两处送料小车plc控制系统设计大学毕设论文.docx

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两处送料小车plc控制系统设计大学毕设论文

第一章引言

1.1PLC的基本结构

1、中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC的控制核心。

它按照PLC系统程序赋予的功能：

a.接收并存储从用户程序和数据；b.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。

2、存储器可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。

存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。

3．输入接口电路输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。

4．输出接口电路：

可编程序控制器的输出有：

继电器输出（M）、晶体管输出（T）、晶闸管输出（SSR）三种输出形式。

5．电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。

如果没有一个良好的、可靠得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。

如FX1S额定电压AC100V—240V，而电压允许范围在AC85V—264V之间。

允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。

一般小型PLC的电源输出分为两部分：

一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。

1.2PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

1．输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。

在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。

2．程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。

3．输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。

显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。

扫描周期越长，响应速度越慢。

由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。

但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。

这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。

但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。

在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。

用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。

本课设以西门子S7-200系列PLC为例，提出基于运料小车自动往返顺序控制的PLC程序设计方法。

1.3PLC的程序编制

1、编程元件

PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。

编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。

编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。

PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。

当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。

所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。

2、编程语言

所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。

PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。

1）梯形图（语言）

梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。

它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。

梯形图中常用图形符号分别表示PLC编程元件的动断和动合接点；

用（）表示它们的线圈。

梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。

触点和线圈等组成的独立电路称为网络，用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位给梯形图加注释。

梯形图的设计应注意到以下三点：

①梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。

每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈。

与能流的方向一致。

②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。

这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。

③输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。

因此，梯形图中只出现输入寄存器的触点，而不出现其线圈。

输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。

输出寄存器的触点也可供内部编程使用。

2）指令语句表

指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。

一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。

下例为PLC实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法：

KM步序指令语器件号

SSSTI0.0I0.1Q0.00LDI0.0

KM1OQ0.0

2ANI0.1

3=Q0.0

（1）继电接触控制线路图

（2）梯形图4END

1.4PLC机型的选择

1.PLC机型的选择

选用S7-200系列PLC

（1）其功能强。

1）S7-200有5种CPU模块，最多可以扩展7个扩展模块，扩展到248点数字3量I/O或38路模拟量I/O，最多有30多KB的程序储存空间和数据储存空间。

2）直接读，写模拟量I/O模块，不需要复杂的编程。

3）使用向导中的PID调节控制面板，可以实现PID参数自整定。

4）S7-200的CPU模块集成了很强的位置控制功能，此外还有位置控制模块EM253。

使用位置控制向导可以方便的实现位置控制的编程。

5）有配方和数据记录功能，一级相应的编程向导，配发数据和数据记录保存在EEPOM储存卡中。

（2）先进的程序结构

S7-200的程序结构简单清晰，在编程软件中，主程序、子程序和中断程序分页存放。

使用各种程序块中的局部变量，易于将程序块移植到别的项目。

子程序用输入、输出变量作为软件接口，便于实现结构化编程。

（3）灵活方便的寻址方法

S7-200的输入（I）、输出（Q）、位存储器（M）、顺序控制继电器（S）、变量存储器（V）局部变量（L）均可按位（bit）、字节、字和双字读写。

（4）功能强大、使用方便的编程软件

编程软件STEP-7Micro/WINV3.2和STEP-Micro/WINV4.0可以使用包括文本在内的多种语言，有梯形图、语句表和功能块图编程语言，和SMATIC、IEC61131-3两种编程模式。

S7-200的指令功能强，易于掌握。

选用SETP-7Micro/WINV3.2编程软件。

2.CPU模块的选择

S7-200选用CPU226,24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

13K字节程序和数据存储空间。

6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

DC24V电源CPU的输入电流/最大负载是150mA/1050mA。

AC240V电源CPU的输入电流/最大负载是40mA/160mA。

2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

I/O端子排可很容易地整体拆卸。

用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

第二章两处送料小车PLC控制系统设计

2.1系统控制要求

小车在ST1处装料，在ST3、ST2处轮流卸料。

小车右行第一次碰到ST3时停下卸料，第二次碰到ST3时不停，到ST2时停下卸料。

小车工作方式有：

手动、单步、单周期、自动。

运动示意图操作盘

单步工作方式：

第一次按下启动按钮，小车在ST1处进行装料，装料完成后停止动作。

第二次按下启动按钮，小车右行至ST3处停止动作。

第三次按下启动按钮小车在ST3处卸料。

每按以此启动按钮，小车执行一步操作，以此类推。

手动工作方式：

小车的运动方式通过操作面板上的右行、左行、装料、卸料按钮进行操作，按下按钮小车就会一直执行操作，但每步操作都会有一个极限操作。

单周期工作方式：

按下启动按钮，小车会自动运行一个周期，并自动停止。

再次按下启动按钮，小车重新执行一个新的运动周期，以此往复。

连续工作方式：

按下启动按钮，小车开始自动执行各个操作，直到按下停止按钮。

2.2主电路图

第三章PLC的I/O接线图

第四章I/O口地址分配

输入

输出

符号

地址

功能

符号

地址

功能

SB1

I0.0

右行

KM1

Q0.0

右行

SB2

I0.1

左行

KM2

Q0.1

左行

SB3

I0.2

装料

YV1

Q0.2

装料

SB4

I0.3

卸料

YV2

Q0.3

卸料

SB5

I0.4

启动

SB6

I0.5

停止

SQ2

I1.0

右限位

SQ1

I1.1

左限位

SQ3

I1.2

中间限位

I1.3

手动

I1.4

单步

I1.5

单周期

I1.6

连续

说明如下：

1、选择工作方式（手动），按下启动按钮SB5，通过按下SB1，SB2，SB3，SB4，点动控制小车的右行，左行，装料，卸料；

2、选择工作方式（单步），按下启动按钮SB5，开始装料，再次按下启动按钮SB5，开始右行至ST3，再次按下启动按钮SB5，开始在ST3卸料，再次按下启动按钮SB5，开始左行至ST1，再次按下启动按钮SB5，开始在ST1装料，再次按下启动按钮SB5，开始右行至ST2，再次按下启动按钮SB5，开始在ST2卸料，再次按下启动按钮SB5，开始左行至ST1；

3、选择工作方式（单周期），按下启动按钮SB5，完成一个周期（装料→右行至ST3→ST3卸料→左行至ST1→装料→右行至ST2→ST2卸料→左行至ST1）后停止；

4、选择工作方式（连续），按下启动按钮SB5，连续进行周期（装料→右行至ST3→ST3卸料→左行至ST1→装料→右行至ST2→ST2卸料→左行至ST1）直到按下SB6后停止。

第五章程序设计

5.1程序流程图

5.2梯形图

见附录。

第六章课设心得

通过学习PLC的设计,更加了解可编程控制器的构造及应用。

激发我们的创新意识，在学习与进行设计的过程中，利用已经掌握的知识及查阅的资料，自行完成PLC设计任务以及设计完成后的答辩过程，都让我们收获不少。

“学无止境，上下求索”，在今后的工作中，我将把学到的知识和自己的同伴的知识融合，并灵活的运用到学习、工作和生活当中。

课程设计的学习生活使我的人生有了较高的起点，在这个起点上，我将不断向前，用自己辛勤的汗水，铿锵的脚步和竖韧不拔的精神，体验人生的涵义，谱写对生命的承诺。

只有不断挑战自己、超越自己，才能跟上时代的步伐，成为适应二十一世纪的学习型创新人才。

这次设计实验终于顺利完成了，在设计中遇到了很多程序问题，最后在老师和同学的帮助下，终于游逆而解。

同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，最后，向给过我们帮助的所有老师和同学表示衷心的感谢！

第七章参考文献

[1]陈建明.《电气控制与PLC应用》,电子工业出版社2007

[2]邓则名.《电器与可编程控制器应用技术》,机械工业出版社

[3]郁汉琪.《电气控制与可编程序控制器》,东南大学出版社,2003.

[4]高钦和.《可编程控制器应用技术与设计》，人民邮电出版社,2004.

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[6]三菱.《FX可编程控制器编程手册》

[7]电工手册编写组.电工手册,上海人民出版社，1979.

[8]吴作明.《工程组态软件与PLC应用技术》，北京航空航天大学出版社，2006.

[9]吴中俊黄永红.《可编程序控制器原理及应用》，机械工业出版社，2004.