电气可编程控制器课程设计说明书-车辆出入库管理PLC控制.doc

中北大学信息商务学院电气可编程控制器课程设计说明书中北大学信息商务学院课 程 设 计 说 明 书 中北大学信息商务学院课程设计任务书 2015-2016 学年第 2 学期学 院： 专 业： 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 车辆出入库管理PLC控制 起 迄 日 期： 课程设计地点： 下达任务书日期: 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1.任务描述编制一个用PLC控制的车辆出入库管理梯形图控制程序。根据PLC控制系统基本组成，有电源模块、操作面板输入模块、传感器信号输入模块、以及留下的扩展输入模块、LED显示控制输出模块。2.控制要求1.入库车辆前进时，经过1#到2#传感器后计数器加1，后退时，经过2#到1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作。2.出库车辆前进时，经过2#到1#传感器后计数器减1，后退时，经过1#到2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。3.设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库里车辆的实际数量3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。（2）利用编程工具软件输入梯形图控制程序，完成调试。（3）完成课程设计说明书。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：例如：（根据自己的参考文献写如下内容，与设计说明书中的参考文献一致，以下仅仅是学生参考的格式）1 辜承林，陈乔夫. 电机学.华中科技大学出版社.20102 徐玮. C51单片机高效入门. 机械工业出版社.20075设计成果形式及要求：课程设计说明书，控制程序工程文件，控制电路工程文件。6工作计划及进度：06月20日 06月23日 根据功能要求，查找相关元器件的说明手册。06月23日 06月31日 根据设计要求，设计完整的系统程序，并撰写课程设计说明书。 07月01日 答辩或成绩考核。系主任审查意见： 签字： 年 月 日1 引 言1.1 PLC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。如果没有一个良好而可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC制造商对电源的设计和制造也十分重视。1.2 PLC的工作原理PLC则是采用循环扫描的工作方式。一个扫描周期主要可分为3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。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。 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。总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们在学习和使用PLC当中都应注意。2 课程设计目的与要求2.1 课程设计的目的设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。2.2 课程设计内容和要求1. 任务描述编制一个用PLC控制的车辆出入库管理梯形图控制程序。根据PLC控制系统基本组成，有电源模块、操作面板输入模块、传感器信号输入模块、以及留下的扩展输入模块、LED显示控制输出模块。2. 控制要求1.入库车辆前进时，经过1#到2#传感器后计数器加1，后退时，经过2#到1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作。2.出库车辆前进时，经过2#到1#传感器后计数器减1，后退时，经过1#到2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。3.设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库里车辆的实际数量2.3 设计工作任务及工作量的要求1）按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。2）利用编程工具软件输入梯形图控制程序，完成调试。3）完成课程设计说明书。2.4 设计成果形式及要求：课程设计说明书，控制程序工程文件，控制电路工程文件。3 车辆出入库管理系统构成3.1 车辆出入库管理系统工作流程图上图是设计的车辆管理系统工作流程图，其中包括很多功能，有车辆的检测识别功能，车辆计数功能，道闸自动开关功能，还有一个是报警系统功能。下图3.2是车辆管理系统示意图：图3.2 车辆出入库单道管理示意图3.2 系统功能构成及相关元器件3.2.1 汽车检测功能汽车检测的功能主要表现在对车辆身份的识别与车辆到位的检测,当检测功能完成时，所启动了道闸开关系统，使用的设备仪器有刷卡仪器和称重传感器。身份识别：当车辆准备进车库时，停在刷卡区旁，车主使用IC信息卡，通过刷卡仪器，检测正确后将车主信号传到PLC控制器中，完成身份识别。车辆到位检测：在车辆停在刷卡区的同时，汽车触动1#称重传感器，管理系统检测到压力传感信号，有车辆准备进入车库。3.2.2 道闸开关功能 道闸开关主要是通过PLC控制电动机正反转与到位开关实现的，所使用的设备主要有电动机和到位开关。当车辆准备进车库，在完成汽车检测时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆开进并触动2#称重传感器，PLC控制电动机反转，道闸关闭；当车辆准备出车库，在车辆触动2#光电传感器时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆出道闸并触动1#称重传感器，PLC控制电动机反转，道闸关闭。3.2.3 车辆计数功能车辆计数主要是通过PLC处理两个光电传感器信号，完成车辆计数功能。 当车辆触动1#光电传感器，再触动2#光电传感器，PLC寄存器加1，当车辆触动2#光电传感器，再触动1#光电传感器时，PLC寄存器减1，两个光电传感器的位置如图2.2所示。3.2.4 故障报警功能故障报警功能主要是错误信号通过PLC处理控制显示屏警示灯开关与报警蜂鸣器的开关。4 PLC设计4.1 PLC设计分析1.模块选用本次设计选用三菱FX2N系列PLC。FX2N系列PLC的小型化、高速度、高性能都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。除输入输出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接、模拟控制、定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。2.FX2N系列PLC的特点a、集成型高性能，CPU、电源、输入输出三为一体b、高速运算c、安心、宽裕的存储器规格d、丰富的软元件范围e、还有模拟量控制、定位控制等特殊控制3.FX2N系列PLC编程语言 指令表编程指令表是以LD、AND 、OUT 等顺序控制指令输入方式，这种方式写顺序程序是基本输入方式，但控制内容难于看懂，建议不用。 梯形图编程梯形图程序采用顺序控制信号及软元件号，在图形的画面上作出序控制的电路图的方法，这种方法是用触点符号与线圈符号表示顺序控制回路，因而容易理解程序的内容，但最终还生成指令表。4.FX2N系列PLC各种软元件 输入(X)、输出(Y)、辅助继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)、数据寄存器等。 4.2 PLC控制系统输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装控制柜。 分配输出点地址时，要注意负载类型的问题。在车辆出入库管理系统，PLC控制系统如下图所示：图4.1 PLC控制系统图如上图所示，PLC的外围设备包括光电传感器、称重传感器、电机。它的信息流主要表现在光电传感器信号、触摸屏控制信号、称重传感器通过A/D转换后的信号，通过PLC计算控制电机，在将信息显示在触摸屏上。PLC的输入/输出端口与对应的外围设备和文字符号如下表：表4.1 PLC输入输出端口、外围设备及文字符号PLC输入/输出端口对应外围设备X000光电传感器1（车库入口）X001光电传感器2（车库出口）X002IC卡启动信号X003触摸屏上的手动打开道闸按钮X004触摸屏上的手动关闭道闸按钮X005称重传感器1（车库入口）X006称重传感器2（车库出口）X010到位行程开关1（打开位）X011到位行程开关2（关闭位）X012IC卡报错信号X013触摸屏上的报警复位按钮X014触摸屏上的寄存器复位按钮Y000触摸屏上的系统报警显示灯Y001电机正转继电器Y002电机反转继电器Y003触摸屏上的系统正常运行指示灯Y004蜂鸣器4.3 PLC的I/O接线图根据PLC的I/O地址分配，选择PLC的型号为FX2N-32MR-001(AC100240V,输入16点，输出16点)，A/D转换器的型号为FX2N-2AD,接线图如下： 图3.2 PLC的I/O接线图4.4 触摸屏的显示与控制功能根据设计，设计出图4.4.1 LED显示控制输出模块。图4.4.1 LED显示控制输出模块 4.5.1 传感器的位置在单道车辆出入库管理系统中，使用了两个光电传感器，两个称重传感器，一个IC卡检测箱，在施工建设中，要知道它们相应的位置，如下图所示：图4.5.1 车辆出入库传感器位置示意图4.5.2 传感器和IC卡检测仪介绍a.光电传感器光电开关有光导通，当车辆通过时，光电开关信号通过导线床送给PLC。 b.称重传感器对称重传感器设定车辆检测范围，当称重传感器检测车辆到位，信号传到PLC，进行相应的程序运行。c.IC卡检测仪IC卡仪器是用于识别身份的装置，当车主无接触刷卡时，信号传到PLC，通过程序的运行使道闸打开，车辆驶入。5 电气原理图5.1 电气原理总图图5.1 车库管理电气原理总图5.2 电动机正反转电路图电动机的正反转控制道闸的开关，电气图如下：图5.2 电动机正反转电气原理图电动机的正反转是通过继电器KM1与KM2实现的，KM1线包控制电动机正传，道闸打开，KM2线包控制电动机反转，道闸关闭。6 系统程序设计6.1 道闸控制程序自动控制：车辆入库时，有正确的IC卡信号从X002输入后使M0、M3为ON，且X005同时接通使Y001置为ON，电机正转使道闸打开，当到达规定的打开位置后触动到位行程开关X010使Y001置为OFF,电机停止转动，车辆通过道闸，行至规定位置后，触动称重传感器2使X006置为ON，使的Y002置为ON，电机反转使道闸关闭，当道闸碰到到位开关2后X011接通后使Y002置为OFF，电机停止转动。汽车出库时，当光电传感器2得到信号后使X001得到信号后Y001置为ON，使电机正转，道闸打开，当碰到到位开