    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**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。
    传统的变较调速，虽然具有成本低、能耗低、控制简单和可靠性高等优点，但由于采用有级调速，且级差很大，使其应用领域受到很大的限制。矢量控制、直接转矩控制等方式的变频调速，具有很好的调速平滑性，能很好地克服变较调速的困难，但又存在成本高和可靠性差等缺点。
    本节采用S7-200 PLC来控制一台三相感应电动机，该电动机具有两个单独的绕组，对应不同的转速和旋转方向。本实例采用的方法适用于旋转方向可选的三相感应电动机的变较调速。
    一、感应电动机的动态变较调速
    1．调速原理
    感应电动机动态变较调速的原理是：把电动机绕组设计成具有两种工作较数2P1和2P2，让电动机交替地在这两种工作状态下*切换（例如，每秒切换10次），此时电动机的转速将不只是由电动机的工作较数2P1和2P2决定，而是由2P1和2P2，以及工作于这两种工作较数的时间t1和t2等4个因素共同决定。于是，在工作较数2P1和2P2确定之后，调节t1和t2即可改变电动机的转速。
    2．控制目标
    该实例用来控制一台具有两个单独绕组的三相感应电动机，该电动机可以按不同的方向以不同的转速旋转。当与各输入点相连的点动开关被按下时，电动机启动。不论电动机绕什么方向旋转，任何时候都可以改变电动机的转速，转速分为高低两挡。电动机需要5s时间来刹车停机之后，才可以朝相反方向启动。
    3．功能实现
    用下列4只与输入点相连的电动开关来启动电动机：I0.0-低速顺时针方向旋转开关；I0.1-高速顺时针方向旋转开关；I0.2-低速逆时针方向旋转开关；I0.3-高速逆时针方向旋转开关。
    与输入点I0.4相连的开关(OFF)用来关闭电动机，电动机电路断路器与输入点I0.5相连。当电动机过载时，电动机电路断路器触点断开，也会导致电动机停机。当电动机停机时，点亮与输出点Q0.4相连的信号灯。
    在程序扫描循环的起始处调用子程序SBR_0，该子程序的任务是检查输入信号。为了防止操作错误，首先要检查是否有两个或两个以上开关同时动作，然后再检查在换向时是否已**过了限制等待时间。当禁止电动机启动器工作时，互锁存储器位M1.0被置为1。互锁电路的作用是防止电动机误启动或朝错误方向启动。只有当所有的点动开关都没有动作，且**定时器溢出后，才解除互锁，即M1.0被置为逻辑“0”。
    同时满足下列条件时，电动机才能以某种操作方式启动：
    (1)停机开关没有动作；
    (2)防止电动机过载的电动机断路器没有打开；
    (3)电动机不是正在绕相反的方向旋转。
    若改变转速也必须满足上述要求，否则命令无效。这就**了两个电动机启动器不会同时启动。也就是说，每个方向的高速运转启动器和低速运转启动器不同时工作。例如，当与输入点I0.3相连的点动开关被按下，发出逆时针方向高速旋转命令时，负责锁着逆时针方向低速旋转的输出点I0.2被复位。只有当选择所期望的操作模式命令已发出，且互锁未生效时，才能锁定操作模式，即将相关的状态位Q0.0、Q0.1、Q0.2和Q0.3复位。
    该子程序输出的边沿信号检测用来在电动机关机时刻启动**等待定时器，以便使电动机有足够的刹车时间。
    退出子程序后，这些状态位的值被复制到输出点Q0.0～Q0.3，这些输出点控制电动机启动器。输出点Q0.4和Q0.5分别用来表示“停机”状态和“**等待”状态。
    二、双向变较调速感应电动机控制系统硬件设计
    1．输入/输出信号分析
    根据上述的双向变较调速感应电动机的调速原理和要实现的功能，可知该控制系统的输入信号有：启动电动机的4个旋转开关，即低速/高速顺时针方向旋转开关各1个，低速/高速逆时针方向旋转开关各1个；瞬时接触开关1个，电动机过载开关1个，共6路数字输入信号，需6个输入端子。
    输出信号：控制电动机低速（高速）顺时针方向旋转和低速（高速）逆时针方向旋转的4路输出信号，电动机停止运行指示灯以及反方向启动指示灯各1个，共6路数字输出信号，需6个输出端子。
    2．PLC输入/输出分配表和资源分配表
    根据前述对双向变较调速感应电动机的控制目标以及功能实现，可设计如表7-10所示的PLC的输入/输出分配表，以及表7 11所示的资源分配表。
    表7-10    PLC输入/输出分配表
  交流伺服电动机驱动是较新发展起来的新型伺服系统，也是当前机床进给驱动系统方面的一个新动向。交流伺服电动机克服了直流电动机中电动机电刷和整流子要经常维修、电动机尺寸较大和使用环境受限制等缺点，能在较宽的调速范围内产生理想的转矩，结构简单，运行可靠，在数控机床等进给驱动系统较为精密的运动控制中得到了广泛应用。
    一、交流伺服电动机工作原理
    图7-37所示是交流伺服电动机的原理图，图中f和c表示装在定子上的两个绕组，它们在空间相差90°电角度。绕组厂由定值交流电压励磁，称为励磁绕组，绕组c是由伺服放大器供电而进行控制的，称为控制绕组，转子为笼型。
交流伺服电动机的原理图
    图7-37   交流伺服电动机的原理图
    交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，当它在系统中运行时，励磁绕组固定地接到交流电源上，当控制绕组上的控制电压为零时，气隙内磁场为脉振磁场，电动机无启动转矩，转子不转。若在两相绕组上加以幅值相等、相位差90°电角度的对称电压，则在电动机的气隙中产生圆形的旋转磁场。若两个电压的幅值不等或相位不为90°电角度，则产生的磁场将是一个椭圆形旋转磁场。总之，若有控制电压加在控制绕组上，且控制绕组内流过的电流和励磁绕组内的电流不同相，则在气隙内会建立一定大小的旋转磁场。加在控制绕组上的信号不同，产生的磁场椭圆度也不同，改变控制信号，就可以改变磁场的椭圆度，从而控制伺服电机的转速。
    由于交流伺服电动机在各类机电设备中一般作为执行元件，将交流电信号转换为机床转轴上的角位移或角速度，所以要求转子速度的快慢能够反映控制信号的相位，无控制信号时电动机不转动。特别是当交流伺服电机处于转动状态时，如果控制信号消失，电机立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，若控制信号消失，往往不能立即停止而要继续转动一段时间。
    二、交流伺服电动机运动控制系统硬件设计
    在本实例中，要求控制交流伺服电动机先低速正转，再高速反转，最后停车。其中，实现电动机的正转和反转以及转速控制需要通过电动机驱动器进行设计。PLC的作用就是对驱动器进行控制，开启或关闭这些功能，从而实现对交流电动机的控制。
    1．输入/输出信号分析
    交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图如图7-38所示，根据此硬件组成示意图以及上述的控制要求，可知该运动控制系统的输入信号有：电动机的启动和停止按钮各1个，共2路输入信号，需2个输入端子。
交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图
    图7-38    交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图
    输出信号：驱动电动机运行的驱动器1个，控制电动机运行方向（正转或反转）的输出信号1个，共2路输出信号，需2个输出端子。
    2．PLC的输入/输出分配表
    根据图7-38所示的交流伺服电动机运动控制系统硬件组成，以及交流伺服电动机的运动控制系统的输入/输出信号分析，可设计如表7-8所示的PLC主机的输入/输出分配表。