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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OMRONSYSMACCPM2APLC 控制2.在應用基礎實驗板 TS1上實現(xiàn)3.I/O地址分配任意4.用基本指令實現(xiàn)、用比較指定實現(xiàn)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(xiàn)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。年 月 日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(xiàn)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-------------------------------------------------------52.2PLC特點-------------------------------------------------------52.3PLC基礎知識---------------------------------------------------62.4PLC應用領域---------------------------------------------------72.5PLC的國內外狀況-----------------------------------------------82.6PLC構成102.7PLC系統(tǒng)的其他設備112.8PLC未來展望13第三章系統(tǒng)硬件設計3.1PLC選型143.2試驗臺介紹-----------------------------------------------------3.316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 設計目的及意義了解常用電氣控制裝置的設計方法、步驟及設計原則;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;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;加深對PLC原理與應用、機電傳動控制等課程的理解;考察幾年來所學的知識綜合應用水平;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(xiàn)了自己的不足之處,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的基礎設備之一, PLC、機器人、CAD/CAM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、Communication)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(xiàn)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和部門大大的提高了生產效率!1.3 設計要求認真閱讀本課程設設計任務書,分析本課題的控制要求。確定控制方案,設計電氣控制裝置的主電路。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。第二章PLC簡介2.1PLC含義PLC即可編程控制器(ProgrammableLogicController),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(InternationalElectricalCommittee)頒布的PLC標準草案中做了如下定義:PLC英文全稱ProgrammableLogicController,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(lián)成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。2.2PLC的特點 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(xiàn)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。一些使用冗余CPU的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(xiàn)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。 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(xiàn)代PLC大多具有完善的數據運算能力,可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC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。 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(xiàn)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。 維護方便,容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減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。 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(xiàn)機電一體化的理想控制設備。2.3PLC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(xiàn)的。2.4PLC的應用領域目前,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。 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(xiàn)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。 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(xiàn)模擬量(Analog)和數字量(Digital)之間的A/D轉換及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。 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(xiàn)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。 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。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。 數據處理現(xiàn)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)。 通信及聯(lián)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。2.5PLC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(xiàn)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(xiàn)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制器的功能特點,可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController(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(xiàn)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30~40%。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)。世紀末期,可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)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、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(xiàn)代化進程的深入,PLC在我國將有更廣闊的應用天地。2.6PLC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。CPU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(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據,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(xiàn)它們之間聯(lián)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的內部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制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,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。CPU速度和內存容量是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。 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。常用的I/O分類如下:開關量:按電壓水平分,有220VAC、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,0mA~20mA)、電壓型(0V~10V,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。 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:交流電源( 220VAC或110VAC),直流電源(常用的為24VDC)。 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(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,使CPU能訪問底板上的所有模塊,機械上,實現(xiàn)各模塊間的連接,使各模塊構成一個整體。2.7PLC系統(tǒng)的其它設備 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(xiàn)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。 人機界面最簡單的人機界面是指示燈和按鈕,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。 的通信聯(lián)網依靠先進的工業(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(lián)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(xiàn)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(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口(MPI)的數據通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太網進行聯(lián)網。PLC控制系統(tǒng)的設計基本原則:.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。.保證控制系統(tǒng)安全可靠。.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。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(xiàn)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)用來實現(xiàn)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(lián)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)。3.梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián),但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。4.內部繼電器、計數器、寄存器等均不能直接控制外部負載,只能做中間結果供CPU內部使用。5.PLC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。2.8PLC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(xiàn);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(xiàn)少數幾個品牌壟斷國際市場的局面,會出現(xiàn)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(DistributedControlSystem)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。第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1PLC選型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(lián)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(xiàn)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(lián)網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制,又要相互聯(lián)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(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網等功能,可視控制規(guī)模大小及復雜程度,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PLC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,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128I/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:60HZ控制方式:正弦波PWM控制、電流控制方式質量: 0.8~2KG。3.3 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-TY9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-TS1實現(xiàn)設計功能滿足工作要求。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225×300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(xiàn)場模擬圖。實驗板正面裝有接線用的臺階插座、按鈕、開關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(xiàn)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),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φ3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φ5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路保護作用。圖3.4 實驗接線原理圖實驗區(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(xiàn)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(lián)。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(xiàn)。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(xiàn)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?;炝瞎薜目刂品绞娇煞譃槭謩?、自動、單周期和連續(xù)等控制方式,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(xiàn)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(xiàn)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?,F(xiàn)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(xiàn)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

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