PLC说明书.doc

燕山大学课程设计目录第一章 摘要- 2 -第二章 可编程逻辑控制器基础- 3 -2.1 基本结构- 3 -2.2工作原理- 3 -2.3 功能特点- 4 -2.4 PLC编程方式- 4 -2.4.1 梯形图语言（LD）- 5 -2.4.2 指令表语言（IL）- 5 -2.4.3 功能模块图语言（FBD）- 5 -2.4.4 顺序功能流程图语言（SFC）- 5 -2.4.5 结构化文本语言（ST）- 5 -第三章 四层电梯部分设计- 5 -3.1 设计要求- 5 -3.2 梯形图设计部分- 6 -第四章 组态王设计部分- 13 -4.1 组态王简介- 13 -4.2 组态王特点- 13 -4.3 组态王实践部分- 14 -4.3.1使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法：- 14 -4.3.2使用组态王软件开发具有以下几个特点：- 14 -4.4 组态王设计要求- 14 -4.5 组态王设计思路- 14 -第五章 变频器基础知识- 22 -5.1概述- 22 -5.2 变频器分类- 23 -第六章 心得体会- 26 -第七章 参考文献- 27 -第一章 摘要PLC课程设计是学生们基于PLC知识来实现相应的功能，来模拟出由PLC控制的相应工序。本次课程设计主要分为三部分。一部分为公共实践，主要内容为通过PLC梯形图编程来实现四层电梯的基本功能，并且通过电梯模拟实验台来模拟电梯的行进过程。第二部分为学习并应用组态王软件，来模拟一个离心选矿控制系统，以比较直观的方式来展现出离心选矿控制系统的工作流程以及工作方式。第三部分为对变频器的了解，通过自己查找资料来了解变频器的基础知识以及应用。关键词：PLC 梯形图 组态王第二章 可编程逻辑控制器基础可编程逻辑控制器（programmable logic contrller,PLC),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，计数与算数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。2.1 基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：一 电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在+10%范围内，可以不采用其他措施而将PLC直接连接到交流电网上去。二 中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接受并存储用户程序和数据；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。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。三 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。四 输入输出接口电路 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器，选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。五 功能模块 如计数，定位等功能模块。2.2工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段成为一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。一 输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映像区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。二 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总会按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右，先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映像区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映像区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。三 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照 I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。2.3 功能特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点 。一 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统。实现生产过程的综合自动化。二 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图 ，逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不改变硬件。三 能适应各种恶劣运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他机型。2.4 PLC编程方式PLC的用户程序，是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制规范按照实际需要使用的功能来设计的。只要用户能够掌握某种标准编程语言，就能够使用PLC在控制系统中，实现各种自动化控制功能。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准，PLC有五种标准编程语言：梯形图语言（LD），指令表语言（IL），功能模块语言（FBD），顺序功能流程图语言（SFC），结构文化本语言（ST）。这五标准编程语言，十分简单易学。2.4.1 梯形图语言（LD）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电气控制较为熟悉，因此，梯形图语言得到了广泛的欢迎和应用。梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器相一致。电气设计人员易于掌握。我们本次课设对于四层电梯的功能完成应用的便是梯形图编程语言来实现的。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制概念区别对待。2.4.2 指令表语言（IL）指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样有操作码和操作数组成。2.4.3 功能模块图语言（FBD）功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。2.4.4 顺序功能流程图语言（SFC）顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。2.4.5 结构化文本语言（ST）结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。他是类似于高级语言的一种编程语言。第三章 四层电梯部分设计3.1 设计要求 如电梯模拟实验台结构所示，其动作要求如下：1 电梯上行： 当电梯停于1楼(1F)或2F、3F时，4楼呼叫则上行到4楼碰行程开关后停止。 电梯停于1F或2F，3F呼叫、则上行，到3F行程开关控制停止。 电梯停于1F，2F呼叫，则上行，到2F行程开关控制停止。 电梯停于lF，2F、3F同时呼叫，则电梯上行到2F后，停5秒种，继续上行到3F停止。 电梯停于1F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到3F，停5秒，继续上行到4F停止。 电梯停于1F，2F、4P同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到4F停止 电梯停于1F，2F、3F、4F同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到3F，停5秒，继续上行到4F停止。 电梯停于2F、3F，4F同时呼叫，电梯上行到3F停5秒，继续上行到4F停止。2 电梯下行： 电梯停于4F或3F或2F，1F呼叫，电梯下行到1F停止。 电梯停于4F或3F，2F呼叫，电梯下行到2F停止。 电梯停于4F，3F呼叫，电梯下行到3F停止。 电梯停于4F，3F、2F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到2F停止 电锑停于4F，3F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到1F停止 电梯停于4F，2F、1F同时呼叫，电梯下行到2F，停5秒，继续下行到1F停止。 电梯停于4F，3F、2F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到2F停5秒，继续下行到lF停止。3 各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障。4 电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数。5 设计电梯停于2F,3F时，电梯运行状态。（上下同时呼叫时，采取先上后下的原则）3.2 梯形图设计部分根据设计要求，梯形图编程如下图所示：根据上图所示，将程序输入GXW并与实验箱连接的接线表如下表所示： 输入输出分配表输入输出主机实验模块注释主机实验模块注释X1LAY1一楼行程开关Y0DJB电机下行X2LAY2二楼行程开关Y1DJA电机上行X3LAY3三楼行程开关COM124VX4LAY4四楼行程开关COM024VX122DN二层下呼Y6A数码管段码X133DN三层下呼Y7BX144DN四层下呼Y10CX111UP一层上呼Y11DX122UP二层上呼Y12EX133UP三层上呼Y13FY14GX0RST复位LED COMGNDCOM224VX5IN1一层内选按钮X6IN2二层内选按钮24V24VX7IN3三层内选按钮GNDGNDX10IN4四层内选按钮COMCOMGND通过上表连线，则可以通过实验箱来直观的表现出四层电梯的工作过程，这样我们就通过自己梯形图的编程简单的利用PLC来控制了四层电梯的工作。第四章 组态王设计部分4.1 组态王简介组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软，硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。4.2 组态王特点它具有适应性强，开放性好，易于扩展，经济，开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层，监控层，管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达，组态开发的重要作用。尤其考虑三面问题：画面，数据，动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为实验者提供了可视化监控画面，有利于实验者实时现场监控。而且，它能充分利用windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式，数据链接功能。4.3 组态王实践部分 4.3.1使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法：（1）图形界面的设计（2）构造数据库（3）建立动画连接（4）运行和调试4.3.2使用组态王软件开发具有以下几个特点：（1）实验全部用软件来实现，只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验，从而大大减少购置仪器的经费。（2）该系统是中文界面，具有人机界面友好，结果可视化的优点。对用户而言，操作简单易学且编程简单，参数输入与修改灵活，具有多次与重复仿真运行的控制能力，可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线，能很直观的显示控制系统的实时趋势曲线这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。4.3.3在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面：（1）图形，是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。（2）数据，就是创建一个具体的数据库 ，并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性，比如水位，流量等。（3）连接，就是画面上图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。4.4 组态王设计要求离心选矿自动控制系统的设计如下：按下启动按钮，打开断矿阀门A，矿流进入离心选矿机，180s后关闭断矿阀门A，延时4s后，启动离心机和分矿阀门B，26s后关闭分矿阀门B和离心机，延时4s后打开冲阀门C，进水冲矿22s后关闭冲矿阀门，间隔4s，再打开断矿阀门A，进入下一个循环。连续工作开关可以控制整个选矿过程连续工作或只工作一个完整周期。紧急停止按钮是当出现紧急情况时，停止所有的工作。若想再启动工作，PLC必须断电后再加电。4.5 组态王设计思路根据上述离心选矿控制系统的要求，首先设计出图形画面，来尽量模拟离心选矿的生产过程。其次，根据离心选矿的生产过程，联系所设计的图形画面来定义所需变量。通过变量和图形之间的关系来设计动画连接，使画面来模拟现场设备的运行和控制者的控制输入。画面中运用了几种基本的动画连接，例如：填充，移动，闪烁，隐含等等来模拟设备的运行。设计画面如下图所示：上述图片中的open按钮为开启按钮，即控制系统的出示工作按钮。连续工作按钮为控制系统的连续工作的控制，按钮按下系统连续工作，否则系统只工作一次。紧急停止按钮控制系统的紧急停止，无论系统工作在哪个阶段，系统都会立即停止。通过这三个按钮可以完成对模拟离心选矿自动控制系统的控制工作。再配合着组态王内部的一些自动连续的工作过程，就能简单的实现了离心选矿自动控制系统的工作流程。组态王设计中变量的定义如下图：根据上述变量与图形的关系，以及对设计要求的理解，所设计的命令语言如下：本站点a5=1;if(本站点填充开始=1) if(本站点矿料填充180) 本站点矿料填充=本站点矿料填充+20; else if(本站点延时4秒4) 本站点延时4秒=本站点延时4秒+1; else 本站点离心机开关=1; 本站点分矿阀门=1; 本站点填充开始=0; 本站点延时4秒=5; if(本站点离心机开关=1) if(本站点b=0) 本站点a=1; 本站点a1=0; 本站点a2=0; 本站点a3=0; 本站点a4=0; 本站点a5=0; else if(本站点b=1) 本站点a1=1; 本站点a=0; 本站点a2=0; 本站点a3=0; 本站点a4=0; 本站点a5=0; else if(本站点b=2) 本站点a2=1; 本站点a=0; 本站点a1=0; 本站点a3=0; 本站点a4=0; 本站点a5=0; else if(本站点b=3) 本站点a3=1; 本站点a=0; 本站点a1=0; 本站点a2=0; 本站点a4=0; 本站点a5=0; else if(本站点b=4) 本站点a4=1; 本站点a=0; 本站点a1=0; 本站点a2=0; 本站点a3=0; 本站点b=本站点b+1;if(本站点b=5)本站点b=0;本站点a=0;本站点a1=0;本站点a2=0;本站点a3=0;本站点a4=0;本站点a5=1;if(本站点延时4秒=5) if(本站点延时26秒26) 本站点延时26秒=本站点延时26秒+1; if(本站点阀门1=0) if(本站点精矿流动0) 本站点精矿流动=本站点精矿流动-2; if(本站点阀门2=0) if(本站点精矿移动0) 本站点精矿移动=本站点精矿移动-3; if(本站点矿料填充0) 本站点矿料填充=本站点矿料填充-8; else 本站点离心机开关=0; 本站点分矿阀门=0; 本站点延时4秒1开关1=1; 本站点延时4秒=6; if(本站点离心机开关=0)本站点a=0;本站点a1=0;本站点a2=0;本站点a3=0;本站点a4=0;if(本站点延时4秒1开关1=1) if(本站点延时4秒14) 本站点延时4秒1=本站点延时4秒1+1; else 本站点冲水阀门1=1; 本站点隐含=1;if(本站点冲水阀门1=1) if(本站点进水冲矿77) 本站点进水冲矿=本站点进水冲矿+7; else 本站点冲水阀门1=0; 本站点延时4秒1开关1=0; 本站点排水阀门=1; if(本站点排水阀门=1) 本站点水流流动1=1; if(本站点水流流动0) 本站点进水冲矿=本站点进水冲矿-7; else 本站点延时4秒2开关=1; if(本站点延时4秒2开关=1) 本站点排水阀门=0; 本站点水流流动1=0; if(本站点延时4秒24) 本站点延时4秒2=本站点延时4秒2+1; else 本站点复位开关=1;if(本站点复位开关=1 &本站点连续工作=1) 本站点填充开始=1; 本站点矿料填充=0; 本站点延时4秒=0; 本站点延时26秒=0; 本站点延时4秒1=0; 本站点进水冲矿=0; 本站点延时4秒2=0; 本站点离心机开关=0; 本站点分矿阀门=0; 本站点冲水阀门1=0; 本站点进水冲矿=0; 本站点断矿阀门=0; 本站点排水阀门=0; 本站点隐含=0; 本站点精矿流动=0; 本站点延时4秒2开关=0; 本站点复位开关=0; 本站点精矿移动=0; 本站点水流流动1=0;if (本站点紧急停止=1) 本站点填充开始=0; 本站点离心机开关=0; 本站点分矿阀门=0; 本站点延时4秒1开关1=0; 本站点冲水阀门1=0; 本站点延时4秒2开关=0; 本站点断矿阀门=0; 本站点排水阀门=0; 本站点延时4秒=0; 本站点水流流动1=0;总结上述的设计部分就完成了离心选矿自动控制系统的基本功能。第五章 变频器基础知识变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。5.1概述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”。整流器 最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路 在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器 同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。 控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 （1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 （4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。5.2 变频器分类单元串联型变频器 这是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计，由于采用功率单元相互串联的办法解决了高压的难题而得名，可直接驱动交流电动机，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器。 整套变频器共有18个功率单元，每相由6台功率单元相串联，并组成Y形连接，直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同，可以互换，也可以互为备用。 变频器的输入部分是一台移相变压器，原边Y形连接，副边采用沿边三角形连接，共18副三相绕组，分别为每台功率单元供电。它们被平均分成、三大部分，每部分具有6副三相小绕组，之间均匀相位偏移10度。 该变频器的特点如下： 采用多重化PWM方式控制，输出电压波形接近正弦波。 整流电路的多重化，脉冲数多达36，功率因数高，输入谐波小。 模块化设计，结构紧凑，维护方便，增强了产品的互换性。 直接高压输出，无需输出变压器。 极低的dv/dt输出，无需任何形式的滤波器。 采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性。 功率单元自动旁通电路，能够实现故障不停机功能。 随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机 变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 以前的高压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大， 对电网和电机都有影响。近年来，发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实 现PWM逆变，甚至是PWM整流。不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。 按变换的环节分类： （1）交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。 （2）可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器 按直流电源性质分类： （1）电压型变频器 电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负