PLC在砂处理生产线上的应用Word文件下载.docx
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通过设计，使我们所学的理论知识与生产实践更紧密地结合起来，是对往常所学的知识及所把握的技能的综合运用和检验。
在作课程设计的过程中，能够综合性地运用几年内所学知识去分析、解决问题，所学知识得到疏理和运用，使自己的实践动手能力得到锤炼，增强了立即跨入社会去竞争、去制造的自信心。
本课程设计是在学完可编程操纵器课程之后综合利用所学可编程操纵器知识完成一个可编程操纵器应用系统设计。
该课程设计的要紧任务是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深“可编程操纵器原理与应用”课程中所学的理论知识和实验能力，差不多把握可编程操纵器应用电路的一样设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，加深对可编程操纵器软硬知识的明白得，获得初步的应用体会，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
本课题把PLC作为开发工具，设计要求具备一定的PLC硬、软件的设计能力。
通过本课题的设计，使我们了解了用PLC进行设计的差不多方法和步骤。
由于设计要紧是独立完成的，因此培养了我们分析问题、综合运用知识去解决问题的能力，以及独立工作的能力。
第二节课程设计任务书
题目：
（一）应用背景与需求
砂处理生产线由混砂机、带式输送机及其配套设备、生产及除尘等用电设备组成，要紧完成型砂、新砂及粘土、煤粉的输送任务。
砂处理生产线的要紧用电设备是连续工作制，采纳传统的继电器操纵系统，需要采纳大量中间继电器，可靠性差，难以保证系统长时刻连续工作。
尽管用继电器构成一个操纵系统的直截了当投资比PLC少，但从系统的寿命及其修理费用来考虑，用PLC取代继电器是合适的。
本例论述采纳PLC实现砂处理生产线的操纵问题。
工艺过程：
1、型砂输送系统中，输送带的工艺流程如图
（1）所示。
图
（1）型砂输送带工艺流程
该系统的差不多操纵要求：
1）、启动时应逆工艺流程延时启动，其启动顺序如图
（2）所示。
2）、停止时，全部设备同时停机。
图
（2）型砂输送带启动顺序
2、旧砂输送系统中，输送带的工艺流程如图（3）所示。
图（3）旧砂输送带工艺流程
该系统的差不多操纵要求：
1）、启动时应逆工艺流程延时启动，其启动顺序如图（4）所示。
2）、停止时应顺工艺流程延时停止，其停止顺序如图（5）所示。
图（4）旧砂输送带启动顺序
图（5）旧砂输送带停止顺序
3、混砂机的碾混系统为循环工作方式，其工艺流程及操纵要求如图（6）所示。
图（6）碾混系统的工艺流程
（二）任务及要求
1、画出本操纵的I/O分配图
2、画出操纵梯形图
3、写出指令
4、设计操纵电路图
5、上机调试
6、编写课程设计说明书一份（许多于15页）内容包括：
1）操纵方案的选择：
为何采纳PLC操纵？
说明继电器接触器操纵的缺点，为何PLC操纵可克服此缺点？
两种操纵方法有什么不同？
PLC操纵与微机操纵的区别是什么？
2）如何选型，如何样定输入、输出点数，阐明自己的观点。
3）分析所编的程序并阐述系统的工作原理。
4）编写指令语句表。
（三）参考资料
1、赵明等《工厂电气操纵设备》，北京.机械工业出版社1998第二版
2、上海工业自动化外表研究所《三菱超小型F1系列可编程操纵器》1990
3、王兆义《可编程操纵器的选型问题》上海电器技术NO2：
29—33
4、宫淑贞《可编程操纵器原理及应用》人民邮电出版社，2002
5、谢克明《可编程操纵器原理与程序设计》电子工业出版社，2003
6、高钦和《可编程操纵器应用技术与设计实例》人民邮电出版社，2004
成绩评定_______________
第二章可编程序操纵的差不多组成和工作原理
第一节可编程序操纵的差不多组成
PLC由中央处理单元、储备器、输入输出单元、电源、编程器五部分组成。
其结构框图如下。
可编程操纵器的差不多结构
1、中央处理单元（简称CPU）
CPU要紧由运算器、操纵器、寄存器及实现它们之间联系的数据、操纵及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序给予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
2、储备器（RAM、ROM）
储备器要紧用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
存放系统软件的储备器称为系统程序储备器;
存放应用软件的储备器称为用户程序储备器；
存放工作数据的储备器称为数据储备器。
常用的储备器有RAM、EPROM和EEPROM。
RAM是一种可进行读写操作的随机储备器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。
RAM储备器是一种高密度、低功耗、价格廉价的半导体储备器，可用锂电池做备用电源。
掉电时，可有效地保持储备的信息。
EPROM、EEPROM差不多上只读储备器。
用这些类型储备器固化系统治理程序和应用程序。
3．输入输出单元（I/O单元）
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。
I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。
接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。
PLC的各输出操纵器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
4．电源
PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源输入类型有：
交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。
5．编程器
编程器是PLC的最重要外围设备。
利用编程器将用户程序送入PLC的储备器，还能够用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。
除此以外，在个人运算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人运算机对PLC编程。
利用微机作为编程器，能够直截了当编制并显示梯形图。
第二节PLC的差不多工作原理
PLC采纳循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到终止符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。
PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个时期。
当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
PLC的工作过程可分为三个时期：
输入处理、程序处理和输出处理如图所示。
1．输入处理
输入处理也叫输入采样。
在现在期，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。
在此输入映象寄存器被刷新。
接着进入程序执行时期。
在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也可不能发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理时期才能被读入信息。
2．程序执行
依照PLC梯形图程序扫描原则，PLC在程序执行时期，总是按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行逐句扫描，执行程序。
遇到程序跳转指令，依照跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一时期采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，依照用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。
对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
3.输出处理
程序执行完毕后，将Y映象寄存器中的寄存器的通/断状态向输出锁存器传送，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出操纵信号，驱动外部负载。
PLC通过以上三个时期的工作过程，称为一个扫描周期（或称工作周期），然后PLC又重新执行上述过程，周而复始地进行。
每执行一遍所需的时刻称为扫描周期。
为了提高工作的可靠性，及时接收外来的操纵命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。
因此，还要进行整个扫描的过程。
每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、储备器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。
现在，PLC赶忙启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。
诊断终止后，如没发觉故障，PLC将连续往下扫描，检查是否有编程器等的通信要求。
假如有则进行相应的处理，比如，同意编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程显示等。
处理完通信后，PLC连续先往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出操纵信号，完成一个扫描周期。
然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。
PLC就如此不断地反复循环，实现对机器的连续操纵，直到接收到停机命令，或因停电、显现故障等才停止工作。
第三章可编程操纵系统的特点及优势
第一节PLC的特点和应用
一、PLC的要紧特点
1、可靠性高，抗干扰能力强
（1）所有的I/O接口电路均采纳光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采纳R-C滤波器，其滤波时刻常数一样为10~20ms.（3）各模块均采纳屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采纳性能优良的开关电源。
（5）对采纳的器件进行严格的选择。
2、丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：
交流或直流；
开关量或模拟量；
电压或电流；
脉冲或电位；
强电或弱电等。
有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
按钮；
行程开关；
接近开关；
传感器及变送器；
电磁线圈；
操纵阀等直截了当连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;
为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。
3、采纳模块化结构
为了适应各种工业操纵需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采纳模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采纳模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可依照用户的需要自行组合。
4、编程简单易学
PLC的编程大多采纳类似于继电器操纵线路的梯形图形式，梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑操纵指令就能够方便地实现继电器电路的功能。
对使用者来说，不需要具备运算机的专门知识，因此专门容易被一样工程技术人员所明白得和把握。
5、安装简单，修理方便
PLC不需要专门的机房，能够在各种工业环境下直截了当运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情形和查找故障。
由于采纳模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户能够通过更换模块的方法，使系统迅速复原运行。
二、PLC的应用范畴
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，使用情形大致可归纳为如下几类。
1开关量的逻辑操纵
这是PLC最差不多、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑操纵、顺序操纵，既可用于单台设备的操纵，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模拟量操纵
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等差不多上模拟量。
为了使可编程操纵器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程操纵器用于模拟量操纵。
3运动操纵
PLC能够用于圆周运动或直线运动的操纵。
从操纵机构配置来说，早期直截了当用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一样使用专用的运动操纵模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置操纵模块。
世界上各要紧PLC厂家的产品几乎都有运动操纵功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4过程操纵
过程操纵是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环操纵。
作为工业操纵运算机，PLC能编制各种各样的操纵算法程序，完成闭环操纵。
PID调剂是一样闭环操纵系统中用得较多的调剂方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一样是运行专用的PID子程序。
过程操纵在冶金、化工、热处理、锅炉操纵等场合有专门广泛的应用。
5数据处理
现代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，能够完成数据的采集、分析及处理。
这些数据能够与储备在储备器中的参考值比较，完成一定的操纵操作，也能够利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一样用于大型操纵系统，如无人操纵的柔性制造系统；
也可用于过程操纵系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型操纵系统。
第二节PLC与其它工业操纵系统的比较
一、PLC操纵系统与继电器操纵系统的比较
1、功能强，性能价格比高
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有专门强的功能，能够实现专门复杂的操纵功能。
与相同功能的相比，具有专门高的性能价格比。
可篇程序操纵器能够通过通信联网，实现分散操纵，集中治理。
2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
可编程序操纵器产品差不多标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。
用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。
楞编程序操纵器的安装接线也专门方便，一样用接线端子连接外部接线。
PLC有专门强的带负载能力，能够直截了当驱动一样的电磁阀和交流接触器。
3、可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器操纵系统中使用了大量的中间继电器、时刻继电器。
由于触点接触不良，容易显现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时刻继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器操纵系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
4、系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器操纵系统中大量的中间继电器、时刻继电器、计数器等器件，使操纵柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一样采纳顺序操纵设计方法。
这种编程方法专门有规律，专门容易把握。
关于复杂的操纵系统，梯形图的设计时刻比设计继电器系统电路图的时刻要少得多。
5、编程方法简单
梯形图是使用得最多的可编程序操纵器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易明白，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时刻就能够熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。
梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序操纵器在执行梯形图的程序时，用说明程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。
二、PLC操纵系统与微型运算机操纵系统的比较
1、应用范畴：
微机除了用在操纵领域外，还大量用于科学运算、数据处理、运算机通信等方面。
而PLC要紧应用于工业操纵。
2、使用环境：
微机对环境要求专门高，一样要在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。
而PLC适用于工程现场的环境。
3、输入输出：
微机系统的I/O设备与主机之间采纳微机联系，一样不需要电气隔离。
而PLC一样操纵强电设备，需要电气隔离，输入输出均用“光-电”耦合，输出还采纳继电器，晶闸管或大功率晶体管进行功率放大。
4、程序设计：
微机具有丰富的程序设计语言，例如：
汇编语言、FORTRAN语言、PASCAL语言、C语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须具备一定水平的运算机硬件和软件的知识。
而PLC提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和把握。
5、系统功能：
微机系统一样配有较强的系统软件，例如：
操作系统，能进行设备治理、文件治理、储备器治理等。
它还配有许多应用软件，以方便用户。
而PLC一样只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户的程序输入和修改、用户程序的执行与监视等功能。
6、运算速度和储备容量：
微机运算速度快，一样为微秒级。
因有大量的系统软件和应用软件，故储备容量大。
而PLC因接口的响应速度慢而阻碍数据处理速度。
一样接口响应速度为2ms，PLC的巡回检查速度为每千字8ms。
PLC的软件少，编程简短，故内存量少。
7、价格：
微机是通用机，功能完善，故价格较高。
而PLC是专用机，功能较少，其价格是微机的十分之一。
从以上几个方面的比较可知：
PLC是一种用于工业自动化操纵的专用微机操纵系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和把握。
价格也比一样的微机系统廉价。
第四章PLC的选型及系统设计
第一节PLC的选型
一、PLC的选型依据
PLC机型选择方法的差不多原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、爱护使用最方便以及性能价格比最优化的机型。
工艺流程的特点和应用要求是设计选型的要紧依据。
PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业操纵系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和操纵要求相适应。
熟悉可编程序操纵器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时刻，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、操纵要求，明确操纵任务和范畴确定所需的操作和动作，然后依照操纵要求，估算输入输出点数、所需储备器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的操纵系统。
一、输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常依照统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
实际订货时，还需依照制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
二、储备器容量的估算
储备器容量是可编程序操纵器本身能提供的硬件储备单元大小，程序容量是储备器中用户应用项目使用的储备单元的大小，因此程序容量小于储备器容量。
设计时期，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计时期是未知的，需在程序调试之后才明白。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采纳储备器容量的估算来替代。
储备器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上差不多上按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
三、操纵功能的选择
该选择包括运算功能、操纵功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
（1）运算功能
简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；
一般PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；
较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；
大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。
随着开放系统的显现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。
设计选型时应从实际应用的要求动身，合理选用所需的运算功能。
大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和操纵时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。
要显示数据时需要译码和编码等运算。
（2）操纵功能
操纵功能包括PID操纵运算、前馈补偿操纵运算、比值操纵运算等，应依照操纵要求确定。
PLC要紧用于顺序逻辑操纵，因此，大多数场合常采纳单回路或多回路操纵器解决模拟量的操纵，有时也采纳专用的智能输入输出单元完成所需的操纵功能，提高PLC的处理速度和节约储备器容量。
例如采纳PID操纵单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。
（3）通信功能
大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂治理网（TCP/IP）相连接。
通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。
PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；
大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：
1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。
（4）编程功能
离线编程方式：
PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行操纵。
完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行操纵，不能进行编程。
离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。
在线编程方式：
CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场操纵，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就依照新收到的程序运行。
这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采纳。
五种标准化编程语言：
顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。
选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足专门操纵
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