自动化专业方向课程设计

1、.广西科技大学课程设计说明书课题名称基于 PLC的舞台装置设计系别专业班级学号姓名指导教师2012年月日.摘要本文介绍的是用 FX-TRN-BEG-C 仿真 PLC 控制的舞台装置， 通过控制两个电动机的正转和反转实现舞台的上升和下降， 台幕的打开和关闭。 每个电动机通过两个接触器控制电动机的正反转。 对舞台的控制分为自动模式和手动模式。 自动模式可以按照一定的步骤控制声音、台幕、舞台。 手动模式可以按照按下不同的按钮对舞台的升降、 台幕的开闭进行控制。关键字：舞台PLC 仿真 台幕.第一章 绪言 .11.1 PLC .11.2 FX-TRN .2第二章 方案设计 . . 32.1设计要求 .

2、32.2硬件设计 .52.2.1 电气元件选型. 52.2.2系统 I/O分配表 . . 62.2.2系统接线图 . . 72.3软件设计 .82.3.1程序流程图 . . 82.3.2程序梯形图 . . 10第三章调试结果 . . 12第四章结束语 . . 13参考文献 . .14.第一章 绪言1.1 PLCPLC是“ Programmable Logic Controller （可编程序逻辑控制器） ”的英文缩写，是采用微电脑技术制造的自动控制设备。 它以顺序控制为主， 回路调节为辅， 能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。 与传统的继电器控制相比， PLC控制具有控制速度快、可靠性

3、高、灵活性强、硬件接线简单、改变工艺方便等优点。PLC的基本构成见图1-1, 简要说明如下：AC220VDC24V电源DC12VDC5V输入信X号开关输ROM输输RAM入出Y 出接接执口口行INOUTCPU部件通信接口计算机、编程器图 1-1 PLC 构成框图中央处理器 CPU起运算控制作用，指挥协调整机运行。存储器 ROM RAM存放程序和数据(1) 系统程序存储器 ROM存放生产厂家写入的系统程序，用户不可更改。(2) 随机读写存储器 RAM存放随机变化的数据。(3) 用户程序存储器 EPROM或 E2PROM存放用户编写的用户程序。通信接口 与计算机、编程器等设备通信，实现程序读写、监控

4、、联网等功能。电源 利用开关电源将 AC220V转变成 DC5V供给芯片； DC12V供给输出继电器； DC24V供给输入端传感器。另有锂电池做为备份电源。输入接口 IN 将外部开关或传感器的信号传递给PLC。输出接口 OUT 将 PLC的控制信号输出到接触器、电磁阀线圈等外部执行部件。.作为一般技术人员， 对于上述构成， 主要关心的是输入输出接口。 输入输出接口的详细情况。随着 PLC技术的发展，其功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强，PLC与 PC机联网形成的 PLC及其网络技术广泛地应用到工业自动化控制之中， PLC集三电与一体，具有良好的控制精度和高可靠性，使得 PLC成为现

5、代工业自动化的支柱。PLC的生产厂家和型号、种类繁多，不同型号自成体系，有不同的程序语言和使用方法，但是编程指导思想和模式是相同的 , 其编程和调试步骤如下：设计 I/O 接线图根据现场输入条件和程序运行结果等生产工艺要求， 设计 PLC的外围元件接线图， 作为现场接线的依据，也作为 PLC程序设计的重要依据。2. 编制 PLC的梯形图和指令语句表根据生产工艺要求在计算机上利用专用编程软件编制PLC的梯形图，并转换成指令语句表。3. 程序写出与联机调试用编程电缆连接计算机和PLC 主机，执行“写出”操作，将指令语句表写出到PLC主机。 PLC输入端连接信号开关，输出端连接执行部件，暂不连接主回

6、路负载，进行联机调。PLC的控制方式是由继电器控制方式演化而来， 由 PLC内部的微电子电路构成的模拟线圈和触点取代了继电器的线圈和触点， 用 PLC 的程序指令取代继电器控制的连接导线，将各个元件按照一定的逻辑关系连接起来， PLC控制的梯形图在许多方面可以看作是继电器控制的电路图。可以理解为，PLC内部有大量的由软件程序构成的继电器、 计时器和计数器等软元件，用软件程序按照一定的规则将它们连接起来，取代继电控制电路中的控制回路。1.2 FX-TRN一、 FX-TRN可编程逻辑控制器学习软件简介FX-TRN全称 MELSOFTFX-TRAINER，是日本三菱电机公司为 FX 系列 PLC产品

7、而专门设计的仿真模拟训练软件， 该软件以其三维造型的实物模型， 加上逼真有趣的声、 光多媒体效果，能使学习者有如操控各种自动控制设备的感受。例如在它的3D仿真画面里，机械手能抓、传送带能动、模拟人会走、汽车会跑、蜂鸣器会叫；而在它的操作面板和输入输出印象表里，按钮、旋钮、 PLC的 I/O 状态指示灯无一不全，还有类似游戏般的过关方式能不断激发学习者的积极性， 使得学习者在不知不觉中掌握 PLC知识。该软件支持梯形图编程模式，支持三菱 FX 系列 PLC产品的所有通用指令和元件，虽然没有指令列表模式和SFC模式，但对初学者而言， 这样的功能已经完全足够。 该软件还是全中文模拟操作环境，.更加大

8、大有利于教师的教和学生的学，有利于该软件在PLC课程教学中的使用和推广。二、 FX-TRN可编程控制软件的特点FX-TRN除了能提供逼真的3D仿真画面、全中文操作界面、还具有以下优点：1. 有完整的学习流程。 从 PLC的用途开始介绍， 逐步介绍软件的界面、 程序编写中梯形图的具体输入方法、基本指令和元件的使用案例，然后慢慢加大难度，提供了3 个等、4 种难度的挑战案例， 以便学习者循序渐进的提高自己的 PLC编程水平，并加深对 PLC应用的认识。2. 虚拟工作场景。用各种 3D模型来虚拟各种现实的设备，比如机械手、传送带等，可以部分解决学校资金不足、 设备不全的困难，同时也免去了项目设计中的

9、接线安装工作，使学习模式更加灵活。3. 生动有趣。 FX-TRN是一套兼具声、光与动画的“活”软件，按照使用者编写的程序，能在一定程度上真实反映该程序在实物模型上的运行效果。4. 实例演示、习题答案详细完备。 FX-TRN中提供了 4 个基本操作单元、 4 个简单练习单元和 19 个挑战项目单元，每个单元都提供了标准程序以供学习者参考。5. 兼容性好，实用高效。该软件能对自动控制场景模拟的同时， 还可以将所编制的程序保存，其程序格式与其它三菱公司出品的 PLC 编程软件如 GX-Developer、 FXGP/WINC等完全兼容，所以当因某些条件所限而无法联机调试的情况下，我们也可以将其他PL

10、C编程软件所编制的程序调入到FX-TRN中来模拟运行。6. 方便详细的索引系统。 每个单元的内容，都用十分详细的操作索引， 如按照索引来学习，稍有基础的学习者可以几乎不需要任何其他的帮助。第二章方案设计2.1 设计要求实验面如图 2-1 所示，通过图 2-2 所示的控制按钮控制， 实现舞台的自动控制和手动控制。1. 自动控制1）当操作面板上的【开始】 （x16） 按钮被按下时，蜂鸣器（ Y5） 拉响 5 秒。仅仅当台幕关闭和舞台降到最低点时， 【开始】（x16）可以被置为 ON.2) 当警报器停止后， 窗帘打开指令（Y0）被置为 ON而且台幕会被拉开到左右端 （X2和 X5）。3) 在台幕被完

11、全拉开后， 在舞台上升（Y2）为 ON时舞台开始上升 在舞台上限 （ X6）为 ON时舞台停止上升。4) 当按下操作面板上的【结束】 （x17） 以后，窗帘关闭指令（ Y1）被置为 ON而且.在台幕完全关闭（左右两片台幕的最小距离限制为X2 和 X5）停止。2 手动控制规格1) 手动操作仅在以上自动操作停止时有效。2) 台幕仅在操作面板上的【 窗帘开】（ x10）被按下时拉开。台幕会在他们到达极限 （ X2 and X5 ）时停止打开。3) 台幕仅在操作面板上的【 窗帘开】（ x11）被按下时关闭。台幕会在他们到达极限 （X0 and X3 ）时停止关闭。4) 只有按下操作面板上的【舞台上升】

12、 （ X12）以后舞台开始上升。当舞台上升到达上升极限（ X6）后停止。5) 只有按下操作面板上的【舞台下降】 （ X13）以后舞台开始下降。当舞台到达下降极限（ X7）后停止。6) 根据台幕和舞台的动作，在操作面板上的指示灯点亮或熄灭。图 2-1 舞台示意图图 2-2 舞台控制面板.2.2 硬件设计2.2.1电气元件选型1.电动机 M选择：假设电动机转动的加速度为0.5m/s ，1s 后稳定匀速转动； 舞台半径为1m，舞台和人的质量为100kg。则有：Pwmax=mgv+(1/2mv2)/t=100*10*0.5+(1/2*100*0.5)/1=0.512kw Nmax=6*104*v/ （

13、 D）=6*104*0.5/ （3.14*200 ） =47.7rad/s电动机各个参数如表2-1 所示。表 2-1型号额定功额定电额定电流额定转启动电启动转矩最大转矩率 kw压 VA速 r/min流 AJ02-21-80.6220/3803.55/21.6705.51.51.805由电动机各个参数可以得出其他元器件的选择要求：（ 1） 接触器选型：主触头电流 3.55/21.05A 取值 20A U =380V 型号为 NC6-06。（2）熔断器选型： 1.5*Imax 1.5*5.58.25A取 9A 型号为 aM-6。2. 其他元器件参数如表2-2 所示。表 2-2序号名称型号数量备注限

14、位开关DF225-8DN104A/25A带灯按钮LB-15CGG46蜂鸣器K16BZ241接触器NC6-062380V、20A热继电器NR2-11.5-Z1D16A电源开关指示灯8熔断器aM-619A三菱 FX2N-32MR1导线若干.2.2.2 系统 I/O 分配表系统输入分配表如表 2-3 所示。表 2-3输入地址名称用途备注X0左窗帘位置内左窗帘内限位常开X1左窗帘位置中左窗帘中限位常开X2左窗帘位置外左窗帘外限位常开X3右窗帘位置内右窗帘内限位常开X4右窗帘位置中右窗帘中限位常开X5右窗帘位置外右窗帘外限位常开X6舞台上限舞台上限位常开X7舞台下限舞台下限位常开X10窗帘开窗帘打开按钮

15、常开X11窗帘关窗帘关闭按钮常开X12舞台上升舞台上升按钮常开X13舞台下降舞台下降按钮常开X16开始自动开始按钮常开X17结束自动结束按钮常开系统输出分配表如表2-4 所示。表 2-4输出地址名称用途Y0接触器打开窗帘Y1接触器关闭窗帘Y2接触器舞台上升Y3接触器舞台下降Y5蜂鸣器提示.续表 2-4输出地址名称用途Y10指示灯提示窗帘开动作Y11指示灯提示窗帘开完成Y12指示灯提示窗帘关动作Y13指示灯提示窗帘关完成Y14指示灯提示舞台上升动作Y15指示灯提示舞台上升完成Y16指示灯提示舞台下降动作Y17指示灯提示舞台下降完成2.2.2 系统接线图根据系统 I/O 分配表画出 PLC系统外部

16、接线图，如图2-3 所示。X0Y0KM1KM2Y1X1KM3X2Y2KM4X3Y3X4PLCX5Y5蜂鸣器X6窗帘开动作Y10X7窗帘开完成Y11X10Y12窗帘关动作X11窗帘关完成X12Y13X13Y14平台上升动作X16Y15平台上升完成X17Y16平台下降动作COM平台下降完成Y17COMFUFR1FR2图 2-3.根据控制要求画出系统主电路接线图，如图2-4 所示。接触器 KM1 控制电动机 M1正转使窗帘打开；接触器KM2 控制电动机 M1 反转使窗帘关闭。接触器KM3 控制电动机 M2 正转使舞台上升；接触器KM4 使电动机 M2 反转使舞台下降。L1L2L3QSKM1KM2KM

17、3KM4平台窗帘窗帘上升平台打开关闭下降FR1FR2M1M233窗帘控制电机平台控制电机图 2-42.3 软件设计2.3.1 程序流程图根据控制要求画出程序流程图，如图2-5 到 2-10 所示。.按下开始按钮台幕关闭且舞否台在最低点是启动蜂鸣器定时器计时否定时时间到5S是关闭蜂鸣器打开台幕否台幕完全打开是舞台上升舞台上升到上否限是结束图 2-5 开始按钮按下流程图按下结束按钮关闭窗帘否完全关闭是结束图 2-6 结束按钮按下流程图按下窗帘关按钮否自动操作停止是台幕完全关闭否关闭台幕松开按钮否是结束图 2-7 窗帘关按钮按下流程图.按下窗帘开按钮按下舞台下降按钮按下舞台上升按钮否否否自动操作停止

18、自动操作停止自动操作停止是是是台幕完全打开舞台下降到达舞台上升到达极限极限否否否打开台幕舞台下降舞台上升松开按钮否松开按钮否松开按钮否是是是结束结束结束图 2-8 窗帘开按钮按下流程图图 2-9 舞台下降按钮按下流程图图 2-10 开始按钮按下流程图2.3.2 程序梯形图根据程序流程图， 画出控制 PLC的梯形图，如图 2-11 所示。其中 M0为定时器 0 启动标志， M1为自动开始标志， M2为自动结束标志， M3为 Y0置位标志， M4为 Y1 置位标志，M5为 Y2 置位标志， M6为 Y3 置位标志。.图 2-11程序梯形图.第三章 调试结果点击如图 3-1 所示的“梯形图编辑”按钮

19、，在如图3-2 所示的梯形图编辑界面输入程序，输入完成后点击“转换”按钮，再点击“文件”菜单下的“保存”保存工程。然后点击图 3-1 的“ PLC 写入”按钮使程序写入 PLC，完成后仿真自动启动。图 3-1图 3-2 梯形图编辑窗口点击“开始”按钮后， 蜂鸣器发出声音， 5 秒后停止，台幕打开，待台幕完全打开后，舞台上升，上升到舞台上限后停止上升，完成自动开始过程。点击“结束”按钮后，台幕关闭，待台幕完全关闭后，台幕停止关闭，完成自动结束过程。点击“窗帘开”按钮后，窗帘打开，松开按钮或窗帘完全打开后窗帘停止打开。点击.“窗帘关”按钮后，窗帘关闭，松开按钮或窗帘完全关闭后窗帘停止关闭。点击“舞台上升”按钮后，舞台上升，松开按钮或舞台上升到舞台上限后舞台停止上升。点击“舞台上降