自动送料装车系统PLC控制设计.doc

目 录第一章可编程控制器（PLC）概况11.1 PLC的定义11.2 PLC的发展11.3 PLC的特点11.4 PLC的基本组成及各部分作用21.5 PLC的应用领域4第二章 自动送料车的控制研究方法62.1 控制研究62.2 控制原理62.3 自动送料装车系统的启停过程示意图8第三章 送料小车自动控制系统的梯形图设计113.1 控制要求113.2 设计方法113.3 输入输出点分配113.4 状态示意图123.5顺序功能图133.6 步与动作143.7 使用起保停电路的方法编程153.8 使用过程说明193.9 元器件选择20结论22致谢23参考文献24英语译文25自动送料装车系统PLC控制设计摘要 近年来，随着科学技术的进步和微电子技术的迅猛发展，可编程序控制器技术已广泛应用于自动化控制领域。可编程序控制器以其高可靠性和操作简便等特点，已经形成了一种工业趋势。目前，可编程序控制器（PLC）、计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）、机器人（Rob）和数控（NC）技术已发展成为工业自动化的四大支柱技术。可编程序控制器是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计。这一新型的通用自动控制装置以其高可靠性、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性能，深受自动化领域技术人员的普遍欢迎。运料小车在现代化的工厂中普遍存在，而自动化的运料小车却并不多见，大多数的工厂仍然靠人力推车运料，这样浪费了大量的人力物力，降低了生产效率。基于PLC的应用及系统设计原理。本人设计了用PLC控制的运料小车控制系统，使其达到自动化，节省人力，提高效率。本文详细地阐述了系统组成、系统硬件接线和系统软件设计，并详细介绍了系统工作原理。关键词 运料小车控制 PLC I/O接线 电气控制主电路2010届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文）第一章可编程控制器（PLC）概况1.1 PLC的定义国际电工委员会(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义: 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CPU(中央处理单元)存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、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。1.2 PLC的发展1968年美国GM（通用汽车）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, 2A以上，能直接驱动电磁阀，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(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。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PLC产品。1.3 PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是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PLC有各种型号，但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。1.4 PLC的基本组成及各部分作用PLC是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，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、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，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、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CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。1.4.1 中央处理单元(CPU)：CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。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、PLC内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PLC的数据寄存器保存起来;(4) PLC进入运行状态后，根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PLC使用的CPU主要有以下几种:(1)通用微处理器，如8080, 8088, Z80A, 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PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。(3) 位片式微处理器，如AMD2900系列等。位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PLC使用。1.4.2 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:（一） 系统程序存储器:和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，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ROM或EPROM.（二） 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RAM。由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池(铿电池)保护RAM，以免电源掉电时，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EPROM.目前较先进的PLC(如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采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。（三） 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RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区，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PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。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。1.4.3 1/0单元I/0单元也称为I/0模块。PLC通过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CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将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. 1.4.4 电源部分PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V, +12V, +24V的直流电源，使PLC能正常工作。电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。1.4.5 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PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。1.4.6 通信接口为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网路，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。1.4.7 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LCD或CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用PC作为编程器，PLC生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PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。现在很多PLC已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。1.5 PLC的应用领域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，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，使用情况主要分为如下几类:1.5.1 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。1.5.2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)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。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。1.5.3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。1.5.4数据处理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。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。1.5.5通信及联网PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。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 自动送料车的控制研究方法2.1 控制研究自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。如下图所示：图2-12.2 控制原理自动送料装车系统主要通过起动-保持-停止电路和三相异步电动机正反转控制电路这两个电路来实现对送料小车的控制。2.2.1 起动-保持-停止电路 图2-2 起保停电路如图2-2，图中的起动信号X1和停止信号X2（例如起动按钮和停止按钮提供的信号）持续为ON的时间一般都很短，这种信号称为短信号。起保停电路最主要的特点是具有“记忆”功能，按下启动按钮，起动信号X1变为ON（波形图中用高电平表示），X1的常开触点接通，如果这是X2为OFF（未按停止按钮），X2的常闭触电接通，Y1的线圈“通电”，它的常开触电同时接通。放开起动按钮，X1变为OFF（波形图中用低电平表示），其常开触点断开，“能流”经Y1的常开触点和X2的常闭触点流过Y1的线圈，Y1仍为ON，这就是所谓的“自锁”和“自保持”功能。按下停止按钮，X2为ON，它的常闭触点断开，停止条件满足，使Y1的线圈“断电”，其常开触点断开。以后即使放开停止按,X2的常闭触点恢复接通状态，Y1的线圈仍然“断电”。在实际电路中，起动信号和停止信号可能由多个触点组成的串、并联电路提供 2.2.2三相异步电动机正反转控制电路图2-3 异步电动机正反转电路图2-3是三相异步电动机正反转控制的主电路和继电器控制电路图中用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。图中的FR是手动复位的热继电器，在电动机过载时，它的常闭触点断开，使KM1或KM2的线圈断电，电动机停转。 在梯形图中，用两个起保停电路来分别控制 的正转和反转。按下正转起动按钮S B2，X0变为ON，其常开触点接通，Y0的线圈“得电”并自保持，使KM1的线圈通电，电动机开始正转运行。按下停止按钮SB1,X2变为ON，其常闭触点断开，使Y0的线圈“失电”，电动机停止运行。 在梯形图中，将Y0和Y1的常闭触点分别与对方的线圈串联，可以保证他们不会同时为ON，因此KM1和KM2的线圈不会同时通电，这种安全措施在继电器电路中称为“互锁”。除此之外，为了方便操作和保证 Y0和Y1不会同时为ON，在梯形图中还设置了“按钮联锁”，即将反转起动按钮控制的X1的常闭触点于控制正转的Y0的线圈串联，将正转起动按钮控制的X0的常闭触点与控制反转的Y1的线圈串联。设Y0为ON，电动机正转，这是如果想改变为反转运行，可以不按停止按钮SB1，直接按反转起动按钮SB3，X1变为ON，它的常闭触点断开，使Y0的线圈“失电”，同时X1的常闭触点接通，使Y1的线圈“得电”，电动机由正转变为反转。 2.3 自动送料装车系统的启停过程示意图 图2-4 小车模型工作示意图 2.3.1 定时器计数器应用程序 由于自动送料小车在装、卸料的时候要停留2分钟，要实现这个控制，就要用到定时器计数器。（一） 定时范围的发展FX系列的定时器的最长定时时间为3276.7s，可以用特殊辅助继电器M8014的触点向计数器提供周期为1min的时钟脉冲，这样单个计数器的最长定时时间为32767min如果需要更长的定时时间，可以使用图2-5所示的电路。当X2为OFF时，T0和C0处于复位状态，它们不能工作。X2为ON时，其常开触点接通，T0开始定时。1800s(半小时)后。T0的定时时间到，其当前值等于设定值，它的常闭触点断开，使他自己复位。复位后，T0的当前值变为0，同时它的常闭触点接通，使它自己的线圈重新“通电”，又开始定时。T0将这样周而复始的工作，直到X2变为OFF。从上面的分析可知，图2-5中最上面一行电路是一个脉冲信号发生器，脉冲周期等于T0的设定值（1800s）。图2-5 定时扩展的范围（二） 闪烁电路设开始时图2-6中的T0和T1均为OFF，X0的常开触点接通后，T0的线圈“通电”，2s后定时时间到，T0的常开触点接通，使Y0变为ON，同时T1的线圈“通电”，开始定时。3s后T1的定时时间到，它的常闭触点断开，使T0的线圈“断电”，T0的常开触点断开，使Y0变为OFF，同时使T1的线圈“断电”，其常闭触点接通，T0又开始定时。以后，Y0的线圈将这样周期性的“通电”和“断电”，直到X0变为OFF。Y0“通电”和“断电”的时间分别等于T1和T0的设定值。图2-6 闪烁电路闪烁电路实际上是一个具有正反馈的振荡电路，T0和T1的输出信号通过它们的触点分别控制对方的线圈，形成了正反馈。（三） 延时接通/断开电路图2-7中的电路用X0控制Y1，X0的常开触点接通后，T0开始定时，9s后T0的常开触点接通，使Y1变为ON并被起保停电路保持。X0为ON时，其常闭触点断开，使T1复位.X0变为OFF后，T0被复位，T1开始定时，7s后T1的常闭触点断开，使Y1变为OFF，T1亦被复位。图2-7 延时接通/断开电路第三章 送料小车自动控制系统的梯形图设计3.1 控制要求设计一个运料小车的PLC控制装置，电机功率M为3KW，运料小车的功能及控制要求如下：（一）、小车可在A、B两地分别启动；（二）、小车在A、B两地的停留等待装料、卸料的时间均为2分钟；（三）、小车在A地启动时停车等待装料；（四）、装料完毕自动驶向B地，到达B地后停车等待卸料；（五）、卸料小车完毕自动驶向A地，如此循环； （六）、小车在前进、后退过程中，分别有指示灯指示其前进、后退方向。3.2 设计方法经过前面具体的分析后，我对送料小车自动控制系统的作出如下设计：送料小车在限位开关SQ1（X1）处装料（如图3-1所示），2分钟后装料结束，开始右行，到达SQ2（X2）后停下来卸料，2分钟后又左行，到达SQ1（X1）处后又停下来装料，这样不停地循环工作，直到按下停止按钮X2。按钮X0和X1分别用来启动小车右行和左行。在电动机正反转控制梯形图的基础上，设计出的小车控制梯形图如图3-6所示。为了使小车自动停止，将X1和X2的常闭触点分别与Y0和Y1的线圈串联。为使小车自动启动，将控制装料、卸料延时的定时器T0和T1的常开触点，分别与手动启动的X0的常开触点并联，并用两个限位开关对应的X1和X2的常开触点分别接通装料、卸料的电磁阀和相应的定时器。设小车在启动时时空车，按下起动按钮X0，小车开始左行，左行指示灯Y5的线圈“通电”，左行指示灯亮。当小车碰到左限位开关时，X1的常闭触点断开，使Y1的线圈“断电”，小车停止左行。X1的常开触点接通，使Y2和T0的线圈“通电”，开始装料和延时。2分钟后，T0的常开触点闭合，使Y0的线圈“通电”，小车右行。小车离开左限位开关后，X1变为0状态，Y2和T0的线圈“失电”，停止装料，T0被复位，左行指示灯Y5的线圈“失电”，左行指示灯熄灭。对右行和卸料过程的分析与上面基本相同。如果小车正在运行时按停止按钮X3，小车将停止运动，系统停止工作。3.3 输入输出点分配运料小车PLC输入输出点分配表见下表4-1分类 输入信号输出信号步序继电器其它信 号 名 称 起动按钮停止按钮左限位开关右限位开关左行接触器左行指示灯右行接触器右行指示灯装料电磁铁卸料电磁铁预备状态一工步二工步三工步四工步激活初始步装料卸料时间现场信号 SB1 SB2SQ1SQ2KM1L1KM2L2YV1YV2Q0Q1Q2Q3Q4Lt0t1PLC地址 X0 X3X1X2Y1Y5Y0Y4Y2Y3M0M1M2M3M4M8002T0 T1 表3-13.4 状态示意图分析其运料控制过程，可得出以下状态 图3-13.5顺序功能图 图3-2用经验设计法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以循环，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计较为复杂系统的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，可能对系统的其他部分产生意想不到的影响，因此梯形图的修改也很麻烦，花了很长的时间还得不到一个满意的结果。用经验法设计出的梯形图往往很难阅读，给系统的修改和改进带来了很大的困难。所谓顺序控制，就是按照生产预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序地进行操作。使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。有的PLC编程软件为用户提供了顺序功能图（SFC）语言，在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作。顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的设计者也会提高设计的效率，程序的阅读和测试修改也很方便。某厂有经验的电气工程师用经验设计法设计某控制系统的梯形图，花了两周的时间，同一系统改用顺序控制设计法，只用了不到半天的时间，就完成了梯形图的设计和模拟调试，现场试车一次成功。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让他们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出继电器。转换条件为当前步进入下一步的信号，可以是外部的输入信号，如按扭、指令开关、限位开关的接通和断开等，也可以是PLC内部产生的信号，如定时器、记数器常开触点的接通等，还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。顺序功能图（Sequential function chart,简称为SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用。3.6 步与动作3.6.1 步顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step），可以用编程元件（例如内部辅助继电器M和状态继电器S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的。在任何一步之内，各输出量的ON/OFF状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。送料小车开始停在左侧限位开关X1处（见图2-4），按下起动按扭X0，Y2变为ON，打开贮料斗的闸门，开始装料，同时用定时器T0定时，2分钟后关闭贮料斗的闸门，Y0变为ON，开始右行，碰到限位开关X2后停下来卸料（Y3为ON），同时用定时器T1定时；2分钟后Y1变为ON，开始左行，碰到限位开关X1后返回初始状态，停止运行。根据Y0Y3的ON/OFF状态的变化。显然一个周期可以分为装料、右行、卸料和左行这4步，另外还应设置等待起动的初始步，分别用M0M4来代表这5步。图2-4）是运料小车运行的空间示意图，图3-1）是描述该系统的顺序功能图，图中用矩形方框表示步，方框中可以用数字表示该步的编号，一般用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号，如M0等，这样在根据顺序图设计梯形图时较为方便。3.6.2 初始步与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。3.6.3 活动步当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。3.6.4 与步对应的动作或命令可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统，例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”（action）；对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”(command)。为了叙述方便，下面将命令或动作统称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。如果某一步有几个动作，可以用图3-3中的两种画法来表示，但是并不隐含这些动a）b）图3-3 多个动作的表示方法作之间的任何顺序。说明命令的语句应清楚的表明该命令是存储型的还是非存储型的。例如某步的存储型命令“打开1号阀并保持”，是指该步为活动步时1号阀打开，该步为不活动步时继续打开；非存储型命令“打开1号阀”，是指该步为活动步时打开，为不活动步时关闭。除了以上的基本结构之外，使用动作的修饰词（见表3-2）可以在一步中完成不同的动作。修饰词允许在不增加逻辑的情况下控制动作。例如，可以使用修饰词L来限制配料阀打开的时间。表3-2 动作的修饰词N非存储型当步变为不活动步时动作终止S置位（存储）当步变为不活动步时动作继续，直到动作被复位R复位被修饰词S，SD，SL或DS起动的动作被终止L时间限制步变为活动步时动作被起动，直到步变为不活动步或设定时间到D时间延迟步变为活动步时延迟定时器被起动，如果延迟之后步仍然是活动的，动作被起动和继续，直到步变为不活动步P脉冲当步变为活动步，动作被起动并且只执行一次SD存储与时间延迟在时间延迟之后动作被起动，一直到动作被复位DS延迟与存储在延迟之后如果步仍然是活动的，动作被起动直到被复位SL存储与时间限制步变为活动步时动作被起动一直到设定的时间到或动作被复位在图3-2中定时器T0的线圈应在M1为活动步时“通电”，M1为不活动步时断电，从这个意义上来说，T0的线圈相当于步M1的一个动作，所以将T0作为步M1的动作来处理。步M1下面的转换条件T0由在指定时时间到时闭和的T0的常开触点提供。因此动作框中的T0对应的是T0的线圈，转换条件T0对应的是T0的常开触点。3.7 使用起保停电路的方法编程根据顺序功能图设计梯形图时，可用内部辅助继电器M（特殊辅助继电器除外）来代表各步。某一步为活动步时，对应的辅助继电器为ON，某一转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。很多转换条件都是短信号，即它存在的时间比它的后续步激活为活动步的时间短，因此应使用有记忆（或称保持）功能的电路来控制代表步的辅助继电器。如常用的有起、保、停电路和置位、复位指令组成的电路。起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的通用逻辑指令，各种型号PLC都有这一类指令，所以这种编程方法，适用于任何型号PLC。图3-4用起保停电路控制步a）b）如图3-4所示，采用了起保停电路进行顺序控制梯形图编程。图中M2、M3和M4是顺序功能图中顺序相连的3步，X2是步M3之前的转换条件。设计起保停电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。根据转换实现的基本规则，转换实现的条件是它的前级步为活动步，并且满足相应的转换条件，所以步M3变为活动步的条件是它的前级步M2为活动步，且转换条件X2=1。在起保停电路中，则应将前级步M2和转换条件X2对应的常开触点串联，作为控制M3的起动电路。当M3和X3均为ON时，步M4变为活动步，这时步M3应变为不活动步，因此可以将M4=1作为 使辅助继电器M3变为OFF的条件，即将后续步M4的常闭触点与M3的线圈串联，作为起保停电路的停止电路。图3-5中的梯形图可以用逻辑代数式表示为：在这个例子中，M4的常闭触点可以用X3的常闭触点来代替。但是当转换条件由多个信号经“与、或、非”逻辑运算组合而成时，将它的逻辑表达式求反，再将对应的触点串并联电路作为起保停电路的停止电路，不如使用后续步的常闭触点这样简单方便。3.7.1 工步状态的逻辑表达式 根据功能图直接写出五个工步状态的以PLC地址表达的逻辑式：各执行电器（即输出信号）的逻辑表达式为：， ，3.7.2 PLC硬件I/O连接图 根据设计要求画出I/O连接图，图中电动机的功率为3KW 图3-53.7.3 梯形图根据其I/O连接图使用FXGPWIN软件画出其梯形图 图3-6 3.7.4 生成指令语句表使用FXGPWIN软件的转换功能，生成下列语句表3-30LD M423ANI X0031AND X00124OUT M32OR M800225LD M33OR M026AND T14ANI M127OR M45ANI X00328ANI M06OUT M029ANI X0037LD M030OUT M48AND X00031LD M19OR M132OUT Y00210ANI M233OUT TO K120011ANI X00334LD M212OUT M135OUT Y00013LD M136AND T0 K120014AND T037OUT Y00415OR M238LD M316ANI M339OUT Y00317ANI X00340OUT T1 K120018OUT M241LD M419LD M242OUT Y00120AND X00243AND T1 K120021OR M344OUT Y00522ANI M445END表3-33.8 使用过程说明 按下正向启动按钮SB1，接触器KM1得电并自锁，由于延时开关KT1的作用，小车将有2分钟停止于原地，然后电动机转动带动小车由A点走向B点，当运行到ST2位置时，小车压下右限位开关SQ2，SQ2的动断触点使KM1断电，但SQ2的动合触点使KM2得电动作并自锁，由于延时开关KT2的作用，小车在B地停留2分钟，然后电动机反转，带动小车由B点走向A点,当小车压下左限位开关SQ1时，使KM2断电，KM1又得电动作，这样一直循环下去。按下停止按钮SB2，断电，小车停止。3.9 元器件选择3.9.1 电动机的功率选定为3KW 根据设备及工艺要求，包装输送系统采用上位机和下位机组成，上位机使用两台PLC机：一台作为操作站实现整个系统的监控和数据检测；另一台作为组态软件的设计与开发，PLC程序的开发以及将软件通过总线传送到PLC的CPU单元。下位机采用功能强大，可能性高，维护方便且抗干扰能力强的可编程器系列PLC完成对设备的控制功能。其具体组成如下：中央控制单元中央控制单元选用CPU 315-2DP作为PLC的核心部件，进行逻辑和数字运算，协调整个控制系统各部件的工作。电源单元电源单元采用1：1隔离变压器进行时PLC的380V交流开关量输入卡件进行供电，采用24V对开关量输出卡进行供电。自带的PS-307/5A直流电源对CPU和部分卡件进行供电。3.9.2 PLC机型的选择在PLC控制系统设计时，应遵循以下基本原则：（1） 最大限度地满足被控对象或生产过程的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。（2） 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。（3） 保证控制系统的安全可靠。该设计中PLC型号为FXos-14MR-001,根据I/O连接图可知运料小车的输入与输出点数的多少，而工业上大多数时候是用交流（AC电源）所以FXos-14MR-001这个型号的PLC可以满足设计要求。3.9.3 开关量输入/输出模块的选择 （1） 开关量输入模块的选择选择三相交流输入电源AC380V，采用共点式输入接线方式，即三个电动机共用一个电源。（2） 开关量输出模块的选择该系统中开关输出模块的输出方式为继电器输出。3.9.4 开关的选择在该系统的主电路中，采用三级的组合开关。电动机的最大容量为1KW，则三台电动机的最大容量为3KW，则三级组合开关的额定电流为10A，型号为HZ10-10。3.9.5熔断器的选择在本系统中，熔断器保护三台异步电动机， 熔断器的额定电压为AC380V，则可选择型号为RT14-32的熔断器。3.9.6 继电器的选择采用具有掉电保持功能的继电器，防止因电源故障造成数据的丢失。（1） 时间继电器（KT）本系统中只需延时2分钟，并考虑到价格费用方面，可选用空气阻尼式时间继电器，可选用JS7-2A型号的空气阻尼式时间继电器，其触点额定电压为380V，触点额定电流为5A均能符合要求。（2） 热继电器的选择（FR）一台电动机的额定电流为4.55A，由于是3台电动机总额定电流为13.65A，可以用电流调节范围为10.0A16A,则热继电器的型号为JR16-20/3，此额定电流为20A。（3） 接触器的选择（KM）接触器根据额定电流值选用CJ10-5型号的交流接触器。 结论 课程设计主要为了培养学生的理论与实践相结合的能力以及动手能力和思维培养，还有独立思考的能力。大学的学习就是理论与实践相结合的一个过程。只有理论和实践结合好了，才能在社会上找到真正属于自己的位置，为社会献出我们自己的力量和自己的知识。 在此课程设计中，了解了工业生产过程中PLC的控制方法，对如何使用PLC解决实际生产问题有了基本了解。对含有延时作用的（即先后顺序启动）的程序有了熟练的掌握，基本能做到熟练编程无误，对成粗的小细节都应注意。在使用定时器时一定要学会如何使用中间继电器，尽量少用一个定时器的常开触点来控制另外一个定时器，以免造成触点竞争。通过本次课程设计，使我在电气工程方面的流程图、梯形图等方面的水平有了进一步地提高。 致谢在本论文的完成过程中，首先感谢我的指导老师彭昌术老师，3个月来彭老师的悉心指导与无微不至的关怀帮助下，才使我的论文得以顺利完成。彭老师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。他对科研事业的执著追求和不懈努力的精神，都值得我永远学习，他严谨治学、实事求是不断探索的科研作风，给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅，是我今后人生路上的最好榜样。此外，我还要感谢系上的领导和老师对我的关心和帮助。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。由于本人已经在外工作，这次的毕业论文我在时间上准备得不是很充分,所以论文中必定有很多不全面的论述和观点，在此就要感谢评阅老师对本论文进行的认真评阅和批评指正。最后，向所有给予我关怀和帮助的师长和同学们表示衷心的感谢！参考文献1史国生主编，电气控制与可编程控制器技术， 化学工业出版社2贾德胜主编，PLC应用开发实用子程序，人民邮电出版社3求是科技主编，PLC应用开发技术与工程实践，人民邮电出版社4黄民德著，可编程序控制器原理及在建筑中的应用，天津大学出版社5黄海燕编著，可编程控制器编程语言及应用，电子工业出版社6高岩编著，可编程控制器技术及应用，北京理工大学出版社 7鲁远栋著，PLC机电控制系统应用设计技术，电子工业出版社8汪晓光著，可编程序控制器原理及应用，机械工业出版社 9廖常初主编，PLC基础及应用，机械工业出版社，200411林信元著，PLC可编程控制器试验系统实验指导书，机械工业出版社12胡汉文 张鑫主编，电气控制与PLC，机械工业出版社，200713赵金荣 叶真主编，可编程序控制器原理及应用，上海应用技术学院14易传禄主编，可编程序控制器应用指南，上海科普出版社15方乘远主编，工厂电气控制技术，机械工业出版社16王永华之便，现代电气及可编程技术，机械工业出版社17汤以范著，电气与可编程序控制器技术，机械工业出版社18朱绍祥主编，可编程序控制器原理与应用，上海交大出版社19王兆义主编，可编程序控制器教程，机械工业出版社20廖常初主编，FX系列PLC编程及应用，机械工业出版社，2005英语译文Feed control load system PLC control designXIONG PanGrade 2006,Machinery design manufacture and automation (Numerical control),The School Of Applied technology,Chongqing Three Gorges University,Wanzhou Chongqing 404000,chinaAbstract：In recent years, along with sciences and technologys progress and microelectronic technologys rapid development, the programmable controller technology has widely applied