PLC课程设计正文

目录第一章PLC基础11.1PLC的特点11.2PLC的结构及原理2第二章PLC控制十字路口交通灯设计52.1控制系统设计要求及方案52.2控制系统硬件工艺流程62.3控制系统软件程序设计72.4控制系统功能调试及实现8第三章PLC控制五组抢答器设计93.1控制系统设计要求及方案103.2控制系统硬件电路设计113.3控制系统软件程序设计123.4控制系统功能调试及实现12总结13PLC基础PLC特点PLC具有以下主要特点：1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。由于PLC模块均采用大规模与超大规模集成电路，所以的I/O接口电路均采用光电隔离;在结构上对、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑;在硬件上采用隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施;在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。以上这些使PLC具有较高的抗干扰能力。2.控制系统结构简单，通用性强在PLC控制系统中，只需要在PLC输入/输出端子上接入相应的信号线即可，不需要连接如继电器之类的低压电器和大量而又复杂的硬件接线线路，大大简化了控制系统的结构。，PLC的输入/输出可直接与交流220V、直流24V等强电相连，并且具有较强的带负载能力。3.编程方便，易于使用PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.功能完善PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。在PLC内部具备许多控制功能，如：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、PID控制、数据控制、通信和联网，还有其他特殊功能模块。5.设计、施工、调试的周期短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改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。6.体积小，维护操作方便PLC体积小，质量轻，便于安装，不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。PLC结构及原理PLC的基本结构在种类繁多的PLC中，其组成结构和工作原理都基本相同。用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行输入/输出转换，并将这个转换给予物理实现，并应用于工业现场。PLC专为工业现场而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。1.中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)一般由控制器运算器和寄存器组成。它们都集成在一个芯片内，CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元输入/输出接口电路相连接。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按照PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不序地进行工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。CPU的主要任务如下：(1)按PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器输入用户程序和数据。(2)用扫描方式接收现场输入装置的状态与数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器。(3)诊断电源或PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。(4)在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户，程序经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启、闭有关控制电路，分时地去执行数据的存取、传送、组合、比较、变换等动作。完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。根据运算结果更换有关标志位的状态和输入映像寄存器的内容，实现输出、制表、打印或数据通信等控制。2.存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两个部分。(1)系统存储器系统存储器是指用来存放PLC的系统程序的存储器。它由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。其主要内容包括3个部分：系统管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块与系统调试。(2)用户存储器用户存储器由用户程序存储器和数据存储器两部分组成，其主要任务作用是用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。PLC使用的存储器有3种类型：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和可擦除可编程只读存储器(EEPRO)。3.输入/输出接口单元PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出接口单元从广义上可分为2个部分：一部分是与被控制设备相连的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。4.扩展接口和通信接口PLC具有扩展接口和通信接口的能力，其作用如下：(1)扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，是PLC的配置更加灵活以满足不同控制的系统需求。(2)通信接口的作用是通过这些通信接口可以与监视器打印机和其他的，PLC或计算机相连从而实现”人-机”或”机-机”之间的对话。5.电源部分PLC一般使用220交流电源，内部的开关电源位PLC的中央处理器、存储器等。电路提供5V、+-12V、24V等直流电源使PLC能正常工作。6.编程设备编程设备的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。7.其他部件有些PLC还可以有ERROM写入器、存储器卡等其他外部设备，用于增强PLC的存储容量和扩展功能。PLC的工作原理PLC在程序运行方式、输入输出操作、特殊功能模块等方面做了特别的考虑。1.PLC的3个工作阶段当PLC投入运行后，其工作过程一般分为输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段三个阶段完成。上述3个阶段即为一个周期。在整个运行期间PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。(1)输入采样阶段PLC。在输入采样阶段，先扫描所以输入端子并将各输入端子状态存入对应的输入元件映像寄存器。此时，输入元件映像寄存器被刷新，接着进入用户程序执行阶段。在用户程序执行阶段或输出阶段，输入元件映像寄存器与外界隔离，无论输入端子信号如何变化，输入元件映像积存器始终保持不变，直到下个扫描周期的输入采样阶段才将输入端子的新内容重新写入。(2)用户程序执行阶段。根据PLC梯形图程序扫描规则，PLC以先左后右，先上后下的步序逐句扫描。当指令中涉及输入/输出时，PLC从输入映像寄存器中读入上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映像寄存器读入对应输出映像寄存器的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果在存入元件映像寄存器中。对元件映像来说，每一个元件的状态会随程序的执行过程而变化。(3)输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有继电器的状态在（通/断）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出驱动外部负载。对于小型PLC，I/O点数较少，用户程序较短，用集中采样集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。2.PLC对输入/输出的处理规则PLC对输入/输出的处理规则如下：输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上有个刷新期间的通/断状。PLC控制十字路口交通灯设计2.1控制系统设计要求及方案设置一个启动按钮S01，当它接通时，信号灯控制系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。设置一个开关S07进行选择红绿灯连续循环与单次循环，当S07为0时，红绿灯连续循环，当S07为1时，红绿灯单次循环。图2-1PLC控制红绿灯的示意图2.2控制系统硬件工艺流程南北红灯亮并保持15秒钟，同时东西绿灯亮，但保持10秒，到10秒时东西绿灯闪亮3次（每周期1秒）后熄灭；继而黄灯亮，并保持2秒钟，到2秒时东西黄灯熄灭，红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮并保持10秒钟，同时，南北绿灯亮，但保持5秒钟，到5秒时南北绿灯闪亮3次（每周期1秒）后熄灭；继而黄灯亮，并保持2秒钟，到2秒时南北黄灯熄灭，红灯亮，同时，东西红灯熄灭，绿灯亮。i/o分配表输入输出输入设备输入编号输出设备输出编号启动按钮S01X00南北红灯Y00循环方式选择开关S07X01东西绿灯Y01东西黄灯Y02东西红灯Y03南北绿灯Y04南北黄灯Y05（2）交通信号灯PLC控制硬件接线图图2-2交通信号灯PLC控制硬件接线图2.3控制系统软件程序设计状态转移图及梯形图图2-3状态转移图图2-4梯形图2.4控制系统功能调试及实现通过调试系统符合设计要求，按下启动按钮，运行正常。图2-5系统实物运行图PLC控制五组抢答器设计3.1控制系统设计要求及方案设计一个五组抢答器，要求实现如下功能：(1)任一组抢先按下后，能显示组编号并使蜂鸣器响5秒后停止。(2)当任一组抢先按下后，锁住抢答器，其他组抢答无效。(3)抢答器设有复位开关，复位后可重新抢答。要求画出I/O分配表、写出梯形图、画出PLC接线图。（显示采用八段码LED如下图所示）图3-1数码管原理图3.2控制系统硬件电路设计PLC的I/O分配表输入SB1（第一组抢答按钮）X000SB4（第四组抢答按钮）X003SB2（第二组抢答按钮）X001SB5（第五组抢答按钮）X004SB3（第三组抢答按钮）X002SB6（主持人复位按钮）X005输出HA（蜂鸣器）Y000D（二极管D）Y004A（二极管A）Y001E（二极管E）Y005B（二极管B）Y002F（二极管F）Y006C（二极管C）Y003G（二极管G）Y007PLC接线3.3控制系统软件程序设计梯形图设计图3-3PLC梯形图程序3.4控制系统功能调试及实现通过调试系统，达到设计要求，各方面运行正常。图3-4系统运行结果图总结大三上学期不知不觉中就要结束了，在这