基于FXON-60MR可编程控制邮件分拣系统.doc

第一篇 PLC简介一、 PLC的基本概念可编程控制器（Programmable logic Controller）简称PLC。国际电工委员会在1987年颁布PLC标准草案中对PLC作出了如下定义:“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、定时、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照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。”PLC主要分为三类：1小型PLC 小型PLC 的I/O 点数一般在128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体除了开关量I/O 以外，还可以连接模拟量I/O 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。2中型PLC 中型PLC 采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024 点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。3大型PLC 一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。二、 PLC的基本结构PLC 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，如图1-1所示：图1-1 PLC结构图三、 PLC的工作原理最初研制生产的PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC 的CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms 以上，而PLC 扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。1扫描技术当PLC 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。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。2PLC 的I/O 响应时间为了增强PLC 的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC 采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC 得I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。四、 PLC的特点及其作用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。2 配套齐全，功能完善，适用性强。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。五、 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。六、 PLC的发展前景21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现。从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第二篇 设计过程一、 设计题目及其要求设计题目：基于FXON-60MR可编程控制器的邮件分拣系统的PLC控制。控制要求：本系统为五种邮件的模拟分拣系统。启动后绿灯L1亮表示可以进邮件，光电检测器PH“ON”表示光电信号检测到邮件。四位拨码器模拟邮件的邮码，从拨码器读到的邮码正常值为1、2、3、4、5表示被检测邮件为所要求的五种之一，则红灯L2亮，主电机m运行。将邮件分拣至对应的1、2、3、4、5 号邮件内，之后L2灯灭，L1灯亮，表示可以继续分拣邮件。若被检邮件不是所要求的五种之一，则红灯L2闪烁，表示出错，主电机m停。重新启动，能重新运行。图2-1 邮件分拣系统模拟图二、 设计思路及控制流程图1. 首先初步了解控制要求，控制涉及元件，查阅相关资料。2. 其次了解光电检测器PH的工作原理，了解四位拨码器的硬件结构和工作原理。3. 在初步了解控制要求及其所需元件后初步进行状态划分，进行I/O口的初步分配。4. 进一步细化控制要求，绘制工作流程图，绘出主控电路，硬件接线图。5. 绘出状态转移图并进一步转化成梯形图。6. 到实验室调试，进一步优化程序，修改不足。 本设计实现的目标：四位拨码盘ABCD键组合用PLC常开开关表示，当四位拨码盘ABCD值为：0001、0010、0011、0100、0101时分别表示邮码1、2、3、4、5。而当四位拨码盘ABCD共有24=16种不同的组合方案，因此除上面的5种外还有11种组合，所以需要设计判断支路。当光电检测器PH为ON时，若四位拨码盘ABCD值为0001、0010、0011、0100、0101则红灯L2亮，电机M电机运行，将邮件1、2、3、4、5拣至对应的邮箱去，之后红灯L2灭，绿灯L1亮可以继续邮件分拣。若四位拨码盘ABCD的值：0000、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111时则红灯L2闪烁，表示出错，主电机M停止，重新启动后方能重新运行。 本设计重点和难点：1、判断电路电路的设计，由于判断电路有11种情况，因此需要对判断电路进行合理的化简，使其能够实现11种判断功能同时又要尽可能的缩减电路，再者转态转移图里面不能出现串联快的并联，因此在设计时增如一个辅助继电器M10进行状态虚设解决此问题。2、红灯闪烁问题的处理也是设计的一个难点，本设计在处理这个问题上巧妙的采用定时器T0和计数器C0进行组合，从而实现红灯L2闪烁的目的。 本设计的创新点：由于四位拨码盘只有四位，而控制要求要实现5种邮件的判断，因此本设计巧妙的利用四位拨码盘的工作原理 进行触点的串联和并联组合从而获得5种邮件的判断。总共有24=16种不同组合，超过的部分需另设判断电路。因此本设计最主要的创新点式利用有限点数的PLC并结合外围硬件条件解决需要多点数PLC才能解决的问题。这种情况在实际生活中是很常见的，而本方案的思路也能很大程度的节省成本，节约PLC的点数。同时也避免了大量外围设备的现象，实现系统简单、可靠、稳定的目的。 图2-2 控制流程图三、 I/O接口分配表1 系统I/O接口分配输入编号输出编号辅助继电器编号启动按钮X0绿灯L1Y1M10光检PHX1红灯L2Y2定时器T21拨码盘AX3M电机Y0T22拨码盘BX41号邮件Y3.T23拨码盘CX52号邮件Y4T24拨码盘DX63号邮件Y5T25停止按钮X24号邮件Y6T05号邮件Y7计数器C0四、 PLC硬件接线图图2-3 FXON-60MR的硬件接线图五、 主控电路图图2-4 主控电路图六、 状态转移图图2-5 状态转移图七、 梯形图图2-6 梯形图八、 指令表表2 程序指令表九、 系统调试及问题分析1) 实验设备：FX1N-60MR可编程控制器一台、联想微型计算机一台2) 实验现象：系统上电后M8002导通，按下启动按钮X0后绿灯L1亮，表示可以进邮件；按下X1，表示光检器接通，检测到邮件、按下X6，则此时的拨码盘X3X4X5X6组合码是0001，表示检测到的是1号邮件，此时红灯L2（Y2）亮，绿灯L1（Y1）灭，主电机Y0运行，1号邮件推进器Y3运行。按下X5，则组合码是0010，表示的是2号邮件，此时红灯L2亮，绿灯L1灭，主电机Y0运行，2号邮件推进器Y4运行。按下X5X6，则组合码是0011，表示的是3号邮件，此时红灯L2亮，绿灯L1灭，主电机Y0运行，3号邮件推进器Y5运行。按下X4，则组合码是0100，表示的是4号邮件，此时红灯L2亮，绿灯L1灭，主电机Y0运行，4号邮件推进器Y6运行。按下X4X6，则组合码是0101，表示的是5号邮件，此时红灯L2亮，绿灯L1灭，主电机Y0运行，2号邮件推进器Y7运行。按下X4X5、X4X5X6、X3、X3X6、X3X5、X3X5X6、X3X4、X3X4X6、X3X4X5、X3X4X5X6、分别表示读到的拨码是0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111，此时红灯闪烁5次，表示出错，主电机M停止。3) 调试过程出现问题分析：由于本程序不是特别大，在设计过程中充分考虑各种可能情况，并通过多次的更改，优化。因此在调试过程中并未发现大的问题，通过调试发现本设计能够很好的实现控制目标，满足控制要求，但是在调试过程中也出现一些问题。a) 调试过程中，通过计算机软件，根据所编写梯形图，输入到计算机中，并转换成指令表，在输入的过程出现无法写入PLC，通过查找原因，发现梯形图过长，因此删除一部分模块，保留一份完整模块后先转换后继续输入即可解决此问题。b) 由于用到的PLC的输入点X0-X7是点动型，因此调试过程光检器X1要常按，给调试着带来不便，可以把X1换成是常闭的，或者换成X11-X21的非点动型按钮，这样能方便调试。c) 定时器T21时间设定过短，在调试过程不好判断，可以把定时时间设定为K50、K100、K150、K200、K250这样的定时时间更不容易误判4）时序图图2-7 时序