PLC课程设计---运料小车控制模拟.docx

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1、1概述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 PLC应直接应

2、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。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。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I|O点数

3、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。PLC的主要功能1.、开关量逻辑控制;2.3. 模拟量控制;4. 闭环过程控制;5. 定时控制;6. 计数控制;7. 顺序(步进)控制;8. 数据处理;9. 通信和联网。(的特点1. 可靠性高、

4、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。|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系统中的存储器配有系统程

5、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。输入单元将现场的输入信号,

6、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

7、的电源。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。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

8、制的触点竞争和时序失配等问题。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1T所示。一个扫描周期图1T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

9、的状态和数据,然后根据程序内部继电器、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。2硬件设计控制要求运料小车控制模报曜机1期自劫于动间O芯O思O闻OW :卜 火又蔡卸料-O %Q-KxLq51 O VI o 右 行- 卸料-装料- 左行- 卸料- 装料”循环。再次拨动停止按钮后,选择单周期方式(按下微动按钮A2),小车运行来回 一次。同理,选择单步方式(选择A1按钮),每按动一次A1,小车相应的运行一 步。

10、的选择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。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PL C的供电电源应设计选用220VA

11、C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。存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展,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。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

12、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。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系统设计流程图

13、选择模式按下按钮装料小车左行IO接线图图2-3系统设计流程图IO分配表Mr)、m /)、)m T=输入信号输出信号启动按钮SD接触器KM1图2-4 IO接线图、自动方式A4表2-2 IO分配表3软件设计梯形图Network 4107M30.0M20.2IIpHIC )M20.2M20.0I IC R)2M20.3J H )1Network 6Network 8ia.61C41C51M20.3M30.0II II IC3CUCTURFV1111111 I4-4 11C6Network 1010.61M20.3M30.0II II IC4CUCTURFV1C51C611111111 I+5 -1N

14、etwork 1110.61C61M20.3M30.0II II IC5CUCTURFV11111I14-6-Network 1210.61C6 1M20.3M30.0II II IC6CUCTURFV11 11 1I11+7 -M20.1I IM3Q.0 I IIMO.O I1 11 11J M20.2T38INTONPT100 msNetwork 14T38M0.0)Network 15M20.1T40INTON1 1M20.2+孙FT10C msT40M3.0Network 16M11.4T421|pN TON+15-| PT 100 msT42M3.2Mi()Network ISMO.

15、O5HRBEN ENOM10.0- DATAM1O.1- 5_BIT+12- NNetwork 19M10.1M10.GC3QO.OM20.010.3Q0.1)Network 26Q07)M11.11TiMNetwork 27ia.4M2.aC11150M2.1M2.0R)1Network 29T51M2.2II_C ;)M2.1J; R)1Network 30T52M2.2 R )1Network 31I0.5M2.3C411Network 33T54M2.5TIKPM2.4 o1Network 34T55M2.5R )1Network 35M20.2Q0.1C10I |1|leu CTUT

16、60I IR+2 PVNetwork 36CIOT60T601|1 / |(in tomPT 100 msTGOM20.2 右行-卸料- 装料- 左行- 卸料- 装料”循环。再次拨动停止按钮后,选择单周期方式,按下微动按钮A2(),小车运行来 回一次。同理,选择单步方式,按下A1按钮(),每按动一次A1(),小车相应的运 行一步。5结束语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 图语言进行编程易于接受,这种梯形图与继电器

17、控制电路相呼应,形式更加简 练,直观性强。在这次课程设计中,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,积极询问老师,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。感谢我的指导老师,从一开始论文方向的选定,到最后的整篇论文的完成, 都是非常耐心、的对我进行指导。给我提供建议,告诉我应该注意的细节问题,细 心的给我指出错误,修改论文。老师诲人不倦的工作作风,对工作的专业态度, 使我受益匪浅。在此,谨向导师致以崇高的敬意和我衷心的感谢!6参考文献1 吴中俊,黄永红可编程控制原理及应用北京:机械工业出版社,2004.2 廖常初PLC基础及应用北京:机械工业出版社,2005.3 张运波工厂电气控制技术北京:高等教育出版社,2002.4 汪志峰PLC控制电气原理及应用 北京:电子工业出版社,2007.5 吕景泉PLC控制技术教程北京:高等教育出版社,2001.6 齐占庆,王振臣.电气控制技术北京:机械工业出版社,2002.7 史国生.电气控制与可编程控制器技术北京:化学工业出版社,2003.8 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术南京:东南大学出版社, 2003.

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