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自动送料装车系统PLC控制设计.doc

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自动送料装车系统PLC控制设计.doc

目录第一章可编程控制器(PLC)概况........................................................................11.1PLC的定义...................................................................................................11.2PLC的发展...................................................................................................11.3PLC的特点...................................................................................................11.4PLC的基本组成及各部分作用...................................................................21.5PLC的应用领域...........................................................................................4第二章自动送料车的控制研究方法........................................................................62.1控制研究......................................................................................................62.2控制原理........................................................................................................62.3自动送料装车系统的启停过程示意图........................................................8第三章送料小车自动控制系统的梯形图设计....................................................113.1控制要求......................................................................................................113.2设计方法......................................................................................................113.3输入输出点分配............................................................................................113.4状态示意图....................................................................................................123.5顺序功能图.....................................................................................................133.6步与动作......................................................................................................143.7使用起保停电路的方法编程......................................................................153.8使用过程说明..............................................................................................193.9元器件选择..................................................................................................20结论..............................................................................................................................22致谢..............................................................................................................................23参考文献......................................................................................................................24英语译文......................................................................................................................25自动送料装车系统PLC控制设计摘要近年来,随着科学技术的进步和微电子技术的迅猛发展,可编程序控制器技术已广泛应用于自动化控制领域。可编程序控制器以其高可靠性和操作简便等特点,已经形成了一种工业趋势。目前,可编程序控制器(PLC)、计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)、机器人(Rob)和数控(NC)技术已发展成为工业自动化的四大支柱技术。可编程序控制器是一种新型的通用自动控制装置,它将传统的继电器接触器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,专门为工业控制而设计。这一新型的通用自动控制装置以其高可靠性、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性能,深受自动化领域技术人员的普遍欢迎。运料小车在现代化的工厂中普遍存在,而自动化的运料小车却并不多见,大多数的工厂仍然靠人力推车运料,这样浪费了大量的人力物力,降低了生产效率。基于PLC的应用及系统设计原理。本人设计了用PLC控制的运料小车控制系统,使其达到自动化,节省人力,提高效率。本文详细地阐述了系统组成、系统硬件接线和系统软件设计,并详细介绍了系统工作原理。关键词运料小车控制PLCI/O接线电气控制主电路2010届机械设计制造及其自动化(数控)毕业设计(论文)第1页共28页第一章可编程控制器(PLC)概况1.1PLC的定义国际电工委员会InternationalElectricalCommitteeIEC,1987年的第三版对PLC作了如下的定义PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机,它的硬件结构与一般微机控制系统相似,甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU中央处理单元存储器RAM和EPROM,输入/输出模块简称为I/O模块、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想,利用不断发展的新技术、新电子器件,逐步形成了具有特色的各种系列产品。1.2PLC的发展1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求,并公开招标提出十项标准1编程方便,现场可修改程序2维修方便,采用模块化结构3可靠性高于继电器控制装置4体积小于继电器控制装置5数据可直接送入管理计算机6成本可与继电器控制装置竞争7输入可以是交流115V8输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等9在扩展时,原系统只要很小变更10用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年,美国数字公司DEC研制出了第一台可编程序控制器,满足了GM公司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长,很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展,现在已有了第五代PLC产品。1.3PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视,是和它的优点分不开的1功能齐全,它的适用性极强,几乎所有的控制要求,它均能满足熊盼自动送料装车系统PLC控制设计第2页共28页2应用灵活,其标准的积木式硬件结构,以及模块化的软件设计,使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合3操作方便,维修容易,稳定可靠。尽管PLC有各种型号,但都可以适应恶劣的工业应用环境,耐热、防潮、抗震等性能也很好,一般平均无故障率可达几万小时。1.4PLC的基本组成及各部分作用PLC是一种通用的工业控制装置,其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同,PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元CPU、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体,构成主机。另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。主机中,CPU是PLC的核心,1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路,通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上,模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板称为CPU底板,其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC,都可以根据需要进行配置与组合。1.4.1中央处理单元CPUCPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢,它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能,完成以下任务1接收并存储从编程器输入的用户程序和数据2诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误3用扫描的方式接收输入信号,送入PLC的数据寄存器保存起来4PLC进入运行状态后,根据存放的先后顺序逐条读取用户程序,进行解释和执行,完成用户程序中规定的各种操作5将用户程序的执行结果送至输出端。现代PLC使用的CPU主要有以下几种1通用微处理器,如8080,8088,Z80A,8085等。通用微处理器的价格便宜,通用性强,还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。2单片机,如8051等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好,很适合在小型PLC上使用,也广泛地用于PLC的智能UO模块。3位片式微处理器,如AMD2900系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快,它以4位为一片。用几个位片级联,可以组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容,可以改变计算机的指令系统。位片式结构可以使用多个微处理器,将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分,几个微处理器同时进行处理。这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合,很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。1.4.2存储器2010届机械设计制造及其自动化(数控)毕业设计(论文)第3页共28页根据存储器在系统中的作用,可以把它们分为以下3种(一)系统程序存储器和各种计算机一样,PLC也有其固定的监控程序、解释程序,它们决定了PLC的功能,称为系统程序,系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的,故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.(二)用户程序存储器用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序,用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试,故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。由于RAM掉电会丢失数据,因此使用RAM作用户程序存储器的PLC,都有后备电池铿电池保护RAM,以免电源掉电时,丢失用户程序。当用户程序调试修改完毕,不希望被随意改动时,可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC如欧姆龙公司的CPMIA型PLC采用快闪存储器作用户程序存储器,快闪存储器可随时读写,掉电时数据不会丢失,不需用后备电池保护。(三)工作数据存储器工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在RAM中,以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区,开辟有元件映象寄存器和数据表。元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。数据表用来存放各种数据,它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某些可变参数值,如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。根据需要,部分数据在停电时用后备电池维持其当前值,在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。1.4.31/0单元I/0单元也称为I/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号,并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理,将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成,输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.1.4.4电源部分PLC一般使用220V的交流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V,12V,24V的直流电源,使PLC能正常工作。电源部件的位置形式可有多种,对于整体式结构的CPU,通常电源封装到机壳内部对于模块式PLC,有的采用单独电源模块,有的将电源与CPU封装到一个模块中。1.4.5扩展接口扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。1.4.6通信接口为了实现人一机或机一机之间的对话,PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时,可将过程熊盼自动送料装车系统PLC控制设计第4页共28页信息、系统参数等输出打印当与监视器相连时.可将过程图像显示出来当与其他PLC相连时,可以组成多机系统或连成网路,实现更大规模的控制当与计算机相连时,可以组成多级控制系统,实现控制与管理相结合的综合性控制。1.4.7编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程,且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后,才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器,它可以联机编程,也可以脱机编程,具有LCD或CRL图形显示功能,可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用PC作为编程器,PLC生产厂家配有相应的编程软件,使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到PLC,也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印,通过网络,还可以实现远程编程和传送。现在很多PLC已不再提供编程器,而是提供微机编程软件了,并且配有相应的通信连接电缆。1.5PLC的应用领域PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。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,使用情况主要分为如下几类1.5.1开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于控制单台设备,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。1.5.2工业过程控制在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量即模拟量,PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。1.5.3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。1.5.4数据处理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,可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。2010届机械设计制造及其自动化(数控)毕业设计(论文)第5页共28页1.5.5通信及联网PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展,现在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。但是,可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。

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