PLC装配流水线课程设计.docx
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PLC装配流水线课程设计
广东技术师范学院天河学院
《PLC课程设计》报告
装配流水线的模拟控制
系别电气工程
班级电气123班
学号
学生姓名
指导老师
组员
2015年3月
一、绪论
1、可编程控制器的概述
可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicalController，简称PLC。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
2、可编程控制器的基本结构
可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。
（1）、CPU模块
CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。
它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。
PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
（2）、I/O模块
I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号。
输入信号有两类：
一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟输入信号。
可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，
可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
（3）、电源
可编程序控制器一般使用220V交流电源。
可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。
（4）、编程器
编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。
也可以通过专用的编程电缆线将PLC与电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。
（5）、输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。
（6）、外部设备接口
此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。
本实验装置选用的主机型号为S7-200系列的主机。
3、可编程控制器的工作原理
可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。
为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。
除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（如图所示）
在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU，模块内部
的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内
部工作。
在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。
在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。
在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的通/断状态传送到输出锁存器。
4、可编程控制器的内存区域的分布及I/O配置
S7-200CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示
元件名称
代表字母
编号范围
功能说明
输入寄存器
I
I0.0～I1.5共14点
接受外部输入设备的信号
输出寄存器
Q
Q0.0～Q1.1共10点
输出程序执行结果并驱动外部设备
位存储器
M
M0.0～M31.7
在程序内部使用，不能提供外部输出
定时器
256（T0～t255）
T0,T64
保持型通电延时1ms
T1～T4,T65～T68
保持型通电延时10ms
T5～T31,T69～T95
保持型通电延时100ms
T32,T96
ON/OFF延时,1ms
T33～T36,T97～T100
ON/OFF延时,10ms
T37～T63,T101～T255
ON/OFF延时,100ms
计数器
C
C0～C255
加法计数器，触点在程序内部使用
高速计数器
HC
HC0～HC5
用来累计比CPU扫描速率更快的事件
顺序控制继电器
S
S0.0～S31.7
提供控制程序的逻辑分段
变量存储器
V
VB0.0～VB5119.7
数据处理用的数值存储元件
局部存储器
L
LB0.0～LB63.7
使用临时的寄存器，作为暂时存储器
特殊存储器
SM
SM0.0～SM549.7
CPU与用户之间交换信息
特殊存储器
SM（只读）
SM0.0～SM29.7
接受外部信号
累加寄存器
AC
AC0～AC3
用来存放计算的中间值
5、可编程控制器的编程语言概述
现代的可编程控制器一般备有多种编程语言，供用户使用。
IEC1131-3—可编程序控制器编程语言的国际标准详细的说明了下述可编程控制器编程语言：
1）顺序功能图
2）梯形图
3）功能块图
4）指令表
5）结构文本
其中梯形图是使用得最多的可编程控制器图形编程语言。
梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制，主要特点如下：
1）可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。
每一编程元件与可编程序控制器存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。
2）梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（BUSbar）。
在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压，当图中的触点接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流（Powerflow）从左到右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。
3）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。
逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。
4）梯形图中的线圈和其他输出指令应放在最右边。
5）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。
6、可编程控制器的编程步骤
（1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。
（2）分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些是外围设备是接收来自PLC信号的。
并将PLC的输入、输出口与之对应进行分配。
（3）设计PLC程序画出梯形图。
梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。
（4）实现用计算机对PLC的梯形图直接编程。
（5）对程序进行调试（模拟和现场）。
（6）保存已完成的程序。
显然，在建立一个PLC控制系统时，必须首先把系统的需要的输入、输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。
确定控制上的相互关系之后，就可进行编程的第二步──分配输入输出设备，在分配了PLC的输入输出点、内部辅助继电器、定时器、计数器之后，就可以设计PLC程序画出梯形图。
在画梯形图时要注意每个从左边母线开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器、计数器，与实际的电路图不一样。
梯形图画好后，使用编程软件直接把梯形图输入计算机并下载到PLC进行模拟调试，修改→下载直至符合控制要求。
这便是程序设计的整个过程。
二.移位寄存器介绍
随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。
在流水作业过程中，各类PLC提供的内部定时器指令，能够完成各种自动控制中的大多数延时动作。
然而，有些延时动作，如输入信号两个脉冲间隔小于所需要的延时时间情况下的延时动作控制，单纯的内部定时器指令难以完成，必须配合其它内部指令才能完成。
本文以模拟某车间流水线为例，采用西门子公司的S7—200系列，CPU226的PLC来介绍以配合移位寄存器位指令（SHRB）的定时器指令来控制延时动作。
（一），位移位寄存器指令简介
1.说明：
（1）S_BIT和N定义一个位移位寄存器。
寄存器的长度为N；寄存器的移位方向由N的符号决定，N为正值寄存器左移（由低位向高位移动），N为负值寄存器右移（由高位向低位移动）；寄存器的起始位由S_BIT指定，N为正时S_BIT为最低位，N为负时S_BIT为最高位。
（2）DATA和S-BIT寻址I、Q、M、SM、T、C、V、S、L的位值；N为字节寻址，可寻址的寄存器为VB、IB、QB、MB、SB、SMB、LB、AC,也可立即数寻址。
（3）移位指令影响特殊内部标志位SM1.1（移出移位寄存器的数据进入溢出标志位SM1.1）
2．位移位寄存器指令编程格式说明
a）梯形图
b）语句表
c）工作时序图
三、设计目的
了解移位寄存器在控制系统中的应用及针对位移寄存器指令的编程方法。
四、设计原理
使用移位寄存器指令（SHRB），可以大大简化程序设计。
移位寄存器指令的功能如下：
若在输入端输入一连串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移到移位寄存器的各个继电器中，并将这些继电器的状态输出。
其中，每个继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一连串脉冲信号。
五、设计的控制要求
在本实验中，传送带共有十六个工位。
工件从1号位装入，依次经过2号位、3号位………16号工位。
在这个过程中，工件分别在A（操作1）、B（操作2）、C（操作3）三个工位完成三种装配操作，经最后一个工位送入仓库。
按下启动开关SD，程序按照D→A→E→B→F→C→G→H流水线顺序自动循环执行；在任意状态下选择复位按钮程序都返回到初始状态；选择移位按钮，每按动一次，工件运行一步。
六、装配流水线模拟控制的实验面板图
图中左框中的A～H表示动作输出（用LED发光二极管模拟），右侧框中的A～G表示各个不同的操作工位。
七、输入/输出接线列表
输入
接线
启动
移位
复位
I0.0
I0.2
I0.1
输出
接线
A
B
C
D
E
F
G
H
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
QO.6
Q0.7
指令表：
网络1
LDI0.0
ANM20.0
LPS
ANM0.1
TONT51,10
LPP
ANM0.0
TONT52,80
网络2
LDI0.2
EU
SM20.0,1
网络3
LDT52
ANM20.0
OI0.2
OC6
OM0.0
LDI0.0
EU
OLD
ANM10.0
=M0.0
网络4
LDT51
ANM20.0
=M0.1
网络5
LDSM0.1
OM0.1
LDI0.1
EU
OLD
SHRBM0.0,M10.0,+8
网络6
LDI0.1
LDC6
LDI0.0
ED
OLD
OI0.2
CTUC6,8
网络7
LDI0.0
ED
RM20.0,1
网络8
LDI0.2
LDI0.0
ED
OLD
RM10.0,8
网络9
LDM10.0
=Q0.3
网络10
LDM10.1
=Q0.0
网络11
LDM10.2
=Q0.4
网络12
LDM10.3
=Q0.1
网络13
LDM10.4
=Q0.5
网络14
LDM10.5
=Q0.2
网络15
LDM10.6
=Q0.6
网络16
LDM10.7
=Q0.7
梯形图：
心得体会：
这学期有迎来了一次课程设计，这是大学期间的第三次课程设计，基于有两次课程设计的经验，这次显然是有经验多了，虽是这么说，但是，这次的是PLC课程设计，不同于前两次，前两次是做实物出来。
而这次是用机房的设备实现项目，也就是说范围是比较小的。
刚开始还有点害怕，一到实验室接触到第一个项目时，心里就踏实多了，因为我发现，PLC的这些项目，我们以前学过，包括之前电工考证都学过其中的一些项目，再加上我们上学期才学的PLC理论知识，知识并没有淡忘很多，所以我们还是上手很快的。
在整个过程中，我们虽然之前学过，也考过证，但我们也没有说很厉害一下子就搞定了项目，说明什么问题，我们还需要继续学习，丰富我们的理论知识，在此前提下，加强我们的动手实践能力。
通过此次的课程设计，我学到了很多。
首先是坚持精神，因为我们做的项目并不全是一次就做好调试出来，期间遇到挫折，调试不成功、接错线的种种失误，不过我们没有一不成功就气馁，而是反复检查、检查程序，在组员的努力下，解决了遇到的问题，这种经验难能可贵，教会了我坚持，为以后积存了宝贵的财富。
其次是团队协作精神。
课程设计是以小组为单位的，一个手掌拍不响，单靠我一个人，是不可能成功的，而且我很荣幸当了这个组的组长，很感谢他们给我这个机会。
在这次实操中，我们互相帮助、分工合作，不会的就互相指导，资料也互相分享，才有这次课程设计的成功。
就这样，课程设计在我们的团队合作下完美落幕，在这，我要感谢在此过程中给予我们帮助老师和不烦赐教的同学，跟你们说一声谢谢。
参考文献：
[1]陈建明.电气控制与PLC应用（第2版）[M].北京：
电子工业出版社.2014.
[2]蔡红斌.电气与PLC控制技术[M].北京:
清华大学出版社.2006.
[3]高钦和.PLC应用开发案例精选（第2版）[M].北京:
人民邮电出版社，2008.
[4]李全利.运动控制技术应用设计与实践（西门子）[M].北京:
机械工业出版社.2009.
[5]廖常初.PLC编程及应用（第3版）[M].北京：
机械工业出版社，2008
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