小車定位系統(tǒng)程序設計.doc

1、課程設計（論文）任務書電氣與電子工程院_自動化_教研室學號學生姓名專業(yè)（班級）題目小車定位系統(tǒng)程序設計設計技術參數1. 采用 OMRON SYSMAC CPM2A PLC 控制2. 在應用基礎實驗板TS1上實現3.I/O地址分配任意4.用基本指令實現、用比較指定實現設計要求小車可在4個光電開關位置間左右之間運動，用單刀四擲開關控制，實現自動 選向、自動定位控制。單刀四擲開關的 4個編號位置與4個光電開關編號位置 相互對應。當單刀四擲開關撥至某一位置時，小車就運動到預期編號相對應的位 置停止。前言目前人們已經意識到以工業(yè)控制機為核心的 PLC控制系統(tǒng)的重要性，紛紛將或準備將 組態(tài)控制技術類如自己

2、的發(fā)展方向。本設計將在充分了解配料車控制系統(tǒng)研究的基礎上， 結合實際操作要求， 充分利用 PLC 功能強大、操作簡單、界面人性化的特點采用模塊的形式，并立足現實制作出自動的動態(tài) 控制。通過PLC直接控制配料車的運行，故該設計具有一定的理論研究和工程實用價值。目錄第一章 引言1.1設計目的及意義 -31.2設計背景 -31.3設計要求 -4第二章 PLC 簡介2.1介紹 PLC-52.2 PLC 特點 -52.3 PLC 基礎知識 -62.4 PLC 應用領域 -72.5 PLC 的國內外狀況 -82.6 PLC 構成 -102.7 PLC 系統(tǒng)的其他設備 -112.8 PLC 未來展望 -13

3、第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 PLC 選型 -143.2試驗臺介紹 -163.3所用模塊關系 -163.4實驗板組成及使用方法 -17第四章 系統(tǒng)軟件設計4.1設計軟件 -214.2編程操作 -224.3器件與PLC內部等繼電器地址編號的對照表 -224.4針對本次設計的程序 -234.5 指令表附錄24第一章 引言1.1設計目的及意義1. 了解常用電氣控制裝置的設計方法、步驟及設計原則；2. 學以致用，鞏固書本知識。通過課程設計使學生初步具有設計電氣控制裝置的能力，從而培養(yǎng)和提高學生的獨立工作能力；3.進行一次工程技術設計的基本訓練，培養(yǎng)學生查閱書籍、參考資料、上網查詢信 息的能力，運用計算機

4、進行工程繪圖的能力，編制技術文件的能力等，從而提高學生解決 實際工程技術問題的能力；4. 加深對PLC原理與應用、機電傳動控制等課程的理解；5. 考察幾年來所學的知識綜合應用水平；6. 提高學生的實際操作和解決實際問題的能力。從理論到實踐，在整整半個月的日子里，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了 很多在書本上所沒有學到過的內容。 通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很 重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論 中得出結論，才是真正的知識，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計 的過程遇到了各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現了自己

5、的不足之處，對以前所學 過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設計，重新溫故了以前所學過 的知識。1.2設計背景可編程控制器簡稱PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu) 點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置 中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要 5的基礎設備之一，PLC機器人、CAD/CA將成為工業(yè)生產的三大支柱。PLC是在繼電器控制邏輯基礎上，與 3C(Computer、Control、Communi

6、cation)技術相結合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制 等場合的所有控制領域。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型 PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在 生產現場的各單機設備上，雖然它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境 中，但PLC是專門為工業(yè)生產環(huán)境而設計的控制裝置，在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可 靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。由以上介紹可以看出PLC的應用不盡為生產節(jié)約了人力物力，更重要的是，PLC使從事配料生產線的工廠

7、和部門大大的提高了生產效率！1.3設計要求1. 認真閱讀本課程設設計任務書，分析本課題的控制要求。2. 確定控制方案，設計電氣控制裝置的主電路。3. 應用PLC設計電氣控制裝置的控制程序。（1）選擇PLC的機型及I/O模塊型號，進行系統(tǒng)配置；（ 2） 根據工藝流程圖，繪制順序功能圖；（3）列寫PLC的I/O分配表，畫出PLC的I/O接線圖；（4）設計梯形圖，并進行必要的注釋。6第二章 PLC 簡介2.1 PLC 含義PLC即可編程控制器（Programmable Logic Controller），是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。 在 1987 年國際電工委員會（ Internati

8、onal ElectricalCommittee）頒布的PLC標準草案中做了如下定義：PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定 義是：一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程 的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面 向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC是可 編程邏輯電路，也是一種和硬件結合很緊密的語言，在半導體方面有很重要的應用，可以 說有半導體的地方就有 PLC。國際電工委員會（IEC）在其標準中將PLC定義為：可程

9、式邏輯控制器是一種數位運算 操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內 部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通 過數字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產過程?？沙淌竭壿嬁刂破骷捌溆嘘P 外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。2.2 PLC 的特點2.2.1可靠性高高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用 嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱 公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用

10、冗余 CPU勺PLC的平均 無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的 繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大 降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用 軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。72.2.2適用性強PLC發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模 的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代 PLC大多具有完善的數據運算能力，可

11、用 于各種數字控制領域。近年來 PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CN（等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展， 使用PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。2.2.3易學易用PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言 易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近， 只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。2.2.4維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減

12、少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及 建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改 變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。2.2.5能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm重量小于150g,功耗僅數 瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。2.3 PLC 基礎知識PLC的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順 序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統(tǒng)上， 這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現的。82.4 PLC 的應用領域目

13、前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、 輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。2.4.1開關量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順 序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。2.4.2模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都 是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital ） 之間的A/D轉

14、換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制 器用于模擬量控制。2.4.3運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關 量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步 進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運 動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。2.4.4過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法

15、。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處 理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非 常廣泛的應用。92.4.5數據處理現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、 排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在 存儲器中的參考值比較， 完成一定的控制操作， 也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置， 或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可 用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。2.4.6通信及

16、聯網PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各 PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.5 PLC 的國內外狀況在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照 邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過 氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝 置的要求，第二年，美國數字設備公司（DEC研制出了基于集成電路和電子技術的控制 裝置，首次采用程序化的手段應用

17、于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable , 是世界上公認的第一臺 PLC。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平， 早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集 成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。 20世紀 70年代初出現了微處 理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC增加了運算、數據傳送及處理等功能，完 成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術 人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加 運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相

18、結合的產物。個人計算機（簡稱 PC發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控 10制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC）。20世紀 70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入 可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗 干擾設計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。 這個時期可編程控制器發(fā)展 的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可 編

19、程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040% 在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度 提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS系 統(tǒng)。20世紀末期， 可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現代工業(yè)的需要。 從控制規(guī)模上 來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功 能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說， 生產了各種人機界面單元

20、、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容 易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用 都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引 進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了 PLC的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生 產的CF系列、杭州機床電器廠生產的 DKK及 D系列、大連組合機床研究所生產的 S系列、 蘇州電子計算機廠生產的 YZ系列等多種產品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產品中獲得了 應用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島

21、公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產廠家?？梢灶A期，隨著我國現代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。112.6 PLC 的構成從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC包括CPU板、I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配 置。2.6.1 CPUCPU是 PLC的核心，起神經中樞的作用，每套 PLC至少有一個CPU它按PLC的系統(tǒng) 程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據， 用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，

22、并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令 規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構 成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析 CPU勺內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足 夠的理解。CPU勺控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié) 奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，

23、在控制器指揮下工作。寄存器參與 運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPUS度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著 PLC的工作速度，I/O數量及軟 件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2.6.2 I/O 模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O ）完成的。I/O模塊集成了 PLC的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電 信號變換成數字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸 出（DO,模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO等模塊。12常用的 I/O 分類如下：開關量：按電壓水平分，有 2

24、20VAC 110VAC 24VDC按隔離方式分，有繼電器隔離 和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4mA-20mA,0m/V20mA、電壓型（0V10V,0V 5V,-10V 10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受 CPU所能管理的 基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。2.6.3電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電

25、源（220VAC或 110VAC，直流電源（常用的為 24VDC）。2.6.4底板或機架大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。2.7 PLC 系統(tǒng)的其它設備2.7.1編程設備編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作 一些設定、監(jiān)控PLC及 PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小 編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就 是我們系統(tǒng)的上位機。2.7.2人機界面 最簡單的人機界面是指示

26、燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。2.7.3 PLC 的通信聯網 13依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網絡就是控制器 的觀點說法。PLC具有通信聯網的功能，它使 PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。PLC的通信現在主要采用通過多點接口（MPD的數據通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太

27、網進行聯網。PLC控制系統(tǒng)的設計基本原則:1 最大限度的滿足被控對象的控制要求。2在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經濟、使用和維護方便。3 保證控制系統(tǒng)安全可靠。4 考慮到生產的發(fā)展和工藝的改進在選擇PLC容量時應適當留有余量。2.7.5 PLC 軟件系統(tǒng)及常用編程語言PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、 診斷程序等， 主要用于管理全機、 將程序語言翻譯成機器語言， 診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在 EPROM中，不能直接存取和干預。用戶程序是用 戶根據現場控制要求，用 PLC的程序語言編制的應用程序（也就是邏輯控制）用來實

28、 現各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包，也 就是用戶程序，我們就是使用STEP7來進行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結果的在線監(jiān)視。標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點:1它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯等術語和 一些圖形符號構成，左右的豎線稱為左右母線。2 梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關也可以是PLC內部繼電器的接點或內部寄存器、計數器等的狀態(tài)。143梯形圖中的接點可以任意串、并聯，但線圈只能并聯不能串聯。 4內部繼電器、計數器、寄存器等均不能直接控制外部負

29、載，只能做中間結果 供CPU內部使用。5PLC 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結果 留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當做條件使用。6語句表語言，類似于匯編語言。7邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功 能左邊畫輸入、右邊畫輸出。2.8 PLC 未來展望21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現； 從產品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產品的配套性上看，產品的品 種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界

30、面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制 場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破， 會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發(fā)展情 況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技 術的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng) DCS(Distributed Control System )中已有 大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網絡 和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。15第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 PLC 選型

31、PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：(一) 合理的結構型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小 ，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC的功能擴展靈活方便，在I/O點 數、輸入點數與輸出點數的比例、 I/O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般 于較復雜的控制系統(tǒng)。（ 二） 安裝方式的選擇PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程I/O式以及多臺PLC聯網的分布式。集中式不需要設置驅動遠程 I/O 硬件，系統(tǒng)反應快、成

32、本低；遠程 I/O 式適用于大型 系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I/O 可以分散安裝在現場裝置附近，連線短，但需 要增設驅動器和遠程I/O電源；多臺PLC聯網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又 要相互聯系的場合，可以選用小型 PLC但必須要附加通訊模塊。（三） 相應的功能要求一般小型（低檔）PLC具有邏輯運算、定時、計數等功能，對于只需要開關量控制的設 備都可滿足。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉換單元, 具有加減算術運算、數據傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復雜，要求實現 PID運算、閉環(huán)控制、通信聯網等功能，可視控制規(guī)模大 小及復雜程

33、度，選用中檔或高檔 PLC但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程 控制和集散控制系統(tǒng)等場合。（ 四 ） 響應速度要求16PLC是為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次PLC的響應速度一般都能滿足其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮PLC的響應速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響 應模塊和中斷輸入模塊的PLC等。（ 五 ） 系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗 余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。綜上所述，結合本次設計要求需要大致 4-5 個輸入， 2-4 個輸出，

34、根據實驗室的條件我們選擇PLC類型為： 三菱FX1N-60MR如圖所示圖 3.1 三菱 FX1N-60MRFX1N系列是功能很強大的微 PLC可擴展到多達128 I/O點，并且能增加特殊功能 模塊或擴展板。通信和數據鏈接功能選項使得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應用方面非常完美。定位和脈沖輸出功，一個PLC單元能同時輸出2點100KHZ脈沖，PLC配備有7條特殊的定位指令，包括零返回、絕對位置讀出、絕對或相對驅動以及特殊 脈沖輸出控制時鐘功能和小時表功能。在所有的 FX1NPLC中都有實時時鐘標準。時間設 置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息應用范

35、 圍：停車場行業(yè)等參數說明：用在三菱電機上的附件電壓：三相AC200- 230V/50 頻率:1760HZ 控制方式：正弦波 PWM控制、電流控制方式質量：0.82KG3.3所用模塊關系電源給其他所有模塊供電，可編程控制器 SAC-PLC-TY控制實驗基礎模塊，與試驗基 礎模塊間相互作用達到實驗目的。 實驗基礎實驗板SAC-PLC-TS實現設計功能滿足工作要 求。18電源模塊供電、圖3.3模塊間的關系3.4實驗板組成及使用方法TS1和TS2實驗板為225X 300平方毫米的實驗板,表面采用PVC材料及制作工藝,并 印制有形象直觀的彩色工業(yè)現場模擬圖。實驗板正面裝有接線用的臺階插座、按鈕、開關

36、以及聲光顯示和運動機構等器件。背面為單面印刷電路板 ，裝有實驗所需的電氣元件。TS1實驗板有三個實驗區(qū)。分別為交通燈實驗區(qū)、旋轉運動實驗區(qū)、直線運動實驗區(qū)。TS2實驗板有兩個實驗區(qū)和兩個輔助信號實驗區(qū)，分別為輸料線實驗區(qū)、混料罐實驗區(qū)；現場電氣操作輔助信號實驗區(qū)、常用輔助信號實驗區(qū)。實驗時，該實驗板必須需配合電源板和 PLC元件板一同配合使用。首先將電源板接通 電源,再通過4號插座和實驗導線為可編程序控制器通電， 根據實驗內容，選擇好所需的輸 入、輸出元件，并將信號通過 2號臺階插座和實驗導線，引入到可編程序控制器的輸入、 輸出端子區(qū)上。實驗板上輸入元件的公共端要接到24V電源的負極上（24G

37、），PLC上輸入信號的公共端（COM要接到24V電源的負極上（-24V），這樣可連接好輸入電路，工作時 可通過設備上的 3發(fā)光管顯示觀察到輸入元件的工作狀態(tài)。實驗板上輸出元件的公共端 要接到5V電源的負極上（5VG，PLC上輸出信號的公共端要接到5V電源的正極上（+5V， 這樣可連接好輸出電路，工作時可通過設備上的電機動作和5發(fā)光管顯示觀察到輸出元 件的工作狀態(tài)。打開電源板開關，接通可編程序控制器電源，輸入并運行程序，觀察執(zhí)行情 供電異基礎實驗19況,看是否滿足工藝要求，直到通過為止，達到學習的目的。操作時注意區(qū)別實驗板上的輸入和輸出信號元件，因電壓和電路不同，盡量不要接錯。直流開關電源具有短

38、路保護作用實驗區(qū)TS1板分為三個實驗區(qū)。分別為：交通燈實驗區(qū)、旋轉運動實驗區(qū)、直線運動實驗區(qū)。TS2板分為三個實驗區(qū)。分別為：輸料線實驗區(qū)、混料罐實驗區(qū)；現場電氣操作輔助 信號實驗區(qū)、常用輔助信號實驗區(qū)。1 交通信號燈實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS1實驗板的上方。面板上示意十字路口交通信號燈，由三色發(fā)光二極管 形象顯示。信號燈分東西和南北兩組，在印刷線路板上同組的相同顏色的信號燈相互并聯。 用實驗導線將5VG連接到5V電源的負極，再將5V電源的正極接至發(fā)光二極管臺階插座， 對應的一組發(fā)光二極管就會發(fā)光。實驗時，將這些插座連接至可編程序控制器的輸出端子 上（這些端子與直流5V正極連接）,信號燈的工作狀態(tài)就

39、受控于可編程序控制器的程序，顯 示其控制功能。2 旋轉運動實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS1實驗板的上方。主要由圓盤驅動電機、傳動機構、旋轉盤、光電開關 元件等組成。電機采用三極管構成的調速電路和正反轉控制電路 ,調速范圍較寬。 有級調速 20分高、低兩擋 , 低速可由電位器調節(jié)。圓形轉盤處裝有光電開關和孔盤 , 構成位置檢測電路 ,也可供旋轉計數時使用。實驗時，注意要將5VG連接到電源板5V電源的負極，還要將5V電源的正極接到電源板 5V電源的正極，這樣輸出回路負載元件才能正常工作。 24VG要連接到電源板24V電源的 負極上。5V電源還為光電開關輸入元件提供工作電壓。3直線運動實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS1實

40、驗板的中間。正面板為電梯控制示意圖。主要由按鈕、光電開關、 發(fā)光二極管和直線行走機構及驅動電機等元件組成。電梯樓層數為四層 ,滑塊為模擬轎箱。 上方 4 個按鈕為轎箱內選信號 , 下方 6 個按鈕為各層廳外呼梯信號 ,4 個光電開關為樓層位 置信號。樓層位置可由數碼顯示指示。 電機速度也分高、 低兩擋,使用時需與正轉或反轉端 子配合連接。低速可由電位器調節(jié)。4輸料線實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS2實驗板的左上方。正面板為輸料生產線示意圖。上料倉底下有背景光顯示料位,下料倉背景光顯示料位的有無。 下料倉料位的料滿和料欠傳感器信號由三位雙刀 手動開關代替。卸料閥皮帶等工作狀態(tài)由發(fā)光二極管表示。輸料線起動和停

41、止的順序應以 不積壓物料和節(jié)能等方面予以考慮。輸料線的起動和停止信號選用直線區(qū)的按鈕實現。自 動起停時 , 撥動手動開關產生模擬的料滿或料欠信號 , 即可模擬實現輸料線各級皮帶的自動 順序起停。5混料罐實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS2實驗板的右上方。正面板為混料罐設備示意。液體A和液體B的輸入 和輸出混合液體C的工作狀態(tài)以及攪拌機的工作狀態(tài)均由發(fā)光二極管表示。液體的液面高 低由可升降的背景光表示 ,液體 A 或液體 B 輸入時,料位上升；混合液體 C 輸出時,料位下 降。液面的高中、低三個位置信號由三個光電開關產生 ,應接至可編程序控制器的輸入端。21混料罐的控制方式可分為手動、 自動、單周期和連續(xù)等控

42、制方式 , 信號可選至輔助信號區(qū)的方式開關。起動和停止信號可選用直線區(qū)的按鈕產生。6輔助信號實驗區(qū)在 TS2 實驗板的下方 , 有兩個輔助信號區(qū) , 上方為現場電氣操作輔助信號實驗區(qū) , 下方 常用輔助信號實驗區(qū)?，F場電氣操作輔助信號實驗區(qū)有電源來電指示信號燈、 設備送電投入運行指示信號燈， 有自動、單步、手動工作方式指示信號燈 ,有設備各個部分工作運行指示信號燈 , 有設備啟 動和停止狀態(tài)的信號燈，有設備暫停和急停信號燈。現場電氣操作輔助信號實驗區(qū)還有電源控制啟、停按鈕，有控制工作方式開關，有手 動操作按鈕，有設備運行啟、停按鈕，有設備暫停和急停按鈕。常用輔助信號實驗區(qū)提供了撥碼盤信號、 方式選擇信號、開關信號 ; 聲光顯示和數碼顯 示。 這些信號還可以作為現場電氣操作輔助信號的補充， 例如聲光顯示可以作為設備故障 報警信號的補充，使現場信號更加完善。這些輔助信號信號可加到其它程序中使用 , 增加其控制功能。例如 : 用數碼顯示電梯樓 層、轉盤位置顯示等。22第四章 系統(tǒng)軟件設計4.1 設計軟件應用程序編制完成后要下載到PLC中才能調試運行，才能最終