plc布料车的程序设计.docx

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plc布料车的程序设计

目录

第一部分

前言…………………………………………..

摘要…………………………………………..

第二部分

PLC的概述…………………………………..

设计任务书………………………………….

PLC选型…………………………………….

第三部分

PLC设计思想……………………………….

PLC程序设计………………………………..

PLC顺序功能图……………………………..

PLC梯形图设计……………………………..

布料车程序指令…………………………………

参考文献………………………………………

第一部分

前言

工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。

工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。

工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。

虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。

我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。

目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。

目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

众所周知，从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。

20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。

全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（TimetoMarket）、改善质量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服务体系（Service），这就是企业的T.Q.C.S.。

虽然计算机集成制造系统

（CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便作出正确的决策”，即“五个正确”。

然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所采用。

在我国，中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。

摘要

世界上第一台可编程序控制器产生于1969年，是由当时美国数字设备公司（DEC）为美国通用汽车公司（GM）研制开发并成功应用于汽车生产线上，被人们称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。

在70年代，随着电子及计算机技术的发展，出现了微处理器和微计算机，并被应用于PLC中，使其具备了逻辑控制、运算、数据分析、处理以及传输等功能。

电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufacturersAssociation）于1980年正式命名其为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。

为与个人计算机（PersonalComputer）相区别，同时也使用其早期名称PLC。

国际电工技术委员会IEC（InternationalElectrotechnicalCommission）分别于1982年11月和1985年1月颁布了PLC的第一稿和第二稿标准。

以后PLC开始向小型化、高速度、高性能、高可靠性方面发展，并形成多种系列产品，编程语言也不断丰富，使其在80年代工业控制领域中占据着主导地位。

可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。

通常把PLC认为是由等效的继电器、定时器、计数器等元件组成的装置。

第二部分

PLC的概述

一、PLC是什么？

由于可编程控制器的不断发展，对它下一个确切定义是困难的。

可编程控制器问世后，美国电器制造商协会NEMA（NationalElectricalManufacturesAssociation）于1980年对可编程控制器有如下定义：

可编程控制器是一种数字式电子装置。

它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，实现对各种机械或生产过程的控制。

PLC这个电子系统，也是靠存贮程序、执行指令，进行信息处理，实现输入到输出的变换。

但它的目的是用以控制各种类型机械或生产过程。

所以，从实质上讲，它是一台工业环境应用的、满足实时控制要求的专用计算机。

PLC与普通计算机所不同的主要是：

可编程控制器的10项招标指标1968年，美国通用汽车公司（GM）根据多品种、小批量、不断翻新汽车品牌的战略思想，以降低生产成本，缩短新产品开发周期为设想，针对汽当时车生产线的自控系统现状：

工装基本上由继电器控制装置构成。

当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装，因而继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，这不仅费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。

为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，希望用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出了以下10项招标指标：

①在使用者的工厂里，能以最短的中断服务时间，迅速、方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。

②所有的系统组件必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下进行。

③系统的维修必须简单易行。

在系统中应设计有状态指示器及插入式模块，以便在在最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行；

④装置的体积应小于原继电器控制柜的体积，它的能耗也应较小；

⑤必须能与中央数据采集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状态和运行情况。

⑥输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流115V（注：

美国电网电压为115V，我们中国是AC220V）；

⑦输出的驱动信号都必须能驱动以交流运行的电动机驱动器和电磁阀线圈，每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有交流115V，2A以下容量的电磁阀等负载设备。

⑧具有灵活的扩展能力。

在扩展时，必须能以最小的系统变动及最短的更换、停顿时间，使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。

⑨在购买和安装费用上应有与原有继电器控制和固态逻辑控制系统的竞争力，即有高的性价比。

⑩用户存储器容量至少在4KB1以上（根据当时汽车装配厂的要求）

美国数字设备公司（DEC）中标后，在1969年，研制出第一台PLC（PDP-14），应用于美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。

其后，美国Modicon公司也推出了同名的084控制器。

这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用。

到1971年，已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等行业。

这一新型的工控装置的出现，受到世界上许多国家的高度重视。

1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台PLC（DSC-8控制器）。

1973年，西欧国家也研制出他们的第1台PLC。

我国从1974年始研制，到1977年开始应用于工控领域。

⑵可编程控制器的发展

①初创阶段

②扩展阶段，③通信阶段，④开放阶段，从20世纪80年代中期到90年代中期。

由于国际标准化组织提出了开放互连参考模型，使可编程控制器在通信系统的开放获得较大发展，使各制造厂商产品可以互通，甚至大中型产品开始采用CRT屏幕显示功能，并且采用标准化软件系统，增加高级编程语言，并完成编程语言的标准化工作。

2、可编程控制器的编程语言

⑴可编程控制器编程语言的发展

可编程控制器的应用需要用可编程控制编程语言进行编程（即所谓的二次开发），各制造商开发了各自的编程语言，形成了各自为政的自动化孤堡。

不同的可编程控制器程序不能移植，不能相互通信等。

为此，用户和制造商都希望有标准化的编程语言，使可编程控制器成为开放系统的组成部分。

标准化编程语言的发展来自下列三方面的发展。

①传统可编程控制器语言。

例如常用的梯形图语言脱胎于电气逻辑图，指令表语言是汇编语言的发展。

②工控软件公司开发的编程语言。

③基于工业PC的软逻辑PLC。

⑶可编程控制器的标准编程语言

IEC61131-3的编程语言部分定义了两大类编程语言：

文本类编程语言和图形类编程语言。

文本类编程语言包括指令表编程语言（IL:

ImstructionList）和结构化文本编程语言（ST：

StructuredText），图形类编程语言包括梯形图编程语言（LD：

LadderDigram）和功能块图编程语言（FBD：

FunctionBlockDigram）。

标准中定义的顺序功能表图编程语言（SFC：

SequenceFunctionChart）既没有归入文本类编程语言，也没有归入图形类编程语言，而是作为公用元素被定义。

这表示SFC可以使用两类语言进行编程。

三、PLC的基本结构

PLC主要由中央控制单元（CPU）、存储器（RAM或ROM或）输入输出模块（I/O）部分、电源和编程设备组成（见图1-1），有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务。

术语“体系结构”是指PLC的硬件，或软件，或者二者的结合。

开放式的体系结构，是指系统使用现成的标准组件，能方便的与其它生产厂家的设备和程序兼容。

封闭的体系结构是指该系统为专用的并且与其他系统不兼容。

目前，大多数PLC系统从本质上讲都是封闭的系统，所以使用时必须确定所选用的硬件和软件与所使用的PLC是兼容的。

1．中央控制单元CPU

CPU是PLC的“大脑”，通常由一个微处理器和一个存储器组成。

微处理器实现逻辑处理和控制各模块间通信的功能，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存由微处理器完成的逻辑操作的结果（程序产生的数据）。

2.I/O模块

I/O系统构成了现场设备与控制器连接的接口，作用就是从使现场接收到的信号或送到现场的信号达到处理器的要求。

输入（1nput）模块和输出（Output）模块简称为I／O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。

开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。

CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC的输入／输出信号电压一般较高，如直流24V

3．编程器设备（或称编程终端）

编程设备用来向存储器中写入程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。

手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。

它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。

印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。

4．电源

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。

内部的开关电源为各模块提供DC5V

。

四PLC的特点

自身还不消失，等等。

正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。

归纳起来，除了功能丰富，PLC还有以下特点：

1．工作可靠:

用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。

这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多非常有效的根本性措施：

在硬件方面：

是否正常，PLC系统都设置了“看门狗”（Watchingdog）监控程序。

运行用户程序开始时，先清“看门狗”定时器，并开始计时。

当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。

若超时（可设定，一般不超过100ms），则报警。

严重超时，还可使PLC停止工作。

用户可依报警信号采取相应的应急措施。

若定时器的计时值不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。

显然，有了这个“看门狗”监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，避免出现“死循环”而影响其工作的可靠性。

PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。

这是系统程序（操作系统）配置了的，用户可不干预。

出现故障时有相应的出错信号提示。

正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。

它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。

曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。

在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作为它的首选指标。

多年使用PLC的经验也说明，PLC工作是非常可靠的。

正使用的PLC往往不是由于用坏而被淘汰，而往往是由于PLC技术发展太快，由于技术落后而被淘汰。

2．使用方便:

（1）配置方便：

可按控制系统的需要确定要使用那家的，那种类型的PLC，以及用什么箱体或模块，要多少箱体或模块。

（2）安装方便：

PLC硬件安装简单，组装容易。

外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，可不必再接线。

内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定就可工作。

（3）编程方便：

可用编程工具或编程软件编程。

有的厂家的PLC还有计算机仿真软件，为程序设计也提供了很大的方便。

程序也便于存储、移植及再使用。

定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。

这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。

（4）维修方便：

这是因为：

后是不会出故障的。

至多也只是依据使用经验进行调整，使之完善就是了。

（5）改用方便：

PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。

如果原设备与新设备差别较大，它的一些箱体或模块也还可重用。

3、与其它工业控制系统比较：

PLC控制系统与继电器逻辑控制系统的比较：

性能指标继电器逻辑控制系统可编程控制器控制系统

控制功能实现用硬件接线实现相应的控制功能，实现复杂控制困难用软件编程实现相应的控制功能，方便实现复杂功能

可靠性元器件多、活动部件多、故障率高、可靠性差大规模集成电路、无活动部件、可靠性高

适应性需要重新设计和接线，来适应工艺过程的变化只需对用户程序更改，适应性强

灵活性和柔性扩展性差、灵活性差、柔性差扩展单元和扩展模块类型多、扩展灵活

实时性继电器动作时间常数长、实时性差采用实时技术，指令执行时间短、实时性好

施工和设计体积大、耗能大、施工工作量大、设计工作量大体积小、能耗小、施工方便、设计工作量小维护硬件接线造成维护工作量大、维护困难有自诊断显示，维护简单，使用寿命触点容易磨损、活动部件容易损坏、寿命短无可动部件、寿命长，价格相对较低相对较高

PLC控制系统与无触点顺序逻辑控制系统的比较：

性能指标无触点顺序逻辑控制系统可编程控制器控制系统

可靠性采用低功耗器件，元件经老化处理和筛选，可靠性较高专门为工业恶劣环境设计，可靠性高

适应性电平范围广，有强环境适应性环境适应性强，可应用在工业现场

施工和设计工作量较大，互换性好硬件接线工作量小，更换方便、互换性好

维护较方便有自诊断显示，故障代码显示、维护简单、价格较高

PLC控制系统与计算机控制系统的比较：

性能指标计算机控制系统PLC控制系统

可靠性商业级工业级

六、PLC的应用领域

基于PLC的特点，PLC已得到广泛的应用。

目前主要是：

1．用于顺序控制

顺序控制是根据有关输入开关量的当前与历史的状况，产生所要求的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。

这是系统工作最基本的控制。

也是离散生产过程最常用的控制。

。

2．用于过程控制

PLC用于过程控制，已是一个趋势。

因为用PLC实现这个控制，其价格比用别的

3．用于运动控制

运动控制主要指，对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。

可以是单坐标，即控制对象作直线运动；。

PLC也已具备处理脉冲量的能力。

PLC有脉冲信号输入点或模块，可接收脉冲量输入（PI）。

PLC有脉冲信号输出点或模块，可输出脉冲量（PO）。

有了处理PI/PO这两种功能，加上PLC已有数据处理及运算能力，完全可以依NC的原理进行运动控制。

。

4．用于信息控制

信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。

随着技术的发展，PLC不仅可用作系统的工作控制，还可用作系统的信息控制。

PLC用于信息控制有两种：

专用、兼用。

5．用于远程控制

远程控制是指，对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。

PLC有多种通讯接口，有很强的联网、通讯能力，并不断有新的联网的模块与结构推出。

所以，PLC远程控制是很方便的。

PLC与PLC可组成控制网。

可通讯，交换数据，相互操作。

参与通讯的PLC可多达几十、几百个。

网与网还可互联。

这样，参与通讯的PLC则更多，以至于不受限制。

PLC与智能传感器、智能执行装置（如变频器），也可联成设备网。

也可通讯，交换数据，相互操作。

可联接成远程控制系统，系统范围面可大到几十、几百公里或更大。

这种远程控制，既提高了控制能力，又简化了硬件接线及维护。

PLC与可编程终端也可联网、通讯。

PLC的数据可在它上面显示，也可通过它向PLC写数据，使它成为人们操作PLC的界面。

PLC可与计算机通讯，加进信息网。

利用计算机具有强大的信息处理及信息显示功能，可实现计算机对控制系统的监控与数据采集SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）。

同时，还可用计算机进行PLC编程、监控及管理。

PLC还有以太网模块，可用其使PLC加入互联网。

也可设置自己的网址与网页。

有这样PLC控制的工厂，有的称之为透明工厂（TransparentFactory）。

在地球上任何可上网的计算机，只要权限允许，就可直接对其进行访问。

远程控制威力是无比的。

可提升PLC的控制能力、扩大控制地域及提高控制效益。

化工厂、数字化城市，提供可能。

显然，这种大规模、大范围的自动化、信息化，将具有更大威力及得到更大的效益。

必须实现这些控制进行控制。

否则，一旦情况变化，或出现故障，而又不能及时。

七、PLC的类型

按生产厂家分有：

德国的西门子公司、美国的AB（Allen-Bradley）公司（现已被美国的Rockwell公司收购），美国GE公司与日本FANAC合资的GE-FANAC公司、法国的施耐德公司（原美国MODICON公司已被其收购）以及日本的欧姆龙（OMRON）公司、三菱公司、松下公司、东芝公司、富士公司、光洋公司、日立公司等等。

德国西门子公司：

主流产品为S7系列机，有S7200（小型）、S7300（中型）及S7400机（大型）。

性能比S5大有提高。

此外，还推出微型机Logo。

日本OMRON公司：

主流产品为CS1H、CS1D（可双机热备）、CJ1H、CQM1H、CP1

GE-FANAC有90-70机、90-30机。

最近，还推出控制与信息处理能力有很大提升的可编程自动化控制器，即，PAC。

法国施耐德公司有：

MODICONQuantun（大、超大型机）、MODICONPremiun（中型机）、MODICONCompact（中、小型机、可用于较大的工作温度范围及有腐蚀气氛的场合）Momentun（中型机）、MODICONMicro（小型机）、MODICONNaza（微型机）。

国内也有一些正在发展中的PLC厂家，相信在不太久的将来，会在世界PLC之林中一定有其位置的。

按控制规模分：

大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。

微型机控制的仅几点、十几点、几十点，如OMRON公司新推出的ZEN机，主机有8点、10点两种，还有扩展，最多可扩到34点。

再如西门子的logo机，小的也仅能控制10点。

还如三菱的alpha机，I/O点数分别有6、10及20等几种规格，而alphaXL的I/O点数分别有14、24两种规格。

这些机型，有的还内嵌有简易的编程工具，很便于编程。

由于它的价格低廉、使用方便、工作可靠、体积很小…而且，它的可输出电流比其它PLC都大，有的可达8安培。

完全可成为新一代相应的继电器控制的替代品，也因此，有的则称其为可编程继电器（PLR）。

小型机控制点可达100多点，以至于更多。

如OMRON公司的CPM2A、CP1H、CQM1H，则分别可达到120、320、512点。

西门子公司的S7200机可也达一百多点。

新推出S7-200CN为中国版机型。

当最大配置时，控制点数可达248路（西门子称I/O点为路）。

三菱公司的FX2N最多点数也可达256点，而FX3UC机可达300多点。

中型机控制点数可达近500点，以至于以千点计。

如OMRON公司CJ1H机可超过2000多点。

德国西门子公司的S7300机最多可达512点（开关量），新推出的CPU318-2也可超过1000点（开关量）。

设计任务书

一布料车程序设计工艺流程图

布料车的工作行程按照“进二退一”的方式往返行驶于八个光电开关之间。

布料车由三相交流异步电机驱动。

布料车控制方案

三．布料车程序设计元器件选择

1PLC主机：

选择S7-200系列CPU226型的PLC作为布料车程序设计控制的主机

2布料车程序设计总共有16个输入点。

二个输出点

3启动：

按下I0.1用于布料车的初始工作状态

停止：

按下I1.4使布料车的停止工作

4布料车向右运行电动机正转，布料车向左运行电动机反转

5按下I1.1实现复位控制。

I1.2.I1.3实现手动运行按下I2.0可实现连续控制，按下I2.1实现单周期控制

四设计思想

本组是第十六组，设计题目是布料车的程序设计。

首先应确定输入元件和输出元件，由此来选择PLC的总点数，以便于画出PLC本设计的I/O分配图。

有以上小车流程图所知，小车需要往返于八个光电开关之间，其八个光电开关属于输入；右行和左行分别由电动机的正转和反转来控制，其电机的正传和反转属于输出。

除此以外，还需要对小车的启动和停止进行控制，分别用启动按钮SB1和停止按钮SB2来控制。

要求按下停止按钮，小车完成当前循环以后再停，按下复位按钮，小车立即停止在初始步，所以还需要加一个复位按钮。

小车要满足手动、单周期、连续循环的控制要求，所以还需要一个旋钮开关。

此旋钮打到手动时，按下手动按钮，小车完成当前步后停止，用以进行程序的调试；将旋钮开关打到单周期的位置，小车完成当前循环后返回到初始步；同样，当把旋钮开关打到连续循环处，小车周而复始的运行，直到按下停止按钮后，小车完成当前循环后再停止。

由所给的顺序流程图，分析以上控制要求，画出顺序功能图，由功能图画出梯形图，需要指出的是按停止按钮、复位按钮、手动程序在功能图中无法显示，需在程序开始前或结束后加以体现。

由梯形图写出语句表程序。

四布料车程序设计I/O分配及地址分配

输入

输出

功能

地址

启动按钮SB1

I0.0

电动机正转右行

Q0.0

停止按钮SB8

I1.4

电动机反转左行

Q0.1

光电开关1

I0.1

光电开关2

I0.2

光电开关3

I0.3

光电开关4

I0.4

光电开关5

I0.5

光电开关6

I0.6

光电开关7

I0.7

光电开关8

I1.0

单周期控制SB3

I2.1

手动控制按钮S