毕业设计 PLC在运料小车控制系统中的应用.doc

毕毕 业业 论论 文文 课课 题题 PLC 在运料小车控制系统中的应用在运料小车控制系统中的应用 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 PLCPLC 在运料小车控制系统中的应用在运料小车控制系统中的应用 摘摘 要要 早期运料小车电气控制系统多为继电器 接触器组成的复杂系统 这种系统存在设计周期长 体 积大 成本高等缺陷 无数据处理和通信功能 必须有专人负责操作 将 PLC 应用到运料小车电气控 制系统 可实现运料小车的自动化控制 降低系统的运行费用 PLC 运料小车电气控制系统具有连线 简单 控制速度快 可靠性和可维护性好 易于安装 维修和改造等优点 随着经济的发展 运料小 车不断扩大到各个领域 从手动到自动 逐渐形成了机械化 自动化 将 PLC 应用到运料小车电气控制系统 可实现运料小车的自动化控制 降低系统的运行费用 它 功能强大 可扩展到多达 128I O 点 且能增加特殊功能模块或扩展板 通信和数据连接功能选项使得 FX1N 在体积 通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美 本课题主要包括 分析被控对象和明 确系统控制要求 PLC 选型 确定系统的 I O 设备的数量及种类 控制流程设计 控制程序设计 PLC 在运料小车控制系统中的应用 已经在国内外工程 工厂中得到实际应用 具有巨大的经济 和社会价值 其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广 关键词关键词 PLC 运料小车控制系统 Abstract Early electric car control system of the transporter over the relay contactor complex system composed of The system design cycle there is a long bulky high cost defects no data processing and communications functions must be hand operated will be applied to transport materials car PLC electrical control system and can realize automatic control operation of the car reducing the running costs of the system PLC control system for electric car transporter with a simple connection to control speed reliability and maintainability is good easy to install repair and improvement and so on With economic development transport materials to various areas of growing car from manual to automatic and gradually formed the mechanization and automation PLC applied to transport materials to car electrical control system and can realize automatic control operation of the car and reduce system operating costs It is powerful can be expanded to as many as 128I O points and can increase the special function modules or expansion boards Communications and data connectivity options make FX1N in volume communications and special function modules such important applications perfectly The topics include analysis of plant and a clear system control requirements PLC selection determine the system s I O device number and type control process design control programming PLC control system in the car transporter in the application has been in domestic and international projects has been applied in the factory with huge economic and social value the intelligence and automation beyond the idea worthy of further research and extension Key words PLC control system for transporter cart 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 1 11 1 课题的提出背景课题的提出背景 1 1 1 21 2 运料小车的发展概况运料小车的发展概况 2 2 1 31 3 本课题研究的主要内容本课题研究的主要内容 2 2 第二章第二章 可编程控制器 可编程控制器 PLCPLC 概述 概述 3 3 2 12 1 PLCPLC 的定义的定义 3 3 2 22 2 PLCPLC 的特点的特点 3 3 2 32 3 PLCPLC 的构成的构成 4 4 2 3 1 PLC 的基本构成 4 2 3 2 PLC 系统的其它设备 5 2 42 4 PLCPLC 的应用领域的应用领域 6 6 第三章第三章 控制系统设计控制系统设计 7 7 3 13 1 控制系统工作原理控制系统工作原理 7 7 3 1 1 运料小车的运动流程 7 3 1 2 设备控制要求 7 3 3 2 2 小车运动分析小车运动分析 7 7 3 33 3 运料小车控制系统的运料小车控制系统的 PLCPLC 选型和资源配置选型和资源配置 9 9 3 3 1 控制系统图 9 3 3 2 PLC 框架配置图 10 3 43 4 PLCPLC 选型选型 1010 3 4 1 选型分析 10 3 4 2 系统的安装 11 3 4 3 输入 输出模块的选择 11 3 4 5 抗干扰措施 12 3 53 5 系统资源分配系统资源分配 1212 3 5 1 I O 地址分配 12 3 5 2 数字量输入部分 12 3 5 3 数字量输出部分 13 3 5 4 内部继电器部分 13 3 63 6 系统硬件设计系统硬件设计 1414 3 73 7 系统软件源程序设计系统软件源程序设计 1515 3 7 1 行程开关 15 3 7 2 小车启停辅助继电器 16 3 7 3 呼叫按钮 16 3 7 4 比较 18 3 7 5 向左运动 18 3 7 6 向右运动 19 第四章第四章 控制系统的调试控制系统的调试 2020 4 14 1 编程软件编程软件 2020 4 24 2 程序的构成程序的构成 2020 4 34 3 程序的下载 安装和调试程序的下载 安装和调试 2222 总结和展望总结和展望 2424 5 15 1 本文主要完成的工作及总结本文主要完成的工作及总结 2424 5 25 2 工作展望工作展望 2424 致致 谢谢 2525 参考文献参考文献 2525 图图 表表 清清 单单 图 2 1 PLC 三菱 FX 系列 3 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 图 2 2 PLC 的组成框图 4 图 3 1 运料小车示意图 7 图3 2 小车在呼叫按钮之间的运动 8 图 3 3 小车在两呼叫按钮之间运料过程中速度变化情况 8 图 3 4 变频器的频率变化情况 8 图 3 5 控制系统流程图 9 图 3 6 运料小车控制系统图 10 图 3 7 PLC 框架配置图 10 图3 8 主电路 14 图3 9 辅助电路 15 图4 1 程序调试 23 表 3 1 输入地址分配 13 表 3 2 输出地址分配 13 表 3 3 内部继电器地址分配 13 1 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 课题的提出背景课题的提出背景 随着我国社会经济的迅猛发展 人民物质文化生活水平日益提高 随着工业自动化的普及和发展 控 制器的需求量逐年增大 为了改变落后的生产状态 缓解日趋紧张的供求关系 我们研究了多功能天车 新中国成立特别是改革开放以来 我国社会主义现代化建设取得了举世瞩目的伟大成就 同时 必 须清醒地看到 我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段 全面建设小康社会 既面临难得的历史机 遇 又面临一系列严峻的挑战 经济增长过度依赖能源资源消耗 环境污染严重 经济结构不合理 农 业基础薄弱 高技术产业和现代服务业发展滞后 自主创新能力较弱 企业核心竞争力不强 经济效益 有待提高 在扩大劳动就业 理顺分配关系 提供健康保障和确保国家安全等方面 有诸多困难和问题 亟待解决 从国际上看 我国也将长期面临发达国家在经济 科技等方面占有优势的巨大压力 为了抓 住机遇 迎接挑战 我们需要进行多方面的努力 包括统筹全局发展 深化体制改革 健全民主法制 加强社会管理等 与此同时 我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新 带动生产力质 的飞跃 推动经济社会的全面 协调 可持续发展 进入 21 世纪 我国作为一个发展中大国 加快科学技术发展 缩小与发达国家的差距 还需要较长 时期的艰苦努力 同时也有着诸多有利条件 中华民族拥有 5000 年的文明史 中华文化博大精深 兼容 并蓄 更有利于形成独特的创新文化 只要我们增强民族自信心 贯彻落实科学发展观 深入实施科教 兴国战略和人才强国战略 奋起直追 迎头赶上 经过 15 年乃至更长时间坚韧不拔的艰苦奋斗 就一定 能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就 科技工作的指导方针是 自主创新 重点跨越 支撑发展 引领未来 自主创新 就是从增强国家 创新能力出发 加强原始创新 集成创新和引进消化吸收再创新 重点跨越 就是坚持有所为 有所不 为 选择具有一定基础和优势 关系国计民生和国家安全的关键领域 集中力量 重点突破 实现跨越 式发展 支撑发展 就是从现实的紧迫需求出发 着力突破重大关键 共性技术 支撑经济社会的持续 协调发展 引领未来 就是着眼长远 超前部署前沿技术和基础研究 创造新的市场需求 培育新兴产 业 引领未来经济社会的发展 这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结 是面向未来 实现中华民族伟大复兴的重要抉择 要把提高自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置 在对外开放条件下推进社会主义现代化建设 必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果 改革开放 20 多年来 我国引进了大量技术和装备 对 提高产业技术水平 促进经济发展起到了重要作用 但是 必须清醒地看到 只引进而不注重技术的消化 吸收和再创新 势必削弱自主研究开发的能力 拉大与世界先进水平的差距 总之 必须把提高自主创新 能力作为国家战略 贯彻到现代化建设的各个方面 贯彻到各个产业 行业和地区 大幅度提高国家竞争 力 我国科学技术发展的总体目标是 自主创新能力显著增强 科技促进经济社会发展和保障国家安全的 能力显著增强 为全面建设小康社会提供强有力的支撑 基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强 取 得一批在世界具有重大影响的科学技术成果 进入创新型国家行列 为在本世纪中叶成为世界科技强国奠 定基础 形成比较完善的中国特色国家创新体系 企业现 代化生 产规 模的不 断扩 大和深化 使得生 产物的 输送成 为生产物流系 统中的一 个重要 环节 运料小 车自动控制 正是用 来实现输 送生 产物的控制系 统 随着PLC的发展 国外生 产线 上的 运输 控制系 统非常广泛的采用 该控制系 统 而且 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 2 有些制造 厂还开发研 制了出了 专用的 逻辑处 理控制芯片 我 国的大部分工控企 业的运料小 车自动控制系 统都是 从国 外引 进 的 成本高 为了满足现代化生 产流通的需要 让PLC技术与 自动化技 术相结合 充分的利用到我 国的工控企 业生产线 上 让该 系统在各 种环 境下都能 够工作 而且成本低 易控制 安全可靠 效率高 1 21 2 运料小车的发展概况运料小车的发展概况 由于PLC的不 断发 展和革新 使得生 产线 的运输 控制也 将得到不 断的改善和生 产率的不 断提高 运料小 车控制 经 历了以下几 个阶 段 1 手 动控制 在20世纪60年代末70年代初期 便有一些工 业生产采用PLC来实现运 料小 车的控制 但是由于 当 时的技 术还 不够成熟 只能 够用手 动的方式 来控制机器 而且早期 运料小 车控制系 统多为继电 器一接 触器组成的 复杂 系统 这种 系统存在 设计 周期 长 体 积大 成本高等缺陷 几乎无数据处理和通信功能 必 须有专人负责 操作 2 自 动控制 在20世纪80年代 由于 计算机的价格下降 这时 的大型工控企 业将PLC充分的 与计 算机相 结合 通 过机器人技 术 自 动化设备终 于实现 了PLC在运料小 车控制系 统在自 动方面的 应用 3 全自 动控制 现阶 段 由于PLC技术的向高性能 高速度 大容量 发展大型PLC大多采用多 CPU结构 不 断向高 性能 高速度和大容量方向发展 将PLC运用到 运料小 车控制系 统 可 实现运 料小 车的全自 动控制 降低系 统的运行 费用 PLC运料小车自动控制系 统具有 连线简单 控制速度快 精度高 可靠性和可维护 性好 维修和改造 方便等 优点 1 31 3 本课题研究的主要内容本课题研究的主要内容 通过 PLC 控制运料小车在工作台上各呼叫站间运动 以达到生产实际之用 分析被控对象和明确 系统控制要求 PLC 选型 确定系统的 I O 设备的数量及种类 控制流程设计 控制程序设计 第二章第二章 可编程控制器 可编程控制器 PLCPLC 概述 概述 2 12 1 PLCPLC 的定义的定义 PLC 即可编程控制器 Programmable logic Controller 是指以计算机技术为基础的新型工业控 制装置 在 1987 年国际电工委员会 International Electrical Committee 颁布的 PLC 标准草案中 3 对 PLC 做了如下定义 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 计时 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 图 2 1 PLC 三菱 FX 系列 2 22 2 PLCPLC 的特点的特点 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 例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长 从 PLC 的机 外电路来说 使用 PLC 构成控制系统 和同等规模的继电接触器系统相比 电气接线及开关接点已减 少到数百甚至数千分之一 故障也就大大降低 此外 PLC 带有硬件故障自我检测功能 出现故障时 可及时发出警报信息 在应用软件中 应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序 使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护 2 配套齐全 功能完善 适用性强 PLC 发展到今天 已经形成了大 中 小各种规模的系列化产品 可以用于各种规模的工业控制 场合 除了逻辑处理功能以外 现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力 可用于各种数字控制领域 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 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近 只用 PLC 的少量开关量 逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能 为不熟悉电子电路 不懂计算机原理和汇编语言 的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门 4 系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑 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改变生产过程成为可能 这很适合多品种 小批量的生产场合 5 体积小 重量轻 能耗低 以超小型 PLC 为例 新近出产的品种底部尺寸小于 100mm 重量小于 150g 功耗仅数瓦 由于体 积小很容易装入机械内部 是实现机电一体化的理想控制设备 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 4 2 32 3 PLCPLC 的构成的构成 2 3 1 PLC 的基本构成 从结构上分 PLC 分为固定式和组合式 模块式 两种 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 显示面 板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸的整体 模块式 PLC 包括 CPU 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机架 这些模块可以按照一定规则组合配置 图 2 2 PLC 的组成框图 1 CPU 的构成 CPU 是 PLC 的核心 起神经中枢的作用 每套 PLC 至少有一个 CPU 它按 PLC 的系统程序赋予的功 能接收并存贮用户程序和数据 用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据 并存入规定的 寄存器中 同时 诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等 进入运行后 从 用户程序存贮器中逐条读取指令 经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号 去指挥有关的 控制电路 CPU 主要由运算器 控制器 寄存器及实现它们之间联系的数据 控制及状态总线构成 CPU 单元 还包括外围芯片 总线接口及有关电路 内存主要用于存储程序及数据 是 PLC 不可缺少的组成单元 2 I O 模块 PLC 与电气回路的接口 是通过输入输出部分 I O 完成的 I O 模块集成了 PLC 的 I O 电路 其输入暂存器反映输入信号状态 输出点反映输出锁存器状态 输入模块将电信号变换成数字信号进 入 PLC 系统 输出模块相反 I O 分为开关量输入 DI 开关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 常用的 I O 分类如下 开关量 按电压水平分 有 220VAC 110VAC 24VDC 按隔离方式分 有继电器隔离和晶体管隔离 模拟量 按信号类型分 有电流型 4 20mA 0 20mA 电压型 0 10V 0 5V 10 10V 等 按精度 分 有 12bit 14bit 16bit 等 除了上述通用 IO 外 还有特殊 IO 模块 如热电阻 热电偶 脉冲等模块 5 按 I O 点数确定模块规格及数量 I O 模块可多可少 但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能 力 即受最大的底板或机架槽数限制 3 电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源 同时 有的还为输入电路提供 24V 的工作电 源 电源输入类型有 交流电源 220VAC 或 110VAC 直流电源 常用的为 24VDC 4 底板或机架 大多数模块式 PLC 使用底板或机架 其作用是 电气上 实现各模块间的联系 使 CPU 能访问底板 上的所有模块 机械上 实现各模块间的连接 使各模块构成一个整体 2 3 2 PLC 系统的其它设备 1 编程设备 编程器是 PLC 开发应用 监测运行 检查维护不可缺少的器件 用于编程 对系统作 一些设定 监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况 但它不直接参与现场控制运行 小编程器 PLC 一般有手持型编程器 目前一般由计算机 运行编程软件 充当编程器 也就是我们系统的上位机 2 人机界面 最简单的人机界面是指示灯和按钮 目前液晶屏 或触摸屏 式的一体式操作员终 端应用越来越广泛 由计算机 运行组态软件 充当人机界面非常普及 3 PLC 的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集 传送生产和管理数据 因此 网络在自动化系统集 成工程中的重要性越来越显著 甚至有人提出 网络就是控制器 的观点说法 PLC 具有通信联网的功能 它使 PLC 与 PLC 之间 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交 换信息 形成一个统一的整体 实现分散集中控制 多数 PLC 具有 RS 232 接口 还有一些内置有支持 各自通信协议的接口 PLC 的通信现在主要采用通过多点接口 MPI 的数据通讯 PROFIBUS 或工业 以太网进行联网 2 42 4 PLCPLC 的应用领域的应用领域 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 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 6 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 4 过程控制 过程控制是指对温度 压力 流量等模拟量的闭环控制 作为工业控制计算机 PLC 能编制各种 各样的控制算法程序 完成闭环控制 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法 大中型 PLC 都有 PID 模块 目前许多小型 PLC 也具有此功能模块 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序 过 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 5 数据处理 现代 PLC 具有数学运算 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 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比 较 完成一定的控制操作 也可以利用通信功能传送到别的智能装置 或将它们打印制表 数据处理 一般用于大型控制系统 如无人控制的柔性制造系统 也可用于过程控制系统 如造纸 冶金 食品 工业中的一些大型控制系统 6 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信 随着计算机控制的发展 工厂自动化 网络发展得很快 各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能 纷纷推出各自的网络系统 新近生产的 PLC 都具有通信接口 通信非常方便 第三章第三章 控制系统设计控制系统设计 3 13 1 控制系统工作原理控制系统工作原理 3 1 1 运料小车的运动流程 某自动生产线上运料小车的运动如图 3 1 所示 运料小车由一台三相异步电动机拖动 电机正转 小车向右行 电机反转 小车向左行 在生产线上有 5 个编码为 1 5 的站点供小车停靠 在每个停靠 站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点 对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外 还设 有 5 个呼叫按钮开关 HJ1 HJ5 分别与 5 个停靠站点相对应 7 1 号站2 号站3 号站4 号站5 号站 运料小车 自动化生产线 图 3 1 运料小车示意图 3 1 2 设备控制要求 运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下 1 按下启动按钮 系统开始工作 按下停止按钮 系统停止工作 2 当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按扭 HJ 的编码时 小车向右运行运行到按钮 HJ 所对 应的停靠站时停止 3 当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按扭 HJ 的编码时 小车向左运行 运行到按钮 HJ 所 对应的停靠站时停止 4 当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按扭 HJ 的编码时 小车保持不动 呼叫按钮开关 HJ1 HJ5 应具有互锁功能 先按下者优先 3 3 2 2 小车运动分析小车运动分析 小车在呼叫按钮之间的运动如图3 2所示 图3 2 小车在呼叫按钮之间的运动 根据生产工艺要求设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3 3所示 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 8 图 3 3 小车在两呼叫按钮之间运料过程中速度变化情况 根据料车运料过程中速度曲线图 确定变频器的频率变化情况如图3 4所示 图 3 4 变频器的频率变化情况 根据系统控制要求 分析出如下系统控制流程图 9 开始 按动启动按钮 停靠站编码 呼叫 按钮编码 到达呼叫按钮对 应的停靠站 到达呼叫按钮对 应的停靠站 小车右行小车左行 停靠站编码 呼叫 按钮编码 小车停止小车停止 按动启动按钮 结束 是是 是是 否 是 否 否 是 否 否 图 3 5 控制系统流程图 3 33 3 运料小车控制系统的运料小车控制系统的 PLCPLC 选型和资源配置选型和资源配置 3 3 1 控制系统图 控制系统如图 3 5 所示 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 10 a 启动按钮 停止按钮 5 个呼叫按钮 5 个行程开关 三菱 P L C 三相异步电动机变频器 b 3 6 运料小车控制系统图 3 3 2 PLC 框架配置图 运料小车控制采用三菱的 FX2N 系列整体式 PLC PLC 框架配置如图 3 6 所示 3 7PLC 框架配置图 3 43 4 PLCPLC 选型选型 3 4 1 选型分析 在工程中主要根据工艺要求 控制对象 用户需要等方面选择合适的 PLC 以获得最佳的性能价 格比 就一个控制系统而言 PLC 的选型原则和考虑因素如下 1 PLC 一般用于开关量控制为主兼有模拟量控制的系统 尤其适合于动作频繁 逻辑关系复杂 CPU 模块 FX2N 24MR 001 11 程序多变的系统 应用于这样的系统 将会最大限度发挥技术经济效果 2 是否与计算机连接 是否要求构成网络信息系统 以及对远程站的设置要求 是否需要中断输 入 双机热备 位置控制 高速计数器等特殊模块和智能模块 3 开关量 I O 点数 模拟量 1 0 路数 电压等级及输出功率 内存容量 1 0 点数直接关系到 PLC 输入 输出模块的选择 I 0 点数一般要考虑 1 件一 2 既的余量 特别是开关量输入更应考虑多些余量 合适的电压等级可提高 PLC 的抗干扰能力 主机用户内存容量的大小对设备费的影响不大 故建议内 存容量可选大一些 4 其他考虑因素选择 PLC 还要对其外型 结构 系统组成 设置条件 价格 技术服务 应用业 绩等多项指标综合分析比较 然后才能确定理想的 PLC 产品 3 4 2 系统的安装 无远程功能的 PLC 用在单机或控制范围不大的系统 有远程功能的 PLC 则用于大范围的控制系 统 远程系统中 本地站一般设在集中控制室 远程站一般设在低压配电室或仪表室 这样可使 PLC 的外部接线最短 PLC 忌安装在高温 结凝 特别是有振动冲击的场所 3 4 3 输入 输出模块的选择 模块电源 在选择交流 1 0 模块时 宜采用隔离变压器为其供电 这样可防止外部电路故障冲击模 块 电源线采用双绞线 绞距 1 ZcM 隔离变压器的容量按 PLC 电源组件容量的 1 5 一 2 倍选择 直 流模块的外接电源 其波纹值应满足模块要求 若是模拟量直流模块 尚需用稳压电源 电压等级 在选择 I 角模块时 电压等级是一个比较重要的参数 它要根据现场设备与模块之间的 距离来选 当外部线路较长时 可选用 AC220V 模块 当外线短且控制相对集中时可选择优 24V 模块 输出电路 PLC 的模块输出方式一般有 3 种 晶体管输出 继电器输出 双向可控硅输出 确定负载类型根据 PLC 输出端所带的负载是直流型还是交流型 是大电流还是小电流 以及 PLC 输出点动作的频率等 从而确定输出端采用继电器输出 还是晶体管输出 或晶闸管输出 不同的负 载选用不同的输出方式 对系统的稳定运行很重要 每个输出点 每组输出点 每个输出模块的负载 电源不得超过额定电流 其中继电器输出模块的负载电流以不能太接近额定电流 当接近额定电流时 最好先带动一个小型中继 再通过中继扩展输出模块的输出容量 采用双向可控硅输出模块 其负载 电流必须大于双向可控硅的维持电流 否则应在负载上并联电阻 对于动作频繁 电感性或功率因素 低的负载 不宜选用继电器输出模块 而应该采用晶体管输出模块 如果 PLC 输出带感性负载 负载 断电时会对 PLC 的输出造成浪涌电流的冲击 为此 对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管 对 交流感性负载应并接浪涌吸收电路 可有效保护 PLC 当频率为 10 次 min 以下时 既可采用继电器 输出方式 也可采用 PLC 输出驱动中间继电器或者固态继电器 SSR 再驱动负载 对于两个重要输出量 不仅在 PLC 内部互锁 建议在 PLC 外部也进行硬件上的互锁 以加强 PLC 系统运行的安全性 可靠 性 输入电路 PLC 输入电路电源一般应采用 DC24V 这对系统供电安全和 PLC 安全至关重要 同时 其带负载 接近开关等 时要注意容量 同时作好防短路措施 因为该电源的过载或短路都将影响 PLC 的 运行 建议该电源的容量为输入电路功率的两倍 PLC 输入电路电源支路加装适宜熔丝 防止短路 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 12 以直流输入模板为例 3 4 4 开关量 I 0 点的节省和模拟量 1 0 模块的代用 相同控制作用且每个接点在编程中仅使用一次的若干个输入接点 可在外部电路进行串 并联后作 为一个输入点处理 编程时用常开编程接点 如某个设备的多个故障信号接点可在外部电路串联后接 在一个输入点上 而不必占用多个输入点 相同控制逻辑的输出 如集中联锁控制系统发往各现场的 启动预告信号 可只用一个输出点 再用接线端子扩展至各现场设备 3 4 5 抗干扰措施 由于产生干扰的因素是复杂而多样的 因此采取的抗干扰措施要根据情况而定 PLC 供电电源一般 为 AC85 一 240V 适应电源范围较宽 但为了抗干扰 应加装电源净化元件 如电源滤波器 1 l 隔离 变压器等 隔离变压器也可以采用双隔离技术 即变压器的初 次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接 大地 次级线圈屏蔽层接 PLC 输入电路的地 以减小高低频脉冲干扰 设置一个 PLC 信号专用接地 装置 该装置不能和防雷接地装置 电器设备接地装置有金属连接 接地电阻可参见使用说明书 一 般小于 100 即可 接地线进入 PLC 控制柜中的信号接地端子排 当出现干扰时将 PLC 的接线端子与 信号接地端子排连 3 53 5 系统资源分配系统资源分配 3 5 1 I O 地址分配 由于 CPU 模块有 14 点数字量输入 10 点数字量输出 所以不再需要输入 输出模块 采用 I O 自 动分配方式 模块上的输入端子对应的输入地址是 X000 X015 输出端子对应的输出地址是 Y000 Y011 3 5 2 数字量输入部分 这个控制系统的输入有启动按钮开关 停止按钮开关 5 个呼叫按钮开关 5 个行程开关共 12 点 输入 具体的输入分配如表 3 1 所示 输入地址输入地址对应的外部设备对应的外部设备 X000 启动按钮开关 X001 停止按钮开关 X002 1 号站呼叫按钮开关 X003 2 号站呼叫按钮开关 X004 3 号站呼叫按钮开关 X005 4 号站呼叫按钮开关 X006 5 号站呼叫按钮开关 X007 1 号站行程开关 X010 2 号站行程开关 13 X011 3 号站行程开关 X012 4 号站行程开关 X013 5 号站行程开关 表 3 1 输入地址分配 3 5 3 数字量输出部分 这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机 但是电机有正转和反转两种 状态 分别对应正转继电器和反转继电器 所以输出点有 2 个 具体的输出分配表如表 3 2 所示 输出地址输出地址对应外部设备对应外部设备 Y000电机反转继电器 Y001电机正转继电器 表 3 2 输出地址分配 3 5 4 内部继电器部分 内部继电器地址分配如表 3 3 所示 内部继电器地址内部继电器地址功能说明功能说明 M0 小车运行停止 M1 1 号站呼叫 M2 号站呼叫 M3 号站呼叫 M4 号站呼叫 M5 号站呼叫 M6 小车所在站编号 呼叫编号 M7 小车所在站编号 呼叫编号 M8 小车所在站编号 呼叫编号 表 3 3 内部继电器地址分配 3 63 6 系统硬件设计系统硬件设计 系统硬件接线图如图 3 7 3 8 所示 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 14 图3 8 主电路 15 图3 9 辅助电路 图中KM1 和KM2 分别是控制电机正转运行 小车前进 和反转运行 小车后退 的交流接触器 用KM1 和KM2 的主触点改变进入电动机的三相电源的相序 即可以改变电动机的旋转方向 图3 中KM1 的线圈串联了KM2 的辅助常闭触点 KM2 的线圈串联了KM1的辅助常闭触点 组成了硬件互锁电路 可以 避免由于正反转 小车前进 后退 切换过程中电感的延时作用 导致原来接通的接触器的主触点还未 断弧时 另一个接触器的主触点已经合上而造成交流电源瞬间短路的故障 通过主电路与PLC 的控制 电路的接线 才能实现PLC 对系统的控制 3 73 7 系统软件源程序设计系统软件源程序设计 3 7 1 行程开关 在该程序中 5个站的行程开关分别用数字0 4来表示 当小车在1号站时 行程开关X007得电 将 数字0传送到数据寄存器D0 当小车在2号站时 行程开关X010得电 将数字1传送到数据寄存器D0 依 次类推 当小车在5号站时 行程开关X013得电 将数字4传送到数据寄存器D0 它的助记符程序为 LD X007 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 16 MOV K0 D0 小车在 1 号站 LD X010 MOV K1 D0 小车在 2 号站 LD X011 MOV K2 D0 小车在 3 号站 LD X012 MOV K3 D0 小车在 4 号站 LD X013 MOV K4 D0 小车在 5 号站 3 7 2 小车启停辅助继电器 当按下启动按钮时 小车开始运动 该辅助继电器M0得电 当按下停止按钮时 小车停止运动 该辅助继电器M0失电 它的助记符程序为 LD X000 OR M0 ANI X001 OUT M0 小车启停辅助继电器 3 7 3 呼叫按钮 在该程序中 5个站的呼叫按钮分别用数字0 4来表示 而且由于5个呼叫按钮开关HJ1 HJ5具有互 锁功能 先按下者优先 所以需5个辅助继电器M1 M5 当按下1号站呼叫按钮开关时 行程开关X002得 电 数字0传送到数据寄存器D1 同时1号按钮开关辅助继电器得电 当按下2号站呼叫按钮开关时 行 程开关X003得电 数字1传送到数据寄存器D1 同时2号按钮开关辅助继电器得电 依次类推 当按下5 号站呼叫按钮开关时 行程开关X006得电 数字4传送到数据寄存器D1 同时5号按钮开关辅助继电器 得电 它的助记符程序为 LDI M2 ANI M3 ANI M4 ANI M5 ANI X007 AND M0 LD X002 OR M1 ANB MOV K0 D1 1 号站呼叫按钮开关 OUT M1 1 号站呼叫按钮开关辅助继电器 LDI M1 17 ANI M3 ANI M4 ANI M5 ANI X010 AND M0 LD X003 OR M2 ANB MOV K1 D1 2 号站呼叫按钮开关 OUT M2 2 号站呼叫按钮开关辅助继电器 LDI M1 ANI M2 ANI M4 ANI M5 ANI X011 AND M0 LD X004 OR M3 ANB MOV K2 D1 3 号站呼叫按钮开关 OUT M3 3 号站呼叫按钮开关辅助继电器 LDI M1 ANI M2 ANI M3 ANI M5 ANI X012 AND M0 LD X005 OR M4 ANB MOV K3 D1 4 号站呼叫按钮开关 OUT M4 4 号站呼叫按钮开关辅助继电器 LDI M1 ANI M2 ANI M3 ANI M4 ANI X013 AND M0 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 18 LD X006 OR M5 ANB MOV K4 D1 5 号站呼叫按钮开关 OUT M5 5 号站呼叫按钮开关辅助继电器 3 7 4 比较 按下启动按钮和呼叫按钮后 开始对行程开关数据寄存器D0和呼叫按钮数据寄存器D1中的数据进 行比较 当 D0 D1 时 即小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时 M6得电 小车 向左运行 当 D0 D1 时 即小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时 M7得电 小车 不动 当 D0 D1 时 即小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时 M8得电 小车向 右运行 它的助记符程序为 LD M0 CMP D0 D1 M6 3 7 5 向左运动 小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时 小车向左运行 运行到呼叫按钮所对应的停 靠站时停止 它的助记符程序为 LD M6 LD M1 ANI X007 LD M2 ANI X010 ORB LD M3 ANI X011 ORB LD M4 ANI X012 ORB LD M5 ANI X013 ORB ANB OUT Y000 小车向左运动 19 3 7 6 向右运动 小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时 小车向右运行 运行呼叫按钮所对应的停靠 站时停止 它的助记符程序为 LD M8 LD M1 ANI X007 LD M2 ANI X010 ORB LD M3 ANI X011 ORB LD M4 ANI X012 ORB LD M5 ANI X013 ORB ANB OUT Y001 小车向右运动 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 20 第四章第四章 控制系统的调试控制系统的调试 4 14 1 编程软件编程软件 编程软件采用三菱公司的编程软件GX Developer 它适用于Q QnU QS QnA AnS AnA FX等 全系列可编程控制器 支持梯形图 指令表 SFC ST及FB Label语言程序设计 网络参数设 定 可进行程序的线上更改 监控及调试 具有异地读写PLC程序功能 4 24 2 程序的构成程序的构成 将对应程序转换成相应梯形图输入编程软件中 如下所示 21 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用 22 开始运行程序 PLC将运行已经设置好的程序和参数 按下启动按钮和呼叫按钮后 小车到达呼叫 的那个站点 4 34 3 程序的下载 安装和调试程序的下载 安装和调试 将各个输入和输出端子和实际控制中的按钮 所需控制设备正确连接 完成硬件的安装 打开GX Developer编程软件 打开运料小车程序 即可在线调试 最终调试结果符合设计要求 如图4 1所示 23 图4 1 程序调试 总结和展望总结和展望 5 15 1 本文主要完成的工作及总结本文主要完成的工作及总结 本文主要介绍了运料小车的发展过程及现代社会对运料小车的功能要求 以及运料小车以后的发 展趋势 随着现代工业的发展 工业自动化程度越来越高 运料小车应用前景可观 在导师的精心指 陶陶 PLC 在运料小车控制系统中的运用