畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）自動(dòng)傳送帶PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 渤海船舶職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目：自動(dòng)傳送帶plc電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)、班級(jí)：船舶電氣技術(shù)學(xué) 號(hào): 40學(xué)生 姓名: 指導(dǎo) 教師： 目錄前言1、 總體設(shè)計(jì).5 1、設(shè)計(jì)目的.5 2、設(shè)計(jì)任務(wù)分析及描述.5 3、系統(tǒng)i/o口設(shè)計(jì).62、 控制方案.6 1、控制要求.7 2、設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟.73、 控制過程分析.8 1、梯形圖.8 2、語句表.10 2、原理分析.114、 系統(tǒng)調(diào)試.115、 個(gè)人總結(jié).11參考文獻(xiàn).13前言 可編程邏輯控制器（programmable logic controller，plc），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算前、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算

2、術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?；窘Y(jié)構(gòu)可編程邏輯控制器實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)， 其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： 一、電源 可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去 二、中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程

3、器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、i/o以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對(duì)大型可編程邏輯控制器還采用雙cpu構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三cpu的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)cpu

4、出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。三、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。四、輸入輸出接口電路 1現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 2現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。五、功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。工作原理當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段， 即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編

5、程邏輯控制器的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 一、輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 二、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸

6、點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作

7、用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即i/o指令則可以直接存取i/o點(diǎn)。即使用i/o指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從i/o模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 三、輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出?？删幊踢壿嬁刂破骶哂幸韵迈r明的特點(diǎn)： 一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的pid回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如ddc和dcs等，實(shí)

8、現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。二、使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 三、能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。發(fā)展歷史起源 1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求； 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程邏輯控制器pdp14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程邏輯控制器，稱programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)plc。 1969年，美國研制出世界

9、第一臺(tái)pdp-14； 1971年，日本研制出第一臺(tái)dcs-8； 1973年，德國研制出第一臺(tái)plc； 1974年，中國研制出第一臺(tái)plc。 發(fā)展 20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為programmable logic controller（plc）。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全

10、面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、pid功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。 2

11、0世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 1、 總體設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)目的 通過對(duì)自動(dòng)傳送帶plc電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉有關(guān)plc電氣控制的理論知識(shí)，plc的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理，掌握根據(jù)生產(chǎn)工藝過程和自動(dòng)控制要求用plc進(jìn)行控制的plc系統(tǒng)及控制程序設(shè)計(jì)方法和步驟，培養(yǎng)同學(xué)們的工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力。 學(xué)生初步掌握plc電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，編程技巧以及電氣常用元器件的選型；初步具有控制系統(tǒng)主電路、控制程序的分析

12、和設(shè)計(jì)方法；同時(shí)使學(xué)生掌握電氣線路原理圖的繪制方法，為今后走上工作崗位應(yīng)用plc電氣控制基本理論知識(shí)奠定良好的基礎(chǔ)。 2、設(shè)計(jì)任務(wù)分析及描述二、控制方案1、控制要求（1）產(chǎn)品在傳送帶上均勻放置，其中當(dāng)帶輪轉(zhuǎn)一周，則產(chǎn)品依次從123456移動(dòng)一個(gè)位置；另外接近開關(guān)1在帶輪每轉(zhuǎn)一周發(fā)一個(gè)脈沖。 （2）光電檢出器負(fù)責(zé)檢測(cè)是正品還是次品，當(dāng)檢出次品時(shí)會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)。 （3）接近開關(guān)2為正品計(jì)數(shù)器，當(dāng)正品箱裝滿10產(chǎn)品時(shí)，它發(fā)出信號(hào)，讓已經(jīng)裝滿10個(gè)產(chǎn)品的小車走，再換一個(gè)小車。 （4）接近開關(guān)3作為次品的計(jì)數(shù)器，作用和接近開關(guān)2相似。 （5）機(jī)械手用來搬運(yùn)次品，即當(dāng)次品被運(yùn)到6位置時(shí)，它負(fù)責(zé)的次品送

13、到次品箱中。 （6） 把傳送帶上的次品檢出并拿走，當(dāng)正品箱或次品箱裝滿10個(gè)產(chǎn)品時(shí)，小車運(yùn)走。 2、設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟 （1）總體方案的確定 根據(jù)控制要求，確定總體方案。 （2）正確選用電氣控制元件和plc 根據(jù)選用的輸入輸出設(shè)備的數(shù)目和電氣特性，選擇合適的plc，要求進(jìn)行電氣元件的選用說明。 （3）分配i/o點(diǎn)，畫出i/o連線圖 根據(jù)選用的輸入輸出設(shè)備，確定i/o端口。依據(jù)輸入輸出設(shè)備和plc的i/o端口分配關(guān)系，畫出i/o連線圖。 （4）程序設(shè)計(jì)說明及過程分析 要求繪制控制系統(tǒng)流程圖，詳細(xì)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)過程的分析說明，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠的控制程序。 (5）對(duì)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行分析，最后審查控制實(shí)現(xiàn)的可

14、靠性 檢查系統(tǒng)功能，完善控制程序。3.硬件配置序 號(hào)名 稱型號(hào)、規(guī)格數(shù) 量備 注1實(shí)驗(yàn)小車22導(dǎo)線3號(hào)若干3通訊編程電纜pc/ppi1三菱4實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書1份5計(jì)算機(jī)（帶編程軟件）1自備三、控制過程分析1、i/o分配功能：x001 總開關(guān) y006 機(jī)械手抓的電動(dòng)機(jī)x002 正品脈沖信號(hào) y007 機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī) x003 次品脈沖信號(hào) y001 正品小車發(fā)動(dòng)機(jī)y002 繼電器y003 繼電器 y004 次品小車發(fā)動(dòng)機(jī) y000 傳送帶發(fā)動(dòng)機(jī) c0 正品計(jì)數(shù)器c1 次品計(jì)數(shù)器c2 機(jī)械手抓東西的計(jì)數(shù)器t4 正品延時(shí)復(fù)位時(shí)間繼電器t5 次品延時(shí)復(fù)位時(shí)間繼電器t0 沒抓物品機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的時(shí)間繼電器t

15、1 抓了物品機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的時(shí)間繼電器t3 機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)延時(shí)復(fù)位時(shí)間繼電器y005 機(jī)械手抓電動(dòng)機(jī)梯形圖1、語句表2.設(shè)計(jì)構(gòu)想：光電檢出器的正品與次品信號(hào)分別由兩個(gè)開關(guān)代替。初始狀態(tài)的機(jī)械手水平垂直傳送帶，機(jī)械手將有一半真正執(zhí)行夾緊工作，另一半將在下一次工作時(shí)才真正執(zhí)行夾緊工作。機(jī)械手將停留1s后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，且夾緊速度遠(yuǎn)大于旋轉(zhuǎn)速度。小車運(yùn)走物品時(shí)間為2s。3.原理分析物品每隔15s掉落一個(gè)，傳送帶有一個(gè)傳感器，傳感器由傳送帶的總重量決定信號(hào)；無物品時(shí)傳感器為待機(jī)狀態(tài)。物品從1位置到6位置時(shí)間為6s。物品接觸傳送帶后，傳感器發(fā)信號(hào)至開關(guān)x001，光電檢出器與傳送帶電機(jī)同時(shí)工作；即光電檢出器發(fā)出正品或次

16、品信號(hào)，電機(jī)y001得電。x002為發(fā)出正品脈沖信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)器c0計(jì)10個(gè)后，正品汽車開走，延時(shí)復(fù)位時(shí)間繼電器到兩秒后c0清零，x003發(fā)出次品脈沖信號(hào)同時(shí)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)，t0開始記時(shí)時(shí)間為5s，5s后延時(shí)斷開，即機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)停止。當(dāng)時(shí)間繼電器t1計(jì)時(shí)到6秒后t1閉合計(jì)數(shù)器c2計(jì)數(shù)1，c2閉合機(jī)械手抓取物品，機(jī)械手也同時(shí)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)械手由電機(jī)y005與y006控制各一個(gè)，其中一個(gè)不抓取物品。當(dāng)時(shí)間繼電器t3計(jì)時(shí)到5s后，計(jì)數(shù)器c2獲得信號(hào)計(jì)數(shù)清零，c2斷開；機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)與抓取的電機(jī)同時(shí)失電，即轉(zhuǎn)動(dòng)停止物品在重力情況下脫落至小車。當(dāng)次品計(jì)數(shù)器計(jì)到10個(gè)后次品汽車開走，延時(shí)復(fù)位時(shí)間繼電器t5到兩秒后c1清

17、零。4、 運(yùn)行plc檢測(cè)調(diào)試 閉合x1然后閉合x2，計(jì)數(shù)器c0計(jì)數(shù)為1；重復(fù)10次閉合x2，當(dāng)計(jì)數(shù)滿10后2s清零，小車運(yùn)走物品。閉合x3，計(jì)數(shù)器c1計(jì)數(shù)為1，機(jī)械手能正常工作；重復(fù)閉合x3十次，計(jì)數(shù)器c2計(jì)數(shù)到10后將在2s后清零，小車運(yùn)走物品。同時(shí)閉合x2與x3，電路不受影響；兩個(gè)都不工作，閉合其中一個(gè)能保持回路的唯一性。通過調(diào)試能滿足設(shè)計(jì)的要求，方案可進(jìn)一步完善。 個(gè)人總結(jié)這次兩周的實(shí)訓(xùn)是我們第一次接觸編程實(shí)踐.雖然以前也做過有關(guān)的的作業(yè)與實(shí)驗(yàn)，但是總覺得簡(jiǎn)單。也許是這次的設(shè)計(jì)比較難吧！當(dāng)我們第一天拿到課題時(shí)，我看了很久也想了很久，但直到第二天才有個(gè)大概構(gòu)想。第三天終于拿出了一個(gè)部分基礎(chǔ)程序，但十分不理想。最后問了老師，感覺茅舍頓開；我十分驚訝，一些想起來很復(fù)雜的功能轉(zhuǎn)換后就簡(jiǎn)單了。我的基礎(chǔ)程序就很快完成了。當(dāng)寫入plc后我又迷惑了，通過監(jiān)視發(fā)現(xiàn)了很多問題被忽略了，不符合控制要求。第二周的第一天我又開始寫梯形圖，這次我感覺很完善。我很興奮請(qǐng)來了老師幫我看看。老師指出了幾處漏洞后，我又再次進(jìn)入了假想模型當(dāng)中。