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运料小车毕业设计论文PLC,毕业设计
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目 录 摘 要 1 前 言 2 第 1 章、 可编程控制器（ PLC）概况 4 第 1.1 节 PLC的定义 4 第 1.2 节 PLC 的发展 4 第 1.3 节 PLC的特点 5 第 1.4 节 PLC 的基本组成及各部分作用 5 第 1.4 节 PLC 的应用领域 8 第 2 章 、 硬件介绍 10 第 3 章、 施耐德 Twido 系列 PLC 12 第 3.1 节 Twido 可编程控制器一体型控制器 12 第 3.2 节 Twido 可编程控制器软件的介绍 13 第 4 章、 运料小车的程序设计 16 第 4.1 节 I/O 地址分配表 16 第 4.2 节 PLC硬件电气连接图 16 第 4.3 节 运料小车控制系统流程图 17 第 4.4 节 控制程序梯形图 17 第 5.5 节 梯形图对应的指令语句 20 结束语 23 参考文献 24 致谢 25 nts 摘要 可编程逻辑控制器，简称 PLC，是一种工业控制微型计算机。它的编程方便、操作简单尤其是高通用性等优点，使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。其中的一个应用便是运料小车的控制，主要 用到的便是他的逻辑控制功能。本文主要介绍施耐德 Twido 的 PLC 产品以及 其对应的软件，并且 用它来进行 五个控制台作业的运料小车的控制编程。 关键词： Twido PLC； 运料小车； Abstract Programmable Logic Controller， which used to be called PLC for short ,as one kind of industries control microcomputer obtained the wide application in the industrial production process, for its easy programming, easy operation, and so on. One of which is the control of material-carried dolly, and the main function of which used is logic control. This article mainly talks about the product of Twido plc and Twidosoft, and use this software to control the material-carried dolly, which has five flat. Key words: Twido PLC; material-carried dolly; nts 前 言 大学生涯就要以这篇毕业论文作为结局，将所学的东西融会贯通。恰好所做的毕业设计是课程开过的 PLC，尽管不是同一个类型的，所编的程序也是不相同的，但是对应毕业设计的上手还是可以比较快的了。 这论文的时候，自己还是写作前期还是一叶蔽目，毫无头绪。但是在查阅了相关的资料后也是对施耐德的硬件及其软件有了比较好的认识。 这篇论文是以施耐德的 Twido系列 PLC为主要载体，结合他对应的 Twidosoft来对运料小车的控制进行编程，虽然没有具体的见到他的硬件，但是也对这样一个程序对应的接口做了了解。 本文主要 是在对 PLC 进行系统的介绍后，进入具体施耐德的 PLC，针对TWDLCDA24DRF 这个型号进行硬件及其软件的介绍，最后 写出运料小车对应 PLC的接口图及其对应的程序。 由于个人或时间等因素，还不能将这篇论文写的完美，所以有错误的地方还请各位老师同学不吝指教。 nts 第 一 章 可编程控制器（ PLC）概况 1.1 PLC的定义 国际电工委员会 (International Electrical Committee- IEC),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。 1.2 PLC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。 nts 1.3 PLC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； 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。 1.4 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。 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。 nts 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、 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。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。 (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。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nts 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。 3、 1/0 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 . 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。 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。 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nts 结合的综合性控制。 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。 1.5 PLC 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)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。 (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nts 用。 (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。 (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。 (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。 nts 第二章 硬件介绍 图 2-1 为送料小车的模拟图 图 2-1 运料小车是工业逗料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线 冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。 本系统的结构工作原理图如图 1-1，包括带导轨的运行工作台， DC24V 电机，行程开关，起停按钮， Twido 可编程控制器， DC24V 继电器， DC12V 直流电源等。图 1-1是一个运料小车工作示意图 ，每个工作台设有一个到位开关 (SQ)和一个呼 叫按钮 (SB)。 系统的设计要求为： （ 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的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮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的编码时，小车向左行，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的编码时，小车保持不动； （ 5）、呼 叫按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。 图 2-2为 PLC 输出的电压转换电路 图 1-2中采用 2个 DC24V继电器和 1个 12V直流电源来实现直流电机的正反转， 2nts 个继电器线圈直接接到可编程控制器的输出端。当继电器线圈 1得电时继电器 1的触点由 k1转换到 k2，而继电器 线圈 2的触点状态不变，电流流向如 I1所示，驱使 DCI2V电机按一定方向运转：当继电器线圈 2得电时，继电器线圈 I触点状态不变，而继电器线圈 2的触点由 k3转换到 k4，电流流向如 I2所示驱使 DC12V电机按相反的方向运转。 图 2-2 nts 第 三 章 施耐德 Twido 系列 PLC 3.1 Twido 可编程控制器 一体型本体控制器 图 3-1为 Twido TWD LCAp 40DRF 一型可编程本体控制器 1 两个铰接的接线端子盖板。 2 一个门式盖板。 3 一个 mini-DIN 型 RS 485 串口连接器 (可用于连接编程终端 )。 4 一个插槽 (由一个可拆卸式盖板保护 ) 用于安装数字诊断 /维护显示器模块 TWDXCP ODC。 5 一个螺钉端子块，用于传感器的 24 V 直流电源以及输入传感器的连接。 6 一个用于 I/O 扩展模块 TWD Dpp, TWD App 和 TWD NOI 10M3 (在 24个 I/O 的 图 3-1 本体控制器上最多为 4个模块，在 40个 I/O 的本体控制器上最多接 7 个模块 ) 的连接器。 7 一个显示区域，显示 : - 控制器状态 (PWR, RUN, ERR 和 STAT)， - 输入及输出状态 (INp 和 OUTp)。 8 一个螺钉端子块，用于连接输出执行器。 9 两个模拟电位器 (10 或 16个 I/O 的型号为一个电位器 )。 10 一个扩展连接器，用于增加第二个 RS 232C/RS 485 串口，该串口可以使用 TWDNAC ppp 适配器 (除 10个 I/O 的本体控制器外 )。 11 一个螺钉端子块，用于连接 100-240V 交流电源或 19.2-30V 直流电源。 12 一个连接器 (位于控制器底部 )，用于 : - 安装 存储卡插件 TWD XCP MFK32 或实时时钟插件 TWDXCP RTC，可用于本 体控制器 TWDLCpAppDRF。 - 安装存储卡插件 TWD XCP MFK64 或存储卡插件 TWDXCPMFK32，可用于本体 控制器 TWDLCAp40DRF (内置实时时钟 )。 13 一个 RJ45 连接器 (位于控制器底部 )，用于连接到以太网、仅在 TWD LCAE 40DRF 上配备。 一体型本体控制器不仅可以允许导轨安装，也可以通过安装面板 TWD XMT5 nts (5 件一包 ) 允许面板安装 (2 x 4.3 孔 )。 3.2 Twido 可编程控制器 软件 Twidosoft介绍 图 3-2为 Twidosoft的编程环境： 图 3-2 Twidosoft是基于控制程序来读输入，写输出，并且解决逻辑问题 ，有以下三种方法来创建 Twido控制程序： 1. 指令语言列表： 一个指令列表程序是由布尔指令写成的一个逻辑表达序列 。 2. 梯形图： 梯形图是图形方式的逻辑表达。 3. Grafcet语言： Grafcet语言由一系列的步和转换组成。 Twido支持 Grafcet指令系统，但不支持图形 Grafcet。 nts 由于编程是用梯形图来编程，所以这里也就只介绍梯形图 。 梯形图编辑器 是一个基于图形的程序编辑器，用来创建和编辑梯形图。如图3-3所示。 图 3-3 梯级头用来说明这个梯级在梯形图中的用途 梯形图编程可以相应的转换为指令程序，对应的如图 3-4 nts 图 3-4 由于没有实际的用到 PLC，所以对这个软件的认识也只是停留在理论的阶段，它的一些 I/O端口的链接并不是十分的清楚，不过对于它的编程语言有了很多的了解， 本程序中用到的地址是 %MW,用 R0,R1标记。 nts 第 四 章 运料小车的程序设计 4.1 I/O地址 分配表 图 4-1 4.2 PLC硬件电器连接图 图 4-2（ 每个图必须要有名称） TWIDIOPLC电源用的是 220V？ nts 4.3 运料小车控制系统流程图 图 4-3 4.4 控制程序梯形图 （ 1） 图 4-4梯形图为小车起停的程序，按下启动按钮小车运动， M0得电并且保持，按下停止按钮， I0.1得电， M0失电。 图 4-4 nts (2) 图 4-5梯形图为五个行程开关梯形图， 5个行程开关用数字 0 4表示，当小车到达 1号时， I0.2得电，将数字 0传入 MW0(用 R0表示 )中；以此类推 。 图 4-5 (3) 图 4-6梯形图为五个呼叫按钮梯形图， 5个呼叫用数字 0 4表示，当一号按钮被按下时， I0.7得电，将数字 0传入 MW1（用 R1表示）中，以此类推，M4是实现自锁功能的作用，将在下面的梯形图中讲到 。 图 4-6 nts （ 4） 图 4-7梯形图 用于实现自锁功能 ， 当按下某个呼叫按钮时，同时触发 M4，并保持，使 获得优先权，按下别的按钮将无效 ， M2是当小车位置和按钮编码相同时触发，使 M4失电 ，恢复到最初的情况。 图 4-7 (5) 图 4-8梯 形图为比较梯形图，当小车所处位置大于呼叫按钮的编码时， M1得电， 小于时 M3得电，等于时 M 2得电，同时失 M4失电。 图 4-8 (6) 图 4-9 梯形图为小车控制 运动梯形图 ， 当 M1 得电时， Q0.0 输出，小车左行 ， 当 M2得电时， Q0.1输出，小车向右行 。 图 4-9 nts 4.5 梯形图对应的指令语句 (* 小车起停 *) (* 按下启动按钮小车运动， M0 得电并且保持，按下停止按钮， I0.1 得电， M0失电 *) LD %I0.0 OR %M0 ANDN %I0.1 ST %M0 (* 五个行程开关梯形图 *) (* 5 个行程开关用数字 0 4 表示，当小车到达 1 号时， I0.2 得电，将数字 0传入 MW0中；以此类推 *) LD %I0.2 AND %M0 %MW0 := 0 LD %I0.3 AND %M0 %MW0 := 1 LD %I0.4 AND %M0 %MW0 := 2 LD %I0.5 AND %M0 %MW0 := 3 LD %I0.6 AND %M0 %MW0 := 4 (* 五个呼叫按钮梯形图 *) (* 5个呼叫用数字 0 4表示，当一号按钮被按下时， I0.7得电，将数字 0传入MW1中， M4是实现自锁功能的作用；以此类推 *) LD %I0.7 nts ANDN %M4 AND %M0 %MW1 := 0 LD %I0.8 ANDN %M4 AND %M0 %MW1 := 1 LD %I0.9 ANDN %M4 AND %M0 %MW1 := 2 LD %I0.10 ANDN %M4 AND %M0 %MW1 := 3 LD %I0.11 ANDN %M4 AND %M0 %MW1 := 4 (* 用于实现自锁功能 *) (* 当按下某个呼叫按钮时，同时触发 M4，获得优先权，按下别的按钮将无效 ;M2是当小车位置和按钮编码相同时触发，使 M4 失电 *) LD %I0.7 OR %I0.8 OR %I0.9 OR %I0.10 OR %I0.11 OR %M4 ANDN %M2 ST %M4 (* 比较梯形图 *) nts (* 当小车所处位置大于呼叫按钮的编码时， M1得电；小于时 M3得电 ；等于时M 2得电，同时失 M4失电 *) LD %M0 AND MW0 %MW1 ST %M1 LD %M0 AND MW0 %MW1 ST %M3 LD %M0 AND MW0 = %MW1 ST %M2 (* 向左运动梯形图 *) (* 当 M1得电时， Q0.0输出，小车左行 *) LD %M1 ANDN %Q0.1 ST %Q0.0 (* 向右运动梯形图 *) (* 当 M2得电时， Q0.1输出，小车向右行 *) LD %M2 ANDN %Q0.0 ST %Q0.1 nts 结束语 经过几个月的奋斗，论文终于完成了， 时常保持着前进的同时思考一路过来的沉淀。欢欣喜悦辛劳愁苦是瞬时，留在记忆里的总是深刻的。 这次毕业设计，我感受到一项自我工程的努力过程。对于 PLC 的学习 ， Twido软件的摸索，到认识，当然由于自己所编的程序的相对比较简单，所以对这个软件的认识也不是十分的深入，但是通过的这次的自我学习，也学到了许多的知识，至少学到很多 独立解决问题的方法和培养了这样的能力。 论文我尽我的能力做好了，我想肯定有很多不恰当不完善的地方 ，希望老师能够指正！ nts 参考文献 1齐占庆等，电气控制技术，机械工业出版社， 2002。 2余雷声等，电气控制与 PLC 应用，机械工业出版社， 2001。 3现代电气控制及 PLC 应用技术，北京航空航天大学出版社， 2005。 4PLC 应用开发技术与工程实践，人民邮电出版社 5施耐德可编程控制器操作手册。 6高钟毓，机电控制工程（第二版），清华大学出版社， 2002。 nts 致谢 感谢 高育芳 老师亲切 的关怀，感谢我的同学和朋友给我极大的鼓励和参谋，感谢我所参考的文献、著作的作者，给我学习的渠道。 最后，感谢苏州大学，感谢机电学院，我在这里走向了成熟。 谨以此结束全文，感谢所有关心帮助我的人。 张立 2008、 5 nts 苏州大学本科生毕业论文（设计）任务书 学院： 机电工程学院 论文（设计）题目： PLC 在 运料小车控制系统 中的应用 指导教师： 高育 芳 职称：讲 师 类别：毕业设计 学生： 张立 学号： 0429402035 论文（设计）类型：应用 专业：电气工程与自动化 班级： 04 级 是否隶属科研 项目：否 1、论文（设计）的主要任务及目标 要求采用施耐德公司 PLC，设计一个应用 PLC 对运料小车模型进行控制的实际系统。 要求按照实际的应用系统对模型系统进行原理设计与结构设计，实现基本动作。 通过本次设计对 PLC 的基本功能、高级功能与应用技术有全面的掌握与理解。 2、论文（设计）的主要内容 查阅与课题有关的技术参考资料，了解与此有关的应用技术与发展现状。 学习掌握 PLC 的编程调试方法与技术。 设计完成该题目要求的硬件和软件，给出系统硬件的原理图、以及整体设计的说明。 给出软件的总体设计构思，并 编写相应的梯形图软件。对软件进行运行调试。 对所做的工作进行总结，给出结论和进一步的改进与完善方案。 nts 3、论文（设计）的基本要求 完成模型的制作、电路设计和软件设计。 编写和调试系统的应用软件。 翻译规定的外语技术资料。 要求提交：系统设计说明、程序流程框图与源程序清单。 完整的毕业设计论文及相应的资料。 4、主要参考文献 1齐占庆等，电气控制技术，机械工业出版社， 2002。 2余雷声等，电气控制与 PLC 应用，机械工业出版社， 2001。 3现代电气控制及 PLC 应用技术，北京航空航天大 学出版社，2005。 4PLC 应用开发技术与工程实践，人民邮电出版社 4施耐德可编程控制器操作手册。 5高钟毓，机电控制工程（第二版），清华大学出版社， 2002。 5、进度安排 论文（设计）各阶段任务 起止日期 1 收集资料、方案论证 、完成文献综述 3-4 周 2 总体方案设计 ，完成外文翻译 5-6 周 3 方案实施， 完成硬件电路的制作和系统软件的编写 7-10 周 4 系统总统调试 、改进完善 11-14 周 5 撰写论文、准备答辩 15-18 周 6 注： 1、此表一式三份， 学院、指导老师、学生各一份。 2、类别是指毕业论文或毕业设计，类型指应用型、理论研究型和其他。 nts 文献综述 随着 PLC技术的不断发展，它的应用也越来越广泛了，这次的毕业设计要求做的是其在运料小车中的应用，这个在工业生产过程中起着很重要的作用，他是向工业自动化迈出的很重要的一步，运料小车通过 PLC的控制，达到能自动装卸运料以及及时响应呼叫的请求。 对于这样一个 PLC程序的设计，我先了解施耐德的 Twido系列 PLC 的编程方法以及其相应的软件。在这个基础上，确定小车运料站点的数目，重而确定 I/O接口的数目以 确定 PLC的具体选型，然后熟悉其他运料小车的 PLC设计程序，再结合自己所学的将程序达到设计所要求的。 可编程控制器（ PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术 的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术计算等，并通过数字量和模拟量的输入 输出来控制机械设备或生产过程。 如今， PLC在我国各个工业控制领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日趋激烈的今天，掌握 PLC 设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。 PLC的 学习比一般编程学习困难的地方就在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合理的 PLC的型号，然后进行资源配置，并以此为基础，设计控制系统。 PLC的定义： “ 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /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部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体 ，易于扩充其功能的原则设计。 ” PLC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； 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nts 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。 由于自己所学的水平有限，所以我参考 了许多的数目，主要的有： 1电气控制与 PLC应用，机械工业出版社， 2001。 2现代电气控制及 PLC应用技术，北京航空航天大学出版社， 2005。 3PLC应用开发技术与工程实践，人民邮电出版社 4施耐德 可编 程控制器操作手册。 施耐德的 Twido 系列 PLC有比较多的型号，由于设计要求只要设置 5个站台，所以选用一体型本体控制器中的 16个 I/O 端口的 PLC 一体型本体控制器具有以下特点 : 1.尺寸小巧，但提供了有效的 I/O 数量 (多达 40 个 )，因此减小了应用中控制台或面板的尺寸，在有些应 用里其所占空间是一个很重要的因素。 2.多种扩展模块和可选插件为用户提供了很高的灵活度，这种特性通常只有更高级别的自动化平台才能拥有。 3. 显示模块和存储可选模块插件允许对应用程序进行方便的调整、传输和备份 。 本论文就是以施耐德一体型的本体控制器为基础，结合它所提供的编程软件，介绍它在运料小车中的应用，以及 PLC的编程方法。 nts PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS Topics: . PLC History . Ladder Logic and Relays . PLC Programming . PLC Connections Objectives: . Know general PLC issues . To be able to write simple ladder logic programs . Understand the operation of a PLC INTRODUCTION Control engineering has evolved over time. In the past humans were the mainly method for controlling a system. More recently electricity has been used for control and early electrical control was based on relays. These relays allow power to be switched on and off without a mechanical switch. It is common to use relays to make simple logical control decisions. The development of low cost computer has brought the most recent revolution, the Programmable Logic Controller (PLC). The advent of the PLC began in the 1970s, and has become the most common choice for manufacturing controls. PLCs have been gaining popularity on the factory floor and will probably remain predominant for some time to come. Most of this is because of the advantages they offer: . Cost effective for controlling complex systems. . Flexible and can be reapplied to control other systems quickly and easily. . Computational abilities allow more sophisticated control. . Trouble shooting aids make programming easier and reduce downtime. . Reliable components make these likely to operate for years before failure. Ladder Logic Ladder logic is the main programming method used for PLCs. As mentioned before, ladder logic has been developed to mimic relay logic. The decision to use the relay logic diagrams was a strategic one. By selecting ladder logic as the main programming method, the amount of retraining needed for engineers and trades-people was greatly reduced. Modern control systems still include relays, but these are rarely used for logic. A relay is a simple device that uses a magnetic field to control a switch, when a voltage is applied to the input coil, the resulting current creates a magnetic field. The nts magnetic field pulls a metal switch (or reed) towards it and the contacts touch, closing the switch. The contact that closes when the coil is energized is called normally open. The normally closed contacts touch when the input coil is not energized. Relays are normally drawn in schematic form using a circle to represent the input coil. The output contacts are shown with two parallel lines. Normally open contacts are shown as two lines, and will be open (non-conducting) when the input is not energized. Normally closed contacts are shown with two lines with a diagonal line through them. When the input coil is not energized the normally closed contacts will be closed (conducting). Relays are used to let one power source close a switch for another (often high current) power source, while keeping them isolated. An example of a relay in a simple control application is shown in Figure 2.2. In this system the first relay on the left is used as normally closed, and will allow current to flow until a voltage is applied to the input A. The second relay is normally open and will not allow current to flow until a voltage is applied to the input B. If current is flowing through the first two relays then current will flow through the coil in the third relay, and close the switch for output C. This circuit would normally be drawn in the ladder logic form. This can be read logically as C will be on if A is off and B is on. nts The example in Figure 2.2 does not show the entire control system, but only the logic. When we consider a PLC there are inputs, outputs, and the logic. Figure 2.3 shows a more complete representation of the PLC. Here there are two inputs from push buttons. We can imagine the inputs as activating 24V DC relay coils in the PLC. This in turn drives an output relay that switches 115V AC, which will turn on a light. Note, in actual PLCs inputs are never relays, but
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