PLC運料小車課程設計.doc

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摘 要 傳統(tǒng)的運料小車大都是繼電器控制，而繼電器控制有著接線繁多，故障率高的缺點，且維護維修不易等缺點。作為目前國內控制市場上的主流控制器，plc在市場、技術、行業(yè)影響等方面有重要作用，利用PLC控制來代替繼電器控制已是大勢所趨。 在國際上PLC迅速發(fā)展的形勢下，我國多數PLC廠家還沒有擁有自主知識產權，能夠參與國際競爭的PLC產品 ，其中之一就是研發(fā)實力不夠。雖然資金投入、生產和質量管理等因素也占有非常大的比重，但對產品的質量起著決定性作用的是研發(fā)投入、研發(fā)成果產品化以及生產工藝等。而技術則是貫穿著其中每一個環(huán)節(jié)，PLC核心技術的開發(fā)、產品的后續(xù)開發(fā)、生產工藝的技術水平是決定產品質量的前提，如何在技術上進一步增強自己的實力，將是國產品牌取得市場競爭優(yōu)勢的關鍵。 依據得到的樣本分析，初步得出正在使用的眾多PLC的品牌中 ，西門子、三菱及omron占據絕對的優(yōu)勢，60%左右的用戶使用了這些品牌的PLC產品，而rockwell/ab、ge-fanuc和富士等品牌也占有相當的市場份額。 關鍵詞：運料小車; 三菱PLC; 線圈; 行程開關 目錄 1 概述 1 1.1 PLC的基本概念 1 1.2 PLC的發(fā)展與應用 1 1.2.1 PLC的發(fā)展歷程 1 1.2.2 PLC的發(fā)展趨勢 2 1.3 PLC基本結構 2 1.4基本原理 3 1.5 PLC功能特點 4 2 硬件設計 5 2.1 控制要求 5 2.2 PLC的選擇 6 2.2.1 PLC的類型 6 2.2.2 電源的選擇 6 2.2.3 存儲器的選擇 7 2.2.4 輸入輸出選擇 7 2.3系統(tǒng)流程圖 8 2.4 I/O分配表 9 2.5 I/O接線圖 9 3 軟件設計 10 4 調試 11 4.1 硬件調試 11 4.2 軟件調試 11 4.3 運行調試 11 4.3.1 手動運行方式 11 4.3.2 自動運行模式 12 4.3.3 單周期運行方式 12 4.3.4 單步運行方式 12 5 結束語 13 6 參考文獻 14 附 錄 15 1 概述 1.1 PLC的基本概念 PLC[可編程控制器] 是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部儲存程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術操作等面向用戶的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關外部設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 1.2 PLC的發(fā)展與應用 1.2.1 PLC的發(fā)展歷程 20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。 20世紀70年代中末期，可編程邏輯控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現代工業(yè)中的地位。 20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 20世紀末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應于現代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易 1.2.2 PLC的發(fā)展趨勢 隨著技術的進步和市場的需求，PLC總的發(fā)展趨勢是向高速度、高性能、高集成度、小體積、大容量、信息化、標準化、軟PLC標準化，以及與現場總線技術緊密結合等方向發(fā)展，主要體現在以下幾個方面： 1 加強PLC通信聯網的信息處理能力 2 開放性和標準化 3 體積小型化、運算速度高速化 4 軟PLC的出現 1.3 PLC基本結構 1 電源 可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去 2 中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據;檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 3 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 4 輸入輸出接口電路 （1）現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現場控制的接口界面的輸入通道。 （2）現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現場輸出接口電路向現場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 5 功能模塊 如計數、定位等功能模塊。 6 通信模塊 1.4基本原理 當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 1 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用;相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 3 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 1.5 PLC功能特點 1 可靠性高、抗干擾能力強 2 控制系統(tǒng)結構簡單、通用性強 3 豐富的I/O接口模塊 4 編程簡單、使用方便 5 設計安裝簡單、維修方便 6 體積小、重量輕、能耗低 2 硬件設計 2.1 控制要求 系統(tǒng)啟動后，選擇手動方式（按下微動按鈕A4），通過ZL、XL、RX、LX四個開關的狀態(tài)決定小車的運行方式。裝料開關ZL為ON，系統(tǒng)進入裝料狀態(tài)，燈S1亮，ZL為OFF，右行開關RX為ON，燈R1、R2、R3依次點亮，模擬小車右行，卸料開關XL為ON，小車進入卸料，XL為OFF，左行開關LX為ON，燈L1、L2、L3依次點亮，模擬小車左行。 撥動停止按鈕后，再觸動微動按鈕A3，系統(tǒng)進入自動模式，即“裝料->右行->卸料->裝料->左行->卸料->裝料”循環(huán)。 再次撥動停止按鈕后，選擇單周期方式（按下微動按鈕A2），小車運行來回一次。 同理，選擇單步方式（選擇A1按鈕），每按動一次A1，小車相應的運行一步。 運料小車實驗面板圖 圖1.1 運料小車實驗面板圖 表1.1 輸入輸出接線列表 面板 SD ST ZL XL RX LX A1 A2 A3 PLC I0.0 I1.2 I0.2 I1.3 I0.4 I0.5 I0.6 [0.7 I1.0 面板 A4 S1 S2 R1 R2 R3 L1 L2 L3 PLC I1.1 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 2.2 PLC的選擇 2.2.1 PLC的類型 PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型，整體型PLC的I\O點數固定，因此用戶的選擇余地小，用于小型控制系。模塊型PLC提供多種I\O卡件或插卡，因此用戶可以較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I\O點數擴展方便靈活一般用于大中型控制系統(tǒng)。本課程設計選用西門子S7-200（CPU226）可編程控制器。 2.2.2 電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據產品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VDC電源，于國內電網電壓一致。在重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源電網因操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 2.2.3 存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I\O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 2.2.4 輸入輸出選擇 輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求統(tǒng)一，例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊的類型。通常繼電器輸出模塊具有價格低，使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁、電感性低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求一致?？筛鶕靡螅侠磉x擇智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程I\O機架等。 2.3系統(tǒng)流程圖 開始 開始 選擇模式按下按鈕 裝料 是否裝完 N Y 右行 是否到達卸料點 Y N 卸料 Y 是否卸WAWAN完 N Y 左行 是否到達裝料點 N Y Y 是否結束 N Y 結束 Y 圖2.1 系統(tǒng)流程圖 2.4 I/O分配表 表2.1 I/O分配表 輸入信號 輸出信號 啟動按鈕SD I0.0 裝料接觸器KM1 Q0.0 停止按鈕ST I1.2 卸料接觸器KM2 Q0.1 運料按鈕ZL I0.2 接觸器KM3 Q0.2 卸料按鈕XL I1.3 接觸器KM4 Q0.3 右行按鈕RX I0.4 接觸器KM5 Q0.4 左行按鈕LX I0.5 接觸器KM6 Q0.5 單步方式A1 I0.6 接觸器KM7 Q0.6 單周期方式A2 I0.7 接觸器KM8 Q0.7 自動方式A3 I1.0 手動方式A4 I1.1 2.5 I/O接線圖 圖2.2 I/O接線圖 3 軟件設計 4 調試 4.1 硬件調試 接通電源，檢查可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。 4.2 軟件調試 按要求輸入梯形圖，轉換成語句表，并進行語法的檢查，正確后設置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器RAM，進行下一步的調試。 4.3 運行調試 在硬件與軟件調試正確的基礎上，打開可編程控制器的“RUN”開關進行調試，觀察運行的情況是否正確，以確定PLC的控制系統(tǒng)設計符合要求。 4.3.1 手動運行方式 按下I0.0啟動系統(tǒng)；按下微動按鈕A4（I1.1）選擇手動方式；按下I0.2裝料開關ZL為ON，系統(tǒng)進入裝料狀態(tài)，燈S1（Q0.0)亮，從A處裝料；按I0.4右行開關RX為ON，燈R1、R2、R3（Q0.2、Q0.3、Q0.4）依次點亮，模擬小車右行；按下I1.3卸料開關XL為ON，小車進入卸料狀態(tài)，燈 S2（Q0.1）亮，在B處卸料；按下I0.2裝料開關ZL為ON，系統(tǒng)進入裝料狀態(tài)，燈S1（Q0.0)亮，從B處裝料；按I0.5左行開關LX為ON，燈L1、L2、L3（Q0.5、Q0.6、Q0.7）依次點亮，模擬小車左行；按下I1.3卸料開關XL為ON，小車進入卸料狀態(tài)，燈S2（Q0.1）亮，在A處卸料。 4.3.2 自動運行模式 撥動停止按鈕I1.2后，再觸動微動按鈕A3，系統(tǒng)進入自動模式，即“裝料—右行—卸料—裝料—左行—卸料—裝料”循環(huán)。 4.3.3 單周期運行方式 再次撥動停止按鈕I1.2后，選擇單周期方式，按下微動按鈕A2（I0.7），小車運行來回一次。 4.3.4 單步運行方式 同理，選擇單步方式,按下A1按鈕（I0.6），每按動一次A1（I0.6），小車相應的運行一步。 5 結束語 本次課程設我選擇的題目是運料小車控制模擬。通過這次課程設計我對可編程控制器原理及應用有了更深入的理解，鍛煉了自己的動手能力和分析能力，同時我更加理解了PLC優(yōu)越靈活的控制能力。由于PLC在基于控制方面采用“梯形圖”語言進行編程易于接受，這種梯形圖與繼電器控制電路相呼應，形式更加簡練，直觀性強。 在這次課程設計中，我學會了怎么去發(fā)現問題，解決問題。遇到問題時和同組同學認真討論，查找資料，積極詢問老師，從中我學到了許多知識。并且我更加清楚的知道了，很多設計理念來自于實際，需要根據設計要求靈活的去選擇PLC型號和編程。 感謝我的指導老師，從一開始論文方向的選定，到最后的整篇論文的完成，都是非常耐心的對我進行指導。給我提供建議，告訴我應該注意的細節(jié)問題，細心的給我指出錯誤，修改論文。老師誨人不倦的工作作風，對工作的專業(yè)態(tài)度，使我受益匪淺。在此，謹向導師致以崇高的敬意和我衷心的感謝！ 6 參考文獻 [1]西門子S7系列可編程控制器應用技術（化工工業(yè)出版社） 張萬忠編 [2]電氣控制與PLC應用技術（機械工業(yè)出版社） 黃永紅編 [3]PLC編程實用指南（機械工業(yè)出版社） 宋伯生編 [4]SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊 西門子公司 [5]電氣控制技術（北京理工大學出版社） 劉順禧編 [6]S7-200編程及應用（機械工業(yè)出版社） 廖常初編 附 錄 網絡1 LD I0.0 O M30.0 設置啟動功能 AN M0.1 當I0.0為高電平時完成小車啟動功能 = M30.0 網絡2 LD I1.1 設置手動運行方式 O M20.0 LPS A M30.0 = M20.0 LPP R M20.1，3 將M20.1,M20.2，M20.3復位 網絡3 LD I1.0 O M20.1 設置自動運行模式 LPS A M30.0 = M20.1 LRD R M20.0，1 M20.0復位 LPP R M20.2，2 將M20.2,M20.3復位 網絡4 LD I0.7 O M20.2 設置單周期運行方式 LPS A M30.0 = M20.0 LRD R M20.0，2 將M20.0，M20.1復位 LPP R M20.3，1 將M20.3復位 網絡5 LD I0.6 設置單步運行方式 O M20.3 LPS A M30.0 = M20.3 LPP R M20.0，3 將M20.0，M20.1,M20.2復位 網絡6 LD I0.6 A M20.3 A M30.0 LD C1 O C2 小車裝料 O C3 O C4 O C5 O C6 CTU C0，+1 增計數指令，當前值為1時C0置位 網絡7 LD I0.6 A M20.3 A M30.0 LD C2 小車右行 O C3 O C4 O C5 O C6 CTU C1，+2 增計數指令，當前值為2時C1置位 網絡8 LD I0.6 A M20.3 A M30.0 LD C3 小車卸料 O C4 O C5 O C6 CTU C2，+3 增指令，當前值為3時C2置位 網絡9 LD I0.6 A M20.3 A M30.0 LD C4 O C5 O C6 CTU C3，+4 增計數指令，當前值為4時C3置位 網絡10 LD I0.6 A M20.3 A M30.0 LD C5 小車左行 O C6 CTU C4，+5 增計數指令，當前值為5時C4置位 網絡11 LD I0.6 A M20.3 A M30.0 LD C6 CTU C5，+6 增計數指令，當前值為6時C5置位 網絡12 LD I0.6 A M20.3 小車停車 A M30.0 LD C6 CTU C6，+7 增計數指令，當前值為7時C6置位 網絡13 LD M20.1 O M20.2 A M30.0 AN M0.0 TON T38，+15 定時指令，當前值為15時，T38置位 網絡14 LD T38 = M0.0 網絡15 LD M20.1 O M20.2 LPS TON T40，30 定時指令，當前值為30 時，T40置位 LPS AN T40 = M3.0 網絡16 LD M3.0 O M3.2 = M10.0 網絡17 LD M11.4 LPS TON T42，+15 定時指令，當前值為15 時，T42置位 LPP AN T42 = M3.2 網絡18 LD M0.0 SHRB M10.0，M10.1，+12 移位寄存器指令，最低位M10.1，長度為12 網絡19 LD M20.0 A I0.2 裝料 0 M10.2 O M10.6 O C0 O C3 AN Q0.1 = Q0.0 燈Q0.0亮 網絡20 LD M20.0 A 1.3 卸料 O M10.5 O M11.2 O C2 O C5 AN Q0.0 = Q0.1 燈Q0.1亮 網絡21 LD M10.2 O M2.0 = Q0.2 網絡22 LD M10.3 O M2.1 = Q0.3 網絡23 LD M10.4 O M2.2 = Q0.4 網絡24 LD M10.7 O M2.3 = Q0.5 網絡25 LD M11.0 O M2.4 = Q0.6 網絡26 LD M11.1 O M2.5 = Q0.7 網絡 27 LD I0.4 右行按鈕； O C1 S M2.0，1 M2.0置1； TON T50 +10 定時指令，當前值是10時，T50置位； TON T51 +20 定時指令，當前值是20時，T51置位； TON T52 +30 定時指令，當前值是30時，T51置位； R M2.5，1 M2.5置1； 網絡 28 LD T50 LPS S M2.1，1 M2.1置1； R M2.0，1 M2.0置0； 網絡 29 LD T51 LPS S M2.2，1 M2.2置1； R M2.1，1 M2.1置0； 網絡 30 LD T52 R M2.2，1 M2.2置0； 網絡 31 LD I0.5 左行按鈕； O C4 S M2.3,1 M2.3置1； TON T53 +10 定時指令，當前值是10時，T53置位； TON T54 +20 TON T55 +30 R M2.2，1 復位； 網絡 32 LD T53 LPS S M2.4，1 M2.4置1； R M2.3，1 M2.3置0； 網絡 33 LD T54 LPS S M2.5，1 M2.5置1； R M2.4，1 M2.4置0 網絡 34 LD T54 LPS R M2.5，1 網絡35 LD M20.2 A Q0.1 LD T60 CTU C10，+2 増計指令，當前是+2時，C10置位； 網絡36 LD C10 AN T60 TON T60，+20 定時指令。當前值為20時，T60置位 網絡37 LD T60 R M20.1 網絡38 LD M20.0 ED OLD LD M20.1 ED OLD LD M20.2 ED OLD LD M20.3 ED R Q0.8 復位指令，所以燈滅 網絡39 LD M20.3 ED R C0.7 復位指令，將C0和C6復位 網絡40 LD M20.0 ED R T50，6 定時指令，當前值為6時，T50復位 網絡41 LD I1.2 停止 LPS = M0.1 LPP LPS R M10.1，12 LPP R M2.0，6