卸料小车的PLC自动控制 2Word下载.docx
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在20世纪80年代,由于计算机的价格下降,这时的大型工控企业将PLC充分的与计算机相结合,通过机器人技术,自动化设备终于实现了PLC在运料小车控制系统在自动方面的应用。
(3)全自动控制:
现阶段,由于PLC技术的向高性能高速度、大容量发展大型PLC大多采用多CPU结构,不断向高性能、高速度和大容量方向发展。
将PLC运用到运料小车控制系统,可实现运料小车的全自动控制,降低系统的运行费用。
PLC运料小车自动控制系统具有连线简单控制速度快,精度高,可靠性和可维护性好,维修和改造方便等优点
2.可编程控制器(PLC)概述
2.1PLC的概述
PLC即可编程控制器(ProgrammablelogicController,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“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。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数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。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
”
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。
2.2PLC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。
2.3PLC的特点
(1)可靠性高,抗干扰能力强。
(2)配套齐全,功能完善,适用性强
(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎
(4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造
(5)体积小,重量轻,能耗低
2.4PLC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。
图2-2PLC的组成框图
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。
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:
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:
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.
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。
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、1/0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相连时,可以组成多机系统或连成网路,实现更大规模的控制;
当与计算机相连时,可以组成多级控制系统,实现控制与管理相结合的综合性控制。
7、编程器
编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。
编程器有简易型和智能型两类。
简易型的编程器只能联机编程,且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后,才能输入。
它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。
智能型的编程器又称为图形编程器,它可以联机编程,也可以脱机编程,具有LCD或CRL图形显示功能,可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。
还可以利用PC作为编程器,PLC生产厂家配有相应的编程软件,使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的互相转换。
程序被下载到PLC,也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以存盘或打印,通过网络,还可以实现远程编程和传送。
现在很多PLC已不再提供编程器,而是提供微机编程软件了,并且配有相应的通信连接电缆。
3控制系统设计
3.1.运料小车的运动分析
某自动生产线上运料小车的运动如图3-1所示,运料小车由一台三相异步电动机拖动,电机正转,小车向右行,电机反转,小车向左行。
在生产线上有5个编码为1—5的站点供小车停靠,在每个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。
对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外,还设有5个行程按钮开关(HJ1--HJ5)分别与5个停车位置的按钮相对应。
图3-1运料小车示意图
3.1.1设备控制要求
运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下:
(1)按下启动按钮,系统开始工作,按下停止按钮,系统停止工作;
(2)当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按扭HJ的编码时,小车向右运行运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止;
(3)当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按扭HJ的编码时,小车向左运行,运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止;
(4)当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按扭HJ的编码时,小车保持不动;
呼叫按钮开关HJ1--HJ5应具有互锁功能,先按下者优先。
3.1.2小车运动分析
小车在行程开关按钮之间的运动如图3-2所示,
图3-2小车在行程开关按钮之间的运动
根据生产工艺要求设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3-3所示,
图3-3小车在两个行程开关按钮之间运料过程中速度变化情况
根据料车运料过程中速度曲线图"
确定变频器的频率变化情况如图3-4所示,
图3-4变频器的频率变化情况
根据系统控制要求,分析出如下系统控制流程图,
图3-5控制系统流程图
3.2运料小车控制系统的PLC选型和资源配置
3.2.1控制系统图
控制系统如图3-5所示
(a)
(b)
3-6运料小车控制系统图
3-7PLC框架配置图
3.3系统软件源程序设计
3.3.1行程开关
在该程序中,5个站的行程开关分别用数字0-4来表示,当小车在1号站时,行程开关X007得电,将数字0传送到数据寄存器D0;
当小车在2号站时,行程开关X010得电,将数字1传送到数据寄存器D0。
依次类推,当小车在5号站时,行程开关X013得电,将数字4传送到数据寄存器D0。
它的助记符程序为:
LDX007
MOVK0D0;
小车在1号站
LDX010
MOVK1D0;
小车在2号站
LDX011
MOVK2D0;
小车在3号站
LDX012
MOVK3D0;
小车在4号站
LDX013
MOVK4D0;
小车在5号站
3.3.2小车启停辅助继电器
当按下启动按钮时,小车开始运动,该辅助继电器M0得电;
当按下停止按钮时,小车停止运动,该辅助继电器M0失电。
LDX000
ORM0
ANIX001
OUTM0;
小车启停辅助继电器
3.3.3呼叫按钮
在该程序中,5个站的呼叫按钮分别用数字0-4来表示,而且由于5个呼叫按钮开关SQ1—SQ5具有互锁功能,先按下者优先,所以需5个辅助继电器M1-M5。
当按下1号站呼叫按钮开关时,行程开关X002得电,数字0传送到数据寄存器D1,同时1号按钮开关辅助继电器得电;
当按下2号站呼叫按钮开关时,行程开关X003得电,数字1传送到数据寄存器D1,同时2号按钮开关辅助继电器得电;
依次类推,当按下5号站呼叫按钮开关时,行程开关X006得电,数字4传送到数据寄存器D1,同时5号按钮开关辅助继电器得电;
LDIM2
ANIM3
ANIM4
ANIM5
ANIX007
ANDM0
LDX002
ORM1
ANB
MOVK0D1;
1号站呼叫按钮开关
OUTM1;
1号站呼叫按钮开关辅助继电器
LDIM1
ANIX010
LDX003
ORM2
MOVK1D1;
2号站呼叫按钮开关
OUTM2;
2号站呼叫按钮开关辅助继电器
ANIM2
ANIX011
LDX004
ORM3
MOVK2D1;
3号站呼叫按钮开关
OUTM3;
3号站呼叫按钮开关辅助继电器
ANIX012
LDX005
ORM4
MOVK3D1;
4号站呼叫按钮开关
OUTM4;
4号站呼叫按钮开关辅助继电器
ANIX013
LDX006
ORM5
MOVK4D1;
5号站呼叫按钮开关
OUTM5;
5号站呼叫按钮开关辅助继电器
3.3.4比较
按下启动按钮和呼叫按钮后,开始对行程开关数据寄存器D0和呼叫按钮数据寄存器D1中的数据进行比较。
当(D0)>(D1)时,即小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时,M6得电,小车向左运行;
当(D0)=(D1)时,即小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时,M7得电,小车不动;
当(D0)<(D1)时,即小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时,M8得电,小车向右运行。
LDM0
CMPD0D1M6
3.3.5向左运动
小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时,小车向左运行,运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止。
LDM6
LDM1
LDM2
ORB
LDM3
ORB
LDM4
LDM5
OUTY000;
小车向左运动
3.3.6向右运动
小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时,小车向右运行,运行呼叫按钮所对应的停靠站时停止。
LDM8
OUTY001;
小车向右运动
4控制系统的调试
4.1编程软件
编程软件采用三菱公司的编程软件GX-Developer,它适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计,网络参数设定,可进行程序的线上更改、监控及调试,具有异地读写PLC程序功能。
4.2程序的构成
将对应程序转换成相应梯形图输入编程软件中,如下所示:
开始运行程序,PLC将运行已经设置好的程序和参数,按下启动按钮和呼叫按钮后,小车到达呼叫的那个站点。
4.3程序的下载、安装和调试
将各个输入和输出端子和实际控制中的按钮、所需控制设备正确连接,完成硬件的安装。
打开GX-Developer编程软件,打开运料小车程序,即可在线调试,最终调试结果符合设计要求,如图4-1所示
图4-1程序调试
总结
如何选购PLC产品成为系统设计和系统功能要求的重要环节。
1.系统规模首先应该确定系统用PLC单机控制,还是用PLC形成网络,由此计算机PLC输入,输出点数,并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上保留一定的余量。
2.确定负载类型根据PLC输入端所带的负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点数动作频率等,从而确定输出端采用继电器输出,还是晶体管输出,或是晶闸管输出。
不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的。
3.存储量与速度尽管国外各个厂家的PLC产品大体相同,但也有一定的区别。
目前还未发现各个公司之间完全兼容的产品。
各个公司的开发软件都不相同,而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。
一般存储容量越大、速度越快的PLC产品价格就越高,但应该根据系统懂得大小合理选用PLC产品。
4.编程器的选购PLC编程可采用三种方式:
一是:
用一般的手持编程器编程,他只能用商家规定的语句表中的语言编程。
这种方式效率低,但对于系统容量小,用量小的产品比较适宜,并且体积小,容易现场调试,造价也较低。
二是:
用图形编程器编程,该编程器采用梯形图编程,翻遍直观,一般的电气人员短期内就可以应用自如,但该编程器造价较高。
三是:
用个人计算机加PLC软件包编程,这种方式是效率最高的一种方式。
基于电脑、笔记本的普及和PLC软件包编程的方便性,并且易于现场调试。
这种方式是用户最喜欢的一种方式。
因此,应根据系统的大小与难易,开发的周期长短以及资金的情况合理选购PLC产品。
5.尽量选用大公司的产品,其质量有保障,且技术支持好,一般售后服务也好,还有利于你的产品扩展与软件升级。
A:
各种输出方式之间的比较
(1).继电器输出:
有点是不同公共点之间可带不同的交流、直流负载,且电压也可不同,带负载直流可达2A/点,但继电器输出方式不适于高频作用的负载,这是由继电器的寿命决定的。
其寿命随带负载电流增加而减少,一般在十几万次至几百万次之间,有的公司可达1000万次以上,响应时间为10ms。
(2).晶闸管输出:
带负载最大的优点带负载能力为0.2A/点,只能带交流负载,可适应高频动作,响应时间为1ms。
(3).晶体管输出:
最大的优点是适用于高频动作,响应时间短,一般为0.2ms左右,但它只能带DC5-30V的负载,最大输出负载电流为0.5A/点,但每4点不得大于0.8A。
当你的系统输出频率为每分钟六次以下时,应首选继电器输出,因其电路设计简单,抗干扰和带负载能力强。
当频率为10次/min以下时,既可采用继电器输出方式;
也可采用PC输出驱动达林顿三极管(5-10A),再驱动负载可大大减小。
B:
抗干扰与外部互锁当PLC输出带感性负载,负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击,为此,对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管,对交流感性负载应并接浪涌吸收电路,可有效保护PLC。
当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后,在PLC的外部也应进行互锁,以加强系统的可靠性。
C:
“COM”点的选择不同的PLC产品,其“COM”点的数量是不一样,有的一个“COM”点带八个输出点,有的带四个输出点,也有的带一个或两个输出点的。
当负载的种类多,且电流大时,采用一个“COM”点带1-2个输出点的PLC产品;
当负载数量多而种类少时
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