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1、plc控制小车自动送料新乡学院2009 届毕业设计题目：送料工作台的PLC控制姓 名：_张哲 _所 在 院 系：_机电工程学院_所 学 专 业： 应用电子技术 指 导 老 师：_ 马超 _ _论文完成时间：_2009年5 月15 日_ 毕业设计任务书设计题目：送料小车的设计设计目的：1) 熟练掌握PLC的指令系统，学会定时器、计数器和特殊继电器在实际中的应用。2) 通过设计牢固掌握用功能表图设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧。学会时序控制程序的设计和调试方法。3) 学会PLC输入/输出点的分配、接线。对PLC有系统的了解。设计要求：某车间有6个工作台 送料车往返于工作台之

2、间送料，如图所示。每个工作台设有一个到位开关(SQ)和一个呼 “按钮(SB)。具体控制要求：(I)送料车开始应能停留在6个工作台中任意一个到位开关的位置上。(2)设送料车现暂停于M号工作台(SQm闭合)处，若这时n号工作台呼叫(SBn闭合) 若：mn，送料车左行，直至SQn动作,到位停车，即送料车停车位置SQ的编号大于呼叫按钮SB的编号时，送料车往左运行至呼叫位置后停止；mn，送料车左行，直至SQn动作,到位停车，即送料车停车位置SQ的编号大于呼叫按钮SB的编号时，送料车往左运行至呼叫位置后停止；mn，送料车右行直至SQn动作，到位停车，即进料车所停位置SQ的编号小于呼叫按钮SB前编号时，送料

3、车往右运行至呼叫位置后停止； m=n，送料车原位不动，即送料车所停位置SQ的编号与呼叫按钮SB的编号相同时，送科车不动。第二章 可编程序控制器2.1可编程序控制器概述：可编程序控制器(Programmable Controller)通常也可简称为可编程控制器,英文缩写为PC或PLC,是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、 功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便的一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工作环境的能力，更是得到了用户的好评，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中的到了越来越广泛的应用，成为了现

4、代工业控制的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）2.2可编程控制器的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 现代PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比较的。为了保证PLC能在恶劣的工业环璄下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件主面的抗干扰措施。硬件主面采取的主要措施有：1) 隔离-PLC的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔措施使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系，有效的抑制了外部的干扰源对PLC的影响，还可防止外部强电窜入内部CPU。2) 滤波-在PLC电路电源和输

5、入、输出(I/O)电路中设置多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。3) 在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施，防止干扰信号通过供电电源进入PLC内部，另外各个输入、输出（I/O）接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰。4) 内部设置连锁、环璄检测与诊断等电路，一旦发生故障，立即报警。5) 外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构，以适应恶劣的工作环璄。在软件方面采取的主要措施有：1) 设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环璄和故障进行检测与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处理，以适应恶劣的工作环璄。2) 对用户程序及动态数据进行电池后备,以

6、保障停电后有相关状态及信息人不会因此而丢失。采用以上抗干扰措施后，一般PLC的抗电平干扰强度可达峰值1000V，脉宽10US，其平均无故障时间可高达30-50万小时以上。2、编程简单易学PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路清淅直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯，对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序改变也容易修改。3、功能完善，适应性强 目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根椐实际需

7、要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统：既可控制一台单机、一条生产线、以可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制，以可以远程控制。针对不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等，PLC都有相应的I/O接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便地进行配置，组成实用、紧凑的控制系统。 4、使用简单，调试维修方便PLC的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。PLC的用户程序可在实验室摸拟调

8、试，输入信号用开关来摸拟，输出信号可以观察PLC的发光二极管。调试后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。一旦发生故障，可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障。5.采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O（其中也包含特殊功能的I/O）的均采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接起来。系统的模块和规模可根据用户的实际需求自行组合，这样便可实现用户要求的合理的性能价格比。6.对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产PLC实质上就是一种工业控制计算机，

9、其控制操作的功能是通过软件变成来确定的。当生产工艺发生改变时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。这对现代化的小批量、多品种产品的生产特别适合。2.3可编程控制器的应用与发展（一） 可编程序控制器的应用近年来，随着微处理器芯片及其有关元器件的价格大幅度下降，PLC的成本也随之下降。与此同时，PLC的性能却在不断完善，功能也在增多增强，使得PLC的应用已由早期的开关逻辑发展到现在工业控制的各个领域。根据PLC的特点，可以将其应用形式归纳为如下几类：（1） 开关逻辑控制。这是PLC的最基本最广泛的应用领域。PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。（2） 模拟量控

10、制。在工业生产过程中，有许多连续变化的量都是模拟量，而PLC中所处理的是数字量，为了能接受模拟量输入和输出模拟量信号，PLC中配制有A/D和D/A转化模块，将现场的模拟量经过转化变为数字量，经微处理器进行处理，数字量又经D/A转换变成模拟量去控制被控制对象，这样就可实现PLC对模拟量的控制。（3） 闭环过程控制。（4） 定时控制。PLC具有定时控制的功能，它可以为用户提供几十甚至上百个定时器，其定时的时间可以由用户在编写程序时设定，也可以由操作人员在工业现场通过编程器进行设定，实现定时或延时的控制。（5） 计数控制。计数控制也是控制系统不可缺少的，PLC同样也为用户提供了几十个甚至上百个定时器

11、，设定方式如同定时一样。若用户需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速技术模块。（6） 顺步控制。在工业控制中，采用PLC实现顺序控制，可以由移位寄存器和步进指令编写程序，也可以采用顺序控制的标准化语言顺序功能图SFC编写程序，使得PLC在实现按照事件或输入状态的顺序控制相应输出时更加容易。（7） 数据处理。现代PLC都具有数据处理能力，它不仅能进行算术运算和数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示和打印以及数据通信等。对于大、中型PLC还可以进行浮点运算、函数运算等。（8） 通信和联网。PLC的控制已从早期的单机控制发展到了多机控制，实现了工厂自动化。这是由现代的PLC一般通信

12、的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC、PLC与计算机之间的通信，从而可以方便可靠的搭成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统。由此可见PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。（二） 可编程控制器的发展世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司研制的。早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入了实用化阶段，计算机技术已全面引入可编程控制

13、器中，使其功能发生了飞跃。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。这个时期的可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备中不断扩大了可编程控制器的应用。

14、目前，我国已可以生产中、小型可编程控制器。随着我国四个现代化进程的深入，可编程控制器在我国酱油更广阔的应用天地。第三章 可编程控制器的编程语言PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、流程图语言和布尔代数语言等。其中前两种语言用得较多，流程图语言也在许多场合被采用。在此介绍梯形图语言和助记符语言的编程及其特点。3.1 梯形图语言1.梯形图与继电控制的区别 梯形图结构沿用继电控制原理图的形式，采用了常开触点、常闭触点、线圈和功能快等结构的图形语言。对于同一控制电路，继电控制原理图和梯形图的输入/输出信号基本相同，控制过程等效。二者的区别在于继电控制原理图使用的是硬件继电器和定时器，靠硬件连接组成

15、控制线路，而PLC梯形图使用的是内部继电器、定时器和计数器，靠软件实现控制。因此，PLC的使用具有很高的灵活性，程序修改过程非常防那个边。如图所示是继电器线路图和与其等效PLC的梯形图。图（a）中SB1为常开按钮，SB2为常闭按钮，KM为继电器线圈。按下启动按钮SB1，继电器KM的线圈通电，其常开触点KM合，由于常开触点KM与启动按钮SB1并联，即使松开启动按钮SB1，已经闭合的常开触点KM仍然能使继电器KM的线圈通电，这个常开触点称做“自锁”触点。停止时按下停止按钮SB2，继电器KM的线圈失电。图（b）中X0为常开触点，X1为常闭触点，Y0表示输出，其工作状态受X0、X1信号控制，逻辑上与图

16、（a）相同，但是SB1、SB2均为物理实体，而X0、X1等表示的可能是外部开关（或硬开关），也可能是内部开关或触点（内部软继电器触点）。 2梯形图的格式1) 梯形图按行从上到下、每行从左到右的顺序编写。PLC执行顺序与梯形图的编写顺序一致。2) 图左、右两边的垂直线分别称为起始母线和终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止母线可以省略。3) 梯形图中的触点有两种，即常开触点和常闭触点。这些触点可以是PLC的输入触点或内部继电器触点，也可以是内部继电器、定时器/计数器的状态。同一标记的触点可以反复使用，次数不限。这是因为每一触点的状态存入PLC内的存储单元中，可以反复读/写。传统继电器控

17、制中的每个开关均对应一个物理实体，故使用次数有限。这是PLC优于传统控制的优点之一。4) 梯形图的最右侧必须连接输出元素。PLC的输出元素用圆圈表示。机型不同，输出元素表示有些区别。同一输出变量只能使用一次。5) 梯形图中的触点可以任意串、并联，而输出线圈只能并联，不能串联。6) 程序结束时要有结束符，一般用“END”表示。7) 利用计算机编程时，只要按梯形图的编写顺序把逻辑行输入计算机，按下传给PLC即可。也可以将梯形图转化成助记符语言，经编程器逐句输入PLC。3.2 助记符语言助记符语言是PLC的命令语句表达式。用梯形图变成虽然直观、简便，但要求PLC配置较大的显示器方可输入图形符号，这在

18、有些小机型上长难以满足，故需借助助记符语言。应该指出的是，不同型号的PLC，其助记符语言也不同，但其基本原理是相近的。编写时，一般先根据要求编制梯形图，然后再根据梯形图转换成助记符语言。某一控制小车往返运动的梯形图编制如图所示，根据梯形图，可以方便的转换出助记符语言。PLC中最基本的运算是逻辑运算，最常用的指令是逻辑运算指令，如与、或、非等。这些指令再加上“输入”、“输出”、“结束”等指令，就构成了PLC的基本指令。个型号PLC的指令符号不尽相同，常见的表示方法如下：LD表示输入一个逻辑变量，每一逻辑行起始出必须使用这一指令；AND逻辑“与”，表示输入变量串联；OR逻辑“或”，表示输入变量并联

19、；ANI（AND NOT）逻辑“与非”；LDI（LD NOT）逻辑“非”，表示相反；OUT表示输出一个变量；END表示程序结束； 0 LD X21 DR X12 DR X33 ANI X44 ANI X15 DUT X16 LD X47 DR X28 ANI X39 ANI X110 DUT X211 END小车往返控制梯形图及助记符在使用这些逻辑指令时，需要注意一下两点：1) 梯形图中的各触点，如图中X1、X2、X3等，各对应的是PLC中的一个存储单元，而不是简单对应触点本身的物理实体。所以，使用者不要把梯形图中的触点符号和实际的触点开关等同起来。在梯形图中，这些符号只是一个逻辑变量，常开触

20、点断开时为逻辑“0”，接通时为逻辑“1”。2) 图中的X2、X3、X4等作为输入端子分别接到三个外部触点开关上，这些触点开关本身是常开触点。在梯形图中如果要求这些触点作为常闭开关使用时，则须将输入状态求反后在存入PLC总，即使变量输入指令中使用LDI或ANI。 3.3 基本逻辑指令系统1. 逻辑取与输出线圈驱动指令LD：取指令，常用于常开触点与母线连接。LDI：取反指令，常用于常闭触点与母线连接。OUT：线圈驱动指令，用于将逻辑运算的结果驱动一个指定线圈。2. 单个触点串联指令AND：与指令。用于单个触点的串联，完成逻辑“与”运算。ANI：与反指令。用于常闭触点的串联，完成逻辑“与非“运算。3

21、. 触点并联指令OR：或指令。用于单个触点的并联。ORI：或反指令。用于单个常闭触点的并联。4. 串联电路块的并联指令当一个梯形图的控制线路由若干个先串联、后并联的触点组成时，可将每组串联的触点看作一个块。与左母线相连的最上面的块按照触点串联方式编写语句，依次相联的块叫做子块。每个子块左边的第一个触点用LD或LDI指令，其余串联的触点用AND或ANI指令。每个子块的语句编写完后，加上ORB指令作为指令的结尾。ORB指令的作用是将串联块相并联，是块或指令。5. 并联电路块的串联指令 当一个梯形图的控制线路由若干个先并联、后串联的触点组成时，可将每组串联的触点看作一个块。与左母线相连的块按照触点并

22、联方式编写语句，依次相联的块叫做子块。每个子块左边的第一个触点用LD或LDI指令，其余串联的触点用OR或ORI 指令。每个子块的语句编写完后，加上一条ANB指令，表示个并联电路块的串联。ANB将并联块相串联，为块与指令。6. 置位与复位指令 SET指令用于对逻辑线圈M、输入继电器Y、状态S的置位；RST指令用于对逻辑线圈M、输入继电器Y、状态S的复位，对数据寄存器D和变址寄存器V、Z的清零，还用于对计时器T和计数器C逻辑线圈的复位，使它们的当前计时值和计数值清零。 使用SET和RST指令，可以方便地在用户程序的任何地方对某个状态或事件设置标志和清除标志。7. 移位指令SFT：移位指令，用于移位

23、寄存器的移位。移位寄存器的使用说明：1) 数据输入端 由OUT指令构成数据输入端。数据输入端接点的通/断状态决定移位寄存器首位的状态。2) 移位输入端 由SFT指令构成移位输入端。3) 复位输入端 由RST指令构成复位输入端。4) 每个输入端可以单独编程，次序不限。以上所介绍的均是本设计中出现的，当然在PLC设计中不仅仅只有这些指令，还包括很多。由于在本设计中没有用到可提到，就不再一一做介绍第四章 PLC控制送料小车的设计4.1自动送料小车概述自动送料小车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料小车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。送料小车控制系统采用了PLC控制。从送料小车的工艺流程来看，期控制系统