基于PLC送料车控制系统设计.docx
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基于PLC送料车控制系统设计.docx
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基于PLC送料车控制系统设计
摘要
可编程序控制器(Programmablecontroller)简称PLC,由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单,所以PLC的应用领域在迅速扩大。
对早期的PLC,凡是有继电器的地方,都可采用。
而对当今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。
尤其是近几年来,PLC的成本下降,功能又不段增强,所以,目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。
本设计是为了实现送料小车的手动和自动化的转化,改变以往小车的单纯手动送料,减少了劳动力,提高了生产效率,实现了自动化生产!
而且本送料小车的设计是由于工作环境恶劣,不允许人进入工作环境的情况下孕育而成的。
本文从第一章送料小车的系统方案的确定为切入点,介绍了为什么选用PLC控制小车;第二章介绍了送料小车的应达到的控制要求;第三章根据控制要求进行了小车系统的具体设计,包括端子接线图、梯形图(分段设计说明和系统总梯形图)和程序指令设计;最后得出结论。
关键词:
PLC、送料小车、
Abstract
ProgrammablelogiccontrollerreferredtoPLC,becauseofthehighreliabilityPLCadaptability,flexibility,environment,useconvenient,simplemaintenance,sotheapplicationofPLCintherapidlyexpanding.InearlyPLC,alwayshaverelaysplace,canuse.Butintoday'sPLCtocontrolsystemthatalmostsaythereisneedofplaceofPLC.Especiallyinrecentyears,thecostofPLC,functionandnotincrease,so,atthemoment,PLCathomeandabroad,hasbeenwidelyusedinvariousindustries.
Inordertoachievethedesignofthecarfeedthetransformationofmanualandautomated,simpletochangethepast,carmanualfeed,areductionoftheworkforce,increasedproductivity,automatedproduction!
Feedingandthecarisdesignedtobeasaresultofbadworkingconditionsarenotallowedtoentertheworkingenvironmentofthecircumstancesformed.ThisarticlefromthefirstchapterofthefeedsystemofthecaridentifiedasanentrypointtointroduceacarWhychoosePLCcontrol;ChapterIIintroducedthecarfeedthecontrolrequirementstobemet;ChapterIIIunderthecontrolofthecarsystemtocarryoutthespecificdesign,includingtheterminalwiringdiagram,ladderdiagram(Sub-totalsystemdesigndescriptionsandladder)andproceduresforinstructiondesign;thefinalconclusion.
Keywords:
PLC、Feedingcar、
目录
第一章绪论1
第一节课题背景1
第二节设计目的和意义1
第二章PLC控制系统的硬件设计2
第一节PLC控制系统设计的基本原则于内容2
第二节PLC的选择4
第三节小车送料系统方案的选择8
第三章送料车PLC控制的软件设计9
第一节控制要求9
第二节接线图形设计9
结束语10
谢辞11
参考文献12
第一章绪论
第一节课题背景
随着近代工厂的发展,在生活,工业上用电都日益显著。
伴着我国的改革开放逐步深入,国民经济日益增长,尤其在炼油、化工、制药等行业中,多种液体混合是生产中必不可少工序,搅拌器是其生产过程中十分重要的组组成设备。
但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质,以致现场工作环境十分恶劣,不适合人工操作。
另外,生产要求该系统要具有配料精确、控制可靠等特点,这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。
第二节设计目的和意义
搅拌器是工业生产中必不可少的生产设备,它的发明和应用使工人工作时变的省时又安全,很好地缓解了企业的生产压力。
而在工业设备市场竞争日益激烈和利润下降的今天,各个生产厂商均致力于开发出能满足企业各种要求的产品,并努力降低生产成本以致增强竞争力。
对于搅拌器的PLC控制系统设计进行深入研究,可使我们掌握搅拌器这种重要企业生产设备的工作原理和控制系统,进一步了解PLC在不同领域的应用方法,同时也为将来从事电子信息行业打下一定基础,所以本题课具有重大的意义。
由于本人所学知识及经验有限,设计中存在一定的疏漏,殷切希望老师和同学批评,提出宝贵建议及意见。
第二章PLC控制系统的硬件设计
第一节PLC控制系统设计的基本原则于内容
一、PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现控制对象的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。
因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则。
1.最大限度地满足被控制对象的控制要求
充分发挥PLC的功能,最大限度地满足被控制对象的控制要求,是设计PLC控制系统的首要前提,这也是设计最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究,收集控制现场的资料,手机相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合,拟定控制方案,共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
2.保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行,是设计控制系统的重要原则。
这就要设计者在系统设计、元器件选择、软件编程要全面考虑,以确保控制系统安全可靠。
3.力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量,带来巨大的经济效益和社会效益,但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此,在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要设计者不仅应该使控制系统简单、经济,而且要使控制系统的使用和维护凡便、成本低,不宜盲目追求自动化和高指标。
4.适应发展的需要
由于技术的不断发展,控制系统的要求也将会不断地提高,设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求选择PLC、输入∕输出模块、I/O点数和内存容量时,要适当留有余量,以满足今后生产的发展和工艺的改进。
二、PLC控制系统与调试步骤
1.分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控制对象的工艺过程及工作特点,链接被控对象机、点、液、等之间的配合,提出被控对象对PLC控制系统的控制要求,确定控制方案,拟定设计任务书。
2.确定输入∕输出设备
根据系统的控制要求,确定系统所需要的全部输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)和输出设备,从而进一步确定与PLC有关的输入∕输出设备,以确定PLC的I/O点数。
3.选择PLC
PLC选择包括PLC的机型、容量、I/O模块、电源等选择。
主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
4.分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
(1)分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入∕输出设备的连接图或对应关系表,该部分也可在第
(二)步进行。
表2-1送料小车PLC的I/O分配表
输入
输出
S3
I0.0
检测小车是否到达,起动
S2
I0.1
称重按钮,停止
S1
I0.2
检测料是否已满
SB1
I0.3
停止开关
M3
Q0.0
传送电动机
M2
Q0.1
送料电动机
M1
Q0.2
送料电动机
K1
Q0.3
进料阀门
K2
Q0.4
送料阀门
L2
Q0.5
允许汽车开走
L1
Q0.6
允许汽车进入
(2)设计PLC外围硬件线路
画出系统其他部分的电气线路图,包括主电路和未进入PLC的控制电路等。
有PLC的I/O连接图和PLC外围硬件线路图组成系统的电气原理图。
到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
5.程序设计
(1)程序设计
图2-1外部接线图
根据系统的控制要求,采用合适的设计方法来设计PLC程序。
程序要以满足系统控制要求为主线,逐一编写实现各控制功能或个子任务的程序,逐步完善系统指定的功能。
(2)程序模拟调试
程序模拟调试的基本思想是,以方便的形式模拟审查现场实际状态,为程序的运行创造必要的环境条件。
6.硬件实施
硬件实施方面主要是进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。
主要内容有:
实际控制柜和操作台等部分的电气布置图及安装接线图。
设计系统各部分之间的电气互连图。
根据施工图样进行现场界限并进行详细检查。
7.联机调试
联机调试是将提过模拟调试的程序进一步进行在线统调。
联机调试过程循序渐进,从PLC之连接输入设备,再连接输出设备,再接上实际负载等逐步进行调试。
如不符合要求,则对硬件和程序作调整。
通常只需修改部分程序即可。
8.整理和编写技术文件
技术文件包括设计说明书、电气原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书。
第二节PLC的选择
一、PLC机型的选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。
选择是主考虑以下几点。
1.合理的结构模式
PLC主要有整体和模块式两种结构型式。
整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为比较固定的小型控制系统中;而模块式PLC的功能灵活方便,在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大,且维修方便,一般用于较复杂的控制系统。
2.安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。
3.相应的功能要求
一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、技术等功能,对于只需开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主,带小量模拟量控制的系统,可选用能带A/D和D/A转换单元,具有加减算术运算、数据传输功能的增强型低档PLC。
对于控制复杂,要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度,选用中档或高档PLC。
但是中、高档PLC价格较贵,一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
4.响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器,不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。
5.系统可靠性要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。
对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用余系统或热备用系统。
6.机型尽量统一
一个企业,应尽量做到PLC的机型统一。
主要考虑以下三方面问题:
(1)机型统一,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理.
(2)机型统一,其功能和使用方法类似,有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
(3)机型统一,其外部设备通用,资源可共享,易于联网通信,配上位计算机后易于构成一个多级分布式控制系统。
二、PLC容量的选择
PLC的容量选择包括I/O点数和用户存储容量两个方面。
1.I/O点数的选择
PLC平均的I/O点数的价格还比较高,因此应该合理选用PLC的I/O点的数量,在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少,但必须留下一定的余量。
通常I/O点数是根据被控制对象的输入、输出信号的实际需求,再加上10%~15%的余量来确定。
2.存储容量的选择
用户程序所需的存储容量大小不且与PLC系统的功能有关,而且还与功能实现的方法程序编写水平有关。
一个经验的程序员和一个初学者,在完成同一个复杂功能时,器程序量可能相差25%之多,所以对于初学者应该在存储容量估算时多留余量。
PLC的I/O点数的多少,在很大程序上反映了PLC系统的功能要求,因此可在I/O点数确定的基础上,按下式估算存储容量后,再加20%~30%的余量。
存储容量(字节)=开关量I/O点数*10+模拟量I/O通道数+100
另外,在存储容量选择的同时,注意对存储器的类型的选择。
三、I/O模块的选择
一般I/O模块的价格占PLC价格的一半以上。
PLC的I/O模块有开关量I/O模块、模拟量I/O模块及各种特殊功能模块等。
不同的I/O模块,其电路及功能也不同,直接影响PLC的应用范围和价格,应当根据实际需要加以选择。
1.开关量I/O模块的选择
(1)开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号,将信号转换为PLC内部接受的低电压信号,并实现PLC内、外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面:
(a)输入信号的类型及电压等级
开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。
选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。
直流输入模块的延迟时间较短,还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接;交流输入模块可靠性好,适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
开关量输入模块的输入信号的电压等级有:
直流5V、12V、24V、48V、60V等;交流110V、220V等。
选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。
一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合,如5V输入模块最远不得超过10米。
距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
(b)输入接线方式
开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。
汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端(COM);而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组,每一组(几个输入点)有一个公共端,各组之间是分隔的。
分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高,如果输入信号之间不需要分隔,一般选用汇点式的。
(c)注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等),应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60%。
(d)输入门槛电平
为了提高系统的可靠性,必须考虑输入门槛电平的大小。
门槛电平越高,抗干扰能力越强,传输距离也越远,具体可参阅PLC说明书。
(2)开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号,并实现PLC内外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面:
(a)输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜,既可以用于驱动交流负载,又可用于直流负载,而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小,同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但其属于有触点元件,动作速度较慢(驱动感性负载时,触点动作频率不得超过1HZ)、寿命较短、可靠性较差,只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载,应该选用晶闸管输出或晶体管输出,它们属于无触点元件。
但晶闸管输出只能用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流负载。
(b)输出接线方式
开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。
分组式输出是几个输出点为一组,一组有一个公共端,各组之间是分隔的,可分别用于驱动不同电源的外部输出设备;分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端,各输出点之间相互隔离。
选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。
一般整体式PLC既有分组式输出,也有分隔式输出。
(c)驱动能力
开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。
用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。
如果实际输出设备的电流较大,输出模块无法直接驱动,可增加中间放大环节。
(d)注意同时接通的输出点数量
选择开关量输出模块时,还应考虑能同时接通的输出点数量。
同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值,如一个220V/2A的8点输出模块,每个输出点可承受2A的电流,但输出公共端允许通过的电流并不是16A(8×2A),通常要比此值小得多。
一般来讲,同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60%。
(e)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标,它与不同的负载类型密切相关,特别是输出的最大电流。
另外,晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低,在实际使用中也应注意。
2.模拟量I/O模块的选择
模拟量I/O模块主要功能是数据转换,并与PLC内部总线相连,同时为了安全也有电气隔离功能。
模拟量输入(A/D)模块是将现场有传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量;模拟量输出(D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
3.特殊功能模块的选择
目前,PLC制造厂商相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块,有的还推出了自带CPU的智能型I/mk,如高速计数器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。
第三节小车送料系统方案的选择
实现小车送料系统控制有很多方法来实现,可以用单片机、可编程控制器PLC等元器件来实现。
但在单片机控制系统电路中需要加入A/D,D/A转换器,线路复杂,还要分配大量的中断口地址。
而且单片机控制电路易受外界环境的干扰,也具有不稳定性。
另外控制程序需要具有一定编程能力的人才能编译出,在维修时也需要高技术的人员才能修复,所以在此也不易用单片机来实现。
而从上述第一节对PLC的特点了解可知,PLC具有很多优点,因此我们归纳出:
可编程控制器PLC具有很高的可靠性,通常的平均无故障时间都在30万小时以上;安装,操作和维护也较容易;编程简单,PLC的基本指令不多,编程器使用比较方便,程序设计和产品调试周期短,具有很好的经济效益。
此外PLC内部定时、计数资源丰富,可以方便地实现对送料小车的控制。
因此,最终我选择了用可编程控制器PLC来实现送料小车系统的控制,完成本次的设计题目。
第三章送料车PLC控制的软件设计
第一节控制要求
初始状态:
绿灯(L1)亮,红灯(L2)灭,表示允许汽车开进装料,此时,进料阀门(K1),料斗阀门(K2),电动机(M1,M2,M3)皆为OFF状态。
当汽车到来时,检测开关S3接通(负载板上未设,可从通用器件板选取),红色信号灯L2亮,绿色L1灭,传送带驱动电动机M3运行;2s后,电动机M2运行;再经过2s,M1运行,依次顺序起动送料系统。
电动机M3运行后,进料阀门K1打开料斗进料,料斗装满时,检测开关S1=1,进料阀门K1关闭(设1料斗物料足够装满1车);料斗出料阀门K2在M1运行及料满(S1=1)后,打开放料,物料通过传送带的传送,装入汽车。
当装满汽车后,称重开关S2动作,料斗出料阀门K2关闭,同时电动机断电停止,2s后M2停止,再过2s,M1停止,L1亮,L2灭,表示汽车可以开走。
第二节接线图形设计
一、梯形图
图4-1梯形图
结束语
运用PLCL来设计自动送料车系统,无论是设计思想还是设计过程,都非常的方便,并且调试管理简单明了。
PLC无论是在工业生产上,还是在民用商用设计上,都有十分巨大的现实意义和商业价值。
谢辞
在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导,感谢老师无私的帮助,给我提出很多很好的建议,让我获易匪浅。
在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富,使我终身受益。
参考文献
1.求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践.北京:
人民邮电出版社,2005.
2.张万忠.可编程控制器应用技术.北京:
化学工业出版社,2002.
3.杨长能.可编程序控制器(PC)基础及应用[M].重庆:
重庆大学出版社,1997.
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