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1、 存档编号：西安理工大学毕业（课程）设计说明书设计题目：物件加工线PLC控制系统系 别：电气工程系专 业：电气自动化班 级：电气926姓 名： （共13页）二零零九年六月 目 录前言-2一、 概述-3二、 系统功能及特点-42.1系统功能-42.2系统特点-5三、 系统技术性能-6四、 系统工作原理-64.1系统工作描述-64.2系统工作过程描述示意图-64.3程序执行示意图-6五、 软件设计-75.1程序流程图-75.2I/O清单-75.3程序梯形图-75.4程序简要描述-7六、 课题创新-8七、 结束语-8八、 参考文献-8附图-8附表-12系统模拟图-13前 言可编程控制器是以微处理器为
2、核心，综合计算机技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。经过近40年的发展，PLC在工业自动化领域成为最重要、应用最广泛的控制装置之一，居工业生产自动化三大支柱之首。其应用的深度和广度已成为衡量一个国家工业自动化化程度高低的标志。PLC的诞生：上世纪80年代，个人计算机发展起来也称PC。为了方便、也为了反应可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程控制器定名为可编程序逻辑控制器，并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的发展史：早期的PLC（60年代末-70年代中期）一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要
3、的功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器，另外还采取了一些措施，以提高抗干扰能力。在软件上，采用继电器控制线路的方式-梯形图、因此早期的PLC的性能优于继电器控制装置。其优点包括简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障显示、可重复使用。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。中期的PLC（70年代中期-80年代中后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中
4、央处理单元（CPU）。这样，使PLC功能大大增强。在软件方面，保持其原有的逻辑运算、计数、计时等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯和自诊断等功能。在硬件方面，除了保持原有的模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块，各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC范围得以扩大。近期的PLC（80年代中后期至今）进入80年代中后期，由于超大规模集成电路的迅速发展，微处理器的市场价格大幅下跌，使得各种类型的PLC采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造商纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片，这样使得
5、PLC软硬件功能发生了巨大变化。一、 概述随微电子技术的和自动控制的不断发展，工业产品更新换代的周期日益缩短和其性能价格比的不断提高，这种自动化生产线装置几乎覆盖了整个工业领域。可见本次设计的意义。本次主要是对物体分拣分配与生产线PLC只能控制系统的设计，这种自动化生产线装置广泛应用于冶金、化工、石油、机械制造、汽车、装卸等行业为工业生产提供了很大便利。物体分拣、分配与设计使各企业生产过程中广泛使用的自动化生产线之一。目前广泛应用工业自动化领域，它可以根据各种工件加工的要求，按预定要求控制系统动作，实现对不同产品的分类、统计、输送，减轻了人工生产的劳动，实现了工业自动化的要求。本次课题软件设计
6、采用便于程序调试与修改的模块化设计法。主要本设计为5个模块。分别是初始化模块、启动模块、供货模块、分拣模块、停止模块。首先是加电初始化，对变量和数据单进行清零或置位；启动按钮X20按下后，进行下步操作，系统开始运行；供货，同时使传送带转，物件将送入下一个单元；分拣，当物体碰传感器时，每检测到一种物体时将其相应的步骤置位活动步，并使其指示灯亮，知道动作完成后再熄灭；加工钻孔，若有正品，分检器动作使其传送到下一传送带，到物件再次碰到传感器时传送带停止，同时推出机构动作使其被推下传送带到下面的碟子上；停止：当生产线正常运行时，在任意时刻按下停止按钮都会待此次操作周期（物件到达指定地点）动作完成后再停
7、机。目前，这种装置在国内外应用十分广泛。他降低了工业成本 ，降低了公认的劳动强度，同时还具有可靠性高、抗干扰能力强的特点。为自动化奠定了基础，无论是较简单的系统还是较大规模的复杂系统都非常适用，满足各种工业控制要求。二、系统功能及特点2.1 主要功能1.条件控制功能。用PLC的与、或、非指令取代继电器触点的串、并联及其它各种逻辑连接进行开关控制。2.定时/计数功能。用PLC提供的定时器，计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。3.数据处理功能。PLC能进行数据传送、比较、移位、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。4.步进控制功能。用步进指令来实现多道加工工序
8、的控制中，只有前一道工序完成以后才能进行下一道工序操作的控制。5.运动控制功能。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，广泛应用于机械、机床、机器人和电梯等各种场合。6.扩展功能。通过连接输入/输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入/输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。7.远程I/O功能。通过远程I/O连接单元将分散远距离的各种输入，输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号，传出输出信号。8.通信联网功
9、能。通过PLC之间的联网，PLC与上位计算机的连接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。9.监控功能。PLC能监视系统各部分的运行状态和进程。对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调试修改程序中的定时器，计数器等设定值或强制I/O状态。2.2 主要特点1.可靠性高，抗干扰能力强。因为PLC在硬件与软件2个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工。在硬件方面，由于PLC的I/O电路与内部CPU采用光电隔离，其信息靠光耦器件或电磁器传递，并且CPU还采取了抗电磁干扰的措施，再有PLC使用的元器件多为无触电的，高度集成的，用得数量并不太多为期可靠工作提
10、供物质基础；再软件方面，有设备故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态，用户程序进行检测，发现错误后立即做出相应的处理。2.编程简单使用方便。PLC最常用的是梯形图语言，这种编程语言形象只管便于掌握，当生产流程改变时可以现场修改程序，使用方便，灵活。3.功能完善适应性强。PLC各生产厂家都有各种系列产品供用户选择。用户可根据控制对象与要求选择合适的PLC组成所需的控制系统，一般不需用户制作任何附加装置从而使设计简化。4.体积小，结构紧凑，安装及维护方便。PLC体积小，重量轻，便于安装，同时还具有自诊断，故障报警功能，便于操作和维修人员检查。三、系统技术性能1.输入/输出控制方式。指循环扫描及其
11、他的控制方式。如即使刷新，直接输出等。2.编程语言。主要有梯形图语言，指令语句表编程语言，功能图编程语言。3.指令长度。一条指令所占字数或步数4.指令种类。具有基本指令，特殊指令的数量。5.扫描速度。一般以执行1000步指令所需的时间来衡量。故单位为MS/千步；有时也以一步的时间计，如US/步。6.程序容量。PLC对用户程序的最大存储容量。7.输入/输出点数。PLC外部的输入，输出端子数。主机的I/O点数不够是可接扩展I/O模块。8.内部继电器种类及数量。PLC内部有多种软继电器，用于存放变量状态.9.特殊功能模块。可完成某一种特殊的专门功能，他们数量的多少功能的强弱常常是衡量PLC产品水平高
12、低的一个重要标志。四、系统工作原理4.1工作过程描述系统采用扫描工作方式，在这种工作方式下PLC有两种基本工作模式，即运行（YUN）与停止（STOP）模式。PLC在工作进行之前首先进行初始化，对所有内部继电器复位。输入、输出暂时清零，以保证他们在进行循环扫描后完全正确无误的工作，整个扫描过程包括内部处理，通信服务，输入扫描，程序执行，输出刷新五个阶段。在内部处理阶段，PLC检查内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以完成一些其他内部工作。在通信服务阶段，PLC与其它的带微处理器的智能装置通信，响应编辑器键入的命令，更新编辑器的显示内容。当PLC处于停止模式时，只执行以上操作，PLC处于运行模式
13、时，还需完成以下三个阶段操作。输入处理阶段，PLC把所有外部输入电路的接通、断开状态读入输出映像寄存器。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之改变，输入信号变化的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。一旦有信号读入，系统会将此时状态暂存，此时输入寄存器被刷新，完成程序采样，PLC从左到右，自上而下对用户程序进行执行，再处理一条程序时PLC首先根据用户程序需要从输入映像寄存器中取所需内容，然后进行逻辑运算，并将结果存入输出映像寄存器，随着程序的逐行扫描、运算，输出映像寄存器的内容不断得到刷新。在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送
14、到输出锁存器，此内容控制信息通过输出去驱动外设，PLC完成工作。4.2扫描工作过程示意图（见附图2）4.3程序执行示意图（见附图3）五、软件设计5.1 程序流程图（见附图1）5.2 I/O清单 （见附表4）5.3 F4系统梯形图（见附图5）5.4 F4系统模拟图（见附图6）5.5 程序简要描述5.5.1 控制对象检测到部件并按要求送到指定地点。5.5.2 控制规格六、课题创新本次设计主要采用模块化设计，将生产线上的物体分拣、分配和统计分成几大模块。首先时初始化，对变量或数据清单进行清零或置位。然后是启动模块，看下启动按钮后置下一步，然后是分拣模块，物体在传送带上经分检器分为大中小，分别传送，。
15、最后时停止模块。这种设计思路清晰、易于修改，每个模块是互相独立，但又互相关联的，每个模块都有自己的功能。现在许多复杂系统都采用这种编程方法，这样设计即减少了劳动量，又节省时间。七、结束语在创新培训学校实习的六周即将结束。在这里我与我们组组员段亚洲、仝红亮、张锋锋、乔锋五人学到了许多新的编程方法，也学到了许多处事的道理。本次设计给我的大学生活画上了一个完美的句号。无论结果怎样，我在这一个半月学到了许多。总之是受益良多。这要感谢学校和创新科技培训学校给我们提供良好的学习、实践机会。感谢院长及我们的指导老师及辅导老师对我们孜孜不倦的教导。感谢和我一起学习的同学对我的帮助。至今为止我们已经圆满完成了毕
16、业设计任务，在这过程中我的PLC知识得到了巩固和提高，使我们的理论知识得到了充分的实践，这一起我们将受益无穷。八、参考文献1.闫坤 电气及可编程控制器的应用技术 北京：清华大学出版社，20072.殷建国 可编程控制器及其应用，北京：机械工业出版社，20063.丁向荣、林知秋 电气控制与PLC应用技术 上海：交通大学出版社2005附图1: 附图 2：附图3： 附图 4元件类型注释X0原点位置（供给）当机器人在原点位置时接通。X1部件在钻头下当检测到部件时接通。X2部件正常当检测到部件时接通。X3部件异常当检测到部件时接通。X4传感器当在右端检测到部件时接通。X5传感器当在右端检测到部件时接通。X10检测到部件当在推出机构前检测到部件时接通。Y0供给指令当Y0接通时，供给一个部件。Y1传送带当Y1接通时，输送带向前移动。Y2钻头当Y2接通时，输送带向前移动。Y3传送带当Y3接通时，向前面移动。Y5推出机构当Y5接通时伸出，当Y5断开是缩回。推出机构在动作途中不能停止。附表 5 附图 6：
