《电气与PLC控制技术课程设计》任务书.docx
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《电气与PLC控制技术课程设计》任务书
目录
1、课程设计任务书1
1.1课程设计任务1
1.2课程设计目的3
1.3课程设计要求3
1.4课程设计内容3
1.5课程设计报告要求3
2、总体设计方案4
3、I/O分配表、PLC外部接线图、使用元件及功能表5
3.1I/O分配表(见表3-1)5
3.2PLC外部接线图6
3.3程序中使用的元件及功能表7
4、系统程序控制SFC图、梯形图和指令表清单10
4.1FX2N系列步进指令10
4.2步进指令的使用说明11
4.3状态转移图(SFC)的建立极其特点13
4.4程序控制的梯形图16
4.5程序控制的指令表清单19
5、调试、运行及其结果25
6、收获、体会26
6.1收获26
6.2体会26
附录:
参考文献27
1、课程设计任务书
1.1课程设计任务
本课题要求设计机械滑台工流程控制系统,具体要求是:
采用三菱FX2N系列PLC和圆工作台实验模块完成控制任务。
圆工作台模拟机械滑台。
圆工作台运动由PLC通过控制交流接触器拖动三相异步电动机实现。
工作台的工艺流程图如1-1所示。
SQ1~SQ4为接近开关。
图1-1工作台的工艺流程图
控制要求:
圆工作台运行状态分为三种方式:
手动、单周期和自动循环三种控制方式。
其中,运行方式由旋转开关SA选择。
运行方式切换时,滑台应立即停止运行。
要启动滑台运行,必须先按启动按钮SB1,启动润滑泵运行(用灯指示)。
然后才能控制滑台运动。
按急停按钮停止滑台的全部运行。
手动控制:
(点动)手动控制指示灯亮,按住SBS,工作台前进(圆工作台顺时针转),按住SBX,工作台后退(逆时针)。
(松开按钮立即停止)
单周期运行:
单周期指示灯亮,滑台位于初始原点,按动启动按钮SBQ,按工艺流程自动运行一周后停在初始原点。
按停止按钮SB2,立即停止运行。
自动循环控制:
自动循环灯亮,滑台位于初始原点,按动启动按钮SBQ,按工艺流程自动循环运行,运行一周后回到原点后暂停5秒后再接着运行,按停止按钮SB2,立即停止运行。
工艺流程中暂停延时需要用指示灯以1HZ的频率闪烁指示。
1.2课程设计目的
通过本次课程设使学生掌握:
1)GXDeveloper编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用;2)实际程序的设计及实现方法;3)程序的调试和运行操作技术。
从而提高对PLC控制系统的设计和调试能力。
1.3课程设计要求
1、完成硬件选择;
2、程序设计方法采用状态转移图SFC图进行设计或经验设计法。
1.4课程设计内容
1、熟悉实验模块的基本实验;
2、滑台工艺流程控制系统设计;
3、硬件接线图、程序清单。
1.5课程设计报告要求
1、目录
2、正文
(1)课程设计任务书;
(2)总体设计方案;
(3)I/O分配表,PLC外部接线图,程序中使用的元件及功能表;
(4)程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单,注释说明;
(5)调试、运行及其结果。
3、收获、体会
4、参考文献
2、总体设计方案
(1)控制要求
控制要求:
圆工作台运行状态分为三种方式:
手动、单周期和自动循环三种控制方式。
其中,运行方式由旋转开关SA选择。
运行方式切换时,滑台应立即停止运行。
要启动滑台运行,必须先按启动按钮SB1,启动润滑泵运行(用灯指示)。
然后才能控制滑台运动。
按急停按钮停止滑台的全部运行。
(2)手动控制
手动控制:
(点动)手动控制指示灯亮,按住SBS,工作台前进(圆工作台顺时针转),按住SBX,工作台后退(逆时针)。
(松开按钮立即停止)
(3)单周期运行
单周期运行:
单周期指示灯亮,滑台位于初始原点,按动启动按钮SBQ,按工艺流程自动运行一周后停在初始原点。
按停止按钮SB2,立即停止运行。
(4)自动循环控制
自动循环控制:
自动循环灯亮,滑台位于初始原点,按动启动按钮SBQ,按工艺流程自动循环运行,运行一周后回到原点后暂停5秒后再接着运行,按停止按钮SB2,立即停止运行。
工艺流程中暂停延时需要用指示灯以1HZ的频率闪烁指示。
3、I/O分配表、PLC外部接线图、使用元件及功能表
3.1I/O分配表(见表3-1)
表3-1输入、输出地址分配表
输出装置
元件号
旋转开关SA(手动)
X000
旋转开关SA(单周期)
X001
旋转开关SA(自动循环)
X002
急停按钮
X003
总启动按钮SB1
X005
点动前进按钮SBS
X006
点动后退按钮SBX
X007
启动按钮SBQ
X010
停止按钮SB2
X011
限位开关SQ1
X012
限位开关SQ2
X013
限位开关SQ3
X014
限位开关SQ4
X015
手动指示灯
Y006
单周期指示灯
Y001
自动循环指示灯
Y002
润滑泵运行指示灯
Y003
电机正转
Y004
电机反转
Y005
暂停指示灯
Y007
3.2PLC外部接线图
图3-1PLC外部接线图
3.3程序中使用的元件及功能表
(1)输入继电器
输入端是可编程控制器接收外部开关信号的端口,端口与内部输入继电器(也称输入映像寄存器)之间是采用光电耦合连接的,每个输入继电器的常开、常闭触点。
可以在程序中无限次使用,但输入继电器线圈不能用程序来驱动。
(2)输出继电器
输出端是可编程控制器向外部负载发送信号的端口,机内的输出映像寄存器与输出继电器(如继电器、双向晶闸管、晶体管)光电耦合连接,输出继电器的常开、常闭触点,可以在程序中无限次使用,但每个输出继电器线圈在程序中一般只能使用一次。
可编程控制器内部输入输出继电器与外部端子的功能与作用见图3-2所示。
图3-2可编程控制器内部输入输出继电器与外部端子的功能与作用
(3)普通用途辅助继电器
普通用途辅助继电器的元件编号为M0~M499,共500个。
在PLC运行中电源断电,程序中的普通用途辅助继电器将全部变为OFF状态,恢复电源后,除了因为外部输入信号使其为ON的以外,其余的仍保持OFF状态。
(4)特殊辅助继电器
可编程控制器内的特殊辅助继电器元件编号为M8000~M8255,共256个。
按其使用方式不同可分为两类:
第一类是触点使用型特殊辅助继电器,其线圈由PLC运行时自动驱动,用户在程序中只能使用其触点。
这类特殊辅助继电器常用作时基、状态标志或专用控制组件出现在程序中。
例如:
M8000为运行监视器(在运行中触点一直接通);M8002为初始化脉冲(仅在PLC运行开始的第一个扫描周期触点接通一次);M8011~M8014分别为10ms、100ms、1s和10min时钟脉冲触点。
第二类是线圈驱动型特殊辅助继电器,这类继电器由用户程序驱动线圈后(注意:
又有“驱动时有效”和“END指令实行后驱动有效”两种清况),使可编程控制器作特殊的操作。
例如:
M8030线圈通电:
使PLC的锂电池发光二极管熄灭;M8033线圈通电:
PLC由运行进入停止状态,输出状态保持不变;M8034线圈通电:
输出全部禁止;M8039线圈通电:
PLC以D8039中指定的扫描事件进行扫描。
如图3-3所示。
图3-3特殊辅助继电器的名称和备注
(5)状态软元件
FX2N共有1000个状态软元件(也称状态继电器,简称状态),其分类、地址(以十进制数)编号及用途如表3-2所示。
表3-2FX2N状态软元件
(6)定时器
定时器相当于继电器电路中的时间继电器,可在程序中用于延时控制。
FX2N系列可编程控制器可提供多达256个定时器[T],其中普通定时器246个(又分为0.1s和0.01s两类),积算型定时器10个(又分为100ms和1ms两类),其地址编号(按十进制数)为T0~T255,见表3-3所示。
表3-3FX2N系列可编程控制器中的定时器[T]的地址编号
4、系统程序控制SFC图、梯形图和指令表清单
4.1FX2N系列步进指令
FX2N系列步进指令有两条,其指令助记符与功能如表4-1所示。
表4-1步进阶梯指令助记符与功能
FX2N系列PLC步进指令所使用的状态软元件有1000个,其分类、编号、数量和用途见表1-4所示。
其中S0~S899计900个状态元件可用于步进转移图和梯形图中。
步进接点只有常开接点,它的右侧相当于一根新的内母线,因此与步进接点右侧连接的其他继电器接点在编写语句表程序时要用LD或LDI指令开始。
步进返回指令(RET)用于状态(S)流程结束时,返回主程序(母线),它只能与状态接点连接。
步进指令在状态转移图和状态梯形图中的表示如图4-1所示。
图4-1步进指令表示方法
图4-1中每个状态的内母线上都将提供三种功能:
驱动负载(OUTYi);
指定转移条件(LD/LDIXi);
指定转移目标(SETSi),称为状态的三要素。
后两个功能是必不可少的。
步进指令执行的过程是:
当进入某一状态(例如S20)时,S20的STL接点接通,输出继电器线圈Y010接通,执行操作处理。
如果转移条件满足(例如X001接通),下一步的状态继电器S21被置位,则下一步的步进接点(S21)接通,转移到下一步状态,同时将自动复位原状态S20(即S20接点自动断开)。
使用步进指令事应先设计状态转移图(SFC),再由状态转移图转换成状态梯形图(STL)。
状态转移图中的每个状态表示顺序控制中每步工作的操作,因此常用步进指令实现时间或位移等顺序控制的操作过程。
使用步进指令不仅可以简单、直观地表示顺序操作的流程图,而且可以非常容易地设计多流程顺序控制,并且能够减少程序条数,使程序易于理解。
4.2步进指令的使用说明
(1)步进接点在状态梯形图中与左母线相连,具有主控制功能,当步进接点接通时,其后面的电路才能按逻辑动作。
如果步进接点断开,则后面的电路则全部断开,相当于该段程序跳过。
若需要保持输出结果,可用SET和RST指令。
(2)RET指令可以在一系列的STL指令最后安排返回,也可以在一系列的STL指令中需要中断返回主程序时使用。
(3)可以在步进接点内处理的顺控指令如表4-2所示。
表4-2可在状态内处理的顺控指令一览表
表中的栈操作指令MPS/MRD/MPP在状态内不能直接与步进接点后的新母线连接,应接在LD或LDI指令之后,如图4-2所示。
图4-2栈操作指令在状态内的正确使用
在STL指令内允许使用跳转指令,但其操作复杂,厂家建议最好不要使用。
(4)允许同一元件的线圈在不同的STL接点后面多次使用。
但是应注意,定时器线圈不能在相邻的状态中出现。
在同一个程序中,同一状态继电器地址号只能使用一次。
(5)在STL接点的内母线上将LD和LDI指令编程后,对图4-3(a)所示没有触点的线圈Y003将不能编程,应改成按图4-3(b)电路才能对Y003编程。
图4-3(a)状态内没有触点线圈的编程
图4-3(b)状态内没有触点线圈的编程
(6)为了控制电机正反转时避免两个线圈同时接通短路,在两个状态内可实现输出线圈互锁,方法如图4-4所示。
图4-4输出线圈的互锁
4.3状态转移图(SFC)的建立极其特点
状态转移图是状态编程法的重要工具。
状态编程的一般设计思想是:
将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态,弄清各工作状态的工作细节(状态功能、转移条件和转移方向),再依据总的控制顺序要求,将这些工作状态联系起来,就构成了状态转移图,简称为SFC图。
SFC图可以在备有A7PHP/HGP等图示图像外围设备和与其对应编程软件的个人计算机上编程。
根据SFC图进而可以编绘出状态梯形图。
下面介绍图4-5中某滑台自动往返控制的SFC建立。
滑台自动往反一个周期的控制工艺要求如下。
(1)控制要求
控制要求:
圆工作台运行状态分为三种方式:
手动、单周期和自动循环三种控制方式。
其中,运行方式由旋转开关SA选择。
运行方式切换时,滑台应立即停止运行。
要启动滑台运行,必须先按启动按钮SB1,启动润滑泵运行(用灯指示)。
然后才能控制滑台运动。
按急停按钮停止滑台的全部运行。
(2)手动控制
手动控制:
(点动)手动控制指示灯亮,按住SBS,工作台前进(圆工作台顺时针转),按住SBX,工作台后退(逆时针)。
(松开按钮立即停止)
图4-5工作台的工艺流程图
(3)单周期运行
单周期运行:
单周期指示灯亮,滑台位于初始原点,按动启动按钮SBQ,按工艺流程自动运行一周后停在初始原点。
按停止按钮SB2,立即停止运行。
(4)自动循环控制
自动循环控制:
自动循环灯亮,滑台位于初始原点,按动启动按钮SBQ,按工艺流程自动循环运行,运行一周后回到原点后暂停5秒后再接着运行,按停止按钮SB2,立即停止运行。
工艺流程中暂停延时需要用指示灯以1HZ的频率闪烁指示。
下面运用状态编程思想说明建立SFC图的方法。
(1)将整个过程按工序要求分解由PLC的输出点Y004控制电机M正转驱动滑台正转,由Y005控制电机M反转驱动滑台反转。
为了解决延时6s跟5s,选用定时器T3和T4。
将启动按钮SBQ及限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别接于X012、X013、X014、X015。
分析其一个工作周期的控制要求,有七个工序要顺序控制,如图4-6所示。
图4-6滑台自动往返顺序控制图
(2)对每个工序分配状态元件,说明每个状态的功能与作用,转移条件,如表4-3所示。
表4-3工序状态元件分配、功能与作用、转移条件
工序
分配的状态条件
功能与作用
转移条件
0初始状态
S0
PLC上电做好工作准备
X010(SBQ)
1第一次快进
S20
驱动线圈Y004,M正转
X013(SQ2)
2第一次前进
S21
驱动线圈Y004,M正转
X014(SQ3)
3第一次后退
S22
驱动线圈Y005,M反转
X012(SQ1)
4第二次前进
S23
驱动线圈Y004,M正转
X015(SQ4)
5暂停6s
S24
驱动定时器T3延时6s
T3
6第二次后退
S25
驱动线圈Y005,M反转
X012(SQ1)
7暂停5s
S26
驱动定时器T4延时5s
T4
根据表4-3可绘出状态转移图如图4-7所示。
图中初始状态S0要用双框,驱动S0的电路要在对应的状态梯形图中的开始出绘出。
SFC图和状态梯形图结束时要使用RET和END指令。
图4-7滑台自动往返状态转移图(SFC图)
从图4-7可以看出,状态转移图具有以下特点。
(1)SFC将复杂的任务或过程分解成了若干个工序(状态)。
无论多么复杂的过程均能分解为小的工序,有利于程序的结构化设计。
(2)相对某一个具体的工序来说,控制任务实现了简化,并给局部程序的编程带来了方便。
(3)整体程序是局部程序的综合,只要弄清各工序执行的条件、工序转移的条件和转移的方向,就可以进行这类图形的设计。
(4)SFC容易理解,可读性强,能清晰地反映全部工艺控制的过程。
4.4程序控制的梯形图
4.5程序控制的指令表清单
5、调试、运行及其结果
按下总启动按钮SB1,指示灯HLS亮,用旋转开关SA选择工作方式,然后才能控制滑台运动。
当SA选择手动控制模式时,手动控制指示灯亮,按住SBS,工作台前进(圆工作台顺时针转);按住SBX,工作台后退(逆时针)。
(松开按钮立即停止)。
当SA选择单周期运行模式时单周期运行指示灯亮,滑台位于初始原点,按一下启动按钮SBQ,系统转化到下一步,完成该步任务后,自动停止工作并停留在该步,再按一下启动按钮,又往前走一周。
按停止按钮SB2,立即停止运行。
选择自动循环控制时,自动循环灯亮,滑台位于初始原点,按动启动按钮SBQ,按工艺流程自动循环运行,运行一周后回到原点后暂停5秒后再接着运行,按停止按钮SB2,立即停止运行,上述过程能基本满足实验要求。
在调试过程中我也遇到了不少问题,首先是双线圈问题时时困扰着我,在子程序里有双线圈输出,PLC运行时常常出现莫名奇妙的问题,后来经过调试发现在子程序里使用相同的线圈,确实构成了双线圈,但怎么解决呢?
一直没能找到合适的方法,当时觉得辅助继电器属于局部变量,于是就把辅助继电器的逻辑输出方法给否定掉了,后来经过查找资料,发现其实它是全局变量,程序经过适当的修改,双线圈问题解决。
在调用子程序时,子程序里用的是状态功能图,这就必修在开始对状态初始化,如果初始化一直得电,前面的状态将反复执行,导致PLC运行出错。
它只需要一个初始化脉冲,经过分析,找到两种解决方案,方案一,在主程序里初始化状态;方案二,在子程序里用辅助继电器弄一个初始化脉冲,觉得方案一比较简单,就采用了该方案。
还有在复位时必须对所有辅助继电器复位,否则滑台会因为某个辅助继电器没复位,而保持原来的状态一直运行下去。
6、收获、体会
6.1收获
机械滑台工艺流程控制系统的设计涉及到计算机的硬软件知识,通过对系统的设计和调试,本次设计主要完成了以下工作:
1、提出机械滑台工艺流程控制系统的基本方案;
2、完成了I/O分配表,PLC外部接线图,程序中使用的元件及功能表的绘制;
3、通过计算机上的GXDeveloper编程软件编译了程序控制的SFC图、梯形图;
4、对硬件电路进行了调试、运行及最终得出其结果。
6.2体会
在上学期学完PLC理论课程后我们现在做了两个星期的课程设计,此次设计以分组的方式进行,每组有一个题目。
但每个人的工艺流程又各不相同。
我们这组的题目是:
机械滑台工艺流程控制系统设计(B)。
通过本次设计,让我很好的锻炼了理论联系实际,与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际,又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中,我们还需要大量的以前没有学到过的知识,于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。
在查阅资料的过程中,我们要判断优劣、取舍相关知识,不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的,在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域,这方面的能力便会使我们受益非浅。
在设计过程中,总是遇到这样或那样的问题。
有时发现一个问题的时候,需要做大量的工作,花大量的时间才能解决。
自然而然,我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验,增强了信心。
附录:
参考文献
[1]史国生《电气控制与可编程控制技术》北京:
化学工业出版社,2010.5
[2]陈立定《电气控制与可编程控制器》广州:
华南理工大学出版社,2001.11
[3]扬后川《三菱PLC应用100例》北京:
电子工业出版社,2011.1
[4]郑萍《现代电气控制技术》重庆:
重庆大学出版社,2001.10
[5]徐世许《可编程序控制器原理应用网路》合肥:
中国科学技术大学出版社,2001.6
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