加工机床的PLC控制为例，介绍PLC在多工步机床控制系统中的应用。

    二、多工步机床PLC控制系统分析

    使用该机床进行加工时，工件由主轴上的夹头夹紧，并由主轴电机M1带动作旋转运动。大拖板带动回转工作台作纵向进给运动，其进给速度由工进电机（慢速电机M2）、快进电机（快速电机M3）经电磁气阀YV1离合器带动丝杠控制。小拖板的横向运动由电磁气阀YV1气压驱动。

    对于7把刀具，除了*2把刀（完成*2工步，即车平面）是由小拖板横向运动切削外，完成其余6个工步的6把刀均由大拖板带动回转工作台（六角）纵向运动切割，每完成一个工步，回转工作台转动一个工位，进行下一工步的切削。

    为简明期间，本例只对刀具进给运动的控制进行分析与设计，刀具进给运动的控制过程如下：

    (1)刀具进给的启动由启动按钮SB1发出启动指令。

    (2)刀具进给运动过程中，各动作之间的转换由限位开关发出指令；纵向快进结束压合限位开关ST1，发出工进指令。

    (3)工进结束压合限位开关ST2，发出延时指令，延时1s后开始纵向快退。

    (4)纵向快退结束后压合限位开关ST3，发出横向进给指令，由**工步转入*二工步，发出下一工步快进指令。

    (5)横向进给结束压合限位开关ST4，发出横向退回指令及*三工步的快进指令，以后各工步的动作将重复**工步的变化。

    另外，各动作之间应设置互锁，即某一个动作进行时，应锁定另一个动作，如快进与工进互锁、纵进与纵退互锁等。

    三、多工步机床控制系统硬件设计

    1．输入/输出信号分析

    根据对多工步机床控制系统的功能分析，可知其主要的输入和输出信号如下：

    输入信号：控制多工步机床刀具进给加工的开始按钮1个，行程开关共有4个，包括纵向快进到位行程开关1个、纵向工进到位行程开关1个、纵向后退到位开关1个以及横向进给到位行程开关1个，所以输入信号共5路，需5个输入端子。

    输出信号：主要是控制各类接触器以及电磁阀，包括纵向前进接触器、纵向快速接触器、纵向后退接触器以及横向前进电磁阀各1个，所以输出信号共4路，需4个输出端子。

    2．PLC的输入/输出分配表

    在对多工步转塔车床控制系统的各个硬件组成部分进行了详细分析后，可以对PLC主机的I/O点数进行分配，如表8-7所示。

    表8-7    多工步转塔车床控制系统的I/O点数分配表

    通过对各个输入和输出信号进行分析后可以得知，该多工步机床控制系统中有5个数字量输入信号和4个数字量输出信号，共需9个I/O点，根据I/O点数和容量，本实例可以选择S7-200系列PLC中的CPU221作为控制主机。

    4．硬件接线图

    根据PLC的输入/输出分配表，可以画出如图8-26所示的多工步机床PLC控制主机的硬件接线图。

    四、多工步机床PLC控制系统软件设计

    根据多工步转塔车床加工棉纺锭子、锭脚的加工工序，采用顺序控制指令可以编写出多工步转塔车床控制系统的PLC梯形图及语句表，如图8-27所示。