机电一体化课程设计基于PLC的单按钮双路单双通控制Word文档格式.docx
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此实验是以三菱公司的PLC为基础而进行实验的。
2.1.2PLC的基本结构
PLC主要由CPU莫块、输入模块、输出模块和编程器组成(见图1).PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。
1.CPU模块
CPU主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。
在PLC控制系统中,CPU
模块相当于认得大脑和心脏,它不断的采集输入信号,执行用户程序,刷新系统输出;
存储器用来存储程序和数据。
并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去
指挥有关的控制电路,
与通用计算机一样,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,还有外围芯片、总线接口及有关电路。
它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。
内存主要用于存储程序及数据,是PLC
不可缺少的组成单元。
图1PLC结构图
CPU的控制器控制CPUX作,由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。
CPU的寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。
CPUS然划分为以上几个部分,但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器,
由于电路的高度集成,对CPU内部的详细分析已无必要,我们只要弄清它在PLC中的功能与性能,能正确地使用它就够了。
CPU莫块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制
开关。
一般讲,CPU莫块总要有相应的状态指示灯,如电源显示、运行显示、故障显示等。
箱体式PLC的主箱体也有这些显示。
它的总线接口,用于接I/O模板或底板,有内存接口,用于安装内存,有外设口,用于接外部设备,有的还有通讯口,用于进行通讯。
CPU莫块上还有许多设定开关,用以对PLC作设定,如设定起始工作方式、内存区等。
2.I/O莫块
输入(Input)模块和输出(Output)模块简称I/O模块,他们相当于人的眼、耳、鼻、手、脚,是联系外部现场设备和CPU莫块的桥梁。
PLC的对外功能,主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的,按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。
I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。
3.编程器编程器是用来生成用户程序,便用它来编辑、检查、修改用户程序,监视用
户程序的执行情况。
手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入好编辑指令表程序,因此又叫做指令编辑器。
它的体积小,价格便宜,一般用来给小型的PLC编程,或者用与现场调试和维护。
4.电源
PLC使用AC220V电源或DC24V电源。
内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。
小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器(例如接近开关)提供DC24V电源,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
5.PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。
现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能,它和计算机一样具有RS-232接口,通过双绞线、同轴电缆或光缆,可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然,PLC之间的通讯网络是各厂家专用的,PLC与计算机之间的通讯,一些生产厂家采用工业标准总线,并向标准通讯协议靠拢,这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
了解了PLC的基本结构,我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念,
做到既经济又合理,尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。
2.2.1PLC的特点
(1).可靠性高,抗干扰强
(2).功能强大,性价比高
(3).编程简易,现场可修改
(4).配套齐全,使用方便
(5).寿命长,体积小,能耗低
(6).系统的设计、安装、调试、维修工作量少,维修方便
2.2.2PLC的应用领域
PLC已经广泛地应用到很多工业部门,随着其性能价格的不断提高,PLC的
应用范围不断扩大,主要由一下几个方面:
(1)数字量逻辑控制
(2)运动控制
(3)闭环过程控制
(4)数据处理
(5)联网通信
2.3PLC的工作原理
可编程控制器是从继电器控制系统发展而来的,它的梯形图程序与继电器系统电路图很相似,梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称,如输入继电器、输出继电器等等。
这种用计算机程序实现的“软继电器”,与继电器系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。
继电器在控制系统中有功率放大、电气隔离、逻辑运算的作用。
PLC有两种基本的工作状态,即运行(RUN状态与停止(STOP状态。
在运行状态,PLC通过执行反映控制要求的用户程序不实现控制功能。
为了使PLC
的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断地重复执行,直至PLC停机或切换到STOF工作状态。
除了执行用户程序之外,在每次循环过程中,PLC还要完成内部处理、通信处理等工作,一共有五个阶段(见图2)。
PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
由于
计算机执行指令的速度极高,从外部输入-输出关系来看,处理过程似乎是同时完成的在内部处理阶段,PL*查CPU莫块内部的硬件是否正常,将监控定时器复位,以及完成别的一些内部工作。
在通信服务阶段,PLC与别的带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容。
当PLC处于停止(STOP状态时,只执行以上的操作。
PLC处于运行(RUN状态时,还要完成另外三个阶段的操作。
在PLC的存储器中,设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态,它们
RUN模式STOP莫式
图2扫描过程
应的映象存储区,它们统称为元件映象寄存器。
PLC的用户程序由若干条指令组成,指令在存储器中按步序号顺序排列。
在没有跳转指令时,CPL从第一条指令开始,逐条顺序地执行用户程序,直到用户程序结束之处。
在程序执行阶段,当执行指令时,从输入映象寄存器或别的元件映象寄存器中将有关编程元件的“0”/“1”状态读出来,并根据指令的要求执行相应的逻辑运算,运算的结果写入到对应的元件映象寄存器中。
因此,各编程元件的映象寄存器(输入映象寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化
在输出处理阶段,CPU将输出映象寄存器的“0”/“1”状态传送到输出锁
存器,经输出模块隔离和功率放大后外部的负载。
3.基于三菱公司的PLC控制设计
3.1三菱公司PLC简介
3.1.1F1系列指令系统简介
(1)Fi系列PLC的指令可分为两大类:
基本逻辑指令:
又称为通用逻辑指令,是PLC中最基本的编程语言,用于开关量I/O的控制系统的梯形图程序设计,共二十条。
掌握了它们也就初步掌握了PLC的使用方法,基本上就能满足开关量逻辑控制系统的编程了。
特殊功能指令:
共87条,可用于编制特殊程序,如高速I/O处理、数据传输、计数器的特殊用法、算术运算和模拟量控制等。
(2)Fi系列PLC的基本逻辑指令又分为四大类:
作用于触点的指令:
LD/LD、AND/ANI、OR/ORI等。
作用于线圈的指令:
OUT。
数据处理指令:
如S/R、RSTSFTMC/MCR、PLSSFTCJP/EJ等。
独立使用的指令:
如ANBORBEND等。
3.1.2F1—40MR的编程元件
F1—40MR的编程元件的名称由字母和数字表示,它们分别表示元件的类型和元件号。
元件号用八进制数表示,各种编程元件的编号的取值范围有严格的规定,不同的元件编号均不相同,互不重叠,具体安排如下:
输入继电器(X):
400—413,500—513
输出继电器(Y):
430—437,530—537
定时器(T):
50—57,450—457,550—557,650—657
计数器(C):
60—67,460—467,560—567,660—667
辅助继电器(M):
100—377(其中300—377断电保持)
状态寄存器(S):
600—647
特殊辅助继电器(M):
70,71,72,73,76,77等16个
3.1.3某些编程元件使用特性及含义
(1)Fi—40MR的12个移位寄存器分别由下列辅助继电器组成:
M100—M117
M120—M137
M140—M157
M160—M177
M200—M217
M220-
-M237
M240—M257
M260-
-M277
M300—M317
M320-
-M337
M340—M357
M360-
-M377
(2)部分特殊辅助继电器的含义:
M70:
运行监视,当PLC的运行开关接通时,M70接通。
M71:
初始化脉冲,在PLC的运行开关接通之后的第一个扫描周期内接通。
(3)定时器:
Fi系列PLC有24个0.1-999S的定时器,编号为:
T50-T57,T450-T457,T550-T557
Fi系列PLC有8个0.01-99.9秒的定时器,编号为:
T650-T657
(4)计数器:
F1系列PLC有32个最大计数值为999的三位减法计数器,编号为:
60—67,
460—467,560—567,660—667。
F1系列PLC将两个三位计数器C660和C661组成计数器对作为一个6位BCD码加减计数器使用,其中C660是低三位,C661是高三位,其计数及工作方式由特殊辅助继电器M470—M472等的ON/OFF状态控制决定,它既可以对高速脉冲
(最高2KH0计数,也可以作为普通计数器使用。
3.2方案设计
利用计数器的计数原理,设置从一到四计数,当每计一个数,即按钮每按一次时,分别输出不同的控制状态,当计完一组四个脉冲时,对计数器进行清零,重复上面过程,即可实现单按钮双路单双通控制,实现题目要求。
3.3I/O分配表
输入地址
输出地址
X001
单按钮脉冲输入
信号
Y001
第一盏灯信号
Y002
第二盏灯信号
3.4软件梯形图
图3I/O分配表
3.5程序指令
LD
1
OUT
C1
K1
4
C2
K2
7
C3
K3
10
C4
K4
13
14
ANI
15
OR
16
Y000
17
NOP
18
19
20LDC2
21
22
23
24
25
RST
27
29
31
33NOP
3.6
调试过程
刚接上电源时:
图5状态一
第一次按按钮之后:
KL
或第KSJ
l
例K4J
lS
n1
{BSTCl
"
:
:
1Cl
(tercs
[tsrc<
图6状态二
图7状态三
第四次按按钮之后又回到初始状态。
4.总结
4.1PLC设计及调试应用中常见问题
PLC在设计前应该熟悉图纸资料,确定系统输入元件和输出元件的型号,根据设备的操作任务和操作方式确定操作面板所需的元件,确定PLC的输入点和输出点,列表统计,然后画出外部接线图。
设计出的梯形图进行模拟调试时,设备故障是常见问题,一定要仔细检查好。
4.2设计体会
通过本次课程设计,使我更好的了解PLC在日常生活中的应用,特别是在工业现场的应用。
同时,这次课程设计让我比较全面的掌握了三菱PLC控制系统,并且一定要勤思考,多动手。
在PLC设计中,设计之前在大脑中一定要有清晰的思路,设计中要顾全大局,记得PLC是一个整体,而不是孤立的部分。
还有就是要感谢龙老师的在我遇到问题时的指导。
5.参考文献
1.魏德仙主编《可编程控制器原理及应用》中国水利水电出版社
2.可编程序控制器应用技术,廖常初编,(1〜4版),重庆大学出版社
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