2022年运料小车的自动控制系统课程设计 .pdf
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1、皖西学院课程设计报告书系别 :机械与电子工程学院专业 :电气工程及其自动化学 生 姓 名:郑杰 学号: 2008011216课程设计题目: 运料小车的自动控制系统起 迄 日 期 :11月 01日 11月 15日指 导 教 师 :卢承领设计任务完成日期: 2018年 11月 15 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 30 页2 / 30 摘要在中国,运料小车半自动化控制前景美好,在许多公司的装配车间得到广泛的运用。随着科技的发展,技术的不断更新,使得工业生产趋向于半自动化、自动化、无人工厂的方向发展,其中 PLC 技术的运用
2、成为自动化技术的主流之一。本次课程设计中,运料小车的 plc 控制系统,它的控制过程属于双向控制,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,小车向左行,在每一个停靠点安装一个行程开关以监视小车是否到达该站点。该课程的运料小车控制系统利用三菱公司生产的 FX系列 20 点的可编程序控制器运行主要的控制装置,编写软件指令来实现其具体的控制要求,在设计程序部分利用了PLC的辅助继电器来实现控制具有互锁的功能,在工作台上的工人通过请示按钮达到实现控制小车的运行方向。该控制系统用于柔性制造系统中物料小车的自动控制、自动化仓库中物件存取小车的自动控制等,该控制系统价格低廉,体积小,
3、能够安全可靠的进行生产,而且效率高,灵活性强,能够很好的适应变化和纠正错误,运行速度快,易管理。关键词:半自动化、可编程序控制器、辅助继电器、PLC 技术精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 30 页3 / 30 目录第一章 PLC 的结构、工作原理及系统控制4 1.1 PLC 的结构 4 1.2 PLC 的工作原理5第二章 1PLC的编辑语言62.1 PLC 梯形图 62.2 助记符语言62.3 PLC 控制系统的构成、设计原理及步骤72.4 PLC 的应用领域82.5 PLC 的特点 9第三章基本控制要求93.1 运料小车
4、控制的结构及要求93.2 PLC 机型的选择123.3 电源的选择12 3.4 存储器的选择123.5 经济性的考虑123.6 输入输出的选择13第四章软件控制设计184.1 系统功能图184.2 梯形图程序19第五章调试28 5.1 硬件调试 285.2 软件调试285.3 运行调试28 参考文献29 致谢 30 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 30 页4 / 30 第一章 PLC的结构、工作原理及系统控制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,P
5、LC 的基本结构分为整体式和模块式结构两类。整体式结构的 PLC由中央处理器 CPU )、存储器、输入 / 输出I/O)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。基本结构如图1-1 所示。图 1-1 整体式结构图 1-2 模块式结构模块式 又称组合式)结构的PLC 是将中央处理器 CPU)、存储器、输入/输出I/O)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,
6、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 30 页5 / 30 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
7、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。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
8、。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。第二章 1PLC的编辑语言2.1PLC梯形图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,
9、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2-1 和图 2-2 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 30 页6 / 30 图 2-1 继电气控制电路图 2-2 PLC 控制梯形图2.2 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:LD X0 OR Y0 ANI X1 OUT Y0 2.3PLC控制系统的构成、设计原理及步骤硬件部分不仅包
10、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 I/O 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
11、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2-3 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,详细了解控精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 30 页7 / 30 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
12、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 I/0 点数。3)选择合适 PLC 确定 PLC 的 I/0点数后,就根据I/0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)I/0点数分配点数分配就是规定PLC的 I/0 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
13、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。开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于控制单台设备,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2工业过程控制在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 30 页9 / 3
14、0 变化的量 (即模拟量 ,PLC 采用相应的 A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(3运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4数据处理PLC 具有数学运算 (含矩阵运算、函数运算、逻辑运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业
15、中的一些大型控制系统。(5通信及联网PLC 通信包括 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展,现在的 PLC 都具有通信接口,通信非常方便。但是,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。2.5PLC的特点PLC 之所以越来越受到控制界人士的重视,是和它的优点分不开的: 1功能齐全,它的适用性极强,几乎所有的控制要求,它均能满足;2应用灵活,其标准的积木式硬件结构,以及模块化的软件设计,使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。3
16、操作方便,维修容易,稳定可靠。尽管PLC 有各种型号,但都可以适应恶劣的工业应用环境,耐热、防潮、抗震等性能也很好,一般平均无故障率可达几万小时。第三章基本控制要求料车采用半自动化管理,每个装配点都有一名工人,当装配点需料时按下“需料按钮”,料车将会驶往该点,料车在该装配点停留一段时间供该点下料,下料时间到后料车即可响应其他装配点的需料请求,一料车可供各个装配点使用若干次;当某装配点发现料车无料时按下“上料按钮”,料车即驶往该点上料。3.1 运料小车控制的结构及要求精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 30 页10 / 30
17、设备工作描述1. 初始状态系统电源连接后料车自动驶往上料点F 上料。2. 上料料车行驶 SQ0 ,SQ0受压闭合,料车停止装料,装料时间15s, 装料时候到则料车请求可用,指示灯HL亮,可以相应A.B,C 点的需料请求信号,注意:料车在 SQ0位置上不停,料车驶过一段时间才停止。3B点下料配制当 B 点的需料请求被响应,料撤驶往B 点,料车过 SQ2,SQ2受压闭合,料车停止下料,下料时间10s. 下料时间到请求可用。指示灯亮,可以响应A 点和C点需料请求信号,注意。料车行驶SQ2后行驶一段时间后才停止。4.A 点下料配制当 A 点的需料请求被响应,料车驶往A点,料车过 SQ1 ,SQ1受压闭
18、合,料车停止下料,下料时间10S,下料时间到请求可用。指示灯亮,可以响应B,C点需料请求信号,注意:料车行驶SQ1后行驶一段时间后才停止。5.C 点下料配制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 30 页11 / 30 当 C点的需求请求被响应,料车驶往C点。料车过 SQ3 ,SQ3受压闭合,料车停止下料,下料时间10s, 下料时间到请求可用。指示灯亮,可以响应A,B 点需料请求信号,注意:料车行驶SQ3后行驶一段时间后才停止。6.A 点需料请求料车可用时,并且没有停止A点,按下 SB1,料车从 B,C,F 点驶往 A点7.B
19、 点需料请求点,料车可用时,并且没有停止B点,按下 SB2 ,料车从 A,C,F 点驶往 B点。8.C 点需料请求料车可用时,并且没有停止C点,按下 SB3 ,料车从 A,B,F 点驶往 C点。9.A 点上料请求料车停在 A点时,在料车下料的10S内按下 SB1 ,料车从 A点驶往 F点。10 B点上料请求料车停在 B点时,在料车下料的10S内按下 SB2 ,料车从 B点驶往 F点。11。C点上料请求料车停在 C点时。在料车下料的10S内按下 SB3 ,料车从 C点驶往 F点。12料车请求可用指示料车在上料点完成上料,在下料点完成下料后,料车请求可用,指示灯HL亮,上料,下料,下料和行驶中料车
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