自动化专业方向课程设计 基于PLC的舞台装置设计

广西科技大学 课程设计说明书课程设计说明书 课题名称课题名称 基于 PLC 的舞台装置设计 系 别 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2012 年 月 日 摘要 本文介绍的是用 FX TRN BEG C 仿真 PLC 控制的舞台装置 通过控制两个电动机 的正转和反转实现舞台的上升和下降 台幕的打开和关闭 每个电动机通过两个接触器 控制电动机的正反转 对舞台的控制分为自动模式和手动模式 自动模式可以按照一定 的步骤控制声音 台幕 舞台 手动模式可以按照按下不同的按钮对舞台的升降 台幕 的开闭进行控制 关键字 舞台关键字 舞台 PLC 仿真仿真 台幕台幕 第一章 绪言 1 1 1 PLC 1 1 2 FX TRN 2 第二章 方案设计 3 2 1 设计要求 3 2 2 硬件设计 5 2 2 1 电气元件选型 5 2 2 2 系统 I O 分配表 6 2 2 2 系统接线图 7 2 3 软件设计 8 2 3 1 程序流程图 8 2 3 2 程序梯形图 10 第三章 调试结果 12 第四章 结束语 13 参考文献 14 0 第第 1 章章 绪言绪言 1 1 PLC PLC 是 Programmable Logic Controller 可编程序逻辑控制器 的英文缩写 是采用微电脑技术制造的自动控制设备 它以顺序控制为主 回路调节为辅 能完成逻 辑判断 定时 记忆和算术运算等功能 与传统的继电器控制相比 PLC 控制具有控制 速度快 可靠性高 灵活性强 硬件接线简单 改变工艺方便等优点 PLC 的基本构成见图 1 1 简要说明如下 中央处理器 CPU 起运算控制作用 指挥协调整机运行 存储器 ROM RAM 存放程序和数据 1 系统程序存储器 ROM 存放生产厂家写入的系统程序 用户不可更改 2 随机读写存储器 RAM 存放随机变化的数据 3 用户程序存储器 EPROM 或 E2PROM 存放用户编写的用户程序 通信接口 与计算机 编程器等设备通信 实现程序读写 监控 联网等功能 电源 利用开关电源将 AC220V 转变成 DC5V 供给芯片 DC12V 供给输出继电器 DC24V 供给输入端传感器 另有锂电池做为备份电源 输入接口 IN 将外部开关或传感器的信号传递给 PLC 输出接口 OUT 将 PLC 的控制信号输出到接触器 电磁阀线圈等外部执行部件 输 入 信 号 开 关 电源 ROM RAM CPU 通信接口 输 入 接 口 IN 输 出 接 口 OUT DC24V X DC12V DC5V Y 输 出 执 行 部 件 计算机 编程器 图 1 1 PLC 构成框图 AC220V 1 作为一般技术人员 对于上述构成 主要关心的是输入输出接口 输入输出接口的 详细情况 随着 PLC 技术的发展 其功能越来越多 集成度越来越高 网络功能越来越强 PLC 与 PC 机联网形成的 PLC 及其网络技术广泛地应用到工业自动化控制之中 PLC 集三电与 一体 具有良好的控制精度和高可靠性 使得 PLC 成为现代工业自动化的支柱 PLC 的生产厂家和型号 种类繁多 不同型号自成体系 有不同的程序语言和使用 方法 但是编程指导思想和模式是相同的 其编程和调试步骤如下 设计 I O 接线图 根据现场输入条件和程序运行结果等生产工艺要求 设计 PLC 的外围元件接线图 作为现场接线的依据 也作为 PLC 程序设计的重要依据 2 编制 PLC 的梯形图和指令语句表 根据生产工艺要求在计算机上利用专用编程软件编制 PLC 的梯形图 并转换成指令 语句表 3 程序写出与联机调试 用编程电缆连接计算机和 PLC 主机 执行 写出 操作 将指令语句表写出到 PLC 主机 PLC 输入端连接信号开关 输出端连接执行部件 暂不连接主回路负载 进行联 机调 PLC 的控制方式是由继电器控制方式演化而来 由 PLC 内部的微电子电路构成的模 拟线圈和触点取代了继电器的线圈和触点 用 PLC 的程序指令取代继电器控制的连接导 线 将各个元件按照一定的逻辑关系连接起来 PLC 控制的梯形图在许多方面可以看作 是继电器控制的电路图 可以理解为 PLC 内部有大量的由软件程序构成的继电器 计时器和计数器等软元 件 用软件程序按照一定的规则将它们连接起来 取代继电控制电路中的控制回路 1 2 FX TRN 一 FX TRN 可编程逻辑控制器学习软件简介 FX TRN 全称 MELSOFT FX TRAINER 是日本三菱电机公司为 FX 系列 PLC 产品而专门 设计的仿真模拟训练软件 该软件以其三维造型的实物模型 加上逼真有趣的声 光多 媒体效果 能使学习者有如操控各种自动控制设备的感受 例如在它的 3D 仿真画面里 机械手能抓 传送带能动 模拟人会走 汽车会跑 蜂鸣器会叫 而在它的操作面板和 输入输出印象表里 按钮 旋钮 PLC 的 I O 状态指示灯无一不全 还有类似游戏般的 过关方式能不断激发学习者的积极性 使得学习者在不知不觉中掌握 PLC 知识 该软件 支持梯形图编程模式 支持三菱 FX 系列 PLC 产品的所有通用指令和元件 虽然没有指令 列表模式和 SFC 模式 但对初学者而言 这样的功能已经完全足够 该软件还是全中文 2 模拟操作环境 更加大大有利于教师的教和学生的学 有利于该软件在 PLC 课程教学中 的使用和推广 二 FX TRN 可编程控制软件的特点 FX TRN 除了能提供逼真的 3D 仿真画面 全中文操作界面 还具有以下优点 1 有完整的学习流程 从 PLC 的用途开始介绍 逐步介绍软件的界面 程序编写中 梯形图的具体输入方法 基本指令和元件的使用案例 然后慢慢加大难度 提供了 3 个 等 4 种难度的挑战案例 以便学习者循序渐进的提高自己的 PLC 编程水平 并加深对 PLC 应用的认识 2 虚拟工作场景 用各种 3D 模型来虚拟各种现实的设备 比如机械手 传送带等 可以部分解决学校资金不足 设备不全的困难 同时也免去了项目设计中的接线安装工 作 使学习模式更加灵活 3 生动有趣 FX TRN 是一套兼具声 光与动画的 活 软件 按照使用者编写的程 序 能在一定程度上真实反映该程序在实物模型上的运行效果 4 实例演示 习题答案详细完备 FX TRN 中提供了 4 个基本操作单元 4 个简单练 习单元和 19 个挑战项目单元 每个单元都提供了标准程序以供学习者参考 5 兼容性好 实用高效 该软件能对自动控制场景模拟的同时 还可以将所编制的 程序保存 其程序格式与其它三菱公司出品的 PLC 编程软件如 GX Developer FXGP WINC 等完全兼容 所以当因某些条件所限而无法联机调试的情况下 我们也可以将其他 PLC 编程软件所编制的程序调入到 FX TRN 中来模拟运行 6 方便详细的索引系统 每个单元的内容 都用十分详细的操作索引 如按照索引来学 习 稍有基础的学习者可以几乎不需要任何其他的帮助 第二章第二章 方案设计方案设计 2 1 设计要求设计要求 实验面如图 2 1 所示 通过图 2 2 所示的控制按钮控制 实现舞台的自动控制和手 动控制 1 1 自动控制自动控制 1 当操作面板上的 开始 x16 按钮被按下时 蜂鸣器 Y5 拉响 5 秒 仅仅当台幕关闭和舞台降到最低点时 开始 x16 可以被置为 ON 2 当警报器停止后 窗帘打开指令 Y0 被置为 ON 而且台幕会被拉开到左右端 X2 和 X5 3 在台幕被完全拉开后 在舞台上升 Y2 为 ON 时舞台开始上升 在舞台上限 X6 为 ON 时舞台停止上升 3 4 当按下操作面板上的 结束 x17 以后 窗帘关闭指令 Y1 被置为 ON 而且 在台幕完全关闭 左右两片台幕的最小距离限制为 X2 和 X5 停止 2 2 手动控制规格手动控制规格 1 手动操作仅在以上自动操作停止时有效 2 台幕仅在操作面板上的 窗帘开 x10 被按下时拉开 台幕会在他们到 达极限 X2 and X5 时停止打开 3 台幕仅在操作面板上的 窗帘开 x11 被按下时关闭 台幕会在他们 到达极限 X0 and X3 时停止关闭 4 只有按下操作面板上的 舞台上升 X12 以后舞台开始上升 当舞台上升到 达上升极限 X6 后停止 5 只有按下操作面板上的 舞台下降 X13 以后舞台开始下降 当舞台到达 下降极限 X7 后停止 6 根据台幕和舞台的动作 在操作面板上的指示灯点亮或熄灭 图 2 1 舞台示意图 图 2 2 舞台控制面板 4 2 2 硬件设计硬件设计 2 2 1 电气元件选型电气元件选型 1 电动机 M 选择 假设电动机转动的加速度为 0 5m s 1s 后稳定匀速转动 舞台半径 为 1m 舞台和人的质量为 100kg 则有 Pwmax mgv 1 2mv t 100 10 0 5 1 2 100 0 5 1 0 512kw Nmax 6 104 v D 6 104 0 5 3 14 200 47 7rad s 电动机各个参数如表 2 1 所示 表 2 1 型号额定功 率 kw 额定电 压 V 额定电流 A 额定转 速 r min 启动电 流 A 启动转矩 最大转矩 J02 21 80 6220 3803 55 21 05 6705 51 51 8 由电动机各个参数可以得出其他元器件的选择要求 1 接触器选型 主触头电流 3 55 21 05A 取值 20A U 380V 型号为 NC6 06 2 熔断器选型 1 5 Imax 1 5 5 5 8 25A 取 9A 型号为 aM 6 2 其他元器件参数如表 2 2 所示 表 2 2 序号名称型号数量备注 限位开关 DF225 8DN104A 25A 带灯按钮 LB 15CGG46 蜂鸣器K16 BZ24 1 接触器 NC6 062 380V 20A 热继电器 NR2 11 5 Z1D16A 电源开关 指示灯 8 熔断器 aM 619A 5 三菱 FX2N 32MR 1 导线 若干 2 2 2 系统系统 I O 分配表分配表 系统输入分配表如表 2 3 所示 表 2 3 输入地址名称用途备注 X0 左窗帘位置内左窗帘内限位常开 X1 左窗帘位置中左窗帘中限位常开 X2 左窗帘位置外左窗帘外限位常开 X3 右窗帘位置内右窗帘内限位常开 X4 右窗帘位置中右窗帘中限位常开 X5 右窗帘位置外右窗帘外限位常开 X6 舞台上限舞台上限位常开 X7 舞台下限舞台下限位常开 X10 窗帘开窗帘打开按钮常开 X11 窗帘关窗帘关闭按钮常开 X12 舞台上升舞台上升按钮常开 X13 舞台下降舞台下降按钮常开 X16 开始自动开始按钮常开 X17 结束自动结束按钮常开 系统输出分配表如表 2 4 所示 表 2 4 输出地址名称用途 Y0 接触器打开窗帘 Y1 接触器关闭窗帘 Y2 接触器舞台上升 Y3 接触器舞台下降 6 Y5 蜂鸣器提示 续表 2 4 输出地址名称用途 Y10 指示灯提示窗帘开动作 Y11 指示灯提示窗帘开完成 Y12 指示灯提示窗帘关动作 Y13 指示灯提示窗帘关完成 Y14 指示灯提示舞台上升动作 Y15 指示灯提示舞台上升完成 Y16 指示灯提示舞台下降动作 Y17 指示灯提示舞台下降完成 2 2 2 系统接线图系统接线图 根据系统 I O 分配表画出 PLC 系统外部接线图 如图 2 3 所示 7 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X16 X17 COM Y0 Y1 Y2 Y3 Y5 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 COM FR1FR2 KM1 KM2 KM4 KM3 蜂鸣器 窗帘关动作 窗帘开完成 窗帘关完成 窗帘开动作 平台上升动作 平台上升完成 平台下降动作 平台下降完成 FU PLC 图 2 3 根据控制要求画出系统主电路接线图 如图 2 4 所示 接触器 KM1 控制电动机 M1 正转使窗帘打开 接触器 KM2 控制电动机 M1 反转使窗帘关闭 接触器 KM3 控制电动 机 M2 正转使舞台上升 接触器 KM4 使电动机 M2 反转使舞台下降 8 QS L1 L2 L3 M1 3 M2 3 窗帘控制电机平台控制电机 FR1FR2 KM3 KM1KM4KM2 窗帘 打开 窗帘 关闭 平台 上升 平台 下降 图 2 4 2 3 软件设计软件设计 2 3 1 程序流程图程序流程图 根据控制要求画出程序流程图 如图 2 5 到 2 10 所示 台幕关闭且舞 台在最低点 是 启动蜂鸣器 定时器计时 定时时间到5S 是 否 关闭蜂鸣器 打开台幕 台幕完全打开 是 否 舞台上升 舞台上升到上 限 否 是 否 按下开始按钮 结束 9 图 2 5 开始按钮按下流程图 图 2 6 结束按钮按下流程图 图 2 7 窗帘关按钮按下流程 图 按下结束按钮 关闭窗帘 完全关闭 是 结束 否 按下窗帘关按钮 自动操作停止 是 台幕完全关闭 否 关闭台幕 松开按钮 结束 是 否 否 按下窗帘开按钮 自动操作停止 是 台幕完全打开 否 打开台幕 松开按钮 结束 是 否 否 按下舞台下降按钮 自动操作停止 是 舞台下降到达 极限 否 舞台下降 松开按钮 结束 是 否 否 按下舞台上升按钮 自动操作停止 是 舞台上升到达 极限 否 舞台上升 松开按钮 结束 是 否 否 10 图 2 8 窗帘开按钮按下流程图 图 2 9 舞台下降按钮按下流程图 图 2 10 开始按钮按下流程 图 2 3 2 程序梯形图程序梯形图 根据程序流程图 画出控制 PLC 的梯形图 如图 2 11 所示 其中 M0 为定时器 0 启 动标志 M1 为自动开始标志 M2 为自动结束标志 M3 为 Y0 置位标志 M4 为 Y1 置位标 志 M5 为 Y2 置位标志 M6 为 Y3 置位标志 11 图 2 11 程序梯形图 12 第第 3 章章 调试结果调试结果 点击如图 3 1 所示的 梯形图编辑 按钮 在如图 3 2 所示的梯形图编辑界面输入 程序 输入完成后点击 转换 按钮 再点击 文件 菜单下的 保存 保存工程 然 后点击图 3 1 的 PLC 写入 按钮使程序写入 PLC 完成后仿真自动启动 图 3 1 图 3 2 梯形图编辑窗口 点击 开始 按钮后 蜂鸣器发出声音 5 秒后停止 台幕打开 待台幕完全打开 后 舞台上升 上升到舞台上限后停止上升 完成自动开始过程 点击 结束 按钮后 台幕关闭 待台幕完全关闭后 台幕停止关闭 完成自动结束过程 点击 窗帘开 按钮后 窗帘打开 松开按钮或窗帘完全打开后窗帘停止打开 点 13 击 窗帘关 按钮后 窗帘关闭 松开按钮或窗帘完全关闭后窗帘停止关闭 点击 舞