PLC控制运料小车的设计.doc
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1、宜宾职业技术学院 毕业设计题目:送料小车的PLC控制目 录摘 要 1前 言 2第1章、可编程控制器(PLC)概况 4第1.1节PLC的定义 4第1.2节 PLC的发展 4第1.3节PLC的特点 5第1.4 节PLC的基本组成及各部分作用 5第1.4节 PLC的应用领域8第2章、硬件介绍10第3章、运料小车的程序设计 16 第3.1节 I/O地址分配表16第3.2节PLC硬件电气连接图 16第3.3节 运料小车控制系统流程图17第3.4节 控制程序梯形图17第3.5节 梯形图对应的指令语句 20结束语23参考文献24致谢25摘要可编程逻辑控制器,简称PLC,是一种工业控制微型计算机。它的编程方便
2、、操作简单尤其是高通用性等优点,使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。其中的一个应用便是运料小车的控制,主要用到的便是他的逻辑控制功能。本文主要介绍S7-200的PLC产品以及其对应的软件,并且用它来进行五个控制台作业的运料小车的控制编程。关键词:S7-200的 PLC;送料小车 前 言大学生涯就要以这篇毕业论文作为结局,将所学的东西融会贯通。恰好所做的毕业设计是课程开过的PLC,尽管不是同一个类型的,所编的程序也是不相同的,但是对应毕业设计的上手还是可以比较快的了。这论文的时候,自己还是写作前期还是一叶蔽目,毫无头绪。但是在查阅了相关的资料后也是对S7-200的硬件及其软件有了比较好的认识。
3、这篇论文是以S7-200系列PLC为主要载体,结合他对应的来对运料小车的控制进行编程,虽然没有具体的见到他的硬件,但是也对这样一个程序对应的接口做了了解。本文主要是在对PLC进行系统的介绍后,进入具体是S7-200的PLC,针对TWDLCDA24DRF这个型号进行硬件及其软件的介绍,最后写出运料小车对应PLC的接口图及其对应的程序。由于个人或时间等因素,还不能将这篇论文写的完美,所以有错误的地方还请各位老师同学不吝指教。第一章可编程控制器(PLC)概况1.1PLC的定义国际电工委员会(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版对PLC作
4、了如下的定义: PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机,它的硬件结构与一般微机控制系统相似,甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想,利用不断发展的新技术、新电子器件,逐步
5、形成了具有特色的各种系列产品。1.2PLC的发展1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求,并公开招标提出十项标准:(1)编程方便,现场可修改程序;(2)维修方便,采用模块化结构;(3)可靠性高于继电器控制装置;(4)体积小于继电器控制装置;(5)数据可直接送入管理计算机;(6)成本可与继电器控制装置竞争;(7)输入可以是交流115V;(8)输出为交流115V, 2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等;(9)在扩展时,原系统只要很小变更;(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年,美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器,满足了GM公司装配线的要求。这种
6、新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长,很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展,现在已有了第五代PLC产品。1.3PLC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)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
7、可达几万小时。1.4 PLC的基本组成及各部分作用PLC是一种通用的工业控制装置,其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同,PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体,构成主机。另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。主机中,CPU是PLC的核心,1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路,通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上,模块之间通过底板上的总线相互联系。装有
8、CPU单元的底板称为CPU底板,其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC,都可以根据需要进行配置与组合。1、中央处理单元(CPU):CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢,它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能,完成以下任务:(1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据;(2) 诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;(3) 用扫描的方式接收输入信号,送入PLC的数据寄存器保存起来;(4) PLC进入运行状态后,根据存放的先后顺序逐条读取用户程序,进行解释和执行,完成用户程序中规定的各种操作;(5)
9、 将用户程序的执行结果送至输出端。现代PLC使用的CPU主要有以下几种:(1) 通用微处理器,如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微处理器的价格便宜,通用性强,还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。(2) 单片机,如8051等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好,很适合在小型PLC上使用,也广泛地用于PLC的智能UO模块。(3) 位片式微处理器,如AMD2900系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快,它以4位为一片。用几个位片级联,可以组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容,可以改变计算机的指令系统。位片式结构可
10、以使用多个微处理器,将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分,几个微处理器同时进行处理。这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合,很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。2、存储器根据存储器在系统中的作用,可以把它们分为以下3种:(1) 系统程序存储器:和各种计算机一样,PLC也有其固定的监控程序、解释程序,它们决定了PLC的功能,称为系统程序,系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的,故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.(2) 用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序,用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改
11、动、调试,故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。由于RAM掉电会丢失数据,因此使用RAM作用户程序存储器的PLC,都有后备电池(铿电池)保护RAM,以免电源掉电时,丢失用户程序。当用户程序调试修改完毕,不希望被随意改动时,可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC(如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器,快闪存储器可随时读写,掉电时数据不会丢失,不需用后备电池保护。(3) 工作数据存储器:工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在RAM中,以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区,开辟有元件映象寄存器和数据表。元件映象寄存器用来存储PLC的开
12、关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。数据表用来存放各种数据,它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某些可变参数值,如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。根据需要,部分数据在停电时用后备电池维持其当前值,在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。3、 1/0单元I/0单元也称为I/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信
13、号,并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理,将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成,输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.4、电源部分PLC一般使用220V的交流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V, +12V, +24V的直流电源,使PLC能正常工作。电源部件的位置形式可有多种,对于整体式结构的CPU,通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC,有的采用单独电源模块,有的将电源与CPU封装到一个模块中。5、扩展接口扩展接口用于将扩展单元
14、以及功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。6通信接口为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话,PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时,可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他PLC相连时,可以组成多机系统或连成网路,实现更大规模的控制;当与计算机相连时,可以组成多级控制系统,实现控制与管理相结合的综合性控制。7、编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程,且往往需要将梯
15、形图转化为机器语言助记符后,才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器,它可以联机编程,也可以脱机编程,具有LCD或CRL图形显示功能,可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用PC作为编程器,PLC生产厂家配有相应的编程软件,使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到PLC,也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印,通过网络,还可以实现远程编程和传送。现在很多PLC已不再提供编程器,而是提供微机编程软件了,并且配有相应的通信连接电缆。1.5PLC的
16、应用领域PLC用存储逻辑代替接线逻辑,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缩短,同时日常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而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况主要分为如下几类:(1)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
17、,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(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
18、据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业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。第二章 硬件介绍图2-1为送料小车的模拟图图2-1运料小车是工业逗料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线、 冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业,各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动,电动机正转小车前进,电动机反转小车后退。本系统的结构工作原理
19、图如图1-1,包括带导轨的运行工作台,DC24V电机,行程开关,起停按钮,S7-200可编程控制器,DC24V继电器,DC12V直流电源等。图1-1是一个运料小车工作示意图,每个工作台设有一个到位开关(SQ)和一个呼 叫按钮(SB)。系统的设计要求为:(1)、按下启动按钮,系统开始工作,按下停止按钮,系统停止工作;(2)、当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时,小车向右运行,运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止;(3)、当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时,小车向左行,运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止;(4)、当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时,小车保持不动;(5
20、)、呼叫按钮开关应具有互锁功能,先按下者优先。图2-2为PLC输出的电压转换电路图1-2中采用2个DC24V继电器和1个12V直流电源来实现直流电机的正反转,2个继电器线圈直接接到可编程控制器的输出端。当继电器线圈1得电时继电器1的触点由k1转换到k2,而继电器线圈2的触点状态不变,电流流向如I1所示,驱使DCI2V电机按一定方向运转:当继电器线圈2得电时,继电器线圈I触点状态不变,而继电器线圈2的触点由k3转换到k4,电流流向如I2所示驱使DC12V电机按相反的方向运转。图2-2第三章 运料小车的程序设计3.1 I/O地址分配表图4-13.2 PLC硬件电器连接图图4-2(每个图必须要有名称
21、)TWIDIOPLC电源用的是220V?3.3 运料小车控制系统流程图图4-33.4 控制程序梯形图(1) 图4-4梯形图为小车起停的程序,按下启动按钮小车运动,M0得电并且保持,按下停止按钮,I0.1得电,M0失电。图4-4(2) 图4-5梯形图为五个行程开关梯形图,5个行程开关用数字04表示,当小车到达1号时,I0.2得电,将数字0传入MW0(用R0表示)中;以此类推。 图4-5(3) 图4-6梯形图为五个呼叫按钮梯形图,5个呼叫用数字04表示,当一号按钮被按下时,I0.7得电,将数字0传入MW1(用R1表示)中,以此类推,M4是实现自锁功能的作用,将在下面的梯形图中讲到。图4-6(4)
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