基于PLC控制的运料小车设计.doc
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基于PLC控制的运料小车设计.doc
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常州机电职业技术学院
毕业设计(论文)
作者:
学号:
系部:
专业:
题目:
基于PLC控制的运料小车设计
指导者:
XXX
评阅者:
2012年5月
毕业设计(论文)中文摘要
可编程序控制器(Programmablecontroller)简称PLC,由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单,所以PLC的应用领域在迅速扩大。
对早期的PLC,凡是有继电器的地方,都可采用。
而对当今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。
尤其是近几年来,PLC的成本下降,功能又不段增强,所以,目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。
本设计是为了实现运料小车的手动和自动化的转化,改变以往小车的单纯手动运料,减少了劳动力,提高了生产效率,实现了自动化生产!
而且本运料小车的设计是由于工作环境恶劣,不允许人进入工作环境的情况下孕育而成的。
本文从第一二章运料小车的系统方案的确定为切入点,介绍了为什么选用PLC控制小车;第三章介绍了运料小车的应达到的控制要求;第四章根据控制要求进行了小车系统的具体设计,包括端子接线图、梯形图(分段设计说明和系统总梯形图)和程序指令设计;最后得出结论。
关键词:
PLC,运料小车,控制,程序设计
目录
引言 1
第1章可编程控制器(PLC)概况 2
1.1PLC的定义 2
1.2PLC的发展 2
1.3PLC的特点 3
1.4PLC的基本组成及各部分作用 3
1.5PLC的应用领域 6
第2章控制系统介绍和控制过程要求 8
2.1控制系统的作用与地位 8
2.2控制系统介绍 8
第3章运料小车系统方案的选择 10
3.1可编程控制器PLC的优点 10
3.2小车运料系统方案的选择 11
第4章硬件介绍 12
第5章基于PLC的运料小车接线图及梯形图 14
5.1运料小车PLC的I/O分配表 14
5.2PLC端子接线图 14
5.3梯形图分段设计 16
5.4程序运行原理说明调试与完善 20
5.5系统总梯形图设计 21
结论 26
致谢 27
参考文献 28
引言
随着社会迅速的发展,各机械产品层出不穷。
控制系统的发展已经很成熟,应用范围涉及各个领域,例如:
机械、汽车制造、化工、交通、军事、民用等。
PLC专为工业环境应用而设计,其显著的特点之一就是可靠性高,抗干扰能力强。
PLC的应用不但大大地提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力,而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。
PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点,在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。
运料小车控制系统采用了PLC控制。
从运料小车的工艺流程来看,其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统,因此,此运料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。
我在程序设计上采用了模块化的设计方法,这样就省去了工作方式程序之间复杂的联锁关系,从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时,不会对其它工作方式的程序造成影响,使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。
在设计该PLC运料小车设计程序的同时总结了以往PLC运料小车设计程序的一般方法、步骤,并且把以前学过的基础课程融汇到本次设计当中来,更加深入的了解了更多的PLC知识。
第1章可编程控制器(PLC)概况
1.1PLC的定义
国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee-IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义:
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器实际上是一种工业控制计算机,它的硬件结构与一般微机控制系统相似,甚至与之无异。
可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。
近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。
它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想,利用不断发展的新技术、新电子器件,逐步形成了具有特色的各种系列产品。
1.2PLC的发展
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求,并公开招标提出十项标准:
(1)编程方便,现场可修改程序;
(2)维修方便,采用模块化结构;
(3)可靠性高于继电器控制装置;
(4)体积小于继电器控制装置;
(5)数据可直接送入管理计算机;
(6)成本可与继电器控制装置竞争;
(7)输入可以是交流115V;
(8)输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等;
(9)在扩展时,原系统只要很小变更;
(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年,美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器,满足了GM公司装配线的要求。
这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长,很快在美国其它工业领域推广使用。
随着集成电路技术和计算机技术的发展,现在已有了第五代PLC产品。
1.3PLC的特点
PLC之所以越来越受到控制界人士的重视,是和它的优点分不开的:
1)功能齐全,它的适用性极强,几乎所有的控制要求,它均能满足;
2)应用灵活,其标准的积木式硬件结构,以及模块化的软件设计,使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合;
3)操作方便,维修容易,稳定可靠。
尽管PLC有各种型号,但都可以适应恶劣的工业应用环境,耐热、防潮、抗震等性能也很好,一般平均无故障率可达几万小时。
1.4PLC的基本组成及各部分作用
PLC是一种通用的工业控制装置,其组成与一般的微机系统基本相同。
按结构形式的不同,PLC可分为整体式和组合式两类。
整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体,构成主机。
另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。
主机中,CPU是PLC的核心,1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路,通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上,模块之间通过底板上的总线相互联系。
装有CPU单元的底板称为CPU底板,其它称为扩展底板。
CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC,都可以根据需要进行配置与组合。
1.中央处理单元(CPU):
CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢,它是PLC的运算、控制中心。
它按照系统程序所赋予的功能,完成以下任务:
(1)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据;
(2)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;
(3)用扫描的方式接收输入信号,送入PLC的数据寄存器保存起来;
(4)PLC进入运行状态后,根据存放的先后顺序逐条读取用户程序,进行解释和执行,完成用户程序中规定的各种操作;
(5)将用户程序的执行结果送至输出端。
现代PLC使用的CPU主要有以下几种:
(1)通用微处理器,如8080,8088,Z80A,8085等。
通用微处理器的价格便宜,通用性强,还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。
(2)单片机,如8051等。
单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好,很适合在小型PLC上使用,也广泛地用于PLC的智能UO模块。
(3)位片式微处理器,如AMD2900系列等。
位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。
它主要追求运算速度快,它以4位为一片。
用几个位片级联,可以组成任意字长的微处理器。
改变微程序存储器的内容,可以改变计算机的指令系统。
位片式结构可以使用多个微处理器,将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分,几个微处理器同时进行处理。
这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合,很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。
2.存储器
根据存储器在系统中的作用,可以把它们分为以下3种:
(1)系统程序存储器:
和各种计算机一样,PLC也有其固定的监控程序、解释程序,它们决定了PLC的功能,称为系统程序,系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。
系统程序是不能由用户更改的,故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM
(2)用户程序存储器:
用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序,用户程序存放在用户程序存储器中。
由于用户程序需要经常改动、调试,故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。
由于RAM掉电会丢失数据,因此使用RAM作用户程序存储器的PLC,都有后备电池(铿电池)保护RAM,以免电源掉电时,丢失用户程序。
当用户程序调试修改完毕,不希望被随意改动时,可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC(如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器,快闪存储器可随时读写,掉电时数据不会丢失,不需用后备电池保护。
(3)工作数据存储器:
工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。
这部分数据存储在RAM中,以适应随机存取的要求。
在PLC的工作数据存储区,开辟有元件映象寄存器和数据表。
元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。
数据表用来存放各种数据,它的标准格式是每一个数据占一个字。
它存储用户程序执行时的某些可变参数值,如定时器和计数器的当前值和设定值。
它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。
根据需要,部分数据在停电时用后备电池维持其当前值,在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。
3.I/0单元
I/0单元也称为I/0模块。
PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。
输入单元接收用户设备的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。
通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号,并存到输入映像寄存器。
运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理,将处理结果放到输出映像寄存器。
输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成,输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.
4.电源部分
PLC一般使用220V的交流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V,+12V,+24V的直流电源,使PLC能正常工作。
电源部件的位置形式可有多种,对于整体式结构的CPU,通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC,有的采用单独电源模块,有的将电源与CPU封装到一个模块中。
5.扩展接口
扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。
6.通信接口
为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话,PLC配有多种通信接口。
PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。
当PLC与打印机相连时,可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他PLC相连
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- 基于 PLC 控制 小车 设计
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