PLC课程设计运料小车控制模拟样本.doc

1 概述

1.1 PLC基本概念
在PLC发展过程中，美国电器制造商协会（NEMA）通过四年调查，于1980年把这种新型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是电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它使用可编程序存储器来存储指令，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指令。并且通过数字式和模仿式输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。PLC及其关于外部设备，都应按易于与工业系统联成一种整体，易于扩充其功能原则设计。”
定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必要有很强抗干扰能力，广泛适应能力和应用范畴。这是区别于普通微机控制系统一种重要特性。

1.2 PLC发展
PLC自问世以来，通过40近年发展，在美，德，日等工业发达国家已成为重要产业之一。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。
当前，世界上有200各种厂家，较有名公司有美国：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。

1.3 PLC发展趋势
（一）大型化
为适应大规模控制系统规定，大型PLC向着大存储容量，高速度，高性能，增长I|O点数发展方向。重要体当前如下几种方面：
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、编程工具原则化、高档化
5.实现软件、硬件原则化
6.编程组态软件发展迅速

（二）小型化
发展小型PLC，其目是为了占领广大、分散、中小型工业控制场合，使PLC不但成为继电器控制柜代替物，并且超过继电器控制系统功能。小型PLC朝着简易化、体积小、功能强、价格低方向发展。

1.4 PLC重要功能
1. 开关量逻辑控制；
2. 模仿量控制；
3. 闭环过程控制；
4. 定期控制；
5. 计数控制；
6. 顺序（步进）控制；
7. 数据解决；
8. 通信和联网。

1.5PLC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.编程简朴、使用以便；
4.模块化构造；
5.安装简便、调试以便；
6.网络通信。

1.6 PLC基本构成和各某些作用

1.中央解决单元（Central Processing Unit）
中央解决单元是PLC核心某些，它涉及微解决器和控制接口电路。
微解决器是PLC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某些工作。它运营是按照程序所赋予任务进行。
控制接口电路是微解决器与主机内部其他单元进行联系部件，它重要有数据缓冲、单元选取、信号匹配、中断管理等功能。
2.存储器（Memory）
PLC系统中存储器配有系统程序存储器和顾客程序存储器。
系统程序存储器用于存储PLC生产厂家编写系统程序，固化在PROM或EPROM存储器中，顾客不可访问或修改。系统程序涉及系统监控程序、顾客指令解释程序、原则模块程序、系统调用、管理等程序以及各种参数等。
顾客程序存储器可分为三个某些：顾客程序区、数据区、系统区。顾客程序区存储顾客编程器输入应用程序。数据区存储PLC在运营过程中所用到和生成各种工作数据。系统区重要存储CPU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CPU与现场输入、输出装置或其她外部设备之间连接接口部件。
输入单元将现场输入信号，通过输入单元接口电路转换，变换为中央解决器能接受和辨认低压信号，送给中央解决器进行运算；输出单元则将中央解决器输出低压信号变换为控制器件所能接受电压、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重要外部设备。它作用是供顾客进行程序编制、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，才干送入。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(液晶显示屏)或CRT图形显示功能。
5. 电源单元
电源单元是PLC电源供应某些。它作用是把外部供应电源变换成系统内部各单元所需电源。电源单元还涉及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内容不丢失。PLC电源普通采用开关电源，其特点是输入电压范畴宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。

1.7 PLC工作原理
PLC与继电器构成控制装置重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运营方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈触点及时动作，只要形成电流通路，就有也许有几种电器同步动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必要当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，并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，这种工作方式可以避免继电器控制触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是依照输入和逻辑控制构造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个阶段才干完毕控制过程。
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，同步中央解决器扫描各个输入端并读取输入信号状态和数据，并把它们存入相应输入存储单元。
在执行阶段中，PLC按照由上到下顺序逐渐执行程序指令。从相应输入存储单元读入输入信号状态和数据，然后依照程序内部继电器、定期器、计数器数据寄存器状态和数据进行逻辑运算，得到运算成果，并将这些成果存入相应输出存储器单元。
在输出阶段中，PLC将相应输出存储单元运算成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

2.1 控制规定

图2-1 运料小车实验面板图

面板
SD
ST
ZL
XL
RX
LX
A1
A2
A3
PLC
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
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

表2-1 输入/输出接线列表

系统启动后，选取手动方式（按下微动按钮A4），通过ZL、XL、RX、LX四个开关状态决定小车运营方式。装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1亮，ZL为OFF，右行开关RX为ON，灯R1、R2、R3依次点亮，模仿小车右行，卸料开关XL为ON，小车进入卸料，XL为OFF，左行开关LX为ON，灯L1、L2、L3依次点亮，模仿小车左行。
拨动停止按钮后，再触动微动按钮A3，系统进入自动模式，即“装料->右行->卸料->装料->左行->卸料->装料”循环。
再次拨动停止按钮后，选取单周期方式（按下微动按钮A2），小车运营来回一次。
同理，选取单步方式（选取A1按钮），每按动一次A1，小车相应运营一步。

2.2PLC选取

2.2.1 PLC类型

PLC按构造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，普通可按控制功能或输入输出点数选型，整体型PLCI\O点数固定，因而顾客选取余地小，用于小型控制系。模块型PLC提供各种I\O卡件或插卡，因而顾客可以较合理地选取和配备控制系统I\O点数扩展以便灵活普通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。

2.2.2 电源选取

PLC供电电源，除了引进设备时同步引进PLC应依照产品阐明书规定设计和选用外，普通PLC供电电源应设计选用220VAC电源，于国内电网电压一致。在重要应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC自身带有可使用电源时，应核对提供电流与否满足应用规定，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，对输入和输出信号隔离是必要，有时也可采用简朴二极管或熔丝管隔离。

2.2.3 存储器选取

由于计算机集成芯片技术发展，存储器价格已下降，因而，为保证应用项目正常投运，普通规定PLC存储器容量，按256个I\O点至少选8K存储器选取。需要复杂控制功能时，应选取容量更大，档次更高存储器。

2.2.4 输入输出选取

输入输出模块选取应考虑与应用规定统一，例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传播距离、信号隔离、信号供电方式等应用规定。对输出模块，应考虑选用输出模块类型。普通继电器输出模块具备价格低，使用电压范畴广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块合用于开关频繁、电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块尚有直流输出、交流输出和模仿量输出等，与应用规定一致。可依照应用规定，合理选取智能型输入输出模块，以便提高控制水平和减少应用成本。考虑与否需要扩展机架或远程I\O机架等。

2.2.5 电动机选取

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

2.3 系统设计流程图

开始

选取模式
按下按钮

装料

小车左行

与否到达B点

否
是
卸料

从B装料

小车右行

是
与否到达A点

否

卸料

按停止按钮

否

是
结束

图2-3 系统设计流程图
2.4 I\O接线图

图2-4 I\O接线图
2.5 I\O分派表
输入信号
输出信号
启动按钮SD
I0.0
接触器KM1
Q0.0
停止按钮ST
I0.1
接触器KM2
Q0.1
装料按钮ZL
I0.2
接触器KM3
Q0.2
卸料按钮XL
I0.3
接触器KM4
Q0.3
右行按钮RX
I0.4
接触器KM5
Q0.4
左行按钮ZX
I0.5
接触器KM6
Q0.5
单步方式A1
I0.6
接触器KM7
Q0.6
单周期方式A2
I0.7
接触器KM8
Q0.7
手动方式A3
I1.0

自动方式A4
I1.1

表2-2 I\O分派表
3 软件设计
3.1 梯形图

3.2 语句指令表

4 调试

4.1 硬件调试
接通电源，检查可编程控制器与否可以正常工作，接头与否接触良好，然后把其与电脑通信口连接。

4.2 软件调试
按规定输入梯形图，转换成语句表，并进行语法检查，对的后设立对的通信口，将指令读入到指定可编程控制器RAM，进行下一步调试。

4.3 运营调试
在硬件与软件调试对的基本上，打开可编程控制器“RUN”开关进行调试，观测运营状况与否对的，以拟定PLC控制系统设计符合规定。
按下I0.0启动系统；按下微动按钮A4（I1.1）选取手动方式；按下I0.2装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1（Q0.0)亮，从A处装料；按I0.4右行开关RX为ON，灯R1、R2、R3（Q0.2、Q0.3、Q0.4）依次点亮，模仿小车右行；按下I0.3卸料开关XL为ON，小车进入卸料状态，灯 S2（Q0.1）亮，在B处卸料；按下I0.2装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1（Q0.0)亮，从B处装料；按I0.5左行开关LX为ON，灯L1、L2、L3（Q0.5、Q0.6、Q0.7）依次点亮，模仿小车左行；按下I0.3卸料开关XL为ON，小车进入卸料状态，灯S2（Q0.1）亮，在A处卸料。
拨动停止按钮I0.1后，再触动微动按钮A3（I1.0），系统进入自动模式，即“装料->右行->卸料->装料->左行->卸料->装料”循环。
再次拨动停止按钮I0.1后，选取单周期方式，按下微动按钮A2（I0.7），小车运营来回一次。
同理，选取单步方式,按下A1按钮（I0.6），每按动一次A1（I0.6），小车相应运营一步。

5 结束语

本次课程设我选取题目是运料小车控制模仿。通过这次课程设计我对可编程控制器原理及应用有了更进一步理解，锻炼了自己动手能力和分析能力，同步我更加理解了PLC优越灵活控制能力。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控制电路相呼应，形式更加简洁，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窗认真讨论，查找资料，积极询问教师，从中我学到了许多知识。并且我更加清晰懂得了，诸多设计理念来自于实际，需要依照设计规定灵活去选取PLC型号和编程。
感谢我指引教师，从一开始论文方向选定，到最后整篇论文完毕，都是非常耐心对我进行指引。给我提供建议，告诉我应当注意细节问题，细心给我指出错误，修改论文。教师诲人不倦工作作风，对工作专业态度，使我受益匪浅。在此，谨向导师致以崇高敬意和我衷心感谢！

6 参照文献

[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，．
[2] 廖常初 PLC基本及应用 北京：机械工业出版社，．
[3] 张运波 工厂电气控制技术 北京：高等教诲出版社，．
[4]汪志峰 PLC控制电气原理及应用 北京：电子工业出版社，．
[5]吕景泉 PLC控制技术教程 北京：高等教诲出版社，．
[6] 齐占庆，王振臣．电气控制技术 北京：机械工业出版社，．
[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，．
[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， ．