课程设计说明书2

课 程 设 计 说 明 书 设计题目 : 基于 车控制系统设计 系 别 : 机械设计制造及其制动化 年级 专业： 12级机械一班 学 号 ： 2012963916 学生姓名： 刘洋庆 指导教师： 毛美姣 第一章 可编程控制器（ 况 3 定义 发展 特点 基本组成及各部分作用 第二章 运料小车介绍 第三章 硬件设计 第四章 总结及进一步研究方向 8 制相关流程图 1 统调试 8 参考文献 8 附录 第一章 可编程控制器（ 况 定义 国际电工委员会 (1987年的第三版对 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 央处理单元 )存储器 (输入 /输出模块 (简称为 I/、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。 发展 1968年美国 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, 2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 (制 出了第一台可编程序控制器，满足了 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 特点 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 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。 基本组成及各部分作用 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， 分为整体式和组合式两类。 整体式 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， 核心 ， 1/0 单元是连接 现场设备之间的接口电路，通信接口用于 组合式 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 元的底板称为 它称为扩展底板。 离一般不超过 可以根据需要进行配置与组合。 1、中央处理单元 ( 是 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、 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 数据寄存器保存起来 ; (4) 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。 现代 要有以下几种 : (1) 通用微处理器，如 8080, 8088, 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 使用，也广泛地用于 (3) 位片式微处理器，如 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 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， 释程序，它们决定了 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 (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 于 此使用 有后备电池 (铿电池 )保护 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 欧姆龙公司的 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) (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 适 应随机存取的要求。在 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 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 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。 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 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 般使用 220V 的交流电源，内部的开 关电源为 中央处理器、存储器等电路提供 5V, +12V, +24V 的直流电源，使 电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的 常电源封装到机壳内部 ;对于模块式 的采用单独电源模块，有的将电源与 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 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， 有多种通信接口。 印机和其他的 计算机相连。当打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印 ;当与监视器相连时 当与其他 以组成多机系统或连网路，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 以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用 为编程器， 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 可以将 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 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。 应用领域 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， 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 )， ，完成闭环控制。 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用。 (3)运动控制 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 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 着工厂自动化网络的发展，现在的 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。 第 二 章 运料小车介绍 料小车介绍与控制要求 运料小车是工业送料的主要设备之一。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。 系统的设计要求为： 1、 控制行车的运动，将 A、 B、 、 2、 行车的运行有三种情况，分别用三个按钮控制，当按下 车将 箱， 箱， 箱运到 3、 当按下 车将 箱， 箱， 箱运到 4、 当按下 车将 箱， 箱运到 箱 ,箱运到 5、有自动和手动两种工作方式。在自动工作方式下，行车按上述自动运行。在手动工作方式下，有六个控制按钮，分别控制 A、 B、 箱运行到 D、 ：当控制 制 箱运到 他 五个控制类似。 第三章 硬件设计 结构分为整体 型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 长分为 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型 ，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 ，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。本课程设计选用 选用西门子 列 型可编程控制器。 通过对各个输入，输出的工作环境和用途的分析确定各个低压电 器的型号为 I/O 对照表及接线图 电路图 输入 输出 名称 代号 名称 代号 出端子编号 开关 行线圈 钮 行线圈 钮 料电磁阀 钮 料电磁阀 程 开关 求上、下料灯 程 开关 行程 开关 按钮 按钮 按钮 件选择 元器件明细如图 2称 数量 备注 按钮开关 6个 行程开关 3个 1个 电磁阀（ 上料 ） 3个 电磁阀（ 下料 ） 2个 线图 第四章 系统 件设计 制相关流程 图 程序框图如图 梯形图 ( )I 1 . 1 I 1 . 0M 0 . 3M 0 . 3( )I 1 . 3 M 0 . 1I 1 . 4M 0 . 1( )I 1 . 4I 1 . 3M 0 . 0M 0 . 0M 0 . 1M 0 . 2I 0 . 1 Q 0 . 1 I 0 . 0 I 0 . 1 I 0 . 2 I 0 . 3 I 0 . 4 I 0 . 5 I 0 . 6( )M 0 . 2M 0 . 0I 1 . 0I 0 . 2C 4 81C U C T . 2 M 0 . 2 M 0 . 3I 0 . 4I 0 . 2 I 0 . 0Q 0 . 0I 1 . 2I 1 . 2C 4 8T 3 7I 1 . 0I 1 . 0 I 1 . 2M 0 . 2C 4 8Q 0 . 2 I 0 . 5 I 0 . 6 Q 0 . 1 I 0 . 3 I 1 . 1( )Q 0 . 0I 1 . 2 I 0 . 0 I 0 . 4 I 0 . 5 I 0 . 6 I 0 . 3 Q 0 . 3 I 1 . 1( )Q 0 . 2Q 0 . 2I 1 . 2 I 1 . 0 I 0 . 0 ( )I 1 . 2 I 0 . 2 I 0 . 1 Q 0 . 0I 1 . 2 I 0 . 4I 1 . 2 I 0 . 5I 1 . 2 I 0 . 6I 1 . 2I 1 . 2I 1 . 2I 1 . 2 I 1 . 0I 1 . 0I 1 . 0I 1 . 0 I 0 . 2I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6Q 0 . 1I 1 . 1 Q 0 . 1I 0 . 1I 1 . 25 0T 3 7P 1 0 0 m s( )I 1 . 2 I 0 . 3 I 0 . 4 I 0 . 2Q 0 . 2I 1 . 2 I 1 . 0 I 0 . 3 I 0 . 4Q 0 . 3I 1 . 1 Q 0 . 3语句 表 N N N N N N N N N N D 1 N D N N N N N N N N N N D N N N N N D D D D N N N 统调试 根据所设计的关于搅拌控制的梯形图，选用 体步骤如下： （ 1）导入梯形图 （ 2）点击运行 （ 3）进行调试 第 3 章 总结及进一步研究方向 本设计主要阐述液体混料罐的自动控制，实现液体混料全过程：即进料、混料、出料的自动控制。其系统结构简单，运行稳定可靠。使用了西门子 计了控制程序。 尽管设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种继电器的安装方式，我都是随着设计的不断深入 而不断熟悉并学会应用的。与老师的交流沟通也使我从各种角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。 对现场的控制也只是理论，没有完成 液位传感器之间的通讯。若以后条件允许，可以对以上设计进行进一步完善。 参考文献 1 方承远 机械工业出版社， 2003 2 史国生 化学工业出版社， 3 廖常初 程及应用 4 钟肇新 ,范建东 华南理工大学出版社，5 丁伟 . 可编程控制器在工业控制中的应用 . 化学工业出版社， 6 魏璇 ,陆波 型隔墙板生产线上的应用 机械电子出版社 ,1999（ 2） 7 赵明 北京：机械工业出版社， 1994 8 田瑞庭 北京：机械工业出版社， 1994 9 李景学 ,紧矿业 北京：电子工业出版社， 1995 10胡学林 北京 :电子工业出版社， 2004 附录一 接线图： 附录二 梯形图： ( )I 1 . 1 I 1 . 0M 0 . 3M 0 . 3( )I 1 . 3 M 0 . 1I 1 . 4M 0 . 1( )I 1 . 4I 1 . 3M 0 . 0M 0 . 0M 0 . 1M 0 . 2I 0 . 1 Q 0 . 1 I 0 . 0 I 0 . 1 I 0 . 2 I 0 . 3 I 0 . 4 I 0 . 5 I 0 . 6