(毕业论文)装配流水线PLC模拟控制实验论文1Word格式文档下载.docx
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PLC应用越来越广泛,工业自动化程序提高一个新水平。
目前,PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业,随着PLC性能价格比的不断提高,其应用领域不断扩大。
从PLC应用类型看,大致可归纳为以下几个方面:
开关量逻辑控制运动控制过程控制(PID闭环控制)数据处理通信联网(构成DCS、FCS系统)
1.1.3plc的特点
1可靠性高、抗干扰的主要措施之一。
输入输出接口电路采用光电耦合器来传递信号。
使外部电路和内部电路之间避免电的联系。
2编程简单、使用方便、控制程序可变。
3采用自然语言:
梯形图
4功能完善、扩充方便、组合灵活、实用性强。
5体积小、重量轻、功耗低。
1.2plc的组成及工作原理
1.2.1PLC的组成
PLC的基本组成包括硬件与软件两部分:
PLC的硬件:
中央处理器(CPU)、存储器、输入接口、
输出接口、通信接口、电源等
PLC的软件:
系统程序和用户程序
1.2.2
PLC的工作原理
当PLC运行时,需要进行众多的操作而PLC的CPU不可能同时去执行多个操作,每一刻只能执行一个操作。
解决的办法:
采用分时操作原理
由于CPU的运算处理速度很快,所以从宏观上来看,PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。
这种分时操作的方法称为扫描工作方式
扫描是从第一条程序开始,在无中断或跳转控制的情况下,按程序存储顺序的先后,逐条执行执行程序,直到程序结束。
然后再从头开始扫描执行,并周而复始地重复进行。
集中采样:
在一个扫描周期中,对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。
当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁,直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。
集中输出:
在用户程序中如果对输出结果多次赋值,则最后一次有效。
在一个扫描周期内,只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出,对输出接口进行刷新。
在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。
2
S7200—PLC控制系统
2.1S7200系列PLC的硬件系统
2.1.1
S7200系列PLC系统基本构成
SIMATICS7—200硬件系统的配置方式采用整体式加积木式,即主机中包含一定数量的本机I/O,同时还可以扩展各种功能模块。
一个完整的PLC系统如图所示。
图2.1一个完整的PLC系统
CPU模块又称为主机是系统的核心,它包括CPU、存储器、基本输入输出点和电源等。
它实际就是一个完整的控制系统,可以单独完成一定的控制任务。
主机I/O数量不能满足控制系统的要求时,用户可以根据需要扩展各种I/O模块,所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。
当需要完成某些特殊功能的控制任务时,可扩展特殊功能模块,以完成某种特殊的控制任务。
利用网络接口,可以充分和方便地利用为SIMATICS7—200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备,主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。
所有以上这些硬件设备,都在一个统一的工业软件平台上编程和运行,为了更好地管理和使用这些设备,S7—200PLC配备了许多功能强大的专用功能指令,方便地实现各种控制目的。
2.1.2CPU模块
S7—200CPU模块包括一个中央处理单元、存储器、电源以及数字I/O点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。
CPU负责执行程序,以便对工业自动化控制任务或过程进行控制。
输人部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,控制工业过程中的设备。
从CPU模块的功能来看,SIMATICS7—200系列小型可编程序控制器发展至今,经历了两代:
第一代产品的CPU模块为CPU21*,现已停产。
第二代产品的CPU模块为CPU22*,是在21世纪初投放市场的。
其速度快,具有极强的通讯能力。
它具有四种不同结构配置的CPU单元。
(1)CPU221CPU221具有6输入/4输出,共计10个点的I/O,无扩展能力,有6KB程序和数据存储空间。
还具有4个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出端,1个RS—485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯方式。
非常适合于小点数的控制系统。
(2)CPU222CPU222除了具有CPU221的功能外,其不同点在于:
它有8输人/6输出,共计14点I/O。
可以带两个扩展模块,最多扩展8路模拟量和64个I/O,因此是更广泛的全功能控制器。
(3)CPU224它在CPU222的基础上使主机的输入输出点数增为24点,有14输入/10输出,可以带7个扩展模块,最大可扩展为168点数字量或者35点模拟量的输入和输出;
存储容量也进一步增加,有内置时钟,还增加了一些数学指令和高速计数器的数量,具有较强的控制能力。
(4)CPU226这种模块在CPU224的基础上功能又进一步增强,有24输入/16输出,主机输入和输出点数增到40点,最大可扩展为248点数字量或35点模拟量;
增加了通讯口的数量,通讯能力大大增强;
它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。
现在西门子公司新推出了一种增强型的CPU226XM,它在用户程序存储容量上扩大到8K字,其他指标和CPU226相同。
每一款主机模块上都集成了24V直流电源,可以直接用于连接传感器和执行机构。
利用EEPROM存储存储程序和配置信息。
用户数据可通过主机的超级电容存储若干天,电池模块可选,可使数据的存储时间延长到200天。
可以用普通输入端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号,利用中断输入,允许以极快的速度对信号的上升沿做出响应。
速度为30kHz的高速计数器可以编程,并具有复位输入端,多个独立的输入端,可同时用作加减计数,可以连接相应数量的相位差为90度的A/B相增量编码器。
2路最大可达20kHz的高频脉冲输出,可用以驱动步进电机和伺服电机以实现准确定位任务。
可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值,可以即时更改程序运行中的一些参数,如定时/计数器的设定值、过程量的控制参数等。
实时时钟可用以对信息加注时间标记,记录机器运行时间或对过程进行时间控制。
2.1.3扩展模块
输入和输出点是系统与被控制对象的连接点。
用户可以使用主机I/O和扩展I/O。
S7—200系列CPU提供一定数量的主机数字量I/O点,但在主机点数不够的情况下,就必须使用扩展模块的I/O点。
有时需要完成过程量控制时,可以扩展模拟量的输入/输出模块。
当需要完成某些特殊功能的控制任务时,S7—200主机可以扩展特殊功能模块。
所以S7—200扩展模块包括数字量输入/输出扩展模块、模拟量输入/输出扩展模块和功能扩展模块。
典型的输入/输出模块和特殊功能模块有:
(1)数字量I/O扩展模块
S7—200PLC系列目前总共可以提供几类数字量输入/输出扩展模块:
输入扩展模块EM221有三种:
8点DC24V输入;
16点DC24V输入;
8点光电隔离输
入,交直流通用,可直接输入交流220V。
输出扩展模块EM222有五种:
4点DC24V输出;
4点继电器输出;
8点DC24V输出,8点继电器输出;
8点光电隔离晶闸管输出。
输入/输出混合扩展模块EM223有六种:
分别为4点、8点、16点输入/4点、8点、16点输出的各种组合,三种为DC24V输出,另三种为继电器输出。
(2)模拟量I/O扩展模块
模拟量输入扩展模块EM231有3种:
4路模拟量输入,输入量程可配置为4——20mA、0——5V、0——10V、±
5V或±
10V等;
2路热电阻输入;
4路热电偶输入。
12位精度。
模拟量输出扩展模块EM232:
具有2路模拟量输出。
模拟量输入/输出扩展模块EM235:
具有4路模拟量输入和1路模拟量输出(占用2路输出地址)。
(3)功能扩展模块
功能扩展模块有EM253位置控制模块、EM277PROFIBUS-DP模块、EM241调制解调器模块、CP243-1以太网模块和CP243-2AS-i接口模块等。
扩展模块时,通过CPU模块和扩展模块上的扩展电缆把各个扩展模块依次串接起来,形成一个扩展链。
在进行最大I/O配置的预算时要考虑以下几个因素的限制:
允许的扩展模块数、映像寄存器的数量、CPU为扩展模块所能提供的最大电流和每种扩展模块消耗的电流
PLC通过程序的运行实施控制的过程其实质就是对存储器中数据进行操作或处理的过程,根据使用功能的不同,把存储器分为若干个区域和种类,这些由用户使用的每一个内部存储单元统称为软元件。
各元件有其不同的功能,有固定的地址。
软元件的数量决定了可编程控制器的规模和数据处理能力,每一种PLC的软元件是有限的。
为了理解方便,把PLC内部许多位地址空间的软元件定义为内部继电器(软继电器)。
但要注意把这种继电器与传统电气控制电路中的继电器区别开来,这些软继电器的最大特点就是其线圈的通断实质就是其对应存储器位的置位与复位,在电路(梯形图)中使用其触点实质就是对其所对应的存储器位的读操作,因此其触点可以无限次的使用。
编程时,用户只需要记住软元件的地址即可。
每一软元件都有一个地址与之一一对应,其中软继电器的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。
即PLC内部根据软元件的功能不同,分成了许多区域,如输入/输出继电器、辅助继电器、定时器区、计数器区、顺序控制继电器、特殊标志继电器区等,分别用I、Q、M、T、C、S、SM等来表示。
。
2.2
S7200系列PLC的编程元件
数字量输入继电器(I);
数字量输出继电器(Q);
通用辅助继电器(M);
特殊标志继电器(SM);
变量存储器(V);
局部变量存储器(L);
顺序控制继电器(S);
定时器(T)计数器(C);
模拟量输入映像寄存器(AI);
模拟量输出映像寄存器(AQ);
高速计数器(HC累加器(AC))。
3装配流水线的PLC控制
3.1装配流水线PLC控制系统的设计流程
3.1.1生产工艺过程
工厂中的装配流水线作业是工业生产中经常使用的一种形式。
因此,装配流水线的控制有重要的实际意义。
一般在传送带上有需要加工的产品,传送到某一位置时,对其进行某一种加工,在传送到下一道程序,直至加工完毕,送入仓库。
图3.1装配流水线的模拟示意图
3.1.2设计要求
(1)按下启动按钮后,按以下规律显示D→E→F→G→A→D→E→F→G→B→D→E→F→G→C
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