PLC-控制自动装卸线设计

1、机电传动控制课程设计课题 ：PLC控制自动装卸线设计院系 ：机械与汽车工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化*班姓名 ：*学号 ：*指导老师：*1目录第一章 引言. 21.1 控制要求21.2 课题要求. 2第二章 PLC简介及基本成. .32.1 PLC 的简介32.2 PLC 的应用领域. . 32.3 PLC 基本组成. .4第三章PLC 控制自动装卸线设计73.1摘要 .73.2现场器件与PLC 内部等效继电器地址编号的对照表93.3梯形图113.4指令程序12第四 章参考文献14第五章课程设计心得152第一章引言1.1 课程设计任务设计一条用PLC 控制的自动装斜线。如下图所示：电

2、动机 M1驱动装料机加料，电动机 M2驱动装料车升降，电动机 M3驱动卸料机卸料 . 装卸线操作过程是：(1) 料车在原位，显示原位状态，按启动按纽，自动线开始工作；(2) 加料定时 5S，加料结束；(3) 延时 1S，料车上升；(4) 上升到位，自动停止移动；(5) 延时 1S，料车自动卸料；(6) 卸料 10S，料车复位并下降；(7) 下降到原位，料车自动停止移动。(8) 能实现单周装卸及连续循环操作。1.2 课题要求1.2.1采用继电接触器控制，完成控制线路的设计。1.2.2采用 PLC控制(1) 列出输入输出分配表；(2) 画出 PLC的输入输出设备的接线图；(3) 利用 STEP7-

3、Micro/WIN32 软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试；3第二章 PLC 简介及基本组成2.1 PLC 的简介1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要求，即：（ 1）编程简单方便，可在现场修改程序；（ 2）硬件维护方便，最好是插件式结构；（ 3）可靠性要高于继电器控制装置；（ 4）体积小于继电器控制装置；（ 5）可将数据直接送入管理计算机；（ 6）成本上可与继电器柜竞争；（ 7）输入可以是交流 115V；（ 8）输出为

4、交流 115V，2A 以上，能直接驱动电磁阀；（ 9）扩展时，原有系统只需做很小的改动；（ 10）用户程序存储器容量至少可以扩展到 4KB。PLC问世以来，其发展极为迅速。由最初的1 位机发展为 8 位机，现在的大型 PLC已采用了 32 位微处理器，可同时进行多任务操作， 其技术已经相当成熟。目前，世界上有 PLC生产厂 200 多家，比较著名的有美国的 A-B 公司、通用电气公司，日本的三菱、松下电工、欧姆龙，德国的西门子，法国的施耐德等。生产的 PLC品种繁多，产品的更新换代也极快， 著名的生产公司几乎每 12 年即可推出一种新产品。 PLC的结构不断改进， 功能日益增强， 性能价格比越

5、来越高。展望未来， PLC在规模和功能上正朝着两个方向发展。一方面，大型 PLC不断向大容量、高速度、多功能的方向发展， 能取代工业控制微机对大规模复杂系统进行综合性的自动控制。另一方面，小型 PLC向超小型、简易、廉价方向发展，能真正完全取代最小的继电接触器系统， 适应单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求。 另外，不断增强 PLC的联网通信功能， 便于分散控制与集中控制的实现；大力开发智能 I/O 模块，极大地增强 PLC的过程控制能力， 提高它的适应性和可靠性；不断使 PLC的编程语言与编程工具向标准化和高级化方向发展。2.2 PLC 的应用领域PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少

6、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4一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) 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

7、、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。(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。2.3 PLC 基本组成可编程控制器的构成框图和计算机是一样的， 都由中央处理器 （CPU）、存贮器和输入 / 输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器

8、实际上就是计算机，从图 2-1 中可以看出 PLC内部主要部件有 :（1）CPUCPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用。每台 PLC至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据， 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。当 PLC投入运行时， CPU首先以扫描的方式采集由现场输入装置善恶的状态或数据， 并存入输入映像寄存区或数据存储器中，然后从用户程序存储器中逐条读取指令， 经过命令解释后按指令的规定执行数据的传送、 逻辑或算数运算， 并更新输出映像寄存区或数据寄存器的内容。 等所有的用户程序执行完毕之后， 最后将输出映像寄存区的各

9、输出状态或数据寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环直到停止运行。5CPU主要包括运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及图 2-1 PLC 的基本组成状态总线构成， CPU单元还包括外围芯片、 总线接口及有关电路。 控制器控制 CPU的工作，岂它读取指令、 解释指令及执行指令。 但 CPU的工作节奏同振荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，它在控制器的指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也需要在控制器的指挥下工作。PLC常用的 CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8 位机和 16 位机，如 Z80A、8085

10、、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、 8049、8031、8051 等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。（2）存储器PLC的存储器分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，?以及对应定义（ I/0 、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。用户存储器用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字（ 16 位/ 字）为单位来表示存储容量。同时，由于前面所说的6系统程序直接关系

11、到 PLC的性能，不能由用户直接存取。 因而通常 PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和 EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。CM0SRAM存储器是一种中高密度、低功能、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源。 ?一旦交流电源停电，用锂电池来维持供电，可保存 RAM 内停电前的数据。 ?锂电池寿命一般为 15 年左右。EPR0M存储器是一种常的只读存储器，存入时加高电平， 擦除时用紫外线照射。 ?PLC通过写入器可将 RAM区的用户程序固化到 R0M盒中的 EPR0M中去。在P

12、LC机中插入 R0M盒，PLC则执行 R0M盒中用户程序； 反之，不插上 R0M盒，?PLC则执行 RAM区用户程序。EEPR0M存储器是一种可用电改写的只读存储器。（3）I/O 单元I/?0 模块是 CPU与现场 I/0 装置或其它外部设备之间的连接部件。 PLC提供了各种操作电平与驱动能力的 I/0 模块和各种用途的 I/0 组件供用户选用。如输入 / 输出电平转换、电气隔离、串 / 并行转换数据、 ?误码较验、 A/D 或 D/A 转换以及其它功能模块等。 I/0 模块将外界输入信号变成 CPU能接受的信号，或将 CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量） ，

13、以确保整个系统正常工作。输入的开关量信号接在 IN 端和 0V 端之间， PLC内部提供 24V 电源，输入信号通过光电隔离，通过 R/C 滤波进入 CPU控制板， CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。（4）编程器编程器是用于用户程序的编制、 编辑、调试检查和监视等。 还可以通过其键盘去调用和显示 PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与 CPU联系，完成人机对话连接。 编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、 监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符， 也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程

14、。编程器分为简易型和智能型两类。 前者只能连机编程， 而后者既可连机编程又可脱机编程。 同时前者输入梯形图的语言键符， 后者可以直接输入梯形图。 根据不同档次的 PLC产品选配相应的编程器。（5）外部设备接口外部设备接口也称通信接口。PLC通过该接口可以与触摸屏、文本显示器、打印机等相连，提供方便的人机交互途径；也可以与其他的PLC、计算机或现场7总线相连，构建控制网络。（6）电源PLC 中的不同电路单元需要不同的工作电源，电源单元的作用就是把外部电源（220V的交流电源或24V 直流电源）转换成内部电路和各模块的集成电路所需要的直流工作电源（ 5V 、12V ，24V ）。有些 PLC 还向

15、外提供 24V 的直流电源，用于给外部输入信号或传感器供电。驱动 PLC 负载的电源由用户提供。第三章PLC控制自动装卸线设计3.1 摘要：可编程控制以其可靠性高、 逻辑性能强、 体积小、可在线修改控制程序、具有远程通讯联网功能、 易于与计算机接口、 能对模拟量进行控制、 具备告诉计数与控制等高性能模块等优异性能， 正在日益取代大量中间继电器、 时间继电器、 计数继电器等组成的传统继电器接触器控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。 PLC 应用的深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。只要经过精心的布置安排， PLC 能够实现几

16、乎所有目前实际生产中的动作。自动装卸线通过 PLC控制能够按规定顺序自动完成所要求的所有动作。本设计课题仅较浅层次的讨论PLC 控制自动装斜线的动作控制过程。关键词：PLC自动控制装卸电动机 M1驱动装料机加料，电动机 M2驱动装料车升降，电动机 M3驱动卸料机卸料 . 装卸线操作过程是：(1) 料车在原位，显示原位状态，按启动按纽，自动线开始工作；(2) 加料定时 5S，加料结束；(3) 延时 1S，料车上升；(4) 上升到位，自动停止移动；(5) 延时 1S，料车自动卸料；(6) 卸料 10S，料车复位并下降；(7) 下降到原位，料车自动停止移动。(8) 能实现单周装卸及连续循环操作。8上

17、述动作共计七步，都是按顺序进行的，完成了上一步，才能执行下一步。对主要有执行动作的步骤进行排列如图所示：同时对照现场实际输入与输出,可得到如下动作顺表 :表 1自动装卸线动作顺序表93.2 现场器件与PLC 内部等效继电器地址编号的对照表根据表1 选定与各开关、电磁阀等现场器件进行相应的PLC 内部等效继电器的地址编号，表2 将现场器件与PLC 内部继电器进行了对照。表 2现场器件与PLC 内部继电器对照表10YA1Y004装料开关出YA2Y006上升开关YA3Y012卸料开关YA4Y013下降开关参照上表，可以得到PLC 与现场器件的连接图如下所示：图 3 PLC 与现场器件的连接113.3

18、 梯形图图 2 是满足自动装卸线动作要求的动作流程的梯形图。 自动装卸线装卸时将按以下步骤进行： 装卸线处于原位。此时下限位行程开关ST1闭合， 原位指示灯亮。 要开始动作则先按下启动按钮SB1， 继电器 Y001 动合点Y001 闭合，从而使得继电器Y002 得以导通。这一动作信号是一个短暂的脉冲。 Y002 的导通使得装卸继电器 Y004 导通，并且在装料延时继电器 T1 的作用下在失去脉冲信号延迟 5S 断开，从而得到 5S 的装料时间。 步骤 的同时，延时断开继电器T2 在得到来自Y002 的脉冲信号后，使Y005 在此之后延迟6S 停止，亦即在装料之后暂停1S，随机断开。 Y005

19、的断开使得一直断开的上升控制继电器Y006 导通，装卸线开始上升。 当装卸线运动到最顶端时，使得上行程开关X004 断开，至此上升运动停止。 随后， Y010 得电，Y011 得电， Y010 使得 Y011 在得电之后马上进入到 1S的暂停延时。 1S 暂停之后使得卸料控制继电器Y012 开始倒计时10S 即时，与此同时有 10S 的时间可以卸料。 10S 卸料时间结束后，下降控制继电器Y013 得电，并在到达底端的下行程控制开关X001 时候， Y013 被切断，随即装卸线停止运行，原位指示灯亮。 若按下手动连续控制开关X003，则延时断开开关Y013 在装卸线抵达底端，切断继电器Y013 后仍可以提供一个启动脉冲信号，从而使装卸线在此启动脉冲信号的作用下在次进入到运行中。图2 PLC 控制自动装卸线梯形图如下123.4 指令程序根据梯形图编写的指令程序如下表所示：1314第五章参考文献1 邓星钟 .机电传动控制 M. 武汉 :华中科技大学出版社 ,2007.2 贾德胜 .PLC 应用开发应用子程序 M. 北京 :人民邮电出版社 ,2006.3 常斗南 .可编程控制器原理 ·应用 &