钻孔动力头的PL制C控.docx

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钻孔动力头的PL制C控

燕山大学

PLC

项目设计报告

题目：

钻孔动力头的PLC控制

学院：

里仁学院

系别：

电气工程系_

年级专业：

11级检测专业

学生姓名：

吕伟

指导教师：

金梅张立国

电气工程学院《课程设计》任务书

课程名称：

电气控制与PLC

基层教学单位：

仪器科学与工程系指导教师：

金梅、张立国

学号

学生姓名

（专业）班级

设计题目

钻孔动力头的PLC控制

设

计

技

术

参

数

1.设计内容见附页（5）

2.使用组态王实现上位控制

3.公共实践（四层电梯）

4.公共实践（邮件分拣）（选作）

5.查阅资料（变频器）

设

计

要

求

采用PLC进行设计。

画出系统图，采用梯形图编程，并给出相应的组态控制工程（附主画面）。

结合公共实践部分，完成设计说明书。

参考

资料

“电气控制”类图书及论文资料

“可编程控制器”类图书及论文资料

周次

15，16周

应

完

成

内

容

分析设计要求、查资料、确定方案，设计梯形图、设计上位组态

撰写课程设计说明书，答辩

指导教

师签字

基层教学单位主任签字

说明：

1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科

目录

一、控制任务1

二、I/O地址的分配及接线图1

（1）PLC的输入/输出点分配表1

（2）PLC控制接线图2

三、电气控制电路图3

四、控制梯形图4

五、指令表5

六、说明书6

1、PLC控制优点6

2、PLC如何选型10

3、分析所编的程序并阐述系统的工作原理14

七、参考资料15

钻孔动力头的PLC控制

一、控制任务

（1）动力头在原位时开关K3受压，加启动命令后接通电磁阀F1，动力头快进。

（2）动力头碰到限位开关K1后，接通电磁阀F1和F2，动力头由快进转为工进。

（3）动力头碰到限位开关K2后，停止进给，延时10S。

（4）延时时间到，接通F3，动力头快速退回。

（5）当原点限位开关K接通时，动力头快速退回结束。

根据上述控制要求，用PLC编制程序实现对钻孔动力头的控制。

该动力头的加工过程控制任务：

动力头在原位时，加启动命令后接通电磁阀F1，动力头快进，碰到限位开关K1时接通电磁阀F1和F2转为工作进给，碰到限位开关K2时，停止进给。

延时10s后接通电磁阀F3，动力头快速退回，当原点限位开关K3接通时动力头快退结束。

二I/O地址的分配及接线图

（1）PLC的输入/输出点分配表

输入信号

名称

代号

输入点编号

启动按钮

启动

X0

停止按钮

停止

X1

原点限位开关

K3

X2

快进限位开关

K1

X3

工进限位开关

K2

X4

输出信号

名称

代号

输出编号

正转接触器

KM1

Y0

正转接触器

KM2

Y1

反转接触器

KM3

Y2

（2）PLC控制接线图

三、电气控制电路图

五、PLC控制梯形图

六、PLC控制指令语句表

七、说明书

1、PLC控制的优点

（1）可编程序控制器PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

（2）可编程序控制器的优势、特点及功能

可编程控制器以体积小功能强大所著称,它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系,从而实现生产过程的自动控制.特别是现在,由于信息、网络时代的到来,扩展了PLC的功能,使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业.

A、生产过程的监控和管理

PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连.显示器作为人机界面（HMI）是一种内含微处理芯片的智能化设备,它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯,及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排.所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行.PLC可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理,并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII字符等方式进行显示.在显示画面上,通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态,如阀门的开与关,电机的启动与停止,位置开关的状态等.PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化,操作人员通过参数设定可进行参数调整,通过数据查询可查找任一时刻的数据记录,通过打印可保存相关的生产数据,为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利.

B、闭环过程控制

以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的PID模拟调节器来实现开、闭环控制.而现在完全可以采用PLC控制系统,选用模拟量控制模块,关于时间继电器的用途,其功能由软件完成,系统的精度由位数决定,不受元件影响,因而可靠性更高,容易实现复杂的控制和先进的控制方法,可以同时控制多个控制回路和多个控制参数.例如生产过程中的温度、流量、压力、速度等.

C、顺序控制

顺序控制是PLC最基本、应用最广泛的领域.所谓的顺序控制,就是按照工艺流程的顺序,在控制信号的作用下,使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作.由于它还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点,所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统.它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号,控制机械运动部件进行相应的操作,从而达到了自动化生产线控制.比较典型应用在自动电梯的控制、管道上电磁伐的自动开启和关闭、皮带运输机的顺序启动等.例如我分厂的原料混料系统就是利用了PLC的顺序控制功能.

D、运动位置控制

PLC可以支持数控机床的控制和管理,在机械加工行业,可编程控制器与计算机数控（CNC）集成在一起,用以完成机床的运动位置控制,它的功能是接受输入装置输入的加工信息,经处理与计算,发出相应的脉冲给驱动装置,通过步进电机或伺服电机,使机床按预定的轨道运动,以完成多轴伺服电机的自控.目前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削摸削等应用中.

2、PLC如何选型

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。

熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

（1）输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。

（2）存储器容量的估算 

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。

为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。

（3）控制功能的选择 

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

A、运算功能 

简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。

随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。

设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。

大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。

要显示数据时需要译码和编码等运算。

B、控制功能 

控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。

PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。

例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。

C、通信功能 

大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。

通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。

PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/

422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：

1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。

PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。

PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：

@、PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；

@、1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；

@、PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；

@、专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。

为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。

D、编程功能

离线编程方式：

PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。

完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。

离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。

在线编程方式：

CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。

这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

3、分析所编的程序并阐述系统的工作原理

（1）按下启动按钮，第一逻辑行中的串联接触点X000闭合，M0置1，并联接触点M0闭合，M0自锁。

同时第二逻辑行中的串联接触点M0闭合，Y000置1，Y000的常开触点KM1闭合，快速电机和慢速电机启动，且快速电机拖动慢速电机，钻孔动力头快速进给。

（2）动力头碰到限位开关ST1后，第三逻辑行的串联接触点X003闭合，M1置1，并联接触点M1闭合，M1自锁。

同时第四逻辑行的串联接触点M1闭合，Y001置1，Y001的常闭触点KM2断开，快速电机停止，慢速电机继续，钻孔动力头工进。

（3）动力头碰到限位开关ST2后，第五逻辑行的串联接触点X004闭合，M2置1，并联接触点M2闭合，M2自锁，T0开始计时，同时第一、五逻辑行的串联接触点M0断开，进给电机停转。

延时开始。

（4）10s计时结束，第六逻辑行的串联接触点T0闭合，Y002置1，Y002的常开触点KM2闭合，快速电机和慢速电机反转，且快速电机拖动慢速电机，钻孔动力头快速退回。

（5）动力头碰到原点限位开关ST3后，第五逻辑行的串联接触点X002断开，Y002置0，Y002的常开触点KM3断开，快速电机和慢速电机停转，钻孔动力头停止进给。

八、参考资料

（1）上海工业自动化仪表研究所《三菱超小型F1系列可编程控制器》1990

（2）王兆义《可编程控制器的选型问题》上海电器技术NO2：

29—33

（3）宫淑贞《可编程控制器原理及应用》人民邮电出版社，2002，163—168

（4）谢克明《可编程控制器原理与程序设计》电子工业出版社，2003，238—239