程序设计-基于plc的货叉取放箱程序设计-精品程序设计资料

安徽理工大学课程设计基于PLC的货叉取放箱程序设计摘要可编程序控制器是以微处理器为基础， 综合了计算机技术与自动控制技术为 体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来 的。通常把PLC认为是由等效的继电器、定时器、计数器等元件组成的装置。本次课程设计的目的在于用 PLC控制货叉的运行，使的PLC在实际生产中 发挥更重要的作用。要求是货叉可从中点位置向左取箱后回到中点位置 ，也可向 右取箱后冋到中点位置。关键词：货叉；可编程控制器（PLO；控制22目录前言 31课程设计的内容和要求 51.1 课程设计的内容 51.2 课程设计的控制要求 52硬件系统设计 62.1 PLC控制的优点 62.2 PLC的发展 72.3 PLC的选型及其特点 82.4 所需硬件工具与仪器 93软件系统设计 123.1 设计思想 123.2 PLC端子接线 123.3 PLC梯形图 143.4 指令程序 154系统的安装、调试 164.1 系统的安装 164.2 调试 175课程设计总结 19参考文献 20致谢 21可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器 PLC目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计吋、计数等顺序控制功能。 提出PLC概念的是美国通用汽车公司。PLCT1 勺基本设计思想是把计算机功能完善、 灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结 合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成 软件写入控制器的用户程序存储器内，使控制器和被控对象连接方便。70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器， 输入输出模 块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路， 这时的PLC已不 再是仅有逻辑（Logic）判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功 能。国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了 如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下 应用而设计。它釆用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算， 顺 序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和 输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于 与工业控制系统联成一个整体，易丁扩充其功能的设计。由于可编程控制器的不断发展，对它下一个确切定义是困难的。可编程控制 器问世后，美国电器制造商协会NEMA（ National Electrical ManufacturesAssociation ）于1980年对可编程控制器有如下定义： 可编程控制器是一种数字 式电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、 计数、计时和算术运算等功能，实现对各种机械或生产过程的控制。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。 目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应 用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 可靠性高，抗干扰能力强； 编程直观、简单； 适应性好； 功能完善，接口功能强。PLC主要由中央控制单元（CPU、存储器（RA蹴R0威）输入输LB模块（I/O ） 部分、电源和编程设备组成（见图1-1）,有的PLC还可以配备特殊功能模块，用 来完成某些特殊的任务。术语“体系结构”是指PLC的硬件，或软件，或者二者的结合。开放式的体系结构，是指系统使用现成的标准组件，能方便的与其它牛 产厂家的设备和程序兼容。封闭的体系结构是指该系统为专用的并H与其他系统 不兼容。目前，大多数PLC系统从本质上讲都是封闭的系统，所以使用时必须确 定所选用的硬件和软件与所使用的 PLC是兼容的。本次使用的是FX1N-60MFE菱PLC适合在小型环境屮进行控制。它具有卓 越的性能、串行36输出点：24继电器输出1 系统配置即固定又灵活；2. 编程简单；3. 备有oj自由选择，丰冨的品种；4. 令人放心的高性能；5. 高速运算；6. 使用于多种特殊用途；7. 外部机器通讯简单化；8共同的外部设备。1课程设计的内容和要求1.1课程设计的内容1、课程设计说明书2 、顺序功能图3 、器件与PLC内部等效继电器地址编号的对照表4 、PLC与现场器件的实际连接图5 、梯形图6 、指令程序1.2课程设计的控制要求货叉最初停在中点位置（光电开关SQ3&）,当按下左向行驶按钮SB1时，货叉 向左取箱运行到左点（光电开关SQ1处）停止；此时再按下右向行驶按钮SB2,货叉 又向右运行到中点（光电开关SQ）停止，完成一次向左取箱过程。如果按下右 向行驶按钮SB2,货叉向右取箱运行到右点（光电开关SQ2处）停止，然后再按下左 向行驶按钮SB1,货叉向左运行到中点（光电开关SQ眈）停止，完成一次向右取箱 过程。工艺流程图及I/O分配：正转向左 输出0IILO* 冋右输出1反转222SQ1输入3SQ3输入5SQ2输入4丄丄丄0 00 00 0输入1输入0输入2左向按钮停止按钮右向按钮SB1SB2SB3SQ1i-SQ3-I SQ2SQ3I2硬件系统设计2.1 PLC控制的优点PL笑制则PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储 器中，要改变控制逻辑只需改变程序， 因而很容易改变或增加系统功能。 系统连 线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态， 所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好 LC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通 中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作。PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循坏 扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序。PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒 级，且不会出现触点抖动问题。PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高， 定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响， 且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功 能，能查出自身的故障，随吋显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行 情况，VVVVVV.UUUII I-UUI11主要性能指标I/OI/O点数是指可编程序控制器外部输入。输出端子数的总和。它标志着可以接开关的多少、按钮和可以控制负载的多少。储存容量存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容 量,一般以步为单位，二进制16位,即以一个字为一-步。扫描速度一般以执行1000步指令所需要的时间来衡量，单位为 ms/k步，u s/步。功能扩展能力可编程序控制器除了主模板之外，通常度可配置一些可扩展 模板，以适应各种特殊应用的需要，如 A/D模板、D/A模板、位置控制模板等。基本参数如下：AC电源、DC输入、横式端子排、继电器输出。输入点数：16 输出点数：362.2 PLC的发展世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于 当时的元器件条件及计算机发展水平。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、数据传送及处理等功能完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的 梯形图作为主要编程语言并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命 名。此吋的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控 制器中使其功能发生了飞跃。 更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干 扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期 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。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更 加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型 机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元用于压力、 温度、转速、 位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、 通信单元使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。冃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及产 品中不断扩大了 PLC的应用。目前我国自己已可以生产屮小型可编程控制器。上 海东屋电气有限公司生产的 CF系列、杭州机床电器厂生产的 DKKS D系列、大 连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ系列等多种产品 已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外无锡华光公司、上海乡岛 公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC生产厂家。代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。2.3 PLC的选型及其特点本次课程设计选用的 PLC是三菱FX1KH60MR三菱FX1N-60MR-001是三菱 FX1N系列PLG是三菱电机推出的功能强大的普及型 PLC具有扩展输入输出， 模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱 PLG三菱FX1N-60MR-001主要特点 结构灵活不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使 资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。 传输质量高、速度快、带宽稳定可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应 用平台提供保证。最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了 200Mbps；为了确保QoS, HomePlug A/采用了时分多路访问（TDMA ）与带有 冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输 流媒体。 低成木充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需 挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了 人力。相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。 目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。 适用面广PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络最后一公里的解 决方案，广泛适用丁居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力 线作为通信载体，使得 PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的 地方，不用拨号，就立即可享受 4.545Mbps的高速网络接入，来浏览网页、拨 打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的四 网合一 ”。2.4所需硬件工具与仪器TD3电源板PLC板3可编程序控制器教学实验台TS1实验板变频器TY6直线运动机械模型TM2鼠标计算机主机箱实验挂板箱LI1键哉图21六挂箱实验台示意图TD3交、直流电源模块为PLC提供220V电源，具有控制、显示、操作、零压、短路保护功能。设 置电源按钮、电源输出实验插座等。为 PLC输出回路负载、步进电机等提供 5V 3A直流开关电源，具有短路保护功能。计算机在PC上完成PLC程序的编写、仿真、烧录程序。一般通过通用调试软件 GX Developer或FX-1N开发软件完成梯形图程序的编辑、转换、传送等。将计 算机和PLC连接起来进行调试。直线运动实验区该实验区在TS1实验板的中间。正面板为电梯控制示意图。主要由按钮、 光电开关、发光二极管和直线行走机构及驱动电机等元件组成。电梯楼层数为四层，滑块为模拟轿箱。上方4个按钮为轿箱内选信号，下方6个按钮为各层厅外呼 梯信号，4个光电开关为楼层位置信号。楼层位置可由数码显示指示。电机速度 也分高、低两挡，使用时需与正转或反转端子配合连接。直线运动机械模型机械部分由交流异步电机（25W,三相交流220V,南韩 进口）、减速器、联轴器、轴承、丝杠、丝母（运动滑块）、标尺、底座、支架等 组成。电机旋转经减速器减速，通过联轴器偶合，驱动丝杠做旋转运动，与丝杠 配合的丝母，做直线运动。运动滑块当前的实际位置可由标尺读出。这套机械模 型中收集了几种丁-厂中较为常用的位置检测元件，如：行程开关、接近开关、光电开关、孔盘认址器、旋转编码器等等。行程开关、接近开关元件安装在支架上， 可以滑动，使检测点可移动。孔盘认址器、旋转编码器与丝杠同轴，其位置检测 精度较高。光电开关组成的认址器安装在运动的丝母（滑块）的另一个侧面上。 配合使用的遮光片组安装在对面的支架上，也可以滑动。认址器可实现运动中的参与速度切换控制及相对认址和绝对认址。实验板主要分为机械传动部分、支架和电气元件部分等几部分。机械模型实 验板外形尺寸：750 （长）X 220 （宽）X 150 （高）。结构简易示意图如下：（详图见照片或实物）图2.2 PLC模块本次课程设计使用的是三菱图2.3电源模块S500型号的变频器，它的工作原理是主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。 电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的整流器”，吸收在变流器和逆变器产 生的电压脉动的 平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的 逆变器”。图2.4三菱S500变频调速器3软件系统设计3.1 设计思想课程设计题目是货叉取放箱程序设计。首先应确定输入输出元件，由此來选 择PLC的总点数，以便于画LB PLC的I/O端口分配图。本课题要求碰到光电开关货叉就停止，首先停在中间，按下 1SB左行，当 遇到光电开关1SQ停止。所以先自锁向左，串一个1SQ的动断开关。1SQ动作, 按下向右开关2SB,向右运行，当遇到光电开关3SQ时停止。因此先自锁向右， 串一个3SQ的动断开关。这是向左取箱的过程。向右取箱同理，不在赘述。依据所给的工艺流程图及I/O分配，分析以上控制要求，画出顺序功能图， 由功能图画出梯形图。3.2 PLC端子接线(1)货叉取放箱程序设计总共有5个输入点，2个输出点。表2-1 I/O对照表类别现场器件内部等效继电器地址说明输入(I)1SBX24左向按钮3SQX20屮点光电开关1SQX21左点光电开关2SQX22右点光电开关2SBX25右向按钮输出(0)1KMY0向左运行2KMY1向右运行(2)绘制PLC与现场器件的实际连接图PLCC0I曲X24X25帧X21X22X20Y0G1呂01SB艮!VFR_ in2SB卩1SQ En 2KH2SQ pi3SQ 口3.3 PLC梯形图X24:SB1X20:SQ3X21:SQ1X22:SQ2X25:SB2YO:左行丫1：右行3.4指令程序LD X24AND X22OR YOANI X20LD X24AND X20ORBANI X21OUT YOLD X25AND X21OR Y1ANI X20LD X25AND X20ORBANI X22OUT Y14系统的安装、调试4.1系统的安装在试验安装时，应按接线图，将各个导线和数据线接好，再在PC将程序写入，并进行编译、下载和运行。如下图所示：图4.1 I/O 接线图4.2调试连线结朿后，PLC写入，系统启动后，光电开关 SQ3动作，此时按下左向 按钮或右向按钮，货叉动作。当按下左向行驶按钮SB1时,货叉向左取箱运行到左点（光电开关SQ1处）停止;此时再按下右向行驶按钮 SB2,货叉又向右运行到中 点（光电开关SQ3处）停止，完成一次向左取箱过程,o如果按下右向行驶按钮SB2, 货叉向右取箱运行到右点（光电开关SQ2处）停止，然后再按下左向行驶按钮 SB1,货叉向左运行到中点（光电开关SQ3处）停止，完成一次向右取箱过程。图4.2模拟货叉左行图图4.3模拟货叉右行图关于调试的过程，我感触良多。一开始调试我的程序时，怎么都不行。当时 感觉很诡异，因为我在宿舍用仿真软件调试了一下，结果是对的。当时需要调试 的人很多，就让他们先了。等他们调试完了。我又调试了一次，终于发现问题所在：我的左点光电开关和右点光电开关对 应的输入、输LB弄反了，所以一点反应没有。调试让我知道了，理论和实际是有区别的。理论是对的，实际起来也不一定 对。所以说学校应该多给我们这样的机会，让我们可以更好了解刚刚学过的知识。 这样使我们更加深入地学习了 PLCo5课程设计总结通过这次PLC课程设计实践，我进一步巩固了 PLC的基础知识，对PLC的 工作原理和使用方法也有了更深刻的理解，只有对理论知识熟悉掌握，方能灵活 使用。在没有做实践设计以前，我们对知识的撑握都是思想上的，对一些细节不 加重视，当我们把自己想出来的程序用到 PLC中的时候，问题出现了，不是不 能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。 这样，我就只能一个一个问题 的去解决，通过查阅资料或者是请教同学，一次一次的调试程序，最后达到设计 要求。使得我对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距