PLC系统设计专题3.docx
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PLC系统设计专题3.docx
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PLC系统设计专题3
系统设计专题
姓名*******
学院自动化与电气工程学院
专业控制科学与工程
班级*******
学号*******
指导老师*******
二〇一六年五月三十
1PLC的定义与发展
1.1PLC的定义
所谓PLC,即为可编程控制器,直到1978年国际电工委员(IEC)对PLC下的定义为,可编程控制器是一种用数字运算操作的电子系统,是专为在工业环境下应用而设计的工业控制器。
1.2PLC的发展
从1968年到现在,在短短的几十余年里,PLC已经经历了几次换代。
一开始PLC的产生,其功能以开始是仅限于开关量的逻辑控制。
后来在PLC的成熟时期,其功能增加了数字运算及处理和模拟量控制。
在PLC的大发展时期,其功能与处理的速度大大增加,尤其是增加了一些特殊功能模块(如PID模块)和通信自诊断功能。
在PLC发展最快的时期,软硬件均发生了巨大的变化增加了很多内含CPU的智能模块。
在90年代末期到现在,PLC的发展特点更加适用于现代工业的需要,诞生了各种各样的特殊功能单元。
PLC的主要功能包括,开关量逻辑控制,模拟量控制,数字量控制,机器人控制,分布式控制系统,监控功能,还有许多其他像显示、打印等功能。
2PLC的硬件组成及软件编程
2.1PLC的硬件组成及配置
PLC的基本组成单元(最小系统)由以下部分组成,中央处理单元、存储器、输入输出单元、电源组成。
中央处理单元CPU是PLC的核心部件,是PLC控制系统的运算及控制中心。
存储器是用来储存系统程序、用户程序与数据的。
PLC的接口是PLC与现场生产设备直接连接的端口。
而电源的作用供PLC的内部使用。
西门子公司的PLC产品有SIMATICS7、M7和C7等几大系列。
S7系列是传统意义的PLC产品,S7系列的包括S7-200,S7-300和S7-400,它们均有不同的特点。
S7-200是在美国德州仪器公司的小型PLC上发展起来的,其编程软件为STEP7-Micro/WIN32。
S7-300/400PLC的前身是西门子公司的S5系列PLC,其编程软件为STEP7。
S7-200和S7-300/400PLC虽然有许多共同之处,但是在指令系统、程序结构和编程软件等方面均有相当大的差异。
S7-300PLC是一种通用型的模块式中小型PLC,最多可扩展32个模块。
它适用于中等性能的控制要求。
品种繁多的控制模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动控制任务,用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块,维修时更换模块也很方便。
S7-300采用紧凑的、无槽位限制的模块结构。
一台S7-300PLC可由下述部分:
导轨、电源模块(PS)、CPU模块、信号模块(SM)、功能模块(FM)、接口模块(IM)、通信处理器(即通信模块CP)。
其中电源模块、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信模块安装在导轨上。
电源模块总安装在机架的左边,CPU模块紧靠电源模块,如有接口模块,可放在CPU模块的右侧。
余下的位置可任意安装信号模块、功能模块、通信模块。
S7-400PLC是用于中、高级性能要求的大型PLC,可以扩展300多个模块。
2.2软件编程
S7-300提供了3种用户程序设计,即线性编程、分快编程和结构化编程。
STEP7的编程语言包括LAD(梯形图)、STL(语句表)、FBD(功能块图)这3种编程语言。
在这里,我们使用的是梯形图。
程序的执行是按照周期扫描的方式,所以在编程的过程中,我们需要考虑它的周期扫描性,不至于影响程序的可实施性。
3综合设计
3.1单按钮启停
3.1.1控制要求
第一次按下按钮开关,输出置1;第二次按下按钮开关,输出置0;再按,输出置1;再按,输出置0…即设计一个单键启停电路,使得每按下一次按钮,输出状态变化一次。
3.1.2程序及分析
根据设计的要求,单按键启停按钮的梯形图如下所示
分析:
第一次按下I0.0是,由于M0.1得到一个上升沿,使得M0.0置1,在程序段2中,M0.0置1,上边支路中,由于Q0.0为0,导通,使得Q0.0由零变为1,即由停止变为启动。
由于梯形图的执行时按照周期扫描的方式进行,在下一个扫描周期中,由于I0.0为0,没有上升沿。
M0.0为0,在程序段2中,执行下边的并联支路,也就是说M0.0为0,常闭触点是闭合的,Q0.0为1,常开触点闭合,从而使Q0,.0一直保持为1的状态。
第二次按下I0.0后,M0.1初始状态为0捕获一个上升沿,M0.0置1。
M0.0的常开闭合、常闭断开,而Q0.0初始状态为1,常闭断开、常开闭合,没有通路,从而Q0.0置0失电。
第一个扫描周期结束,第二个扫描周期开始,此时各状态为M0.1=1,M0.0=1,Q0.0=0.在接下来的扫描周期中,无论第二次按下的按键是否弹起,M0.1都将置0,从而M0.0置0失电,常开断开、常闭闭合,而后扫描Q0.0=0,常闭闭合、常开断开,没有通路,从而Q0.0置0。
在下一次按下按钮前,各输出保持不变M0.1=0,M0.0=0,Q0.0=0,恢复为第一次按下按钮前的起始状态。
这就实现了单键停的功能。
这样就实现了但按钮启停。
第二种方法:
利用计数器和比较器进行设计,当计数次数为1时,用计数器的值与比较器1比较,相等置1,不相等则置0,当与2比较时相等则输出为零,同时使加计数器为0。
这样实际上就是1,2,1,2等一直执行下去。
第三种方法:
可以利用存储器的最后一位进行控制,因为对于二进制而言,加一个数,最后一位就要翻转一次,根据这个特点,我们可以编写梯形图
3.2带时间显示的交通灯控制设计
3.2.1控制要求
信号灯受一个启动开关控制,当启动开关接通时,信号灯系统开始工作,且先南北红灯亮,东西绿灯亮。
当启动开关断开时,所有信号灯都熄灭。
南北红灯亮维持25秒,在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮,并维持20秒。
到20秒时,东西绿灯闪亮,闪亮3秒后熄灭。
在东西绿灯熄灭时,东西黄灯亮,并维持2秒。
到2秒时,东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时,南北红灯熄灭,绿灯亮。
东西红灯亮维持25S秒。
南北绿灯亮维持20秒,然后闪亮3秒后熄灭。
同时南北黄灯亮,维持2秒后熄灭,这时南北红灯亮,东西绿灯亮。
周而复始。
3.2.2选型
在此实验中,选择S7-300PLC,其功能上相对于S7-200要更强,且具有高速的指令处理功能、方便用户的参数赋值、人机界面较好、具有自诊断功能、模块化设计、安装方便以及实现过程监视等功能。
3.2.3十字路口交通灯控制的实验面板图
3.2.4输入/输出列表
十子路口交通灯框内
SD
南北G
南北Y
南北R
东西G
东西Y
东西R
SM323数字量输入(输出)框内
2
22
23
24
25
26
27
PLC
I0.0
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
十子路口交通灯框内
A1
B1
C1
D1
A2
B2
C2
D2
SM323数字量输入(输出)框内
32
33
34
35
36
37
38
39
PLC
Q1.0
Q1.1
Q1.2
Q1.3
Q1.4
Q1.5
Q1.6
Q1.7
3.2.5硬件电路图设计
PLC硬件电路图设计
3.2.6接线
把(SM323数字量输入、或数字量输入)框内的
(2)插线孔与(十字路口交通灯)框内的(SD)插线孔连接起来。
把(SM323数字量输出或数字量输出)框内的(22、23、24、25、26、27)插线孔分别与(十字路口交通灯)框内的(南北G、南北Y、南北R、东西G、东西Y、东西R)插线孔一一连接起来。
把数码管的信号线依次与(32—39)连接。
注意:
(十字路口交通灯)框内的(V+)接(SM323数字量输入)框内的(1L+),(COM)接(1M)。
3.2.7程序
分析:
程序段1-16为十字交通灯程序。
该程序是以定时器为主要的元件。
由于南北红灯亮25秒,与东西红灯亮25秒设计的方法一致,且均以25s为单位交替亮灭,在这我只分析一下南北红灯亮的情况。
当按下I0.0时,T1启动延时25秒,此时南北红灯是亮的,同时启动T2,东西绿灯是亮的,当达到20秒后,启动定时器T3,利用进行闪烁,当然这需要加入一个闪烁信号,绿灯闪烁程序的实现过程,以东西绿灯的闪烁程序如程序段5-6所示。
它由两个定时器T4和T5的互锁实现,当T2常开闭合(东西绿灯亮20s以后),常闭断开(东西绿灯熄灭),T4开始倒计时0.5s,计时完成后,东西绿灯点亮,T4常开闭合,T5开始倒计时0.5s,计时完成后,T5常闭断开,T4清零,东西绿灯熄灭,T4常开断开,T5清零,T5常闭闭合,T4上电开始倒计时,开始新一轮循环。
绿灯的闪烁和绿灯亮是并联在一起的,当闪烁时间到时,利用T3的常开出触点来控制T6,进行2s的黄灯控制,2秒结束后,使东西红灯亮,南北绿灯亮,按照同样的方式进行,当然,在一个周期结束后,需要使所有的定时器清零。
从头开始。
程序段17-24为倒计时程序。
倒计时采用数码管来显示。
对于数码管的实现问题,采用了将定时器的BCD输出为BCD格式的当前时间值和时基。
以下为BCD码输出的格式以及解析:
S7中定时时间由时基和定时值两部分组成,定时时间等于时基与定时值的乘积。
当定时器运行时,定时值不断减1直至减到0,减到0表示定时时间到。
定时时间到后会引起定时器触点的动作。
定时器的第0到第11位存放二进制格式的定时值,第12,13位存放二进制格式的时基。
时基与定时范围
若想显示25s,则为000100000011001,从而会在数码管上显示出25。
3.2.8实物电路图
3.3PLC在液体混合装置中的应用
3.3.1控制要求
本装置为两种液体混合模拟装置,SL1、SL2、SL3为液面传感器,液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制,M为搅匀电机,控制要求如下:
初始状态:
装置投入运行时,液体所有阀门关闭.
启动操作:
按下启动按钮SB1,装置就开始按下列约定的规律操作:
液体A阀门打开,液体A流入容器。
当液面到达SL2时,SL2接通,关闭液体A阀门,打开液体B阀门。
液面到达SL1时,关闭液体B阀门,搅匀电机开始搅匀。
搅匀电机工作6秒后停止搅动,混合液体阀门打开,开始放出混合液体。
当液面下降到SL3时,SL3由接通变为断开,再过2秒后,容器放空,混合液阀门关闭,开始下一周期。
停止操作:
按下停止按钮SB1后,所有操作停止,需手动复位所有液位传感器,再启动。
3.3.2混合装置控制的模拟实验面板图:
此面板中,液面传感器、启动都用开关来实现,液体A、B阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅匀电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。
3.3.3输入/输出接线列表
液体混合装置(框内)
SB1
SL1
SL2
SL3
YV1
YV2
YV3
YKM
SM323数字量输入(输出)框内
2
4
5
6
22
23
24
25
PLC
I0.0
I0.2
I0.3
I0.4
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
3.3.4PLC硬件设计图
3.3.5接线
在实验台(液体混合装置)框内完成本实验。
把(SM323数字量输入)框内的(2、4、5、6)插线孔分别与(液体混合装置)框内的(SB1、SL1、SL2、SL3)插线孔一一连接起来。
把(SM323数字量输出)框内的(22、23、24、25)插线孔分别与(液体混合装置)框内的(YV1、YV2、YV3、YKM)插线孔一一连接起来。
注意:
(液体混合装置)框内的(V+)接(SM323数字量输入)框内的(1L+),(COM)接(1M)。
3.3.6程序
按动(液体混合装置)框内的按钮SB1启动。
YV1灯亮,表示液体A正在加料。
一段时间后手动拨动SL3(液位传感器),表示物料已到SL3液面。
再过一段时间后手动拨动SL2液位传感器,表示物料已到SL2液面,同时液体A阀门关闭,液体B阀门打开,YV1灯灭,YV2灯亮表示液体B正在加料。
再过一段时间后手动拨动SL1液位传感器,表示料已满。
关闭液体B阀门。
同时YKM灯亮,搅拌机运转,6秒后YKM灯灭,YV3灯亮,手动拨动SL1、SL2、SL3表示液位慢慢下降,混合液体放出。
2秒后,容器放空,混合液体阀门关闭,开始下一周期。
要求在组态软件中,实现动态监控功能。
3.3.7程序的实际运行图以及力控监视画面
实际运行图
力控监视图
4.感想与建议
通过这三个周的学习,我对这门课程有了比较深刻的认识,是一门主要以实践为主的课程,老师主要是培养我们的实际动手能力,给我们题目让我们自己去研究设计,鼓励我们创新,培养了我们主动学习的能力,而且还鼓励我们上台讲解我们的设计思路,锻炼了我们的沟通能力,另外,我们不仅仅了解了PLC的软件编程,更重要的是了解了它的硬件结构,这对于学习是十分有利的。
通过这门课的学习,让我对PLC的工作原理有了更加深刻地认识,对编程语言也有了一定的了解。
同时也对上位机有了一个深刻地认识,通过组态软件,可以清晰地在电脑上看到自己的动态运行结果。
因此我感觉这门课程对我自己的学习有很大的帮助。
最后也感谢老师对我们无私的帮助,鼓励我们大胆的将我们设计思路在课堂上给大家讲出来,对我们将来工作面试有很大的帮助非常感谢!
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