時間：2022-09-08 17:37:17
序論：在您撰寫電氣控制設計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
課程設計是綜合一門或多門課程知識的實踐性環(huán)節(jié)，是學校實踐教學環(huán)節(jié)的重要組成部也是培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。對于電氣控制類專業(yè)，比如自動化和電氣工程及其自動化等專業(yè)，常見的課程設計有計算機程序課程設計、電子技術課程設計、嵌入式系統(tǒng)課程設計、電氣工程綜合課程設計、可編程邏輯控制課程設計和工業(yè)控制系統(tǒng)綜合課程設計等，大部分課程設計都具有“硬件和軟件相結(jié)合”的特點，實踐性和實用性很強，與企業(yè)需求結(jié)合非常緊密，契合度較高?；谠擃愓n程設計的特點，在課程設計教學中，筆者打破原有的課程設計教學思路，采用與企業(yè)深度合作，將企業(yè)需求職位的專業(yè)和技能要求融入課程設計教學過程中，對學生進行有針對性的訓練，在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力的同時，注重培養(yǎng)其良好的職業(yè)素養(yǎng)和綜合能力。課程設計的內(nèi)容結(jié)合相關企業(yè)的某個工程項目，教學過程盡可能與工程項目的運作過程接近，使學生熟悉工程項目的運作流程和不同職位的工作內(nèi)容和專業(yè)技能要求。學生以團隊合作的形式，由3～5人組成一個工作小組，根據(jù)企業(yè)需求，每位成員都有相對獨立的任務分工。通過這種方式的課程設計，學生可以對企業(yè)的需求有深入的了解，對自己的能力有進一步的認識。在此基礎上結(jié)合自己的專長和愛好，學生可以盡早明確自己的工作方向，完善個人的職業(yè)規(guī)劃，最大可能成為企業(yè)需求的綜合性人才。
1．2基于企業(yè)需求的電氣控制類專業(yè)的職位
在課程設計創(chuàng)新教學模式中，課程設計的過程盡可能與企業(yè)中工程項目的運作過程接近。根據(jù)對企業(yè)職位設置的調(diào)研，筆者將該教學模式中團隊中各成員的職位和任務說明如下:
(1)項目管理工程師是一個團隊的核心人物，負責制定和管理項目進程，組織必要的討論和會議。對于項目管理工程師而言，如何調(diào)動團隊內(nèi)每個成員的工作積極性，最大程度地發(fā)揮成員的專長是其主要任務?？梢?，良好的溝通能力和個人魅力最為重要。這個職位為學生畢業(yè)后的個人創(chuàng)業(yè)或某些管理職位提供了基本的訓練。
(2)硬件工程師和軟件工程師完成整個項目的核心技術工作，包括系統(tǒng)的方案設計、繪制圖紙等。在國內(nèi)外倡導工程教育的背景下，工程師的工作尤其要與企業(yè)需求和行業(yè)規(guī)范相結(jié)合，指導教師對軟硬件工程師的具體工作提出嚴格的要求。
(3)外觀或結(jié)構(gòu)設計師需要機械類專業(yè)的知識，不是電氣控制類專業(yè)的主要學習范疇，在教學實施過程中將機械類與電氣控制類專業(yè)的學生進行混合，組成一個更加專業(yè)的團隊，不僅有利于更好地完成任務，而且擴大了團隊成員的知識面。而且，一般情況下電氣控制類專業(yè)的學生也會學習機械制圖(或AutoCAD)，若設計要求不是很高，他們也能完成任務。
(4)銷售工程師在企業(yè)人員的職位中也是比較重要的角色。在我校電氣控制類專業(yè)的畢業(yè)生中，有不少同學都從事市場或銷售方面的工作。一方面企業(yè)需要有該類專業(yè)背景的畢業(yè)生，另一方面電氣控制類專業(yè)某些學生善于言談，親和力強，更喜歡做與人溝通的工作。銷售工程師需要掌握一定的銷售理論，做全面的市場調(diào)研，提煉產(chǎn)品特色和產(chǎn)品賣點，制定完整的銷售計劃。
(5)秘書的主要任務是會議記錄，制作項目陳述PPT，撰寫論文等文字性工作。從方案設計開始，秘書就開始構(gòu)思并撰寫論文。秘書的工作是整理和總結(jié)資料，大部分的文檔原始資料都需要其它成員提供。秘書需要經(jīng)常和每一個成員溝通，盡量按照畢業(yè)設計論文的標準完成課程設計論文的撰寫。
2課程設計創(chuàng)新教學模式的實施
2．1對課程設計團隊的要求
團隊人數(shù)要適宜，若人數(shù)過多，任務分配不均，必然有成員的工作較輕松，易偷懶，造成不團結(jié);若人數(shù)過少，每個人承擔任務較多，不能起到成員間交流合作，培養(yǎng)良好職業(yè)素養(yǎng)的目的。經(jīng)過實踐，根據(jù)任務復雜程度，一個課程設計團隊的組成人數(shù)以3～5人為宜。團隊中每個成員根據(jù)需要可以承擔多項工作，比如項目管理工程師可以兼任其他任何職位，外觀設計工程師兼任銷售工程師，采購人員兼任秘書;而軟件和硬件工程師一般獨立設置，而且在項目軟件編程任務較多時，可以采用模塊化設計，由多個人共同承擔。團隊內(nèi)每位成員按照分工都有自己明確的工作任務，具有強烈的責任感和使命感。而且，由于是團隊工作的性質(zhì)，團隊之間的競爭更為激烈，在工作過程中每位成員也會強烈地感受到集體的凝聚力和榮譽感。在這種情況下，個體能力強并不意味著集體的成功，只有大家團結(jié)合作、互幫互助才能取得最終的成功。因此，在做好課程設計的同時培養(yǎng)了成員的工作主動性、積極性和團隊協(xié)作意識。
2．2選題要求
多數(shù)應用型大學的電氣控制類課程設計都是諸如電子鐘、交通燈的控制之類的小題目，設計題目單一，與專業(yè)技術的當前應用脫節(jié)［4］，而且容易查找到現(xiàn)成的資料，不利于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神。由于以團隊形式工作，人數(shù)增加，可以適當?shù)卦黾诱n程設計題目的難度。課程設計選題可以結(jié)合教師科研項目，與企業(yè)進行深度合作并能為其解決實際問題的綜合性選題最好。比如在單片機系統(tǒng)課程設計中，與某企業(yè)合作，設計題目為“多功能電壓力鍋”;在工業(yè)控制系統(tǒng)綜合課程設計中，與某自動化公司合作，設計題目為“恒壓供水系統(tǒng)的PLC控制與遠程監(jiān)控”［5］。在課程設計過程中不滿足于只考慮軟硬件是否能實現(xiàn)任務要求的基本功能，還可以在圖紙的完整性和規(guī)范性、系統(tǒng)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
在課程設計實施過程中，教師引導團隊的工作過程盡可能與實際項目的運作過程接近［6］，在任務量、時間節(jié)點等方面制定詳細的計劃，使成員在具有一定壓力下，既緊張又有條理地完成任務。課程設計基本工作流程如圖1所示。小組會議是一個較為正式的環(huán)節(jié)，由項目管理工程師主持，秘書做會議記錄，指導教師或企業(yè)工程師以及組內(nèi)成員參加，目的是引導學生明晰工作目標和工作內(nèi)容，合理安排時間，順利完成任務。在第一次會議上，項目管理工程師陳述系統(tǒng)總體設計方案，各成員分別總結(jié)前期研究內(nèi)容和明確后期的工作步驟和內(nèi)容，并制定詳細的工作計劃。在團隊成員分工后，項目管理工程師也可以根據(jù)需要多次組織會議，秘書做好會議記錄，為最終的論文提供素材。指導教師在以學生主導的會議中，有目的、有意識地引導，培養(yǎng)學生在設計過程中有計劃地學習、研究問題，綜合運用自己的理論、專業(yè)和實踐知識進行解決問題，從而提高實踐創(chuàng)新能力［7］。指導教師通過提問掌握每個學生的工作進展情況，并對存在的問題做出正確的啟發(fā)，鼓勵學生進行互動討論。各成員總結(jié)自己的階段性成果，提出工作中遇到的困難，成員之間充分溝通。項目陳述和答辯環(huán)節(jié)是課程設計創(chuàng)新模式中重要的一個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生總結(jié)能力、表達能力和PPT的制作和展示能力，使其學生在公眾下能夠不怯場，敢于表現(xiàn)自己。
2．4考核與評分
在課程設計創(chuàng)新教學思路和創(chuàng)新模式的引導下，考核也要更新觀念，要與人才培養(yǎng)目標相一致。借鑒荷蘭高校對學生實踐能力的考核方法，不僅注重基于任務分工表現(xiàn)出的實踐應用能力，而且還要兼顧學生在課程設計過程中展現(xiàn)的思路創(chuàng)新、表達溝通和團隊協(xié)作能力［8］。由于課程設計的教學時間一般為一至兩周，所以考核與評分不能過于繁瑣，筆者在兩輪課程設計實踐基礎上總結(jié)了一套與培養(yǎng)目標一致、相對公平和便于實施的考核評分方案，如表1所示。個人的最終成績是由小組成績和個人成績兩部分組成［9］，各占50%，其中小組成績由指導教師根據(jù)不同分項及其權(quán)重給出，個人成績由指導教師和組內(nèi)成員共同給出。組內(nèi)成員互評均分權(quán)重為0．2，這個獨創(chuàng)的考核細節(jié)大大激發(fā)了學生的工作熱情并營造了工作團隊內(nèi)互幫互助的和諧氛圍，培養(yǎng)了學生的團隊合作精神。
3課程設計創(chuàng)新教學模式的支撐體系
(1)加強師資隊伍的培養(yǎng)。對于應用型大學而言，高水平的師資隊伍是應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關鍵。要培養(yǎng)出企業(yè)需要的應用型人才，必須建立一支綜合素質(zhì)強的“雙師型”教師隊伍。而大多數(shù)教師從學校畢業(yè)又進入學校授課，本身沒有在企業(yè)工作過，教師的工程素質(zhì)和實踐經(jīng)驗不足，具有豐厚工程背景又有學術水平的“雙師”型教師尤其缺乏［10-12］。一方面，可以建立教師有計劃分批次輪流到企業(yè)鍛煉的常規(guī)制度;另一方面，吸引企業(yè)的優(yōu)秀工程師兼職或全職到教師崗位，充分發(fā)揮其多年來的企業(yè)工作經(jīng)驗。
(2)重視校企合作。校企合作是解決實踐教育缺失的根本途徑［13-14］。一方面大力吸引企業(yè)參與到高校實踐教學過程中來，在教學計劃和教學內(nèi)容上廣泛征詢和適當采納相關業(yè)內(nèi)專家的意見;另一方面，增加學生在企業(yè)進行專業(yè)技能訓練和專業(yè)拓展課程的學習機會，理論聯(lián)系實際，開拓視野，拓寬思路，促進學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新靈感，為課程設計創(chuàng)新教學模式提供強有力的實踐平臺支撐。與相關企業(yè)建立長期合作關系，良性循環(huán)，最大可能實現(xiàn)更多學生畢業(yè)和就業(yè)上崗的零過渡，校企共同培養(yǎng)“適銷對路”的應用型人才。
(3)開設公共選修課。公共選修課是高校面向全體學生開設的綜合素質(zhì)培養(yǎng)課程，對學生知識結(jié)構(gòu)完善，知識面擴大，興趣和個性發(fā)展和綜合素質(zhì)提高有重要意義。對于工科專業(yè)來說，根據(jù)企業(yè)對人才的需求，高校開設如市場營銷、會計、社交技巧等人文類和經(jīng)濟類選修課，不僅有利于培養(yǎng)學生的綜合能力，而且學生也可以結(jié)合自身職業(yè)生涯規(guī)劃科學地進行選課，為將來的職業(yè)儲備和積累知識［15］。
4結(jié)語
在對電器的設計中,要等到客戶對電器的線路的控制要求下達以后,再根據(jù)要求,結(jié)合當前的資金限制,以及現(xiàn)有的操作條件,選擇合適的,同時具備經(jīng)濟性、合理性、安全性等多個方面的設備配置。在控制線路的設計操作中,首先應該對主電路進行優(yōu)化設計。因為主電路是控制線路的設計基礎,它是整個設計線路的總領,在運行過程中,起到絕對的領到地位,和支配地位。因此,主電路設計的優(yōu)劣狀況將會直接影響到電器的正常運行和控制線路的設計和控制器編程工作的復雜、難易程度。所以,我們首先要做的就是通過對主電路的設計和優(yōu)化把設備的設計問題進行轉(zhuǎn)化,在這個過程中,我們要注意一些基本的問題。當我們了解電氣的控制線路的設計之后,就需要根據(jù)現(xiàn)行的控制任務進行認真的,具體的,謹慎的分析,具體問題具體分析,實事求是的解決問題,提出可行的操作方案。比如,在對發(fā)動機的電氣的控制線路的設計時,首先要了解的就是,所需要的電動機的控制是點動控制、連續(xù)控制還是正反轉(zhuǎn)控制等。只有全面的對電器的設備需求有所了解后,才能正確的處理問題,實現(xiàn)主電路的優(yōu)化。在對電氣的主電路的優(yōu)化設計中,我們可以借用,或者說參考已經(jīng)熟悉的電路設計。這樣,既可以提高工作的效率,也能在一定程度上,幫助我們更完善的設計其它線路的優(yōu)化。還有一個非常重要點,就是要注意及時利用工作原理來進行分析。當在操作過程中,遇到挫折或是瓶頸時,我們應該查看電氣控制圖。比如,我們在上文中提及到的電氣原理圖,以及電氣接線圖。這些圖畫的功能,可以幫助更好的了解問題,排查麻煩。也就是當你不知道怎么辦時,首先應該想到的是查看工作原理圖,然后再考慮把它轉(zhuǎn)化為控制電路圖。這樣,有助于我們更好地對電氣控制線路的優(yōu)化設計。
2控制電路的優(yōu)化
我們知道,一件電器的運行,需要各個零件的集體配合。正如我們所熟知的木桶效應一樣,如果在設計中,存在一些短板,那么,電氣線路的整體優(yōu)化效果就會不如人意。因此,在對電氣的主電路進行優(yōu)化設計之后,我們也應該對其它部分進行整合與優(yōu)化。比如,對控制電路的優(yōu)化。當電氣線路的主電路設計出來后,我們應該認真的,具體的對其探討和分析,把對電器的控制轉(zhuǎn)化為對接觸器和繼電器的控制,也就是提出更為適合的控制要求,然后進行控制電路設計和優(yōu)化。對電氣的控制電路的控制要求,是我們進行控制電路設計的基礎和重要依據(jù)。只有認真分析主電路的設計,并且結(jié)合實際,完備的選擇合適的控制方法和控制手段,才能得到具體的控制線路。當然,就像對主電路的優(yōu)化設計一樣,我們同樣可以用已知的或熟悉的控制電路來對電器設備進行控制。因為在很多種情況下,我們會發(fā)現(xiàn),雖然設備的運行不同,但實際上,其中的控制電路是完全一樣的。因此,我們可以借鑒已知的電路來幫助我們更好更快的解決當前的問題。這樣,可以簡化我們的設計工作,節(jié)約操作用時,提高工作效率。
3控制方法的優(yōu)化
俗話說,只有對癥下藥,才能徹底解除病癥。在對電氣的控制電路的優(yōu)化中也同樣如此。選擇對一個正確的控制方法,對于我們的工作來說,簡直就是事半功倍。因此,我們要謹慎的選擇控制方法。當然,在這個過程中,是一定要符合要求進行選擇的。比如,如果選擇的控制方法和控制手段不合適則會使控制電路的設計工作復雜或難以進行。舉個例子,在對一件電器的設計中,選擇手動控制,還是自動控制,就需要結(jié)合當前的情況,來進行選擇。如果是設計走廊的聲控燈那么,燈亮以后的熄滅,就需要線路的自動控制來進行。如何選擇手動控制,就會加大人們的操作,那么顯然,這樣的設計,就是不合理的。再比如,一件電器的手動控制和時間控制,同樣也需要根據(jù)實際來正確選擇。在煲飯的電壓鍋中,人們所需要的,就是食物烹飪結(jié)束之后,能夠自行關閉電源,這樣,既可以便捷的通知我們食物的烹飪狀況,又可以節(jié)約電能。由此可知,電氣的控制方法的選擇,對于電氣控制線路的優(yōu)化的重要性。
4接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)化
在電氣的控制線路的優(yōu)化中,接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)化,也具有非常重要的作用。繼電器接觸器控制系統(tǒng)中,主要是通過觸點之間的接觸運作,進而控制電氣設備而運行的。也就是通過常開觸點以及常閉觸點二者組合而成的。通過一些物理知識,我們可以了解到一些對接觸器的控制系統(tǒng)的優(yōu)化。比如,當幾個條件中,只要具備一個其中任何一個條件,所控制的電器線圈就能通電,這時可以使幾個常開觸點采用并聯(lián)的方法來實現(xiàn)。而當幾個條件同時具備,使電器線圈通電,可以使這幾個常開觸點串聯(lián),進而能夠正常運行。復合按鈕的使用,也可以促進控制線路的優(yōu)化。也就是說,當控制要求中,有一次動作要求連續(xù)進行幾個動作指令才能完全進行時,就可以采用復合按鈕。比如,在日常的家居電器中,很對按鈕都可以采用復合按鈕。最常見的就是電源的開啟與關閉功能,時間預約與時間增減等等一系列情況。
5結(jié)語
關鍵詞：體育場照明設計電氣控制設計
1.體育場照明的重要性
對于一座現(xiàn)代化的體育場，不但要求建筑外形美觀大方、各種體育設備齊全完善，而且要求有良好的照明環(huán)境，即要求有合適、均勻的照度和亮度、理想的光色，有立體感及無眩光等。除保證滿足觀眾良好的視看效果外，還必須保證裁判員、運動員和比賽項目所需的照明要求以及應保證有良好的電視轉(zhuǎn)播效果。
照明是依靠光線的功能，保證燈光作用于運動員、裁判員、觀眾的眼睛、產(chǎn)生視覺，才能看見體育場地上的一切，如場地環(huán)境的明暗、物體建筑、器具及服裝等表面的顏色、觀看目標的形狀和大小、深度、立體感及運動員運動時的狀態(tài)和體育場的氣氛等等。所以，良好的照明在現(xiàn)代體育場中占有重要地位。
一般，在一個體育場的照明設計中，應考慮以下三方面的因素：
1滿足運動比賽時運動員的視覺要求，并且使燈光對比賽的客觀影響降到最低程度。
2滿足觀眾的視覺要求，使燈光對觀看比賽時所引起的不適感覺降低到最低程度。
3滿足彩電轉(zhuǎn)播的照明要求，盡可能提高轉(zhuǎn)播質(zhì)量。
總之，照明與運動項目的比賽要求密切相關，與觀眾視看效果密切相關，沒有良好照明設施的體育場是不完整的體育場，必將嚴重影響它的使用功能。
2.體育場照明設計標準
為了得到良好的照明設計方案，合理利用光線的分布來滿足運動員、觀眾、裁判員視覺以及良好的電視轉(zhuǎn)播效果的要求，必需先確定照明標準，包括照度標準和照明質(zhì)量標準。照明質(zhì)量標準，其中包括眩光、光源色溫有顯色性要求，光的方向性、節(jié)能要求等。
2.1照度標準
根據(jù)國際體聯(lián)第83號推薦照度要求及《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9條中的規(guī)定，提出以下照度標準推薦值見表1。幾點說明：
1根據(jù)《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9－1條中規(guī)定：足球場比賽照度標準值：當觀看距離為120m時，為150～200～300lx；觀看距離為160m時，為200～300～500lx；觀看距離為200m時，為300～500～750lx.觀看距離指觀眾席最后一排到場地邊線的距離。
2根據(jù)《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9－2條中規(guī)定：電視轉(zhuǎn)播需要的垂直照度：最大拍攝距離分為三組，①對于足球項目而言，最在拍攝距離為25m時平均垂直照度應為750lx；最大拍攝距離為75m時平均垂直照度應為1000lx；最大拍攝距離為150m時平均垂直照度為1500lx；②對于田徑項目而言，最大拍攝距離為25m時平均垂直照度應為500lx；最大拍攝距離為75m平均垂直照度應為750lx；最大拍攝距離為150m時平均垂直照度為1000lx.上述每個垂直照度用于一個給定的運動等級和給定的最在拍攝距離相對于1.0m垂直面的值，各照度值的中間值用于其它拍攝距離。
3上述照度指體育場的最終平均照度，設計時選取的初始照度必須計入維護系數(shù)，一般可采用0.7～0.8的數(shù)值。
4水平照度的均勻度：照度均勻度一般用最小照度與最大照度之比表示，也可用最小照度與平均照度之比表示，最小照度與最大照度的比值應大于0.5.
5垂直照度的均勻度：最小照度與最大照度的比值應大于0.4，才能滿足主電視攝像的要求。
2.2照明質(zhì)量標準
1眩光
體育照明的關鍵除提供足夠的水平和垂直照度以外，還需要減少眩光，從而達到亮而無眩光的效果。眩光是影響照明質(zhì)量的最重要因素之一。根據(jù)CIENO.83出版物“彩電系統(tǒng)的體育場地照明”，場內(nèi)最大眩光指數(shù)GRmax應小于50.眩光額定值GR愈小，眩光限制愈好，眩光額定值為50時。眩光額定值GR由下列公式算出：
GR=27＋24LgLvl/Lve0.9
1式中，Lvl是燈具產(chǎn)生的光幕亮度，Lve是環(huán)境產(chǎn)生的光幕亮度。一般在計算照度時，應計算不同方向的眩光額定值GR，在GR<50時，即可行。眩光的限制除了合理確定燈具的選型，安裝高度和排列方式外，還可以采取提高賽場背景照度的方法。
2光源色溫及顯色性要求
為達到良好的彩電轉(zhuǎn)播效果，體育場的照明質(zhì)量不但與照度有關，而且與照明光源的色溫及顯色性有緊密關系。我國《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第3.3.2條中規(guī)定：彩電轉(zhuǎn)播用一般光源顯色指數(shù)Ra不應小于65.依據(jù)CIENO.83號出版物及國際足聯(lián)的要求，光源相關色溫Tc大于5000K和光源顯色指數(shù)Ra大于等于80，以達到最佳的現(xiàn)場照明效果及彩電轉(zhuǎn)播效果。
3光的方向性
燈具的俯角不僅影響垂直照度，同時也對運動員、觀眾和裁判有可能產(chǎn)生較大眩光影響。對地體育場照明設計，應選擇好燈具的瞄準方向。另外，主攝像機與另一側(cè)過來的光線之比例應控制在一定范圍內(nèi)，而照明的最重點是在足球場的中央及設置。
4節(jié)能要求
照明節(jié)能重在采用合理的照明方案和高效的照明裝置，降低線路損耗及良好的照明控制。體育建筑屬照明用電較大的建筑項目，從節(jié)能意義上講，僅比較初始投資費用，而不以最低運行成本為基礎選擇得出的照明設計不是合理的設計，應根據(jù)具體情況，將初始投資及運行成本綜合加以考慮。
應選擇高效率的光源和燈具，采用能耗較低的鎮(zhèn)流器等附件，并加補償電容，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。照明設計應有多種開燈模式及對應的控制方案?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)燈具數(shù)量，為不同需要的比賽和活動提供合適的照明，控制方案要簡單、實用，并具有較強的靈活性。
3.體育場照明設計的計算
體育場照明設計的照度計算通常有三種方法：一是單位面積容量估算法；二是平均照度計算法，用以計算被照面上的平均照度；三是逐點計算法，可以精確的計算出某一點的照度。
1單位面積容量估算法基本公式：
N=P×A/PL2
式中：N—泛光燈燈數(shù)；PL—每臺泛光燈功率W；P—單位面積功率W/m2；A—被照面積m2。
m=1/η×η1×U×U1×K3
式中：m—簡化系數(shù)；η—燈具效率；η1—光源效率，1m/W；U—利用系數(shù)；U1—照度均勻度；K—燈具維護系數(shù)，一般取0.7～0.8.
為簡化計算，按照η=0.6、U=0.75、U1=0.7、K=0.7給出不同光源的m值見表2.
P=m×E4
式中E為最小照度，lx.
2平均照度計算法，運用以下公式可以計算出燈具的數(shù)量。
N=E×A/η×F×K5
式中：N—燈具的數(shù)量個；E—表面平均照度lx，由表1查得：A—被照面面積m2；η—燈具的效率；F—光通量1m；K—維護系數(shù)，取0.7～0.8.以上兩種照度計算法應用較普遍，主要用于照度的估算，比較適合方案和初步設計階段。
3點光源逐點計算法
采用計算機軟件進行逐點計算。泛光燈的尺寸與其照射的距離相比要小的多，因此泛光燈可被當作點光源，一盞燈具照度計算的數(shù)學模型如公式6所示。
EΦcosα±D/h×sinαEh=ΨEh
6式中，Eh：一盞燈照射到垂直立面上產(chǎn)生的平均照度lx，Eh用公式7計算：
Eh=Iθ×cosθ/R27
Iθ—θ角照射方向的光強cd；R—光源至被照面間的距離m；h—光源至垂直立面的垂直計算距離m；D—R在垂直立面上的投影m；α—斜面與水平面的夾角，單位為度；θ—燈具光束中心與水平面的夾角，單位為度；Ψ—系數(shù)，Ψ=cosα±D/h×sinα。
4.體育場照明燈具分類與布置方式
4.1照明燈具分類
體育場照明燈具按其光束形狀可分為A、B、C三類，如表3所示。
在照明設計中，應根據(jù)具體情況選擇合適的燈具。通常對于側(cè)面布燈方式，采用光束為扇形B或C型泛光燈的利用系數(shù)要高于圓柱對稱光束A型泛光燈。對于四塔布燈方式，采用圓柱對稱光束A型泛光燈的利用系數(shù)要高于扇形B或C型泛光燈。
4.2燈具的布置方式
為有效地利用光源的光通量，還應根據(jù)投射距離選擇泛光燈光束角的大小。按光束角的大小可分為7類，如表4所示。
1四塔式布燈
①四角燈塔位置應選在球門中線民地底線成15°角、半場中心線與邊線成5°角的兩線相交后延長線所夾得空間范圍，并宜將燈塔設置在場地的對角線上。將泛光燈安裝在4個高塔上，這種布置型式適用于沒有挑棚的體育場，其照明利用率較低；而且要解決好燈具的維護檢修問題。
②燈塔的高度應使最低一排泛光燈至場地中心與場地水平地面的夾角在20°～30°，超過這一范圍，不僅使燈塔的造價大大提高，同時也會降低垂直照度與水平照度的比例，影響物體造型的立體感和降低識別運動物體的速度。
燈塔最低一排泛光燈至場地水平面的垂直高度可由式8確定：
H≥L×tan25°或H≥0.4663L
8式中：H—燈塔最低一排泛光燈至場地水平面的垂直高度m；L—場地中心點至燈塔座的水平距離m。
上式中的L與H關系還可以采用下列比值確定：與場地水平面夾角為25°時，LH=2.1451；與場地水平面夾角為20°時，LH=2.7471
③燈塔頂部應裝置防雷接地設施，接地電阻不大于10Ω。燈塔頂部應設置紅色高度標志燈，且不少于2臺。燈塔上安裝的接線端子箱、敷設的電纜及線醴均由燈塔廠配套提供。
④燈塔設置位置及塔上最低一排泛光燈投射角度及高度應滿足以下要求：α>5°，β>15°，20°<γ<30°，45°<θ<70°
2混合式布燈
①將燈帶式與燈塔式有機地組合在一起的布燈方法。一般大型綜合性體育場解決照明技術效果比較好的一種布燈型式。
②混合布置，燈塔的投射角和方位布置可以適當靈活處理，光帶的長度可以適當縮短，光帶的高度也可適當降低。
5.體育場照明供電設計
1體育場的照明供電，一般由低壓配電室引來兩路電源供給，互為備用，手動與自動投切，平時兩路電源各帶50％左右的負荷，且均勻分布，以便任何一路斷電，熄滅了的燈光尚未點燃時，場地內(nèi)仍能保持均勻的照度分布，使一般性比賽仍可進行。另外，由于氣體放電燈的啟動時間約為4～8min，再啟動時間約為10～15min，因此，即使采用兩種電源自投，也無法使熄滅了的燈光立即點燃，故對有人值班的控制室，可采用兩種電源手動互投的切換方式。對無人值班的控制室則應采用兩路電源自投不自復的切換方式，保證比賽的正常進行，延長光源的使用壽命。
①此種供電方式可不再另外考慮場地的應急照明，而且當電源轉(zhuǎn)換時仍能基本保證比賽的正常進行。
②配電系統(tǒng)設計相對較為復雜，造價亦相應較高。
③采用四塔式照明時，將電源柜放在燈塔底部內(nèi)側(cè)，電源線沿燈塔內(nèi)壁敷設，燈具的鎮(zhèn)流器箱放在塔的頂部，這種配電方式較為合理。
④采用光帶式照明時，將電源直接送到挑棚馬道上的配電柜臺，配電的分支線路可以采用沿馬道旋轉(zhuǎn)的金屬線槽敷設方式。
2比賽燈的開關，主要靠交流接觸器或無觸點的晶閘管可控硅實現(xiàn)。用交流接觸器控制，簡單可靠，也較經(jīng)濟；用晶閘管控制，技術先進，但價格較貴。為了便于維護和燈光方案的變化，宜采用單燈單控，也可一個開關控制2～3個燈，以不超過3個燈為宜。
3氣體放電燈點燃時，沖擊電流很大，開啟燈光時，單燈宜間隔0.5s；組控時，宜間隔10～30s.另外，氣體放電燈的頻閃效應對照明質(zhì)量的影響很大。由交流電源供電的氣體放電燈有二倍于電源頻率的周期性頻閃。頻閃會使迅速運動的物體，出現(xiàn)幻影，這種效應對于攝像，尤其是慢動作攝像影響很大，放映時，會顯示出一種令人難以忍受的閃動，頻閃還會造成視覺疲勞。通常用光通量的波動深度Fbd來衡量。
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。只要將波動深動降至25％以下，人的視覺對頻閃將不產(chǎn)生疲勞效應。這可通過改變配電方式來實現(xiàn)。例如：將相鄰的氣體放電燈接在不同相位的電源上；在方案設計時，還可考慮氫不同相位的氣體放電燈所發(fā)出的光通量相到重疊等。總之，在大量使用氣體放電燈的體育場照明設計中必須考慮頻閃對照明質(zhì)量的影響。
6.體育場照明控制
體育場及觀眾席照明控制主要形式為在專設的燈光控制室采用計算機控制臺集中控制。計算機控制臺為人機對話形式，設有燈位布置模擬盤、燈光單控、組控開關等，燈光單控開關的布置應與燈位布置模擬盤相對應?？梢宰詣涌刂疲部梢允謩涌刂?，計算機可以模擬現(xiàn)場開燈狀態(tài)，自動控制及檢測燈具是否正常工作，并反饋顯示故障燈組位置，可根據(jù)實際需要設置不同的控制方案，以滿足不同比賽內(nèi)容及活動對照度的不同要求及同一體育項目不同比賽級別對照度的不同需要。預先確定若干種開燈方案，編程后存入計算機內(nèi)，根據(jù)不同的需要調(diào)用相應的開類方案。
7.結(jié)束語
良好的體育場照明環(huán)境的實現(xiàn)，主要取決于正確地確定照明設計方案，同時依賴于使用性以面優(yōu)異的照明設備的選取及照明電氣控制系統(tǒng)。這里所談的僅是一些粗淺的認識，有待于在今后的照明設計中深入探討，摸索出其內(nèi)在的規(guī)律，使之進一步理論化、系統(tǒng)化，從而更有利于指導實踐工作。
以上是筆者對于體育場照明及電氣控制設計的一些粗淺認識，不當之處請讀者指正。
參考文獻
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5.《建筑電氣專業(yè)設計技術措施》。中國建筑工業(yè)出版社。2000
在家庭照明設計上，根據(jù)人們的日常生活習慣，對家庭照明進行規(guī)劃、改造設計。大多數(shù)人的習慣是:晚上回家開門后，直接在門口開啟門廳照明燈，根據(jù)情況開啟廚房或客廳照明燈(這些均在有照明情況下進行，為節(jié)省投資，這部分不做改動)。吃過飯后，在客廳看一會電視，然后有的直接睡覺，有的進入書房看書或上一段時間的網(wǎng)再睡覺。
因此，根據(jù)實際需求，在客廳配置控制面板1，在原有照明控制開關的基礎上進行改造。控制面板主要配置:客廳射燈、燈帶、主照明燈開關、餐廳燈帶、門廳照明燈開關、主臥照明燈控制按鈕、書房照明燈控制按鈕、防盜控制開關、鬧鈴控制開關。上述設計可實現(xiàn)主人在離開客廳時開啟主臥或書房的照明燈，關閉客廳照明燈。在書房門旁4配置主臥燈控制按鈕、書房燈控制按鈕，主人在書房完成工作后，開啟主臥照明燈，關閉書房照明燈，進入主臥室。主臥門旁和床頭配置照明燈控制按鈕5，在臥室內(nèi)對照明燈進行開、關控制。
在廚房配置燃氣泄漏檢測開關2，檢測到泄漏信號進行報警，報警設計為鈴聲報警10秒。在次臥配置床頭求助按鈕3，當家中有臥床老人時，通過按鈕進行鈴聲求助;對于家中有幼兒的，也可改為夜晚被子未蓋好的檢測信號，如被子偏離位置過大，檢測開關則進行鈴聲求助。
在入戶門、陽臺、各個窗戶上安裝檢測開關，在主人入睡后啟動午夜時段報警，當有人非正常從門、窗進入時啟動防盜10秒報警;在主人離家時，合上客廳控制面板上的防盜控制開關，10分鐘后啟動防盜報警程序，報警設計為鈴聲報警10秒。
在主人上班或孩子上學期間，合上客廳控制面板上的鬧鈴控制開關，通過手機與LOGO!通訊軟件或LOGO!操作鍵設定早晨起床時間和午休起床時間，進行5秒鐘鈴聲叫醒服務。
設計部分插座具有現(xiàn)場手動與遠程自動通電控制功能，利用手機進行遠程控制，比如在廚房設計帶旁通開關控制的插座，節(jié)假日主人在家，合上開關利用該插座插上電飯煲進行煮飯。在上班時間，斷開該開關，利用LOGO!的輸出二端點與此控制開關二端點并聯(lián)，淘好米放入電飯鍋后加入適量水，把電飯鍋插在該插座上，快下班時，主人可通過手機與LO-GO!通訊，控制LOGO!的輸出進而控制此插座通電進行煮飯。
2家用電氣控制系統(tǒng)設計
根據(jù)產(chǎn)品功能介紹，該款家用多功能安防與電氣控制系統(tǒng)需要8路數(shù)字量輸入和三路數(shù)字量輸出。系統(tǒng)控制器采用西門子LOGO!230RC控制器，控制器有8個數(shù)字量輸入4個數(shù)字量輸出。根據(jù)客戶定制需求，可選用擴展模塊采用一個LOGO!DM8/24R(四個數(shù)字量輸入端口，四個數(shù)字量輸出端口)。系統(tǒng)數(shù)字量輸入資源分配為:I1主臥按鈕，客廳、書房、主臥等處四個主臥按鈕并聯(lián)后接入，單次操作為開主臥照明燈，雙次操作為關主臥照明燈;I2書房按鈕，客廳、書房二個主臥按鈕并聯(lián)后接入，單次操作為開書房照明燈，雙次操作為關書房照明燈;I3次臥床頭求助按鈕或蓋被檢測拉線開關，有信號時進行3秒求助鈴聲報警;I4燃氣檢測開關，有信號時進行10秒鈴聲報警，通過手機可進行遠程監(jiān)控、信息查詢;I5防盜檢測，門、窗等處七個檢測開關并聯(lián)后接入，有信號時進行10秒鈴聲報警，通過手機可遠程進行信息監(jiān)控查詢;I6鬧鈴開關，有信號且達到設定時間則進行5秒叫醒鬧鈴服務;I7與I8防盜開關，I7有信號則進行時段報警，即主人入睡后當I5防盜檢測到信號則進行10秒鈴聲報警，I8有信號則進行全天候報警，當I5防盜檢測到信號則進行10秒鈴聲報警，報警信息通過手機可遠程監(jiān)控、查詢，當I7與I8均有信號時，具有時段報警與全天候報警功能。系統(tǒng)數(shù)字量輸出資源分配為:Q1主臥照明燈控制，Q2書房照明燈控制，Q3鈴聲控制，Q4插座控制。
3家用電氣控制系統(tǒng)調(diào)試
(1)主臥與書房照明燈異地控制，采用單次按鈕接通為開啟照明燈，雙次按鈕接通為關閉照明燈。
(2)次臥床頭求助按鈕3，當家中有臥床老人時，通過按鈕進行3秒鈴聲求助;對于家中有幼兒的，也可改為夜晚被子未蓋好的檢測信號，如被子偏離位置過大，檢測開關則動作，進行3秒鈴聲求助。
(3)廚房燃氣泄漏檢測，檢測到泄漏信號進行報警，報警設計為鈴聲報警10秒。采用LOGO!0BA7模塊，通過通訊主人可以利用手機遠程進行信息查詢。
(4)門窗檢測開關，在主人入睡后啟動午夜時段報警，當有人非正常從門、窗進入時啟動防盜10秒報警;在主人離家時，合上客廳控制面板上的防盜控制開關，10分鐘后啟動防盜報警程序，報警設計為鈴聲報警10秒。采用LOGO!0BA7模塊，通過通訊主人可以利用手機遠程進行信息查詢。
(5)合上鬧鈴控制開關，通過手機與LOGO!0BA7模塊通訊軟件或LOGO!操作鍵設定早晨起床時間和午休起床時間，進行5秒鐘鈴聲叫醒服務。
(6)廚房安裝旁通開關控制插座，旁通開關斷開時，插座受LOGO!的輸出控制，程序采用利用存儲器數(shù)據(jù)進行比較，當大于某數(shù)據(jù)時LOGO!產(chǎn)生輸出信號接通插座通電，根據(jù)實際情況確定通電一段時間后自動修改存儲器數(shù)據(jù)，使插座斷電，以防電器通電時間過長產(chǎn)生安全事故。如，電飯鍋由于使用年限較長，飯煮好后不能自動斷電，長時間通電引起電飯鍋導線過熱絕緣損壞，很容易造成火災。主人可通過手機與LOGO!通訊，改寫存儲器的數(shù)據(jù)，進而達到控制LOGO!的輸出使插座通電。
4結(jié)語
1.1線路設計控制方式通用化原則
通用化指的就是制定的線路設計方案，可以使生產(chǎn)機械設備加工不同性質(zhì)對象。所以，在電氣控制線路設計過程中，一定要盡可能選擇滿足設計要求，并且在實踐活動中可以普遍運用的線路設計方案，進而符合生產(chǎn)機械設備、工藝等方面的要求，保證電氣控制線路設計工作的有序完成。
1.2線路設計控制電路電源可靠性原則
電路電源是電氣控制工程中確保機械設備正常運行的基礎與前提，一定要予以高度重視。在進行線路設計的時候，一定要對配電方案、接地回路、線路布局等因素進行全面的考慮，確保電路電源負載處在標準范圍以內(nèi)。與此同時，一定要加強控制系統(tǒng)各電路的設置，避免其互相影響，并且，防止出現(xiàn)振蘊、電路過熱等問題。除此之外，當線路控制非常簡單的時候，可以選擇電網(wǎng)電源；當生產(chǎn)機械設備自動化程度比較高的時候，可以選擇直流電源。
2強化電氣控制線路設計的策略
2.1盡可能減少連接導線
在設計電氣控制線路的時候，設計人員一定要充分考慮各元器件的位置設定，盡可能減少配線連接導線。如圖1（a）所示線路連接是不合理的，主要原因就是，一般按鈕是安裝在操作臺上的，而接觸器是安裝在電氣柜中的，也就是說，在設計控制線路的時候，需要從電氣柜中二次引出連接導線，使其和操作臺進行連接，所以，一般而言，均是將啟動按鈕和停止按鈕進行直接相連，這樣就可以減少一次引出連接導線。如圖1（b）所示線路連接是合理的。
2.2確保連接電器的線圈正確
一般而言，電壓線圈是禁止串聯(lián)使用的，如圖2（a）所示線路連接是不正確的，主要原因就是，其阻抗不相同，進而非常容易導致出現(xiàn)兩個線圈電壓分配不均衡的現(xiàn)象。盡管兩個線圈型號一致，外加電壓是其額定電壓之和，那也線路也不可以進行這樣的連接，因為不管是如何連接導線，所有電器動作總是存在著先后之分，而當其中一個接觸器動作的時候，其線圈阻抗就會逐漸增加，進而造成該線圈的電壓也隨之增加，進而出現(xiàn)另一個接觸器無法吸合的情況，出現(xiàn)線圈被燒壞的問題。如果是兩個電感量相差較大的電器線圈，也是不可以進行并聯(lián)的。如圖2（b）所示的直流電磁鐵YA、繼電器KA并聯(lián)，在此連接形式下，接通電源之后，能夠進行正常運行，但是切斷電源之后，就會因為電磁鐵線圈電感量大于繼電器線圈電感量，出現(xiàn)繼電器電感量釋放快的情況，但是電磁鐵線圈產(chǎn)生的自感電動勢就會致使繼電器出現(xiàn)吸合現(xiàn)象，導致繼電器出現(xiàn)誤動作。如圖2（c）所示線路連接是正確的。
3結(jié)束語
1電氣控制線路設計法的重要性和主要特點
1.1電氣控制線路設計法的重要性
電氣控制線路的設計直接決定和影響了控制系統(tǒng)的的性能。在電氣控制線路的設計中應當謹遵要求對電氣控制系統(tǒng)的制造和使用，及維護資料進行編制和設計，確保其設備的安裝、操作具有可靠性和安全性，這是保證電網(wǎng)正常運行的首要前提。
1.2電氣控制線路設計法的基本特點
現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)的三個特點：(1)功能強且體積小，靈活性較強，同時具有很強的通用功能，便于使用和維護。(2)采用了無觸點式開關代替部分電器元件，執(zhí)行程序的時間較短。(3)能夠用軟件實現(xiàn)電氣控制，改變控制參數(shù)和要求時只需改動程序的對應部分，節(jié)省資源。
2電氣控制線路設計法的優(yōu)化策略
2.1了解生產(chǎn)機械和工藝
對電氣控制線路的要求在進行電氣控制線路的設計前應當對其生產(chǎn)工藝的要求有一定的掌握，同時要了解各程序的工作情況、保護措施及運動變化規(guī)律。設計人員在設計過程中要對同類產(chǎn)品進行調(diào)查和分析，將此結(jié)果作為設計的重要依據(jù)。
2.2線路設計法簡單
在滿足生產(chǎn)工藝的前提要求下，爭取控制線路的設計簡單、經(jīng)濟環(huán)保。（1）選用經(jīng)過檢驗符合標準的線路環(huán)節(jié)。（2）賤導線連接的長度數(shù)量降到最低。在電器元件設計中合理安排觸頭位置，減少導線的連接數(shù)量和長度。（如圖1）將啟動、停止按鈕都放在操作臺上，接觸器則放置在電器柜內(nèi)。而由于按鈕盒接觸器之間距離較長，因此要將啟動按鈕盒停止按鈕連接在一起，以簡化導線連接。（3）采用標準件，同時注意將電氣原件數(shù)量降到最少，盡量選擇同一型號。（4）通過減少鋤頭來簡化線路，增強可靠性。
2.3保障控制線路的安全可靠性
選用的電器機械使用壽命較長動作較為可靠、結(jié)構(gòu)堅實同時抗干擾較強能夠有效保障控制線路的安全可靠。在設計中注意以下幾點：（1）選擇正確的電氣連接線圈進行線路設計法。在控制線路的設計時應當將線圈的一段統(tǒng)一接電源的同一端，使得電器觸頭在電源另一端。避免因為電器觸頭引發(fā)電源短路現(xiàn)象，也便于安裝。（2）交流控制電路不能串聯(lián)兩個電器線圈。如果兩個線圈串聯(lián)，其中某一原件就只能得到一半電源電壓。由于電壓和線圈的阻抗成正比，不能同時進行動作。使交流接觸器KM吸合，此時KM的磁路處于閉合狀態(tài)，線圈的電感明顯增大，使另一個接觸器線圈的電壓達不到工作電壓。應當將兩個電器線圈并聯(lián)且保持同時動作才能保證運行。（3）避免因意外而在線路中接通的寄生電路。會造成誤動影響線路的工作。（4）應當避免設計多個電器依次動作后接通另一個電器的控制線路。（5）線路的設計應當適應電網(wǎng)的情況，根據(jù)電網(wǎng)容量、電壓和頻率波動范圍以及沖擊電流的數(shù)值決定啟動方式是直接或是減壓啟動。（6）以小容量繼電器的鋤頭控制大容量接觸器線圈來進行線路設計法，通過計算繼電器觸頭斷開和接通容量判斷是否應當增加中間繼電器和小容量控制器，增強可靠性。（7）將必要保護環(huán)節(jié)考慮在內(nèi)，避免操作失誤帶來的線路事故。
2.4應具有必要的保護環(huán)節(jié)
（1）短路保護電氣控制線路中通常采用熔斷器、斷路器來進行短路保護。在電動機容量較小時可以講主電路的熔斷器作為在控制線路中的短路保護，不需要再設熔斷器進行保護。而當電動機容量大時就需要另設熔斷器作短路保護。斷路器在線路中既能做短路保護又可以當過載保護，而電氣線路發(fā)生故障造成斷路器跳閘時，排除故障后可直接合上斷路器繼續(xù)工作。（2）過流保護啟動方法錯誤或是負載轉(zhuǎn)矩過大都會熬制電動機的過電流故障。由于過電流較小，常用于直流電動機和繞線轉(zhuǎn)子電動機控制線路。通過繼電器、接觸器相互配合將繼電器的線圈和主電路串聯(lián)，常閉觸頭和接觸器控制電路串聯(lián)。在電流達到整定值后斷開常閉觸頭同時使繼電器繼續(xù)工作，同時切斷控制電源和電動機電源進行線路保護。（3）過載保護三相鼠籠電動機會因為負載增加、斷相動作或電網(wǎng)電壓降低時引起過載，而電動機長期過載運行會造成過熱導致的絕緣損壞。因此通常采用熱繼電器作為鼠籠型電動機的過載保護。（4）零電源保護通常將并聯(lián)在啟動按鈕兩側(cè)的接觸器自鎖觸頭作為零電源保護。而主令控制器SA控制電動機則通過零電壓繼電器實現(xiàn)。
3結(jié)語
一、設計題目 用PLC對機械手搬物控制的電氣控制設計
二、設計的目的
11）掌握機械手動作流程。
2）掌握電氣控制元件的選擇與計算方法。
3）掌握PLC選擇與應用。
三、設計要求
兩條傳送帶分別由電動機驅(qū)動，機械手有液壓缸驅(qū)動上下左右旋轉(zhuǎn)兩個方向運動，液壓系統(tǒng)是1000W電機。設計要求
1）機械手由原位下降抓物上升右轉(zhuǎn)下降放物上升左旋原位結(jié)束。
2）用常用的電氣元件控制。
3）有工作狀態(tài)指示及照明。
4）有必要的電氣保護和聯(lián)鎖。
四、完成的任務
要求說明詳細，字跡工整，原理正確，元件選擇有理。圖紙規(guī)范，圖形清晰，符號標準，線條均勻。
（1）設計與繪制電氣控制原理圖，元件安裝布置圖、接線圖。
（2）畢業(yè)設計說明書（8000以上）
1）設計題目
2）控制原理說明設計方案論證
3）主要器件選擇依據(jù)與計算
4）元件明細表
5）設計總結(jié)及改進意見
6）主要參考資料
五、 工廠電氣控制技術 機械工業(yè)出版社 主編 方承遠
工廠電氣控制設備 機械工業(yè)出版社 主編 許廖
機床電氣控制技術 機械工業(yè)出版社 主編 王炳實
可編程序控制器的應用技術 機械工業(yè)出版社 主編 王兆義
可編程序控制器的原理及程序設計 電子工業(yè)出版社 主編 崔亞軍
前言
由于可編程序控制器具有可靠性高、通用性強、程序設計簡單及便于安裝調(diào)試等優(yōu)點，它在工業(yè)控制的各個領域發(fā)揮著越來越重要的作用。社會對可編程序控制器技術人員的需長也越來越迫切。
可編程控制器的機型較多，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理相同，基本指令、控制功能和編程方法類似。本設計書以是用最廣泛的德國西門子可編程控制器為核心，主要介紹了可編程控制器的基礎知識、基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設計、控制系統(tǒng)以及可編程序控制器在邏輯控制系統(tǒng)的模擬量控制系統(tǒng)中的應用等知識。本設計書結(jié)合了大量的圖形，使設計一目了然。并給出了程序調(diào)試，最后給出了主要的流程圖、梯形圖、詳細注釋及助記符語言等。
本設計書參考了眾多可編程序控制器教學用書，結(jié)合自己所掌握的知識，并由指導教師田林紅老師的指導下完成。在此真誠的衷心的感謝田老師的指導幫助。
由于本人水平有限，錯誤和不妥之處再所難免，敬請各位老師及各位讀者批評指正。
目 錄
前言...................................................（）
摘要...................................................（1）
一、電器控制技術的發(fā)展狀況.............................（3）
二、PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理...........................（3）
1、PLC的基本結(jié)構(gòu)...................................（ ）
2、PLC的工作原理...................................（ ）
三、可編程控制器的特點及基本功能.......................（）
1、PLC的特點.......................................
2、PLC的基本功能...................................
四、PLC的應用領域和發(fā)展趨勢...........................（3）
五、PLC應用中應注意的若干問題.........................（4）
六、機械手移動工件的控制系統(tǒng)
1、機械手移動工件控制系統(tǒng)的基本機構(gòu)................（5）
2、機械手移動工件的控制要求與工作流程..............（6）
3、操作面板布置....................................（6）
4、控制系統(tǒng)構(gòu)成....................................（6）
七、梯形圖設計.........................................（6）
1、梯形圖的整體設計................................（6）
2、各部分梯形圖的設計..............................（8）
3、機械手的PLC控制梯形圖..........................（8）
4、程序語言............................... ........（8）
八、總結(jié)... ...........................................（26）
）
附錄...............................................
摘 要
在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣，增加了工人的勞動強度，甚至于危機生命。機械手就在這樣誕生了,機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關鍵部件之一。機械手的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機械器件組成；電氣方面有步進電機、驅(qū)動模塊、傳感器、開關電源、電磁閥、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術，位置控制技術、氣動技術、檢測技術等，是機電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機械手是由PLC輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動橫軸、豎軸步進電機驅(qū)動器，控制機械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關將位置信傳給PLC主機；直流電機拖動手爪和底盤旋轉(zhuǎn)，位置信號由旋轉(zhuǎn)碼盤和接近開關反饋給PLC主機；電磁閥控制氣開閥的開關來控制機械手手爪的張合，從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數(shù)。
關鍵字：
可編程控制器PLC；
機械手；
脈沖；
步進電機驅(qū)動器；
步進電機；
直流電機；
傳感器；
限位開關；
電磁閥。
一、電氣控制技術的發(fā)展狀況
在現(xiàn)代工業(yè)中,為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程的要求,驅(qū)動生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)運動的電器機械裝置稱為電力動。在電力拖動中，電動機是生產(chǎn)機械的原動力。必須根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，通過各種控制電器，自動實現(xiàn)其啟動、制動、反轉(zhuǎn)及調(diào)速等控制，從而產(chǎn)生了電氣自動控制技術。
20世紀20—30年代，人們采用繼電器及接觸器等元件控制電動機的運行，這種制動系統(tǒng)稱為繼電器—接觸器控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護方便，因此被廣泛應用于各類機床和機械設備中。采用這種系統(tǒng)不但可以方便地實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，而且還可以實現(xiàn)集中控制。目前，我國的大部分機床和其他機械設備仍舊采用繼電器—接觸器控制系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)是固定接線形式，故在改變生產(chǎn)工藝時需要重新布線，控制的靈活性較差。另外，該系統(tǒng)采用有觸點元件控制，動作頻率低，觸點易損壞，系統(tǒng)的可靠性差。
20世紀40年代，世界上出現(xiàn)了交磁放大機—電動機控制，這是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，它利用輸出量與給定量的偏差進行自動控制，其控制精度和快速性都有了提高。20世紀60年代出現(xiàn)了晶體管—晶閘管控制，到了70年展成為集成電路—晶閘管控制。由晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)速性能大為改善，而且減少了機電設備和占地面積，耗電少、效率高，已完全取代了交磁放大機—電動機系統(tǒng)。
在實際生產(chǎn)中，由于大量存在一些由開關量控制的簡單程序控制過程,而實際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的,因此需要一種能靈活改變程序的次新型控制器.于是,在20世紀60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)生產(chǎn)需要方便的改變控制程序,而又比電子計算機結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制.它是通過組合邏輯元件插接或編程來實現(xiàn)繼電器—接觸器控制線路功能的裝置,能滿足程序經(jīng)常改變的控制要求,使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性,但它使用的依然是硬件手段,裝置體積大,功能也受到一定的限制.隨著大規(guī)模集成電路和微處理技術的發(fā)展和應用,上述控制技術也發(fā)生了根本變化,在20世紀70年代出現(xiàn)了以微處理器為核心的、用軟件手段來實現(xiàn)各種控制控制功能的新型工業(yè)控制器—可編程序控制器(PLC).它不僅充分利用了微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領域的實時控制要求,而且還照顧到了現(xiàn)場電氣操作維護人員的技能和習慣,摒棄了微機常用的計算機程序語言的表達形式,獨具風格地形成了一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu),使用戶程序的編制清晰直觀,方便易學,更容易調(diào)試和查錯.它已經(jīng)取代了繼電器—接觸器控制系統(tǒng),被廣泛應用于大規(guī)模的生產(chǎn)過程控制中,具有通用性強、程序可變、編程容易、可靠性高、使用維護方便等優(yōu)點,故目前世界各國已將它作為一種標準化通用設備普遍應用于工業(yè)控制中.
電氣控制技術是隨著科學的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的不斷提高兒訊發(fā)展的。在控制方法上，它手動控制到自動控制；在控制功能上，它是從簡單到復雜；在操縱上，它笨重到輕巧;在控制原理上,它從由單一的有觸點接線的繼電器—接觸器控制系統(tǒng),到以微處理器為中心的軟件控制系統(tǒng).隨著新的控制理論和新型電器及電子元件的出現(xiàn),電氣控制技術還將不斷得到發(fā)展.
二、 PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
1、 PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。
1）.整體式結(jié)構(gòu)的PLC
整體式結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等組裝在一起組成。
2）.模塊式結(jié)構(gòu)的PLC
模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應的模塊，應用時將這些模塊根據(jù)控制要求插在機架上，各模塊間通過機架上的總線相互聯(lián)系。
3）.PLC各組成部分介紹
（1）、中央處理器（CPU）
中央處理器（CPU）是PLC的核心部分，相當于PLC的“大腦”。它通過系統(tǒng)總線與用戶存儲器、輸入/輸出、通信端口等單元相連。通過制造廠家預制在系統(tǒng)存儲器內(nèi)部的系統(tǒng)程序完成各項任務。其主要功能是由編程器寫入控制程序和數(shù)據(jù)到存儲器、檢驗用戶程序、從存儲器上讀取和執(zhí)行程序，還可以進行PLC內(nèi)部故障的診斷等。
（2）、存儲器
根據(jù)存儲器存儲內(nèi)容的不同，我們把存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。
系統(tǒng)程序存儲器：用來存放系統(tǒng)軟件的存儲器。系統(tǒng)程序相當于計算機操作系統(tǒng)。是PLC廠家根據(jù)選用的CPU的指令來編寫的，并固化到ROM里，用戶不能修改其內(nèi)容。
用戶程序存儲器：用來存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。不同類型的PLC，其存儲容量也不一樣。
數(shù)據(jù)存儲器：用以存放PLC運行中的各種數(shù)據(jù)的存儲器。因為運行中數(shù)據(jù)不斷變化，所以這種存儲器必須可讀寫。
（3）、輸入/輸出（I/O）單元
輸入/輸出（I/O）單元是PLC與此同時外部設備連接的紐帶。輸入單元接收現(xiàn)場設備向PLC提供的開頭量信號，經(jīng)過處理后，變成CPU能夠識別的信號。輸出單元將CPU的信號經(jīng)處理后來控制 外部設備的。
（4）、電源部分 （5）、通信端口
PLC的CPU模塊上至少有一個通信端口。通過這個通信端口PLC可以直接和編程器或上位機相連。
（6）編程器
幾乎每個PLC廠家都有自己的編程器。用戶通過編程器來編寫控制程序，并通過編程器接口將自己的控制程序輸入到PLC。它還可以在線檢測程序的運行情況。在出現(xiàn)故障時，通過編程器可以很方便的找出錯誤。
（7）特殊功能單元
主要包括模擬量輸入/輸出單元、遠程I/O模塊、通信模塊、高速計數(shù)模塊、中斷輸入模塊和PID調(diào)解模塊等。隨著PLC的進一步發(fā)展，特殊功能單元的應用也越來越多。
2、PLC的工作原理
PLC的工作原理與繼電器構(gòu)成的控制裝置一樣，但是工作方式不太一樣。繼電器控制是并行方式，即如果輸出或電，該線圈的觸點立即動作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術，只是該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作。也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序、輸出3個階段才能完成控制過程。
PLC采用循環(huán)掃描技術可以分為3個階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設備）。
1)、輸入階段
在這個階段中，PLC讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應的輸入存儲單元。
2)、執(zhí)行程序階段
在這個階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行指令。從相應的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行邏輯運算，得到運算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應的輸出存儲單元。這一階段執(zhí)行完后，進入輸出階段。在這個程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。
、輸出階段
在這個階段中，PLC將相應的輸出存儲單元的運算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設備傳送輸出信號，開始控制外部設備。
三、 PLC的特點及基本功能
1、PLC的特點
1）、編程簡單，易于掌握，PLC的設計者充分考慮到現(xiàn)場技術人員的技能和習慣，經(jīng)常采用的是梯形圖方式的編程語言，它與繼電器控制原理圖相似，具有直觀，清晰、修改方便，易掌握等優(yōu)點，即便未掌握專門計算機的人也能很快熟悉，因而受到了廣大現(xiàn)場技術人員的歡迎。
2）、可靠性高，抗干擾能力 PLC是專為工業(yè)控制而設計的，由于采了一系列的措施，使之在惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍能保證很高的可靠性，一般平均無故障時間可達到4-5萬小時，遠遠超過以往電器控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)。
3）、通用性能好，PLC品種多，檔次高，同一以PLC可適用于不同的控制對象或同一對象的不同控制要求，同一檔次，不同機型的功能也能方便地相互轉(zhuǎn)換。
4）、功能強，PLC運用了計算機、電子技術和集成工藝的最新技術，在
硬件和軟件兩方面不斷發(fā)展，使菘具備很強的信息處理能力，可進行邏輯、定時，計數(shù)和步進等控制，能完成A/D與D/A
5）、開發(fā)周期短 PLC在許多方面是以軟件編程來取代硬件接線實現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，且編程簡單，程序設計和高度修改也很方便安全，因此，大大縮短了PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)周期。
6）、體積小，使用方便，由于PLC采用了半導體集成電路，其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功耗低，是機電技術的理想控制器，PLC編程簡單，自診斷能力強，能判斷和顯示自身故障，使操作人員檢查判斷故障方便迅速，而且接線少，維修時只需更換插入式模塊，維護方便，修改程序和監(jiān)視運行狀態(tài)也容易。
2、PLC的基本功能
1）、邏輯控制 PLC具有邏輯運算功能，它設置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，能工巧匠夠描述繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)等各種連接。因此它可以代替繼電器進行組合邏輯與順序邏輯控制。
2）、定時控制 PLC具有定時控制功能。它為用戶提供了若干個定時器并設置了定時指令。定時值可由用戶在編程時設定，并能在運行中被讀出與修改，使用靈活，操作方便。
3）、計數(shù)控制 PLC還具有計數(shù)功能。它為用戶提供了若干個計數(shù)器并設置了計數(shù)指令，計數(shù)值可由用戶在編程時設定，并可在運行中被讀出與修改，使用與操作都很靈活方便。
4）、步進控制 PLC能完成步進控制功能。步進控制是指在完成一道工序以后，再進行下一步工序，也就是順序控制。PLC為用戶提供了若干個移位寄存器，或者直接有步進指令，可用于步進控制，編程與使用很方便。
5）、A/D、D/A轉(zhuǎn)換 有些PLC還具有“模數(shù)”轉(zhuǎn)換（A/D）和“數(shù)?！保―/A），功能，能完成對模擬量的控制與調(diào)節(jié)。
6）、數(shù)據(jù)處理 有的PLC還具有數(shù)據(jù)處理能力，并具有并行運算指令，如兩個數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運算，進行數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作。
7）、通信與聯(lián)網(wǎng) 有些PLC采用了通信技術，可以進行遠程I/O控制，多臺PLC之間可以進行同位鏈接，計算機作為上機可對其命令并返回執(zhí)行結(jié)果，這種采用一臺計算機，多臺PLC組成的頒式控制網(wǎng)絡可完成圈套規(guī)模的復雜控制。
8）、監(jiān)控控制 PLC具有較強的監(jiān)控功能。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過監(jiān)控命令可以監(jiān)視有關部分的運行狀態(tài)，可以調(diào)整定時或計數(shù)設定值，因而高度、使用和維護都很方便。
四、PLC的應用領域和發(fā)展趨勢
目前，PLC在國內(nèi)已得到了廣泛的應用。利用PLC最基本的邏輯運算、定時、記數(shù)等功能進行邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛用于機床、印刷機、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。
較高檔次的PLC具有位置控制模塊，特別適用于機床控制。大、中型PLC具有多路模擬量輸入輸出和PID控制，可構(gòu)成模擬量輸入輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于過程控制。
隨著計算機控制技術的發(fā)展，國外近幾年興起自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)，PLC與PLC之間，PLC與上位機之間連成網(wǎng)絡，通過光纜傳遞信息，構(gòu)成大型的多級分布式控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)）。PLC具有可靠性高、使用方便、編程簡單、體積小、重量輕等特點。目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200多家，生產(chǎn)300多個品種。作為控制裝置，它在許多工業(yè)控制領域都得到了廣泛的應用。隨著微處理器技術的發(fā)展，PLC也得到了迅速的發(fā)展，其技術和產(chǎn)品日趨完善。
& nbsp;PLC的主要發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
1、高速度、高I/O容量、功能強大
隨著CPU處理速度的提高，PLC程序執(zhí)行的速度也越來越快；在規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，相應地使I/O的容量也得到增加；智能模塊的嗇，使PLC能夠?qū)崿F(xiàn)的功能越來越多。
2、強大的PLC聯(lián)網(wǎng)能力
隨著人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，人們已經(jīng)不再滿足對幾個設備、幾條生產(chǎn)線的PLC控制，而是要求實現(xiàn)對全工廠的自動化 ，所以提高PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡功能成為PLC的發(fā)展趨勢。以后人們不公能通過通信模塊進行PLC與PLC、PLC與上位機之間的連接，還能通過撥號或者無線的方式使PLC聯(lián)網(wǎng)。
3、編程軟件多樣化
PLC的梯形力語言、助記符語言和功能模塊語言雖然使用方便，而且也能很好的實現(xiàn)控制要求，倡在處理一些高級功能（復雜運算、報表生成和打印等功能）時存在明顯的不足，所以就要求高級語言（BASIC、C、FORTRAN等）、圖形語言、匯編語言兼容。這樣不公可以通過梯形圖語言、助記符語言和功能 模塊語言來編寫程序，也可以通過高級語言來編程。
五、 PLC應用中應注意的若干問題
本節(jié)主要介紹PLC在應用過程中經(jīng)常遇到的一些對PLC的某些輸入信號的處理問題。
1、PLC輸入信號抖動的消除
在實際應用中，有些開關輸入信號在接通過程中，由于外界干擾會出現(xiàn)時通時斷的“抖動”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在繼電器系統(tǒng)中由于繼電器的電磁慣性一般不會造成誤動作，沒什么影響。但在PLC應用系統(tǒng)中，PLC是不斷掃描工作，掃描周期一般比繼電器動作時間短得多，抖動信號很可能被PLC檢測到，造成錯誤的結(jié)果。所以，必須對這些“抖動”進行處理，已保證系統(tǒng)正常工作。
2、兩線式傳感器輸入的處理
如果PLC輸入設備采用兩線式傳感器（如接近開關、光電開關等）時它們的漏電電流較大，可能會出現(xiàn)錯誤的輸入信號。為了避免這種現(xiàn)象，可在輸入端并聯(lián)輸入電阻R，
旁路電阻R的阻值由下式確定：
I（Um∕InUn）∕（R+Un∕In）∕≤UL
式子中，I為傳感器的漏電流；Un、In分別是PLC的額定輸入電壓和額定電流；Um是PLC輸入電壓低電平的上限值。
3、 由晶體管提供輸入信號的處理
如果PLC輸入信號由晶體管提供，則要求晶體管的截止電阻應大于10千歐姆，導通電阻應小于800歐姆。
六、機械手移動工件的控制系統(tǒng)
1、機械手移動工件的基本機構(gòu)
機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等，應用非常廣泛。應用PLC控制機械手實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動生產(chǎn)效率。
如圖 [1] 所示，是一臺工件傳送機械手的動作示意圖。
其作用是將工件從A位置傳送到B位置。其上升、下降和左移、右移動作由雙線圈的兩位式電磁閥驅(qū)動氣缸來控制完成，一旦電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機械動直到相對的線圈通電為止。另外夾緊、放松的動作由只有一個線圈的兩位式電磁閥驅(qū)動的氣缸控制完成，線圈通電，夾住工件，線圈斷電，放松工件（若擔心停電時的工件跌落，可選用通電時松開、斷電時夾緊的夾具）。
圖 [1]
2、機械手移動工件的控制要求與工作流程
機械手的全部動作由氣官缸驅(qū)動，而氣缸又有相應的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。例如，當下降電磁閥通電時，機械手下降；下降電磁閥斷電時，機械手下降停止。只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升；當上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機械手的放松/夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥（稱為夾緊電磁閥）控制。當該線圈通電時，機械手夾緊；當該線圈斷電時，機械手放松。
當機械手右移到位并準備下降時，為了確保安全，必須右工作臺無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降，用光電開關進行無工件檢測。
機械手的動作過程如圖 [2] 所示。
圖 [2]
從原點開始，按下起動按鈕，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通加緊電磁閥，機械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移。右移到位時，碰到右限位開關，右移電磁閥斷電，右移停止。若此時右工作臺上無工件，則光電開關接通，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止，同時接通左移電磁閥，機械手左移。左移到原點時，碰到左限位開關，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手由原位下降抓物上升右轉(zhuǎn)下降放物上升左旋原位結(jié)束。經(jīng)過八步動作完成了一個周期的動作。
3、操作面板布置
如圖 [3] 是可編程控制器控制盤面板布置圖
; 圖 [3]
機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。
手動操作：就是用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行控制。例如，當選擇上/下運動時，按下啟動按鈕，機械手下降；按下停止按鈕，機械手上升。當選擇左/右運動時，按下啟動按鈕，機械手右移。當選擇夾緊/放松運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松。
自動操作方式又分為步進、單周期和連續(xù)操作方式。
步進操作：每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。
單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止（如果在操作過程中按下停止按鈕，機械手停在該工序上，再按下啟動按鈕，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位）。
連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手的動作將自動地、連續(xù)地不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。
4、控制系統(tǒng)構(gòu)成
（1）控制系統(tǒng)圖
機械手移動工件控制系統(tǒng)圖如圖 [4] 所示
圖 [4]
（2）輸入/輸出端子地址分配
該機械手控制系統(tǒng)所采用的可編程控制器是由德國西門子公司生產(chǎn)的S7－200CPU214。如圖 [5] 是可編程控制器輸入輸出端子地址分配圖。
圖 [5]
該機械手控制系統(tǒng)共使用了14個輸入量，6個輸出量。
七、梯形圖設計
機械手的控制屬于順序控制，采用步進指令，根據(jù)說明機器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形，進行程序設計。
1.梯形圖的整體設計
根據(jù)機械手的工作方式情況，在選擇“單步操作”時，應執(zhí)行“單步操作”程序；在選擇“自動”方式時，應執(zhí)行“自動程序”，故梯形圖的總體構(gòu)成應如圖 [6] 所示。其中，自動程序要在啟動按鈕按下時才執(zhí)行。
圖 [6]
2.各部分梯形圖的設計
1）通用部分梯形圖設計
（1）狀態(tài)器的初始化：
初始狀態(tài)器S600在手動方式下被置位、復位。當方式選擇開關處于“返回原位”（X501接通）時，按下返回原位按鈕（X505）時被置位；在“單步操作”（X500接通）時，S600復位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動動作復位操作，即在方式選擇開關位于“單步操作”或“返回原位”時，中間狀態(tài)器同步復位，故初始化梯形圖如圖 [7] 所示（如果狀態(tài)器要在供電時從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）。
圖 [7]
（2）狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動：
若機械手工作在自動工作方式下，當初始狀態(tài)器S600被置位后，按下起動按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步步向下傳遞，即可以進行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時，轉(zhuǎn)換啟動繼電器M575一直保持到停機按鈕按下為止。另一方面，采用M100檢查機器是否處于原位。當M575和M100都接通時，從初始狀態(tài)器開始進行轉(zhuǎn)換，其梯形圖如圖 [8] 所示。
圖 [8]
（3）狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖：
激活特殊輔助繼電器M574，并用步進指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時，狀態(tài)器的自動轉(zhuǎn)換就被禁止。
在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時，M574應被激勵并自保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當按下啟動按鈕時，從現(xiàn)行工序重新開始工作，M574應復位，即重新允許轉(zhuǎn)換。
圖 [9]
在“步進”工作方式時，M574應始終工作，此時，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但每按下一次啟動按鈕時，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一步。
在“手動”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復位。
PLC在啟動時，用初始化脈沖M71使M 574自保持，以此禁止狀態(tài)轉(zhuǎn)換。直到按下啟動按鈕。狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止體形圖如圖 [9] 所示。
通過對圖 [8]、圖 [9] 分析可得出：在執(zhí)行“單步操作”和“返回原位”程序時，M575一直不能被接通，而M574長期被接通（按下啟動按鈕時除外）；執(zhí)行“步進”程序時，每按一次啟動按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時，M574自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動按鈕時從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作：程序時，M575一直接通到按下停止按鈕，此時M574一直不能接通。
2）單步操作梯形圖 ：
圖 [10]
3）返回原位梯形圖 ：
在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”與“下降”動作應被停止，上限位未動作時應進行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如圖 [11] 所示。
圖 [11]
4）“自動”狀態(tài)流程圖 ：
如圖 [12] 所示
圖 [12]
圖 [12] 表示了機械手自動工作時執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實現(xiàn)以及各工步的轉(zhuǎn)換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y430接通。自下限位置時，X401接通，轉(zhuǎn)化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y731置位，同時驅(qū)動T450。T450接通后，轉(zhuǎn)化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初始條件到下一個初始條件的一系列操作。在夾持輸出Y431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復位松開。如上所述一步一步按順序驅(qū)動各個負載動作，稱為順序控制或過程步進型控制。這種控制過程用繼電器符號程序很難實現(xiàn)程序設計。
用狀態(tài)器替代自動工作流程圖中的各個工步，可得到圖 [13] 所示的功能表圖。初始狀態(tài)在圖中用雙線框表示。
圖 [13]
根據(jù)圖 [13] 的功能表圖，可設計出自動操作時的梯形圖，
如圖 [14]所示。
圖 [14]
3.繪制機械手PLC控制梯形圖 &n bsp; 圖 [15-1]
該機械手在自動工作時，應先將其工作方式選擇開關放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態(tài)器進行置位，然后再將工作方式選擇開關放至自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則應將工作方式選擇開關放至“單步操作”位置 。
4、程序語言：
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 陳立定、吳玉香、蘇開才 編
7.《電器及PLC控制技術》 機械工業(yè)出版社 主編 黃凈
8.《機床電器與PLC 》 西安電子科技大學出版社 主編 李偉
9.《PLC應用開發(fā)技術與工程實踐》 人民郵電出版社 求是科技
10.《PLC實驗實訓指導書》 河南工業(yè)職業(yè)技術學院 主編 路劍
11.《可編程控制器的原理與應用》 北京希望電子出版社 主編 史增芳
附錄：
表1 數(shù)字量輸入地址定義
地 址 符 號 定 義 備 注
I0.0 啟動按鈕
I0.1 下限位 下限位開關
I0.2 上限位 上限位開關
I0.3 右限位 右限位開關
I0.4 左限位 左限位開關
I0.5 無工件檢測 無工件檢測開關
I0.6 停止按鈕
I0.7 單操作 單步方式開關
I1.0 步進操作 步進方式開關
I1.1 單周期操作 單周期方式開關 I1.3 左與右
I1.4 上與下
I1.5 夾與松
表2 數(shù)字量輸出地址定義
地址 符 號 定 義 備 注
Q0.0 下降電磁閥 下降電磁閥線圈
Q0.2 夾緊電磁閥 松開/夾緊線圈
Q0.1 上升電磁閥 上升電磁閥線圈
Q0.3 右行電磁閥 右行電磁閥線圈
