小车自动循环配送料装置控制系统设计课程设计.doc

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1、 电气课程设计报告一 概述一、 PLC的基本概念在PLC的发展过程中，美国电器制造商协会（NEMA）经过四年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程控制器（Programmable Controller）,英文缩写为PC，并且作如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的是的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它使用可编程序的存储器来存储指令，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，计数，计时和算术运算等操作的指令。并且通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”定义强调了P

2、LC应直接应用于工业环境，它必须有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。1. PLC的发展PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美，德，日等工业发达的国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格不断下降。目前，世界上有200多个厂家，较有名的公司有美国：AB通用电气，莫迪康公司；日本：三菱，富士，欧姆龙，松下电工等：德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司；韩国：三星，LG公司等。2. PLC的发展趋势（一）大型化为适应大规模控制系统的要求，大型PLC向着大存储容量，高速度，高性能，增加

3、I|O点数的发展方向。主要表现在以下几个方面：1).增强网络通信功能：；2).发展智能模块；3).外部故障诊断功能；4).编程语言、编程工具标准化、高级化5).实现软件、硬件标准化6).编程组态软件发展迅速（二）小型化发展小型PLC，其目的是为了占领广大的、分散的、中小型的工业控制场合，使PLC不仅成为继电器控制柜的替代物，而且超过继电器控制系统的功能。小型PLC朝着简易化、体积小、功能强、价格低的方向发展。4. PLC的主要功能1). 开关量逻辑控制；2). 模拟量控制；3）.闭环过程控制；4）.定时控制；5）.计数控制；6）.顺序（步进）控制；7）.数据处理；8）.通信和联网。5. PLC

4、的特点1）.可靠性高、抗干扰能力强；2）.通用性强、灵活性好、功能齐全；3）.编程简单、使用方便；4）.模块化结构；5）.安装简便、调试方便；6）.网络通信。6. PLC的基本组成和各部分作用1）.中央处理单元（Central Processing Unit）中央处理单元是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是PLC的运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照程序所赋予的任务进行的。控制接口电路是微处理器与主机内部其它单元进行联系的部件，它主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。2）.存储器（Memory）PLC系统

5、中的存储器配有系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，固化在PROM或EPROM存储器中，用户不可访问或修改。系统程序包括系统监控程序、用户指令解释程序、标准模块程序、系统调用、管理等程序以及各种参数等。用户程序存储器可分为三个部分：用户程序区、数据区、系统区。用户程序区存放用户编程器输入的应用程序。数据区存放PLC在运行过程中所用到的和生成的各种工作数据。系统区主要存放CPU的组态数据。3）.输入、输出单元（Input/Output Unit）输入、输出单元是可编程控制器的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。输入单元将现场的

6、输入信号，经过输入单元接口电路的转换，变换为中央处理器能接受和识别的低压信号，送给中央处理器进行运算；输出单元则将中央处理器输出的低压信号变换为控制器件所能接受的电压、电流信号，以驱动信号灯、电磁阀、电磁开关等。4）.编程器编程器是PLC的重要外部设备。它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。编程器有简易型和智能型两类。简易编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转换为语句表，才能送入。智能编程器又称图形编程器，它可以联机，也可以脱机编程，既有LCD(液晶显示器)或CRT图形显示功能。5）.电源单元电源单元是PLC的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电

7、源。电源单元还包括掉电保护电路和后备电池电源，以保持RAM在外部电源断电后存储的内容不丢失。PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。7. PLC的工作原理PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争

8、和时序失配等问题。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、执行程序指令、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）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。扫描过程如图1-1所示。 图1-1 循环扫描在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并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。在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。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

9、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器单元。在输出阶段中，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没备传送输出信号，开始控制外部设备。二 硬件设计一、设计目的通过本次的测控综合实验，让同学们对与所学知识应用在实际生活中，是一种理论用于实际的综合。在这次中，要求同学们懂得流程图的编写，梯形图和指令表的相互转换与结合；了解并掌握置位与复位指令SET、RST在控制中的应用及其编程方法；熟练使用各条基本指令，通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试；进一步熟悉PLC的I/O连接。二、

10、控制要求：1系统如图（1）所示： 图2-1系统运作图2工作过程如下：a.起动后，小车前进，到达A点停下，延时1秒，打开甲原料放料阀装甲原料，时间为30秒，关闭放料阀后延时1秒小车前进；b到达B点停下，延时1秒，打开乙原料放料阀装乙原料，时间为60秒，关闭放料阀后延时1秒小车前进；c. 到达C点停下，延时1秒，打开卸料门卸料，时间为60秒，关闭卸料门小车后退；d小车退到A点停下装料，到B点装料，到C点卸料，如此重复；3操作方式：a.单循环：将单周/循环开关选择在单周模式，按下起动按钮，小车送完一次料回到原点停下；b.循环：将单周/循环开关选择在循环模式，按下起动按钮，小车送完一次料回到A点装料重

11、复送料；c.单步：在停止的情况下，每按一次单步按钮，小车运行一步；在运行中按下无效；d.停止：在运行或单周期过程中按下，小车送完本次料后回到原位停下；在单步方式中按下，无意义；e在任何方式下按下急停按钮，小车原地停止，所有阀门关闭。4所有输入输出均为开关量。5. PLC的选择1）. PLC的类型PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型，整体型PLC的IO点数固定，因此用户的选择余地小，用于小型控制系。模块型PLC提供多种IO卡件或插卡，因此用户可以较

12、合理地选择和配置控制系统的IO点数扩展方便灵活一般用于大中型控制系统。本课程设计选用西门子S7-200（CPU226）可编程控制器。 2）.电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，于国内电网电压一致。在重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源电网因操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。3）. 存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，

13、存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个IO点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。4）. 输入输出的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求统一，例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块的类型。通常继电器输出模块具有价格低，使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁、电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求一致。可根据应用要求，合理选择智能

14、型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程IO机架等。5）. 电动机的选择运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转，小向右行。电动机正反转主回路如图2-2所示： 图2-2 三相异步电动机正反转电路图三、控制系统流程示意图1. 流程图选择模式按下按钮原点小车右行驶是否到达A否是A点装料 小车右行驶是是否到达B否B点装料 小车右行驶是是否到达C否C点卸料 向左行驶A点否单周期？是否按停止按钮是结束图2-3 系统设计流程图三 软件设计在这次的实验设计中，我们采用三菱的FX2系列。其I/O口的分配如下：启动按钮 SB1 X0 装料泵S1 Y0停止

15、按钮 SB2 X1 卸料泵S2 Y1右行 RX X2 右行灯R1 Y2左行 LZ X3 右行灯R2 Y3单步 A1 X4 右行灯R3 Y4单周期 A2 X5 左行灯L1 Y5循环 A3 X6 左行灯 L2 Y6急停 A4 X7 左行灯L3 Y7表（1）I/O口的分配表前进标志 M13，后退标志 M14.M9为循环标志，M0，M1，M2,M3,M4,M5，M6，M7，M8，M10，M11，M12为各阶段的运行标志。1、I/O接线图 X0 Y0X1 Y1X2 Y2X3 Y3X4 PLC Y4X5 Y5X6 Y6X7 Y7COM COM2、控制系统设计梯形图 四 调试一、硬件调试 PLC的硬件调试主

16、要分为通电试验、手动旋转试验、I/O连接检查、安全电路4部分。1. 通电检查通电检查的主要目的是确认强电控制线路以及PLC外围线路的工作情况。通电检查可以分为以下步骤：首先PLC运行开关置“STOP”，停止PLC运行，并将电气控制系统的全部断路器（自动开关）均置“OFF”状态。1）.根据电气控制原理图的要求，依次设定、检查各种断路器、自动开关、热继电器等的保护电流值。2）.检查电源设备输入，并确认与电气控制原理图设计要求相符合。3). 合上总电源开关按照电气控制原理图，逐页、依次测量检查各线路连接点的电压，确认符合原理图的要求。4). 检查过程中如出现断路器、自动开关“跳闸”或者不能合上的情况

17、，表明相应的回路存在短路，应立即检查对应线路，找出短路点，然后进行下一步的实验。2. 手动旋转试验在合上全部的断路器、自动开关，并测量无误后可进行电机旋转试验。旋转试验应通过手动接下接触器3. I/O连接检查在I/O连接检查之前应确认控制系统动力线路的断路器、自动开关已经断开，气动、液压的气源、液压已经关闭，然后按一下步骤进行I/O检查：4.输入信号连接检查输入信号的连接检查步骤：1). 确认全部输入信号的电源电压已经符合PLC输入信号的要求。2）. 确认PLC处于“STOP”状态，并接通PLC的电源。一般来说，对于使用扩展单元或特殊功能的模块的控制系统，应首先接通PLC扩展单元或功能模块的电

18、源，然后接通PLC基本单元的电源。电源接通后，可以通过PLC上的“POWER”指示灯，确认的电源已经正常加入。3）. 手动按压PLC输入端的全部按钮。开关，通过PLC上的输入指示灯或者通过编程器对输入信号的检测，确认信号的连接地址正确，且按钮与开关的发信正常。4）. 对于接近开关类的检测信号输入，应利用其他发信装置代替“发信挡块”进行试验 ，确认信号地址与接近开关的动作。对于信号无法通过手动方式进行发信的输入点，也应在检测元件侧通过对输入信号的“短接”等方式对其他连接情况与地址进行检查确认。5. 输出信号连接检查输出信号连接信号检查步骤如下：1）. 确认全部输出点外部无短路，且输出点的外部电源

19、电压已经符合PLC对应输出信号的要求。2）. 确认PLC处于“STOP”状态，且PLC的电源已经正常加入。3）. 在调试现场有编程器的场合，通过输出信号的强壮ON/OFF，检查输出端的连接的执行元件的动作情况与输出地址连接的正确性。4）. 在现场无编程器或无法对PLC输出进行强制ON/OFF的场合，也应通过对PLC的输出进行模拟动作，检查PLC输出地址连接于对应执行元件动作情况5. 安全电路确认安全电路确认是指用于设备紧急分断、安全保护等的保护电路，这部分线路必须由继电器接触器等电磁动作元件所组成，而不可以通过PLC进行控制。在进行PLC软件调试前，必须对线路中的安全电路一一进行检查确认，保证

20、控制系统的保护电路能够可靠动作，真正起到安全保护的作用，对于紧急分断电路，应进行多次通断实验，确认安全性欲可靠性。二、软件调试 在PLC软件调试完后，可以进行PLC控制系统的软件调试。在PLC软件调试前，应首先利用外部编程器对所编制的程序进行语法、程序结构等检查，排除程序中的语法与结构错误，然后将程序输入PLC，并根据如下步骤进行软件调试。1. 单步运行试验 1）. 确认控制系统动力线路的断路器、自动开关已经断开。 2）. 检查PLC内部程序，确认输入程序正确。 3）. 接通PLC电源，将PLC运行开关置于“Run”，使PLC进入工作状态。 4）. 确认PLC的“POWER”、“run”指示灯

21、亮。当出现诸如“PROG-E”、“CPU-E”“ERROR”、“BATTERY ERROR”之类的报警灯亮时，表明PLC存在软件、硬件、电池等方面的报警应首先排除故障，然后进行进一步的调试。 5）. 根据PLC程序设计，在设备手动运行方式下逐一对机械的动作进行单步调试，并通过观察PLC的输出确认动作的正确性。 6）. 通过观察PLC的输出，在全部单步动作得到确认后，可以接通动力线路、动、液压气源、液压，进行实际机械动作实验，确认机械动作部件动作正常。、 2. 运行调试 起动：按动按钮SB1，X000的动合触点闭合，M0线圈得电，M0的动合触点闭合，M13线圈得电，即接触器KM13的线圈得电，模

22、拟小车前进，当运行到A点碰上A点的限位开关时，M13断电，小车停下第一盏右行指示等亮（这里用来表示到达A点），1秒后Y000线圈得电，打开装料阀门，开始装甲原料。T3开始计时，装料时间为60秒，60秒时间到，接通定时器T4，T4计时1秒后，小车开始前进，当到达C点的时候撞上C点的限位开关，将前进标志继电器M13停止并启动T5开始计时1秒后接通卸料继电器电动机作星形连接起动；同时定时器线圈T0得电，当起动时间累计达6秒时，T0的动断触点断开，Y003失电，接触器KM3断电，触头释放，与此同时T0的动合触点闭合，T1得电，经0.5秒后，T1动合触点闭合，Y002线圈得电，电动机接成三角形，起动完毕

23、。定时器T1的作用使KM3断开0.5秒后KM2才得电，避免电源短路。停车：按停止按钮ST，X001的动断触点断开，M100、T0失电；M100、T0的动合触点断开，Y001、Y003失电。KM1、KM3断电，电动机作自由停车运行。过载保护：当电动机过载时，X002的动断触点断开，Y001、Y003失电，电动机也停车。按一下按钮FR，可模拟过载，观察运行结果。五 心得体会本次课程设我选择的题目是运料小车控制模拟。通过这次课程设计我对可编程控制器原理及应用有了更深入的理解，锻炼了自己的动手能力和分析能力，同时我更加理解了PLC优越灵活的控制能力。由于PLC在基于控制方面采用“梯形图”语言进行编程易

24、于接受，这种梯形图与继电器控制电路相呼应，形式更加简练，直观性强。通过这次的课程设计，我学会了怎么去发现问题，解决问题。遇到问题时和同组同学认真讨论，查找资料，从中我学到了许多知识。并且我更加清楚的知道了，很多设计理念来自于实际，需要根据设计要求灵活的去选择PLC型号和编程。六、参考文献1、工厂电气控制技术 方承远，张振国编著.-3版.-北京：机械工业出版社2、三菱FX/Q系列PLC应用技术/龚仲华。史建成，孙毅编著。-北京：人民邮电出版社3、三菱PLC基础与系统设计 刘艳梅等编 机械工业出版社4、PLC应用开发技术与工程实践 求是科技主编 人民邮电出版社 5、可编程序控制器原理及在建筑中的应用 黄民德著 天津大学出版社