PLC配料车控制系统程序设计.docx
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PLC配料车控制系统程序设计
前言………………………………………………………3
摘要………………………………………………………3
第一部分
PLC概述………………………………………………5
设计任务书………………………………………………9
第二部分
配料车控制系统控制要求………………………………10
配料车中元器件的选择…………………………………10
控制方案论证及控制过程………………………………11
梯形图……………………………………………………14
总结………………………………………………………19
参考文献…………………………………………………19
前言
随着社会的不断发展，科学技术的不断进步，人们已经对越来越多的事物不是进行手动操作，而是进行人工智能控制。
例如智能机器人以及立体式存储仓库的产生等等，一改往日以前人们取料时间长，难度大，效率低等缺点。
本次课程设计题目配料车控制系统程序设计也正是在这样的背景下应运而生的，本次课程设计的目的是掌握机电传动控制系统的基本原理，PLC控制电路的设计方法以及继电器—接触器控制电路的PLC改造方法。
掌握机电传动控制系统中继电器—接触器控制和PLC控制的基本原理，设计方法及两者的关系。
掌握常用电器元件的选择方法。
具备一定的控制电路的分析能力与设计能力。
运用所学的可编程控制器的相关知识在实验电路板上实现小车取料的控制。
改变以往人工取料时间长，难度大，效率低的缺点。
提高工作效率，节省人力资源。
摘要
随着社会的不断发展，科学技术的不断进步，人们已经对越来越多的事物不是进行手动操作，而是进行人工智能控制。
正是在这样的科技大潮牵引下，我们所学的知识也越来越多的和先进科技接轨了。
本次课程设计正是基于此种情况，其目的是为了实现小车自动取料功能。
首先是任务分析及方案确定，其中包括：
1任务分析，然后确定主电路。
2确定控制规则
3选择PLC，包括PLC点数，类型及扩展模块的类型。
4PLC输入输出点的确定及分配。
然后是电路图的确定，其中包括：
1画出主电路原理图。
2画出PLC原理或接线图。
3画出顺序功能图
最后是根据控制规则进行如下工作：
1画出顺序功能图。
2设计PLC控制梯形图。
3程序调试说明。
第一部分
PLC概述
PLC=ProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
是工业控制的核心部分 PLC=ProgrammableLogicController，可编程控制器 另外PLC还有以下几个名称：
PLC=PowerLineCommunication，电力线通信，即我们俗称的“电力线上网”。
PLC=PublicLimitedCompany，公共有限公司，股票上市公司。
PLC=Power-lineCarrier，输电线载波，电力线载波，电源线车。
PLC=PowerLoadingControl，动力负载控制。
PLC=PreparativeLayerChromatography，制备层色谱法。
PLC=ProgrammingLanguageCommittee，程序设计语言委员会[美]。
1、PLC的基本概念
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。
2、PLC的基本结构
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，基本构成为：
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b.中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块
f、通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等
3、PLC的工作原理
一.扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
4、PLC内部运作方式
虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。
因此能大大减少控制器所需之硬件空间。
实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。
在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：
步骤一“输入状态检查”：
PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。
步骤二“程式执行”：
将阶梯图程式逐行取入CPU中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。
输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。
步骤三“输出状态更新”：
将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。
此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。
每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。
PLC内部运作架构
5、plc目前的主要品牌
美国AB，ABB，松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷等
设计任务书
1.课程设计题目：
配料车的自动控制
工作原理简介及控制要求：
1.配料车完成“从配料罐出发，到A处取M车料，再到B处取N车料，送回配料罐进行配料混合”的工作循环。
配料车有三相交流异步电机驱动。
2.按停止按钮，完场当前循环后再停。
3.按复位按钮，立即返回原位停止。
4.要求可以实现手动,单周期，连续控制。
2.配料车的控制过程及要求如下：
1.初始状态：
由选择快关（连续或单周期）接通初始状态，小车需处于初始端，即左端，左限位开关闭合。
2.按启动按钮I0.0，执行下列程序：
（1）.Q0.3线圈通电并向右运行，到A地点后停止并进行装料，待时间到后，向左运行，到原位后开始卸料并计时，计数器C1记录其次数。
小车开始循环，直至等于计数器的设定值，才执行下一程序。
（2）.当循环次数等于计数器的设定值时，循环结束，接通Q0.3线圈，使小车右行到达B处，同样装料并定时，时间一到，小车左行并到指定位置开始卸料，并开始循环，待等于计数器C2设定值时，执行下一程序。
（3）.计数器的次数等于设定值，接通Q0.5开始搅拌。
3.循环：
如果选择开关选择单周期档位，则Q0.5搅拌时间到后，开始回到初始状态，等待下一次接通。
如果选择的的是连续档位，则搅拌完后就会回到M0.1状态自动开始下一周期循环。
如果选的是手动档位，每一步都是由手动按钮开关控制。
4.复位：
按动I0.7，停止一切操作，同时接通Q0.4，小车左行，并停止于初始状态。
5.停止：
按动停止按钮I0.1，需运行当前循环后再停。
第二部分
一.配料车中元器件的选择：
1.PLC主机：
选择西门子S7-300/SM323系列作为配料车控制系统的主控机。
2.限位开关SQ1,SQ2,SQ3用来指示配料车已到达左位或者是中位，右位，准备下一动作。
3.手动程序：
选择开关选择手动档位（I0.4），执行程序的每一步都是由手动来实现的，可以实现手动装A点（I0.5）或B（I0.6）点料，手动右行A点（I1.0）或B（I1.1）点，手动左行（I1.2），手动卸料（I1.3），手动混料（I1.7）。
4.复位按钮I0.7：
按动此按钮，终止一切动作，直接通Q0.4，使其回原点停止。
5.启动按钮I0.0：
用于使配料车初始上电工作。
6.停止按钮I0.1：
用于使整个工作过程结束。
7.连续选择开关I0.3：
使整个工作过程循环几个周期。
8.单周期选择开关I0.2：
使整个工作循环一周期后回原点。
二.控制方案论证及控制过程
1.配料车I/O点及地址分配
输入
输出
功能
名称
地址
功能
名称
地址
功能
名称
地址
启动按钮
SB1
I0.0
手动右行到A点
SB6
I1.0
装A料
YV1
Q0.0
停止按钮
SB2
I0.1
手动右行到B点
SB7
I1.0
装B料
YV2
Q0.1
单周期选择开关
SA1
I0.2
手动左行
SB8
I1.2
卸料
YV3
Q0.2
连续选择开关
SA2
I0.3
手动卸料
SB9
I1.3
右行
M
Q0.3
手动选择开关
SA3
I0.4
左限位开关
SQ1
I1.4
左行
M
Q0.4
手动装A料
SB3
I0.5
中限位开关
SQ2
I1.5
混料
M
Q0.5
手动装B料
SB4
I0.6
右限位开关
SQ3
I1.6
复位
SB5
I0.7
手动混料
SB10
I1.7
2.端子线图:
3.配料车控制系统流程图
梯形图
手动程序：
启动连续停止
复位
总结
本次课程设计在老师和同学的耐心帮助下，顺利的完成了本次的课程设计。
通过本次的课程设计使我①进一步掌握了机电传动控制系统中固定程序的继电器—接触器控制和PLC控制的基本原理，设计方法及两者的关系。
②常用电器元件的选择方法。
③具备一定的控制电路的分析能力与设计能力。
本次课程设计实现了通过开关控制小车取料的功能。
在设计之初，曾经走入误区，也曾经茫然过，可是在老师与同组成员的帮助下，我们顺利的解决了遇到的问题，并达到了预想的效果。
在此，我要特别感谢我的课程设计指导老师王伟老师和陈白宁老师，还要特别感谢与我同组的张磊，印文峰，郝奇三名同学。
课程设计结束了，但是我深知，我所学习的知道的还是远远不够的，通过课程设计也让我增强了学习PLC的兴趣。
在以后的学习生活中，我会把这种钻研精神继续发扬下去，争取学到更多有用的知识，不断丰富自己。
参考文献：
参考书：
1.《机电传动控制基础》主编陈白宁段智敏刘文波2008
指导教师：
王伟
沈阳理工大学应用技术学院
2010年12月28日
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