小车多方式运行的PLC设计文档格式.docx
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3、系统有启动、停止功能;
;
4、进行系统调试,实现小车多方式运行的PLC控制要求。
5、设计报告要做到层次清晰,论述清楚,图表正确,书写工整,格式正确。
设计进度与要求:
1.完成小车控制系统的软硬件设计方案及其控制原理的说明。
2.实现了小车自动控制。
3.通过实际应用,说明所设计的控制系运行可靠,满足实际需要。
主要参考书及参考资料:
【1】陈宏钧.可编程控制器课程设计指导书[M].天津:
天津大学出版社.2001
【2】钟肇新,王灏.可编程控制器入门教程[M].广州:
华南理工大学出版社.1999
【3】邓星钟.机电传动控制[M].武汉:
华中科技大学出版社.2001
【4】三菱电机株式会社.三菱PLC编程手册[Z].日本:
三菱电机株式会社.2003
【5】谭维瑜.电机与电气控制[M].北京:
机械工业出版社.1999
【6】许缪.工厂电气控制设备[M].北京:
教研室主任(签名)系(部)主任(签名)年月日
xxxxxxxxxx电气与信息工程系
课程设计评定意见
设计题目:
小车多方式运行的PLC控制
xxxxxxxxxxxxxxxxxx班级xxxxxxxx
评定意见:
评定成绩:
指导教师(签名):
年月日
评定意见参考提纲:
1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。
2.学生的勤勉态度。
3.设计或说明书的优缺点,包括:
学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。
目录
摘要
1引言1
1.1小车多方式运行简介1
1.2小车控制系统进行PLC改造的目的及意义1
2PLC及起重机的PLC控制2
2.1PLC的由来及定义2
2.1.1PLC的由来2
2.1.2PLC的定义2
2.2PLC的发展历程3
2.3PLC的特点3
2.4PLC控制的优越性4
3小车多方式运行设计5
3.1驱动部分设计5
3.2总体方案设计5
3.3硬件的设计5
3.3.1I/O分析5
3.3.2确定各元件的编号,分配I/O地址6
3.4软件分析7
3.4.1程序流程图7
3.4.2PLC与现场器件的实际连接图8
3.5程序设计9
3.5.1.小车对站台呼叫的反应电路9
3.5.2小车路过站台时指示灯的显示11
3.6系统调试13
总结16
致谢17
参考文献18
摘要
可编程逻辑控制器,简称PLC,是一种工业控制微型计算机。
随着经济的发展,运料小车不断扩大到各个领域,从手动到自动,逐渐形成了机械化、自动化。
它的编程方便、操作简单尤其是高通用性等优点,使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。
其中的一个应用便是运料小车的控制,主要用到的便是他的逻辑控制功能。
本文以PLC控制技术为核心,采用日本三菱FX的PLC产品以及其对应的软件。
论述了小车控制系统的软硬件设计方案及其控制原理,实现了小车自动控制。
通过实际应用,说明所设计的控制系运行可靠,满足了实际需要。
这正是本课题研究的重点。
关键词:
多方式,硬件设计,软件设计,PLC
1引言
1.1小车多方式运行简介
小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成,每个站台有检测传感器、指示灯和按钮。
采用三菱PLC进行控制,控制要求如下:
(1)小车起始位置停在x(x=1~4)号站台,SYx传感器为ON;
(2)假如y(y=1~4)号站台呼叫,如果:
①x﹥y,小车左行到呼叫站台停车;
②x﹤y,小车右行到呼叫站台停车;
③x=y,小车停止;
(3)小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能,自动往返或准确停车,不能向外撞;
(4)小车路过每个站台要有指示灯显示;
但LB1和LB4灯要闪3次;
其机构图如下1.1:
图1.1小车运行结构图
1.2小车控制系统进行PLC改造的目的及意义
小车多方式运行的模型随处可见,例如运料小车等各种形式的运输。
PLC的运用实现了自动化的操作,提高了工作效率。
这就为对现代工业领域中技术老化部分的PLC改造,提高其自动化、智能化水平提供了很好的机会,也只有这样才能迅速增强自身竞争力,并提高我国的PLC产品的研发和生产能力,力争打破西门子、三菱和施耐德等PLC巨头的垄断。
取其之长,补己之短,最终超越它们。
2PLC及起重机的PLC控制
2.1PLC的由来及定义
2.1.1PLC的由来
在PLC问世之前,工业控制领域中是继电器控制占主导地位。
继电器控制系统有着十分明显的缺点:
体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差,尤其当生产工艺发生变化时,就必须重新设计、重新安装,造成时间和资金的严重浪费。
为了改变这一现状,1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM),为了适应汽车型号不断更新的要求,以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势,提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置,为此特拟定了十项公开招标的技术要求,即:
(1)编程简单方便,可在现场修改程序;
(2)硬件维护方便,最好是插件式结构;
(3)可靠性要高于继电器控制装置;
(4)体积小于继电器控制装置;
(5)可将数据直接送入管理计算机;
(6)成本上可与继电器柜竞争;
(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;
(9)扩展时,原有系统只需做很小的改动;
(10)用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。
根据招标要求,1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台PLC(PDP—14型),并在通用汽车公司自动装配线上试用,获得了成功,从而开创了工业控制新时期。
从此可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来,而且在工业发达国家发展很快。
2.1.2PLC的定义
在PLC的发展过程中,美国电气制造商协会(NEMA)经过4年的调查,于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器(ProgrammableController),英文缩写为PC,并作如下定义:
“可编程序控制器是一种数字式电子装置。
它使用可编程序的存储器来存储指令,并实现逻辑运算、顺序控制、计来对各种机械或生产过程进行控制。
”国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁布了可编程序控制器标准的草案第一稿,1985年1月又发表了草案第二稿,1987年2月颁布了草案第三稿。
该草案中对可编程序控制器的定义是:
“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC其有关外部设备等都应按易于与工业系统联成一个整体,易于扩充起功能的原则设计。
”定义强调了PLC应直接应用于工业环境,它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应和应用能力。
2.2PLC的发展历程
在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。
传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称ProgrammableController(PC)。
个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController(PLC)。
上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30~40%。
在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。
2.3PLC的特点
高可靠性A.所有的I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
B.各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数一般为10~20ms。
C.各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。
D.采用性能优良的开关电源。
E.对采用的器件进行严格的筛选。
F.良好的自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防止故障扩大。
G.大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备,如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能,它还有多种人-机对话的接口模块;
为了组成工业局部,它还有多种通讯联网的接口模块等等。
采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件,包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
编程简单易学
要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
安装简单,维修方便
PLC不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。
2.4PLC控制的优越性
(1)大大提高了操作速度,且能准确安全的控制小车。
(2)利用PLC控制的小车多方式运行误差率很低。
(3)小车多方式运行基本实现了无人化。
3小车多方式运行设计
3.1驱动部分设计
小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成,每个站台有检测传感器、指示灯和按钮。
图3.1小车运行结构图
3.2总体方案设计
本课程设计主要是设计两个模块:
小车对站台呼叫的反应电路以及小车路过站台时指示灯的显示。
出于简化设计方案的考虑,本文在设计之前做出这样的假设:
小车停止前仅有一个呼叫的站台起作用。
比如当小车从2号站台向三号前进的过程中,1、2、4三个站台不会呼叫,除非小车到达3号站台停止。
在这种假设的基础下,采用模块化的设计思想,对两个模块的电路分别设计,最后将两者整合到一起,即可。
3.3硬件的设计
3.3.1I/O分析
经过对控制过程和要求的详细分析,明确了具体的控制过程。
(1)小车起始位置停在x(x=1~4)号站台,SYx传感器为ON;
(2)假如y(y=1~4)号站台呼叫,如果:
①x﹥y,小车左行到呼叫站台停车;
②x﹤y,小车右行到呼叫站台停车;
③x=y,小车停止;
(3)小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能,自动往返或准确停车,不能向外撞;
(4)小车路过每个站台要有指示灯显示;
如上所述,由此可以得出所需PLC的输入点9个,输出点6个。
PLC的选择
小车多方式运行PLC控制系统是比较简单的顺序控制,则需选择具有逻辑运算、定时器、计数器等基本功能的小型PLC,再根据其输入输出点数,可选择日本三菱FM—2N系列的FM—2N32MR型的PLC。
FX2N系列编程器介绍
FX2N系列是FX家族中最先进的PLC系列,其基本单位有16/32/48/64/80/128
点,六个基本FX2N单元中的每一个单元都可以通过I/O扩展单元扩充为256I/O点,其基本单元如表3-1所示:
表3-1基本单元表
3.3.2确定各元件的编号,分配I/O地址
本设计使用9个输入继电器,6个输出继电器,6个辅助继电器(各辅助继电器的功能在程序程序对应部分会有说明)。
输入输出继电器的选择与对应关系如表3-2:
表3-2输入输出对应表
3.4软件分析
3.4.1程序流程图
如图3.2所示:
流程图的完成,由此进一步可以确定出其顺序功能图,所谓顺序功能图,就是按照生产工艺预先规定的顺序,在各个输入信号的作用下,根据内部事件状态和事件的顺序,在生产过程中各个执行机构自动有序的进操作。
是顺序控制设计法时首先要根据系统的工艺过程,画出顺序功能图,然后根据顺序功能图画出梯形图。
有的PLC编程软件中生成顺序功能图后边完成了编程工作。
顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形,也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。
顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术,它是一种通用的技术语言,可以供一步设计和不同专业的人员之间的技术交流之用。
图3.2程序流程图
3.4.2PLC与现场器件的实际连接图
在分析PLC控制系统的功能时,可以讲它想象成一个继电器控制系统中的控制箱,其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线,梯形图是这个控制箱的内部“线路图”,梯形图中的输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”,这样就可以将出点想象成对应的外部输入器件的触点或电路,将输出继电器想象成对应的外部负载的线圈。
外部负载的线圈除了受梯形图的控制外,还可能受外部触点的控制。
此设计中电路图功能相同的PLC外部接线图如3.3所示:
图3.3外部接线图
3.5程序设计
3.5.1.小车对站台呼叫的反应电路
取两个寄存器,分别存放呼叫的站台以及小车停靠的站台(本文的设计中这两个寄存器分别为D0和D1),显然,我们可以通过cmp指令进行x,y的大小判断,当x>
y时,执行左行命令(即本文设计程序中的SETY1指令);
当x<
y时,执行右行命令(即本文设计程序中的SETY2指令);
当x=y时,执行左行命令(即本文设计程序中的RSTY1和RSTY2指令)。
在这样的思路下,我们不可避免的将遇到三个问题:
如何在D0中存放所呼叫的站台?
如何准确获取并在D1中存放小车停靠的位置?
执行左行或右行命令后,如何使得小车在指定站台停止,并同时记录下新的停靠位置,即更新D1寄存器的内容。
对于第一个问题,直接运用mov指令即可。
方法是设置四个输入继电器
x1,x2,x3,x4分别表示第i个站台呼叫,当xi接通时,执行movkiD0,(i取1、2、3,4)。
对于第二个问题,解决方法是当小车停止时,即相应的到位开关SQ1、SQ2、SQ3或SQ4接通时,执行movKiD1,(i取1、2、3,4)。
第三个问题,判断小车停止的条件是使用到位开关SQ,本文的程序里使用四个继电器x11,x12,x13,x14来表示,相见后文的设计图。
至此,第一个模块的设计思路基本清晰。
由此可得到梯形图和指令如图3.4所示:
图3.4模块一的PLC控制系统设计梯形图
这个梯形图中,引入了5个辅助继电器M100,M101,M102,M103,
M104,其对应的功能如表3-3(模块一的设计引入各特殊元件的原因及功能)示:
表3-3模块一的设计引入各特殊元件的原因及功能
3.5.2小车路过站台时指示灯的显示
本文的程序里用Y10,Y20,Y30,Y40分别表示第1、2、3、4站台的指示灯。
根据题目要求,当小车路过站台时,对应的站台的指示灯要亮,对于第2,3站台指示灯,这个效果直接用指令LDX12,OUTY20;
LDX13,OUTY30即可控制。
但是对于第1、4号站台,要求指示灯闪烁三次,则像上面这样简单的指令是不能满足要求的,需要引入定时器(用以控制“闪烁”的间隔时间)和计数器(用以控制闪烁“3次”)。
详细控制图和程序见后文。
另外,考虑到这两个站台指示灯的功能相同,因此程序里可以使用子程序,以减少定时器、计数器和继电器的个数,同时亦能提高程序运行的效率和可靠性。
根据这样的思路,得到第二个模块的设计图及指令如图3.5所示:
图3.5模块二的PLC控制系统设计梯形图
在这个梯形图中,引入了两个辅助继电器,三个定时器和一个计数器,各元件引入的原因及功能如表3-4所示:
表3-4模块二的设计引入各特殊元件的原因及功能
3.6系统调试
按要求输入梯形图,如图3.6所示,检查并编译。
本次设计实验里,正确输入梯形图,编译成功。
同时通过在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区,然后进行运行调试,在前面正确操作和正常进行的基础上,使PLC进入运行状态,观察运行情况,结果是本PLC设计运行正常,没有未知错误,对于多组不同站台呼叫的检测数据,小车均能够以预想的行动路线运动,即能够实现循环工作。
根据以上调试情况,该小车多方式运行的PLC控制设计符合要求。
图3.6梯形图
总结
通过此次课程设计,让我对PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解,也让我了解了关于PLC设计原理。
有很多设计理念来源于实际,从中找出最适合的设计方法。
这次的课程设计是从根本上让我们理论联系实际,在这种根据实际状况进行系统设计的情况下能够让我们对PLC有更深刻的认识。
不积跬步何以至千里,课程设计是大学学习阶段非常难得的理论与实际相结合的机会,通过这次课程设计,我摆脱了单纯的理论知识学习状态,和实际设计的结合,锻炼了综合运用所学的专业基础知识的能力,提高了查阅文献资料、设计手册的能力,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,使得能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志品质力,毅力及耐力也都得到了不同程度的提升。
致谢
本设计在设计过程中遇到了很多的问题,但在小组同学的共同努力及毛老师的悉心指导下,依次解决了所遇到的难题,从课题选择、方案论证到具体设计和调试,无不凝聚着大家的心血和汗水。
在学习和生活期间,不仅深深感受到了同学之间互相合作的愉悦、解决问题的讨论热情,也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀,我们受益匪浅,使我们共相勉励提高。
在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
参考文献:
【7】石玉珍.电气制图及图形符号国家标准汇编[M].上海:
中国标准出版社:
1989
【8】姜培刚,盖玉先.机电一体化系统设计[M].北京:
机械工业出版社.2004.
【9】张海根.机电传动控制[M].北京:
高等教育出版社.2001.
【10】何存兴,张铁华.液压传动与气压传动[M].武汉:
华中科技大学出版社.2000.
附录:
小车多方式运行程序的指令表
LDX0启停
MCN0M100主控指令
LDX1呼叫站台1(后面站台相同)
MOVK1D0赋值1给寄存器D0
LDX1
ORM101
MPS进栈指令
ANIX11限位1
SETM101
MPP读栈指令
ANDX11
MOVK1D1赋值1给寄存器D1
LDX2
MOVK2D0
ORM102
MPS
ANIX12限位2
SETM102置位M102为ON状态
MPP
ANDX12
MOVK2D1
LDX3
MOVK3D0
ORM103
ANIX13限位3
SETM103
ANDX13
MOVK3D1
LDX4
MOVK4D0
ORM104
ANIX14限位4
SETM104
ANDX14
MOVK4D1
LDM101
ORM104(以上程序中按钮M101~M104的不同状态对应各自不
MPS同的自锁条件,赋予D1寄存器不同的值)
CMPD0D1M0比较DO与D1中的大小,控制M0~M10的ON/OFF
MRD
ANDM0
SETY1左行
ANDM1
RSTY1停止
RSTY2停止
ANDM2
RSTY2
LDX12
OUTY202指示灯ON/OFF
LDX13
OUTY303指示灯ON/OFF
LDX11
OUTM105M105辅助继电器(使X11与X14输入归一化)
ANDM106M106辅助继电器(使Y10与Y40输入归一化)
OUTY101指示灯ON/OFF
LDX14
OUTM105
ANDM106
OUTY404指示灯ON/OFF
LDM105
CALLP0
FEND主程序结束
P0:
子程序(有定时,既间接使用子程序)
RSTC1
OUTT1K5T1定时0.5S
LDT1
ANIT3
ORC1
OUTT2K5T2定时0.5S
LDT2
OUTT3K5T3定时0.5S
LDT3
OUTC1K3
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