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PLC报告.docx
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PLC报告
目录
1.课程设计目的和意义2
2.课程设计题目描述和要求2
2.1控制要求2
2.2生产流水线控制示意图2
2.3控制系统的I/O点及地址分配3
3.课程设计报告内容3
3.1PLC概述3
3.1.1PLC的定义3
3.1.2PLC的应用领域4
3.1.3PLC的应用特点4
3.2PLC系统选型7
3.3三相异步电动机的选择8
3.4变频器简介8
3.5电气控制系统原理图10
3.5.1主电路图10
3.5.2PLC外围接线图11
3.5.3变频器接线图11
3.6系统程序设计12
4.总结13
5.参考书目14
附录A15
附录B16
附录C18
饮料装配流水线的PLC控制
1.课程设计的目的和意义
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展,计算机控制已扩展到所有的控制领域。
现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
为了满足这一需求,生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性,可编程控制器就顺应而生。
现在可编程控制器亦广泛应用于饮料罐装生产线上,基于PLC控制的饮料灌装生产线使罐装这一过程更加的趋于全自动化,能更加方便、快捷、准确、可靠的完成饮料从灌到装的全过程,生产效率高。
采用PLC控制的系统结构简单,通用性强,编程简单,维护操作方便、功能完善,基于这些特点会使其在饮料灌装业上得以普遍应用。
2.课程设计题目描述和要求
2.1控制要求
(1)系统通过开关设定为自动操作模式,一旦启动,则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止;瓶子装满饮料后,传送带驱动电机必须自动启动,并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。
(2)当瓶子定位在灌装设备下时,停顿1s,灌装设备开始工作,灌装过程为5s钟,灌装过程应有报警显示,5s后停止并不再显示报警;报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁。
(3)用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数,一旦系统启动,必须记录空瓶数和满瓶数,设最多不超过99999999瓶
(4)可以手动对计数器清零(复位)。
2.2生产流水线控制示意图
图2.1生产流水线控制示意图
2.3控制系统的I/O点及地址分配
根据图2.1及以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如表2.1所示
表2.1输入输出点代码及地址编号
名称
代码
地址编号
输入信号
启动按钮
SB1
I0.0
复位按钮
SB2
I0.1
移位按钮
SB3
I0.2
输出信号
A
KM0
Q0.0
B
KM1
Q0.1
C
KM2
Q0.2
D
KM3
Q0.3
E
KM4
Q0.4
F
KM5
Q0.5
G
KM6
Q0.6
H
KM7
0.7
3.课程设计报告内容
3.1PLC概述
3.1.1PLC的定义
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境而设计。
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、顶事、记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,控制各种类型机械的生产过程。
而有关的外围设备,都应按易于与工业系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
3.1.2PLC的应用领域
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.开关量逻辑控制
2.工业过程控制
3.运动控制
4.数据处理
5.通信及联网
3.1.3PLC的应用特点
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,工作量小,维护方便,容易改造
3.1.3PLC应用中需要注意的问题
PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。
然而,尽管有如上所述的可靠性较高,抗干扰能力较强,但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行,要提高PLC控制系统可靠性,一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求设计、安装和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。
因此在使用中应注意以下问题:
1.工作环境
(1)温度
PLC要求环境温度在0~55oC,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周通风散热的空间应足够大。
(2)湿度
为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。
(3)震动
应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。
当使用环境不可避免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。
(4)空气
避免有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。
对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。
(5)电源
PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。
在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中,可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。
一般PLC都有直流24V输出提供给输入端,当输入端使用外接直流电源时,应选用直流稳压电源。
因为普通的整流滤波电源,由于纹波的影响,容易使PLC接收到错误信息。
2.控制系统中干扰及其来源
现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一,所谓治标先治本,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。
因此必须知道现场干扰的源头。
(1)干扰源及一般分类
影响PLC控制系统的干扰源,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,其原因是电流改变产生磁场,对设备产生电磁辐射;磁场改变产生电流,电磁高速产生电磁波。
通常电磁干扰按干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。
共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。
共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流,亦可为交流。
差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种干扰叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。
(2)PLC系统中干扰的主要来源及途径
强电干扰
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。
由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。
尤其是电网内部的变化,刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。
柜内干扰
控制柜内的高压电器,大的电感性负载,混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。
来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。
此干扰主要有两种途径:
一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。
由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。
来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。
正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。
来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
变频器干扰
一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰,引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰,影响周边设备的正常工作。
3.主要抗干扰措施
(1)电源的合理处理,抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:
1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接LC滤波电路。
(4)正确选择接地点,完善接地系统
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。
接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。
完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。
接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。
例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。
此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。
若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。
PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。
模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。
安全地或电源接地
将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。
如电源漏电或柜体带电,可从安全接地导入地下,不会对人造成伤害。
系统接地
PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地,叫系统接地。
接地电阻值不得大于4Ω,一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。
信号与屏蔽接地
一般要求信号线必须要有唯一的参考地,屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地环路”。
信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接点。
5)对变频器干扰的抑制
变频器的干扰处理一般有下面几种方式:
加隔离变压器,主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。
滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,还具有防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能。
使用输出电抗器,在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。
3.2PLC系统选型
从上面分析可以知道,系统共有开关量输入点3个、开关量输出点8个。
如果选用CPU222PLC,则需要扩展单元;如果选用CPU226PLC,则价格较高,浪费较大。
根据西门子S7-200产品目录及市场实际价格,选用主机为西门子CPU224(14输入/10输出)一台。
西门子CPU224简介:
本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。
可连接7个扩展模块,最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。
16K字节程序和数据存储空间。
6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。
1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
I/O端子排可很容易地整体拆卸。
是具有较强控制能力的控制器。
3.3三相异步电动机的选择
随着电子技术的高速发展,以“变频器+变频高速电机”的交流调速方式将取代传统的调速方法,其应用将会越来越广泛,应用变频调速方式将会给各行业在生产上带来优越的技术性能和显著的经济效益:
节约能源、提高生产效率、提高机械的自动化程度。
由于变频器供电的特殊性,一般用途的电动机远不能满足高速或低速时运行、快速动态响应的要求,因此,应用变频调速必须使用专用的变频调速电动机。
YPF系列电动机能与各类SPWM变频装置相配套,构成“变频器+变频调速电机”调速系统,调整范围宽、振动小、噪声低,频率<50HZ时具有恒转矩调速特性,频率>50HZ时输出恒功率特性,电动机调速平稳,无转矩脉动现象,并具有较高的起动转矩及较小的起动电流;可使用于各种需要调速的传动装置中,故选择Y132M-4三相异步电动机。
3.4变频器简介
变频器采用西门子MICROMASTER440,MICROMASTER440是一种集多种功能于一体的变频器,它适用于电动机需要调速的各种场合。
它可通过数字操作面板或通过远程操作方式,修改其内置参数,即可工作各种场合。
主要特点是:
内置多种运行控制方式;快速电流限制,实现无跳闸运行;内置式自动斩波器,实现直流注入制动;具有PID控制功能的的闭环控制,控制器参数可自动调整;多组参数设定且可互相切换,变频器可用于控制多个交通工作的生产过程;多功能数字、模拟输入/输出口,可任意定义其功能和具有完善的保护功能。
此变频器共有20多个控制端子,分4类:
输入信号端子、频率模拟设定输入端子、信号输出端子和通信端子。
DIN1~DIN6为信号输入端子,一般用于变频器外部控制,其具体功能由相应设置决定。
例如出场是设置DIN1为正相运行、DIN2为反向运行等,根据需要通过修改参数可改变功能。
使用输入信号端子可以完成对电动机的正反转控制、复位、多级速度设定、自由停车、点动控制等操作。
PLC端子用于电动机内置PTC测温传感器输入端。
AIN1、AIN2为模拟信号输入端子,分别作为频率给定信号和闭环时反馈信号输入。
变频器提供了3种模拟信号输入方式:
外围电位器设定、0~10V电压设定和4~20mA电流设定。
当电压或电流设定时,最大的电压和电流对应变频器输出频率设定的最大值。
变频器有两路频率设定通道,开环控制时只需AIN1通道,闭环控制时使用AIN2通道作为反馈输入,两路模拟设定作为叠加。
输出信号的作用是对变频器运行状态的指示,或向上位机提供这些信息。
KA1、KA2、KA3为继电器输出,其功能也是可编程的,如故障报警运行状态指示等。
AOUT1、AOUT2端子为模拟量输出0~20mA信号,其功能也是可编程的,用于输出指示运行频率电流等。
P+、N—为通信端子,是一个标准的RS-485接口。
通过此通信接口,可以实现对变频器的远程控制,包括运行/停止机频率设定控制,也可与端子控制进行组合完成对变频器的控制。
变频器可使用数字操作面板控制,也可使用端子控制,也可是一能够RS-485通信接口对其远程控制。
3.5电气控制系统原理图
此部分包括主电路图及PLC外围接线图。
3.5.1主电路图
图3.1电气控制主电路图
3.5.2PLC外围接线图
图3.2PLC外围接线图
3.5.3变频器接线图
图3.3变频器接线图
3.6系统程序设计
系统程序设计采用简单直观易懂的梯形图设计,在此程序中我们用到了寄存器移位指令、定时器指令、复位指令、边沿脉冲指令、RS触发指令等指令。
其中移位寄存器指令我们很少用到,现在我对该指令做一下概述。
移位寄存器指令功能描述:
该指令在梯形图中有3个数据输入端,即DATA为数值输入,将该位的值移入移位寄存器;S_BIT为移位寄存器的最低位端;N指定移位寄存器的长度。
每次使能输入有效时,在每个周期内,整个移位寄存器移动一位。
所以要用边沿跳变指令来控制使能端的状态,不然该指令就失去了应用的意义。
移位方向分为正向移位和反向移位。
正向移位时长度N为正值,移位是从最低字节的最低位(S_BIT)移入,从最高字节的最高位移出;反向移位时长度N为负值,移位是从最高字节的最高位移入,从最低字节的最低位(S_BIT)移出。
数据类型:
DATA和S_BIT为BOOL型,N为字节型,可以指定的移位寄存器最大长度为64位,可正可负。
最高位的计算方法:
[N的绝对值-1+(S_BIT的位号)]/8,余数即是最高位的位号,商与S_BIT的字节号之和即是最高位的字节号。
4.总结
通过这次PLC课程设计,让我对PLC梯形图、PLC外围接线图有了更好的了解,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。
虽然本次课程设计是要求自己独立完成,但是,彼此还是脱离不了集体的力量,遇到问题和同学互相讨论交流。
多和同学讨论。
我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题,这样,我们可以尽可能的统一思想,这样就不会使自己在做的过程中没有方向,并且这样也是为了方便最后的设计。
讨论不仅是一些思想的问题,还可以深入的讨论一些技术上的问题,这样可以使自己的在处理问题上思路更为开阔,也少走弯路。
多改变自己设计的方法,在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法,这样可以方便自己解决问题。
5.参考书目:
[1]廖常初,PLC基础及应用.北京:
机械工业出版社
[2]史国生,电气控制与可编程控制器技术.北京:
化学工业出版社,2003
[3]孙振强,可编程控制器原理及应用教程.北京:
清华大学出版社,2003
[4]阮友德,电气控制与PLC实训教程.北京:
人民邮电出版社,2006
[5]王永华,现代电器控制及PLC应用技术,北京航空航天大学出版,2005
[6]汪晓平,可编程控制器系统开发实例导航.北京:
人民邮电出版社,2004
[7]求是科技,PLC应用开发技术与工程实践北京.北京:
人民邮电出版社,2004
[8]张万忠,可编程控制器入门与实用实例.北京:
中国电力出版社,2004
[9]柴瑞娟,陈海霞,西门子PLC编程技术及工程应用,北京:
机械工业出版社,2004
[10]高钦和,可编程控制器应用技术和设计实例,北京:
人民邮电出版社,2004
附录A
元器件清单表
电子元器件清单
器件地址
名称
型号
数量
QS
三级隔离开关
GW5-35
1
DC24V
开关电源
FW7207/24
1
FU
熔断器
RC1A-15A
1
FR
热继电器
ST18-JRS2
1
M
三相异步电机
Y132M-4
1
通用变频器
MICEOMSTER440
1
SB
按钮
PB-303
3
附录B
梯形图程序
附录C
小组分工
张玉平
组长
查找资料,软硬件设计,撰写报告。
周兵
组员
查找资料,软硬件设计。
全文山
组员
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郝军涛
组员
查找资料,硬件设计。
徐有刚
组员
查找资料,修改报告。
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