自动旋转检测的PLC控制.doc

目 录第1章控制工艺流程分析11.1自动旋转检测控制过程描述11.2. 自动旋转检测的控制工艺分析1第2章 控制系统总体方案设计32.1系统硬件组成32.2 控制方法分析62.3 I/O分配72.4系统接线图设计8第3章 控制系统梯形图程序设计93.1 控制程序流程图设计93.2梯形图的设计10第4章 监控系统设计124.1 PLC与上位监控软件通讯12考参文献13结论与体会14第1章控制工艺流程分析1.1自动旋转检测控制过程描述自动检测技术是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量地掌握所采渠道一系列技术措施，它是产品检验和质量控制的重要手段。借助于检测工具对产品进行质量评价是人们十分熟悉的，这是检测技术的重要领域。另外，随着新型检测技术的不断成熟和发展，它在大型设备安全经济运行和监测设备，通常在高温、高压、高速和大功率状态下运行，保证这些关键设备的安全运行具有十分重要的意义。为此，通常设置故障检测系统以对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期的动态监测，以遍及时发挥异常情况，加强故障防御，达到早期诊断的目的。这样做可以避免严重的突发情况，保证设备和人生安全，提高经济效益。随着计算机技术的发展，这类检测技术系统已经发展到故障自诊断系统。可以采用计算机技术来处理监测信息，进行分析、判断，及时诊断出设备故障并自动报警或采用相应的对策。检测技术的完善和发展推动了现代科学技术的进步。人们在自然科学的各个领域内从事的研究工作，一般是利用已知的规律对观测、试验的结果进行概括、推理，从而对所研究的对象取得定量的概念，并发现他的规律性，然后上升到理论。因此，现代化检测手段所达到的水平在很大的程度上决定了科学研究的深度和广度。检测技术达到的水平越高，提供的信息越丰富、越可靠，科学研究取得突破性进展的可能性越大。从另外一方面来看，现代生产和科学技术的发展也不断的对检测技术提出新的要求和课题，成为促进检测技术向前发展的动力。科学技术的新发现和新成果不断应用于检测技术中，也有力的促进了检测技术自身的现代化。1.2. 自动旋转检测的控制工艺分析当系统位于运行原点时，按下任何单站或总站的启动按钮后，各单元的传送带开始转动，本站及总站的（运行）指示灯点亮。当托盘及工件运动到该单元时，限位气缸阻止其运行，该单元开始一个新的工作周期。此时，传感器检测到托盘到位后，提升气缸电磁阀通电，机械臂下降，到位后加紧气缸电磁阀通电，将工件加紧，然后提升气缸电磁阀断电，机械臂上升。此时，限位气缸电磁阀通电，放行托盘。根据检测对工件的检测结果处理工件，并对成、废品做不同处理。该系统将缺少盖子、销钉或带金属销钉的工件是为废品，其余为正品。工件为正品：摆动气缸电磁阀通电，将工件旋转90并保持该状态6秒，确保托盘已经通过该分拣单元。然后该单元传送带断电，提升气缸电磁阀通电，机械臂下降，保证工件垂直放置在传送带上，然后传送带通电，工件放行，限位气缸电磁阀断电。工件为废品：摆动气缸电磁阀通电，将工件旋转90，然后直接气缸电磁阀通电，将工件运至废品位，而后加紧气缸断电，工件落到废品输送单元的通道上。直接气缸电磁阀断电，机械臂返回初始位置，限位气缸电磁阀断电。第2章 控制系统总体方案设计2.1系统硬件组成可编程控制器，英文称Programmable Controller,简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物流过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题，入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多、强的多。像PLC这样。集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能，同事，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。 在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 1.输入输出（I/O)点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入31点，输出33点。2.存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定公式，许多文献资料中给除了不问公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储2000跳梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。 3.控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 根据本课题所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。 PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。 离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有个自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序进行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL)、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多钟语言编程形式，如C,Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过引荐的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 目前，国内众多的生产厂家生产了多钟系列功能各异的PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从。通过对输入/输出点的选择、对存储容量的选择、对I/O响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分许。所以决定使用学校已经有的三菱公司生产的FX2N系列的FX2N-64MR型号的可编程控制作为检测及分检的控制器。 继电器是具有格力功能的自动开关元件,广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 当输入量（如电压、电流等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电气。可分为电器量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。 电磁式继电器一般由铁心、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下客服反悔弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来分区：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 传感器就是能感知外界信息并将其按一定规律转换成可用信号的机械电子装置。简言之，传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置，它由敏感器件和转换期间两部分组成，有的半导体敏感器件可以直接输出电信号，其本身就构成传感器。敏感期间品种繁多，就其感知外界信息的原理而言，可分为：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应；化学类，基于化学反应的原理；生物类，基于酶、抗体和激素等份子识别功能。通常，根据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。电感式传感器是由LC振荡器、开关电路及放大输出电路三大部分组成。振荡器产生一个交变磁场。当外界的金属性导电物体接近这一磁场，并达到感应区时，在金属无题内产生涡流，从而导致振荡衰减，以致停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。 光电传感器的基本转换原理是将被测量参数转换成光信号的变化，然后将光信号作用于光电元件转换成电信号的输出。常用的光电传感器是采用发光二极管作为光源，光源经过透镜聚焦于空间某一点。如果在该点有障碍物，光就照不到光敏二极管上，电路处于偏置状态，PN结截止，反向电流很小。当没有障碍物遮挡时，光照到光敏二极管上时，PN结附近产生电子空穴对，并在外电场和内电场的共同作用下，漂移过PN结，产生光电流。此时，光电流与光照强度成正比，光敏二极管处于导通状态。 具体方法是在光源侧使用发光二极管，在受光侧使用光敏二极管，并将信号处理电路集成制作在一块芯片上。它的特点是体积小，可靠性高，工作电源电压范围宽，接口电路的复杂程度大幅度减少，可直接与TTL，LSTTL和CMLS电路芯片连接。 电容式传感器的感应由两个同轴金属电极构成，很像“打开的”电容器电极，该两个电极构成一个电容，串联在RC振荡回路内。 电源接通时，RC振荡器不振荡，当一个目标朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加，使振荡器开始振荡，通过后级电路的处理，将停振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电系数越大。可获得的动作距离越大。当一个目标靠近时，电容式传感器的电流消耗随之增加。可对金属和非金属材料进行无接触检测。例如：木材、玻璃、纸板、塑料、皮革、陶瓷、液体、沙石、金属。 色彩传感器分为三种不同类型：光到光电流转换，光到模拟电压转换，光到数字转换。前者通常只代表实际色彩传感器的输入部分，因为原始光电流的幅度非常低，总是要求放大，以将光电流转换成可用的水平。所以，最实用的模拟输出色彩传感器至少会有一个跨阻抗放大器，并提供电压输出。 光到模拟电压色彩传感器由色彩滤波器后面的光电二极管阵列与整合的电流到电压转换电路组成。落在每个光电二极管的光转换成光电流，其幅度取决于亮度及入射光的波长。 在反射传感中,色彩传感器检测从某个表面或对象反射的光，光源和色彩传感器都放在目标表面附近。来自光源（如白炽灯或荧光灯、白色LED或校准后的RGB LED模块）的光弹跳离开表面，被色彩传感器测得。反射离开表面的色彩与表面的颜色有关。例如，白光入射到红色表面上，会反射为红色。反射的红光撞击色彩传感器，产生R,G 和B输出电压。通过解释三个电压，可以确定色彩。由于三个输出电压与反射光的密度线性提高，因此色彩传感器还可以测量表面或物体的反射系数。 选用这些设备因为他们都有较好的性能，例如FX2N-64MR系列的强大功能表现在使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂的控制功能，因此它具有极高的性能/价格比。2.2 控制方法分析检测控制系统有主控PLC和红外传感器、光传感器、色彩传感器、电容式传感器、电感式传感器：分拣控制系统由主控PLC和舌簧式行程开关、电感式传感器、电容式传感器、继电器、阀岛等组成。全程监视系统采用HMI。控制系统提供电源的主要作用是把工频AC220V转换为DC24V，给主控单元和DP从站供电。系统的检测部分中采用了红外传感器、光传感器、色彩传感器、电容式传感器、电感式传感器，通过RS422将数据送至主控PLC中。在该检测系统中，传感器限位开关是PLC的输入信号控制开关，通过它的控制PLC得到给定信号，从而操作电机运行，使得电磁阀通电，控制汽缸伸缩，继电器得电，最终让电机转动。2.3 I/O分配表2-1 I/O分配表输入信号输出信号信号元件及作用PLC输入口地址信号元件及作用PLC输出口地址启动/停止带锁按钮X1正转继电器zjxY1正转按钮X2反转继电器fjxY2反转按钮X3位置指示灯L1Y3位置检测传感器K1X4位置指示灯L2Y4位置检测传感器K2X5位置指示灯L3Y5位置检测传感器K3X6位置指示灯L4Y6位置检测传感器K4X7位置指示灯L5Y7位置检测传感器K5X8位置指示灯L6Y8位置检测传感器K6X9接0V DC1M接24V DC1L 、2L表2-1 I/O分配表2.4系统接线图设计AC 220VRJBZPL4PL3PL2PL1mc4mc3mc2mc1pb2pb1nfbX0 com0X1 com1X2 com2 com3X3 com4 Y1X4 X5 Y2X6 Y3X7 Y4X8 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11comRT PLC硬件接线原理图所示:图 PL图3-1PLC硬件接线原理图 第3章 控制系统梯形图程序设计隔位旋转检测旋转一圈旋转第二圈逐位旋转检测旋转第三圈反转报警步停止步L1灯3.1 控制程序流程图设计M8002启动 图3-1控制系统流程图依据设计要求，把整个过程分为十步。M1起始步，M2、M3、M4分别为正转的全电阻启动、部分电阻启动、正转运行；M5、M6、M7分别为逆转的全电阻启动，部分电阻启动、逆运行；M8为热继电器动作时，电动机停止运转，Bz响。由Y5表示L1灯,Y6表示PL2灯,Y7表示PL3动作,Y10表示PL4动作，Y11表示喇叭BZ.T1、T2、T3、T4均表示计时10秒。T100、T101表示闪烁灯Y6计时继电器。用X0表示NFB，Y1、Y2、Y3、Y4分别表示MC1、MC2、MC3、MC4，X6为“1”状态时，表示热继电器动作，X1为点动开关PB1,X2为点动开关PB2，X3为点动开关PB3，X0为保持开关NFB。3.2梯形图的设计00009 00000 00002 00005 00008 01000 000080000100001 00002 00000 00003 00006 00010 01002 00002 01010 00002 00001 00000 00003 00006 00010 01003 00003 01012 0101100003 00002 00000 00009 00006 00010 0100400004 01017 01012 00001 00003 00011 00006 00000 00010 0100500005 01013 00005 00003 00000 00007 X006 00010 0100600006 01001 0100000006 00004 00000 00009 00012 00010 0100700007 01010 0101200000 0101500001 00012 00009 0100800004 00011 00001 0100900007 0001000008 0001000002 01013000030000400005 01014000060000700002 00101 01015 000030000500006T100 01016 01006 00001 01017 0000800009 第4章 监控系统设计4.1 PLC与上位监控软件通讯 CPM2A有三种通信联系方式：上位链接系统、同位链接系统、ComPoBus通信系统。工厂自动化系统中常把三种系统复合起来一起使用来实现工厂自动化系统要求的多级功能。复合型PLC网络中，上位链接系统处于最高位，负责整个系统的监控优化。上位机与CMP2A的通信有两种方式：上位机命令与PLC通信命令。上位机命令方式上位机处于主动,命令由上位机发往PLC。采用上位机命令方式能方便的实现上位机对PLC的监控。2.2CPM2A的上位通信协议。CPM2A的数据是以帧的格式发送的，当通信命令小于一帧时，发送格式如图2所示。其中正文最多122个字符。当命令块内容大于一帧时，由起始帧、中间帧、及结果帧组成。起始帧最多131个字符，中间帧及结束帧最多128个字符。起始帧由设备号、命令码、正文、FCS、和分界符构成。中间帧有正文、FCS、分界符组成。结束帧由正文FCS、结束符组成。上位机每发送完一帧，在收到PLC发回的分界符后再发送下一帧。 命令块中的校验码FCS是位二进制数转换成的位ASC字符。这位数据是将一帧数据中校验码前的所有字符的ASC码位按连续异或的结果。转换成字符时，按照位十六进制数转换成对应的数字字符。PLC接收到上位机发送的命令帧后，自动产生响应块，响应块的格式与图格式类似，只是在命令码后面多了两位的响应码，响应码表示了上位机命令的出错信息。响应码00表示PLC正常完成上位机命令。 在CPM2A的上位链接系统中，PLC接收指令并被动地给上位机返回响应块。所以作为下位机的PLC不需要编写通信程序。上位机与PLC的通信不能改变PLC的输入状态。为了通过上位机改变PLC的输出，在编写下位机的程序时就要利用PLC的工作位，通过上位机改变工作位的状态来改变PLC的输出，从而达到上位机对PLC输出的控制。在梯形图中加入了工作位3.00，4.00。系统正常工作时3.00，4.00置OFF，当需要实现上位机控制时，把3.00置ON，使PLC的输入端0.00失效，通过工作位4.00的通断来控制系统的输出。在上位链接系统中，通信一般都是由上位机发起的，按PLC标准通信进行连接。上位机给PLC发送操作指令，PLC按照指令执行相应的操作，同时给上位机返回数据。串口通信流程，编写通信程序可以采用高级语言或者汇编语言，下面给出的例子是用Delphi编写的上位机与CPM2A型PLC通信程序.通信采用标准通信模式。考参文献1 孙洪程，翁唯勤.过程控制工程设计M.北京:化学工业出版社，2001.03.2 钟肇新，彭侃编译.可编程控制器原理及应用M.广州：华南理工大学出版社，2002.11.3 马小军.可编程控制器及其应用M.南京：东南大学出版社，2007.4. 结论与体会两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础程序设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是下手很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路。另外PLC控制系统的知识还不能熟练应用，而且很多知识当时弄明白了，现在要用的时候又不记得，造成我用了大量的时间去查阅各种资料和程序命令，因此整个过程时间安排不合理。由于设计的计划没有安排好，设计的时间极为仓促，尤其是在硬件调试的过程中出现了很大的问题。另外资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，