欧姆龙PLC控制运料小车.docx

课程设计课 题 plc在运料小车控制系统中的应用 学 院 电子工程与自动化学院 学 号 姓 名 专业班级 指导教师 plc在运料小车控制系统中的应用摘 要早期运料小车电气控制系统多为继电器接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作，将plc应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用，plc运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。 将plc应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达128i/o点，且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得fx1n在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。本课题主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求；plc选型；确定系统的i/o设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。plc在运料小车控制系统中的应用，已经在国内外工程、工厂中得到实际应用，具有巨大的经济和社会价值，其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。 关键词 plc；运料小车控制系统abstractearly electric car control system of the transporter over the relay - contactor complex system composed of the system design cycle, there is a long, bulky, high cost, defects, no data processing and communications functions, must be hand operated, will be applied to transport materials car plc electrical control system and can realize automatic control operation of the car, reducing the running costs of the system, plc control system for electric car transporter with a simple connection to control speed, reliability and maintainability is good, easy to install, repair and improvement and so on. with economic development, transport materials to various areas of growing car, from manual to automatic, and gradually formed the mechanization and automation.plc applied to transport materials to car electrical control system and can realize automatic control operation of the car and reduce system operating costs. it is powerful, can be expanded to as many as 128i / o points, and can increase the special function modules or expansion boards. communications and data connectivity options make fx1n in volume, communications and special function modules such important applications perfectly. the topics include: analysis of plant and a clear system control requirements; plc selection; determine the systems i / o device number and type; control process design; control programming.plc control system in the car transporter in the application, has been in domestic and international projects has been applied in the factory, with huge economic and social value, the intelligence and automation beyond the idea worthy of further research and extension.key words ：plc ; control system for transporter cart目 录绪论 5 1.1运料小车的发展概况5第二章 可编程控制器（plc）概述52.1 plc的定义.52.2 plc的发展.62.3 plc的功能.62.4 plc的特点 .72.5 plc的基本组成及各部分作用82.5.1中央处理单元(cpu).92.5.2 i/o模块92.5.3电源模块92.5.4底板或机架102.5.5存储器102.6 plc的应用领域10第三章 控制系统设计113.1设备控制要求123.2系统控制流程图123.3 i/o地址分配表143.4运料小车系统图.153.5 系统硬件设计15第四章 系统软件源程序设计164.1小车启停辅助继电器164.2行程开关164.3呼叫按钮174.4比较184.5向右运动184.6向左运动194.7 四相步进电机输出19结束语20致 谢20参考文献21 附录.21绪论可编程控制器（plc）是在电气控制技术和计算机技术的基础上以微处理器为心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。以其编程简单、可靠性高，功能完善，体积小、重量轻的特有优势, 广泛应用于各行各业。运料小车控制系统是冶金、有色金属、煤矿、车站、港口、码头仓库、矿井等行业的主要设备之一。本文介绍了一种基于三菱fx1s-20mr 型plc 控制的运料小车控制系统设计方案。利用plc 控制技术，可实现小车一处装料两处卸料的自动控制。可实现在线参数和控制过程的调整，克服了继电器控制系统的可靠性差，维修控制不方便等不足。极大地提高了设备控制灵活性、稳定性以及维护保养性能和工作效率1.1 运料小车的发展概况由于plc的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高，运料小车控制经历了以下几个阶段：（1）手动控制：在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业生产采用plc来实现运料小车的控制，但是由于当时的技术还不够成熟，只能够用手动的方式来控制机器，而且早期运料小车控制系统多为继电器一接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。（2）自动控制：在20世纪80年代，由于计算机的价格下降，这时的大型工控企业将plc充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了plc在运料小车控制系统在自动方面的应用。（3）全自动控制：现阶段，由于plc技术的向高性能 高速度、大容量发展大型plc大多采用多cpu结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。将plc运用到运料小车控制系统，可实现运料小车的全自动控制，降低系统的运行费用。plc运料小车自动控制系统具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便等优点。第二章 可编程控制器（plc）概述2.1 plc的定义plc即可编程控制器（programmable logic controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（international electrical committee）颁布的plc标准草案中对plc做了如下定义：“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。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数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。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。下图为欧姆龙：2.2plc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115v；(8)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。2.3 plc的功能1）基本控制功能plc提供了与、或、非等各种指令，可实现继电器触点的串联、并联和串并联的各种连接的开关量控制。使用plc提供的定时、计数指令，可实现定时、计数功能，其定时值和计数值即可由用户在编程时设定，也可用数字拨码开关来设定，其值可进行在线修改，操作十分灵活方便。2）步进控制功能plc提供了专门用于步进控制的步进指令，编程使用及为方便。3）模拟控制功能plc提供了各种智能模块，如模拟输入模块，模拟输出模块，热电阻用模拟输入模块等等，通过这些模拟输入输出模块，可实现温度、流量、压力、速度、位移等模拟量的控制。4）定位控制功能定位控制是plc不可缺少的控制之一。plc提供的高速计数模块，定位模块、脉冲输出模块等智能模块，以实现各种要求定位控制。5）网络通信功能通过rs232c接口与各种rs232c设备进行通讯。6）自诊断功能plc本身具有较强的自珍断功能，保证cpu、ram、i/o总线等核心硬件正常的情况下，执行用户控制程序。7）显示监控功能借助于编程控制器或人机界面，可直观地显示有关部分运行状态，并可方便的调整定时器、计数器的设定值， 为调试和维护提供了方便。2.4 plc的特点1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时间则更长。从plc的机外电路来说，使用plc构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，plc带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。2）配套齐全，功能完善，适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来plc的功能单元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用plc组成各种控制系统变得非常容易。3）易学易用，深受工程技术人员欢迎plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造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改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5）体积小，重量轻，能耗低以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.5 plc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。2.5.1 中央处理单元(cpu)：cpu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;(4) plc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。 2.5.2 i/o模块plc与电气回路的接口，是通过输入输出部分（i/o）完成的。i/o模块集成了plc的i/o电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入plc系统，输出模块相反。i/o分为开关量输入（di），开关量输出（do），模拟量输入（ai），模拟量输出（ao）等模块。常用的i/o分类如下：开关量：按电压水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20ma,0-20ma）、电压型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用io外，还有特殊io模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按i/o点数确定模块规格及数量，i/o模块可多可少，但其最大数受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。2.5.3电源模块plc电源用于为plc各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24v的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220vac或110vac），直流电源（常用的为24vdc）。2.5.4底板或机架大多数模块式plc使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使cpu能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。2.5.5存储器根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:(1) 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.（2）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。（3）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。2.6 plc的应用领域目前，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，使用情况大致可归纳为如下几类。(1)开关量的逻辑控制这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，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。(2)模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。(3)运动控制plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构，现在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。世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4)过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。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。(5)数据处理现代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。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(6)通信及联网plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口，通信非常方便。第三章 控制系统设计运料小车由一台三相异步电动机拖动电动机正转，小车右行，电机反转，小车左行。在生产线上有5个编码为15的站点供小车停靠，在每一个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有5个呼叫开关（hj1hj5）分别与5个停靠点相对应。3.1设备控制要求运料小车在自动化生产线上的控制要求如下；（1）按下启动按钮，系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；（2）当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮hj的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮hj所对应的停靠站时停止；（3）当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮hj的编码时，小车向左运行，运行到呼叫按钮hj所对应的停靠站时停止；（4）当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮hj的编码时，小车保持不动；（5）呼叫按钮开关hjihj5应具有互锁功能，先按下者优先。3.2系统控制流程图3.3 i/o地址分配表表1 系统i/o资源配置表序号元件名设备名作用10.00sb0启动按钮开关2100.08sb11号形成开关3100.09sb21号形成开关4100.10sb31号形成开关5100.11sb41号形成开关6100.12sb51号形成开关80.01sb111号站呼叫按钮开关90.02sb122号站呼叫按钮开关100.03sb133号站呼叫按钮开关110.04sb144号站呼叫按钮开关120.05sb155号站呼叫按钮开关14200.01kmo电机正转继电器15200.02km1电机反转继电器3.4运料小车系统图：启动按钮停止按钮5个呼叫按钮5个行程开关欧姆龙 p l c四相异步电动机3.5 系统硬件设计系统硬件接线图如图图中km1 和km2 分别是控制电机正转运行（小车前进）和反转运行（小车后退）的交流接触器。用km1 和km2 的主触点改变进入电动机的三相电源的相序, 即可以改变电动机的旋转方向。图 中km1 的线圈串联了km2 的辅助常闭触点,km2 的线圈串联了km1的辅助常闭触点,组成了硬件互锁电路。可以避免由于正反转（小车前进、后退）切换过程中电感的延时作用,导致原来接通的接触器的主触点还未断弧时, 另一个接触器的主触点已经合上而造成交流电源瞬间短路的故障。通过主电路与plc 的控制电路的接线, 才能实现plc 对系统的控制。第四章 系统软件源程序设计4.1小车启停辅助继电器当按下启动按钮时，小车开始运动，该辅助继电器200.04得电；当按下停止按钮时，小车停止运动4.2行程开关在该程序中，5个站的行程开关分别用数字1-5来表示，当小车在1号站时，行程开关0.08得电，将数字1传送到数据寄存器d0；当小车在2号站时，行程开关0.09得电，将数字2传送到数据寄存器d0。依次类推，当小车在5号站时，行程开关0.12得电，将数字5传送到数据寄存器d0。4.3呼叫按钮在该程序中，5个站的呼叫按钮分别用数字1-5来表示，而且由于5个呼叫按钮开关具有互锁功能，先按下者优先，所以需5个辅助继电器0.010.05。当按下1号站呼叫按钮开关时，行程开关100.01得电，数字1传送到数据寄存器d1，同时1号按钮开关辅助继电器得电；当按下2号站呼叫按钮开关时，行程开关100.02得电，数字2传送到数据寄存器d1，同时2号按钮开关辅助继电器得电；依次类推，当按下5号站呼叫按钮开关时，行程开关100.05得电，数字5传送到数据寄存器d1，同时5号按钮开关辅助继电器得电4.4比较按下启动按钮和呼叫按钮后，开始对行程开关数据寄存器d0和呼叫按钮数据寄存器d1中的数据进行比较。当（d0）（d1）时，即小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，200.02得电，小车向左运行；当（d0）=（d1）时，即小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时，200.01得电，小车不动；当（d0）（d1）时，即小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时，m8得电，小车向右运行。4.5向右运动小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时，小车向右运行，运行呼叫按钮所对应的停靠站时停止4.6向左运动小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，小车向左运行，运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止4.7 四相步进电机输出定时每部之间的时间间隔为0.2s。 结束语本文主要介绍了运料小车的发展过程及现代社会对运料小车的功能要求，以及运料小车以后的发展趋势。随着现代工业的发展，工业自动化程度越来越高，运料小车应用前景可观。在导师的精心指导下，我在本文中解决了如下问题：控制系统硬件电路的正确设计及连接，节约了成本，优化了配置；实现了生产工作台5个呼叫站的呼叫要求，小车能正确无误的应答各呼叫站的呼叫；软件编程调试方面，通过欧姆龙编程软件已经正确调试了设计程序，并在设计调试中收获很多宝贵经验。致 谢感谢赵学军、龙超、李平、陈乐庚老师