车间传送带的PLC控制系统文档格式.docx
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一、引言
在当今社会,科学技术发展迅猛,而组态软件在工控自动化领域发展中也得到很快的提高。
由于工业自动化水平的迅速提高,计算机的广泛运用,人们对工业自动化的要求也越来越高。
而组态软件又有延续性和可扩充性,易学易用性和通用性,使得组态软件得到长足的发展。
本设计是运用组态王软件来完成车间传送带的PLC控制的模拟操作,通过对三段传送带以及传感器的控制来实现传送带的自动传输与计数。
PLC的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
其中在电梯的设计应用已成为一种经典,有着简单易于控制,也花费便宜。
二、组态王实现车间传送带的控制
2.1组态王软件介绍
组态王软件是一种通用的工业监控软件,它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体,将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起,实现最优化管理。
它基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000操作系统,用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。
采用组态王软件开发工业监控工程,可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。
它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断,到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。
组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。
工程管理器:
工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理,对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。
工程浏览器:
工程浏览器是一个工程开发设计工具,用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。
运行系统:
工程运行界面,从采集设备中获得通讯数据,并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面,实现人与控制设备的交互操作。
组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件,支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等(如:
西门子PLC、莫迪康PLC、欧姆龙PLC、三菱PLC、研华模块等等)通过常规通讯接口(如串口方式、USB接口方式、以太网、总线、GPRS等)进行数据通讯。
组态王软件与IO设备进行通讯一般是通过调用*.dll动态库来实现的,不同的设备、协议对应不同的动态库。
工程开发人员无须关心复杂的动态库代码及设备通讯协议,只须使用组态王提供的设备定义向导,即可定义工程中使用的I/O设备,并通过变量的定义实现与I/O设备的关联,对用户来说既简单又方便。
组态王的开放性:
组态王支持通过OPC、DDE等标准传输机制和其他监控软件(如:
Intouch、Ifix、Wincc等)或其他应用程序(如:
VB、VC等)进行本机或者网络上的数据交互。
建立应用工程的一般过程通常情况下,建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤:
第一步:
创建新工程。
为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。
第二步:
定义硬件设备并添加工程变量添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量,包括内存变量和I/O变量。
第三步:
制作图形画面并定义动画连接。
按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。
第四步:
编写命令语言。
通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。
第五步:
进行运行系统的配置。
对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置,是系统完成用于现场前的必备工作。
第六步:
保存工程并运行。
完成以上步骤后,一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。
2.2设计要求
某车间传送带分为三段,由三台电动机分别驱动。
传送带和传感器的安装位置如图所示。
传感器可以检测物品的存在。
该传送带动作如下。
第3段传送带一直运转。
第2段传送带运转由3号传感器启动,由2号传感器停止。
第1段传送带由2号传感器启动,由1号传感器停止。
一个工作循环是:
启动第3段传送带、物品被3号传感器检测,启动第2段传送带、物品被2号传感器检测,启动第1段传感器,同时延时2s后停止电机2,在物品被1号传感器检测到2s后,将电机1停止,随后进入下一个循环,等待3号传感器检测物品。
2.3设计思路及仿真图
本传送带由三段构成用三个传感器实现自动控制,用两个按钮控制传送带的启动与停止以及复位。
如下图:
传送带仿真图
当打开开关按钮后,传送带一就开始工作,货物发送处的货物也就会开始向右传送,当货物达到传送带一和传送带二之间的传感器一的时候传送带二就开始工作,货物被送往传送带二继续向右传送,当到达传送带二与传送带三之间的传感器二时,传送带三启动,传送带二两秒之后停止工作。
此时下一个货物被送上传送带一,重复之前的动作。
货物一到达传感器三的时候被传感器三控制传送带三在两秒之后停止工作。
在传送带工作的整个过程中传送带一是始终工作的,这样有利于下一个货物的及时传送从而提高工作效率。
在此期间指示灯的作用是指示传送带的工作情况,指示灯亮则代表此段传送带正在工作。
货物接收处有货物计数器,计算并且显示货物的数量。
当按下复位按钮后整个装置回到最初状态。
2.4仿真程序
if(按钮1==1)
{复位按钮=0;
方块7=方块7+10;
方块1=方块1+1000;
方块2=方块2+1000;
if(方块7>
=0&
&
方块7<
=180)
{指示灯1=1;
}}
if(按钮1==0)
{方块1=0;
方块2=0;
方块3=0;
方块4=0;
方块5=0;
方块6=0;
}
if(复位按钮==1)
方块7=0;
方块8=0;
方块9=0;
方块10=0;
指示灯1=0;
货物计数器=0;
按钮1=0;
=580)
{方块7=780;
=180&
=400)
{方块3=方块3+1000;
方块4=方块4+1000;
if(方块3==10000)
{方块3=0;
方块3=方块3+1000;
if(方块4==10000)
{方块4=0;
=360&
=580)
{方块5=方块5+1000;
方块6=方块6+1000;
if(方块5==10000)
{方块5=0;
方块5=方块5+1000;
if(方块6==10000)
{方块6=0;
if(方块1==10000)
if(方块2==10000)
{方块2=0;
=360)
{指示灯2=1;
else
{指示灯2=0;
if(方块7>
=540||方块8>
方块8<
=540||
方块9>
方块9<
=540||方块10>
方块10<
=540)
{指示灯3=1;
{指示灯3=0;
if(按钮1==1&
方块7>
=400)
{方块8=方块8+10;
if(方块8>
{方块8=740;
方块8>
{方块9=方块9+10;
if(方块9>
{方块9=700;
方块9>
{方块10=方块10+10;
if(方块10>
{方块10=660;
if(方块7==780){货物计数器=01;
if(方块8==740){货物计数器=02;
if(方块9==700){货物计数器=03;
if(方块10==660){货物计数器=04;
三、用PLC实现四层电梯的控制
3.1PLC概述
可编程控制器简称PLC,是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机,其本质是一台工业控制专用计算机。
它的软件,硬件配置与计算机极为类似,只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。
硬件主要由中央处理器CPU、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。
PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统,它是以微处理机为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置,是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。
PLC是专门为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器、可以编制程序的控制器。
它的种类很多、模块丰富、指令功能强大、编程简单、使用方便,而且随着计算机技术的发展,其功能仍然在不断扩大和完善。
PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。
目前,PLC的处理速度与计算机相比还比较慢,其高的CPU也不过80486,将来会全面使用64位的RISC芯片,采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式,将各种模块智能化,部分系统程序用门阵列电路固化,这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。
3.2电梯设计要求
如电梯模拟实验台结构所示,其动作要求如下:
(1)电梯上行:
①当电梯停于1楼(1F)或2F、3F时,4楼呼叫.则上行到4楼碰行程开关后停止。
②电梯停于1F或2F,3F呼叫、则上行,到3F行程开关控制停止。
②电梯停于1F,2F呼叫,则上行,到2F行程开关控制停止。
④电梯停于lF,2F、3F同时呼叫,则电梯上行到2F后,停5秒种,继续上行到3F停止。
⑤电梯停于1F,3F、4F同时呼叫,电梯上行到.3F,停5秒,继续上行到4F停止。
⑥电梯停于1F,2F、4P同时呼叫,电梯上行到2F,停5秒,继续上行到4F停止
⑦电梯停于1F,2F、3F、4F同时呼叫,电梯上行到2F,停5秒,继续上行到3F,停5秒,继续上行到4F停止。
⑧电梯停于2F、3F,4F同时呼叫,电梯上行到3F停5秒,继续上行到4F停止。
(2)电梯下行:
①电梯停于4F或3F或2F,1F呼叫,电梯下行到1F停止。
②电梯停于4F或3F,2F呼叫,电梯下行到2F停止。
③电梯停于4F,3F呼叫,电梯下行到3F停止。
④电梯停于4F,3F、2F同时呼叫,电梯下行到3F,停5秒,继续下行到2F停止
⑤电锑停于4F,3F、1F同时呼叫,电梯下行到3F,停5秒,继续下行到1F停止
⑥电梯停于4F,2F、1F同时呼叫,电梯下行到2F,停5秒,继续下行到1F停止。
⑦电梯停于4F,3F、2F、1F同时呼叫,电梯下行到3F,停5秒,继续下行到2F停5秒,继续下行到lF停止。
(3)各楼层运行时间应在15秒以内,否则认为有故障。
(4)电梯停于某一层,数码管应显示该层的楼层数。
(5)设计电梯停于2F,3F时,电梯运行状态。
(上下同时呼叫时,采取先上后下的原则)
3.3设计思想
电梯的流程图如下:
3.4硬件介绍
本次四层电梯的设计用DJ-PLCX1可编程控制实验箱的硬件连接以及GX软件编程来实现。
3.4.1数码显示管
数码显示管的原理图如图所示,可按照图中所示段码给数码管接线,使之显示相应的楼层。
数码管原理图
四层电梯需要数码管显示1—4这四个数字,其中1代表数码管亮,0代表数码管不亮,得到如表所示的数字显示数码管对照表。
表2.数字显示数码管段码对照表
对应段码显示数字
dp
g
f
e
d
c
b
a
1
2
4
3.4.2接线表
输入
输出
主机
实验模块
注释
X1
LAY1
一楼行程开关
Y0
DJB
电机下行
X2
LAY2
二楼行程开关
Y1
DJA
电机上行
X3
LAY3
三楼行程开关
Y15
灯的24V
X4
LAY4
四楼行程开关
灯
GND
X12
2DN
二层下呼
Y6
A
数码管段码
X13
3DN
三层下呼
Y7
B
X14
4DN
四层下呼
Y10
C
X11
1UP
一层上呼
Y11
D
2UP
二层上呼
Y12
E
3UP
三层上呼
Y13
F
Y14
G
X0
RST
复位
LEDCOM
Y-COM0-4
24V
X5
IN1
一层内选按钮
X6
IN2
二层内选按钮
X7
IN3
三层内选按钮
X10
IN4
四层内选按钮
L1---L4
Y2-----Y5
COM
+
3.5四层电梯梯形图
四、变频器的介绍
4.1关于变频器
变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力传动元件。
它利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
变频器的诞生源于交流电机对无级调速的需求,随着晶闸管、静电感应晶体管、耐高压绝缘栅双极型晶闸管等部件的出现,电气技术有了日新月异的变化,变频器调速技术也随之发展,特别脉宽调制变压变频调速技术更是让变频器登上了新的台阶。
4.2变频器原理
变频器的工作原理是通过控制电路来控制主电路,主电路中的整流器将交流电转变为直流电,直流中间电路将直流电进行平滑滤波,逆变器最后将直流电再转换为所需频率和电压的交流电,部分变频器还会在电路内加入CPU等部件,来进行必要的转矩运算。
4.3变频方式
4.3.1非智能控制方式
在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
(1)V/f控制
V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性,基于在改变电源频率进行调速的同时,又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的,通用型变频器基本上都采用这种控制方式。
V/f控制变频器结构非常简单,但是这种变频器采用开环控制方式,不能达到较高的控制性能,而且,在低频时,必须进行转矩补偿,以改变低频转矩特性。
(2)转差频率控制
转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式,它是在V/f控制的基础上,按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率,并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率,就可以使电动机具有对应的输出转矩。
这种控制方式,在控制系统中需要安装速度传感器,有时还加有电流反馈,对频率和电流进行控制,因此,这是一种闭环控制方式,可以使变频器具有良好的稳定性,并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。
(3)矢量控制
矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位,以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制,进而达到控制电动机转矩的目的。
通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间,又可以形成各种PWM波,达到各种不同的控制目的。
例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。
目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。
(4)直接转矩控制
直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念,在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩,通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的,因此省去了矢量控制等复杂的变换计算,系统直观、简洁,计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。
即使在开环的状态下,也能输出100%的额定转矩,对于多拖动具有负荷平衡功能。
(5)最优控制
最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同,可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。
例如在高压变频器的控制应用中,就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略,以实现一定条件下的电压最优波形。
(6)其他非智能控制方式
在实际应用中,还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现,例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。
4.3.2智能控制方式
智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。
在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。
(1)神经网络控制
神经网络控制方式应用在变频器的控制中,一般是进行比较复杂的系统控制,这时对于系统的模型了解甚少,因此神经网络既要完成系统辨识的功能,又要进行控制。
而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器,因此在多个变频器级联时进行控制比较适合。
但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。
(2)模糊控制
模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率,使电动机的升速时间得到控制,以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。
模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分,这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。
(3)专家系统
专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式,因此,专家系统中一般要建立一个专家库,存放一定的专家信息,另外还要有推理机制,以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。
专家库与推理机制的设计是尤为
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