PLC氣缸運動計數(shù)控制

1、武漢理工大學物流自動化系統(tǒng)的設計與應用課程設計學 號： 課 程 設 計題 目氣缸運動計數(shù)控制學 院物流工程學院專 業(yè)班 級姓 名指導教師2013年1月2日本科生課程設計成績評定表姓 名性 別專業(yè)、班級課程設計題目：氣缸運動計數(shù)控制課程設計答辯或質疑記錄：1、如何體現(xiàn)氣缸啟動？答：在啟動線圈位置并聯(lián)一個指示燈。2、如何防止兩個位置傳感器同時被觸發(fā)？答：設計程序使I0.2和10.3互鎖，即可避免兩個傳感器同時被觸發(fā)。3、計數(shù)器c0怎么計數(shù)的？答：啟動后，I0.0得電，c0同時得電，I0.2得電后，c0被觸發(fā)，初值被存入c0中，c0開始做減法運算，每一個往返就減1，直到20減到0時停止。成績評定依據(jù)

2、：評 定 項 目評分成績1學習態(tài)度（25分）2設計說明書 (25分)3上機調試演示（25分）4答辯（25分）總分備注：成績等級：優(yōu)（90分100分）、良（80分89分）、中（70分79分）、及格（60分69分）、60分以下為不及格。最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 2013年 01 月 18 日課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 氣缸運動計數(shù)控制一、初始條件程序運行設備：西門子S7-300 PLC二、要求完成的主要任務1控制要求：氣缸連續(xù)往復運動20次便自動停止，如圖：2設計要求：(1)繪制PLC接線圖；(2)給出符號定義表；(3

3、)編寫控制程序；(4)上機驗證通過程序調試。3課程設計說明書應包括：(1)設計的目的及意義(2)設計任務及要求(3)設計方案比較及認證(4)程序設計：軟件思想，流程圖，程序說明(5)調試過程記錄及結果分析(6)參考資料(7)總結 氣缸運動計數(shù)控制摘要氣動技術是一種易于推廣和普及的實現(xiàn)工業(yè)自動化的應用技術。近年來，氣動技術在機械、化工、電子、電氣、紡織、食品、包裝、印刷、輕工、汽車等各個制造行業(yè)，尤其在各種自動化生產裝備和生產線中得到了廣泛的應用，極大地提高了制造業(yè)的生產效率和產品質量。隨著氣動技術的飛速發(fā)展，特別是氣動技術、液壓技術、傳感器技術、PLC技術、網絡及通信技術等學科的相互滲透而形成

4、的機電一體化技術被各個領域廣泛應用后，氣動技術已成為當今工業(yè)各級的重要組成部分。各種自動機械或自動化生產線，大多是按程序工作的。所謂程序控制，就是根據(jù)生產過程的要求，使被控制的執(zhí)行元件，按預先規(guī)定的順序協(xié)調東子的一種自動控制方式。根據(jù)控制方式的不同程序控制可分為行程程序控制、時間程序控制、混合程序控制三種。行程程序控制是一個閉環(huán)程序控制系統(tǒng)，它是由前一個執(zhí)行元件動作完成并發(fā)出信號后，才允許下一個動作進行的自動控制方式。其優(yōu)點是結構簡單、維修容易、動作穩(wěn)定，特點是當程序中某節(jié)拍出現(xiàn)故障時，整個程序就停止進行而實現(xiàn)自動保護。為此，行程控制方式在氣動系統(tǒng)中被廣泛采用。而推拉式分揀系統(tǒng)中的雙缸順序動作

5、控制是最為典型的順序控制，通過PLC實現(xiàn)自動控制。關鍵詞：氣動技術 順序控制 PLC目錄1.課程設計目的12.課程設計題目和要求13.設計內容23.1 PLC簡介.選型及STEP 7介紹23.1.1 PLC簡介和選型23.1.2 STEP 7介紹53.2 I/O口分配及硬件電路設計63.2.1 I/O口分配63.2.2 硬件電路設計63.3 氣缸順序動作程序設計73.4 程序仿真結果93.5 電路運行分析94.課程設計小結105.參考文獻111.課程設計目的通過設計推拉式分揀系統(tǒng)，使學生系統(tǒng)掌握可編程序控制器的基本原理、功能、應用、程序設計方法和編程技巧，使學生掌握一種至二種基本機型，掌握PL

6、C控制技術的基本原理和應用，并學習PLC編程的多樣性，和靈活性，使學生掌握PLC在實際應用中的控制作用、動作順序與原理，為今后從事自動化控制領域的工作打下基礎。2.課程設計題目和要求題名稱：氣缸運動計數(shù)控制控制要求：氣缸連續(xù)往復運動20次便自動停止。其中氣缸的電氣控制回路見下圖： 氣缸電氣控制回路其中，1S1、1S2為兩個限位開關，1Y1、1Y2為兩個電磁感應線圈。要求：（1）繪制PLC接線圖； （2）給出符號定義表； （3）編寫控制程序； （4）上機驗證通過程序調試。 3.設計內容3.1 PLC簡介及選型3.1.1 PLC簡介 1.PLC的基本概念 國際電工委員會對PLC做了定義為“可編程序

7、控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破鳈C器有關設備，都應該按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其能力的原則設計”。從上述定義可以看出，PLC是一種用于程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，出來能完成各種各樣的控制能力外，還有與其他計算機通行聯(lián)網的功能。 2.PLC的基本結構如圖3.1.1所示，PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。

8、PLC主要由CPU模塊、I/O模塊、變成裝置和電源組成。根據(jù)硬件結構的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。整體式PLC又叫做單元式或箱體式，他的體積小、價格低、小型PLC一般采用整體結構。模塊式PLC一般用于大、中型PLC，它由機架和模塊組成。 圖3.1.1 PLC基本組成 （1）輸入部件 輸入部件是PLC與工業(yè)生產現(xiàn)場被控對象之間的連接部件，是現(xiàn)場信號進入PLC的橋梁。該部件接收由主令元件、檢測元件來的信號。 （2）輸出部件 輸出部件也是PLC與現(xiàn)場設備之間的連接部件，其功能是控制現(xiàn)場設備進行工作(如電機的啟、停、正/反轉，閥門的開、關，設備的轉動、移動、升降等)。對于PLC，希望

9、它能直接驅動執(zhí)行元件，如電磁閥、微電機、接觸器、燈和音響等，因此，輸出部件中的輸出級常是一些大功率器件，如機械觸點式繼電器、無觸點交流開關(如雙向可控硅)及直流開關(如晶體三極管)等。 （3）CPU模塊 CPU模塊主要有微處理器和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中CPU模塊相當于人的大腦和心臟，他不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。 （4）I/O模塊 輸入模塊和輸出模塊簡稱I/O模塊，他們想但與人的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部設備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采用輸入信號，開關量輸入模塊用來接受從按鈕、選擇開關、數(shù)字撥號開關、限位開關、接近開關、光電開

10、關、壓力繼電器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的臉粗變化的模擬量電流電壓信號。 （5）編程器 編程器用來生成用戶程序，并用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器，它的體積小，價格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場調試和維護。 （6）電源 PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。內部開關電源為各模塊提供不同電壓等級的直流電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC 24V電源，驅動PLC負載的直流電源一般有用戶提供 3.PLC的工作原理 PLC通電后，需要對硬件和軟件做

11、一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后PLC要反復不停地分段處理各種不同的任務，這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 1、初始化過程：與其它單片機運行一樣，上電運行或復位時進行處理 （1）硬件初始化，復位輸出輸入模塊，清零 （2）清除數(shù)據(jù)區(qū) （3）輸出輸入地址分配 2、掃描過程 （1）掃描輸入，將輸入口狀態(tài)讀入至輸入口映像區(qū) （2）時鐘處理，特殊寄存器更新 （3）執(zhí)行用戶程序 （4）輸出，將輸出口映像區(qū)輸出至輸出端口刷新 （5）自診斷檢查 3、出錯處理 檢查PLC內部電路 CPU、電池電壓、程序存儲器、I/O、通訊異常致命錯誤，CPU強制STOP方式，所有掃

12、描停止。圖3.1.2所示為一小型PLC的典型工作過程圖3.1.2 小型PLC的典型工作過程 由于學校實驗儀器限制，本課程設計選用西門子S7300型號PLC。由題目要求可知，共有1個輸入，12個輸出，我們選用的CPU型號為314。 S7-300 CPU31X系列產品有：CPU313模塊、CPU314模塊、CPU313XM模塊。 CPU314模塊I/O總點數(shù)為24點（14/10點），可帶7個擴展模塊；用戶程序存儲器容量為4K字；內置高速計數(shù)器，具有PID控制的功能；有2個高速脈沖輸出端和1個RS-485通訊口；具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由口協(xié)議的通訊能力。3.1.2 STEP 7介紹S

13、TEP 7軟件開發(fā)系統(tǒng)是一款專門針對西門子公司的S7-300PLC的控制系統(tǒng)開發(fā)軟件。該軟件操作簡單，使用方便。用戶可以直接從工具欄中選擇各種梯形圖指令，可以通過在線幫助功能直接了解各種指令詳細的使用說明。程序編寫完畢后，用戶可以利用STEP 7軟件提供的語法檢測功能檢測程序的錯誤，從而保證送入PLC的程序從語法的角度上來說是準確無誤的。編譯后的程序可以送入PLC并執(zhí)行，以完成預期的控制功能。1. S7-300 PLC的組成主要組成部分有導軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元CPU模塊、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）等，通過MPI網的接口直接與編程器PG、操作員

14、面板OP和其它S7的PLC相連。2.S7-300的擴展能力CPU314一個機架上最多只能再安裝八個信號模塊或功能模塊，最多可以擴展為四個機架。中央處理單元總是在O機架的號槽位上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊，槽號4至11，可自由分配信號模塊、功能塊。（1）CPU負責執(zhí)行程序和處理數(shù)據(jù)，以便對工業(yè)自動控制任務或過程進行控制。（2）輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點；輸入部分從現(xiàn)場設備中采集信號，輸出部分則控制泵、電機、以及工業(yè)設備中的其他設備。（3）電源像CPU及其所連接的任何模塊提供電力。（4）通訊端口允許將S7-300 CPU同編程器及其他設備連接起來。（5）狀態(tài)信號燈顯示了CPU的工作

15、模式（運行或者停止），本機I/O的當前狀態(tài)，以及檢查出的系統(tǒng)化錯誤。（6）通過擴展模塊可增加CPU的I/O點數(shù)。（7）通過擴展模塊可提供其通訊性能。（8）一些CPU具有內置的實時時鐘，恰CPU需要實時時鐘卡。（9）EEPROM卡可以存儲CPU程序，也可以將一個CPU中的程序傳送到另一個CPU中。（10）通過可選的插入式電池盒可延長RAM中的數(shù)據(jù)存儲時間。3.2 I/O口分配及硬件電路設計3.2.1 I/O口分配根據(jù)控制要求,I/O口的分配如表3.2.1所示其中的I/O分配如下表表3.2.1 I/O口分配輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址啟動按鈕S0I0.0氣缸推出電磁閥1Y1Q4.0停止按鈕S1

16、I0.1氣缸推出電磁閥1Y2Q4.1氣缸左位置傳感器1S1I0.2啟動指示燈其.2氣缸右位置傳感器1S2I0.3啟動線圈M0M0.03.2.2 硬件電路設計 根據(jù)控制要求和I/O分配，氣缸順序控制硬件電路如圖3.2.2所示，共有4個輸入2個輸出。圖3.2.2 PLC控制硬件電路圖3.3 氣缸順序動作程序設計根據(jù)氣缸的動作要求，編寫出雙缸的順序動作PLC程序如下：3.4 程序仿真結果 將梯形圖進行調試仿真，其結果如下圖3.4.1和3.4.2圖3.4.1 組態(tài)圖 圖3.4.2 運行結果 3.5 電路運行分析 當按下啟動按鈕S0后，啟動指示燈點亮，中間繼電器M0得電并自鎖，氣缸推出到達1S1，1S1

17、處限位開關I0.2得電，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，計數(shù)器得電，開始計數(shù)。運動到右極限時觸發(fā)限位開關I0.3，I0.3得電，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，I0.2和I0.3形成互鎖。再次觸發(fā)限位開關時，實現(xiàn)往返功能，直到計數(shù)器的初值20減到0時停止。4.課程設計小結通過本次課程設計，加深了我對課堂所學知識的了解和掌握，并且學會了從整體考慮問題，把多學科的知識綜合起來運用。通過本次設計，使我掌握了通過PLC控制推拉式分揀系統(tǒng)中雙缸順序動作的原理，加深了對PLC結構和原理的認識，對PLC編程原理有了個系統(tǒng)的認識。通過這次課程設計，掌握了定時器電路的設計，對PLC的執(zhí)行過程有了深刻的認識。在設計過程中

18、，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經驗，增強了信心。通過合作，我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學后，很多同學都沒有過深入的交流，在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人互責一定的部分，同時在一定的階段共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時我們還向別的同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現(xiàn)，積極向同學說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。通過此次課設，讓我對編寫PLC梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關于PLC設計原理。有很多設計理念來源于實際，從中找出最適合的設計方法。在這次設計中