时间：2022-09-08 17:37:17
序论：在您撰写电气控制设计论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
课程设计是综合一门或多门课程知识的实践性环节，是学校实践教学环节的重要组成部也是培养学生综合素质的重要环节。对于电气控制类专业，比如自动化和电气工程及其自动化等专业，常见的课程设计有计算机程序课程设计、电子技术课程设计、嵌入式系统课程设计、电气工程综合课程设计、可编程逻辑控制课程设计和工业控制系统综合课程设计等，大部分课程设计都具有“硬件和软件相结合”的特点，实践性和实用性很强，与企业需求结合非常紧密，契合度较高。基于该类课程设计的特点，在课程设计教学中，笔者打破原有的课程设计教学思路，采用与企业深度合作，将企业需求职位的专业和技能要求融入课程设计教学过程中，对学生进行有针对性的训练，在培养学生的创新精神和实践能力的同时，注重培养其良好的职业素养和综合能力。课程设计的内容结合相关企业的某个工程项目，教学过程尽可能与工程项目的运作过程接近，使学生熟悉工程项目的运作流程和不同职位的工作内容和专业技能要求。学生以团队合作的形式，由3～5人组成一个工作小组，根据企业需求，每位成员都有相对独立的任务分工。通过这种方式的课程设计，学生可以对企业的需求有深入的了解，对自己的能力有进一步的认识。在此基础上结合自己的专长和爱好，学生可以尽早明确自己的工作方向，完善个人的职业规划，最大可能成为企业需求的综合性人才。
1．2基于企业需求的电气控制类专业的职位
在课程设计创新教学模式中，课程设计的过程尽可能与企业中工程项目的运作过程接近。根据对企业职位设置的调研，笔者将该教学模式中团队中各成员的职位和任务说明如下:
(1)项目管理工程师是一个团队的核心人物，负责制定和管理项目进程，组织必要的讨论和会议。对于项目管理工程师而言，如何调动团队内每个成员的工作积极性，最大程度地发挥成员的专长是其主要任务。可见，良好的沟通能力和个人魅力最为重要。这个职位为学生毕业后的个人创业或某些管理职位提供了基本的训练。
(2)硬件工程师和软件工程师完成整个项目的核心技术工作，包括系统的方案设计、绘制图纸等。在国内外倡导工程教育的背景下，工程师的工作尤其要与企业需求和行业规范相结合，指导教师对软硬件工程师的具体工作提出严格的要求。
(3)外观或结构设计师需要机械类专业的知识，不是电气控制类专业的主要学习范畴，在教学实施过程中将机械类与电气控制类专业的学生进行混合，组成一个更加专业的团队，不仅有利于更好地完成任务，而且扩大了团队成员的知识面。而且，一般情况下电气控制类专业的学生也会学习机械制图(或AutoCAD)，若设计要求不是很高，他们也能完成任务。
(4)销售工程师在企业人员的职位中也是比较重要的角色。在我校电气控制类专业的毕业生中，有不少同学都从事市场或销售方面的工作。一方面企业需要有该类专业背景的毕业生，另一方面电气控制类专业某些学生善于言谈，亲和力强，更喜欢做与人沟通的工作。销售工程师需要掌握一定的销售理论，做全面的市场调研，提炼产品特色和产品卖点，制定完整的销售计划。
(5)秘书的主要任务是会议记录，制作项目陈述PPT，撰写论文等文字性工作。从方案设计开始，秘书就开始构思并撰写论文。秘书的工作是整理和总结资料，大部分的文档原始资料都需要其它成员提供。秘书需要经常和每一个成员沟通，尽量按照毕业设计论文的标准完成课程设计论文的撰写。
2课程设计创新教学模式的实施
2．1对课程设计团队的要求
团队人数要适宜，若人数过多，任务分配不均，必然有成员的工作较轻松，易偷懒，造成不团结;若人数过少，每个人承担任务较多，不能起到成员间交流合作，培养良好职业素养的目的。经过实践，根据任务复杂程度，一个课程设计团队的组成人数以3～5人为宜。团队中每个成员根据需要可以承担多项工作，比如项目管理工程师可以兼任其他任何职位，外观设计工程师兼任销售工程师，采购人员兼任秘书;而软件和硬件工程师一般独立设置，而且在项目软件编程任务较多时，可以采用模块化设计，由多个人共同承担。团队内每位成员按照分工都有自己明确的工作任务，具有强烈的责任感和使命感。而且，由于是团队工作的性质，团队之间的竞争更为激烈，在工作过程中每位成员也会强烈地感受到集体的凝聚力和荣誉感。在这种情况下，个体能力强并不意味着集体的成功，只有大家团结合作、互帮互助才能取得最终的成功。因此，在做好课程设计的同时培养了成员的工作主动性、积极性和团队协作意识。
2．2选题要求
多数应用型大学的电气控制类课程设计都是诸如电子钟、交通灯的控制之类的小题目，设计题目单一，与专业技术的当前应用脱节［4］，而且容易查找到现成的资料，不利于培养学生的实践能力和创新精神。由于以团队形式工作，人数增加，可以适当地增加课程设计题目的难度。课程设计选题可以结合教师科研项目，与企业进行深度合作并能为其解决实际问题的综合性选题最好。比如在单片机系统课程设计中，与某企业合作，设计题目为“多功能电压力锅”;在工业控制系统综合课程设计中，与某自动化公司合作，设计题目为“恒压供水系统的PLC控制与远程监控”［5］。在课程设计过程中不满足于只考虑软硬件是否能实现任务要求的基本功能，还可以在图纸的完整性和规范性、系统的安全性和可靠性等方面提出更高的工程要求。
2．3工作流程
在课程设计实施过程中，教师引导团队的工作过程尽可能与实际项目的运作过程接近［6］，在任务量、时间节点等方面制定详细的计划，使成员在具有一定压力下，既紧张又有条理地完成任务。课程设计基本工作流程如图1所示。小组会议是一个较为正式的环节，由项目管理工程师主持，秘书做会议记录，指导教师或企业工程师以及组内成员参加，目的是引导学生明晰工作目标和工作内容，合理安排时间，顺利完成任务。在第一次会议上，项目管理工程师陈述系统总体设计方案，各成员分别总结前期研究内容和明确后期的工作步骤和内容，并制定详细的工作计划。在团队成员分工后，项目管理工程师也可以根据需要多次组织会议，秘书做好会议记录，为最终的论文提供素材。指导教师在以学生主导的会议中，有目的、有意识地引导，培养学生在设计过程中有计划地学习、研究问题，综合运用自己的理论、专业和实践知识进行解决问题，从而提高实践创新能力［7］。指导教师通过提问掌握每个学生的工作进展情况，并对存在的问题做出正确的启发，鼓励学生进行互动讨论。各成员总结自己的阶段性成果，提出工作中遇到的困难，成员之间充分沟通。项目陈述和答辩环节是课程设计创新模式中重要的一个环节，培养学生总结能力、表达能力和PPT的制作和展示能力，使其学生在公众下能够不怯场，敢于表现自己。
2．4考核与评分
在课程设计创新教学思路和创新模式的引导下，考核也要更新观念，要与人才培养目标相一致。借鉴荷兰高校对学生实践能力的考核方法，不仅注重基于任务分工表现出的实践应用能力，而且还要兼顾学生在课程设计过程中展现的思路创新、表达沟通和团队协作能力［8］。由于课程设计的教学时间一般为一至两周，所以考核与评分不能过于繁琐，笔者在两轮课程设计实践基础上总结了一套与培养目标一致、相对公平和便于实施的考核评分方案，如表1所示。个人的最终成绩是由小组成绩和个人成绩两部分组成［9］，各占50%，其中小组成绩由指导教师根据不同分项及其权重给出，个人成绩由指导教师和组内成员共同给出。组内成员互评均分权重为0．2，这个独创的考核细节大大激发了学生的工作热情并营造了工作团队内互帮互助的和谐氛围，培养了学生的团队合作精神。
3课程设计创新教学模式的支撑体系
(1)加强师资队伍的培养。对于应用型大学而言，高水平的师资队伍是应用型创新人才培养的关键。要培养出企业需要的应用型人才，必须建立一支综合素质强的“双师型”教师队伍。而大多数教师从学校毕业又进入学校授课，本身没有在企业工作过，教师的工程素质和实践经验不足，具有丰厚工程背景又有学术水平的“双师”型教师尤其缺乏［10-12］。一方面，可以建立教师有计划分批次轮流到企业锻炼的常规制度;另一方面，吸引企业的优秀工程师兼职或全职到教师岗位，充分发挥其多年来的企业工作经验。
(2)重视校企合作。校企合作是解决实践教育缺失的根本途径［13-14］。一方面大力吸引企业参与到高校实践教学过程中来，在教学计划和教学内容上广泛征询和适当采纳相关业内专家的意见;另一方面，增加学生在企业进行专业技能训练和专业拓展课程的学习机会，理论联系实际，开拓视野，拓宽思路，促进学生的创新意识与创新灵感，为课程设计创新教学模式提供强有力的实践平台支撑。与相关企业建立长期合作关系，良性循环，最大可能实现更多学生毕业和就业上岗的零过渡，校企共同培养“适销对路”的应用型人才。
(3)开设公共选修课。公共选修课是高校面向全体学生开设的综合素质培养课程，对学生知识结构完善，知识面扩大，兴趣和个性发展和综合素质提高有重要意义。对于工科专业来说，根据企业对人才的需求，高校开设如市场营销、会计、社交技巧等人文类和经济类选修课，不仅有利于培养学生的综合能力，而且学生也可以结合自身职业生涯规划科学地进行选课，为将来的职业储备和积累知识［15］。
4结语
关键词：体育场照明设计电气控制设计
1.体育场照明的重要性
对于一座现代化的体育场，不但要求建筑外形美观大方、各种体育设备齐全完善，而且要求有良好的照明环境，即要求有合适、均匀的照度和亮度、理想的光色，有立体感及无眩光等。除保证满足观众良好的视看效果外，还必须保证裁判员、运动员和比赛项目所需的照明要求以及应保证有良好的电视转播效果。
照明是依靠光线的功能，保证灯光作用于运动员、裁判员、观众的眼睛、产生视觉，才能看见体育场地上的一切，如场地环境的明暗、物体建筑、器具及服装等表面的颜色、观看目标的形状和大小、深度、立体感及运动员运动时的状态和体育场的气氛等等。所以，良好的照明在现代体育场中占有重要地位。
一般，在一个体育场的照明设计中，应考虑以下三方面的因素：
1满足运动比赛时运动员的视觉要求，并且使灯光对比赛的客观影响降到最低程度。
2满足观众的视觉要求，使灯光对观看比赛时所引起的不适感觉降低到最低程度。
3满足彩电转播的照明要求，尽可能提高转播质量。
总之，照明与运动项目的比赛要求密切相关，与观众视看效果密切相关，没有良好照明设施的体育场是不完整的体育场，必将严重影响它的使用功能。
2.体育场照明设计标准
为了得到良好的照明设计方案，合理利用光线的分布来满足运动员、观众、裁判员视觉以及良好的电视转播效果的要求，必需先确定照明标准，包括照度标准和照明质量标准。照明质量标准，其中包括眩光、光源色温有显色性要求，光的方向性、节能要求等。
2.1照度标准
根据国际体联第83号推荐照度要求及《民用建筑照明设计标准》GBJ133－90中第2.2.9条中的规定，提出以下照度标准推荐值见表1。几点说明：
1根据《民用建筑照明设计标准》GBJ133－90中第2.2.9－1条中规定：足球场比赛照度标准值：当观看距离为120m时，为150～200～300lx；观看距离为160m时，为200～300～500lx；观看距离为200m时，为300～500～750lx.观看距离指观众席最后一排到场地边线的距离。
2根据《民用建筑照明设计标准》GBJ133－90中第2.2.9－2条中规定：电视转播需要的垂直照度：最大拍摄距离分为三组，①对于足球项目而言，最在拍摄距离为25m时平均垂直照度应为750lx；最大拍摄距离为75m时平均垂直照度应为1000lx；最大拍摄距离为150m时平均垂直照度为1500lx；②对于田径项目而言，最大拍摄距离为25m时平均垂直照度应为500lx；最大拍摄距离为75m平均垂直照度应为750lx；最大拍摄距离为150m时平均垂直照度为1000lx.上述每个垂直照度用于一个给定的运动等级和给定的最在拍摄距离相对于1.0m垂直面的值，各照度值的中间值用于其它拍摄距离。
3上述照度指体育场的最终平均照度，设计时选取的初始照度必须计入维护系数，一般可采用0.7～0.8的数值。
4水平照度的均匀度：照度均匀度一般用最小照度与最大照度之比表示，也可用最小照度与平均照度之比表示，最小照度与最大照度的比值应大于0.5.
5垂直照度的均匀度：最小照度与最大照度的比值应大于0.4，才能满足主电视摄像的要求。
2.2照明质量标准
1眩光
体育照明的关键除提供足够的水平和垂直照度以外，还需要减少眩光，从而达到亮而无眩光的效果。眩光是影响照明质量的最重要因素之一。根据CIENO.83出版物“彩电系统的体育场地照明”，场内最大眩光指数GRmax应小于50.眩光额定值GR愈小，眩光限制愈好，眩光额定值为50时。眩光额定值GR由下列公式算出：
GR=27＋24LgLvl/Lve0.9
1式中，Lvl是灯具产生的光幕亮度，Lve是环境产生的光幕亮度。一般在计算照度时，应计算不同方向的眩光额定值GR，在GR<50时，即可行。眩光的限制除了合理确定灯具的选型，安装高度和排列方式外，还可以采取提高赛场背景照度的方法。
2光源色温及显色性要求
为达到良好的彩电转播效果，体育场的照明质量不但与照度有关，而且与照明光源的色温及显色性有紧密关系。我国《民用建筑照明设计标准》GBJ133－90中第3.3.2条中规定：彩电转播用一般光源显色指数Ra不应小于65.依据CIENO.83号出版物及国际足联的要求，光源相关色温Tc大于5000K和光源显色指数Ra大于等于80，以达到最佳的现场照明效果及彩电转播效果。
3光的方向性
灯具的俯角不仅影响垂直照度，同时也对运动员、观众和裁判有可能产生较大眩光影响。对地体育场照明设计，应选择好灯具的瞄准方向。另外，主摄像机与另一侧过来的光线之比例应控制在一定范围内，而照明的最重点是在足球场的中央及设置。
4节能要求
照明节能重在采用合理的照明方案和高效的照明装置，降低线路损耗及良好的照明控制。体育建筑属照明用电较大的建筑项目，从节能意义上讲，仅比较初始投资费用，而不以最低运行成本为基础选择得出的照明设计不是合理的设计，应根据具体情况，将初始投资及运行成本综合加以考虑。
应选择高效率的光源和灯具，采用能耗较低的镇流器等附件，并加补偿电容，提高系统的功率因数。照明设计应有多种开灯模式及对应的控制方案。可以通过调节灯具数量，为不同需要的比赛和活动提供合适的照明，控制方案要简单、实用，并具有较强的灵活性。
3.体育场照明设计的计算
体育场照明设计的照度计算通常有三种方法：一是单位面积容量估算法；二是平均照度计算法，用以计算被照面上的平均照度；三是逐点计算法，可以精确的计算出某一点的照度。
1单位面积容量估算法基本公式：
N=P×A/PL2
式中：N—泛光灯灯数；PL—每台泛光灯功率W；P—单位面积功率W/m2；A—被照面积m2。
m=1/η×η1×U×U1×K3
式中：m—简化系数；η—灯具效率；η1—光源效率，1m/W；U—利用系数；U1—照度均匀度；K—灯具维护系数，一般取0.7～0.8.
为简化计算，按照η=0.6、U=0.75、U1=0.7、K=0.7给出不同光源的m值见表2.
P=m×E4
式中E为最小照度，lx.
2平均照度计算法，运用以下公式可以计算出灯具的数量。
N=E×A/η×F×K5
式中：N—灯具的数量个；E—表面平均照度lx，由表1查得：A—被照面面积m2；η—灯具的效率；F—光通量1m；K—维护系数，取0.7～0.8.以上两种照度计算法应用较普遍，主要用于照度的估算，比较适合方案和初步设计阶段。
3点光源逐点计算法
采用计算机软件进行逐点计算。泛光灯的尺寸与其照射的距离相比要小的多，因此泛光灯可被当作点光源，一盏灯具照度计算的数学模型如公式6所示。
EΦcosα±D/h×sinαEh=ΨEh
6式中，Eh：一盏灯照射到垂直立面上产生的平均照度lx，Eh用公式7计算：
Eh=Iθ×cosθ/R27
Iθ—θ角照射方向的光强cd；R—光源至被照面间的距离m；h—光源至垂直立面的垂直计算距离m；D—R在垂直立面上的投影m；α—斜面与水平面的夹角，单位为度；θ—灯具光束中心与水平面的夹角，单位为度；Ψ—系数，Ψ=cosα±D/h×sinα。
4.体育场照明灯具分类与布置方式
4.1照明灯具分类
体育场照明灯具按其光束形状可分为A、B、C三类，如表3所示。
在照明设计中，应根据具体情况选择合适的灯具。通常对于侧面布灯方式，采用光束为扇形B或C型泛光灯的利用系数要高于圆柱对称光束A型泛光灯。对于四塔布灯方式，采用圆柱对称光束A型泛光灯的利用系数要高于扇形B或C型泛光灯。
4.2灯具的布置方式
为有效地利用光源的光通量，还应根据投射距离选择泛光灯光束角的大小。按光束角的大小可分为7类，如表4所示。
1四塔式布灯
①四角灯塔位置应选在球门中线民地底线成15°角、半场中心线与边线成5°角的两线相交后延长线所夹得空间范围，并宜将灯塔设置在场地的对角线上。将泛光灯安装在4个高塔上，这种布置型式适用于没有挑棚的体育场，其照明利用率较低；而且要解决好灯具的维护检修问题。
②灯塔的高度应使最低一排泛光灯至场地中心与场地水平地面的夹角在20°～30°，超过这一范围，不仅使灯塔的造价大大提高，同时也会降低垂直照度与水平照度的比例，影响物体造型的立体感和降低识别运动物体的速度。
灯塔最低一排泛光灯至场地水平面的垂直高度可由式8确定：
H≥L×tan25°或H≥0.4663L
8式中：H—灯塔最低一排泛光灯至场地水平面的垂直高度m；L—场地中心点至灯塔座的水平距离m。
上式中的L与H关系还可以采用下列比值确定：与场地水平面夹角为25°时，LH=2.1451；与场地水平面夹角为20°时，LH=2.7471
③灯塔顶部应装置防雷接地设施，接地电阻不大于10Ω。灯塔顶部应设置红色高度标志灯，且不少于2台。灯塔上安装的接线端子箱、敷设的电缆及线醴均由灯塔厂配套提供。
④灯塔设置位置及塔上最低一排泛光灯投射角度及高度应满足以下要求：α>5°，β>15°，20°<γ<30°，45°<θ<70°
2混合式布灯
①将灯带式与灯塔式有机地组合在一起的布灯方法。一般大型综合性体育场解决照明技术效果比较好的一种布灯型式。
②混合布置，灯塔的投射角和方位布置可以适当灵活处理，光带的长度可以适当缩短，光带的高度也可适当降低。
5.体育场照明供电设计
1体育场的照明供电，一般由低压配电室引来两路电源供给，互为备用，手动与自动投切，平时两路电源各带50％左右的负荷，且均匀分布，以便任何一路断电，熄灭了的灯光尚未点燃时，场地内仍能保持均匀的照度分布，使一般性比赛仍可进行。另外，由于气体放电灯的启动时间约为4～8min，再启动时间约为10～15min，因此，即使采用两种电源自投，也无法使熄灭了的灯光立即点燃，故对有人值班的控制室，可采用两种电源手动互投的切换方式。对无人值班的控制室则应采用两路电源自投不自复的切换方式，保证比赛的正常进行，延长光源的使用寿命。
①此种供电方式可不再另外考虑场地的应急照明，而且当电源转换时仍能基本保证比赛的正常进行。
②配电系统设计相对较为复杂，造价亦相应较高。
③采用四塔式照明时，将电源柜放在灯塔底部内侧，电源线沿灯塔内壁敷设，灯具的镇流器箱放在塔的顶部，这种配电方式较为合理。
④采用光带式照明时，将电源直接送到挑棚马道上的配电柜台，配电的分支线路可以采用沿马道旋转的金属线槽敷设方式。
2比赛灯的开关，主要靠交流接触器或无触点的晶闸管可控硅实现。用交流接触器控制，简单可靠，也较经济；用晶闸管控制，技术先进，但价格较贵。为了便于维护和灯光方案的变化，宜采用单灯单控，也可一个开关控制2～3个灯，以不超过3个灯为宜。
3气体放电灯点燃时，冲击电流很大，开启灯光时，单灯宜间隔0.5s；组控时，宜间隔10～30s.另外，气体放电灯的频闪效应对照明质量的影响很大。由交流电源供电的气体放电灯有二倍于电源频率的周期性频闪。频闪会使迅速运动的物体，出现幻影，这种效应对于摄像，尤其是慢动作摄像影响很大，放映时，会显示出一种令人难以忍受的闪动，频闪还会造成视觉疲劳。通常用光通量的波动深度Fbd来衡量。
Fbd=Fmax－Fmin/2Fav×100％
9式中：Fmax—光通量的最大值；Fmin—光通量的最小值；Fav—光通量的平均值。只要将波动深动降至25％以下，人的视觉对频闪将不产生疲劳效应。这可通过改变配电方式来实现。例如：将相邻的气体放电灯接在不同相位的电源上；在方案设计时，还可考虑氢不同相位的气体放电灯所发出的光通量相到重叠等。总之，在大量使用气体放电灯的体育场照明设计中必须考虑频闪对照明质量的影响。
6.体育场照明控制
体育场及观众席照明控制主要形式为在专设的灯光控制室采用计算机控制台集中控制。计算机控制台为人机对话形式，设有灯位布置模拟盘、灯光单控、组控开关等，灯光单控开关的布置应与灯位布置模拟盘相对应。可以自动控制，也可以手动控制，计算机可以模拟现场开灯状态，自动控制及检测灯具是否正常工作，并反馈显示故障灯组位置，可根据实际需要设置不同的控制方案，以满足不同比赛内容及活动对照度的不同要求及同一体育项目不同比赛级别对照度的不同需要。预先确定若干种开灯方案，编程后存入计算机内，根据不同的需要调用相应的开类方案。
7.结束语
良好的体育场照明环境的实现，主要取决于正确地确定照明设计方案，同时依赖于使用性以面优异的照明设备的选取及照明电气控制系统。这里所谈的仅是一些粗浅的认识，有待于在今后的照明设计中深入探讨，摸索出其内在的规律，使之进一步理论化、系统化，从而更有利于指导实践工作。
以上是笔者对于体育场照明及电气控制设计的一些粗浅认识，不当之处请读者指正。
参考文献
1.《民用建筑照明设计标准》GBJ133－90
2.《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16－92
3.日本照明学会编。《照明手册》。中国建筑工业出版社。1995
4.李恭慰等。《体育建筑照明设计手册》。原子能出版社。1993
5.《建筑电气专业设计技术措施》。中国建筑工业出版社。2000
在对电器的设计中,要等到客户对电器的线路的控制要求下达以后,再根据要求,结合当前的资金限制,以及现有的操作条件,选择合适的,同时具备经济性、合理性、安全性等多个方面的设备配置。在控制线路的设计操作中,首先应该对主电路进行优化设计。因为主电路是控制线路的设计基础,它是整个设计线路的总领,在运行过程中,起到绝对的领到地位,和支配地位。因此,主电路设计的优劣状况将会直接影响到电器的正常运行和控制线路的设计和控制器编程工作的复杂、难易程度。所以,我们首先要做的就是通过对主电路的设计和优化把设备的设计问题进行转化,在这个过程中,我们要注意一些基本的问题。当我们了解电气的控制线路的设计之后,就需要根据现行的控制任务进行认真的,具体的,谨慎的分析,具体问题具体分析,实事求是的解决问题,提出可行的操作方案。比如,在对发动机的电气的控制线路的设计时,首先要了解的就是,所需要的电动机的控制是点动控制、连续控制还是正反转控制等。只有全面的对电器的设备需求有所了解后,才能正确的处理问题,实现主电路的优化。在对电气的主电路的优化设计中,我们可以借用,或者说参考已经熟悉的电路设计。这样,既可以提高工作的效率,也能在一定程度上,帮助我们更完善的设计其它线路的优化。还有一个非常重要点,就是要注意及时利用工作原理来进行分析。当在操作过程中,遇到挫折或是瓶颈时,我们应该查看电气控制图。比如,我们在上文中提及到的电气原理图,以及电气接线图。这些图画的功能,可以帮助更好的了解问题,排查麻烦。也就是当你不知道怎么办时,首先应该想到的是查看工作原理图,然后再考虑把它转化为控制电路图。这样,有助于我们更好地对电气控制线路的优化设计。
2控制电路的优化
我们知道,一件电器的运行,需要各个零件的集体配合。正如我们所熟知的木桶效应一样,如果在设计中,存在一些短板,那么,电气线路的整体优化效果就会不如人意。因此,在对电气的主电路进行优化设计之后,我们也应该对其它部分进行整合与优化。比如,对控制电路的优化。当电气线路的主电路设计出来后,我们应该认真的,具体的对其探讨和分析,把对电器的控制转化为对接触器和继电器的控制,也就是提出更为适合的控制要求,然后进行控制电路设计和优化。对电气的控制电路的控制要求,是我们进行控制电路设计的基础和重要依据。只有认真分析主电路的设计,并且结合实际,完备的选择合适的控制方法和控制手段,才能得到具体的控制线路。当然,就像对主电路的优化设计一样,我们同样可以用已知的或熟悉的控制电路来对电器设备进行控制。因为在很多种情况下,我们会发现,虽然设备的运行不同,但实际上,其中的控制电路是完全一样的。因此,我们可以借鉴已知的电路来帮助我们更好更快的解决当前的问题。这样,可以简化我们的设计工作,节约操作用时,提高工作效率。
3控制方法的优化
俗话说,只有对症下药,才能彻底解除病症。在对电气的控制电路的优化中也同样如此。选择对一个正确的控制方法,对于我们的工作来说,简直就是事半功倍。因此,我们要谨慎的选择控制方法。当然,在这个过程中,是一定要符合要求进行选择的。比如,如果选择的控制方法和控制手段不合适则会使控制电路的设计工作复杂或难以进行。举个例子,在对一件电器的设计中,选择手动控制,还是自动控制,就需要结合当前的情况,来进行选择。如果是设计走廊的声控灯那么,灯亮以后的熄灭,就需要线路的自动控制来进行。如何选择手动控制,就会加大人们的操作,那么显然,这样的设计,就是不合理的。再比如,一件电器的手动控制和时间控制,同样也需要根据实际来正确选择。在煲饭的电压锅中,人们所需要的,就是食物烹饪结束之后,能够自行关闭电源,这样,既可以便捷的通知我们食物的烹饪状况,又可以节约电能。由此可知,电气的控制方法的选择,对于电气控制线路的优化的重要性。
4接触器控制系统的优化
在电气的控制线路的优化中,接触器控制系统的优化,也具有非常重要的作用。继电器接触器控制系统中,主要是通过触点之间的接触运作,进而控制电气设备而运行的。也就是通过常开触点以及常闭触点二者组合而成的。通过一些物理知识,我们可以了解到一些对接触器的控制系统的优化。比如,当几个条件中,只要具备一个其中任何一个条件,所控制的电器线圈就能通电,这时可以使几个常开触点采用并联的方法来实现。而当几个条件同时具备,使电器线圈通电,可以使这几个常开触点串联,进而能够正常运行。复合按钮的使用,也可以促进控制线路的优化。也就是说,当控制要求中,有一次动作要求连续进行几个动作指令才能完全进行时,就可以采用复合按钮。比如,在日常的家居电器中,很对按钮都可以采用复合按钮。最常见的就是电源的开启与关闭功能,时间预约与时间增减等等一系列情况。
5结语
在家庭照明设计上，根据人们的日常生活习惯，对家庭照明进行规划、改造设计。大多数人的习惯是:晚上回家开门后，直接在门口开启门厅照明灯，根据情况开启厨房或客厅照明灯(这些均在有照明情况下进行，为节省投资，这部分不做改动)。吃过饭后，在客厅看一会电视，然后有的直接睡觉，有的进入书房看书或上一段时间的网再睡觉。
因此，根据实际需求，在客厅配置控制面板1，在原有照明控制开关的基础上进行改造。控制面板主要配置:客厅射灯、灯带、主照明灯开关、餐厅灯带、门厅照明灯开关、主卧照明灯控制按钮、书房照明灯控制按钮、防盗控制开关、闹铃控制开关。上述设计可实现主人在离开客厅时开启主卧或书房的照明灯，关闭客厅照明灯。在书房门旁4配置主卧灯控制按钮、书房灯控制按钮，主人在书房完成工作后，开启主卧照明灯，关闭书房照明灯，进入主卧室。主卧门旁和床头配置照明灯控制按钮5，在卧室内对照明灯进行开、关控制。
在厨房配置燃气泄漏检测开关2，检测到泄漏信号进行报警，报警设计为铃声报警10秒。在次卧配置床头求助按钮3，当家中有卧床老人时，通过按钮进行铃声求助;对于家中有幼儿的，也可改为夜晚被子未盖好的检测信号，如被子偏离位置过大，检测开关则进行铃声求助。
在入户门、阳台、各个窗户上安装检测开关，在主人入睡后启动午夜时段报警，当有人非正常从门、窗进入时启动防盗10秒报警;在主人离家时，合上客厅控制面板上的防盗控制开关，10分钟后启动防盗报警程序，报警设计为铃声报警10秒。
在主人上班或孩子上学期间，合上客厅控制面板上的闹铃控制开关，通过手机与LOGO!通讯软件或LOGO!操作键设定早晨起床时间和午休起床时间，进行5秒钟铃声叫醒服务。
设计部分插座具有现场手动与远程自动通电控制功能，利用手机进行远程控制，比如在厨房设计带旁通开关控制的插座，节假日主人在家，合上开关利用该插座插上电饭煲进行煮饭。在上班时间，断开该开关，利用LOGO!的输出二端点与此控制开关二端点并联，淘好米放入电饭锅后加入适量水，把电饭锅插在该插座上，快下班时，主人可通过手机与LO-GO!通讯，控制LOGO!的输出进而控制此插座通电进行煮饭。
2家用电气控制系统设计
根据产品功能介绍，该款家用多功能安防与电气控制系统需要8路数字量输入和三路数字量输出。系统控制器采用西门子LOGO!230RC控制器，控制器有8个数字量输入4个数字量输出。根据客户定制需求，可选用扩展模块采用一个LOGO!DM8/24R(四个数字量输入端口，四个数字量输出端口)。系统数字量输入资源分配为:I1主卧按钮，客厅、书房、主卧等处四个主卧按钮并联后接入，单次操作为开主卧照明灯，双次操作为关主卧照明灯;I2书房按钮，客厅、书房二个主卧按钮并联后接入，单次操作为开书房照明灯，双次操作为关书房照明灯;I3次卧床头求助按钮或盖被检测拉线开关，有信号时进行3秒求助铃声报警;I4燃气检测开关，有信号时进行10秒铃声报警，通过手机可进行远程监控、信息查询;I5防盗检测，门、窗等处七个检测开关并联后接入，有信号时进行10秒铃声报警，通过手机可远程进行信息监控查询;I6闹铃开关，有信号且达到设定时间则进行5秒叫醒闹铃服务;I7与I8防盗开关，I7有信号则进行时段报警，即主人入睡后当I5防盗检测到信号则进行10秒铃声报警，I8有信号则进行全天候报警，当I5防盗检测到信号则进行10秒铃声报警，报警信息通过手机可远程监控、查询，当I7与I8均有信号时，具有时段报警与全天候报警功能。系统数字量输出资源分配为:Q1主卧照明灯控制，Q2书房照明灯控制，Q3铃声控制，Q4插座控制。
3家用电气控制系统调试
(1)主卧与书房照明灯异地控制，采用单次按钮接通为开启照明灯，双次按钮接通为关闭照明灯。
(2)次卧床头求助按钮3，当家中有卧床老人时，通过按钮进行3秒铃声求助;对于家中有幼儿的，也可改为夜晚被子未盖好的检测信号，如被子偏离位置过大，检测开关则动作，进行3秒铃声求助。
(3)厨房燃气泄漏检测，检测到泄漏信号进行报警，报警设计为铃声报警10秒。采用LOGO!0BA7模块，通过通讯主人可以利用手机远程进行信息查询。
(4)门窗检测开关，在主人入睡后启动午夜时段报警，当有人非正常从门、窗进入时启动防盗10秒报警;在主人离家时，合上客厅控制面板上的防盗控制开关，10分钟后启动防盗报警程序，报警设计为铃声报警10秒。采用LOGO!0BA7模块，通过通讯主人可以利用手机远程进行信息查询。
(5)合上闹铃控制开关，通过手机与LOGO!0BA7模块通讯软件或LOGO!操作键设定早晨起床时间和午休起床时间，进行5秒钟铃声叫醒服务。
(6)厨房安装旁通开关控制插座，旁通开关断开时，插座受LOGO!的输出控制，程序采用利用存储器数据进行比较，当大于某数据时LOGO!产生输出信号接通插座通电，根据实际情况确定通电一段时间后自动修改存储器数据，使插座断电，以防电器通电时间过长产生安全事故。如，电饭锅由于使用年限较长，饭煮好后不能自动断电，长时间通电引起电饭锅导线过热绝缘损坏，很容易造成火灾。主人可通过手机与LOGO!通讯，改写存储器的数据，进而达到控制LOGO!的输出使插座通电。
4结语
1.1线路设计控制方式通用化原则
通用化指的就是制定的线路设计方案，可以使生产机械设备加工不同性质对象。所以，在电气控制线路设计过程中，一定要尽可能选择满足设计要求，并且在实践活动中可以普遍运用的线路设计方案，进而符合生产机械设备、工艺等方面的要求，保证电气控制线路设计工作的有序完成。
1.2线路设计控制电路电源可靠性原则
电路电源是电气控制工程中确保机械设备正常运行的基础与前提，一定要予以高度重视。在进行线路设计的时候，一定要对配电方案、接地回路、线路布局等因素进行全面的考虑，确保电路电源负载处在标准范围以内。与此同时，一定要加强控制系统各电路的设置，避免其互相影响，并且，防止出现振蕴、电路过热等问题。除此之外，当线路控制非常简单的时候，可以选择电网电源；当生产机械设备自动化程度比较高的时候，可以选择直流电源。
2强化电气控制线路设计的策略
2.1尽可能减少连接导线
在设计电气控制线路的时候，设计人员一定要充分考虑各元器件的位置设定，尽可能减少配线连接导线。如图1（a）所示线路连接是不合理的，主要原因就是，一般按钮是安装在操作台上的，而接触器是安装在电气柜中的，也就是说，在设计控制线路的时候，需要从电气柜中二次引出连接导线，使其和操作台进行连接，所以，一般而言，均是将启动按钮和停止按钮进行直接相连，这样就可以减少一次引出连接导线。如图1（b）所示线路连接是合理的。
2.2确保连接电器的线圈正确
一般而言，电压线圈是禁止串联使用的，如图2（a）所示线路连接是不正确的，主要原因就是，其阻抗不相同，进而非常容易导致出现两个线圈电压分配不均衡的现象。尽管两个线圈型号一致，外加电压是其额定电压之和，那也线路也不可以进行这样的连接，因为不管是如何连接导线，所有电器动作总是存在着先后之分，而当其中一个接触器动作的时候，其线圈阻抗就会逐渐增加，进而造成该线圈的电压也随之增加，进而出现另一个接触器无法吸合的情况，出现线圈被烧坏的问题。如果是两个电感量相差较大的电器线圈，也是不可以进行并联的。如图2（b）所示的直流电磁铁YA、继电器KA并联，在此连接形式下，接通电源之后，能够进行正常运行，但是切断电源之后，就会因为电磁铁线圈电感量大于继电器线圈电感量，出现继电器电感量释放快的情况，但是电磁铁线圈产生的自感电动势就会致使继电器出现吸合现象，导致继电器出现误动作。如图2（c）所示线路连接是正确的。
3结束语
1电气控制线路设计法的重要性和主要特点
1.1电气控制线路设计法的重要性
电气控制线路的设计直接决定和影响了控制系统的的性能。在电气控制线路的设计中应当谨遵要求对电气控制系统的制造和使用，及维护资料进行编制和设计，确保其设备的安装、操作具有可靠性和安全性，这是保证电网正常运行的首要前提。
1.2电气控制线路设计法的基本特点
现代电气控制系统的三个特点：(1)功能强且体积小，灵活性较强，同时具有很强的通用功能，便于使用和维护。(2)采用了无触点式开关代替部分电器元件，执行程序的时间较短。(3)能够用软件实现电气控制，改变控制参数和要求时只需改动程序的对应部分，节省资源。
2电气控制线路设计法的优化策略
2.1了解生产机械和工艺
对电气控制线路的要求在进行电气控制线路的设计前应当对其生产工艺的要求有一定的掌握，同时要了解各程序的工作情况、保护措施及运动变化规律。设计人员在设计过程中要对同类产品进行调查和分析，将此结果作为设计的重要依据。
2.2线路设计法简单
在满足生产工艺的前提要求下，争取控制线路的设计简单、经济环保。（1）选用经过检验符合标准的线路环节。（2）贱导线连接的长度数量降到最低。在电器元件设计中合理安排触头位置，减少导线的连接数量和长度。（如图1）将启动、停止按钮都放在操作台上，接触器则放置在电器柜内。而由于按钮盒接触器之间距离较长，因此要将启动按钮盒停止按钮连接在一起，以简化导线连接。（3）采用标准件，同时注意将电气原件数量降到最少，尽量选择同一型号。（4）通过减少锄头来简化线路，增强可靠性。
2.3保障控制线路的安全可靠性
选用的电器机械使用寿命较长动作较为可靠、结构坚实同时抗干扰较强能够有效保障控制线路的安全可靠。在设计中注意以下几点：（1）选择正确的电气连接线圈进行线路设计法。在控制线路的设计时应当将线圈的一段统一接电源的同一端，使得电器触头在电源另一端。避免因为电器触头引发电源短路现象，也便于安装。（2）交流控制电路不能串联两个电器线圈。如果两个线圈串联，其中某一原件就只能得到一半电源电压。由于电压和线圈的阻抗成正比，不能同时进行动作。使交流接触器KM吸合，此时KM的磁路处于闭合状态，线圈的电感明显增大，使另一个接触器线圈的电压达不到工作电压。应当将两个电器线圈并联且保持同时动作才能保证运行。（3）避免因意外而在线路中接通的寄生电路。会造成误动影响线路的工作。（4）应当避免设计多个电器依次动作后接通另一个电器的控制线路。（5）线路的设计应当适应电网的情况，根据电网容量、电压和频率波动范围以及冲击电流的数值决定启动方式是直接或是减压启动。（6）以小容量继电器的锄头控制大容量接触器线圈来进行线路设计法，通过计算继电器触头断开和接通容量判断是否应当增加中间继电器和小容量控制器，增强可靠性。（7）将必要保护环节考虑在内，避免操作失误带来的线路事故。
2.4应具有必要的保护环节
（1）短路保护电气控制线路中通常采用熔断器、断路器来进行短路保护。在电动机容量较小时可以讲主电路的熔断器作为在控制线路中的短路保护，不需要再设熔断器进行保护。而当电动机容量大时就需要另设熔断器作短路保护。断路器在线路中既能做短路保护又可以当过载保护，而电气线路发生故障造成断路器跳闸时，排除故障后可直接合上断路器继续工作。（2）过流保护启动方法错误或是负载转矩过大都会熬制电动机的过电流故障。由于过电流较小，常用于直流电动机和绕线转子电动机控制线路。通过继电器、接触器相互配合将继电器的线圈和主电路串联，常闭触头和接触器控制电路串联。在电流达到整定值后断开常闭触头同时使继电器继续工作，同时切断控制电源和电动机电源进行线路保护。（3）过载保护三相鼠笼电动机会因为负载增加、断相动作或电网电压降低时引起过载，而电动机长期过载运行会造成过热导致的绝缘损坏。因此通常采用热继电器作为鼠笼型电动机的过载保护。（4）零电源保护通常将并联在启动按钮两侧的接触器自锁触头作为零电源保护。而主令控制器SA控制电动机则通过零电压继电器实现。
3结语
一、设计题目 用PLC对机械手搬物控制的电气控制设计
二、设计的目的
11）掌握机械手动作流程。
2）掌握电气控制元件的选择与计算方法。
3）掌握PLC选择与应用。
三、设计要求
两条传送带分别由电动机驱动，机械手有液压缸驱动上下左右旋转两个方向运动，液压系统是1000W电机。设计要求
1）机械手由原位下降抓物上升右转下降放物上升左旋原位结束。
2）用常用的电气元件控制。
3）有工作状态指示及照明。
4）有必要的电气保护和联锁。
四、完成的任务
要求说明详细，字迹工整，原理正确，元件选择有理。图纸规范，图形清晰，符号标准，线条均匀。
（1）设计与绘制电气控制原理图，元件安装布置图、接线图。
（2）毕业设计说明书（8000以上）
1）设计题目
2）控制原理说明设计方案论证
3）主要器件选择依据与计算
4）元件明细表
5）设计总结及改进意见
6）主要参考资料
五、 工厂电气控制技术 机械工业出版社 主编 方承远
工厂电气控制设备 机械工业出版社 主编 许廖
机床电气控制技术 机械工业出版社 主编 王炳实
可编程序控制器的应用技术 机械工业出版社 主编 王兆义
可编程序控制器的原理及程序设计 电子工业出版社 主编 崔亚军
前言
由于可编程序控制器具有可靠性高、通用性强、程序设计简单及便于安装调试等优点，它在工业控制的各个领域发挥着越来越重要的作用。社会对可编程序控制器技术人员的需长也越来越迫切。
可编程控制器的机型较多，但其基本结构和工作原理相同，基本指令、控制功能和编程方法类似。本设计书以是用最广泛的德国西门子可编程控制器为核心，主要介绍了可编程控制器的基础知识、基本结构、指令系统、程序设计、控制系统以及可编程序控制器在逻辑控制系统的模拟量控制系统中的应用等知识。本设计书结合了大量的图形，使设计一目了然。并给出了程序调试，最后给出了主要的流程图、梯形图、详细注释及助记符语言等。
本设计书参考了众多可编程序控制器教学用书，结合自己所掌握的知识，并由指导教师田林红老师的指导下完成。在此真诚的衷心的感谢田老师的指导帮助。
由于本人水平有限，错误和不妥之处再所难免，敬请各位老师及各位读者批评指正。
目 录
前言...................................................（）
摘要...................................................（1）
一、电器控制技术的发展状况.............................（3）
二、PLC的基本结构和工作原理...........................（3）
1、PLC的基本结构...................................（ ）
2、PLC的工作原理...................................（ ）
三、可编程控制器的特点及基本功能.......................（）
1、PLC的特点.......................................
2、PLC的基本功能...................................
四、PLC的应用领域和发展趋势...........................（3）
五、PLC应用中应注意的若干问题.........................（4）
六、机械手移动工件的控制系统
1、机械手移动工件控制系统的基本机构................（5）
2、机械手移动工件的控制要求与工作流程..............（6）
3、操作面板布置....................................（6）
4、控制系统构成....................................（6）
七、梯形图设计.........................................（6）
1、梯形图的整体设计................................（6）
2、各部分梯形图的设计..............................（8）
3、机械手的PLC控制梯形图..........................（8）
4、程序语言............................... ........（8）
八、总结... ...........................................（26）
）
附录...............................................
摘 要
在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成；电气方面有步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出两路脉冲，分别驱动横轴、竖轴步进电机驱动器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信传给PLC主机；直流电机拖动手爪和底盘旋转，位置信号由旋转码盘和接近开关反馈给PLC主机；电磁阀控制气开阀的开关来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。
关键字：
可编程控制器PLC；
机械手；
脉冲；
步进电机驱动器；
步进电机；
直流电机；
传感器；
限位开关；
电磁阀。
一、电气控制技术的发展状况
在现代工业中,为了实现各种生产工艺过程的要求,驱动生产机械的工作机构运动的电器机械装置称为电力动。在电力拖动中，电动机是生产机械的原动力。必须根据生产工艺的要求，通过各种控制电器，自动实现其启动、制动、反转及调速等控制，从而产生了电气自动控制技术。
20世纪20—30年代，人们采用继电器及接触器等元件控制电动机的运行，这种制动系统称为继电器—接触器控制系统。这类系统结构简单、价格低廉、维护方便，因此被广泛应用于各类机床和机械设备中。采用这种系统不但可以方便地实现生产过程自动化，而且还可以实现集中控制。目前，我国的大部分机床和其他机械设备仍旧采用继电器—接触器控制系统。由于该系统是固定接线形式，故在改变生产工艺时需要重新布线，控制的灵活性较差。另外，该系统采用有触点元件控制，动作频率低，触点易损坏，系统的可靠性差。
20世纪40年代，世界上出现了交磁放大机—电动机控制，这是一种闭环反馈系统，它利用输出量与给定量的偏差进行自动控制，其控制精度和快速性都有了提高。20世纪60年代出现了晶体管—晶闸管控制，到了70年展成为集成电路—晶闸管控制。由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统不仅调速性能大为改善，而且减少了机电设备和占地面积，耗电少、效率高，已完全取代了交磁放大机—电动机系统。
在实际生产中，由于大量存在一些由开关量控制的简单程序控制过程,而实际生产工艺和流程又是经常变化的,因此需要一种能灵活改变程序的次新型控制器.于是,在20世纪60年代出现了一种能够根据生产需要方便的改变控制程序,而又比电子计算机结构简单、价格低廉的自动化装置—顺序控制.它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器—接触器控制线路功能的装置,能满足程序经常改变的控制要求,使控制系统具有较大的灵活性和通用性,但它使用的依然是硬件手段,装置体积大,功能也受到一定的限制.随着大规模集成电路和微处理技术的发展和应用,上述控制技术也发生了根本变化,在20世纪70年代出现了以微处理器为核心的、用软件手段来实现各种控制控制功能的新型工业控制器—可编程序控制器(PLC).它不仅充分利用了微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求,而且还照顾到了现场电气操作维护人员的技能和习惯,摒弃了微机常用的计算机程序语言的表达形式,独具风格地形成了一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构,使用户程序的编制清晰直观,方便易学,更容易调试和查错.它已经取代了继电器—接触器控制系统,被广泛应用于大规模的生产过程控制中,具有通用性强、程序可变、编程容易、可靠性高、使用维护方便等优点,故目前世界各国已将它作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制中.
电气控制技术是随着科学的不断发展、生产工艺的不断提高儿讯发展的。在控制方法上，它手动控制到自动控制；在控制功能上，它是从简单到复杂；在操纵上，它笨重到轻巧;在控制原理上,它从由单一的有触点接线的继电器—接触器控制系统,到以微处理器为中心的软件控制系统.随着新的控制理论和新型电器及电子元件的出现,电气控制技术还将不断得到发展.
二、 PLC的基本结构和工作原理
1、 PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。
1）.整体式结构的PLC
整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等组装在一起组成。
2）.模块式结构的PLC
模块式结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。
3）.PLC各组成部分介绍
（1）、中央处理器（CPU）
中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，相当于PLC的“大脑”。它通过系统总线与用户存储器、输入/输出、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、检验用户程序、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。
（2）、存储器
根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。
系统程序存储器：用来存放系统软件的存储器。系统程序相当于计算机操作系统。是PLC厂家根据选用的CPU的指令来编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。
用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量也不一样。
数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。
（3）、输入/输出（I/O）单元
输入/输出（I/O）单元是PLC与此同时外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供的开头量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制 外部设备的。
（4）、电源部分 （5）、通信端口
PLC的CPU模块上至少有一个通信端口。通过这个通信端口PLC可以直接和编程器或上位机相连。
（6）编程器
几乎每个PLC厂家都有自己的编程器。用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到PLC。它还可以在线检测程序的运行情况。在出现故障时，通过编程器可以很方便的找出错误。
（7）特殊功能单元
主要包括模拟量输入/输出单元、远程I/O模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块和PID调解模块等。随着PLC的进一步发展，特殊功能单元的应用也越来越多。
2、PLC的工作原理
PLC的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器控制是并行方式，即如果输出或电，该线圈的触点立即动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只是该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序、输出3个阶段才能完成控制过程。
PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。
1)、输入阶段
在这个阶段中，PLC读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。
2)、执行程序阶段
在这个阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储单元。这一阶段执行完后，进入输出阶段。在这个程序执行中，输入信号的状态和数据保持不变。
、输出阶段
在这个阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。
三、 PLC的特点及基本功能
1、PLC的特点
1）、编程简单，易于掌握，PLC的设计者充分考虑到现场技术人员的技能和习惯，经常采用的是梯形图方式的编程语言，它与继电器控制原理图相似，具有直观，清晰、修改方便，易掌握等优点，即便未掌握专门计算机的人也能很快熟悉，因而受到了广大现场技术人员的欢迎。
2）、可靠性高，抗干扰能力 PLC是专为工业控制而设计的，由于采了一系列的措施，使之在恶劣的工业环境下仍能保证很高的可靠性，一般平均无故障时间可达到4-5万小时，远远超过以往电器控制系统和计算机控制系统。
3）、通用性能好，PLC品种多，档次高，同一以PLC可适用于不同的控制对象或同一对象的不同控制要求，同一档次，不同机型的功能也能方便地相互转换。
4）、功能强，PLC运用了计算机、电子技术和集成工艺的最新技术，在
硬件和软件两方面不断发展，使菘具备很强的信息处理能力，可进行逻辑、定时，计数和步进等控制，能完成A/D与D/A
5）、开发周期短 PLC在许多方面是以软件编程来取代硬件接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，且编程简单，程序设计和高度修改也很方便安全，因此，大大缩短了PLC控制系统的开发周期。
6）、体积小，使用方便，由于PLC采用了半导体集成电路，其体积小，重量轻，结构紧凑，功耗低，是机电技术的理想控制器，PLC编程简单，自诊断能力强，能判断和显示自身故障，使操作人员检查判断故障方便迅速，而且接线少，维修时只需更换插入式模块，维护方便，修改程序和监视运行状态也容易。
2、PLC的基本功能
1）、逻辑控制 PLC具有逻辑运算功能，它设置有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，能工巧匠够描述继电器触点的串联、并联、串并联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑与顺序逻辑控制。
2）、定时控制 PLC具有定时控制功能。它为用户提供了若干个定时器并设置了定时指令。定时值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，使用灵活，操作方便。
3）、计数控制 PLC还具有计数功能。它为用户提供了若干个计数器并设置了计数指令，计数值可由用户在编程时设定，并可在运行中被读出与修改，使用与操作都很灵活方便。
4）、步进控制 PLC能完成步进控制功能。步进控制是指在完成一道工序以后，再进行下一步工序，也就是顺序控制。PLC为用户提供了若干个移位寄存器，或者直接有步进指令，可用于步进控制，编程与使用很方便。
5）、A/D、D/A转换 有些PLC还具有“模数”转换（A/D）和“数模”（D/A），功能，能完成对模拟量的控制与调节。
6）、数据处理 有的PLC还具有数据处理能力，并具有并行运算指令，如两个数据并行传送、比较和逻辑运算，进行数据检索、比较、数制转换等操作。
7）、通信与联网 有些PLC采用了通信技术，可以进行远程I/O控制，多台PLC之间可以进行同位链接，计算机作为上机可对其命令并返回执行结果，这种采用一台计算机，多台PLC组成的颁式控制网络可完成圈套规模的复杂控制。
8）、监控控制 PLC具有较强的监控功能。在控制系统中，操作人员通过监控命令可以监视有关部分的运行状态，可以调整定时或计数设定值，因而高度、使用和维护都很方便。
四、PLC的应用领域和发展趋势
目前，PLC在国内已得到了广泛的应用。利用PLC最基本的逻辑运算、定时、记数等功能进行逻辑控制，可以取代传统的继电器控制系统，广泛用于机床、印刷机、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。
较高档次的PLC具有位置控制模块，特别适用于机床控制。大、中型PLC具有多路模拟量输入输出和PID控制，可构成模拟量输入输出的闭环控制系统，用于过程控制。
随着计算机控制技术的发展，国外近几年兴起自动化网络系统，PLC与PLC之间，PLC与上位机之间连成网络，通过光缆传递信息，构成大型的多级分布式控制系统（集散控制系统）。PLC具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。目前，全世界PLC生产厂家约200多家，生产300多个品种。作为控制装置，它在许多工业控制领域都得到了广泛的应用。随着微处理器技术的发展，PLC也得到了迅速的发展，其技术和产品日趋完善。
& nbsp;PLC的主要发展趋势主要表现在以下几个方面。
1、高速度、高I/O容量、功能强大
随着CPU处理速度的提高，PLC程序执行的速度也越来越快；在规模和超大规模集成电路的发展，相应地使I/O的容量也得到增加；智能模块的啬，使PLC能够实现的功能越来越多。
2、强大的PLC联网能力
随着人们对工业自动化的要求越来越高，人们已经不再满足对几个设备、几条生产线的PLC控制，而是要求实现对全工厂的自动化 ，所以提高PLC控制系统的网络功能成为PLC的发展趋势。以后人们不公能通过通信模块进行PLC与PLC、PLC与上位机之间的连接，还能通过拨号或者无线的方式使PLC联网。
3、编程软件多样化
PLC的梯形力语言、助记符语言和功能模块语言虽然使用方便，而且也能很好的实现控制要求，倡在处理一些高级功能（复杂运算、报表生成和打印等功能）时存在明显的不足，所以就要求高级语言（BASIC、C、FORTRAN等）、图形语言、汇编语言兼容。这样不公可以通过梯形图语言、助记符语言和功能 模块语言来编写程序，也可以通过高级语言来编程。
五、 PLC应用中应注意的若干问题
本节主要介绍PLC在应用过程中经常遇到的一些对PLC的某些输入信号的处理问题。
1、PLC输入信号抖动的消除
在实际应用中，有些开关输入信号在接通过程中，由于外界干扰会出现时通时断的“抖动”现象。这种现象在继电器系统中由于继电器的电磁惯性一般不会造成误动作，没什么影响。但在PLC应用系统中，PLC是不断扫描工作，扫描周期一般比继电器动作时间短得多，抖动信号很可能被PLC检测到，造成错误的结果。所以，必须对这些“抖动”进行处理，已保证系统正常工作。
2、两线式传感器输入的处理
如果PLC输入设备采用两线式传感器（如接近开关、光电开关等）时它们的漏电电流较大，可能会出现错误的输入信号。为了避免这种现象，可在输入端并联输入电阻R，
旁路电阻R的阻值由下式确定：
I（Um∕InUn）∕（R+Un∕In）∕≤UL
式子中，I为传感器的漏电流；Un、In分别是PLC的额定输入电压和额定电流；Um是PLC输入电压低电平的上限值。
3、 由晶体管提供输入信号的处理
如果PLC输入信号由晶体管提供，则要求晶体管的截止电阻应大于10千欧姆，导通电阻应小于800欧姆。
六、机械手移动工件的控制系统
1、机械手移动工件的基本机构
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等，应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产效率。
如图 [1] 所示，是一台工件传送机械手的动作示意图。
其作用是将工件从A位置传送到B位置。其上升、下降和左移、右移动作由双线圈的两位式电磁阀驱动气缸来控制完成，一旦电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动直到相对的线圈通电为止。另外夹紧、放松的动作由只有一个线圈的两位式电磁阀驱动的气缸控制完成，线圈通电，夹住工件，线圈断电，放松工件（若担心停电时的工件跌落，可选用通电时松开、断电时夹紧的夹具）。
图 [1]
2、机械手移动工件的控制要求与工作流程
机械手的全部动作由气官缸驱动，而气缸又有相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈两位电磁阀控制。例如，当下降电磁阀通电时，机械手下降；下降电磁阀断电时，机械手下降停止。只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。同样，左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械手的放松/夹紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，机械手放松。
当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须右工作台无工件时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降，用光电开关进行无工件检测。
机械手的动作过程如图 [2] 所示。
图 [2]
从原点开始，按下起动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通加紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止，同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手由原位下降抓物上升右转下降放物上升左旋原位结束。经过八步动作完成了一个周期的动作。
3、操作面板布置
如图 [3] 是可编程控制器控制盘面板布置图
; 图 [3]
机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。
手动操作：就是用按钮操作对机械手的每一步运动单独进行控制。例如，当选择上/下运动时，按下启动按钮，机械手下降；按下停止按钮，机械手上升。当选择左/右运动时，按下启动按钮，机械手右移。当选择夹紧/放松运动时，按下启动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。
自动操作方式又分为步进、单周期和连续操作方式。
步进操作：每按一次启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。
单周期操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止（如果在操作过程中按下停止按钮，机械手停在该工序上，再按下启动按钮，则又从该工序继续工作，最后停在原位）。
连续操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手的动作将自动地、连续地不断地周期性循环。在工作中若按一下停止按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。
4、控制系统构成
（1）控制系统图
机械手移动工件控制系统图如图 [4] 所示
图 [4]
（2）输入/输出端子地址分配
该机械手控制系统所采用的可编程控制器是由德国西门子公司生产的S7－200CPU214。如图 [5] 是可编程控制器输入输出端子地址分配图。
图 [5]
该机械手控制系统共使用了14个输入量，6个输出量。
七、梯形图设计
机械手的控制属于顺序控制，采用步进指令，根据说明机器工作状态转换的图形，进行程序设计。
1.梯形图的整体设计
根据机械手的工作方式情况，在选择“单步操作”时，应执行“单步操作”程序；在选择“自动”方式时，应执行“自动程序”，故梯形图的总体构成应如图 [6] 所示。其中，自动程序要在启动按钮按下时才执行。
图 [6]
2.各部分梯形图的设计
1）通用部分梯形图设计
（1）状态器的初始化：
初始状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关处于“返回原位”（X501接通）时，按下返回原位按钮（X505）时被置位；在“单步操作”（X500接通）时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动动作复位操作，即在方式选择开关位于“单步操作”或“返回原位”时，中间状态器同步复位，故初始化梯形图如图 [7] 所示（如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要M71）。
图 [7]
（2）状态器转换启动：
若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位后，按下起动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步步向下传递，即可以进行转换。在执行“连续操作”程序时，转换启动继电器M575一直保持到停机按钮按下为止。另一方面，采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时，从初始状态器开始进行转换，其梯形图如图 [8] 所示。
图 [8]
（3）状态器转换禁止梯形图：
激活特殊辅助继电器M574，并用步进指令控制状态器转换时，状态器的自动转换就被禁止。
在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并自保持，操作停止在现行工步。当按下启动按钮时，从现行工序重新开始工作，M574应复位，即重新允许转换。
图 [9]
在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但每按下一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一步。
在“手动”工作方式（单一操作，返回原位）情况下，禁止进行状态转换。在手动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除，M574复位。
PLC在启动时，用初始化脉冲M71使M 574自保持，以此禁止状态转换。直到按下启动按钮。状态器转换禁止体形图如图 [9] 所示。
通过对图 [8]、图 [9] 分析可得出：在执行“单步操作”和“返回原位”程序时，M575一直不能被接通，而M574长期被接通（按下启动按钮时除外）；执行“步进”程序时，每按一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的状态可一步一步向下转换，直至按下停止按钮时，M574自锁，状态器的状态转换被禁止，操作停止现行工序（再次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；在执行“连续操作：程序时，M575一直接通到按下停止按钮，此时M574一直不能接通。
2）单步操作梯形图 ：
图 [10]
3）返回原位梯形图 ：
在“返回原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形图如图 [11] 所示。
图 [11]
4）“自动”状态流程图 ：
如图 [12] 所示
图 [12]
图 [12] 表示了机械手自动工作时执行各工步的情况。表明了各工步的实现以及各工步的转换条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y430接通。自下限位置时，X401接通，转化为“夹持”过程。在夹持工步中，夹持电磁阀Y731置位，同时驱动T450。T450接通后，转化为第一次上升。此后执行类似的操作，完成由初始条件到下一个初始条件的一系列操作。在夹持输出Y431置位后，保持夹持，直到夹持输出复位松开。如上所述一步一步按顺序驱动各个负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。这种控制过程用继电器符号程序很难实现程序设计。
用状态器替代自动工作流程图中的各个工步，可得到图 [13] 所示的功能表图。初始状态在图中用双线框表示。
图 [13]
根据图 [13] 的功能表图，可设计出自动操作时的梯形图，
如图 [14]所示。
图 [14]
3.绘制机械手PLC控制梯形图 &n bsp; 图 [15-1]
该机械手在自动工作时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放至自动工作方式下。若自动工作状态解除，则应将工作方式选择开关放至“单步操作”位置 。
4、程序语言：
0 LD X501 30 AND X503
1 AND X505 31 OR X502
2 S S600 32 OR X500
3 LD X500 33 OR X501
4 R S600 34 OR M71
5 LD X500 35 OR M574
6 OR X501 36 ANI M101
7 OR &nbs 陈立定、吴玉香、苏开才 编
7.《电器及PLC控制技术》 机械工业出版社 主编 黄净
8.《机床电器与PLC 》 西安电子科技大学出版社 主编 李伟
9.《PLC应用开发技术与工程实践》 人民邮电出版社 求是科技
10.《PLC实验实训指导书》 河南工业职业技术学院 主编 路剑
11.《可编程控制器的原理与应用》 北京希望电子出版社 主编 史增芳
附录：
表1 数字量输入地址定义
地 址 符 号 定 义 备 注
I0.0 启动按钮
I0.1 下限位 下限位开关
I0.2 上限位 上限位开关
I0.3 右限位 右限位开关
I0.4 左限位 左限位开关
I0.5 无工件检测 无工件检测开关
I0.6 停止按钮
I0.7 单操作 单步方式开关
I1.0 步进操作 步进方式开关
I1.1 单周期操作 单周期方式开关 I1.3 左与右
I1.4 上与下
I1.5 夹与松
表2 数字量输出地址定义
地址 符 号 定 义 备 注
Q0.0 下降电磁阀 下降电磁阀线圈
Q0.2 夹紧电磁阀 松开/夹紧线圈
Q0.1 上升电磁阀 上升电磁阀线圈
Q0.3 右行电磁阀 右行电磁阀线圈
