自動送料裝車系統(tǒng)PLC控制設計.doc

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1、目錄第一章可編程控制器（PLC）概況.11.1PLC的定義.11.2PLC的發(fā)展.11.3PLC的特點.11.4PLC的基本組成及各部分作用.21.5PLC的應用領域.4第二章自動送料車的控制研究方法.62.1控制研究.62.2控制原理.62.3自動送料裝車系統(tǒng)的啟停過程示意圖.8第三章送料小車自動控制系統(tǒng)的梯形圖設計.113.1控制要求.113.2設計方法.113.3輸入輸出點分配.113.4狀態(tài)示意圖.123.5順序功能圖.133.6步與動作.143.7使用起保停電路的方法編程.153.8使用過程說明.193.9元器件選擇.20結(jié)論.22致謝.23參考文獻.24英語譯文.25自動送料裝車系

2、統(tǒng)PLC控制設計摘要近年來，隨著科學技術的進步和微電子技術的迅猛發(fā)展，可編程序控制器技術已廣泛應用于自動化控制領域?？删幊绦蚩刂破饕云涓呖煽啃院筒僮骱啽愕忍攸c，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢。目前，可編程序控制器（PLC）、計算機輔助設計/計算機輔助制造（CAD/CAM）、機器人（Rob）和數(shù)控（NC）技術已發(fā)展成為工業(yè)自動化的四大支柱技術。可編程序控制器是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，專門為工業(yè)控制而設計。這一新型的通用自動控制裝置以其高可靠性、較強的工作環(huán)境適應性和極為方便的使用性能，深受自動化領域技術人員的普遍歡迎。運料小車在現(xiàn)代化的

3、工廠中普遍存在，而自動化的運料小車卻并不多見，大多數(shù)的工廠仍然靠人力推車運料，這樣浪費了大量的人力物力，降低了生產(chǎn)效率?；赑LC的應用及系統(tǒng)設計原理。本人設計了用PLC控制的運料小車控制系統(tǒng)，使其達到自動化，節(jié)省人力，提高效率。本文詳細地闡述了系統(tǒng)組成、系統(tǒng)硬件接線和系統(tǒng)軟件設計，并詳細介紹了系統(tǒng)工作原理。關鍵詞運料小車控制PLCI/O接線電氣控制主電路2010屆機械設計制造及其自動化（數(shù)控）畢業(yè)設計（論文）第1頁共28頁第一章可編程控制器（PLC）概況1.1PLC的定義國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee-IEC),1987年的第三版對PLC作了

4、如下的定義:PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計算和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鲗嶋H上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲器(RAM和EPROM),輸入/輸出模塊(簡稱為I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設計思想，利用不斷發(fā)展的新技術、新電子器件，逐步形成

5、了具有特色的各種系列產(chǎn)品。1.2PLC的發(fā)展1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標提出十項標準:(1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序；(2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；(3)可靠性高于繼電器控制裝置；(4)體積小于繼電器控制裝置；(5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；(6)成本可與繼電器控制裝置競爭；(7)輸入可以是交流115V；(8)輸出為交流115V,2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；(9)在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；(10)用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。1969年，美國數(shù)字公司(DEC)研制出了第一臺可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。這種新型的

6、工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領域推廣使用。隨著集成電路技術和計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代PLC產(chǎn)品。1.3PLC的特點PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點分不開的:1)功能齊全，它的適用性極強，幾乎所有的控制要求，它均能滿足；熊盼：自動送料裝車系統(tǒng)PLC控制設計第2頁共28頁2)應用靈活，其標準的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設計，使得它不僅可以適應大小不同、功能繁復的控制要求，而且可以適應各種工藝流程變更較多的場合；3)操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管PLC有各種型號，但都可以適應惡劣的工業(yè)應用環(huán)境，耐熱

7、、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可達幾萬小時。1.4PLC的基本組成及各部分作用PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機。另外還有獨立的1/0擴展單元與主機配合使用。主機中，CPU是PLC的核心，1/0單元是連接CPU與現(xiàn)場設備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機等外部設備的連接。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能1/0單元、通信單元等分別做成相應的電路板或模塊，各模塊插在底板上

8、，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴展底板。CPU底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。1.4.1中央處理單元(CPU)：CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務:(1)接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；(2)診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤；(3)用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來；(4)PLC進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行

9、，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；(5)將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種:(1)通用微處理器，如8080,8088,Z80A,8085等。通用微處理器的價格便宜，通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。(2)單片機，如8051等。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。(3)位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計算機

10、的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個微處理器，將控制任務劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。這種高運算速度與可以適應用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。1.4.2存儲器2010屆機械設計制造及其自動化（數(shù)控）畢業(yè)設計（論文）第3頁共28頁根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:（一）系統(tǒng)程序存儲器:和各種計算機一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM.（二）用戶程序存儲器:用戶根據(jù)

11、控制功能要求而編制的應用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的RAM。由于RAM掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護RAM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。當用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序?qū)懭隕PROM.目前較先進的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護。（三）工作數(shù)據(jù)存儲器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應隨機存取的

12、要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲PLC的開關量輸入/輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標準格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當前值和設定值。它還用來存放A/0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學運算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當前值，在停電時可保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。1.4.31/0單元I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設備的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選

13、擇開關、行程開關以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設備的執(zhí)行元件.1.4.4電源部分PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V,+12V,+24V的直流電源，使PLC能正常工作。電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機殼內(nèi)部；對于模塊式

14、PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個模塊中。1.4.5擴展接口擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。1.4.6通信接口為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其他的PLC或計算機相連。當PLC與打印機相連時，可將過程熊盼：自動送料裝車系統(tǒng)PLC控制設計第4頁共28頁信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；當與監(jiān)視器相連時.可將過程圖像顯示出來；當與其他PLC相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控

15、制與管理相結(jié)合的綜合性控制。1.4.7編程器編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程

16、序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送?，F(xiàn)在很多PLC已不再提供編程器，而是提供微機編程軟件了，并且配有相應的通信連接電纜。1.5PLC的應用領域PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類:1.5.1開關量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控

17、制、順序控制，既可用于控制單臺設備，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。1.5.2工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量)，PLC采用相應的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。1.5.3運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。1.5.4數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。2010屆機械設計制造及其自動化（數(shù)控）畢業(yè)設計（論文）第5頁共28頁1.5.5通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。