基于PLC控制的运料小车设计论文.docx
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基于PLC控制的运料小车设计论文
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广西工业职业技术学院
设计说明书
专业:
电气自动化
基于PLC控制的运料小车设计
绪论1
1.PLC的结构、工作原理及系统设计2
1.1PLC的结构2
1.2PLC的工作原理3
1.2.1循环扫描技术3
1.3PLC的编程语言3
1.3.1梯形图语言4
1.3.2助记符语言4
1.3.3功能块图语言4
1.4PLC控制系统的构成,设计原则及步骤5
2运料小车控制系统的方案论证7
2.1运料小车控制系统的控制内容与要求7
2.1.1运料小车的运动流程7
2.1.2设备控制要求7
2.2方案论证8
3运料小车控制系统的总体设计10
3.1硬件设计10
3.1.1PLC外部接线图10
3.2软件设计10
3.2.1PLC状态流程11
3.2.2系统梯形图12
3.3程序的运行调试与仿真15
4设计小结16
4.1小车的优缺点分析16
4.2设计的改进及推广16
4.3常见故障及排除方法.........................................................................................................16
总结17
参考文献18
致谢19
附录20
绪论
1题目来源及课题意义
随着科学技术的日新月异,对自动化程度要求越来越高,原有的生产线已不能满足要求。
在工业生产中运料是一个非常重要的环节,但是其岗位对人体伤害较大或者是劳动负荷较大。
所以运料小车在工业生产中发挥了重要作用,为企业节省了人力、物力等,节约了生产成本提高了经济效益。
但是,相比传统接触器、继电器控制的运料小车电气控制线路比较复杂,不容易检修及维护。
基于PLC的自动松辽小车控制系统可以解决上述问题,因此对它的设计具有了现实可能性。
2可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)
可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的,最初叫做可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController),即PLC,现已广泛应用于工业控制的各个领域。
大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世后的发展极为迅速。
现在,PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能,同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。
毫无疑问,PLC将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。
在20世纪80年代,美国的工业市场调查报告和1989年美国的一份分散控制系统(DCS)的调研报告中,都能看出PLC在工业控制中的重要作用。
关键词:
可编程控制器三相异步电动机运料小车
1.PLC的结构、工作原理及系统设计
1.1PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同。
根据结构形式的不同,PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。
整体式(又称箱体式)结构的PLC由中央处理器(CPU)、存储器、输入输出(IO)单元、电源电路和通信端口等组成,并将这些组装在同一机体内。
这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入输出点数固定、实现的功能和控制规模固定,但灵活性较低。
其基本结构框图如图1-1所示。
图1-1整体式结构
模块式(又称组合式)结构的PLC是将中央处理器(CPU)、存储器、输入输出(IO)单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块,应用时将这些模块根据控制要求插在机架上,各模块间通过机架上的总线相互联系。
模块式的PLC安装完成后,需进行登记,以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认,其特点是系统构成的灵活性较高,可以构成不同控制规模和功能的PLC,但同时价格也较高。
基本结构框图如图1-2所示。
图2-2模块式结构
图1-2模块式结构
1.2PLC的工作原理
PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同,继电器控制是并行运行方式,即如果输出线圈通电或断电,该线圈的触点立即动作,只要形成电流通路,就有可能有几个电器同时动作。
而PLC则不同,它采用循环扫描技术,只有该线圈通电或断电,并且必须当程序扫描到该线圈时,该线圈触点才会动作,而且每次它只能执行一条指令,这也就是说PLC以“串行”方式工作的,这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。
也可以说,继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出,而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。
1.2.1循环扫描技术
PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段:
输入阶段(将外部输入信号的状态传送到PLC)、执行程序和输出阶段(将输出信号传送到外部设备)。
扫描过程如图1-3所示。
图1-3循环扫描
在输入阶段中,PLC先进行自我诊断,然后与编程器或计算机通信,同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据,并把它们存入相应的输入存储单元。
在执行阶段中,PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。
从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据,然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算,得到运算结果,并将这些结果存入相应的输出存储器单元。
在输出阶段中,PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上,并通过输出模块向外部没备传送输出信号,开始控制外部设备。
1.3PLC的编程语言
可编程控制器的编程语言主要有梯形图语言、助记符语言及功能块图。
1.3.1梯形图语言
梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。
最大的优点就是直观易懂,使用简单方便。
对来自电气方面的用语,通过梯形图很容易就能掌握,同时它也是PLC的主要编程语言。
例如,一个简单PLC控制系统,当常开按钮SBFl动作时,水泵开启,当常闭按钮SBSl动作时,水泵停止运行。
用继电器控制和用PLC控制的梯形图如图1-4和图1-5所示。
图1-4继电器控制电气图
图1-5PLC控制梯形图
1.3.2助记符语言
助记符语言与汇编语言类似,它使用字符来代表可编程控制器的某种操作,这就要求用户要有一定的计算机编程基础。
用助记符语言编写上一个例子的程序如下:
LDI0
ORQ0
ANDNI1
OUTQ0
1.3.3功能块图语言
西门子公司的S7系列PLC除了可以用梯形图和助记符语言进行编程外,还可以用功能块图语言进行编程。
功能块图语言与数字电子技术的逻辑电路图类似,不同的功能块实现不同的功能,从而实现所需控制要求。
如图1-6所示:
图1-6PLC功能块图
1.4PLC控制系统的构成、设计原则及步骤
PLC控制系统由硬件部分和软件部分组成。
对于整个PLC控制系统来说,其硬件部分不仅包括选择符合控制要求的PLC机型、存储器容量、电源模块、输入输出模块、通信模块、模拟量输入输出模块和特殊功能模块等,还应当包括选择合适的可编程控制器外围装置、设备与接口,如输入设备(控制按钮、开关、传感器等)、执行装置(接触器、继电器等)和由执行装置控制的现场设备(水泵、鼓风机、阀门等)。
软件部分主要包括对PLC进行IO点地址、内部继电器、定时器、计数器等的分配,PLC控制程序的设计(梯形图、语句表、流程图等),还有一些技术文件等。
PLC控制系统是为工艺流程服务的,所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。
PLC控制系统的设计应遵循以下原则。
(1)根据工艺流程进行设计,力求控制系统能最大限度地满足控制要求。
(2)在满足控制要求的前提下,尽量减少PLC系统硬件费用。
(3)考虑到以后控制要求的变化,所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。
(3)控制系统使用和维护方便、安全可靠。
一般PLC控制系统的设计步骤如图1-7所示,具体操作如下。
(1)控制要求分析
在设计PLC控制系统之前,必须对工艺过程进行细致的分析,详细了解控制对象和控制要求,这样才
能真正明白自己所要完成的任务,并更好地完成任务,设计出令人满意的控制系统。
(2)确定输入输出设备
根据控制要求选择合适的输入设备(控制按钮、开关、传感器等)和输出设备(接触器、继电器等),根据所选用的输入输出设备的类型和数量确定PLC的I0点数。
(3)选择合适PLC
确定PLC的I0点数后,就根据I0点数、控制要求等来进行PLC的选择。
选择包括机型、存储器容量、输入输出模块、电源模块和智能模块等。
(4)I0点数分配
点数分配就是规定PLC的I0端子和输入输出设备。
(5)PLC程序设计
首先把工艺流程分为若干阶段,确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备,还有不同阶段之间的联系,然后画出程序流程图,最后再进行程序编制。
(6)模拟调试
程序编制好后,可以用按钮和开关模拟数字量,电压源和电流源代替模拟量,进行模拟调试,使控制程序基本满足控制要求。
(7)现场联机调试
现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。
在这一步中可以发现程序存在的实际问题,然后经过修正后使其满足控制要求。
(8)整理技术文件
这一步主要包括整理与设计有关的文档,包括设计说明书、IO接线原理图、程序清单和使用说明书等。
图1-7设计步骤示意图
2运料小车控制系统的方案论证
2.1运料小车控制系统的控制内容与要求
2.1.1运料小车的运动流程
某自动生产线上运料小车的运动如图2-1所示:
启动
图2-1运料小车示意图
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,小向左行。
电动机正反转图如图2-2所示:
图2-2三项异步电动机正反转主电路图
在生产线上有3个编号为原位,l和2的站点供小车停靠,在每一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3个控制按钮开关(SQ1~SQ2)分别与二个控制要求停靠站点相对应。
2.1.2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)每次送货都按启动按钮,而且装有货才能启动。
小车到达指定货位,卸货延时3秒自动返回原位停车。
(2)可随时使小车返回原位,也可以随时使小车停止远行。
(3)小车低速送货,高速返回。
(4)有三种工作方式选择:
1只送货到货位1。
2只送货到货位2。
3向两个货位轮流送货。
(5)要有电源,送货,返回指示灯。
2.2方案论证
早期运料小车电气控制系统多为继电器-接触器组成的复杂系统,这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷,几乎无数据处理和通信功能,必须有专人负责操作。
后来,单片机应用到运料小车控制系统中。
单片机有优异的性能价格比、集成度高、体积小、有很高的可靠性、控制功能强、低功耗、低电压,便于生产便携式产品,外部总线增加了I C及SPI,单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
单片机编程方法复杂,不容易上手,使用于简单应用。
将PLC应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用。
PLC运料小车电气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,安装、维修和改造方便等优点。
运料小车控制系统的控制系统构成图如2-3所示:
图2-3运料小车控制系统图
运料小车控制系统流程图如图2-4所示
图2-4控制系统流程图
3运料小车控制系统的总体设计
3.1硬件设计
3.1.1PLC外部接线图
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
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