PLC课程设计报告.docx
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PLC课程设计报告.docx
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PLC课程设计报告
PLC课程设计说明书
院别:
自动化学院
专业:
电气工程及其自动化一班
姓名:
学号:
指导教师:
日期:
2012年9月25日
目录
一.PLC控制系统的设计概述2
一、控制系统设计的基本原则2
二、控制系统设计的基本内容2
二.控制系统设计内容5
一.Y/△降压启动监控系统5
1、任务描述5
2、设计任务和要求5
3、设计方案提示5
二.运料小车监控系统6
1、任务描述6
2、设计任务和要求7
3、设计方案提示7
三.红绿交通灯监控系统7
1、任务描述7
2、设计任务和要求8
3、设计方案提示8
四.PID调节监控系统9
1、任务描述9
2、设计任务和要求10
3、设计方案提示10
三.课程设计的分析11
一.Y/△降压启动监控系统11
二.运料小车监控系统12
三.运红绿交通灯监控系统14
四.PID调节监控系统15
一.PLC控制系统的设计概述
在进行PLC控制系统设计时,需要全面系统地考虑系统的控制要求,最大限度地满足系统的控制要求,从实际出发,设计一个可靠性高、技术先进合理、易操作、易维护、低成本的PLC控制系统。
一、控制系统设计的基本原则
同其他电气控制系统一样,PLC控制系统的设计原则就是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求,从而保证生产过程安全、可靠、稳定、高效地进行。
基本的设计原则如下。
1、满足被控对象的要求
PLC控制系统设计的首要任务就是要充分满足被控对象对控制系统提出的要求,这也是PLC控制系统设计中最重要的原则。
为了实现系统的控制目标,要求设计人员对被控对象和生产现场做深入细致的调查研究,详细收集有关的设计资料,包括生产现场的作业环境,生产设备的相关参数,控制设备的操作方式和操作顺序;,以及相关的管理经验等。
在制订控制方案时,要与现场的管理人员、技术人员及操作人员共同研究,紧密配合,共同拟订控制方案,解决设计中的疑难问题和重点问题。
2、确保系统安全可靠、操作简单
确保PLC控制系统的安全可靠、长期稳定地连续运行,这是任何一个控制系统的生命线。
为此,必须在控制方案的制定、控制设备的选择及应用程序的编制方面都要建立在确保控制系统安全可靠的基础上。
在操作上,要保证系统操作的简单有效,尤其是在设计控制程序时,不仅要保证在正常的工作条件下的正确运行,还必须充分考虑到在非正常的工作条件下(如电源突然掉电再上电,操作人员的误操作,非法操作等),系统仍能正常工作。
要求控制程序只能接受合法操作,拒绝非法操作。
3、尽量减少工程成本和维护费用
任何一个控制系统都能改善作业环境,提高劳动生产率,改进产品质量。
但是,如何在满足生产工艺要求的前提下,设计一个低成本、低维护费用的PLC控制系统,这也应当是进行PLC控制系统设计时要考虑的一个基本设计原则,使得设计出来的PLC控制系统,既可靠、高效,又经济、实用。
4、适当留有扩展裕量
PLC具有易于系统扩展的能力,以PLC作为主控制器的控制系统,要考虑和利用这种易于系统扩展的能力。
在进行PLC控制系统设计时,要考虑到今后生产工艺的改进和控制功能的扩充问题。
在进行控制系统组态时,要留有适当的裕量。
二、控制系统设计的基本内容
1、机型选择
由于PLC是PLC控制系统的核心器件,因此正确选择PLC的机型是进行PLC系统设计的首要内容。
机型的选择主要考虑以下几方面。
①系统的控制类型。
下列系统非常适宜采用PLC控制:
✓单机控制的小系统。
✓慢过程控制的大系统。
✓快速控制的大系统。
②系统的控制对象。
✓输入量/输出量的类型和数量。
✓对CPU功能的要求。
✓控制室与现场的最远距离。
2、系统组态
在选定PLC的机型后,就要对所选机型进行系统组态。
CPU组态是指配置PLC系统的部分硬件的功能和参数。
进行一个PLC系统的组态应包含很多内容,例如:
对输入/输出的组态;对通信设备的组态;对各种功能模板的组态等。
最基本、最常用的系统组态是CPU主机单元对输入/输出系统进行组态。
例如,S7—200系列PLC对输入/输出系统进行的系统组态,应包括如下方面:
✓配置I/O点数及模板地址。
✓设置输入滤波。
✓设置脉冲捕捉。
✓配置数字量输出表。
3、编程元件地址分配
在对系统进行组态后,要对系统的编程元件进行地址分配,首先是要对输入/输出点进行地址分配。
在进行地址分配时,从理论上讲,可以随意分配,但是从工程实际角度出发,应考虑地址分配与电缆布线、程序编制、系统调试及维护检修的联系,使之便于施工布线,便于编制和调试程序,便于维护检修。
(1)单台PLC系统的输入/输出点的地址分配
以一个具有4台交流电动机控制的PLC控制系统为例,每台交流电动机需要14个输入点(其中连锁条件8点,启动停止命令6点),6个输出点(其中启动输出和停止输出2点,电磁阀2点、指示灯2点),系统的主令控制需要10个输入点,6个输出点。
共需要66个输入点,30个输出点。
CPU对输入/输出系统的系统组态为:
用1台S7—200,CPU224,4台EM223(16入/16出)I/O模板。
按照表4-1进行地址分配,则1号电动机涉及到2个EM223模板,2号电动机涉及到2个EM223模板,而3号电动机和4号电动机则涉及到3个EM223模板。
这样进行的地址分配,不仅使得各台电动机与I/O模板的布线比较混乱,也不便于编程和维护检修。
如果按控制设备(如电动机)对输入/输出点进行分组,在组内按顺序分配,使同一台控制设备的输入/输出点相对集中,这样不仅布线方便,对于编程、调试及维护检修都很方便。
(2)多台PLC系统的输入/输出点的地址分配
在多台PLC控制系统中,应根据整体控制要求,按照控制类别对输入/输出点统一进行分组,规定出每台PLC都要遵循的地址分配原则。
例如某自动化生产线有4道生产工序,虽然每道工序所完成的任务不同,所用的设备也不相同,但是针对控制对象而言,都有非常类似的操作任务,如启动、停止、复位、显示、检测等。
如果能对每台PLC的输入/输出点统一归类分组后再进行地址分配,对于编程、调试及维护检修是非常方便的。
如果系统的控制规模较大,还要涉及到很多诸如定时器、计数器、辅助继电器等编程元件时,对这些编程元件也要进行地址分配,以便于编制程序、阅读程序和分析查找故障。
建立了地址分配表的另一个好处是可以使用符号地址编写程序。
4、软件设计
软件设计就是编写具体的用户程序,几种典型的PLC控制程序的编写方法如下。
(1)图解法编程
1梯形图法。
2逻辑流程图法。
3时序流程图法。
4步进顺序控制法。
(2)经验法编程。
经验法编程就是运用自己或别人的经验编写PLC控制程序。
所谓运用自己的经验是指采用自己熟悉的编程方法,或对以前编写的工艺相近的控制程序进行修改。
所谓运用别人的经验是指借鉴别人的设计经验,参考有关资料介绍的典型控制程序来编写PLC控制程序。
(3)计算机辅助设计编程
计算机辅助设计编程是通过专用的PLC编程软件,在计算机上进行程序设计,可以进行在线编程或者离线编程,也可以进行离线仿真或者在线调试。
通过专用的PLC编程软件,还可以方便地实现程序存取、加密或生成EXE类型的应用程序。
5、编制系统的技术文件
当系统交付使用后,应当根据系统调试的最终结果,整理并编写完整的技术文件交给用户,以利于系统的维护和改进。
系统的技术文件一般包括:
①PLC的外部接线图和其他的电气图纸。
②PLC的编程元件表,包括输入/输出点的地址分配,定时器、计数器、辅助继电器等的地址分配,以及定时器和计数器的设定值。
带注释的梯形图或者基于步进顺序控制的顺序功能图。
④必要的设计说明。
二.控制系统设计内容
一.Y/△降压启动监控系统
1、任务描述
设计一个Y/△降压启动监控系统。
设计一套电动机降压启动控制电路是plc学习的基本内容之一,是学习时间顺序控制的开始,同时也是学习监控组态画面建立的开始。
在本课题中,设计一套可以远程控制电动机的启、停,并可通过远程改变相关参数的系统,把它作为一个典型的时序控制任务,完成PLC的课程设计还是很有意义的。
2、设计任务和要求
要求如下:
1对控制电路进行I/0地址分配
2启动转换时间初始为3s,可通过远程画面修改。
3远程画面应有运行停止的明显标志。
4具有运行时间累计显示。
3、设计方案提示
(1)控制任务分析
在本次设计中,主要任务有三项:
i.设计正确的PLC运行程序。
ii.设计适宜的远程人工交互画面。
iii.建立正确的PLC中的变量数据与组态软件中的变量连接。
(2)星形—三角形降压起动控制线路原理介绍参见图1-1
正常运行时定子绕组接成三角形的三相鼠笼式异步电动机,均可采用星—三角降压起动方法,以达到限制起动电流的目的。
图示为星—三角降压起动控制线路,当合上刀开关QS后,按下起动按钮SB2,接触器KM1,KM3及通电延时型时间继电器KT的线圈通电,并由KM1的常开辅助触点自锁。
此时,主电路中电动机绕组首端U、V、W接入三相电源,未端U′、V′、W′被短接,形成星形接法。
这时电动机每相绕组承受的电压为额定电压的,起动电流(线电流)只有三角形接法时的1/3。
当电动机转速升高到一定值时,时间继电器KT延时动作,其延时断开触点断开,KM3线圈断电,其主触点断开;同时KT延时闭合触点闭合,KM2线圈通电并自锁,其常闭辅助触点(与KM3动断辅助触点形成互锁,以防止同时通电造成主电路短路)断开,使KT断电,避免时间继电器长期通电工作。
其主触点闭合,将U与V′、V与W′、W与U′连在一起形成三角形接法。
此时电动机绕组承受全部额定电压,即全压运行。
三相笼型异步电动机星—三角降压起动具有投资少,线路简单的优点。
但是起动转矩只有直接起动时的1/3。
因此,它只适用于空载或轻载起动的场合。
图1-1
二.运料小车监控系统
1、任务描述
小车运行要求:
小车可在A、B两地分别启动。
A地启动后,小车先返回限位开关STl处,停车20s装料;然后自动驶往B地,到达限位开关ST2处停车,底门电磁铁动作,卸料30s:
然后返回A地,停车20s装料;如此往复。
(1)控制要求
i.手动操作:
能手动控制小车向前运行、向后运行,并能打开小车底门。
ii.连续往返自动控制:
当小车启动后,能够自动往返运行。
iii.停车控制:
小车在自动往返运行过程中,均可用手动开关令其停车。
再次启动后,小车重复ii中内容。
图2-1
2、设计任务和要求
要求如下:
①对控制电路进行I/0地址分配
②停车时间初始为20s,可通过远程画面修改。
③远程画面应有运行的明显标志。
④具有远程手、自动切换功能。
3、设计方案提示
(1)控制任务分析
在本次设计中,主要任务有三项:
i.设计正确的PLC运行程序。
ii.设计适宜的远程人工交互画面。
iii.建立正确的PLC中的变量数据与组态软件中的变量连接。
(2)程序设计分析
流程图如图2-2
图2-2
三.红绿交通灯监控系统
1、任务描述
图3-1是—十字路口交通信号灯示意。
信号灯的动作受开关总体控制,按压启动按钮,信号灯系统开始工作,并周而复始地循环动作,按压停止按钮,所有信号灯都熄灭。
3-1
控制要求:
信号灯的控制要求如图3-2所示
图3-2
2、设计任务和要求
要求如下:
①对控制电路进行I/0地址分配
②等持续时间初始为图3-2中值,可通过远程画面修改。
③远程画面显示出交通运行状态。
④具有远程控制功能。
3、设计方案提示
(1)控制任务分析
在本次设计中,主要任务有三项:
i.设计正确的PLC运行程序。
ii.设计适宜的远程人工交互画面。
iii.建立正确的PLC中的变量数据与组态软件中的变量连接。
(2)程序设计分析
流程图如图3-3
图3-3
四.PID调节监控系统
1、任务描述
在烧结配矿试验与烧结矿的理化检验中,常用到试验电炉。
传统的试验电炉控制只具备恒温控制,温度设定值由人工通过温度控制器的给定电位器设定,试验准确性很难保证。
为求得理想的配矿结构及烧结工艺,必须对炉膛的温度、温度对时间的变化率、试验时间进行调节与控制。
因此要求对试验电炉的温度进行程序控制,使炉膛的温度严格按给定的温度曲线变化,以保证试验的准确性。
试验电炉的温控曲线如图4-1所示。
设计中要考虑不同的试验品种,所需参数不同。
图4-1
试验电炉的控制采用PLC和A/D、D/A模块组合控制,试验电炉控制系统如图4-2所示(松下机型)。
图4-2
2、设计任务和要求
要求如下:
①对控制电路进行I/0地址分配
②远程画面应有设定曲线、实际测量曲线,可通过远程画面修改设定曲线。
③远程画面应显示PID调节器画面、可修改PID参数。
④具有历史曲线可供查询。
3、设计方案提示
(1)控制任务分析
在本次设计中,主要任务有三项:
i.设计正确的PLC-PID运行程序。
ii.设计适宜的远程人工PID交互画面。
iii.建立正确的PLC-PID中的变量数据与组态软件中PID的变量连接。
(2)程序设计分析
①温控曲线的形成。
②加热控制:
温度控制系统主回路采用双向晶闸管对加热器进行控制。
由热电偶检测到的随温度变化的电信号直接加到温度变送器进行处理,温度变送器输出4—20mA模拟电流信号,加到A/D输入端,经PLC进行浮点和PID运算后,经D/A单元通过过零触发器,双向晶闸管,达到控制加热器的目的。
③测量信号的变换温度变送器输出信号为4~20mA。
④PID控制:
PID控制指令,把当前温度给定值Tg变换后的测量值Tc,作为PID的给定信号和反馈信号,利用试凑法计算出比例系数、积分和微分时间常数,根据电炉的实际控制条件,对上述参数再进行细调。
三.课程设计的分析
一.Y/△降压启动监控系统
(1)系统的I/O的分配表
名称
I/O口
组态王控制
星三角停止
I0.3
M1.1
星三角启动
I0.2
M1.0
时间清零
I0.4
M0.2
星运行
Q1.0
三角运行
Q1.1
表1
(2)工作流程
Y/△降压启动监控系统这个设计的组态王模拟图如图1所示,在这个设计中,电动机的动作用指示灯来指示。
合上启动按钮后,电动机先做星运行,经过切换时间kk后(启动转换时间初始为3s),电动机自动切换到三角运行。
而电机星运行合三角运行的总时间是ll,按下停止按钮之后,电动机停止运行,运行时间不会丢失,在电机重新启动后,继续记时。
而按下清零按钮之后,时间清零。
转换时间和可以在组态王软件进行更改。
补充:
转换时间VW10,运行时间VW20。
图1
二.运料小车监控系统
(1)系统的I/O的分配表
名称
PLCI/0端子
组态控制
小车启动
I0.5
M2.1
向左(启动)
I0.6
M2.2
向右
I0.7
M2.0
左限位
I1.0
M2.6
右限位
I1.1
M2.7
左行接触器(KM2)
Q1.3
右行接触器(KM1)
Q1.2
小车停止
I1.2
M2.3
底门开
Q1.4
底门关
Q1.5
底门手动开关
I1.3
M2.4
(2)工作流程
在运料小车监控系统这个设计中,按下启动按钮之后,小车由A地往左运动,到达装料位置时(左限位)后,小车装料,小车暂停时间nnn(小车装料时间初始值为20s),装料完之后,小车自动往右运动,直到到达卸料位置(右限位)之后,小车暂停mmm(小车卸料时间初始值为20s),暂停期间,小车底门打开,装料完之后,小车自动向左运动。
小车可在任何位置分别启动向左行或者向右行,小车底门可通过底门手动开关手动开或关,按下停止按钮之后,小车停止运动。
组态王图如图4所示,小车运动命令语言如图2,图3所示。
补充:
装货时间VW90,卸货时间VW100。
图2
图3
图4
三.运红绿交通灯监控系统
(1)系统的I/O的分配表
名称
PLCI/0端子
组态控制
东西红灯
Q0.0
东西黄灯
Q0.1
东西绿灯
Q0.2
南北红灯
Q0.4
南北黄灯
Q0.5
南北绿灯
Q0.6
红绿灯启动
I0.0
M0.1
红绿灯停止
I0.1
M0.3
(2)工作流程
当按下启动按钮时,红路灯启动东西绿灯和南北红灯,东西南北灯亮的顺序如图5所示,时间可以更改。
当按下停止按钮时停止运行。
组态王如图6所示。
图5
图6
四.PID调节监控系统
(1)PLC程序符号表
实训心得
在本次的实训中,通过写PLC程序以及组态王的学习和制作,我学习和复习了很多知识,特别时经过了一个暑假,PLC和组态王基本都已经忘光了,刚开始时基本什么都不会,PLC的编程都有困难,后来经过了看书,上网查资料以及问同学,终于把程序写好并运行成功。
接着就是组态王,本来在学PLC的时候我的组态王就没学好,这次的实训可谓是为我的PLC课程查漏补缺,在自己的看书和查资料以及老师和同学的帮助下,我最终也可以很熟练的操作组态王,并且在完成自己的实训设计之后还可以帮助其他没熟练的同学。
只是,正如老师所讲的,本次的实训时间很短,很多PLC和组态王的操作知识我们还是不了解和未掌握的,所以在未来,要自己找时间去多多练习和了解。
这次的实训,非常感谢班里的同学和指导老师的指导,使我得以顺利完成本次实验。
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