运料小车控制系统设计

1、运 料 小 车 控 制 系 统 设 计设计要求：运料小车原位在左(SQ1)，当按下启动按钮SB1后，小车前进。当运行至料斗下 方(SQ2 )时，料斗打开给小车加料，延时 8S后料斗关闭。小车后退返回至 SQ1处，打开小车 底开始卸料，6S后卸料完毕，如此循环下去。用 PLC实现自动控制。一引言可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1. 电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电 源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+1

2、5%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC直接连接到交流电网上去2. 中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予 的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时， 首先它以扫描的方式接收 现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程 序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输

3、出寄存器内的数据传送到相应 的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个 CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。3. 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4. 输入输出接口电路1 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场 控制的接口界面的输入通道。2 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控 制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控

4、制信号。5. 功能模块如计数、定位等功能模块。6. 通信模块工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整 个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1. 输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽

5、度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2. 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他 输出点和软设备在I/O映象区或系统RA

6、M存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上 面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程 序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输 入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新， 这跟立即输入有些区别。3. 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。 在此期间，CPU按照I/O映 象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路， 再经

7、输出电路驱动相应的外设。 这时，才是可 编程逻辑控制器的真正输出。功能特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。1. 使用方便，编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短， 现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。2. 功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂 的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网,实现分散控制，集中管理。3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各

8、种硬件装置供用户选用，用户能 灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触 器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4. 可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现 故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施

9、，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万 小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场， PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控 制设备之一。5. 系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对 于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安

10、装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过 修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。6. 维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块 的方法可以迅速地排除故发展历史1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969 年,美国 数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP 14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称 Programmable L

11、ogic Controller ，简称 PLC，是世界上公认的第一台 PLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 ;1971年，日本研制出第一台 DCS-8 ;1973年，德国西门子公司（SIEMENS ）研制出欧洲第一台PLC，型号为SIMATIC S4 ;1974年，中国研制出第一台PLC，1977年开始工业应用。发展20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器， 使可编程逻辑控制器 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程 逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 个人计算机发展起来后，为了方便和

12、 反映可编程控制器的功能特点， 可编程逻辑控制器定名为 Programmable Logic Con troller （ PLC）20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段， 计算机技术已全面引入可编程 控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟 量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一

13、直保持为 3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅 度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大使应用型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元, 可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 二方案确定1初始状态此时各开关是关闭的，料斗是空的。KM仁KM2=0FFYV仁YV2=0FF启动按钮按下启动按钮，进行下列操作小车前进，当小车到达SQ2时，Y0=ON,Y2=

14、ON(2装料，8s 后，丫2=0FF,YO=0FFJ、车后退(3到达 SQ1 时，丫1=0N,丫4=0N,2卸料，6s后，丫仁0FF,丫4=0FF完成一个操作周期3只要没按停止按钮，则自动进入下一操作周期。3工艺流程图H、起始状态y 启动1 8Si3后退4 6s卸料三、输入输出选择及编号I/0分配表前进按钮开f关X0右行接触器Y0后退按钮开f关X1左行接触器Y1停止按钮开干关X2装料电磁阀Y2右端限位开关X3卸料电磁阀Y3左端限位开关X4四、PLC器件选择及实际连接图PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对 PLC的分类，通常根据其结构 形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致

15、分类。1. 按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。(1) 整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC 一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。基 本单元内有CPU I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单兀内只有I/O和电源等，没有CPU基本单兀和扩展单 元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。(2

16、) 模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的 模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU模块中)以及各种功能模块。 模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模 块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便 于扩展和维修。大、中型PLC般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC叠装式 PLC其CPU电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接， 并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2. 按功能分

17、类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类(1)低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。(2) 中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、 算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些 还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。(3) 高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运 算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算

18、、制表及表格传送功能等。 高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控 制系统，实现工厂自动化。3. 按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。(1).小型PLCI/O点数 256点；单CPU 8位或16位处理器、用户存储器容 量4K字以下。如:GE-I 型美国通用电气(GE公司TI100美国德洲仪器公司F、 F1、 F2日本三菱电气公司C20 C40日本立石公司(欧姆龙)S7-200德国西门子公司EX20 EX40日本东芝公司SR-20/21中外合资无锡华光电子工业有限公司(2).中型 PLCI/O点数2562048点；双

19、CPU用户存储器容量28K如:S7-300德国西门子公司SR-400中外合资无锡华光电子工业有限公司SU-5 SU-6德国西门子公司GE-皿GE公司.大型 PLCI/O点数 2048点;容量8,-16K如：S7-400德国西门子公司GE-WGE公司C-2000立石公司K3三菱公司等日本立石公司C-500多CPU 16位、32位处理器，用户存储器是逐步完善的，一般不易获得最佳方案，程序初步设计后，还需反复调试、修改和PLC完善，直至满足被控对象的控制要求；顺序功能图法就是依据顺序功能图设计 顺序控制程序的方法。顺序功能图中的各“步”实现转换时，使前级步的活动结束 而使后续步的活动开始，步之间没有

20、重叠。这使系统中大量复杂的联锁关系在“步” 的转换中得以解决。对于每一步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。编程方法简单、易学，规律性强。程序结构清晰、可读性好，调试方便、工作效率高。 验设计法的设计方法不规范，没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随 意性。由于联锁关系复杂，用经验设计法进行设计一般难于掌握，且设计周期较长, 设计出的程序可读性差，即使有经验的工程师阅读它也很费时。同时，给日后产品 的使用、维护带来诸多不便。每一步的程序段 右行支路Y0斗 HEM3TTTHM1T I左行支路Y1Y2TMl2 I-装料支路X4#0060Y3X1YoX2X4X0Y0Y1kJ-TM2 Ip-

21、=TIM1X4r 、Y3TIM2五、指令语句#UU6U1LDX02ORYU3ORTIM14AND-NOTX25AND-NOTX36AND-NOTX17AND-NOTY18OUTYU9LDX110ORY111ORTIM212AND-NOTX213AND-NOTX414AND-NOTXU15AND-NOTYU16OUTY117LDX318OUTY219TIM1#008020LDX421OUTY322TIM2#006023END六、电气图七、结论通过本次的课程设计，我对可编程序控制器有了一个全新的认识。了解了可编程序控制器的基础知识，以及怎样根据实际要求来设计一套程序等。可编程序控制器是为工业控制应用而设计的。早期的可编程序控制器主要用来 代替继电器实现逻辑控制，今天，这种装置的功能已经大大超出了逻辑的控制范围。 其硬件结构主要中央处理单元（CPU、存储器、输入/输出（I/O ）接口、电源和编 程器几部分。PLC对用户程序的执