关 键 词：

曲面 印刷机 PLC 控制系统 设计 cad 图纸 文档 全套 资料

资源描述：

喜欢这套资料就充值下载吧。。。资源目录里展示的都可在线预览哦。。。下载后都有，，请放心下载，，文件全都包含在内，，【有疑问咨询QQ:1064457796 或 1304139763】

内容简介：

PLC前沿技术讨论托马斯.J.拜耶斯 美国 普林斯顿大学 电气测试与应用专业Email：t_byers 2011.10.31接收，2011.11.1修改2011.11.9收录摘要这篇文章主要介绍基于PLC控制系统的对传统控制实验室的设计和实现。为了整体设计和实现，必须分作两部分介绍，第一部分是PLC软件设计，第二部分是基于试验程序相关的硬件设计。该PLC系统使用LS工业控制系统公司的GM7-DR40A系列24/16数字端口以及单一类似I/O模块，两个atonic公司的光电传感器：一个要有BR100-DDT-P模型，另一个要有BEN10M-TFR模型。一个测试过的具有5向灵敏度的接近开关。四个由CD4511B驱动的7段BCD-CMOS管。两极和三极继电器各一个，六个电压表和一个电流表。一个直流电机一个24V直流电源，导线若干，按钮若干。通过执行24组经典控制实验可以得到可信的结果，以前由PID实现的实用系统现在可以由PLC实现。关键词：PLC控制系统 光电传感器1PLC介绍PLCS（可编程逻辑控制器）是用于各种自动控制系统和过程的可控网络集线器。他们包含多个输入输出，输入输出是用晶体管和其它电路，模拟开关和继电器来控制设备的。PLCS用软件接口，标准计算器接口，专门的语言和网络设备编程。可编程逻辑控制器I/O通道规则包括所有的输入触点和输出触点，扩展能力和最大数量的通道。触点数量是输入点和输出点的总和。PLCS可以指定这些值的任何可能的组合。扩展单元可以被堆栈或互相连接来增加总的控制能力。最大数量的通道是在一个扩展系统中输入和输出通道的最大总数量。PLC系统规则包括扫描时间，指令数量，数据存储和程序存储。扫描时间是 PLC需要的用来检测输入输出模块的时间。指令是用于PLC软件（例如数学运算）的标准操作。数据存储是存储数据的能力。程序存储是控制软件的能力。用于可编程逻辑控制器的输入设备包括DC，AC，中间继电器，热电偶，RTD，频率或脉冲，晶体管和中断信号输入；输出设备包括DC，AC，继电器，中间继电器，频率或脉冲，晶体管，三端双向可控硅开关元件；PLC的编程设备包括控制面板，手柄和计算机。可编程逻辑控制器用各种软件编程语言来控制。这些语言包括IEC61131-3，顺序执行表（SFC），动作方块图（FBD），梯形图（LD），结构文本（ST），指令序列（IL），继电器梯形图（RIL），流程图，C语言和Basic语言。IEC61131-3编程环境能支持五种语言，用国际标准加以规范，分别为SFC，FBD，LD，ST和IL。这便允许了多卖主兼容性和多种语言编程。SFC是一种图表语言，它提供了编程顺序的配合，就能支持顺序选择和并列选择，二者择其一即可。FBD用一种大的运行库，以图表形式建立了一些复杂的过程。标准数学和逻辑运行可以与用户交流和接口运行相结合。LD是适用于离散控制和互锁逻辑的图表语言。它在离散控制上与FBD是完全兼容的。ST是一种文本语言，用于复杂的数学过程和计算，不太适用于图表语言。IL是与组合编码相似的低级语言。它用在相对比较简单的逻辑指令。继电器梯形图或梯形图是适用于可编程逻辑控制器的重要的编程语言。梯形图编程是设计成继电器逻辑程序的图表表示法。流程图是一种图表语言，用于在一个控制器或应用软件中描述顺序操作，它用于建立有标准组件的可循环使用的运行库。C语言是一种高级编程语言，适用于处理最复杂的计算，连续的数据采集任务。它典型地在PC机上运行调试。BASIC语言是用于处理数据的连续的数字采集和接口运行的高级语言。可编程逻辑控制器也规范了许多计算机接口设备，网络规则和特色。PLC能源设备和运行环境也是非常重要的。2指令对于简单的编程，继电器型PLC是有效的。随着功能的复杂化，复杂的VonNeaman型PLC就必须被采用。一个VonNeaman计算机一次只能执行一个指令，他们是这样运行的，尽管许多计算机看上去一次在做许多事情。正如图1所示的计算机组成。图 1 简化个人计算机结构图 输入是通过键盘和鼠标得到的。输出被送到屏幕。磁盘和存储器用于输入和输出存储（注意：这些箭头的方向对于设计者是非常重要的，要注意表明信息是流向哪里的。）这个图表可以像图2那样能被重新拟订来阐明输入设备和输出设备的作用。 在这个图表中数据通过输入设备进入左边。（注意：大多数设计图表都是左边输入，右边输出的。）在进入CPU之前，它穿过缓冲电路。CPU通过其他回路输出数据。存储器和磁盘用语存储要输出的数据。如果我们把个人计算机看作一个控制器，它通过在屏幕上输出激励和输入来自鼠标和键盘的响应来控制用户。 PLC也是一个控制过程的计算机。当与应用程序完全结合起来时，类似之处变成：输入设备键盘与接近开关相类比。输入电路连续输入芯片就像一个直流24V的输入卡。计 算 机686CPU就像一个PLC的CPU模块。输出电路图形卡就像一个三相开关输出卡。输出设备监控器就像指示灯。存 储 器PLC的存储器与个人计算机的存储器相似。用普通个人计算机可以运行PLC，虽然则并不被提倡做。就PLC来说，输入和输出设备设计得更加可靠，更加粗糙，更适合恶劣的制造环境。3运行顺序所有的PLC系统有每秒钟重复多次的四种基本运行阶段。最初被第一次接通时，它会检测它的硬件和软件是否有错误。如果没有错误，它会把所有输入和输入值复制到存储器，这叫输入扫描。只用复制了输入值的存储器，梯形逻辑图将被解决一个，这叫逻辑扫描。在解决梯形图期间，输出值只在临时存储器中被改变。当梯形图扫描完成后，输出将用存储器中临时值修正，这叫做输出扫描。PLC此时将从自我检测开始重新启动这个过程，这个过程很明显地每秒钟重复10到100次，正如图3所示 自我检测检测是否所有的卡没有错误，把时间继电器复零等。（如果在很小一段时间内没有复零，时间继电器会引起错误，关闭PLC系统。这会表明梯形图没有被正常扫描。）输入扫描从芯片上的输入卡读取输入值，并把输入值复制到存储器，这能使PLC更快速地运行，并且避免从程序开始到结束输入变化。（例如：意外停止）有一些特殊的PLC功能，能直接读取输入值，避免了输入表格。逻辑处理/扫描基于存储器的输入表格，程序被一次执行一步，同时输出值也被修正，这是其它节的集中。输出扫描输出表格从存储器复制到输出芯片，这些芯片然后驱动输出仪器。输入输出扫描经常会令初学者感到迷惑，但是他们是很重要的。输入扫描是输入值的快照，并且解决逻辑关系。在一个梯形图扫描期间，如果一个输入在梯形图的多个地方被用到，它就会起变化，潜在问题就可能发生，而输入扫描却避免了这些问题。这个边境效应是如果在一段持续时间内如果一个输入变化太短，它可能在输入扫描之间会减少或者丢失。当PLC最初被启动时，通常的输出会被关闭，这不会影响输入值。31 输入输出扫描 当输入值被扫描到PLC时，自然输入值被复制到存储器。当输出值被扫描到PLC时，他们将从存储器复制到自然输出设备。当梯形图被扫描时，它将用存储器中的值，并不是实际的输入输出值。这样做的主要原因是如果一个程序在多个地方用一个输入值，那么输入值的变化将使其逻辑关系无效。而且，如果随着每块的变化，输出模块也变化，在扫描结束时PLC的运行速度将大大减慢。32 逻辑扫描梯形逻辑程序图是模仿继电器逻辑图的。在继电器逻辑图中，程序的每个元件将尽可能快地开关。但是在一个程序中，元件只能按固定的顺序一次检测一个。如图4所示，梯形图将按从左到右，从上到下的顺序被解释。在图中，梯形逻辑扫描将从最高层开始。在底层，它将先解释高层输出，然后输出它下面的分支。在第二层，沿着梯形逻辑图移动之前，将先解释分支。图 4 梯形图逻辑执行顺序解决梯形逻辑程序时，逻辑扫描顺序会变得非常重要。梯形图输出作为输入，考虑输出应用时，它也变得非常重要。如图5所示，梯形图第一行将检测输入并把输出X置1，得到相同的值。第二行将检测输入B并把输出X置1，得到相反的值。因此，直到梯形图的第二行被扫描时X值才能与A相等。在逻辑扫描期间，输出值只能在存储器中被改变，只有当梯形逻辑扫描完成时，实际的输出才能被修正。因此，在第二行的基础上，输出扫描将修正实际输出值。并且梯形图的第一行将无效。4PLC状态显示在一个PLC中，缺少键盘和其他的输入输出设备是非常值得注意的。在PLC前端通常有一定数量的状态指示灯。通常指示灯表明： 电源启动只要PLC带电，它将被启动。程序运行这将指示是否程序正在运行或是否没有程序正在运行。 错误显示当PLC有大的硬件或软件错误时，这将有显示。 这些灯通常用于调试。一定数量的按钮也将提供给PLC的硬件。最普通的按钮是一个运行/编程选择开关，当在保持状态时，它将被调到编程；当在生产状态时，它将被调到运行。一个PLC系统几乎没有一个启动关闭开关或复位开关在前面。这需要被设计到系统剩余部分。PLC的状态也能被梯形逻辑图检测。检测程序是否第一次被执行是非常普遍的。如图6所示。first scan输入在梯形图被第一次扫描时，将是对的，而在其余的每次扫描时是错误的。这种情况下，PLC5的first scan的地址是S2：1/14。根据例子中的逻辑关系，第一次扫描将封上light，直到clear被启动。因此灯将在PLC被启动之后变亮，但在clear被启动之后，它将关闭并且保持在关闭状态。first scan 模块在first pass模块中被提到。 图 6 核验PLC第一次扫描的程序5存储器类型有几种基本的现在经常使用的计算机存储器类型：RAM（随机存储器）这种存储器速度很快，但是当没电时，它的内容将被丢失。这是一种不稳定存储器，每个PLC在运行时，都用这种存储器作为中央处理器 。ROM（只读存储器）这种存储器是永久性的不可擦除的。它通常用于存放PLC的操作系统。EPROM（可擦除可编程只读存储器）这是一种像ROM一样可编程的存储器，但是它能用紫外线光擦除并且可以重新编程。EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）这种存储器能像ROM一样存放程序。它能被编程并且用电压擦除，因此它正变得比EPROM更加普遍。所有的PLC系统都用RAM做CPU，用ROM存储PLC的基本操作系统。当有电时，RAM的内容被保存，但是问题在于当供给存储器的电源失去时会发生什么。原先PLC卖主用带有电池的RAM，这样如果不失电，存储器的内容就不会丢失。这种方法现在仍被使用，但变得不那么受欢迎。EPROMS也是PLC编程的比较好的选择。EPROM在PLC外部编程，然后被放入PLC。当PLC被启动时，在EPROM上的梯形逻辑程序被下载PLC并且运行。这种方法非常可靠，但是擦除和编程技术都是很消耗时间的。EEPROM存储器是PLC的永久部分，程序能EPROM一样被存放在他们中。存储器的价钱一直在下降，新类型正变得可被利用，这些变化将继续对PLC系统发生影响。6基于软件的PLC系统 个人计算机持续下降的价格增加了他们在控制系统中的应用，包括PLC的替代品。安装了软件就能用个人计算机解决梯形图逻辑.从传感器中读取输入，修改输出送到激励。这些对于维持是很重要的，因为他们不用遵守以前的计时模式.例如，计算机正运行一个游戏，就可能减慢或停止计算机.这个以及其它问题现在正被研究，好的解决方案不久就会出现。7概要 PLC系统和计算机与输入设备，输出设备,存储器等很相似。PLC系统不断地执行系统检查，输入扫描,逻辑扫描和输出扫描这个循环。当逻辑图被扫描时，输入的变化没有被发现,输出也没有被修正。PLC系统用RAM，有时用EPROM存放永久程序。8实际问题 一个PLC系统通常包括RAM，ROM，EPROM和/或电池吗？PLC的指示灯用于什么？为什么一个PLC系统每秒钟只能扫描梯形图几次？如果一个PLC系统的扫描时间比输入脉冲长，会发生什么?为什么？一个PLC系统与一部台式计算机的不同是什么？为什么PLC系统每次扫描要做自我检查？PLC检测时间会比简单程序所需时间长吗？下面的梯形逻辑有什么错误？如果它被用会发生什么？ 当一个PLC系统已经被启动时，表明启动的存储器地址是什么？9实际问题解答 每个PLC系统包括RAM和ROM，但是他们也包括EPROM或电池。诊断和保持。尽管程序是空的，PLC系统仍需扫描输入和输出，做自我检测。如果在两次输入扫描之间发生，脉冲就会丢失。主要的区别包括输入设备输出设备和应用。PLC系统是为工厂设计的，因此它没有鼠标键盘之类的输入设备。(虽然，一些较新型PLC能够达到)他们也没有屏幕声音之类的输出设备，.取而代之，他们有电压,电流这样的输入设备和输出设备。PLC使用户为专门的任务设计程序,然而在个人计算机上给系统编程是不常见的。这能帮助检测硬件和软件错误。如果一个错误发生了，PLC还继续运行,控制器就可能以一种不可预见的方式运行，这对人和机器是非常危险的。自我检测则帮助检查出这些错误，并且安全地关闭系统。是的，在许多PLC系统中，自检大约需要1ms，但一个单一程序需1mms。通常输出Y被重复两次。在这个例子中，Y的值将总等于B。前一层的A将对Y没有影响。S2:1/14用于微机，S2:1/15用于PLC5。10. 总结本次试验的所获得的结果均根据实验数据所推出，并经过LD指令程序运行测试。可以很明显看出利用传统PLC实验可以验证新的逻辑程序实用性，并且该步骤是不可或缺的。本次实验表现很让我们满意，实验设备可靠性也很高，因此效率得到提高，成功率得以保证。介于本次试验处于验证阶段，成果可用于本科生实验教学，可以利用大学现有设备进行教学与推广。致谢P.谢夫特索夫,S.希金斯,S.沙夫纳以及D.萨德曼，“杰斐逊实验室的PLC底层支撑软件”，杰斐逊实验室，纽波特纽斯，2002.J.R.海科沃斯和F.D.海科沃斯，“PLC实用程序和应用”，普林迪斯霍尔出版社，上塞得河镇，新泽西，13页.L.A.布莱恩和E.A.布莱恩，“PLC相关理论与实现”，第二版，工业文献出版公司，亚特兰大，1997.H.杰克，“由PLC控制的自动生产线，4.7节”，胡夫杰克，2005.S.约科维奇和K.M.帕西诺，“模糊控制的一种实验方式”，电气与电子工程师协会教育期刊，42篇”，第一期，1999,15-20页.A. 赛林特里克斯，“广泛应用于制造工业程序的发展”，美国工程师教育协会出版社，华盛顿特区，2006. X.于，X.冯，C.熊和孙霁彤，“电梯控制系统研究平台的设计和实现”，国际信息安全与应用工作组2009年合集，青岛，21-22页，2009年11月.毕 业 设 计 任 务 书1毕业设计课题的任务和要求：1.1熟悉曲面印刷机的结构和工作原理；了解轮转凸版印刷技术；1.2应用三菱可编程控制器及交流变频调速电机等，实现“曲面印刷机”的主机自动控制，并编制控制程序（梯形图及指令清单）；1.3完成“曲面印刷机”主机自动控制系统的设计，并对PLC程序进行仿真模拟； 1.4 完成操作面板、控制柜及电器件配置设计，完成控制柜布线图；1.5书写毕业设计说明书2毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 2.1参考方案：参考专利名称：全自动曲面印刷机，专利号：ZL93248040.3；可自动对版的高速曲面印刷机，专利号：CN200710185449；附图1 主机示意图 附图2 整机布局图2.2 数字化模型的可控参数包括：主机运行速度：240杯/分钟，最高运行速度300杯/分钟；2.3 分析计算内容包括：驱动功率计算；自动控制系统响应速度设计计算。2.4 特殊要求：系统过载保护策略；无杯不印、污染防止的检测和驱动控制策略。毕 业 设 计 任 务 书3对毕业设计课题成果的要求包括毕业设计、图纸、实物样品等)：3.1 提交分析计算报告； 3.2 提交自己绘制的设计图纸（电控柜及布件图、电气原理接线图、控制程序等，相当于一张A0图）。3.3 提交毕业设计说明书一份（包括相关内容的外文文献的翻译）； 3.4 提交计算机设计资料的光盘（包括说明书和全部附图）。4毕业设计课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2016年2月29日 3月18日3月19日 3月21 日3月22日 4月20日4月20日 5月1日5月1日 5月20日5月20日 5月25日5月25日 5月31日6月01日 6月05日查阅文献，消化资料,确定设计方案，撰写开题报告；提交并检查开题报告（参考文献15篇以上,英文5篇）；控制系统设计，PLC程序编制，完成工程图；完善设计，翻译英文文献一份（约10页）；撰写毕业设计说明书，整理、打印资料；提交设计说明书，导师审核，完善修改； 提交正式设计说明书，专家评阅；论文答辩系主任审查意见： 同意下发任务书。 签字： 2016 年 2 月 29 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述 随着印刷机械的自动化，数字化工作流程的不断更新和完善，印刷技术创新层出不穷。其中，曲面印刷是网版印刷的一个分支，主要应用于一些饮用杯具和广告礼品等的印刷中，分为凸印和凹印，其曲面承印物的组成材料主要有金属、玻璃、陶瓷等高分子材料。1凸版印刷机的特点有：（1）印迹清晰，墨色饱满 （2）印刷的版材形式多样 （3）印刷机结构简单，操作方便 （4）适合于印刷面积小，数量少，超厚和纸质粗、松、不平整以及塑料等。印刷方法为：墨辊给印刷部分敷墨，压印使版与承印物接触，油墨转移。2 本课题所研发的是一种专用于圆柱形、圆弧形或截锥形物品的全自动多色曲面印刷机。包括有轮转印刷机、料盘机构、上下料机构和传动机构。由程控器协调上下料和各部件的同步联动。3其中，轮转印刷采用滚筒印版和滚筒压印，有独立的供墨系统，承印物从两个滚筒之间经过时，在压印滚筒作用下，版印上的图文随机转移到承物上，完成印刷后，再把卷筒纸裁切成单张印刷品，故轮转印刷适合于大批量生产。4其次，该曲面印刷机的主机自动控制系统设计采用的是三菱FX2N-64M系列的PLC。调整控制采用的是交流变频调速。通过对全自动曲面印刷机的工作状态和操作的相关信息的整体分析，然后编写梯形图实现对印刷机的运转、印刷机的急停等的控制。5 PLC不仅能实现继电器控制所具有的逻辑判断、计数、计时等顺序控制，同时还具有执行算术运算、对模拟量进行控制等功能，PLC已经发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，它能生成报表、可诊断自身故障及机器故障。具有编程简单、功能强大而性价比高、可靠性高使用寿命长、接线简单维修工作量小等突出优点，能够取代传的继电器控制电路，完成各种电气控制功能。除此之外，与单片机、计算机控制系统比较，PLC具有兼容性、扩展性、抗干扰性强、负载能力强大的特性，适用于各种复杂的工作现场环境。6 随着电力电子技术，微电子技术和现代控制理论的快速发展，交流变频技术已广泛应用到工业生产中。利用变频器对交流电动机进行调速控制的张力系统，具有许多磁粉系统所无法比拟的优点，如节能可以实现大范围内高效连续调速控制，容易实现放卷、收卷方向的正反转切换，在不停机换轴时减少由于张力波动产生的废料等等。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器的输出功率使电动机工作在转差率较小的范围，电动机的调速范围较宽，并可以达到提高运行效率的目的。一般来说，通用性变频的调速范围可以达到1：10以上。目前变频器已部分取代了印刷机械传统的电磁调速和机械调速方式。通过交流主电机调速完成印刷过程中的一系列动作，改善了系统功能，使其操作方便，维修简单，而且使印刷机的高性能，高功能得以充分发挥，并使原来机械驱动系统进一步向小型化发展。7 由PLC和变频器及其电机组成的印刷机控制系统，通过控制驱动印刷版筒的主电机以及上料、下料等各个电机的线速度同步来达到张力稳定，具有响应快速的特点，并且可以提供良好的设定功能，以满足各种材料的工艺特性。8 20世纪80年代以来，交流调速技术及应用发展很快，打破了“直流传动调速，交流传动不调速”的传统分工格局。交流伺服电动机广泛用在数控机床上，并有取代直流伺服电动机的趋势。9在交流伺服系统中采用同步型交流伺服电动机和异步型交流感应伺服电动机。随着大功率电力电子器件、新型变频技术的发展，以及现代控制理论、计算机数字控制技术等在实际应用中取得的重要进展，促进了交流伺服驱动技术的发展，使得交流伺服驱动逐渐代替直流伺服驱动。10 变频调速的主要环节是为交流电动机提供变频变压电源的变频器。目前，用的最多的是交-直-交变频器。在电压逆变器中，电路的作用是将直流电压切换成等效正弦的一串方波电压，所用的器件多为大功率晶体管，或可关断晶闸管GTO和绝缘栅双极晶体管等。在PWM变频器中，通常采用二极管桥式整流器，其输出的直流电压是恒定的，然后经脉宽调制得到可调的输出电压（变频、变压）。11 SPWM变频器，即正弦波PWM变频器，属于交-直-交静止变频装置。12它先将50Hz的工频电源经整流变压器变到所需的电压后，经二极管可控整流和电容滤波，形成恒定直流电压，再送入由大功率晶体管构成的逆变器主电路，输出三相频率和电压均可调整的等效于正弦波的脉宽调制波（SPWM波），去驱动交流伺服电动机运转。13由于SPWM型变频器采用脉宽调制原理，克服或改善了相控原理中的一些缺点，具有输入功率因数高和输出波形好的优点，因而在调速系统中得到了广泛应用。SPWM调制的基本特点是等距、等幅而不等宽，中间脉冲宽而两边脉冲窄，其各个脉冲面积和与正弦波下的面积成比例，脉宽基本上按正弦分布，是一种最基本也是应用最广泛的调制方法。14 由此，我们可以看出PLC未来发展的方向：（1） 与PC机结合。PLC与个人计算机、工业控制计算机，集散控制系统在功能和应用方面相互渗透，使控制系统的性能价格比不断提高。（2） 开放式设计和网络成为主流。开放式就是产品设计、元器件选择、网络通信操作系统，监控显示等方面都采用国际或者公认的行业标准，使不同厂家的PLC产品能够在一个网络中运行。与以太网相结合，PLC将向者小型、高速、分散化的方向发展。PLC（3） 容错系统。PLC的高功能也体现在近年发展起来的容错系统上，故障的自搜索、自诊断、自处理等。系统的坚韧性，使之在某些故障和软件错误的情况下，仍能安全运行。15参考文献：【1】张琦.曲面印刷常见问题分析.丝网印刷，2006（10）:6-9.【2】凸版印刷机概论，舒茨主编.北京：商务印书馆，1958.【3】马维金，李凤兰.全自动曲面印刷机.中北大学.【4】五百川一哉，野口和司.轮转印刷机.CN，2003.【5】彭瑜.实现运动控制的新途径-简介日本三菱PLC的运动控制模块. 制造业自动化，1990（3）:46-49.【6】张智杰.PLC控制系统设计.电气传动自动化，2002,24（6）:50-51.【7】李岩，赵亚威，隋涛.变频器在印刷机上的应用.变频器世界，2004 （11）：108-109.【8】李俊奇.基于PLC和变频器在印刷机上的应用.电子世界，2013（2）：87-88.【9】王爱玲.机床数控技术.北京：高等教育出版社，2006.【10】王爱玲.现代数控机床伺服及检测机术.北京：国防工业出版社，2009.【11】张士雄.数控机床用高性能交流伺服驱动控制技术研究.广州：华南理工大学机械工程学院,2010.【12】赵刚.数控机床交流伺服系统动态性能分析与参数整定技术研究.济南：山东大学机械工程学院，2010.【13】于东，郭锐锋.数控机床中的伺服系统.伺服控制，2006（1）:16-18.【14】杨叔子.机械工程控制基础.武汉：华中科技大学出版社，2011.【15】王广才.二十一世纪PLC发展方向.油田电气工程，2004（3）:5-7. 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本课题题目是“曲面印刷机PLC自动控制系统设计”是以日本三菱重工曲面印刷机为 例进行展开研究的。因此，我需要先消化曲面印刷机控制系统说明书日文版及三菱PLC编程手册。在马维金老师悉心辅导和精准翻译下，完成了对该资料的学习和理解。该课题主要的任务就是对照日文资料把老式的继电器控制系统改成目前流行的PLC控制系统。这就需要我加强在PLC编程应用以及电路控制等方面的综合学习。完成PLC梯图设计后，为了验证该程序能否运行，需要我们应用“PLC仿真模拟系统”软件进行测试。除此之外，我们还要设计电气原理接线图、电控柜及布件图。这就需要我们熟练的应用CAD软件和SolidWorks软件进行相关设计。最后，我们还需要翻译一篇相关题目的英文文献资料。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：何振宇同学通过阅读相关的参考文献，对于所选题目的意义和设计工作内容有了比较深入的了解，初步设计方案和设计工作进度安排合理，预计能按时圆满的完成设计任务。同意开题。所在系审查意见： 同意开题。 系主任： 2016 年 3 月 22 日1Intelligent Control and Automation, 2012, 3, 44-49/10.4236/ica.2012.31006 Published Online February 2012 (http:/www.SciRP.org/journal/ica)PLCPLC technitechniqueque discussiondiscussionThomas.J.ByersElectronic Test Equipment-principles and Applications.Princeton University.American.Email:t_byersReceived October 31, 2011; revised December 1, 2011; accepted December 9,2011ABSTRACTThe design and implementation of a classical control system laboratory based onPLC control system is introduced in this paper. To design and implement thesystem, two parts must be produced. The first is software for PLC and the second ishardware for experiments related to the programs. The PLC control system used inthe design is LS industrial system company GM7-DR40A 24/16 Digital I/O andsingle Analog I/O module, two photoelectric sensors from Atonic company: thefirstwiththemodelBR100-DDT-P,andthesecondBEN10M-TFR. Anapproximate sensor with 5-sides is detected, four of CMOS BCD-7-Segment drivenby CD4511B, two relays: 2-poles and 3-poles, six voltages and an ammetermeasurement, DC motor and 24 VDC power supply and many connections andpinions. Satisfactory results are obtained by executing twenty four experiments forclassical control theory that fulfill therequirements of control theory inundergraduate stage and replace the old experiments executed by PID controllerwhere the practice system is implemented by PLC control now.Keywords: PLC Control System; Photoelectric Sensor1 .About Programmable Logic Controllers (PLCs)PLCs (programmable logic controllers) are the control hubs for a wide variety2of automated systems and processes. They contain multiple inputs and outputs thatuse transistors and other circuitry to simulate switches and relays to controlequipment. They are programmable via software interfaced via standard computerinterfaces and proprietary languages and network options.Programmable logic controllers I/O channel specifications include totalnumber of points, number of inputs and outputs, ability to expand, and maximumnumber of channels. Number of points is the sum of the inputs and the outputs.PLCs may be specified by any possible combination of these values. Expandableunits may be stacked or linked together to increase total controlcapacity. Maximum number of channels refers to the maximum total number ofinput and output channels in an expanded system. PLC system specifications toconsider include scan time, number of instructions, data memory, and programmemory. Scan time is the time required by the PLC to check the states of itsinputs and outputs. Instructions are standard operations (such as math functions)available to PLC software. Data memory is the capacity for datastorage. Program memory is the capacity for control software.Available inputs for programmable logic controllers include DC, AC, analog,thermocouple, RTD, frequency or pulse, transistor, and interrupt inputs. Outputsfor PLCs include DC, AC, relay, analog, frequency or pulse, transistor, andtriac. Programming options for PLCs include front panel, hand held, and computer.Programmable logic controllers use a variety of software programminglanguages for control. These include IEC 61131-3, sequential function chart(SFC), function block diagram (FBD), ladder diagram (LD), structured text (ST),instruction list (IL), relay ladder logic (RLL), flow chart, C, and Basic. The IEC61131-3 programming environment provides support for five languages specifiedby the global standard: Sequential Function Chart, Function Block Diagram,Ladder Diagram, Structured Text, and Instruction List. This allows formulti-vendor compatibility and multi-language programming. SFC is a graphicallanguage that provides coordination of program sequences, supporting alternative3sequence selections and parallel sequences. FBD uses a broad function library tobuild complex procedures in a graphical format. Standard math and logic functionsmay be coordinated with customizable communication and interfacefunctions. LD is a graphic language for discrete control and interlocking logic. Itis completely compatible with FBD for discrete function control. ST is a textlanguage used for complex mathematical procedures and calculations less wellsuited to graphical languages. IL is a low-level language similar to assemblycode. It is used in relatively simple logic instructions. Relay Ladder Logic (RLL),or ladder diagrams, is the primary programming language for programmable logiccontrollers (PLCs). Ladder logic programming is a graphical representation of theprogram designed to look like relay logic. Flow Chart is a graphical language thatdescribes sequential operations in a controller sequence or application. It is used tobuild modular, reusable function libraries. C is a high level programminglanguage suited to handle the most complex computation, sequential, and datalogging tasks. It is typically developed and debugged on a PC. BASIC is a highlevel language used to handle mathematical, sequential, data capturing andinterface functions.Programmable logic controllers can also be specified with a number ofcomputer interface options, network specifications and features. PLC poweroptions, mounting options and environmental operating conditions are all alsoimportant to consider.2 . INTRODUCTIONFor simple programming the relay model of the PLC is sufficient. As morecomplex functions are used the more complex VonNeuman model of the PLC mustbe used. A VonNeuman computer processes one instruction at a time. Mostcomputers operate this way, although they appear to be doing many things at once.Consider the computer components shown in Figure 1.4Figure 11 Simplified Personal Computer ArchitectureInput is obtained from the keyboard and mouse, output is sent to the screen,and the disk and memory are used for both input and output for storage. (Note: thedirections of these arrows are very important to engineers, always pay attention toindicate where information is flowing.) This figure can be redrawn as in Figure 2 toclarify the role of inputs and outputs.Figure 2An Input-Output Oriented ArchitectureIn this figure the data enters the left side through the inputs. (Note: most5engineering diagrams have inputs on the left and outputs on the right.) It travelsthrough buffering circuits before it enters the CPU. The CPU outputs data throughother circuits. Memory and disks are used for storage of data that is not destined foroutput. If we look at a personal computer as a controller, it is controlling the userby outputting stimuli on the screen, and inputting responses from the mouse and thekeyboard.A PLC is also a computer controlling a process. When fully integrated into anapplication the analogies become;inputs - the keyboard is analogous to a proximity switchinput -circuits - the serial input chip is like a 24Vdc input cardcomputer - the 686 CPU is like a PLC CPU unitoutput - circuits - a graphics card is like a triac output cardoutputs - a monitor is like a lightstorage - memory in PLCs is similar to memories in personal computersIt is also possible to implement a PLC using a normal Personal Computer,although this is not advisable. In the case of a PLC the inputs and outputs aredesigned to be more reliable and rugged for harsh production environments.3 .OPERATION SEQUENCEAll PLCs have four basic stages of operations that are repeated many times persecond. Initially when turned on the first time it will check its own hardware andsoftware for faults. If there are no problems it will copy all the input and copy theirvalues into memory, this is called the input scan. Using only the memory copy ofthe inputs the ladder logic program will be solved once, this is called the logic scan.While solving the ladder logic the output values are only changed in temporarymemory. When the ladder scan is done the outputs will be updated using thetemporary values in memory, this is called the output scan. The PLC now restartsthe process by starting a self check for faults. This process typically repeats 10 to6100 times per second as is shown in Figure 3.Figure 3PLC Scan CycleSELF TEST - Checks to see if all cards error free, reset watch-dog timer, etc.(A watchdog timer will cause an error, and shut down the PLC if not resetwithin a short period of time - this would indicate that the ladder logic isnot being scanned normally).INPUT SCAN - Reads input values from the chips in the input cards, andcopies their values to memory. This makes the PLC operation faster, andavoids cases where an input changes from the start to the end of theprogram (e.g., an emergency stop). There are special PLC functions thatread the inputs directly, and avoid the input tables.LOGIC SOLVE/SCAN - Based on the input table in memory, the program isexecuted 1 step at a time, and outputs are updated. This is the focus of thelater sections.OUTPUT SCAN - The output table is copied from memory to the output chips.These chips then drive the output devices.The input and output scans often confuse the beginner, but they areimportant. The input scan takes a snapshot of the inputs, and solves the logic. Thisprevents potential problems that might occur if an input that is used in multipleplaces in the ladder logic program changed while half way through a ladder scan.Thus changing the behaviors of half of the ladder logic program. This problemcould have severe effects on complex programs that are developed later in the book.One side effect of the input scan is that if a change in input is too short in duration,it might fall between input scans and be missed.7When the PLC is initially turned on the normal outputs will be turned off. Thisdoes not affect the values of the inputs.3 .1The Input and Output ScansWhen the inputs to the PLC are scanned the physical input values are copiedinto memory. When the outputs to a PLC are scanned they are copied from memoryto the physical outputs. When the ladder logic is scanned it uses the values inmemory, not the actual input or output values. The primary reason for doing this isso that if a program uses an input value in multiple places, a change in the inputvalue will not invalidate the logic. Also, if output bits were changed as each bit waschanged, instead of all at once at the end of the scan the PLC would operate muchslower.3 .2 The Logic ScanLadder logic programs are modelled after relay logic. In relay logic eachelement in the ladder will switch as quickly as possible. But in a program elementscan only be examines one at a time in a fixed sequence. Consider the ladder logic inFigure 4, the ladder logic will be interpreted left-to-right, top-to-bottom. In thefigure the ladder logic scan begins at the top rung. At the end of the rung itinterprets the top output first, then the output branched below it. On the secondrung it solves branches, before moving along the ladder logic rung.8Figure 4Ladder Logic Execution SequenceThe logic scan sequence become important when solving ladder logicprograms which use outputs as inputs. It also becomes important when consideringoutput usage. Consider Figure 5, the first line of ladder logic will examine input Aand set output X to have the same value. The second line will examine input B andset the output X to have the opposite value. So the value of X was only equal to Auntil the second line of ladder logic was scanned. Recall that during the logic scanthe outputs are only changed in memory, the actual outputs are only updated whenthe ladder logic scan is complete. Therefore the output scan would update the realoutputs based upon the second line of ladder logic, and the first line of ladder logicwould be ineffective.Figure 5A Duplicated Output Error4 . PLC STATUSThe lack of keyboard, and other input-output devices is very noticeable on aPLC. On the front of the PLC there are normally limited status lights. Commonlights indicate;power on - this will be on whenever the PLC has powerprogram running - this will often indicate if a program is running, or if noprogram is runningfault - this will indicate when the PLC has experienced a major hardware or9software problemThese lights are normally used for debugging. Limited buttons will also beprovided for PLC hardware. The most common will be a run/program switch thatwill be switched to program when maintenance is being conducted, and back to runwhen in production. This switch normally requires a key to keep unauthorizedpersonnel from altering the PLC program or stopping execution. A PLC will almostnever have an on-off switch or reset button on the front. This needs to be designedinto the remainder of the system.The status of the PLC can be detected by ladder logic also. It is common forprograms to check to see if they are being executed for the first time, as shown inFigure 6. The first scan input will be true on the very first time the ladder logic isscanned, but false on every other scan. In this case the address for first scan in aPLC-5 is S2:1/14. With the logic in the example the first scan will seal on light,until clear is turned on. So the light will turn on after the PLC has been turned on,but it will turn off and stay off after clear is turned on. The first scan bit is alsoreferred to at the first pass bit.Figure 6An program that checks for the first scan of the PLC5 . MEMORY TYPESThere are a few basic types of computer memory that are in use today.RAM (Random Access Memory) - this memory is fast, but it will lose itscontents when power is lost, this is known as volatile memory. EveryPLC uses this memory for the central CPU when running the PLC.ROM (Read Only Memory) - this memory is permanent and cannot beerased. It is often used for storing the operating system for the PLC.10EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) - this is memorythat can be programmed to behave like ROM, but it can be erased withultraviolet light and reprogrammed.EEPROM (Electronically Erasable Programmable Read Only Memory) This memory can store programs like ROM. It can be programmed anderased using a voltage, so it is becoming more popular than EPROMs.All PLCs use RAM for the CPU and ROM to store the basic operatingsystem for the PLC. When the power is on the contents of the RAM will be kept,but the issue is what happens when power to the memory is lost. Originally PLCvendors used RAM with a battery so that the memory contents would not be lostif the power was lost. This method is still in use, but is losing favor. EPROMshave also been a popular choice for programming PLCs. The EPROM isprogrammed out of the PLC, and then placed in the PLC. When the PLC is turnedon the ladder logic program on the EPROM is loaded into the PLC and run. Thismethod can be very reliable, but the erasing and programming technique can betime consuming. EEPROM memories are a permanent part of the PLC, andprograms can be stored in them like EPROM. Memory costs continue to drop,and newer types (such as flash memory) are becoming available, and thesechanges will continue to impact PLCs.6 . SOFTWARE BASED PLCSThe dropping cost of personal computers is increasing their use in control,including the replacement of PLCs. Software is installed that allows the personalcomputer to solve ladder logic, read inputs from sensors and update outputs toactuators. These are important to mention here because they dont obey theprevious timing model. For example, if the computer is running a game it may slowor halt the computer. This issue and others are currently being investigated andgood solutions should be expected soon.7 . SUMMARY11 A PLC and computer are similar with inputs, outputs, memory, etc. The PLC continuously goes through a cycle including a sanity check,input scan, logic scan, and output scan. While the logic is being scanned, changes in the inputs are not detected,and the outputs are not updated. PLCs use RAM, and sometime EPROMs are used for permanentprograms.8 . PRACTICE PROBLEMS1. Does a PLC normally contain RAM, ROM, EPROM and/or batteries?2. What are the indicator lights on a PLC used for?3. A PLC can only go through the ladder logic a few times per second. Why?4. What will happen if the scan time for a PLC is greater than the time for an inputpulse? Why?5. What is the difference between a PLC and a desktop computer?6. Why do PLCs do a self check every scan?7. Will the test time for a PLC be long compared to the time required for a simpleprogram?8. What is wrong with the following ladder logic? What will happen if it is used?9. What is the address for a memory location that indicates when a PLC ha