橋式起重機的PLC控制系統(tǒng)設計(畢業(yè)設計)

1、甘肅機電自己也技術學院 G103402畢業(yè)設計PLC 在橋式起重機檢測控制中的應用 在橋式起重機檢測控制中的應用設計進度要求:摘要本論文通過采用 PLC(可編程控制器 來控制橋式起重機的運行, 使起重機在現(xiàn)場的檢測可以 高效率地完成, 可以充分的體現(xiàn)出 PLC 所具有的功能強, 可靠性高、 編程簡單、 使用方便、 體積小巧等優(yōu)點。 本論文運用學到的可編程控制器的梯形圖語言將程序編寫完成后, 再通過 實際測試,來實現(xiàn)橋式起重機的相關檢測。起重機采用 PLC 控制,還能解決傳統(tǒng)控制方式 下在操作方面的許多麻煩,同時,通過采用 PLC 控制可以減輕工人的勞動強度,提高橋式 起重機的工作性能。因此,

2、PLC 在該方面的應用具有重要的實用意義和推廣價值。目錄第一章緒論 . 1 1.1 課題來源 . 1 1.2 世計 . 8 2.1 如何選購 PLC 產品 . 8 2.2 PLC 的選型標準 . 9 2.3 PLC 程序設計的基本步驟 . 10 2.4 程序設計編程基本原則與注意問型 . 15 第三章 具體方案設計與實現(xiàn) . 15 3.1 PLC 橋式起重機檢測中的 I/O 定義 . 15 3.2 橋式起重機檢測的II結 . 22 結論 . 錯誤!未定義 書簽。 錯誤!未定義書簽。 參考文獻 . 23 致謝 . 24第一章 緒論1.1 課題來源橋式起重機 (天車 是一種用來起吊、放下和搬運重物

3、、并使重物在一定距離內水平移動的起 重、搬運設備,在生產過程中有著重要應用。橋式起重機由于工作環(huán)境差 , 粉塵和有害氣體 對電機的集電環(huán)、 電刷和接觸器腐蝕性大, 加上工作任務重 , 實際過載率高 , 由于沖擊電流偏 大 , 容易造成電動機觸頭燒損、電刷冒火、電動機及轉子 所串電阻燒損和斷裂等故障 , 影響 現(xiàn)場生產和安全 , 工人維修量和產生的維修費用也很 高, 本論文就是研究起重機采用先進的 可編程控制技術(PLC ,以程序控制取代繼電器 -接觸器控制,進而實現(xiàn)了起重機的 半自動化控制。1.2 世界上 PLC 產品的三大流派美國是 PLC 生產大國,有 100 多家 PLC 廠商,著名的有

4、 A-B 公司、通用電氣(GE 公 司、莫迪康(MODICON 公司、德州儀器(TI 公司、西屋公司等。其中 A-B 公司是 美國 最大的 PLC 制造商,其產品約占美國 PLC 市場的一半。 A-B 公司產品規(guī)格齊全、 種類豐富,其主推的大、中型 PLC 產品是 PLC-5 系列。該系 列為模塊式結構, CPU 模 塊為 PLC-5/10、 PLC-5/12、 PLC-5/15、 PLC-5/25 時, 屬于中型 PLC , I/O 點配置范圍為 256 1024 點; 當 CPU 模塊為 PLC-5/11、 PLC-5/20、 PLC-5/30、 PLC-5/40、 PLC-5/60、 P

5、LC-5/40L、 PLC-5/60L 時,屬于大型 PLC , I/O 點最多可配置到 3072 點。該系列中 PLC-5/250 功能 最強, 最多可配置到 4096 個 I/O 點, 具有強大的控制和信 息管理功能。 大型機 PLC-3 最 多可配置到 8096 個 I/O 點。 公司的小型 PLC 產品有 SLC500 A-B 系列等。 GE 公司 的代表產品是:小型機 GE-1、 GE-1/J、 GE-1/P 等,除 GE-1/J 外,均采用模塊 結構。 GE-l 用于開關量控制系統(tǒng), 最多可配置到 112 個 I/O 點。 GE-1/J 是更小型化的產 品, I/O 點最多可配置到

6、 96 點。 其 GE-1/P 是 GE-1 的增強型產品, 增加了部分功能指令 (數(shù) 據(jù)操作指令 、功能模塊(A/D、 D/A 等 、遠程 I/O 功能等,其 I/O 點最多可配置到 168 點。 中型機 GE-,它比 GE-1/P 增加了中斷、故障診斷等功能,最多可配置到 400 個 I/O 點。 大型機 GE-,它比 GE-增加了部分數(shù)據(jù)處理、表格處理、子程序控制等 功能,并具有 較強的通信功能,最多可配置到 2048 個 I/O 點。 GE- /P 最多可配置到 4000 個 I/O 點。德州儀器(TI 公司的小型 PLC 新產品有 510、 520 和 TI100 等,中型 PLC

7、新產品有 TI300、 5TI 等, 大型 PLC 產品有 PM550、 530、 560、 565 等系列。 除 TI100 和 TI300 無 聯(lián) 網功能外,其它 PLC 都可實現(xiàn)通信,構成分布式控制系統(tǒng)。 莫迪康(MODICON 公 司有 M84 系列 PLC 。其中 M84 是小型機,具有模擬量控制、與上 位機通信功能,最多 I/O 點為 112 點。 M484 是中型機, 其運算功能較強, 可與上位機通信, 也可與多臺聯(lián)網, 最多可擴展 I/O 點為 512 點。 M584 是大型機,其容量大、數(shù)據(jù)處理和網 絡能力強,最 多可擴展 I/O 點為 8192。 M884 增強型中型機,它

8、具有小型機的結構、大型機的控制功能,主機模塊配置 2 個 RS-232C 接口,可方便地進行組網通信。德國的西門子 (SIEMENS 公司、 AEG 公司、 法國的 TE 公司是歐洲著名的 PLC 制造商。 德國的西門子的電子產品以性能精良而久負盛名。 在中、 大型 PLC 產品領域與美國的 A-B 公司齊名。 西門子 PLC 主要產品是 S5、 S7 系列。在 S5 系列中, S5-90U 、 S-95U 屬于 微型整體式 PLC ; S5-100U 是小型模塊式 PLC , 最多可配置到 256 個 I/O 點; S5-115U 是 中型 PLC ,最 多可配置到 1024 個 I/O 點

9、; S5-115UH 是中型機,它是由兩臺 SS -115U 組成的雙機冗余系 統(tǒng); S5-155U 為大型機,最多可配置到 4096 個 I/O 點,模擬量可達 300 多路; SS -155H 是大型機,它是由兩臺 S5-155U 組成的雙機冗余系統(tǒng)。而 S7 系列 是西門子公司在 S5 系列 PLC 基礎上近年推出的新產品,其性能價格比高,其中 S7-200 系列屬于微型 PLC 、 S7-300 系列屬于于中小型 PLC 、 S7-400 系列屬于于中高性能的大型 PLC 。日本的小型 PLC 最具特色,在小型機領域中頗具盛名,某些用歐美的中型機或大型機 才 能實現(xiàn)的控制,日本的小型機

10、就可以解決。在開發(fā)較復雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美 的小型機,所以格外受用戶歡迎。日本有許多 PLC 制造商,如三菱、歐姆龍、松下、富士、 日立、 東芝等, 在世界小型 PLC 市場上, 日本產品約占有 70%的份額。 三菱公司的 PLC 是較早進入中國市場的產品。其小型機 F1/F2 系列是 F 系列的升級產 品,早期在我國的 銷量也不小。 F1/F2 系列加強了指令系統(tǒng), 增加了特殊功能單元和通信 功能, 比 F 系列有 了更強的控制能力。繼 F1/F2 系列之后, 20 世紀 80 年代末三菱公司又 推出 FX 系列, 在容量、速度、特殊功能、網絡功能等方面都有了全面的加強。 FX2 系

11、列是 在 90 年代開 發(fā)的整體式高功能小型機,它配有各種通信適配器和特殊功能單元。 FX2N 幾 年推出的高 功能整體式小型機,它是 FX2 的換代產品,各種功能都有了全面的提升。近年 來還不斷 推出滿足不同要求的微型 PLC ,如 FXOS 、 FX1S 、 FX0N 、 FX1N 及 系列等產品。三菱公司的大中型機有 A 系列、 QnA 系列、 Q 系列,具有豐富的網絡功能, I/O 點 數(shù)可 達 8192 點。其中 Q 系列具有超小的體積、豐富的機型、靈活的安裝方式、雙 CPU 協(xié)同處 理、多存儲器、遠程口令等特點,是三菱公司現(xiàn)有 PLC 中最高性能的 PLC 。 歐 姆龍(OMRON

12、 公司的 PLC 產品,大、中、小、微型規(guī)格齊全。微型機以 SP 系列為 代 表, 其體積極小, 速度極快。 小型機有 P 型、 H 型、 CPM1A 系列、 CPM2A 系列、 CPM2C 、 CQM1 等。 型機現(xiàn)已被性價比更高的 CPM1A 系列所取代, P CPM2A/2C、 CQM1 系列 內置 RS-232C 接口和實時時鐘, 并具有軟 PID 功能, CQM1H 是 CQM1 的升級產品。 中 型機有 C200H 、 C200HS 、 C200HX 、 C200HG 、 C200HE 、 CS1 系列。 C200H 是前些年 暢銷的高性能中型機,配置齊全的 I/O 模塊和高功能模

13、塊,具有較強的通信和網絡功能。 C200HS 是 C200H 的升級產品,指令 系統(tǒng)更豐富、網絡功能更強。 C200HX/HG/HE 是 C200HS 的升級產品,有 1148 個 I/O 點,其 容量是 C200HS 的 2 倍,速度是 C200HS 的 3. 75 倍,有品種齊全的通信模塊,是適應信息 化的 PLC 產品。 CS1 系列具有中型 機的規(guī)模、大型機的功能,是一種極具推廣價值的新機 型。大型機有 C1000H 、 C2000H 、 CV (CV500/CV1000/CV2000/CVM1 等。 C1000H 、 C2000H 可單機或雙機熱備運行, 安裝帶電插拔模塊, C200

14、0H 可在線更換 I/O 模塊; CV 系列中除 CVM1 外, 均可采用結 構化編程,易讀、易調試,并具有更強大的通信功能。 松下公司的 PLC 產品中, 為微型 機, 為整體式小型機, 為中型機, FPO FP1 FP3 FP5/FP10、 FP10S (FP10 的改進型 、 FP20 為大型機,其中 FP20 是最新產品。松下公司近幾年 PLC 產 品的主要特點是:指 令系統(tǒng)功能強; 有的機型還提供可以用 FP-BASIC 語言編程的 CPU 及 多種智能模塊, 為 復雜系統(tǒng)的開發(fā)提供了軟件手段; FP 系列各種 PLC 都配置通信機制, 由 于它們使用的應用層通信協(xié)議具有一致性,這給

15、構成多級 PLC 網絡和開發(fā) PLC 網絡應用程 序帶來方便 . 日本松下電工公司的 FP 系列 PLC 產品有 FP0、 FP1、 FP2、 FP3、 FP5、 FP10 等多個系 列, 其中較早進入中國市場的是整體式結構的小型機 FP1 和模塊式結構的中型機 FP3 系列。 FP 系列是 PLC 市場上被稱為一匹黑馬的后起之秀,雖然進入中國市場較晚,但由于設計 上 的獨到之處和優(yōu)良的控制功能,一經推出,就備受用戶歡迎。其產品有以下特點:1、 豐富的指令系統(tǒng) 2、快速的 CPU 處理速度 3、大程序容量 4、功能強大的編程工具 5、強 大的網絡通信功能1.3 PLC 與橋式起重機的發(fā)展狀況可

16、編程控制器(Programmable Logic Controller,簡稱 PLC 是一種工作可靠, 編程簡單, 使用方便, 控制完備的控制設備。 它能在惡劣的工作環(huán)境下工作, 容易實現(xiàn) “ 機電一體化 ” 。 可編程控制器把自動化技術,計算機技術,通信技術融為一體,有利于 實現(xiàn)工廠自動化的 集散式控制。自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器取代傳 統(tǒng)繼電器控制裝置以 來, PLC 得到了快速發(fā)展, 在世界各地得到了廣泛應用。 同時, PLC 的功能也不斷完 善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發(fā)展和 用戶需求的不斷提 高, PLC 在開關量處理的基礎上增加了模擬量處

17、理和運動控制等功能。 今天的 PLC 不再局限于邏輯控制,在運動控制、過程控制等領域也 發(fā)揮著十分重要的作 用。因此,可編程控制器自誕生以來,得到了迅速發(fā)展,成為工業(yè)控制的主流。 1968 年美國通用汽車公司 (G.M 為了適應汽車型號的不斷更新, 生產工藝不斷變化的需要, 實現(xiàn)小批 量、 多品種生產,希望能有一種新型工業(yè)控制器,它能做到盡可能減少重新設計和更換 電器控 制系統(tǒng)及接線,以降低成本,縮短周期。于是就設想將計算機功能強大、靈活、 通用性好 等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結合起來,制成一種通用控 制裝置,而 且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的 “ 自然語言 ” 進行

18、編程,使不熟 悉計算機的人也 能很快掌握使用。 1969 年美國數(shù)字設備公司(DEC 根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求, 研制成功了 世界上第一臺可編程控制器,并在通用汽車公司的自動裝配線上試用,取得很 好的效果。 從此這項技術迅速發(fā)展起來。 早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù) 等順序控制功能,只是用來取代傳統(tǒng)的 繼電器控制 , 通常稱為可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller 。 隨著微 電子技術和計算機技術的發(fā)展, 20 世紀 70 年 代中期微處理器技術應用到 PLC 中, 使 PLC 不僅具有邏輯控制功能, 還增加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處

19、理等功能。 20 世紀 80 年代以后, 隨著大規(guī)模、 超大規(guī)模集成電路等微 電子技術的迅速發(fā)展, 16 位和 32 位微處理器應用于 PLC 中,使 PLC 得到迅速發(fā)展。 PLC 不僅控制功能增強,同 時可靠性提高,功耗、體積減小,成本降低,編程和故障檢測 更加靈活方便,而且具有通信和聯(lián)網、 數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能, 使 PLC 真正成為具有邏輯控制、 過程控制、 運 動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網通信等功能的名符其實的多功能控制器。 自從第一臺 PLC 出現(xiàn) 以后,日本、德國、法國等也相繼開始研制 PLC ,并得到了迅速的 發(fā)展。目前,世界上有 200 多家 PLC 廠商, 400 多品種的

20、PLC 產品,按地域可分成美國、 歐洲、 和日本等三 個流派產品, 各流派 PLC 產品都各具特色, 如日本主要發(fā)展中小型 PLC , 其小型 PLC 性能先進,結構緊湊,價格便宜,在世界市場上占用重要地位。著名的 PLC 生產廠家主要 有美國的 A-B (Allen-Bradly 公司、 GE (General Electric 公司, 日 本的三菱電機 (Mitsubishi Electric 公司、歐姆龍(OMRON 公司,德國的 AEG 公司、 西門子(Siemens 公司, 法國的 TE (Telemecanique 公司等。 我國的 PLC 研制、生產和應用也發(fā)展很快,尤其 在應用

21、方面更為突出。在 20 世紀 70 年代末和 80 年代初,我國隨國外成套設備、 專用設備引進了不少國外的 PLC 。 此后, 在傳統(tǒng)設備改造和新設備設 計中, PLC 的應用逐年增多, 并取得顯著的經濟效益, PLC 在 我國的應用越來越廣泛, 對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。目前,我國不 少科研單位和工廠在研制和 生產 PLC , 如遼寧無線電二廠、 無錫華光電子公司、 上海香 島電機制造公司、 廈門 A-B 公 司等。 從近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看,在世界范圍內 PLC 產品的產量、銷量、用量高居工業(yè)控制 裝 置榜首,而且市場需求量一直以每年 15%的比率上升。 PLC 已成為工業(yè)自動化

22、控制領 域中 占主導地位的通用工業(yè)控制裝置。我國許多引進的重大工程項目,列入寶鋼,中原制 藥 廠等都使用很多可編程控制器,取得了明顯效益。推廣利用可編程控制器是一項很有意 義的工作。橋式起重機 (天車 是一種用來起吊、放下和搬運重物、并使重物在一定距離內水平 移動的 起重、搬運設備,在生產過程中有著重要應用。 5 噸橋式起重機,電氣驅動系統(tǒng) 分為起重 機升降、小車、大車三部份。其中起重機升降由一臺 13kW 的繞線式異步電動 機驅動,大 車由兩臺 4 kW 繞線式異步電動機、小車由一臺 2.5 kW 繞線式異步電動機驅 動。在原傳 動控制中,采用轉子串接電阻的調速方式 . 由于工作環(huán)境差 ,

23、粉塵和有害氣體對 電機的集電 環(huán)、電刷和接觸器腐蝕性大,加上工作任務重 , 實際過載率高 , 由于沖擊電流偏 大 , 容易造成電動機觸頭燒損、電刷冒火、電動機及轉子所串電阻燒損和斷裂等故障 , 影 響現(xiàn)場生產和 安全 , 工人維修量和產生的維修費用也很高 . 并且原調速方式機械特性較差 ,調速不夠平滑, 所串電阻長期發(fā)熱浪費能量。 綜上所述設備存在的主要缺點如下:(1 拖 動電動機容量大,起動時電流對電網沖擊大,電能浪費嚴重。 (2 起重機升降、小車、 大車起動、 停止速度過快,而且都是慣性負載,機械沖 擊也較大, 機械設備使用壽命縮短, 操作人員的安全系數(shù)較差,設備運行可靠性較低。 (3 由

24、于電動機一直在額定轉矩下工 作,而每次升降的負載是變化的,因此容易 造成比較大的電能浪費。 (4 起重機每天需 進行大量的裝卸操作,由于繞線式電機調速是通過電氣驅動系 統(tǒng)中的主要控制元件 -交流 接觸器來接入和斷開電動機轉子上串接的電阻,切換十分頻 繁,在電流比較大的狀態(tài)下, 容易燒壞觸頭。同時因工作環(huán)境惡劣,轉子回路串接的銅 電阻因灰塵、設備振動等原因經 常燒壞、斷裂。因而設備故障率比較高,維修工作量比 較大。同樣小車、大車的運轉也存 在上述問題。 (5 在起重機起升的瞬間, 升降電動機有時會受力不均勻, 易過載, 直接造成電 機損壞或者鋼絲繩斷裂。 (6 為適應起重機的工況,起重機的操作人

25、員經常性的反復操作,起重機的電器 元件和 電動機始終處于大電流工作狀態(tài),降低了電器元件和電動機的使用壽命。 (7 起重機工 作的協(xié)調性主要靠操作人員的熟練程度。由于升降、大車、小車三 個凸輪控制器之間沒有 固定的聯(lián)系,在起重機工作時操作人員勞動強度比較大, 容易疲 勞,易產生誤操作。 針對 上述現(xiàn)有技術存在的不足, 所以越來越多的國內外廠商生產的起重機采用先進 的可編程控 制技術(PLC 和變頻器技術,以程序控制取代繼電器 -接觸器控制,進而 實現(xiàn)了起重機 的半自動化控制。1.4 本課題主要任務、意義本論文是研究利用松下 FP1 系列的可編程控制器及外圍電路繼電器、開關的連接在橋 式 起重機質

26、量檢測控制中實現(xiàn)半自動化,以克服原設備的諸多缺點。本論文是利用松下 FP1 系列可編程控制器對橋式起重機進行編程、調試,進而實現(xiàn) 了橋 式起重機的半自動化。解決了以往所使用的起重機容易造成電動機觸頭燒損、電刷 冒火、 電動機及轉子所串電阻燒損和斷裂等故障,并且降低了工人維修量和產生的維修 費用 . ,也 詳細介紹其系統(tǒng)配置,兼顧介紹其指令系統(tǒng)、編程方法和控制系統(tǒng)設計方法。 從而能更多 了解松下 PLC 和更好的使用它。 。第二章 總體方案設計2.1 如何選購 PLC 產品在現(xiàn)代化的工業(yè)生產設備中,有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置,例如電機的起 停,電 磁閥的開閉,產品的計數(shù),溫度、壓力、流量的

27、設定與控制等,工業(yè)現(xiàn)場中的這 些自動控 制問題,若采用可編程序控制器(PLC 來解決自動控制問題已成為最有效的工 具之一, 本文敘述 PLC 控制系統(tǒng)設計時應該注意的問題。 硬件選購目前市場上的 PLC 產品眾多, 除國產品牌外, 國外有:日本的 OMRON 、 MITSUBISHI 、 FUJJ 、 anasonic, 德國的 SIEMENS , 韓國的 LG 等。近幾年, PLC 產品的價格 有較大的下降,其性價比越來越高,這是眾多 技術人員選用 PLC 的重要原因。那么,如 何選購 PLC 產品呢 ? 1、 系統(tǒng)規(guī)模首先應確定 系統(tǒng)用 PLC 單機控制, 還是用 PLC 形成網絡, 由此

28、計算 PLC 輸入、 輸出點。數(shù),并 且在選購 PLC 時要在實際需要點數(shù)的基礎上留有一定余量(10% 。 2、 、 確定負載 類型根據(jù) PLC 輸出端所帶的負載是直流型還是交流型, 是大電流還是小電流, 以及 PLC 輸出點動作的頻率等, 從而確定輸出端采用繼電器輸出, 還是晶體管輸出, 或 品閘管輸出。 不同的負載選用不同的輸出方式,對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。 3、 存儲容量與速度盡管國外各廠家的 PLC 產品大體相同, 但也有 一定的區(qū)別。目前還未 發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產品。各個公司的開發(fā)軟件都不相同, 而用戶程序的存儲容 量和指令的執(zhí)行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越

29、快 的 PLC 價格就越高, 但應該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用 PLC 產品。 4、 編程器的選購 PLC 編程可采用三種方式:是用一般的手持編程器編程,它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編 程。這種方式效率低, 但對于系統(tǒng)容量小,用量小的產品比較適宜,并且體積小,易于現(xiàn) 場調試,造價也較低。 是用圖形編程器編程,該編程器采用梯形圖編程,方便直觀,一般 的電氣人員短期內就 可應用自如,但該編程器價格較高。 是用 IBM 個人計算機加 PLC 軟件包編程,這種方式是效率最高的一種方式,但大部分公 司的 PLC 開發(fā)軟件包價格昂 貴,并且該方式不易于現(xiàn)場調試。 因此,應根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易,開發(fā)周期的長短

30、以及 資金的情況合理選購 PLC 產品。 5、 盡量選用大公司的產品其質量有保障, 且技術支持好, 一般售后服務也較好,還有利于產品擴展與軟件升級。2.2 PLC 的選型標準世界上有很多廠商生產 PLC, 如德國的西門子、日本的三菱、松下,美國 GE 公司等, 由 于松下 FP 系列相比較有體積小、 功能較多、 編程方便, 穩(wěn)定性, 此外還開發(fā)了 A/D 和 D/A 轉換單元, 主控單元通過 I/O 擴展單元擴展 I/O 點數(shù), 以適應不同的需要, PLC 系統(tǒng)是以I/O 點數(shù)為核心的控制系統(tǒng),系統(tǒng)包括 PLC 和輸入輸出設備。完成系統(tǒng)的設計 主要是選 型和程序設計。但是由于 PLC 應用在不

31、同場合,有不同的工藝流程,對控制功 能 有不同 的要求,由于各程序難易程度不一樣,因此有一定的選擇標準:(1 PLC 機型選擇主要 考慮 I/O 點數(shù)。根據(jù)控制系統(tǒng)所需要的輸入設備(如按鈕、 限位開關、轉換開關等 、 輸出設備(如接觸器、電磁閥、信號指示燈等以及 A/D、 D/A 轉換的個數(shù)。確定 I/O 的 點數(shù)。 一般要留有一定裕量 (約占 10% , 滿足生產發(fā)展和工藝 的改進。 (2 隨著 PLC 功能日益完善,很多小型機也具有中、大型機的功能。對于 PLC 的功 能選擇, 一般只要 滿足 I/O 點數(shù), 大多數(shù)機型也能滿足。 目前大多數(shù) PLC 機型都具有 I/O 擴展模塊、 A/D

32、、 D/A 轉換模塊,以及高級指令、中斷能力與外設通信能力。 (3 PLC 一般根據(jù) I/O 點數(shù) 的不同,內存容量會有相應的差別。在選擇內存容量時 同樣應留有一定余量,一般時實際 程序的 25%。不應單純追求大容量,以夠用為原則。 (4在 PLC 機型選取上要考慮控 制系統(tǒng)與 PLC 結構功能的合理性。如果是單機系統(tǒng) 控制, I/O 點數(shù)不多,不涉及 PLC 之間的通信,但又要求功 能更強,要求有處理模擬信 號的能力,可選擇整體式機,如松下 FP0、 FP1、 FP-M 系列, 以及 OMRON C200H 系列等。 如果僅有開關量控制,可選擇 OMRON C 系列 P 型機、 西門子 S7

33、-200, 三菱 F1、 FX 系列等。 (5一個企業(yè)盡量選擇同一類型的 PLC 同一機型 PLC 模塊可互為利用,便于采購管理。 同一機型 PLC 的功能、編程方法相同,有利于技 術人員水平的提高。 同一機型 PLC ,其外圍設備通用,資源共享,易于聯(lián)網通信,與上位 計算機配合可 形成多級分布式的控制系統(tǒng)。 由于松下 FP 系列相比較有體積小、功能較 多、編程方便,穩(wěn)定性,此外還開發(fā)了 A/D 和 D/A 轉換單元, 主控單元通過 I/O 擴展 單元擴展 I/O 點數(shù), 本課題將選擇松下 PLC 進行程序設計。2.3 PLC 程序設計的基本步驟(1 對橋式起重機工作現(xiàn)場的調查。 程序設計要首

34、先對現(xiàn)場進行調查以適 應不同的工作環(huán) 境, 可編程控制器是專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的, 因此, 可編程控制器一般都能滿 足工業(yè)場合的要求。但在一些特殊場合下,可編程 控制器不能滿足要求時,應對可編程控 制器采取適當防護措施?，F(xiàn)場的調查 包括以下內容:環(huán)境溫度和環(huán)境濕度。 可編程控制器機構的振動和沖擊情況。 環(huán)境內的電磁干擾情況。 工 作環(huán)境內有無腐蝕性氣體和過量粉塵。 供電電源情況(2 確定橋式起重機系統(tǒng)運行方案。 根據(jù)橋式起重機工作要求詳細了解系統(tǒng)完成哪些動作, 動作的先后順序以及各動 作之間的相互制約關系等。 各種物理量的檢測手段, 如溫度、 壓力、速度、位移、位置等物理量的檢測。 設備

35、及人生安全的保障措施。 (3統(tǒng)計輸入設 備和輸出設備的數(shù)量,規(guī)格和型號。確定該系統(tǒng)輸入點和輸出點的數(shù)量 及其性質(直流量 或交流量、數(shù)字量或模擬量 。 (4根據(jù)以上三項的要求,選擇滿足上述要求的可編程 控制器的規(guī)格和型號。 (5輸入輸出定義。輸入輸出定義又叫 I/O 分配,就是把輸入量 分配給可編程控制器的 輸入點 I ,把輸出量分配給可編程控制器的輸出點 O 。 (6編輯 梯形圖。根據(jù)系統(tǒng)流程的要求和 I/O 分配,編輯滿足系統(tǒng)要求的梯形圖。首先 要合理的劃 分功能模塊,這樣做的目的是使程序層次清楚,便于檢查、單塊調試和系統(tǒng) 總調。其次是 合理利用指令, 提高內存的利用率, 減少內存投資,縮

36、短運行周期,提高 系統(tǒng)的研制周期。 (7詳細地對所設計的梯形圖進行檢查和修改,以縮短系統(tǒng)的研制周期。 (8程序的試 運行。程序的試運行可以分兩個階段進行,即模擬運行和現(xiàn)場運行。編好梯形圖并輸入到可編程控制器的內存中,在離線狀態(tài)下, 利用編程器的 OP-10,11 強制 I/O 的 ON/OFF 功能,接通某些輸入點 I, 觀察輸出點 O 的 指示燈,檢查是否滿足系統(tǒng)規(guī)定 的要求。模擬運行工作無誤后,就可編程控制器安裝到現(xiàn) 場并與系統(tǒng)相連接,進行現(xiàn)場 試運行。 在實際工作中以上 8 個步驟,不是決然分開的, 往往相互穿插進行,直至程序滿足 系統(tǒng)要求為止。2.4 程序設計編程基本原則與注意問題一個

37、梯級。每個梯形圖由多層邏輯行組成。每一邏輯行起于左母線,經觸電、線圈終止 于 右母線。 (2觸電不能放在線圈的右邊,即線圈與右母線之間不能有任何觸電。 (3線 圈不能直接與左母線相接,如果需要,可通過一個沒有使用的常閉觸電或特殊繼 電器 R9010 相連接。 (4觸電可以任意串聯(lián)、并聯(lián),而且同一觸點可以無限次使用。 (5 輸出線圈可以并聯(lián)不能串聯(lián),同一輸出線圈在同一程序中避免重復使用。1. PLC 和上位機 (或觸摸屏 組成監(jiān)控系統(tǒng)時 , 在畫面上很多時候需要有 " 手動 "," 自動 " 等控 制模式 (一般都是多個只能一個時 . 在程序里面可以用 &

38、quot;MOV" 指令 . 如 :當選擇 " 手動 " 就將 常數(shù) 1 存儲到一個寄存器里面 , 當選擇 " 自動 " 就將 2 存儲到 同一寄存器 . 只要判 斷寄 存器的數(shù)據(jù)是多少 , 就知道系統(tǒng)是那種控制方式 . 這樣的思路好處是容易理解 , 不需 要互鎖 之類的麻煩程序 . 2. 程序有模擬量控制時 , 如果讀取的模擬量基本上沒誤差 , 可以采取時間 濾波的方式 , 延時一段時間 (我做過一個系統(tǒng) , 基本上能正常反映實際情況 , 但是偶爾會出現(xiàn) 一次很大跳動 , 由于沒有加濾波 , 引起了系統(tǒng)停機 , 其實不算故障 . 如果讀取的數(shù)

39、據(jù)誤差很大 , 就 需要 采取其它的濾波方式 . 如算平均值等 . 可以查閱相關的資料 . 3. 在程序調試過程中 (特別是設 備改造時 , 你的程序是加入到原來設備的程序中時 , 當程序語句中出現(xiàn) 條件滿足 , 而 輸出 線圈不接通 時 , 可以檢查你的這段程序是否是在這樣的語句之間 , 還有一種可能就是在中斷程序之后 . 條件滿足而沒輸出不接通 , 一 般都 是這段的程序不被掃描 . 4. 在設計程序的時候 , 當出現(xiàn)工藝上的故障 (非控制系統(tǒng)控制 , 最 好將故障現(xiàn)象保持 , 并有燈光聲音報警 . 知道操作工 復位 , 以讓其知道系統(tǒng)出現(xiàn)了故障 . 不 然停機了 , 別人還認為你的程序問

40、題 . 一般都是在設計一個新系統(tǒng)時 , 要注意到這些 . 5. 當檢 查所設計的程序無誤后,對所輸入的程序進行調試和檢測。所用編程軟件特點及界面操作針對該課題地總體設計要求, 我們應用的編程軟件是松下 FPWIN GR2.0。 該軟件的主要特 點是 1. 三種編程模式;即符號梯形編輯模式、布爾梯形圖模式、布爾非梯形圖模式 2. 注 釋功能;可以為各個繼電器即輸出指令添加注釋文字,便于對程序進行修改 3. 查找功能; 可以查找程序中使用的繼電器或寄存器,也可以對注釋即指令進行修改 4. 調試功能;可以 在在線模式下對程序的語法錯誤進行檢查及進行在線測試 5. 監(jiān)控功能; 可以使生成的程序 動作,

41、在顯示畫面中對梯形圖中的繼電器,寄存器, 輸入狀態(tài)等進行監(jiān)控。 6. 系統(tǒng)寄存 器的置位、復位;可以對 PLC 內部的系統(tǒng)寄存器進行置位,復位。 7. I/O 分配;可以通 過本軟件進行 I/O 單元進行分配,也可以讀出登陸在 PLC 中的 I/O 映射表。 8. 程序傳 輸; 可以將編輯完成的程序傳輸?shù)?PLC 中, 也可以有 PLC 讀出其中的程序。 如果創(chuàng) 建了 FP10 或 FP10S 的程序,還可以向 IC 卡中傳輸程序。如果使用 ROM 寫 入器,還 可以向 ROM 中寫入程序。 9. 在線編輯;可以在畫面中顯示 PLC 內部程序的同時,進行 程序編輯。 10. 打印功能;可以打印

42、輸出的梯形圖,布爾形式助記符等程序清單、系統(tǒng)寄 存器等設置內容、 I/O 列表等, 在執(zhí)行打印之前, 也可以預覽實際的打印效果。 松下 FPWIN GR 編程軟件操作 標題欄:顯示當前打開的文件名稱。 工具欄 :將本軟件中被認為是經常 使用的功能制成按鈕的形式, 利用這些按鈕可以更加 快速的進行操作。 當光標移至功能欄 上按鈕時, 畫面中將顯示與按鈕相對應的功能內 容 編輯畫面:顯示程序的畫面。 將此畫面 激活,進行創(chuàng)建、編輯或進行輸入說明、監(jiān)控 等操作。圖 2-1FPWIN GR 基本界面對話框功能鍵欄:顯示輸入程序時所使用的編輯元素的快捷鍵、 各項功能的快捷鍵。 通過單擊視 圖中的功能欄,

43、可以選擇顯示或隱藏。通過單擊功能欄形式,可以改變顯示的段數(shù)。圖 2-2 FPWIN符號梯形圖模式下的功能鍵欄 GR 的使用:GR啟動 FPWIN(1創(chuàng)建新程序:創(chuàng)建新程序時在菜單欄中選擇文件下的創(chuàng)建。13(2編寫程序:(3保存編寫的程序圖 2-3 FPWIN GR 啟動對話框 然后保存所編寫的程序圖 2-4 選擇 PLC 機型的對話框2.5 硬件部分簡述、手動部分的詳細連接等。電器元件的選 擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開關、傳 感器、保護電器、接觸器、指示燈、電磁閥 等。據(jù)本論題所用到的是導線,繼電器,開關 等。開關主要用到常開和常閉開關,指示燈是用 LED 指示燈顯示,還要用到計數(shù)器、定

44、時器 等結論硬件部分是軟件編程與試驗結果的連接,只有連接正確的硬件部分,才可以得到準 確、正 確的結果,才能對設計的程序進行檢測和實行。第三章 具體方案設計與實現(xiàn)3.1 PLC 橋式起重機檢測中的 I/O 定義本文選擇松下 PLC 進行程序設計和編程,選擇適應的 I/O 點數(shù)進行程序設計。根據(jù) 上述 對橋式起重機檢測過程的控制要求, PLC 控制系統(tǒng)的輸入包括:自動運行開關的輸 入信號, 手動前進, 后退開關信號, 手動上升, 下降開關信號; 共計 7 個開關量輸入信 號。 PLC 控 制系統(tǒng)的輸出包括:前進,后退接觸器驅動信號,左行,右行接觸器驅動信 號,上升,下 降接觸器驅動信號,電鈴和指

45、示燈驅動信號;共計 8 個開關量輸出信號。 根據(jù)系統(tǒng)的 I/O 點數(shù),并考慮富裕量,其 I/O 點數(shù)為:24 點輸入、 16 點輸出。系統(tǒng) I/O 地址定義表如表3.1 所示。表 3-1 序號 1 2PLC 的 I/O 定義表 輸入元件 自動運行開關 S1 手動前進開關 S2 輸入地址 X0 X1 輸出 元件 指示燈 前進接觸器 KM1 輸出地址 Y0 Y13手動后退開關 S3X2后退接觸器 KM2Y24手動左行開關 S4X3左行接觸器 KM3Y35手動右行開關 S5X4右行接觸器 KM4Y46手動上升開關 S6X5上升接觸器 KM5Y57手動下降開關 S7X6下降接觸器 KM6Y68電鈴 B

46、Y73.2 橋式起重機檢測的 PLC 控制梯形圖設計進退機構的梯形圖程序設計如圖 3-2-1 所示。運行時有手動和自動操作兩種,自動 運行過 程如下。16圖 3-2-1 進退機構工作的控制梯形圖過程分析:. 當 PLC 開機工作時, 通過內部繼電器 R9013 產生初始化脈沖, 使各個計數(shù)器(C100-C103 復位。 . 當自動運行開關 S1 合上后, X0 的常開接點閉合, Y1 線圈接通 進退機構執(zhí)行元件前進, 接觸器通電,起重機開始前進;同時,所有的定時器、計數(shù)器開 始工作, 定時器 T0 每 5s 產生一個脈沖, 脈沖的保持時間為一個掃描周期, 為計數(shù)器提供 計數(shù)信號。 . 當 C1

47、00 計到 6 時(即延時 30s , C100 的常閉接點斷開,使 Y1 線圈斷 電進退機構停止 前進。. 再過 45s 后, C101 計數(shù)器計到 15, C101 的常開接點閉合, Y2 線圈接通,起重機開始 后 退;工作 30s 后 C102 計數(shù)器到 21, C102 的常閉接點斷開, Y2 的線圈斷開,使后退 停止。 . 休息 45s , C103程序的調試:首先核對所輸程序是否和自己所編寫的一致, 啟動總體檢查時, 利用菜單欄選擇 調 試 總 體檢查 ,選擇 執(zhí)行 后,開始總體檢查,檢查無誤后,檢測程序運行(主要時 計數(shù)器與計 時器所記錄的時間是否正確,能否正常工作運行 ,可以采

48、用但不執(zhí)行程序, 即每執(zhí)行一 條指令暫停一次, 逐條檢查程序的顯示結果是否與所要求的相一致 (可以先 選擇輸出狀態(tài), 或者斷點指令有效或者無效進行判斷 , 如果相一致就表示程序正確, 否 則就要對程序相 加修改。左右運行機構的控制梯形圖如圖 3-2-2 所示18圖 3-2-2 左右運行機構的控制梯形圖分析:C104 表示左行 14s 計時, C105 表示間隔 23s 計時, C1xxx 表示右行 14s 計時, C107 表 示間隔 23s 計時, Y3 表示自動 /手動左行工作, Y4 表示自動 /手動右行工作。程序的調試:首先核對所輸程序是否和自己所編寫的一致, 啟動總體檢查時, 利用菜

49、單欄選擇 調 試 總 體檢查 ,選擇 執(zhí)行 后,開始總體檢查,檢查無誤后,檢測程序運行(定時、 計數(shù)器所記 錄的時間是否正確 ,可以采用但不執(zhí)行程序,即每執(zhí)行一條指令暫停一次, 逐條檢查程 序的顯示結果是否與所要求的相一致(可以先選擇輸出狀態(tài),或者斷點指令 有效或者無效 進行判斷 ,如果相一致就表示程序正確,否則就要對程序相加修改。升降機構的控制梯形圖如圖 3-2-3 所示圖 3-2-3 升降機構工作的控制梯形圖分析:C108 表示上升 15s 計時, C109 表示間隔 19s 計時, C110 表示下降 10s 計時, C111 表 示間隔 10s 計時, Y5 表示自動 /手動上升工作,

50、 Y6 表示自動 /手動下降工作。程序的調試:首先核對所輸程序是否和自己所編寫的一致, 啟動總體檢查時, 利用菜單欄選擇 調 試 總 體檢查 ,選擇 執(zhí)行 后,開始總體檢查,檢查無誤后,檢測程序運行(計數(shù)器、定時器的送 記錄時間是否正確 ,可以采用但不執(zhí)行程序,即每執(zhí)行一條指令暫停一次, 逐條檢查程 序的顯示結果是否與所要求的相一致(可以先選擇輸出狀態(tài),或者斷點指令 有效或者無效 進行判斷 ,如果相一致就表示程序正確,否則就要對程序相加修改。當加載并按控制要求反復運行 1h 后, 若需要聲光信號, 并停止運行, 可增加如圖 3-2-4 所 示的梯形圖。當起重機工作時,與 C113 的計數(shù)輸出端連接的 T0 的常開接點每 5s 通斷 一次, C113 計到 720(即延時 1h ,串聯(lián)在前進、后退、左行、右行、上升、下 降工作 自動運行控制支路的 C113 常閉接點斷開,使 Y1、 Y2、 Y3、 Y4、 Y5、 Y6 均斷開而 停止 工作。同時 C113 常開接點接通, Y0、 Y7 線圈得電,發(fā)出聲光信號;由于 T4 作用, 10s 后,聲音信號消失,但燈光信號仍保持。圖 3-2-4 聲光指示的控制梯形圖 程序的調試： 首先核對所輸程序是否和自己所編寫的一致， 啟動總體檢查時， 利用菜單欄選擇調 試總 體檢查，選擇