焦化推焦车PLC程序设计.docx
- 文档编号:6611713
- 上传时间:2023-01-08
- 格式:DOCX
- 页数:34
- 大小:197.80KB
焦化推焦车PLC程序设计.docx
《焦化推焦车PLC程序设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《焦化推焦车PLC程序设计.docx(34页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
焦化推焦车PLC程序设计
江苏科技大学南徐学院本科毕业论文
焦化推焦车——PLC控制程序设计
Cokingpushingcar——PLCprogramdesign
摘要
随着科技的不断进步和发展,现代化的管理方式越来越广泛地应用于各个领域,而在冶金炼焦行业中,由于其工艺过程的特性加上几十年来生产管理的习惯方式,使其在自动化控制管理方面,无论是生产设备还是控制方式,均落后于其他行业。
,因此根据我国的实际情况,研究焦化推焦车的PLC控制系统十分必要。
本论文是以西门子S7-200PLC可编程控制器为基础,利用STEP7-Micro软件实现PLC程序的编译调试,从而实现了焦化推焦车的PLC控制。
论文重点详解了焦化推焦车运行的流程以及各段流程的PLC控制过程,并且设计了使用西门子PLCS7-200控制焦化推焦车的程序。
该程序实现了:
焦化推焦车走行的前行、后退和速度变化的控制;炉门的移门、提门和举门运动的顺序控制;焦化推焦车推焦的前行、后行和速度变化的控制;
本程序将PLC控制与变频调速应用于焦化推焦车控制系统中,保证推焦车的安全稳定运行,保证推焦工作人员的安全,提高生产运行安全可靠性,降低操作管理人员的劳动强度,减少生产人员提高劳动价值,实现设备控制的现代化发挥了积极作用。
关键词:
焦化推焦车;PLC控制;程序设计;
Abstract
Alongwiththescienceandtechnologyprogressanddevelopment,modernmanagementmodearewidelyappliedinvariousfields,butthecokingindustryinmetallurgyduetothecharacteristicsofprocessandproductionmanagementalwaysmakeitswayinthehabitofautomationmanagement,productionequipmentorcontrolmodeindecades,soitsarebehindsotherindustries.Therefore,accordingtotheactualconditionsofourcountry,itisverynecessaryfortheresearchofcokingpushingcarofPLCcontrolsystem.
ThispaperbasedonSiemensS7-200PLCprogrammablecontroller,andusingtheMicrosoftwareSTEP7-PLCprogramcompilesanddebuggingtorealizesthecontrolofcokingpushingcarbyPLC.ThekeypointofthispapersisthecokingpushingcarrunningprocessandtheprocessofeachprocessanddesignofPLCcontrol,anddevisethecontrolofcokingpushingcarprogrambuySiemensS7-200PLC.Thisprogramhavemanyfunctions.Firstcokingpushingcargobackanddo,thespeedcontrol.Second,thesequencecontrolofdoormovement.Thelast,cokingpushingcarpushinggobackanddo,thespeedcontrol.
ThisprogramwillbecontrolledbyPLCandinverterapplicationincokingpushingvehiclecontrolsystem,ensurepushingcarsforthesafeandstableoperation,ensurethesafetyofworkersatpushing,improvetheproductionsafetyofoperationreliabilityandoperationmanagement,reducethelaborintensityofproductionpersonneltoimprovelaborvalue,realizeplayapositiveroleinthemodernequipmentcontrol.
Keywords:
cokingpushingcar;thecontrolofPLC;programdesign;
第一章绪论
1.1选题的背景与意义
炼焦行业是一个特殊的行业。
由于现场环境恶劣、连续作业、劳动密集型强、事故的突发性大等因素,使炼焦装备技术的自动化显得尤为重要。
过去我国焦化工业所采用的粗放型生产控制模式己经无法满足当前的生产需要,而且生产中隐藏着许多不安全因素。
如果焦车定位精度不够高,不仅影响生产的效率,在推焦的过程中也容易造成红焦落地的重大事故。
所以采用精确可靠的节约型生产模式是我国焦化工业的发展方向,也是摆在科研工作者面前的一个重要课题。
推焦车,拦焦车采用PLC控制、液压传动,并且增加了头尾焦处理、余煤回送、炉门炉框清扫等。
该系统的结构主要包括两部分:
定位与连锁系统和通讯系统。
其数字定位系统是通过数据网络并行交互来控制焦炉机车变频器,从而控制机车以一定的速度运行;无线通信采用频率范围为420~470MHz的高频无线通讯。
虽然国外的一些设备具有精度高、性能安全可靠、稳定性强等优点。
但是像日本、德国等国家的定位系统要么技术保密,要么技术过于复杂,我们都无法直接借鉴。
鉴于此,设计开发出新的炉号识别和自动停车定位系统来满足我国的生产需要,是我们的一项重要工作。
1.2推焦车行业的发展趋势
目前国内四大焦车的装备水平有了很大的改进,大型焦炉四大焦车的机械自动化和电气自动化已相当完善,实现四大车炉号识别和精确定位的技术手段也基本成熟。
但是,由于工业现场的特殊环境和机械设备的制约,炉号识别存在的主要问题是某些方法的可靠性有待进一步提高,在实现该技术的同时还应该尽量降低设计成本;而停车精确定位的自动化控制并不十分理想,主要体现在对正精度不高,仍需机车司机手动进行位置的多次调整,人工的参与大大降低了自动控制的效率;并且国内设备的改造投资高,运行成本高、总体水平低,从而导致系统的稳定性差。
近几年随着无线数据传输技术、计算机技术、控制技术、安全保障技术的不断发展,焦车生产的无人化已经被越来越多的研究学者所关注。
焦车今后的重要发展趋势,不仅要求车辆具有精确和快速的定位设备,还需要满足其他要求。
譬如焦车本身要具有安全可靠的自动控制技术,高度安全的三车连锁,稳定可靠的无线传输保障,人身和设备的保障措施,自动安全的信息管理系统作为支撑。
有些国家在熄焦车上已经实现了无人驾驶技术。
1.3本论文的主要内容
本课题是基于解决焦化企业生产过程中出现的实际问题也是一个亟待改进的课题:
焦化推焦车的PLC程序控制系统。
本课题需要结合中国的实际国情,转换思路,实现了PLC对焦化推焦车的空子。
本文主要从以下几个方面来进行研究。
(1)推焦车运行是四大焦车运行控制中最重要的一个环节,它是精确定位系统的基础,也是推焦、拦焦的必要前提。
本为采用的是互锁,实现电机的安全正常运行。
(2)推焦电机的转速是通过变频器SM440实现的。
它使电机的速度调节更快速和节能,同时也保证了电机的安全运行。
(3)推焦炉门的控制是通过液压泵来控制其运动,电磁阀控制控制液压油的运动方向,行程开关保证炉门运动可靠性!
使得门的运行更加安全可靠。
第二章可编程序控制器及其编辑语言
2.1可编程序控制器
可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。
但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。
2.1.1PLC的定义
PLC问世以来,尽管时间不长,但发展迅速。
为了使其生产和发展标准化,美国电气制造商协会NEMA(NationalElectricalManufactoryAssociation)经过四年的调查工作,于1984年首先将其正式命名为PC(ProgrammableController),并给PC作了如下定义:
“PC是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令。
用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序。
一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着,亦被视为PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。
”
以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义:
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
”
总之,可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。
它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力。
但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。
2.1.2PLC的发展
虽然PLC问世时间不长,但是随着微处理器的出现,大规模,超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步,PLC也迅速发展,其发展过程大致可分三个阶段:
一、早期的PLC(60年代末—70年代中期)
早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。
这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义,其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制,定时等。
它在硬件上以准计算机的形式出现,在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。
装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。
另外还采取了一些措施,以提高其抗干扰的能力。
在软件编程上,采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。
因此,早期的PLC的性能要优于继电器控制装置,其优点包括简单易懂,便于安装,体积小,能耗低,有故障指使,能重复使用等。
其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
二、中期的PLC(70年代中期—80年代中,后期)
在70年代,微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。
美国,日本,德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。
这样,使PLC得功能大大增强。
在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。
在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。
并扩大了存储器的容量,使各种逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使PLC得应用范围得以扩大。
三、近期的PLC(80年代中、后期至今)
进入80年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。
而且,为了进一步提高PLC的处理速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。
这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。
2.1.3PLC的分类
小型PLC的I/O点数一般在128点以下,其特点是体积小、结构紧凑,整个硬件融为一体,除了开关量I/O以外,还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。
它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。
中型PLC采用模块化结构,其I/O点数一般在256~1024点之间。
I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外,还能采用直接处理方式,即在扫描用户程序的过程中,直接读输入,刷新输出。
它能联接各种特殊功能模块,通讯联网功能更强,指令系统更丰富,内存容量更大,扫描速度更快。
一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。
大型PLC的软、硬件功能极强。
具有极强的自诊断功能。
通讯联网功能强,有各种通讯联网的模块,可以构成三级通讯网,实现工厂生产管理自动化。
大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统,使机器的可靠性更高。
2.1.4PLC的优点
可编程控制器PLC对用户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺。
目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的推广应用。
可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机,具有许多明显的特点。
(1)可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造。
内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
列如西门子公司生产的S7系列PLC平均无故障时间高达30W小时。
一些使用沉余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。
此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障指自诊断程序,使用系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
(2)配套齐全。
功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变的非常容易。
(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受,梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
(4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造
PLC用存储逻代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为减缩,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
(5)体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为列,新近出产品的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。
由于体积小,很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
2.1.5PLC的基本结构
可编程序控制七是以微处理器为核心的用作数字控制的专用计算机,因此无论何种形式的可编程序控制器,气息统构成、工作方式均有相似之处。
PLC主要由中央处理单元、存储器、输入输出电路、电源和一些其它电路构成。
图2-1为可编程序控制器的结构示意图。
(1)中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。
这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。
(2)存储器
可编程序控制器中的存储器包括系统存储器和用户存储器。
系统存储器中存放系统程序。
系统程序包括自诊断程序和监控程序,它是由PLC制造厂提供给用户并固化在只读存储器ROM中的系统管理程序。
用户存储器存放用户程序。
用户程序是使用者根据PLC应用系统的控制要求编写的符合该PLC语法规则的一组控制程序。
(3)输入输出单元
输入输出单元是PLC与被控系统传递输入输出信号的接口电路。
被控系统的按钮、行程开关等主令电器和各种传感器的开关状态PLC的各个输入接点通过输入电路进入PLC。
PLC的运算结果通过输出电路驱动接触器、电磁阀、指示灯等外部器件。
(4)电源
PLC电源为PLC的CPU、存储器以及输入输出单元提供各自所需的直流电压。
PLC一般直接接入220V单相交流电源,因此PLC内部必须具有降压、整流、滤波、稳压等环节构成的电源。
(5)编程器
编程器是可编程序控制器的一个附件,用于向PLC的用户存储器写入或读出用户程序,也可以对用户程序进行修改或编辑。
PLC运行时,可通过编程器测试、监控PLC的输入输出接点及其他内部资源的状态。
2.1.6PLC的工作方式
可编程序控制器是在系统程序的控制下按扫描的方式工作,即顺序循环工作方式。
每一循环为一个扫描周期,每一个扫描周期包括自诊断、输入处理、程序处理、输出处理和通信等5个阶段,如图2-2所示。
PLC在加电后和每一个扫描周期之初都要执行自诊断程序。
自诊断程序包括系统软件和应用程序的检验,存储器和CPU的测试,总线检测等。
如出现异常,PLC将作出相应的处理并停止运行。
在一个周期结束之前,PLC进入与编程器及上位机或下位机的通讯阶段。
在与编程器通讯过程中,编程器把编程和修改的参数发给PLC,把要显示的状态、数据、错误码等发送给编程器进行相应显示。
若有与上位机或下位机的通讯请求的话,PLC将接收上位机发送来的指令并进入相应的操作,并将PLC和现场输入输出接点状态、各种数据参数发送给上位机或下位机。
除自诊断和通讯2个阶段之外,在一个周期中,PLC面向用户,完成控制任务的是输入处理、程序处理和输出处理3个工作阶段。
2.2可编程序控制器的编程语言
2.2.1PLC编程语言特点
PLC的编程语言与一般计算机语言相比,具有明显的特点,它既不同于高级语言,也不同与一般的汇编语言,它既要满足易于编写,又要满足易于调试的要求。
目前,还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。
如西门子公司的产品有它自己的编程语言,三菱公司的产品也有它自己的语言。
但不管什么型号的PLC,其编程语言都具有以下特点:
1.图形式指令结构:
程序由图形方式表达,指令由不同的图形符号组成,易于理解和记忆。
系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形,用户根据自己的需要把这些图形进行组合,并填入适当的参数。
在逻辑运算部分,几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图,很容易接受。
如西门子公司还采用控制系统流程图来表示,它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系,很直观易懂。
较复杂的算术运算、定时计数等,一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示,虽然象征性不如逻辑运算部分,也受用户欢迎
2.明确的变量常数:
图形符相当于操作码,规定了运算功能,操作数由用户填人,如:
K400,T120等。
PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定,由产品型号决定,可查阅产品目录手册。
3.简化的程序结构:
PLC的程序结构通常很简单,典型的为块式结构,不同块完成不同的功能,使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。
4.简化应用软件生成过程:
使用汇编语言和高级语言编写程序,要完成编辑、编译和连接三个过程,而使用编程语言,只需要编辑一个过程,其余由系统软件自动完成,整个编辑过程都在人机对话下进行的,不要求用户有高深的软件设计能力。
5.强化调试手段:
无论是汇编程序,还是高级语言程序调试,都是令编辑人员头疼的事,而PLC的程序调试提供了完备的条件,使用编程器,利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等,并在软件支持下,诊断和调试操作都很简单。
总之,PLC的编程语言是面向用户的,对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。
2.2.2梯形图语言
PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、流程图语言和布尔代数语言等。
其中前两种语言用得较多,流程图语言也在许多场合被采用。
在此介绍梯形图语言和助记符语言的编程及其特点。
梯形图语言是一种图形编程语言,是由继电器-接触器控制电路演变过来的。
梯形图中锁绘的图形符号和继电器-接触器电路图中的符号十分相似。
例如图1-5(a)所示的继电器控制电路,用PLC完成其功能的梯形图如1-5(b)图)。
图1-5继电器控制电路图和梯形图
与继电器-接触器电路比较,梯形图程序有以下特征:
(1)梯形图虽然沿用了继电器-接触器电路的一些名称,如输入继电器、输出继电器、辅助继电器等。
但这些继电器不是真实的物理继电器,而是用户程序存储器中数据存储单元,是“软继电器”。
通过存储单元的状态变化(“1”或“0”)来表示相应继电器的“通”或“断”。
(2)梯形图中的触点仍然使用继电器-接触器电路的动合触点和动断触点,这些触点的通断状态,由相应的继电器线圈是否得电或断电决定,即由相应的存储单元的状态决定。
(3)在梯形图中,左侧的垂线为逻辑母线,每个支路从母线开始,经过触点到线圈或其他输出元件结束。
(4)梯形图中各触点的数量是没有限制的,因为它们是对元件映像寄存器中各个基本单元状态,按照程序逻辑关系,依次读取出来,进行逻辑运算的。
(5)梯形图中程序的执行顺序是逐行逐句顺序执行的,与继电器-接触器控制电路的并行工作方式不同。
2.2.3助记符语言
助记符语言是PLC的命令语句表达式。
用梯形图变成虽然直观、简便,但要求PLC配置较大的显示器方可输入图形符号,这在有些小机型上长难以满足,故需借助助记符语言。
应该指出的是,不同型号的PLC,其助记符语言也不同,但其基本原理是相近的。
编写时,一般先根据要求编制梯形图,然后再根据梯形图转换成助记符语言。
PLC中最基本的运算是逻辑运算,最常用的指令是逻辑运算指令,如与、或、非等。
这些指令再加上“输入”、“输出”、“结束”等指令,就构成了PLC的基本指令。
2.2.4逻辑功能图
逻辑功能图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言,它用了逻辑功能符号组成的功能块图来表达控
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 焦化 推焦车 PLC 程序设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)