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层次:
高起专
专业:
电力系统自动化技术
年级2015秋季
学号:
学生:
陈海宁
题目三:
运料小车三位控制系统设计
运料小车控制示意图如下图所示,小车在初始状态时停在中间,限位开关为ON,按下起动按钮,小车开始右行,并按图所示的顺序运动,最后返回并停在初始位置。
设计要求:
(1)首先对可编程序控制器(PLC)的产生与发展、主要性能指标、分类、特点、功能与应用领域等进行简要介绍;
(2)设计选用西门子S7-200系列PLC,画出控制系统的顺序功能图,使用STEP7-MicroWIN编程软件设计程序梯形图(梯形图截图后放到作业中);
(3)总结:
需要说明的问题以及设计的心得体会。
一、PLC的产生和发展
PLC是可编程序控制器的简称,它是一种数字运算电子系统,是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
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的自动控制中。
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,美国最大的汽车制造商——通用汽车制造公司(GM),为适应汽车型号的不断翻新,试图寻找一种新型的工业控制器,以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间,降低成本。
因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,制成一种适合于工业环境的通用控制装置,并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化,用“面向控制过程,面向对象”的“自然语言”进行编程,使不熟悉计算机的人也能方便地使用,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)。
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。
二、PLC的主要性能指标
PLC的性能指标一般从以下几个方面考虑:
(1)存储容量
存储容量是指用户程序存储器的容量。
用户程序存储器的容量大,可以编制出复杂的程序。
一般来说,小型PLC的用户存储器容量为几千字,而大型机的用户存储器容量为几万字。
(2)I/O点数
输入/输出(I/O)点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和,是衡量PLC性能的重要指标。
I/O点数越多,外部可接的输入设备和输出设备就越多,控制规模就越大。
(3)扫描速度
扫描速度是指PLC执行用户程序的速度,是衡量PLC性能的重要指标。
一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度,通常以ms/K字为单位。
PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间,可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间,来衡量扫描速度的快慢。
(4)指令的功能与数量
指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。
编程指令的功能越强、数量越多,PLC的处理能力和控制能力也越强,用户编程也越简单和方便,越容易完成复杂的控制任务。
(5)内部元件的种类与数量
在编制PLC程序时,需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。
这些元件的种类与数量越多,表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。
(6)特殊功能单元
特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。
近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发,特殊功能单元种类日益增多,功能越来越强,使PLC的控制功能日益扩大
(7)可扩展能力
PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。
在选择PLC时,经常需要考虑PLC的可扩展能力。
三、PLC的特点及应用分类
PLC主要有一下几个特点:
(1)可靠性高,抗干扰能力强
(2)编程简单、易学(3)功能完善(4)通用性强(5)设计、安装、调试工作量小,维护方便(6)体积小,能耗低
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况主要分为如下几类:
(1)开关量的逻辑控制
(2)模拟量控制(3)运动控制(4)过程控制(5)数据处理(6)通信及联网
四、控制系统顺序功能图
本文设计选用西门子S7-200系列PLC---S7-222,八个数字量输入,六个数字量输出,能完全满足本设计的需求。
控制系统的IO设计如下表所示:
表IO地址表
输入
输出
中间定位开关
小车右移
右端定位开关
小车左移
左端定位开关
启动开关
控制系统顺序功能图如下图所示
图控制系统顺序功能图
五、控制系统程序梯形图
本设计的PLC控制系统梯形图使用STEP7-MicroWIN编程软件进行设计。
具体梯形图如图所示:
图控制系统程序梯形图
程序运行过程:
(1)小车在中间位置,为ON,按下启动开关,小车右移为1.
(2)小车运行到右端点,为ON,小车开始左移,为1.
(3)小车运行到左端点,为ON,小车开始左移,为1.
(4)小车运行到中点,为ON,小车停止.
设计心得
通过本次电路的设计,我对三相异步电动机的PLC控制系统原理有了进一步的了解,对于PLC顺序控制的设计和程序的编写有了更进一步的经验和体会,提高了本人对PLC的分析和运用能力,由于本人水平有限,对其中的原理和实际操作方法有待深入的学习研究和提高。
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