基于PLC的自控成型控制系统设计.doc
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1、 课程设计说明书题目: 基于PLC自控成型控制系统设计系 别: 机械工程学院专 业 班 级: 机设10-12班 学 号: 2010302618 学 生 姓 名: 李文龙 指 导 教 师: 杜菲 2014年 0 1 月 12日第 15 页安徽理工大学课程设计(论文)任务书 机械工程学院 测控教研室 学 号2010302618学生姓名李文龙专业(班级)机设10-12班设计题目基于PLC自控成型控制系统设计设计技术参数(1) 按下启动键,上面油缸活塞B向下运动。(2) 当B活塞下降到终点时,A活塞向右运动,C活塞向左运行。(3)当A、C活塞运动到终点后,首先A、C油缸返回然后B油缸返回。设计要求(1
2、) 按下启动按钮后,B液压缸向下运动。(2) 当B向下运动到终点后,A、C开始运动当运动到终点时原料成型。(3) A、C液压缸先返回,当A、C返回到初态时,B液压缸开始返回。(4) B返回到初态时,取出成品,加工下一工件。工作量课程设计说明书一份,要求附录中包含软件主界面、控制主程序以及硬件接线图。工作计划第一周:查阅相关资料与书籍,了解PLC技术、设计方法及液压缸与电磁阀知识;掌握自控成型系统工艺过程与设计要求。第二周:进行程序设计及电磁阀选用等等。第三周:控制程序模拟运行调试,找出缺点并加以改进。第四周:整理设计内容及相关数据,编写课程设计说明书。参考资料1 方程远. 电气控制原理及设计.
3、宁夏人民出版社,2 秦春斌,张继伟. PLC基础及应用教程. 北京:机械工业出版社,2002.3 廖常初. 可编程序控制器应用技术(第四版). 重庆大学出版社,2002. 4 李开慧. 电工电子技术基础. 人民邮电出版社 5张利平主编液压气压系统设计手册北京:机械工业出版社,1997. 6 许贤良,王传礼. 液压传动. 北京:国防工业出版社(第二版),2011.7 冯清秀. 机电传动控制. 武汉:华中科技大学出版社 (第五版),2011.指导教师签字教研室主任签字 2014年 01月12日 学生姓名: 李文龙 学号: 2010302618 专业班级: 机设1012班 课程设计题目:基于PLC自
4、控成型控制系统设计 指导教师评语: 成绩: 指导教师: 年 月 日安徽理工大学课程设计(论文)成绩评定表摘要随着技术发展,其控制功能不断增强,可编程程序控制器还可以进行算术运算,模拟量控制、顺序控制、定时、计数等,并通过数字,模拟输入、输出控制各种类型机械生产过程。长期以来,PLC及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业主战场,其提供安全与完善解决方案,为各种各样自动化设备提供了非常可靠控制应用,在电力、冶金、化工、机械等行业发挥了重大作用,被公认为现代工业自动化三大支柱之一。在成型机生产线中应用PLC控制具有结构简单,编程方便,操作灵活,使用安全,工作稳定,性能可靠与抗干扰能力强等特点,
5、是一种很有效自动控制方式,是材料成型生产实现高效、低成本、高质量自动化生产发展方向。不但能使成型产品质量与品质得到了严格保证;而且还大大提高了生产效率与减轻工人劳动强度,有非常好经济效益与社会效益。本文就是利用PLC控制方法设计一种即安全又实用自控成型系统。 自控成型系统主要由工作台、液压缸A、B、C以及相应电磁阀与信号灯等几部分组成。该自动成型系统是利用油压力来传递能量,以实现材料(如:钢筋)加工工艺要求。该自动成型系统是利用PLC控制液压缸A、B、C三个电磁阀有序打开与关闭,以便使油进入或流出液压缸,从而控制各油缸中活塞有序运动,活塞带动连杆运动,给相应挡块一个压力,这样就可以使材料成型。
6、关键词:可编程程序控制器;PLC;液压缸目 录第一章 绪论1课程设计背景1课程设计任务1课程设计意义2第二章PLC简介32.1 PLC由来32.2 PLC定义32.3 PLC构成42.4 PLC各组成元素构成及功能42.5 PLC工作原理6第三章液压传动系统8液压系统基本回路8液 压 缸8第四章 程序设计104.1设计思想、程序框图、梯形图10程序设计及说明12I/O地址表分配:13指令表134.5 GX Simulator 仿真模拟14第五章实验调试17运行调试17实验步骤17设计总结20参考文献21第一章 绪论目前,在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工
7、、环保及文化娱乐等各行各业,随着PLC性能价格比不断提高,其应用领域不断扩大。从应用类型看,PLC应用大致可归纳为以下几个方面:开关量逻辑控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信联网等等。PLC系统及通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络,以实现信息交换,并可构成“集中管理、分散控制”多级分布式控制系统,满足工厂自动化(FA)系统发展需要。为适应工业环境使用,及一般控制装置相比较,PLC机有以下特点:可靠性高,抗干扰能力强;通用性强,控制程序可变,使用方便;功能强,适应面广;编程简单,容易掌握;减少了控制系统设计及施工工作量;体积小、重量轻、功耗低、维护方便等。因此我们基
8、于PLC自控成型控制系统设计,来满足生产上需要,从而大大提高了生产效率与减轻工人劳动强度,有非常好经济效益与社会效益。一、控制要求利用PLC构成一个自控成型系统,用LED发光管来演示系统工作状态。其中S1,S6用于指示油缸到位开关;K1至K4用于指示电磁阀工作状态。(1)初始状态,当原料放入成型机时,各油缸为初始状态:K1=K2=K4=OFF,K3=ON,S1=S3=S5=OFF,S2=S4=S6=ON。(2)按下启动键S0,则 K2=ON,上面油缸活塞B向下运动,使S4=OFF。(3)当该油缸活塞下降到终点时,S3=ON,此时启动左液压缸,A活塞向右运动,C活塞向左运行,K1=K4=ON,K
9、3=OFF,使S2=S6=OFF。(4)当A缸活塞运行到终点时,S1=ON,并且C缸活塞也到终点,S5=ON时,原料已成型,各油缸开始返回原位。首先,A、C油缸返回,K1=K4=OFF,K3=ON,使S1=S5=OFF。(5)当A、C油缸返回到初始位置,S2=S6=ON时,B油缸返回,K2=OFF,使S3=OFF。(6)当B油缸返回到初始状态,S4=ON时,系统回到初始状态,取出成品;放入原料后,按下启动按钮,重新启动,开始下一工件加工。二、课题要求(1) 按题意要求,画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。(2) 完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序,完成调试。(3)
10、完成课程设计说明书。通过课程设计实践,使学生巩固与深化对PLC理论知识理解;培养学生运用所学PLC知识与技能,配合相关技术资料查询,独立分析与解决生产实际中有关工业控制实际问题能力;进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计能力。通过对PLC自控成型控制系统设计,使材料成型生产实现高效、低成本、高质量自动化生产发展方向。不但能使成型产品质量与品质得到了严格保证;而且还大大提高了生产效率与减轻工人劳动强度,有非常好经济效益与社会效益。本文就是利用PLC控制方法设计一种即安全又实用自控成型系统。第二章PLC简介2.1 PLC由来 在PLC问世之前,工业控制领域中是继电器控制占主导地位。继电器控制系统
11、有着十分明显缺点:体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差,尤其当生产工艺发生变化时,就必须重新设计、重新安装,造成时间与资金严重浪费。为了改变这一现状,1968年美国最大汽车制造商通用汽车公司(GM),为了适应汽车型号不断更新要求,以在激烈竞争汽车工业中占有优势,提出要研制一种新型工业控制装置来取代继电器控制装置,为此,特拟定了十项公开招标技术要求,即:(1)编程简单方便,可在现场修改程序;(2)硬件维护方便,最好是插件式结构;(3)可靠性要高于继电器控制装置;(4)体积小于继电器控制装置;(5)可将数据直接送入管理计算机;(6)成本上可及继电器柜竞争;(7)输入可以是交流11
12、5V;(8)输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀;(9)扩展时,原有系统只需做很小改动;(10)用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。根据招标要求,1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台PLC(PDP14型),并在通用汽车公司自动装配线上试用,获得了成功,从而开创了工业控制新时期。从此,可编程控制器这一新控制技术迅速发展起来,而且,在工业发达国家发展很快。2.2 PLC定义 在PLC发展过程中,美国电气制造商协会(NEMA)经过4年调查,于1980年把这种新型控制器正式命名为可编程序控制器(Programmable Controller),英文缩写为PC,并作如下定
13、义:“可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序存储器来存储指令,并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时与算术运算功能,用来对各种机械或生产过程进行控制。” 国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁布了可编程序控制器标准草案第一稿,1985年1月又发表了草案第二稿,1987年2月颁布了草案第三稿。该草案中对可编程序控制器定义是:“可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、与算术运算等操作指令。并通过数字式与模拟式输入与输出,控制各种类型机械或生产过程。PLC及其有关外部设备,都应
14、按易于及工业系统联成一个整体,易于扩充其功能原则设计。” 定义强调了PLC应直接应用于工业环境,它必须具有很强抗干扰能力、广泛适应能力与应用范围。这是区别于一般微机控制系统一个重要特征。2.3 PLC构成从结构上分,PLC分为固定式与组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。2.4 PLC各组成元素构成及功能 CPU. CPU是PLC核心,起神经中枢作用,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系数据、控制及状态总线
15、构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU,它按PLC系统程序赋予功能接收并存贮用户程序与数据,用扫描方式采集由现场输入装置送来状态或数据,并存入规定寄存器中,同时,诊断电源与PLC内部电路工作状态与编程过程中语法错误等。进入运行后,从用户程序存储器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定任务产生相应控制信号,去指挥有关控制电路。对使用者来说,不必详细分析CPU内部电路,但对各部分工作机制还是应有足够理解。CPU控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令,但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。寄存器参及运算,并存
16、储运算中间结果,它也是在控制器指挥下工作。CPU速度与内存容量是PLC重要参数,它们决定着PLC工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。I/O模块.PLC及电气回路接口,是通过输入输出部分(I/O)完成。I/O模块集成了PLCI/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O种类有开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等。开关量是指只有开与关(或1与0)两种状态信号,模拟量是指连续变化量。常用I/O分类如下: 开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC
17、、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离与晶体管隔离。模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。内存.内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少组成单元。不同机型PLC期内存大小也不尽相同,除主机单元已有内存区外,大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。电源模块PLC电源用于为PLC各模块集成电路提供工作电源。同时,有还为输入电路提供24V工作电源。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用为24VAC)。底板或机架.大多数模块式PLC使用底板或
18、机架,其作用是:电气上,实现各模块间联系,使CPU能访问底板上所有模块,机械上,实现各模块间连接,使各模块构成一个整体。PLC系统其它设备.(1)编程设备:编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少器件,用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制系统工作状况,但它不直接参及现场控制运行。某些PLC也配有手持型编程器,目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。(2)人机界面:最简单人机界面是指示灯与按钮,目前液晶屏(或触摸屏)式一体式操作员终端应用越来越广泛,由计算机(运行组态软件)充当人机界面也非常普及。(3)输入输出设备:用于永久性地存储用户数据,如EPROM、EEP
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